Standardgeschwindigkeiten von Computerhardware verstehen
Es gibt viele Missverständnisse bezüglich der Geschwindigkeiten verschiedener Standards für Datenübertragung und -speicherung in Computern (z. B. USB, SATA, DDR, PCIe, Ethernet usw.). Aus diesem Grund habe ich mehrere zusammenfassende Beschreibungen und Tabellen erstellt, die die wichtigsten Standards und ihre Geschwindigkeiten abdecken.
Die Leistung von Computerhardware-Standards wird oft mit theoretischen Maximalwerten beworben, die unter idealen Laborbedingungen gemessen werden (in der Praxis können die Übertragungsraten durch Gerätecontroller, Temperatur oder andere Engpässe begrenzt sein). Diese Werte spiegeln nicht unbedingt die Geschwindigkeiten im realen Einsatz wider, eignen sich aber hervorragend für Vergleichszwecke, da sie die Unterschiede zwischen den Technologiegenerationen deutlich aufzeigen.
Wenn wir Datenübertragungsraten und Speicherkapazitäten effektiv vergleichen wollen, kann das Byte als gemeinsamer Nenner dienen, da alle Daten letztendlich in Bytes gespeichert werden. Daher werde ich in diesen Vergleichen alle Daten in Bytes oder, genauer gesagt, wenn möglich, in Megabyte pro Sekunde (MB/s) angeben, damit die Zahlen leicht vergleichbar sind. Ich verwende MB/s (Megabyte pro Sekunde), weil dies derzeit die gebräuchlichste Einheit zur Messung der Geschwindigkeit von Speichergeräten, Arbeitsspeicher und anderen internen Komponenten ist, auch wenn technisch gesehen 1 MB in diesem Zusammenhang oft 10241024 Bytes entspricht (was formal MiB ist, wie unten erläutert). An vielen Stellen runde ich die Zahlen zur besseren Lesbarkeit deutlich. Bevor wir uns die Geschwindigkeiten der einzelnen Standards ansehen, wollen wir uns die Grundlagen der Maßeinheiten ansehen.
Dateneinheiten und ihre Verwendung
Dateneinheiten bilden das Fundament der digitalen Welt. Die kleinste Einheit ist das Bit, das einen einzelnen binären Wert (0 oder 1) speichert. Größere Einheiten wie Byte, Kilobyte, Megabyte, Gigabyte usw. werden verwendet, um Speicherkapazität und Datenübertragung zu messen. Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Einheiten, ihre Größen und gängigen Anwendungsbereiche.
| Einheit | Abkürzung | Größe (Bytes) | Gängige Verwendung |
|---|---|---|---|
| Bit | b | 1/8 Byte | Datenübertragungsraten (z. B. Internetgeschwindigkeit: Mbit/s, Gbit/s) |
| Byte | B | 8 Bits | Speichern von Zeichen (z. B. ein Buchstabe kann ein Byte sein) |
| Kilobyte | KB | 1.024 B | Textdateien, einfache Bilder |
| Megabyte | MB | 1.024 KB | MP3-Dateien, kleine Programme, Fotos |
| Gigabyte | GB | 1.024 MB | Filme, Software, RAM, SSD-Kapazität |
| Terabyte | TB | 1.024 GB | HDDs, große Datenbanken, Serverspeicher |
| Petabyte | PB | 1.024 TB | Große Rechenzentren, Cloud-Speicher |
| Exabyte | EB | 1.024 PB | Internet-Datenvolumen, globale Datenspeicherung |
Hinweis: Die Tabelle verwendet die übliche Konvention, bei der KB, MB, GB usw. Potenzen von 1024 darstellen. Siehe den nächsten Abschnitt zur Klärung.
Warum 1024 und nicht 1000?
In der Informatik basieren Datenmengen auf dem Binärsystem, da Computer das Zahlensystem zur Basis 2 (0 und 1) verwenden. Daher basiert die Größe einer Gruppe von Bits auf Potenzen von 2:
- 1 KB = 2¹⁰ = 1.024 B,
- 1 MB = 2²⁰ = 1.048.576 B,
- 1 GB = 2³⁰ = 1.073.741.824 B, und so weiter.
Dies unterscheidet sich vom Standard-Metriksystem (SI), bei dem 1 Kilo = 1000, 1 Mega = 1.000.000 usw. Aufgrund dieses Unterschieds hat die IEC-Norm (Internationale Elektrotechnische Kommission) separate Namen für die binären Einheiten eingeführt, wie z. B.:
- 1 Kibibyte (KiB) = 1.024 B
- 1 Mebibyte (MiB) = 1.024 KiB = 1.048.576 B
- 1 Gibibyte (GiB) = 1.024 MiB = 1.073.741.824 B
Die meisten Betriebssysteme (wie Windows) und viele Hardware-Kontexte verwenden jedoch immer noch die traditionellen Abkürzungen KB, MB, GB, um sich auf die 1024-basierten binären Einheiten zu beziehen. Im Gegensatz dazu verwenden Marketingmaterialien, insbesondere für Speichergeräte wie Festplatten und SSDs, oft die metrischen (1000-basierten) Definitionen (z. B. 1 GB = 1.000.000.000 Bytes). Diese Diskrepanz erklärt, warum eine "1 TB"-Festplatte in Ihrem Betriebssystem als etwa "931 GB" angezeigt werden kann (weil 1.000.000.000.000 Bytes / (102410241024) ≈ 931 GiB).
