Kleine Hardware-Kunde

Physisch besteht ein Rechner aus diversen Komponenten: Der Prozessor führt Instruktionen aus, die er aus dem Seicher lädt. Die Grafikkarte verarbeitet Vektorbefehle und sendet einen Datenstrom an den Bildschirm.

PC-Architektur

Folgende Programme erlauben Einblick in die vorhandene Hardware:

lscpu(8)
Gibt Daten des Prozessor aus.
lspci(8)
Listet Geräte am PCI-Bus auf.
lsblk(8)
Listet Blockgeräte auf.
lsusb(8)
Listet USB-Geräte auf.
lshw(8)
Bereitet Hardware-Informationen als Baumstruktur auf.
dmidecode(8)
Zeigt die DMI-Tabelle inclusive SMBIOS-Strukturen an.

Prozessor

Grundsätzlich unterscheidet man beim Befehlssatz einer CPU zwischen RISC- und CISC-Architketur. Die gängigen Prozessoren stammen aus den Häusern Intel und AMD. Die Architektur des Prozessors spielt eine Rolle bei der Auswahl der richtigen Installations-CD.

Prozessor-Generationen
Jahr Hersteller Prozessor Befehlssatz Besonderheiten
1985 Intel 80386 i386 MMU mit 32 Bit Adressraum
1990 Intel 80486 i486 Integrierter Level 1 Cache
1993 Intel Pentium i585 Superskalare Architektur
1997 Intel Pentium II i686 Integrierter Level 2 Cache
1999 AMD Athlon i686 1 GHz Takt
2001 Intel Itanium ia64 64 Bit Serverprozessor für Parallalverarbeitung
2003 AMD Athlon 64 amd64 64 Bit Befehlssatz
2006 Intel Core amd64 SMP mit bis zu 4 Kernen und Hyperthreading
2011 AMD Fusion amd64 Verschmelzung von Prozessor und Grafikeinheit
2012 ARM ARM11 armv6k Einplatinencomputer Raspberry Pi
2017 AMD Ryzen amd64

Seit 2017 verkauft Intel die 7. Generation (Kaby Lake) der Core-Serie mit einer lithographischen Strukturgröße von 14 nm für den Sockel 1151. Diese Prozessoren enthalten allesamt Erweiterungen für 64 Bit, MMX und SSE. Den höheren Klassen sind Vektorerweiterungen, Verschlüsselung und Virtualisierung vorbehalten. Sie unterscheiden sich in folgenden Kriterien:

Klasse Modell Kerne L3-Cache Turbo HT Vektor Crypto Virtualisierung
Celeron G39xx 2 2 M
Pentium G4xxx 2 3 M VT, EPT*
i3 7xxx 2 4 M AVX AES VT, EPT*
i5 7xxx 4 6 M ja AVX2 AES VT, EPT
i7 7xxx 4 8 M ja ja AVX2 AES VT, EPT
Xeon E3 15xx 4–12 8 M ja ja AVX2 AES VT, EPT

Beispiel: Intel Core i7 7700 K

Manufacturer
Brand
Core
Atom
Brand Modifier
E3 Server, Xeon
i7 HT, Turbo
i5 HT, Turbo
i3
Pentium
Celeron
Generation Indicator
7xxx 14nm Kaby Lake
6xxx 14nm Skylake
5xxx 14nm Broadwell
4xxx 22nm Haswell
3xxx 22nm Ivy Bridge
2xxx 32nm Sandy Bridge
5xx 32nm Clarkdale
8xx 45nm Lynnfield
9xx 45nm Bloomfield
Letter Suffix
K Desktop, Unlocked
C Desktop, LGA 1150
R Desktop, BGA 1364
S Desktop, Performance optimized
T Desktop, Power optimized
MX Mobile, Extreme Edition
HQ Mobile, High Performance Graphics
MQ Mobile, High Performance Graphics
M Mobile
U Mobile, Ultra Low Power
Y Mobile, Extremely Low Power

