|
Festplatte Festplatte Geöffnete Festplatte: drei Magnetscheiben, Lesekopf, Mechanik Schreib-/Lesekopf einer FestplatteEine Festplatte (engl. hard disk (HD) oder hard disk drive (HDD)) ist ein magnetisches Speichermedium der Computertechnik. Auf ihr können beliebige Daten, z. B. das Betriebssystem, Anwendungsprogramme oder persönliche Dateien (Videos, Musik, Bilder, Dokumente) dauerhaft gespeichert werden. Speicherkapazität Heutzutage wird das Fassungsvermögen einer Festplatte normalerweise in Gigabyte (GB) angegeben. Ein Gigabyte bedeutet hier 10003 = eine Milliarde Byte. In vielen andere Bereichen der Informationstechnologie wird mit Gigabyte 10243 = 230 = ca. 1,07 Milliarden Byte bezeichnet. Dadurch kommt es häufig zu Unstimmigkeiten in der Angabe der Größe durch den Hersteller und derer, die durch das Betriebssystem ermittelt wird. Der Hersteller gibt nämlich aus Marketing-Gründen die Zahl in Milliarden Bytes an, welche höher ist als die Zahl, die durch die Zweierpotenz berechnet wird. Handelsübliche Festplatten verfügen heutzutage über eine Kapazität von 60 - 400 GB (Oktober 2004). Zur Problematik der Größenangaben siehe auch Binary Byte Physikalischer Aufbau Eine Festplatte besteht aus folgenden Bauelementen: eine oder mehrere drehbar gelagerten Scheiben, sogenannten Platten mit derzeit je maximal 100 GB Speicherkapazität einem Antrieb bewegliche Schreib-/Leseköpfe (Heads) der Steuerelektronik der Schnittstelle zur Verbindung mit dem Computer Festplatten, welche in Arbeitsplatzrechnern oder in PCs für den privaten Gebrauch verwendet werden - momentan zum größten Teil Platten mit IDE Schnittstelle - rotieren mit Umdrehungsgeschwindigkeiten von 5.400 bis 9.600 Umdrehungen pro Minute. Im Bereich der Hochleistungsrechner und Server werden meistens Festplatten mit SCSI-Schnittstelle verwendet, die in der Regel 10.000 oder 15.000 Umdrehungen pro Minute erreichen. Bei den 2,5 Zoll Festplatten, die hauptsächlich in Notebooks zum Einsatz kommen, liegen die Geschwindigkeiten im Bereich von 4200 über 5400 bis hin zu auch bei den "normalen" 3,5 Festplatten gebräuchlichen 7200 Umdrehungen pro Minute (up/m). In dem Festplattengehäuse befinden sich mehrere, übereinander liegende, rotierenden Scheiben aus Metall. Sie bestehen meistens aus Aluminium oder Legierungen davon. In neuere Entwicklungen kommt auch Glas zum Einsatz. Da Aluminium selbst jedoch keine magnetischen Eigenschaften besitzt, wird zusätzlich eine Eisenoxyd- oder Kobaltschicht von ungefähr einem Mikrometer Stärke aufgetragen. Diese wird zusätzlich von einer Schutzhülle aus Graphit ummantelt, um mechanische Beschädigungen zu vermeiden. Zum Schutz der Datenoberfläche vor dem ungewollten Aufsetzen der Lese-/Schreibköpfen fahren diese im Ruhezustand der Festplatte in die sog. "Landing-Zone", in der sie fixiert werden und ausserhalb der Scheiben parken. Dies erhöht die Stossfestigkeit der Festplatten z. B. beim Transport oder Umbau. Speichern und Lesen von Daten Das Speichern der Daten auf einer Festplatte erfolgt durch die gezielte Magnetisierung kleinster Flächen einer Schicht ferromagnetischen Materials, die entsprechend ihrer Polarität den Wert 0 oder 1 annehmen. Der Schreib-/Lesekopf, im Prinzip ein winziger Elektromagnet, polarisiert die einzelnen Sektoren unterschiedlich und speichert so die Daten permanent. Vor dem Schreiben der Daten werden diese in speziellen Verfahren wie die früher üblichen Verfahren GCR, MFM, RLL und heute üblicherweise mit PRML oder EPRML kodiert. Ein logisches Bit steht daher nicht mehr physikalisch als magnetsierte oder nicht magnetisierte Einheit auf der Plattenoberfläche. Durch die Schreibverfahren wird auch eine Kompression erreicht, so dass die Datendichte steigt. Das Auslesen der Daten wird durch Induktion des Magnetfelds der polarisierten Fläche in der Spule des Schreib-/Lesekopfes erreicht. Über die Jahre wurden die Flächen, die einzelne Bits speichern immer kleiner- bei gleich großer Fläche wurde die Datendichte erhöht. Das wurde durch kleinere Leseköpfe ("Giant-Magneto-resistance"-Köpfe") und besseres Trägermaterial sowie durch die Optimierung der Schreibverfahren erreicht. en:Giant magnetoresistive effect Abmessungen Aktuelle Festplatten für den Einsatz in Desktop PCs werden im 3,5-Zoll-Format gefertigt, was einer äußeren Abmessung von etwa 25 x 100 x 145 mm entspricht. Insbesondere in Laptops wird die kleinere, aber nicht so leistungsfähige, 2,5-Zoll-Bauform eingesetzt. Logischer Aufbau Die magnetische Schicht der Scheiben ist der eigentliche Träger der Informationen. Sie wird auf zylindrischen Spuren