Festplatte – Grundlagen
In einer Festplatte werden die Daten auf mehreren rotierenden Metallscheiben gespeichert. Wie das funktioniert, welche Bauteile eine Festplatte hat und weitere grundlegende Infos findest du in diesem Artikel.
Geschichte der Festplatten
Die Idee der magnetischen Datenspeicherung geht bereits auf das 19. Jahrhundert zurück. Die erste echte Festplatte wurde 1956 von IBM entwickelt und vermietet. Auf 50 Scheiben mit einem Durchmesser von jeweils 60 cm hatten ganze 5 MByte platz. Damals ein großer Erfolg. Fast zwanzig Jahre später 1979 wurde dann die erste 5,25“ Festplatte von der Firma Seagate der Öffentlichkeit vorgestellt.
Mechanischer Aufbau
Im Inneren einer Festplatte befinden sich mehrere Metallscheiben die mit Eisenoxid beschichtet sind. Diese Platten sind an einer Spindel befestigt, die wiederum von einem Motor angetrieben wird. Daneben gibt es noch die Schreib-/ Leseköpfe, welche von einem Präzisionsmotor angetrieben werden. Die Köpfe werden nur durch ein hauchdünnes Luftpolster von den Plattenoberseiten getrennt. Sollte im Fehlerfall oder bei einem harten Stoß das Luftkissen nachlassen, so knallt der Kopf auf die Platte und ein lautes Quietschen bestätigt den so genannten Headcrash. All das befindet sich in einem luftdicht verschlossenen Gehäuse, da schon kleinste Staubkörner das Speichermedium unbrauchbar machen könnten.
Auf der Unterseite der HDD ist die Steuerelektronik zu finden. Sie stellt auch die externe Schnittstelle zur Datenübertragung bereit.
Durchschnittliche Zugriffszeit
Die Zugriffszeit ist die Zeit, die benötigt wird, um die angeforderten Daten zu lesen. Sie setzt sich zusammen aus der Zeit, die die Platte braucht, bis die richtige Stelle beim Lesekopf angekommen ist und der Zeit, die der Lesekopf benötigt, um zur richtigen Spur auf der Platte zu gelangen. Die mittlere Zugriffszeit liegt bei modernen Festplatten bei ca. 3,5 bis 11 ms.
Logische Anordnung der Daten
Auf den Magnetscheiben befinden sich konzentrisch angeordnete Spuren. Jeder Einzelne dieser Kreise ist in Blöcke unterteilt, dass sind die so genannten Sektoren. Diese sind üblicherweise 512 Byte groß und werden immer komplett gelesen und beschrieben, auch wenn Sie nur Teilweise Daten enthalten. Um die Adressierung zu vereinfachen, werden Sektoren zu so genannten Clustern zusammengefügt. Die gleiche Spur auf übereinander liegenden Scheiben bildet einen Zylinder.
Die gespeicherten Daten werden prinzipiell nach Köpfen, Zylindern und Sektoren geordnet angesprochen. Dabei entspricht die Kopfnummer der Scheibe, auf der die Daten untergebracht sind. Die Sektornummer zeigt schließlich auf einen konkreten, 512 Byte großen, Bereich auf der Festplatte.
Datenmenge / Speicherdichte
Wenn man in den Handel sieht, wird man nur noch Festplatten mit Größen von 40 GB und aufwärts finden. Das liegt daran, dass in der Massenfertigung aus Kostengründen nur noch Platten mit mindestens dieser Größe hergestellt werden. Die Zunahme der maximalen Speicherkapazität in den vergangenen Jahren, wird auch noch weiter anhalten. Jedoch stoßen die Ingenieure in absehbarer Zukunft auf physikalische Grenzen. Die Speicherdichte auf einer Magnetplatte lässt sich nicht unendlich vergrößern. Es wird aber schon fleißig an neuen Technologien (z.B. optische Festplatten) geforscht.
Fehlervermeidung
Aktuelle Festplatten verfügen über die so genannte SMART (Self Monitoring Analysis And Reporting) Technik. Diese kann fehlerhafte Sektoren frühzeitig erkennen und ausblenden. Es werden dann Ausweichsektoren genutzt. Wird die Platte einem LowLevelFormat (alle Bits werden auf 0 gesetzt) unterzogen werden fehlerhafte und defekte Sektoren automatisch markiert und ausgeblendet. Bei RAID-Systemen kann auch noch die SCSI Enclosure Services Technik zum Einsatz kommen. Hier werden zusätzlich äußere Umweltparameter an die Festplatte weiter gegeben und verarbeitet.