Das ACPI definiert folgende Zustände, um beim Betrieb den Stromverbrauch zu drosseln:

Stromsparmodi
Global Sleep Zustand CPU RAM Beschreibung
G0 S0 Working An An System ist in Betrieb
G1 S1 Sleep Stop An Prozessor-Caches wurden geleert
S2 Sleep Aus An
S3 Standby Aus Low Speicherinhalt wird aufrechterhalten
S4 Hibernate Aus Aus Speicherinhalt wurde auf Platte gesichert
G2 S5 Soft Off Aus Aus Heruntergefahren und ausgeschaltet
G3 Mechanical Off Aus Aus Stromzufuhr physisch getrennt

Speicher

Das flüchtige RAM vergisst alle Daten, sobald die Stromversorgung unterbrochen wird. Moderne Speichermodule übertragen Signale sowohl auf der steigenden als auch an der fallenden Flanke (double data rate). Die Datenrate ergibt sich also aus der Anzahl der übertragenen Bits pro Takt multipliziert mit Zwei.

Speichertypen
Jahr Speichertyp Pins Modulgröße
(Megabyte)
Speichertakt
(Megahertz)
Durchsatz
(MByte/s)
1980 FPM SIMM 30 0,25–16
1995 EDO SIMM 72 1–128
1997 SDR DIMM 168 16–512 66–166
1999 RDRAM RIMM 184 266–600
2000 DDR SDRAM 184 256–1024 100–200 200–400
2003 DDR2 240 256–4096 100–266 400-1060
2007 DDR3 240 512–8192 100–266 800–2125
2014 DDR4 288 4096–32768 200–400 1600–3200
2020 DDR5 288 200–525 3200–8400

Man unterscheidet folgende Varianten, jeweils mit oder ohne Fehlerkorrektur (ECC):

UDIMM
Ungepufferte Module für Desktop-Rechner
RDIMM
Gepufferte Module für Server
FBDIMM
Vollständig gepufferte Module für Server

Datenbus

Erweiterungskarten und Steuergeräte werden per PCI mit dem Chipsatz der Hauptplatine verbunden.

Bus-Generationen
Jahr Version Varianten Takt
(MHz)
Durchsatz
(MByte/s)
1981 AT 8 Bit 4.77 4
1983 ISA 16 Bit 6–8 16
1987 MCA 32 Bit 10 40
1988 EISA 32 Bit 8.33 33
1992 VLB 32 Bit 33/40/50 60–100
1993 PCI 2.0 32/64 Bit 120
1997 AGP 1.0 x1–x2 250–500
1999 AGP 2.0 x1–x4 500–1000
2002 PCI 2.3 500
2003 AGP 3.0 x4–x8 1000–2000
2004 PCIe 1.0 1–32 Lanes 250 / Lane
2008 PCIe 2.0 1–32 Lanes 500 / Lane
2011 PCIe 3.0 1–32 Lanes 1000 / Lane
2016 PCIe 4.0 1–32 Lanes 2000 / Lane

Hochgezüchtete Grafikkarten brauchen einen PEG-Slot, was letztendlich ein PCIe-Slot mit höherer Spannungsversorgung ist.

Festplatte

Auf Festplatten gespeicherte Daten bleiben dauerhaft erhalten. Per SATA angeschlossene Geräte unterstützen Hotplugging, also das an- und abschließend während des Betriebs. Steuergeräte, die das AHCI unterstützen, brauchen auch keine individuellen Treiber mehr.

Festplatten-Anschlüsse
Jahr Standard Name MByte/s Anschluss Erweiterungen
1989 ATA-1 8.3 40-polig Single Word DMA
1994 ATA-2 16.6 " Multi Word DMA
1996 ATA-3 " " SMART
1997 ATA-4 33.3 " ATAPI, HPA
1999 ATA-5 66.6 80-polig
2000 ATA-6 100 " LBA-48, AAM
2001 ATA-7 133 " UDMA-6
2002 SATA-1 1.5G 150 7-polig Hotplugging
2004 SATA-2 3G 300 " NCQ
2008 SATA-3 6G 600 " Power Management
2011 SATA-3.1 600 mSATA Queued Trim, USM
2013 SATA-3.2 Express2000 M.2 Dev Sleep
2016 SATA-3.3 Power Disable, SMR
2018 SATA-3.4 Temperature Monitoring

Solid State Disk

SSDs teilen den Flash-Speicher in Ebenen auf, von der jede wiederum Blöcke zwischen 256 Kilobyte und 4 Megabyte enthält. Jeder Block umfasst 128 oder 256 Seiten mit jeweils 2 bis 16 Kilobyte. Seiten können beliebig oft gelesen aber nur einmal geschrieben werden. Das Löschen von Daten funktioniert nur blockweise. Sogenannte Wear-Leveling-Algorithmen sorgen für eine gleichmäßige Beanspruchung des Speichers und verlängern so dessen Lebenszeit. Schnelle Laufwerke werden nicht mehr per SATA sondern per NVM Express direkt an den PCI-Bus angeschlossen.

Magnetspeicher

HDDs speichern Daten mit Hilfe von Schreib-/Leseköpfen auf rotierenden Magnetscheiben. Früher wurden einzelne Blöcke über das CHS-Schema adressiert. Heute kommt nur noch LBA mit Blockgrößen von 512 oder 2048 Byte vor. Physisch wurde der Datenträger ursprünglich längs der Spur magnetisiert (LMR). Moderne Platten zeichnen die Daten senkrecht auf (PMR). Für Datensicherung und Langzeitarchivierung gibt es die neue Schindeltechnik (SMR). Für unterschiedliche Einsatzgebiete hat sich folgende Farbkodierung etabliert:

Farbkodierung für Festplatten
Farbcode Einsatzgebiet Optimierung
Red NAS, RAID Dauerbetrieb und geringe Leistungsaufnahme
Green Datensicherung Lange Lebensdauer und geringe Leistungsaufnahme
Blue Desktop-PC Ausgewogene Werte und häufige Start-Stop-Zyklen
Black Workstation Maximale Leistung

Optische Laufwerke

In den frühen 90er Jahren revolutionierte die CD-ROM mit der für damalige Verhältnisse riesigen Speicherkapazität die Nutzung von PCs für Multimedia, also das Abspielen von Musik und Videos. Später wurden Filme auf DVD und BD vertrieben. Heute nutzt man optische Speichermedien bestenfalls noch zur Langzeit-Archivierung.

Optische Speichermedien
Jahr Medium Beschreibbar Dateisystem Kapazität (GB)
1991 CD-ROM - ISO96600.7
1992 CD-R " "
1996 CD-RW 1000× " "
1995 DVD-ROM - " 4.7
1996 DVD±R " "
1996 DVD±RW 1000× " "
1997 DVD-RAM 100000×UDF"
2002 BD - " 25/50
BD-R " 25/50/100
2006 BD-RE 1000× " 25/50
2010 BDXL - " 128/256/512
2015 " 300/500/1000

Speicherkarten

CF-Karten findet man hauptsächlich noch in professionallen Digitalkameras.

Compact Flash
Jahr Version Maße (mm) MByte/s Kapazität (GB)
1994 CompactFlash 1.0 36,4 × 42,8 × 5 8 128
2003 CompactFlash 2.0 " 16
2004 CompactFlash 3.0 " 66
2006 CompactFlash 4.0 " 133
2010 CompactFlash 5.0 / CFast 1.0 " 133/300
2012 CompactFlash 6.0 / CFast 2.0 " 167/600 512

SD-Karten werden als Speichermedien in Mobiltelefonen, Musikabspielgeräten, Digitalkameras, Tablets und Einplatinencomputern eingesetzt und meistens mit dem Dateisystem FAT32 oder neuerdings exFAT formatiert. Es gibt 3 Bauformen. Allerdings werden kaum noch miniSD-Karten hergestellt und in Mobiltelefonen werden hauptsächlich microSD-Karten verwendet.

Secure Digital
Jahr Version Bauform Maße (mm) MByte/sKapazität (GB)
2001 SDSC 32 × 24 × 2,1 2 2
2006 SDHC miniSD 21 × 20 × 1,4 12½ 32
2009 SDXC UHS-I microSD 11 × 15 × 1,0 104 512
2013 SDXC UHS-II " " 312 32–128
2017 SDXC UHS-III " " 624

Netzwerk

Ein LAN verbindet Rechner an einem Standort und ein WAN verbindet mehrere Standorte.

Geräteklassen im Netzwerk
Schicht Klasse …mit 2 Schnittstellen Zweck
1 physisch Hub Repeater Verstärkung von Signalen
2 MAC Switch Bridge Kopplung und Lasttrennung
3 IP Router Gateway Verbindung von Netzwerken

Ethernet (IEEE 802.3)

Ein Kabelnetzwerk überträgt Daten am schnellsten. Zur Unterscheidung von Stromkabeln sind Ethernetkabel traditionell gelb gefärbt. Im Heimbereich ist Gigabit-Ethernet (1000 Base-T) über CAT-5 Kupferkabel mit RJ-45 Steckern Stand der Dinge.

Datenraten im Kabelnetz
Jahr Standard Name MByte/sStecker Kabel
1973 0,36 Koaxial
1983 IEEE 802.3 10 Base-5 1,25 DIX/AUI Koaxial
1985 IEEE 802.3a 10 Base-2 1,25 BNC Koaxial
1990 IEEE 802.3i 10 Base-T 1,25 RJ-45 CAT 3
1995 IEEE 802.3u 100 Base-TX 12,5 RJ-45 CAT 5
1998 IEEE 802.3z 1000 Base-X 125 Glasfaser
1999 IEEE 802.3ab 1000 Base-T 125 RJ-45 CAT 5
2002 IEEE 802.3ae 10 GBase-… 1250 XFP Glasfaser
2006 IEEE 802.3an 10 GBase-T 1250 SFP+ CAT 7
2015 IEEE 802.3b… 40 GBase-… 5000 CXP Copper/Fiber
2015 IEEE 802.3b… 100 GBase-… 12500 CXP Copper/Fiber
2016 IEEE 802.3by 25 GBase-T 3200 SFP
2016 IEEE P802.3cd 50 GBase-T 6400 SFP

Wireless (IEEE 802.11)

Drahtlose Netzwerke werden durch einen SSID identifiziert und mit Verschlüsselung gegen unbefugten Zugriff geschützt. Geräte mit MU-MIMO können mehrere Antennen gleichzeitig nutzen.

Datenraten im Funknetz
Jahr Standard Wi-Fi Frequenz
(GHz)
Reichweite
(m)
AntennenMBit/sMByte/s
1997 IEEE 802.11 1 2.4 20 1 2 0,25
1999 IEEE 802.11b 2 2.4 38 1 11 1,3
2003 IEEE 802.11g 3 2.4 38 1 54 6,5
2009 IEEE 802.11n 4 2.4 70 1–4 150 18
2012 IEEE 802.11ac 5 5 1–8 1300 160
2018 IEEE 802.11ax 6 5 1–8 9608 1200

Damit im Sendebereich niemand mitschnüffeln kann, wird die Kommunikation via TKIP verschlüsselt. Im Heimbereich verwenden alle Stationen das gleiche Passwort (Pre-Shared Key). In Unternehmen authentifizieren sich die Clienten bei einem RADIUS-Server.

Verschlüsselung im Funknetz
Jahr Standard Chiffre Schlüsseltausch
1997 WEP RC4 SKA
2003 WPA RC4 PSK / EAP
2004 WPA2 AES PSK / EAP
2018 WPA3 AES SAE

Drahtlose und kabelbasierte Netzwerke lassen sich zu nahezu beliebig kombinieren. Dazu eine Taxonomie der Infrastrukturen:

BSS
Einzelner Zugangspunkt ohne weitere Anschlüsse
ESS
Verbindung mehrerer Zugangspunkts mit identischem ESSID via Ethernet (Roaming)
WDS
Verbindung mehrerer Zugangspunkts per Funk

Powerline

Sogenannte DLAN-Adpater modulieren den Datenstrom auf das Stromnetz. So lassen sich Distanzen innerhalb eines Gebäudes ohne zusätzliche Kabel überbrücken.

Grafik

Eine GPU unterstützt den Prozesser bei der Darstellung von zwei- und dreidimensionalen Grafik-Primitiven auf dem Bildschirm. Folgende Parameter bestimmen die Darstellung:

Auflösung
Anzahl der Pixel absolut und relativ zur Bildschirmfläche in DPI oder PPI. Je höher die Auflösung, desto schärfer das Bild.
Farbtiefe
Bits pro Pixel: 2 Bit schwarz/weiss, 8 Bit Graustufen, 8 oder 16 Bit Farbpalette oder 24 Bit Echtfarben
Bildwiederholrate
Bilder pro Sekunde: 60 für Bildschirme, 30 für Fernsehen, 24 im Kino
Horizontale und vertikale Frequenz bei Kathodenstrahlmonitoren (CRTs)
Umschaltzeit
Millisekunden von hell zu dunkel für schnelle Spiele bei digitalen Flachbildschirmen (DFPs)

Die benötigte Datenrate ergibt sich aus dem Produkt von Auflösung, Farbtiefe und Bildwiederholrate. Um beispielsweise 1920 × 1200 Pixel mit 3 Byte RGB-Echtfarben bei 60 Bildern pro Sekunde darzustellen, muss die Datenrate mindestens 395 Megabyte pro Sekunde betragen.

Monitor-Anschlüsse
Name D-SUB DVI-D HDMI DisplayPort Thunderbolt
Stecker D-SUB DVI-D HDMI DisplayPort USB Typ C

Bei den Anschlüssen unterscheidet man:

Datenrate verschiedener Steckertypen
Jahr Name Maximale Auflösung MByte/s Protokoll
1987 D-SUB HD15 1280 × 1024 analog
1999 DVI-D 1920 × 1200 / single
2560 × 1600 / dual
465 TMDS
2003 HDMI 1.0 1920 × 1200 165 × 3 TMDS
2004 HDMI 1.1 1920 × 1200 165 × 3
2005 HDMI 1.2 1920 × 1200 165 × 3
2006 DisplayPort 1.0 2048 × 1280 160 × 4 LVDS
2006 HDMI 1.3 2560 × 1600 340 × 3 CEC
2007 DisplayPort 1.1 2560 × 1600 270 × 4 HDCP
2009 HDMI 1.4 3840 × 2160 @ 30fps 340 × 3 ARC
2010 DisplayPort 1.2 4096 × 2560 540 × 4 MST
2013 HDMI 2.0 3840 × 2160 600 × 3
2014 DisplayPort 1.3 5120 × 2880
7680 × 4320
810 × 4
4:2:0
2015 Thunderbolt 3 4096 × 2160 × 2 540 × 8 DP 1.2
2016 DisplayPort 1.4 5120 × 2880
7680 × 4320
810 × 4 HDR 10
DSC 1.2
2017 HDMI 2.1 10328 × 7760 1333 × 4 DSC 1.2
2020 Thunderbolt 4

Monitor

Die optimale Diagonale für die Arbeit mit maximierten Fenstern auf virtuellen Desktops liegt bei 24". Typische Auflösungen sind:

Geräuchliche Auflösungen und Seitenverhältnisse
Jahr Name Auflösung Seiten-
verhältnis
Diagonale
bei 100 PPI
Megapixel
1953 NTSC 720 × 480 3:2 8''
1960 PAL 720 × 576 4:3 9''
1981 CGA 320 × 200 16:10 4''
1981 MDA 720 × 350 2:1 8''
1982 HGC 720 × 348 2:1 8''
1984 EGA 640 × 350 4:3 8''
1987 VGA 640 × 480 4:3 8'' 0,3
1988 SVGA 800 × 600 4:3 10'' 0,5
1990 XGA 1024 × 768 4:3 13'' 0,8
EDTV 1280 × 720 16:9 14'' 0,9
WXGA 1366 × 768 5:3 15'' 1,0
SXGA 1280 × 1024 5:4 16'' 1,3
SXGA+ 1400 × 1050 4:3 17'' 1,5
WSXGA 1680 × 1050 16:10 20'' 1,8
UXGA 1600 × 1200 4:3 20'' 1,9
2005 HD 1920 × 1080 16:9 22'' 2,1
WUXGA 1920 × 1200 16:1023'' 2,3
WQHD 2560 × 1440 16:9 28'' 3,7
WQXGA 2560 × 1600 16:10 30'' 4,1
QSXGA 2560 × 2048 5:4 32'' 5,2
QHD+ 3200 × 1800 16:9 36'' 5,8
QUXGA 3200 × 2400 4:3 40'' 7,7
2012 4K UHD 3840 × 2160 16:9 43'' 8,3
2001¹ WQUXGA 3840 × 2400 16:10 45'' 9,2
2014 5K (Retina) 5120 × 2880 16:9 58'' 14,7
2015 8K UHD 7680 × 4320 16:9 87'' 33,1
2017 10K 10328 × 7760 4:3 80

Danach richtet sich auch die Form des Bildschirms: Vom Rechteck bis zum Quadrat.

Vergleich von Seitenverhältnis und Bildschirmfläche
Auflösungen von VGA bis WQUXGA

Audio

Soundkarten wandeln digitale PCM-Daten in analoge Signale für Lautsprecher um (DAC) und digitalisieren analoge Signale von Mikrophonen (ADC). Abtastraten jenseits 44 KHz und Auflösungen jenseits 16 Bit sind physiologisch sinnlos, da das menschliche Ohr maximal Frequenzen zwischen 20Hz und 20KHz wahrnimmt und die Dynamik den Bereich bis an die Schmerzgrenze abdeckt.

Integrierte Audio-Hardware
Jahr Name Kanäle Sampling Auflösung Beschreibung
1986 I²S 2 44.1 kHz 16 Bit Stereo CD-Qualität
1996 AC'97 2 48 kHz 16 Bit Analoger CD-Anschluss
1998 AC'97 2.1 6 48 kHz 16 Bit 5.1 Surround-Sound
2000 AC'97 2.2 6 48 kHz 20 Bit Optionaler S/PDIF Ausgang
AC'97 2.3 6 48 kHz 20 Bit Jack Sensing
2004 HDA 8 192 kHz 32 Bit 7.1 Surround-Sound

Universal Serial Bus

An den USB werden vor allem HIDs wie Tastatur, Maus, Joystick angeschlossen. Mit wachsender Geschwindigkeit eignet er sich auch für Massenspeicher und mit Thunderbolt neuerdings auch für Bildschirme.

Standards und Steckertypen
Jahr Version Steuergerät Stecker Verwendung Variante Logo MByte/s
1995 1.0 UHCI Std A USB Std A Tastatur & Maus LowSpeed USB 0,15
OHCI FullSpeed 1
Std B USB Std B Drucker & Scanner
1998 1.1
2000 2.0 EHCI Mini A USB Mini A HiSpeed 40
Mini B USB Mini B Mobiltelefon
Micro A USB Micro A
Micro B USB Micro B Smartphone
2008 3.0 xHCI Micro B USB Micro B Externe Platte SuperSpeed SuperSpeed 300
2014 3.1 Typ C USB Typ C SuperSpeed+ SuperSpeed+ 900
Display Thunderbolt Thunderbolt 1212
2019 3.2 Gen 2x2 1800
2019 4.0 Gen 3x2 3600

Bluetooth

Als Alternative zum Kabel verbindet Bluetooth Peripheriegeräte per Funk. Je nach Klasse (1–3) beträgt die Reichweite bis zu 100 Meter.

Übertragungsraten
Jahr Version Datenrate
(MBit/s)
MByte/s Eigenschaften
1999 1.0 0,732 0,1 BD_ADDR
2001 1.1 0,732 0,1 RSSI
2003 1.2 1 0,12 AFH
2004 2.0 2,1 0,25 EDR
2007 2.1 SSP, QoS
2009 3.0 25 3,3 Highspeed
2009 4.0 25 Low Energy
2013 4.1 25
2014 4.2 25
2016 5 50 6,5 SAM

Bandbreite

Bandbreite misst die Datenmenge, die pro Zeiteinheit über die Leitung gehen. Latenz misst die Zeit, die vergeht, bis ein Datenpaket beim Ziel eintrifft. Normalerweise will man die Bandbreite maximieren und die Latenz minimieren.

In der Praxis werden selten die theoretischen Datenraten erreicht. Für die gefühlte Schwuppzidität bei der interaktiven Arbeit fallen Latenz und die Anzahl kleiner zufällig verteilter Lese- und Schreiboperationen (IOPS) stärker ins Gewicht. Beim Kopieren großer Datenmengen bestimmt die sequentielle Schreibrate die Dauer.

Vergleich der Bandbreite verschiedener Standards
MBit/s MByte/s Dauer pro
Terabyte
Datenträger USB Ethernet Wireless
0,05 0,007 5 Jahre 56K Modem
1.22 0,153 3 Monate 1X CD-ROM
12 1,5 1 Woche 1.0
54 6,5 2 Tage 11g
100 11 1 Tag 72X CD-ROM Fast
150 18 16 Stunden 2.0 Stick 11n
1000 125 2½ Stunden HDD Gigabit
1300 160 2 Stunden 11ac
550 ½ Stunde SATA-SSD
1200 15 Minuten SuperSpeed+ 10 G
2250 7 Minuten HDMI 2.0
4900 4 Minuten NVMe SSD
12500 1½ Minuten 100 G
25600 40 Sekunden DDR4-3200

Latenz

Eine schnelle Ausführungsgeschwindigkeit und kurze Reaktionszeiten bei interaktiven Programmen sind wichtige Aspekte der Benutzungsökonomie. Daher lohnt es sich, ein Gefühl für die Zugriffszeiten auf die verschiedenen Datenspeicher zu entwickln.

Vergleich der Latenzen beim Zugriff auf Daten
Zugriff ms µs ns
L1 Cache ½
Sprungvorhersagefehler 5
L2 Cache 7 14 x L1
Mutex-Operation 100
Zeiger-Dereferenzierung 100 20 x L2, 200x L1
1 KB Kompression 10
1 KB über 1 Gbps Leitung 10
4 KB random von SSD lesen 150
1 MB sequentiell aus Memory lesen 250
Roundtrip im Rechenzentrum 500
1 MB sequentiell von SSD lesen 1 4 x memory, 1GB/s
1 MB sequentiell über 1 Gbps senden 10 40 x memory, 10 x SSD
Seek auf Festplatte 10 20 x datacenter roundtrip
1 MB sequentiell von Platte lesen 30 120 x memory, 30 x SSD
Roundtrip über Atlantik und zurück 150

Literatur

  1. Elektronik Kompendium: Computertechnik
  2. Wikimedia: Video Standards
  3. Emmanuel Goossaert: What every programmer should know about solid-state drives
  4. Backblaze: Hard Drive Data and Stats