magnetisch aufgeprägt, während die Scheibe rotiert. Eine Scheibe enthält typischerweise einige tausend solcher Spuren, meist auch auf beiden Seiten. Die Spuren nennt man auch Zylinder. Jede Spur ist in kleine logische Einheiten unterteilt, die man Sektoren nennt. Ein typischer Sektor enthält 512 Byte an Information. Jeder Sektor verfügt dabei über Kontrollinformationen (Checksummen, Prüfsummen), über die man sicherstellen kann, dass die Information auch korrekt geschrieben oder gelesen wurde. Bei modernen Festplatten ist es oft so, dass die wahre Geometrie, also die Anzahl von Sektoren, Köpfen und Zylindern, die von der Festplatten-Intelligenz verwaltet werden, nach außen nicht sichtbar ist. Der Computer, der die Festplatte bedient, arbeitet dann mit einer virtuellen Festplatte, die eine völlig andere Geometrie aufweist. Dies erklärt, warum z.B. eine Festplatte vom Computer mit 255 Köpfen gesehen wird, die real aber nur 4 Köpfe aufweist. Ein Grund für solch ein virtuelles Konzept ist, dass man Begrenzungen von PC-kompatibler Hardware überwinden wollte. Weiterhin kann die Festplatten-Intelligenz durch dieses virtuelle Konzept defekte Sektoren ausblenden, um dann einen Sektor aus einer Reserve-Spur einzublenden. Für den Computer sieht es immer so aus, als wären alle Sektoren in Ordnung und nutzbar. Der Computer, der die Festplatte nutzt, kann diese partitionieren. So kann eine Festplatte in mehrere Bereiche unterteilt werden, die man als Partitionen bezeichnet. Man kann sie sich als logische Festplatten vorstellen. Deshalb erscheinen unter einem Windows-Betriebssystem diese dann als einzelne Laufwerke. Der Anwender sieht also nur Laufwerke und weiß dabei nicht, ob es sich tatsächlich jeweils um eine physikalisch getrennte Festplatte handelt oder lediglich um eine Partition auf einer gemeinsamen Festplatte. Jede Partition wird vom Betriebssystem gewöhnlich mit einem Dateisystem formatiert. Hier werden mehrere Sektoren zu Blöcken zusammengefasst, die dann die kleinste logische Einheit für Daten sind, die auf die Platte geschrieben werden. Das Dateisystem sorgt dafür, dass Daten in Form von Dateien auf die Platte abgelegt werden können. Ein Inhaltsverzeichnis im Dateisystem sorgt dafür, dass Dateien wiedergefunden werden und hierarchisch organisiert abgelegt werden können. Schnittstellen Als Schnittstelle der Festplatte zu anderen Computer-Komponenten werden bisher hauptsächlich ATA (IDE, EIDE) oder SCSI verwendet. Seit 2002 gewinnt das neue Verfahren Serial ATA an Bedeutung. Die Vorteile gegenüber ATA sind der höhere mögliche Datendurchsatz und die einfachere Verdrahtung. Außerdem werden auch universelle Schnittstellen wie FireWire oder USB 2.0 für den Anschluß externer Festplatten verwendet. Eine weitere Option, nämlich die Kommunikation via Fibre Channel-Interface ist noch leistungsfähiger, aber auch teurer und findet daher zum Beispiel in Rechenzentren Verwendung. Datensicherheit Die Anfälligkeit von Festplatten ist besonders bei den neuen, sehr schnell drehenden Systemen vorwiegend auf thermische Probleme zurückzuführen. Aber auch beim mechanische Aufsetzen des Schreib-Lesekopfes (Head-Crash) wird die Festplatte massiv beschädigt. Des weiteren können Fehler in der Steuerelektronik oder allgemeine Abnutzung Ausfälle produzieren. In kritischen Anwendungsgebieten werden deshalb oft mehrere Festplatten zur Steigerung der Ausfallsicherheit und /oder der Leistung, als Stripeset RAID-0 (erhöhte Geschwindigkeit) oder Mirrorset RAID-1 (erhöhte Sicherheit durch Spiegelung) oder einer Kombination aus beidem (RAID Level 5 oder höher) betrieben. Datenschutz Wo Daten gespeichert werden, muss man sich auch Gedanken um den Datenschutz machen. Besonders dann, wenn Geräte verkauft oder entsorgt werden, auf denen sich sensible Daten befinden. Vielen ist dabei nicht bewusst, dass das dominierende Betriebssystem Windows keine Möglichkeit von sich aus bietet, Festplatten wirklich zu löschen. Die meisten Dateisysteme löschen Dateien nämlich nicht, sondern tragen sie lediglich aus dem Inhaltsverzeichnis aus. Die eigentlichen Daten sind weiterhin vorhanden und mit speziellen Werkzeugen zurückholbar. Es ist ein weitverbreiteter Irrglaube, dass ein Formatieren der Festplatte diese komplett löscht. In Wirklichkeit werden lediglich ein paar Steuerinformationen überschrieben. Nur durch spezielle Software kann man Festplatten vollständig löschen. |
| Dieser Artikel basiert auf dem Artikel http://de.wikipedia.org/wiki/Festplatte aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren . verfügbar, dort kann man den Artikel bearbeiten. |