Was bedeuten 1000 MB Daten?
(Verwendung von 1000 MB ≈ 1 GB dezimal zur Veranschaulichung)
| Datentyp | 1000 MB entsprechen ungefähr |
|---|---|
| MP3-Song (320 kbps, ~5 MB/Song) | ~200 Songs (~15-20 Stunden Musik) |
| eBook (EPUB/PDF) (~500 KB/Buch) | ~2.000 Bücher |
| Foto (JPEG, 12 MP) (~3 MB/Foto) | ~333 Fotos |
| HD-Film (720p, H.264) (~1.000-1.500 MB/Stunde) | ~40-60 Minuten Video |
| Full-HD-Film (1080p, H.264) (~2.000-3.000 MB/Stunde) | ~20-30 Minuten Video |
| 4K-Film (HEVC/H.265) (~7.000-15.000 MB/Stunde) | ~4-8 Minuten Video |
Hinweis: Die tatsächlichen Größen variieren stark je nach Komprimierung und Qualitätseinstellungen.
Anwendungsbereiche und ihre primären Einheiten
- Datenübertragung: Netzwerkgeschwindigkeiten (wie Internet oder Ethernet) werden üblicherweise in Bit pro Sekunde gemessen (z. B. Mbit/s, Gbit/s), da der Datenstrom durch die Anzahl der pro Sekunde übertragenen Bits gekennzeichnet ist. Für den Vergleich mit Speichergeschwindigkeiten ist es jedoch sinnvoll, diese in Byte pro Sekunde umzurechnen (durch Division durch 8).
- Speicherung: Bytes und ihre Vielfachen (KB, MB, GB, TB usw.) werden verwendet, um die Kapazität von Dateien, Festplatten, SSDs und Speichermodulen zu messen.
- Speicher- und Speichergeräte: Die Kapazitäten von RAM und Flash-Speicher werden typischerweise in MB, GB oder TB gemessen. Server und Rechenzentren arbeiten im PB- oder EB-Bereich.
Datenübertragungsgeschwindigkeiten und geschätzte Kopierzeiten
(Zeiten berechnet mit theoretischen Maximalgeschwindigkeiten)*
| Technologie | Max. Geschwindigkeit (MB/s) | Kopieren von 1.000 MB (1 GB) | Kopieren von 10.000 MB (10 GB) | Kopieren von 100.000 MB (100 GB) |
|---|---|---|---|---|
| Diskette (1,44 MB) | ~0,05 MB/s | ~5,5 Stunden | ~2,3 Tage | ~23 Tage |
| CD-ROM (1x Geschwindigkeit) | 0,15 MB/s | ~1,9 Stunden | ~19 Stunden | ~8 Tage |
| USB 1.1 | 1,5 MB/s | ~11 Minuten | ~1,8 Stunden | ~18 Stunden |
| Ältere HDD (IDE, 5400 U/min) | ~25 MB/s | ~40 Sek. | ~7 Minuten | ~1,1 Stunden |
| USB 2.0 | 60 MB/s | ~17 Sek. | ~3 Minuten | ~28 Minuten |
| SATA HDD (7200 U/min) | ~150 MB/s | ~7 Sek. | ~1,1 Minuten | ~11 Minuten |
| USB 3.0 (Gen 1) | ~500 MB/s (realistisch) | ~2 Sek. | ~20 Sek. | ~3,5 Minuten |
| SATA III SSD | ~550 MB/s | ~1,8 Sek. | ~18 Sek. | ~3 Minuten |
| PCIe 3.0 NVMe SSD | ~3.500 MB/s | ~0,3 Sek. | ~3 Sek. | ~30 Sek. |
| PCIe 4.0 NVMe SSD | ~7.000 MB/s | ~0,15 Sek. | ~1,5 Sek. | ~15 Sek. |
| PCIe 5.0 NVMe SSD | ~14.000 MB/s | ~0,07 Sek. | ~0,7 Sek. | ~7 Sek. |
| HBM3 Speicherbandbreite (pro Stack) | ~819.200 MB/s | ~0,0012 Sek. | ~0,012 Sek. | ~0,12 Sek. |
In den folgenden Beiträgen habe ich die theoretischen Maximalgeschwindigkeiten und Kurzbeschreibungen der wichtigsten Datenübertragungsstandards in detaillierten Tabellen zusammengefasst: