Festplattenlaufwerk Dieser Artikel beschreibt Laufwerke mit magnetischer Aufzeichnungstechnik Massenspeicher mit Halblei
Festplattenlaufwerk
Dieser Artikel beschreibt Laufwerke mit magnetischer Aufzeichnungstechnik. Massenspeicher mit Halbleiterspeichertechnik werden unter Solid-State-Drive beschrieben.
Ein Festplattenlaufwerk (englischhard disk drive, Abkürzung HDD), oft auch als Festplatte oder Hard Disk (abgekürzt HD) bezeichnet, ist ein magnetischesSpeichermedium der Computertechnik, bei welchem Daten auf die Oberfläche rotierender Scheiben (auch englisch „Platter“ genannt) geschrieben werden. Zum Schreiben wird die hartmagnetische Beschichtung der Scheibenoberfläche entsprechend der aufzuzeichnenden Information berührungslos magnetisiert. Durch die Remanenz (verbleibende Magnetisierung) erfolgt das Speichern der Information. Das Lesen der Information erfolgt durch berührungsloses Abtasten der Magnetisierung der Plattenoberfläche.
Speichermedium
Festplattenlaufwerk
geöffnete Festplatte: drei Magnetscheiben, Schreib-Lese-Kopf, Mechanik
Videoaufnahme einer geöffneten FestplatteEnglischsprachiges Lehrvideo mit ausführlicher Erklärung der grundlegenden Funktion einer FestplatteDas Zusammenspiel von CPU und Interrupts bei Eingabe- und Ausgabevorgängen einer Festplatte (stark vereinfachte Darstellung)
Im Unterschied zu sequentiell adressierten Speichermedien wie Magnetband oder Lochstreifen werden Festplatten den direktadressierbaren Speichermedien (englisch direct access storage devices, DASD) zugerechnet, da kein linearer Durchlauf erforderlich ist, um zu einer bestimmten Speicherstelle zu gelangen. Vor der Nutzung im PC-Bereich ab den 1980er Jahren wurden Festplatten vor allem im Mainframe-Bereich genutzt. Die Daten können in unterschiedlichen Organisationsformen auf den Festplatten gespeichert sein. CKD (count key data) organisierte Festplatten enthalten je nach Satzformat unterschiedlich lange Datenblöcke. FBA (fix block architecture) organisierte Festplatten enthalten gleich lange Datenblöcke, die üblicherweise 512 oder 4096 Byte groß sind. Ein Zugriff muss immer eine ganze Zahl von Blöcken umfassen.
Seit dem Jahr 2007 werden auch im Endkundenmarkt Flash-Speicher (sogenannte Solid-State-Drives, abgekürzt SSD) und Hybridspeicher (Kombinationen aus SSD und konventionellen Festplatten) angeboten, die über die gleichen Schnittstellen (Spezifikation nach SATA usw.) angesprochen und vereinfacht ebenfalls als „Festplatten“ bezeichnet werden. Pro Terabyte ist eine billige Desktop-SSD (Stand August 2020) etwa dreimal so teuer wie eine billige konventionelle Desktop-Festplatte, erreicht aber erheblich geringere Zugriffszeiten sowie höhere Schreib- und Lesegeschwindigkeiten. Aufgrund des geringeren Preises je Speichereinheit finden konventionelle Festplatten insbesondere bei Anwendungen, die hohe Kapazitäten, aber keine hohen Geschwindigkeiten erfordern (bspw. beim Einsatz im NAS zur Medienspeicherung im privaten Rahmen) noch vielfache Verwendung.
Die Bezeichnung „Festplatte“ beschreibt zum einen, dass die Magnetplatte im Gegensatz zur „Wechselplatte“ fest mit dem Laufwerk beziehungsweise dem Computer verbunden ist. Zum anderen entspricht sie der englischen Bezeichnung „Hard Disk“, die im Gegensatz zu flexiblen (englisch floppy) Scheiben in Disketten aus starrem Material besteht. Dementsprechend war bis in die 1990er Jahre auch rigid disk gebräuchlich.
Allgemeine technische Daten
Festplatten werden durch (sogenannte „Low-Level“-)Formatierung mit einer Zugriffsstruktur versehen. Seit Anfang der 1990er Jahre mit Aufkommen von IDE-Festplatten erfolgt dies beim Hersteller und kann auch nur noch durch den Hersteller durchgeführt werden. Der Begriff „Formatieren“ wird auch für das Anlegen eines Dateisystems verwendet („High-Level-Formatierung“).
Bei der Low-Level-Formatierung werden verschiedene Markierungen und die Sektor-Header geschrieben, die Spur- und Sektornummern zur Navigation enthalten. Die bei aktuellen Festplatten mit Linearmotoren notwendigen Servoinformationen können nicht durch den Benutzer geschrieben werden. Servoinformationen sind notwendig damit der Kopf der „Spur“ zuverlässig folgen kann. Eine rein mechanische Führung ist bei höherer Spurdichte nicht mehr möglich und zu ungenau – bei einer Spurdichte von 5,3 Spuren/µm ist eine Spur nur 190 nm breit.
Speicherkapazität
Zeitliche Entwicklung der maximalen Speicherkapazität von PC-Festplatten, einfach logarithmische Skalierung
Die Speicherkapazität einer Festplatte berechnet sich aus der Größe eines Datenblocks (256, 512, 2048 oder 4096 Byte) multipliziert mit der Anzahl der verfügbaren Blöcke. Die Größe der ersten Festplatten wurde in Megabyte angegeben, ab etwa 1997 in Gigabyte, seit etwa 2008 gibt es Platten im Terabyte-Bereich.
War die Art und Weise der Speicherung der Daten der ersten Platten noch „von außen sichtbar“ (dem Festplattencontroller, der Firmware wie etwa beim IBM-PC-kompatiblen Computer das BIOS, und dem Betriebssystem mussten die Sektoren pro Spur, Anzahl der Spuren, Anzahl der Köpfe, MFM- oder RLL-Modulation bekannt sein), so änderte sich dies mit Einführung der IDE-Platten Anfang der 1990er-Jahre. Es war immer weniger zu sehen, wie die Daten intern gespeichert werden; das Ansprechen der Platte erfolgt über eine Schnittstelle, die Interna nach außen verbirgt. Mitunter meldete die Festplatte „falsche“ Informationen für die Anzahl an Spuren, Sektoren und Köpfen, um Systembegrenzungen zu umgehen: Firmware und Betriebssystem arbeiteten auf Basis dieser „falschen“ Werte, die Festplattenlogik rechnete sie dann in interne, der eigenen Geometrie tatsächlich entsprechende Werte um.
Die zeitliche Entwicklung der maximalen Festplattenkapazität zeigt einen annähernd exponentiellen Verlauf, vergleichbar mit der Entwicklung der Rechenleistung nach dem Mooreschen Gesetz. Die Kapazität hat sich bei leicht sinkenden Preisen etwa alle 16 Monate verdoppelt, wobei sich der Kapazitätszuwachs seit etwa 2005 verringerte (Januar 2007: 1 Terabyte, September 2011: 4 Terabyte, Dezember 2019: 16 Terabyte).
Die Hersteller von Festplatten verwenden bei Speicherkapazitäten Präfixe in ihrer SI-konformen dezimalen Bedeutung. Eine Kapazitätsangabe von einem Terabyte bezeichnet hiernach eine Kapazität von 1012 Byte. Das Microsoft-Betriebssystem Windows und einige andere ältere Betriebssysteme verwenden bei der Kapazitätsangabe von Festplatten zwar die gleichen Präfixe, allerdings – historischem Usus folgend, jedoch entgegen seit 1998 geltender IEC-Normierung – in ihrer binären Bedeutung. Dies führt zu einem scheinbaren Widerspruch zwischen der Größenangabe des Herstellers und der des Betriebssystems. Beispielsweise gibt das Betriebssystem bei einer Festplatte mit einer vom Hersteller angegebenen Kapazität von einem Terabyte als Kapazität nur 931 „Gigabyte“ an, da ein „Terabyte“ dort 240 Byte bezeichnet (die IEC-konforme Bezeichnung für 240 Byte ist Tebibyte). Unter den IEC-konformen Systemen OS X (ab Version 10.6) und Unix bzw. den meisten Unix-artigen Betriebssystemen tritt dieser Effekt nicht auf.
Baugrößen (mechanisch)
Festplatten-Baugrößen 8″ bis 1″3,5″-Serial-ATA-Festplatte (frühe Variante mit zusätzlichem ATA-Stromanschluss)Formfaktor 2,5″ (links) und 5,25″ (volle Bauhöhe, rechts)1 GB IBM MicroDrive (1″) kompatibel zu CompactFlash-Typ-IIRückseite einer 2-TB-2,5″-Festplatte im Detail
Die Abmessungen von Festplatten werden traditionell in Zoll angegeben. Dabei handelt es sich um keine exakten Größenangaben, sondern um einen Formfaktor. Übliche Formfaktoren für die Breite sind 5,25″, 3,5″, 2,5″ und 1,8″, für die Höhe z. B. 1″, 1⁄2″ und 3⁄8″. Die Zollangaben entsprechen meist in etwa dem Durchmesser der Platter, nicht der Breite des Laufwerkgehäuses. Teilweise werden jedoch kleinere Platter verwendet, um höhere Drehzahlen zu ermöglichen.
Im Zuge der technischen Weiterentwicklung wurden immer wieder Baugrößen zugunsten kleinerer eingestellt, da diese neben dem geringeren Platzbedarf weniger anfällig gegen Erschütterungen sind und eine geringere Leistungsaufnahme aufweisen. Zwar bedeutet weniger Platz zunächst, dass ein Laufwerk kleinere Platter hat und damit weniger Speicherplatz zur Verfügung stellt. Die schnelle Technologieentwicklung in Richtung höherer Datendichten kompensiert diese Einschränkung jedoch erfahrungsgemäß kurzfristig.
Das erste Festplattenlaufwerk IBM 350 von 1956 war ein Schrank mit einem 24″-Plattenstapel. Mitte der 1970er Jahre kamen Modelle mit einer Größe von 8″ auf, die relativ schnell durch wesentlich handlichere und vor allem leichtere 5,25″-Festplattenlaufwerke abgelöst wurden. Zwischenzeitlich gab es noch Größen von 14″ und 9″.
5,25″-Festplatten wurden 1980 von (Shugart Technology) Seagate eingeführt, ihre Scheiben sind in etwa so groß wie eine CD/DVD/Blu-Ray. Seit 1997 wird diese Größe nicht mehr hergestellt. Einige SCSI-Server-Laufwerke sowie das LowCost-ATA-Laufwerk BigFoot von Quantum sind die letzten Vertreter dieses Formats. Die Baugröße dieser Laufwerke orientiert sich an der von 5,25″-Diskettenlaufwerken: Die Breite dieser Laufwerke beträgt 53⁄4″ (146 mm), die Höhe bei Laufwerken mit voller Höhe 31⁄4″ (82,6 mm), bei Laufwerken mit halber Höhe 15⁄8″ (41,3 mm). Es gab Modelle mit noch geringerer Bauhöhe: die Modelle der BigFoot-Serie hatten eine Bauhöhe von 3⁄4″ (19 mm) und 1″ (25,4 mm). Die Tiefe von 5,25″-Festplatten ist nicht festgelegt, sollte aber nicht wesentlich oberhalb von 200 mm liegen.
3,5″-Festplatten wurden 1987 von IBM mit der Baureihe PS/2 eingeführt und waren lange Zeit Standard in Desktop-Computern. Die Baugröße dieser Laufwerke orientiert sich an der von 3,5″-Diskettenlaufwerken: Die Breite dieser Laufwerke beträgt 4″ (101,6 mm), die Höhe meist 1″ (25,4 mm). Seagate brachte mit der ST1181677 eine Festplatte mit zwölf Scheiben und 1,6″ (40,64 mm) Höhe heraus; auch Fujitsu bot Laufwerke dieser Höhe an. Die Tiefe von 3,5″-Festplatten beträgt 5¾″ (146 mm).
In vielen Bereichen wurden 3,5″-Festplatten zum großen Teil durch 2,5″-Modelle oder SSDs abgelöst.
2,5″-Festplatten wurden ursprünglich für Notebooks entwickelt, fanden dann v. a. in Servern und Spezialgeräten (Multimedia-Playern, USB-Festplatten) Verwendung; mittlerweile sind sie weit verbreitet. Die Breite beträgt 70 mm, die Tiefe 100 mm. Die traditionelle Bauhöhe war 1⁄2″ (12,7 mm); mittlerweile gibt es Bauhöhen zwischen 5 mm und 15 mm, verbreitet sind 5 mm, 7 mm und 9,5 mm. Die erlaubte Bauhöhe hängt vom Gerät ab, in das die Festplatte eingebaut werden soll. Der Interface-Anschluss ist gegenüber den größeren Bauformen modifiziert; bei ATA ist der Abstand der Pins von 2,54 mm auf 2 mm verringert. Es kommen weiterhin vier Pins dazu (insgesamt 43 Pins), die den separaten Stromversorgungsstecker der größeren Modelle ersetzen. 2,5″-Festplatten benötigen nur eine Betriebsspannung von 5 V; die bei größeren Platten notwendige zweite Betriebsspannung von 12 V entfällt. 2,5″-SATA-Festplatten haben die gleichen Anschlüsse wie die 3,5″-Laufwerke, nur die 5 mm hohen Laufwerke haben wegen der geringen zur Verfügung stehenden Höhe teilweise einen speziellen SFF-8784-Anschluss.
Seit 2006 bieten Seagate, Toshiba, Hitachi und Fujitsu 2,5″-Festplattenlaufwerke für den Einsatz in Servern an. Seit April 2008 wird von Western Digital mit der Velociraptor ein 2,5″-Festplattenlaufwerk (mit 15 mm Bauhöhe) mit 3,5″-Einbaurahmen als Desktop-Festplattenlaufwerk vermarktet. Mit der zunehmenden Verbreitung von SSDs in Notebooks und Servern verliert diese Bauform stark an Bedeutung.
Häufigste Maße von Festplatten
Form- faktor
Höhe (mm)
Breite (mm)
Tiefe (mm)
5,25″
≤82,6
146
>200
3,5″
≤25,4
101,6
>146
2,5″
≤12,7
070
>100
1,8″
≤08
054
0>71–78,5
1,8″-Festplatten werden seit 2003 bei Subnotebooks, diversen Industrieanwendungen sowie in großen MP3-Playern verwendet. Die Breite beträgt 54 mm, die Tiefe zwischen 71 und 78,5 mm, die Höhe 8 mm.
Noch kleinere Baugrößen mit 1,3″, 1″ und 0,85″ spielen kaum eine Rolle. Eine Ausnahme waren Microdrives in der Anfangszeit der digitalen Fotografie – sie ermöglichten mit einer Baugröße von 1″ vergleichsweise hochkapazitive und günstige Speicherkarten im CompactFlash-Typ-II-Format für Digitalkameras, wurden aber inzwischen durch Flash-Speicher verdrängt. 2005 gab es von Toshiba Festplattenlaufwerke mit einer Baugröße von 0,85″ und einer Kapazität von 4 Gigabyte für Anwendungen wie MP3-Player.
Aufbau und Funktion
Physischer Aufbau der Einheit
Skizze einer FestplatteSchreib-Lese-Einheit mit PlatterstapelEinzelteile einer Festplatte
Eine Festplatte besteht aus folgenden Baugruppen:
eine oder mehrere rotierbar befestigte Scheiben (englisch: Platter, plural: Platters),
einer Achse, auch Spindel genannt, auf der die Scheiben übereinander montiert sind,
einem Elektromotor als Antrieb für die Spindel (und somit die Scheibe(n)),
einem DSP für Verwaltung, Bedienung des Interfaces, Steuerung der Schreib/Leseköpfe. Modulation und Demodulation der Signale der Schreiblese-Köpfe erfolgt dabei durch integrierte Spezialhardware und wird nicht direkt vom DSP durchgeführt. Die benötigte Verarbeitungsleistung der Demodulation liegt im Bereich ~107MIPS.
Da die magnetisierbare Schicht besonders dünn sein soll, bestehen die Scheiben aus einem nicht-magnetisierbaren Grundmaterial mit einer dünnen magnetisierbaren Deckschicht. Als Grundmaterial werden häufig oberflächenbehandelte Aluminium-Legierungen verwendet. Bei Scheiben mit hoher Datendichte wird aber vorrangig auf Magnesium-Legierungen, Glas oder Glasverbundstoffe zurückgegriffen, da diese Materialien weniger Diffusion aufweisen. Sie müssen möglichst formstabil (sowohl unter mechanischer als auch thermischer Belastung) sein und eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, um die Größe der Wirbelströme gering zu halten.
Auf die Scheiben wird eine Eisenoxid- oder Kobalt-Deckschicht von ungefähr einem Mikrometer Dicke aufgetragen. Heutige Festplatten werden durch Sputtern von sogenannten „high storage density media“ (dt. etwa „Materialien für hohe Speicherdichte“) wie CoCrPt hergestellt. Die magnetische Schicht wird zusätzlich mit einer Schutzschicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff versehen (englisch „carbon overcoat“), um mechanische Beschädigungen zu vermeiden. Darüber befindet sich noch eine 0,5–1,5 nm dicke Gleitschicht. Die zukünftige Verkleinerung der magnetischen „Bits“ erfordert sowohl die Erforschung von „ultra high storage density media“ als auch von alternativen Konzepten, da man sich langsam dem superparamagnetischen Limit nähert. Zusätzlich wurde eine Steigerung der Datendichte durch besseres Trägermaterial sowie durch die Optimierung der Schreibverfahren erreicht.
In Desktop-Festplatten der Jahre 2000 bis 2002 von IBM (Deskstar 75GXP/40GV DTLA-30xxxx, Deskstar 60GXP/120GXP IC35Lxxxx) kam Glas als Material für die Scheiben zum Einsatz. Neuere Modelle der Festplattensparte von IBM (2003 übernommen durch Hitachi) verwenden jedoch mit Ausnahme von Server-Festplatten wieder Aluminium. In dem Festplattengehäuse befinden sich eine oder mehrere übereinander liegende rotierende Scheiben. Gebaut wurden bisher Festplatten mit bis zu zwölf Scheiben, üblich sind derzeit ein bis vier. Energieverbrauch und Geräuschentwicklung innerhalb einer Festplattenfamilie steigen mit der Scheibenanzahl. Üblich ist es, alle Oberflächen der Platter zu nutzen (n Scheiben, 2n Oberflächen sowie Schreibleseköpfe). Einige Laufwerksgrößen (z. B. 320-GB-Laufwerk bei 250 GB/Scheibe) kommen mit einer ungeraden Anzahl von Schreib-Lese-Köpfen (hier: 3) aus und benutzen eine Oberfläche nicht.
Defekte Festplatten
Mit der Ablösung des Longitudinal Magnetic Recording durch Perpendicular Magnetic Recording (PMR) – einem seit den 1970er Jahren bekannten, aber damals nicht beherrschten Speicherprinzip – gelang es durch intensive Forschung seit 2000, die Datendichte weiter zu steigern. Die erste Festplatte mit dieser Speichertechnik kam 2005 von Hitachi: eine 1,8″-Festplatte mit 60 Gigabyte. Seit 2008 verwenden die meisten Festplatten diese Technologie (ab 200 GB/Scheibe bei 3,5″). Etwa seit 2014 verwenden manche Laufwerke „Shingled Magnetic Recording“ (SMR), bei dem eine Datenspur in ihre beiden Nachbarspuren hineinreicht; hierbei müssen ggf. mehrere parallele Spuren gemeinsam geschrieben werden oder Nachbarspuren müssen nach einem Schreiben repariert werden, was zu einer niedrigeren effektiven Schreibdatenrate führt. Hiermit sind 3,5″-Festplatten mit über 12 TB Kapazität möglich (Stand: 12/2017). Durch Einsatz von „Two-Dimensional Magnetic Recording“ (TDMR) kann die Datendichte nochmals um ca. 10 % gesteigert werden, das setzt aber mehrere Leseköpfe pro Seite und eine aufwändigere Elektronik voraus, weswegen der Einsatz teuren Laufwerken mit sehr großer Kapazität vorbehalten ist.
Achsen-Lagerung und Drehzahlen
In Arbeitsplatzrechnern oder Privat-PCs verwendete Festplatten – momentan zum größten Teil Platten mit ATA-, SATA-, SCSI oder SAS-Schnittstelle – rotieren mit Geschwindigkeiten von 5400 bis 10.000 min−1. Im Bereich der Hochleistungsrechner und Server werden überwiegend Festplatten eingesetzt, die 10.000 oder 15.000 min−1 erreichen. Bei den 2,5-Zoll-Festplatten für mobile Geräte liegen die Spindelgeschwindigkeiten im Bereich von 5400 bis 7200 min−1, wobei 5400 min−1 sehr verbreitet ist. Die Drehzahl muss hochpräzise eingehalten werden, da sie die zeitliche Länge eines Bit bestimmt; wie bei der Kopfpositionierung wird auch hier ein Regelkreis (englisch Servo) verwendet.
Die Achsen der Scheiben früherer Festplatten (bis 2000) waren kugelgelagert; in neuerer Zeit werden überwiegend hydrodynamische Gleitlager (englisch „fluid dynamic bearing“ – FDB) verwendet. Diese zeichnen sich durch eine höhere Lebensdauer, geringere Geräuschentwicklung und geringere Herstellungskosten aus.
Die Schreib-Lese-Kopf-Einheit
Kopfträger einer Festplatte
Der Schreib-Lese-Kopf (Magnetkopf) des Schreibfingers, im Prinzip ein winziger Elektromagnet, magnetisiert winzige Bereiche der Scheibenoberfläche unterschiedlich und schreibt somit die Daten auf die Festplatte. Aufgrund eines Luftpolsters, das durch die Reibung der Luft an der rotierenden Scheibenoberfläche erzeugt wird, schweben die Schreib-Lese-Köpfe (vgl. Bodeneffekt). Die Schwebehöhe lag 2000 im Bereich von etwa 20 nm. Aufgrund dieser geringen Distanz darf die Luft innerhalb des Festplattengehäuses keinerlei Verunreinigungen enthalten. Bei neueren Festplatten mit Perpendicular-Recording-Technik schrumpft dieser Abstand auf 5 bis 6 nm. Aktuell angekündigte Platten (2011) mit 1 Terabyte/Scheibe erlauben noch Flughöhen von maximal 3 nm, damit das Signal durch Abstandsverluste nicht zu stark geschwächt wird. Die Herstellung von Festplatten erfolgt deshalb wie die von Halbleitern in Reinräumen. Der Bodeneffekt ist in diesem Zusammenhang sehr nützlich zur Einhaltung der richtigen Flughöhe des Schreib-Lese-Kopfes über der rotierenden Scheibe.
Die Daten wurden bis etwa 1994 durch die Induktionswirkung des Magnetfeldes der magnetisierten Fläche der Datenträgeroberfläche in der Spule des Schreib-Lese-Kopfes ausgelesen. Über die Jahre wurden jedoch aufgrund der steigenden Datendichte die Flächen, auf denen einzelne Bits gespeichert werden, immer kleiner. Um diese Daten auszulesen, wurden kleinere und empfindlichere Leseköpfe benötigt. Diese wurden nach 1994 entwickelt: MR-Leseköpfe sowie einige Jahre später GMR-Leseköpfe (Riesenmagnetowiderstand). Der GMR-Lesekopf ist eine Anwendung der Spintronik.
Kopfpositionierung
In der Anfangszeit der Festplatten wurden die Schreib-Lese-Köpfe wie bei Diskettenlaufwerken mit Schrittmotoren angesteuert, die Spurabstände waren noch groß (siehe auch bei Aktor). Eine größere Positionierungsgenauigkeit und damit eine höhere Spurdichte erreichten Tauchspulsysteme, die über magnetische Informationen auf einer dedizierten Plattenoberfläche in einem Regelkreis gesteuert wurden (dedicated servo), aber wie Schrittmotorsysteme empfindlich auf unterschiedliche thermische Ausdehnungen und mechanische Ungenauigkeiten reagierten.
Spätere und heute noch übliche Systeme verwenden magnetische Positionsinformationen, die in regelmäßigen Abständen zwischen den Datensektoren auf jeder der Oberflächen eingebettet sind (embedded servo). Diese Methode ist elektronisch aufwendiger, aber mechanisch einfacher und sehr unempfindlich gegen störende Einflüsse. Vor der Servoinformation liegt üblicherweise eine spezielle Markierung, die das Kopfsignal vom Datenmodus in den Servomodus schaltet, die Information liest, an die Positionierung weitergibt und mit einer abschließenden Markierung wieder in den Datenmodus zurückschaltet. Die dadurch erreichte Positionierungsgenauigkeit liegt weiter unterhalb 1 µm. Bei der Hitachi Deskstar 7K500 aus dem Jahr 2005 beträgt die Spurdichte 5,3 Spuren/µm, die Bitdichte 34,3 Bit/µm. Das sind 182 Bit/µm².
Einteilige Kopfträgersysteme sind in der Präzision durch die Trägheit des Kopfarms beschränkt. Eine mehrstufige Positionierung (z. B. „Triple Stage Actuator“ bei Western Digital) ermöglicht eine höhere Genauigkeit und damit eine höhere Datendichte.
Parken der Köpfe
Fixierung des Lesekopfarms mit einem MagnetenSchreib-Lese-Kopf einer 2,5″-Festplatte
Zum Schutz der Scheiben-Oberflächen vor dem Aufsetzen der Schreib-Lese-Köpfe (dem sogenannten Head-Crash) fahren diese, noch bevor sich beim Ausschalten der Festplatte die Umdrehungsgeschwindigkeit merklich verringert hat, in die Landezone (englisch „landing zone“), in der sie fixiert werden. Beim plötzlichen Wegfall der Versorgungsspannung wird der Antrieb als Generator geschaltet und mit der so gewonnenen Energie ein Schwenkimpuls für den Kopfarm erzeugt. Dieses Parken erhöht die Stoßfestigkeit der Festplatten für einen Transport oder Umbau. Die Parkposition kann sich außerhalb der Scheiben oder im Innenbereich der Platten befinden. Dabei setzt der Schreib-Lese-Kopf auf einem vordefinierten Bereich der Festplatte auf, der keine Daten enthält. Die Oberfläche dieses Bereichs ist besonders vorbehandelt, um ein Festkleben des Kopfes zu vermeiden, und so einen späteren Wiederanlauf der Festplatte zu ermöglichen. Die Fixierung geschieht beispielsweise über einen Magneten, der den Lesekopf festhält.
Parkposition des Lesekopfs außerhalb des Plattenstapels
Bei älteren Festplatten wurden die Schreib-Lese-Köpfe bei fast allen Modellen aus dem Plattenstapel herausgefahren. Später (1990er, 2000er) wurde zunehmend eine Parkposition im Innenbereich bevorzugt. 2008 kommen beide Varianten vor. Bei Notebook-Platten bietet die Parkposition außerhalb des Plattenstapels zusätzlichen Schutz vor Beschädigung der Oberflächen der Scheiben bei Transport (Erschütterung) der Festplatte.
Bei älteren Festplatten mussten die Köpfe vor dem Ausschalten explizit per Befehl vom Betriebssystem geparkt werden – Schrittmotoren benötigten viele koordinierte Impulse zum Parken, die sich nach einem Wegfall der Versorgungsspannung nur sehr schwer oder gar nicht generieren ließen. Auch die Köpfe moderner Festplatten können explizit geparkt werden, da der beschriebene automatische Parkmechanismus nach dem Wegfall der Versorgungsspannung zu einem erhöhten Verschleiß führen kann. Der Parkbefehl wird heute automatisch beim Herunterfahren des Systems vom Gerätetreiber abgesetzt.
Bei modernen Laptops sorgt ein Beschleunigungssensor für das Parken des Festplattenfingers noch während eines eventuellen freien Falls, um so den Schaden beim Sturz eines Rechners zu begrenzen.
Festplatten-Gehäuse
Druckausgleichsloch
Das Gehäuse einer Festplatte ist sehr massiv. Meist ist es ein aus einer Aluminiumlegierung bestehendes Gussteil und mit einem Edelstahl-Blechdeckel versehen. Wird eine Festplatte in normaler, nicht gereinigter Luft geöffnet, können bereits kleinste Staub- bzw. Rauchpartikel, Fingerabdrücke usw. zu irreparablen Beschädigungen der Plattenoberflächen und der Schreib-Lese-Köpfe führen.
Das Gehäuse ist staubdicht, aber bei luftgefüllten Laufwerken üblicherweise nicht luftdicht abgeschlossen. Durch eine mit einem Filter versehene kleine Öffnung kann bei Luftdruckschwankungen (wie sie etwa bei Temperaturänderungen oder Änderungen des atmosphärischen Luftdrucks auftreten) Luft ein- oder austreten, um so die Druckunterschiede auszugleichen. Diese Öffnung – siehe nebenstehende Abbildung – darf nicht verschlossen werden. Da der Luftdruck im Gehäuse mit zunehmender Höhe über dem Meeresspiegel abnimmt, zum Betrieb aber ein Mindestdruck erforderlich ist, dürfen diese Festplatten nur bis zu einer bestimmten maximalen Meereshöhe betrieben werden. Diese ist in der Regel im zugehörigen Datenblatt vermerkt. Die Luft ist erforderlich, um die direkte Berührung von Schreib-Lese-Kopf und Datenträgeroberfläche (Head-Crash) zu verhindern; siehe auch Abschnitt Die Schreib-Lese-Kopf-Einheit weiter oben. Bei neueren Laufwerken wird statt des Filters eine elastische Membran eingesetzt, die das System durch Aufwölben in die eine oder andere Richtung an wechselnde Druckverhältnisse anpassen kann.
Einige Festplattenmodelle sind mit Helium gefüllt und im Gegensatz zu den luftgefüllten Laufwerken hermetisch verschlossen. Helium verfügt im Vergleich zu Luft über eine geringere Dichte und eine höhere Wärmeleitfähigkeit. Durch die geringere Dichte von Helium entstehen geringere störende Strömungseffekte, die zu reduzierten Kräften führen, die auf den Motor wirken. Auch Vibrationen, die durch die Positionierung der Trägerarme entstehen, werden verringert. Dadurch können die Abstände zwischen den einzelnen Scheiben verkleinert und mehr davon bei gleicher Bauhöhe integriert werden, was zu einer höheren Speicherdichte dieser Plattenlaufwerke führt.
Einbau
Bis etwa in die 1990er Jahre war für Festplatten eine definierte Einbaulage erforderlich und in der Regel nur waagerechter Betrieb (aber nicht „über Kopf“) oder aber senkrechte Lage („auf der Kante“) erlaubt. Dies ist für heutige Laufwerke nicht mehr erforderlich und nicht mehr spezifiziert; sie können in jeder Lage betrieben werden. Alle Festplatten sind im Betrieb gegen Vibration empfindlich, da dadurch die Positionierung der Köpfe gestört werden kann. Wird eine Festplatte elastisch gelagert, ist dieser Punkt besonders zu berücksichtigen.
Speichern und Lesen von Bits
Schreib-Lese-Kopf bei longitudinaler und senkrechter (englisch perpendicular) Aufzeichnung
Die Scheibe mit der Magnetschicht, in der die Informationen gespeichert sind, rotiert an den Schreib-Lese-Köpfen (s. o.) vorbei. Beim Lesen verursachen dabei Änderungen in der Magnetisierung der Oberfläche durch elektromagnetische Induktion einen Spannungsimpuls im Lesekopf. Bis zum Anfang des 21. Jahrhunderts wurde dabei fast ausschließlich die longitudinale Aufzeichnung verwendet, erst dann wurde auch die senkrechte Aufzeichnung eingeführt, die wesentlich höhere Schreibdichten erlaubt, aber kleinere Signale beim Lesen bewirkt, wodurch sie schwieriger zu beherrschen ist. Beim Schreiben dient derselbe Kopf zum Einschreiben der Information in die Magnetschicht. Zum Lesen sollte ein Magnetkopf anders ausgelegt sein als zum Schreiben, beispielsweise was die Breite des Magnetspalts betrifft; wird er für beides verwendet, müssen Kompromisse eingegangen werden, die die Leistung wieder begrenzen. Es gibt dazu neuere Ansätze durch spezielle Geometrien und Spulenwicklungen, diese Kompromisse effizienter zu gestalten.
Ein Leseimpuls entsteht also nur bei einer Änderung der Magnetisierung (mathematisch: Der Lesekopf „sieht“ sozusagen nur die Ableitung der Magnetisierung nach der Ortskoordinate). Diese Impulse bilden einen seriellen Datenstrom, der wie bei einer seriellen Schnittstelle von der Leseelektronik ausgewertet wird. Wenn beispielsweise Daten vorliegen, die zufällig über lange Strecken nur den logischen Pegel „0“ aufweisen, tritt solange keinerlei Änderung auf, also auch kein Signal am Lesekopf. Dann kann die Leseelektronik aus dem Takt kommen und falsche Werte lesen. Zur Abhilfe werden verschiedene Verfahren eingesetzt, die zusätzliche umgekehrt gepolte Bits in den Datenstrom einfügen, um eine zu lange Strecke einheitlicher Magnetisierung zu vermeiden. Beispiele dieser Verfahren sind MFM und RLL, die allgemeine Technik wird unter Leitungscode erläutert.
Beim Schreibvorgang wird je nach Logikpegel des Bits ein Strom unterschiedlicher Polung in die Magnetspule des Schreibkopfs gespeist (gegensätzliche Polung, jedoch gleiche Stärke). Der Strom bewirkt ein Magnetfeld, das Feld wird vom Magnetkern des Kopfs gebündelt und geführt. Im Spalt des Schreibkopfs treten die Magnetfeldlinien dann in die Oberfläche der Festplatte über und magnetisieren sie dabei in die gewünschte Richtung.
Speichern und Lesen von Byte-organisierten Daten
Heutige magnetische Festplatten organisieren ihre Daten – im Gegensatz zu Direktzugriffsspeichern (der sie in Bytes oder in kleinen Gruppen von 2 bis 8 Byte anordnet) – in Datenblöcken (wie z. B. 512, 2048 oder 4096 Byte), weshalb dieses Verfahren blockbasierte Adressierung genannt wird. Dabei können seitens der Schnittstelle immer nur ganze Datenblöcke oder Sektoren gelesen und geschrieben werden. (Bei früheren SCSI-Festplatten ermöglichte die Laufwerkselektronik einen byteweisen Zugriff.)
Das Lesen von Blöcken erfolgt durch Angabe der linearen Sektornummer. Die Festplatte „weiß“, wo sich dieser Block befindet, und liest beziehungsweise schreibt ihn auf Anforderung.
werden sie einer Modulation unterzogen: Früher waren GCR, MFM, RLL üblich, heutzutage haben PRML und neuerdings EPRML diese abgelöst, dann
wird der Schreib-Lese-Kopf-Träger in die Nähe der Spur gefahren, die beschrieben werden soll,
liest der Schreib-Lese-Kopf, welcher der informationtragenden Oberfläche zugeordnet ist, das Spursignal und führt die Feinpositionierung durch. Dazu gehört zum einen, die richtige Spur zu finden, zum anderen diese Spur auch genau mittig zu treffen.
Ist der Schreiblesekopf stabil auf der Spur und befindet sich der richtige Sektor unter dem Schreiblesekopf, wird die Blockmodulation geschrieben.
Bei vermuteter Fehlposition ist der Schreibvorgang sofort abzubrechen, damit keine Nachbarspuren (teilweise irreparabel) zerstört werden.
Beim Lesen werden diese Schritte umgekehrt ausgeführt:
Schreib-Lese-Kopf-Träger in die Nähe der Spur fahren, die gelesen werden soll.
der Schreib-Lese-Kopf, welcher der informationstragenden Oberfläche zugeordnet ist, liest das Spursignal und führt die Feinpositionierung durch.
Nun wird die Spur so lange (oder etwas länger) gelesen, bis der gewünschte Sektor erfolgreich gefunden wurde.
Bei diesem Vorgang gefundene Sektoren werden zuerst demoduliert und dann mittels der beim Schreiben erzeugten Vorwärtsfehlerkorrekturinformationen einer Fehlerkorrektur unterzogen.
Üblicherweise werden meist weitaus mehr Sektoren als der angeforderte Sektor gelesen. Diese landen normalerweise im Festplattencache (wenn nicht schon vorhanden), da die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass sie in Kürze noch benötigt werden.
War ein Sektor schlecht lesbar (mehrere Leseversuche notwendig, Fehlerkorrektur zeigte etliche korrigierbare Fehler auf), wird er üblicherweise neu zugeordnet, d. h. an einer anderen Stelle gespeichert.
War der Sektor nicht mehr lesbar, wird ein sogenannter CRC-Fehler gemeldet.
Logische Struktur der Scheiben
Plattenstruktur (bei MFM): (A) Spur (auch Zylinder), (B) Sektor, (C) Block, (D) Cluster. Hinweis: Die Zusammenfassung zum Cluster hat nichts mit MFM zu tun, sondern erfolgt auf der Ebene des Dateisystems.Magnetooptische Aufnahme der Magnetisierungen einzelner Bits auf einem Festplatten-Platter (Aufnahmen mit CMOS-MagView)Zylinder, Kopf, Sektor und Spur in Bezug auf mehrere Datenscheiben einer Festplatte
Die Magnetisierung der Beschichtung der Scheiben ist der eigentliche Informationsträger. Sie wird vom Schreib-Lese-Kopf auf kreisförmigen, konzentrischenSpuren erzeugt, während die Scheibe rotiert. Eine Scheibe enthält typischerweise einige tausend solcher Spuren, meist auf beiden Seiten. Die Gesamtheit aller gleichen, d. h. übereinander befindlichen Spuren der einzelnen Platten(oberflächen) nennt man Zylinder. Jede Spur ist in kleine logische Einheiten unterteilt, die man Blöcke nennt. Ein Block enthält traditionell 512 Byte an Nutzdaten. Jeder Block verfügt dabei über Kontrollinformationen (Prüfsummen), über die sichergestellt wird, dass die Information korrekt geschrieben oder gelesen wurde. Die Gesamtheit aller Blöcke, welche die gleichen Winkelkoordinaten auf den Platten haben, nannte man Sektor (bei MFM). Der Aufbau eines speziellen Festplattentyps, d. h. die Anzahl der Zylinder (Spuren je Oberfläche), Köpfe (Oberflächen) und Sektoren, wird als Festplattengeometrie bezeichnet.
Bei der Einteilung in Sektoren steht für deren innere Blöcke nur wenig Magnetschicht-Fläche zur Verfügung, die jedoch zum Speichern eines Datenblocks ausreicht. Die äußeren Blöcke sind jedoch viel größer, und verbrauchen viel mehr Magnetschicht-Fläche als notwendig wäre. Seit RLL wird dieser Platz im Außenbereich nicht mehr verschwendet, die Daten werden dort ebenso dicht geschrieben wie im Innenbereich – eine Spur im Außenbereich beinhaltet nun mehr Blöcke als im Innenbereich, eine Sektoreinteilung ist daher nicht mehr möglich. Bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit kann und muss die Festplattenelektronik im Außenbereich schneller lesen und schreiben als im Innenbereich. Durch diese Entwicklung verlor der Begriff Sektor seine ursprüngliche Wichtigkeit und wird heute vielfach (entgegen seiner eigentlichen Bedeutung) synonym für Block verwendet.
Da – als die Nummerierung der Blöcke bei steigenden Festplattenkapazitäten die Wortgrenze (16 Bit) überstieg – manche Betriebssysteme zu früh an Grenzen stießen, wurden Cluster eingeführt. Das sind Gruppen von jeweils einer festen Anzahl an Blöcken (z. B. 32), die sinnvollerweise physisch benachbart sind. Das Betriebssystem spricht dann nicht mehr einzelne Blöcke an, sondern verwendet auf seiner (höheren) Ebene als kleinste Zuordnungseinheit diese Cluster. Erst auf Hardwaretreiber-Ebene wird dieser Zusammenhang aufgelöst.
Bei modernen Festplatten ist normalerweise die wahre Geometrie, also die Anzahl an Sektoren, Köpfen und Zylindern, die vom Festplatten-Controller verwaltet werden, nach außen (d. h. für den Computer bzw. den Festplattentreiber) nicht sichtbar. Früher wurde dem Computer dann eine virtuelle Festplatte vorgespielt, die völlig andere Geometriedaten aufwies, um Begrenzungen der PC-kompatiblen Hardware zu überwinden. Zum Beispiel konnte eine Festplatte, die real nur vier Köpfe aufwies, vom Computer mit 255 Köpfen gesehen werden. Heute meldet eine Festplatte meist einfach die Anzahl ihrer Blöcke im LBA-Modus.
Heute übliche Festplatten teilen intern die Zylinder radial in Zonen ein, wobei die Zahl der Blöcke pro Spur innerhalb einer Zone gleich ist, beim Wechsel der Zone von innen nach außen aber zunimmt (Zone Bit Recording). Die innerste Zone hat die wenigsten Blöcke pro Spur, die äußerste Zone die meisten, weshalb die kontinuierliche Übertragungsrate beim Zonenwechsel von außen nach innen abnimmt.
Der Festplatten-Controller kann defekte Blöcke in die sogenannte Hot-Fix-Area ausblenden, um dann einen Block aus einem Reserve-Bereich einzublenden. Für den Computer scheint es dann immer so, als wären alle Blöcke defektfrei und nutzbar. Dieser Vorgang lässt sich jedoch per S.M.A.R.T. über den Parameter Reallocated Sector Count nachvollziehen. Eine Festplatte, deren RSC-Wert in kurzer Zeit merklich ansteigt, wird in Kürze ausfallen.
Advanced Format
Festplattenmodelle verwenden seit 2010 zunehmend ein Sektorierungsschema mit größeren Sektoren mit fast ausschließlich 4096 Bytes („4K“). Die größeren Datenblöcke ermöglichen eine größere Redundanz und damit eine niedrigere Block-Fehlerrate (BER) und/oder geringeren Gesamtoverhead im Verhältnis zur Nutzdatenmenge. Um nach einer jahrzehntelangen, (fast) ausschließlichen Verwendung von Blöcken mit 512 Byte Kompatibilitätsprobleme zu vermeiden, emulieren die meisten Laufwerke an ihrer Schnittstelle eine Blockgröße von 512 Byte („512e“). Ein physischer Block von 4096 Byte wird als acht logische Blöcke von 512 Byte emuliert – die Laufwerksfirmware nimmt die zusätzlich notwendigen Schreib- und Leseoperationen dann selbstständig vor. Dadurch wird grundsätzlich eine Verwendung mit bestehenden Betriebssystemen und Treibern sichergestellt.
Die 512e-Emulation stellt sicher, dass Advanced-Format-Laufwerke mit vorhandenen Betriebssystemen kompatibel sind – es kann zu Leistungseinbußen kommen, wenn physische Blöcke nur teilweise beschrieben werden sollen (die Firmware muss dann den physischen Block lesen, verändern und wieder zurückschreiben). Solange die Organisationseinheiten (Cluster) des Dateisystems sich mit den physischen Sektoren genau decken, ist dies kein Problem, wohl aber, wenn die Strukturen zueinander versetzt sind. Bei aktuellen Linux-Versionen, bei Windows ab Vista SP1 und macOS ab Snow Leopard werden neue Partitionen so angelegt, wie es für Advanced-Format-Laufwerke sinnvoll ist; beim bis nach Supportende 2014 noch relativ weit verbreiteten Windows XP jedoch nicht. So lassen sich bei Windows XP auf „4K“ ausgerichtete Partitionen mit verschiedenen Zusatztools anlegen; in der Regel werden solche Programme vom Laufwerkshersteller zur Verfügung gestellt.
Obwohl durch 48-Bit-LBA Festplatten bis zu 128 PiB unter Verwendung von 512-Byte-Sektoren angesprochen werden können, gibt es bei Verwendung des MBR als Partitionstabelle bereits bei Festplatten mit mehr als 2 TiB Einschränkungen. Aufgrund seiner nur 32 Bit großen Felder ist die maximale Partitionsgröße auf 2 TiB beschränkt (232 = 4.294.967.296 Sektoren bei einer Block-/Sektorgröße von 512 Byte); ferner muss ihr erster Block in den ersten 2 TiB liegen, was somit die maximal verwendbare Festplattengröße auf 4 TiB beschränkt. Für die uneingeschränkte Nutzung von Festplatten > 2 TiB ist ein Betriebssystem nötig, welches die GPT unterstützt. Das Booten von Festplatten mit GPT unterliegt je nach Betriebssystem und System-Firmware (BIOS, EFI, EFI+CSM) weiteren Einschränkungen.
Eine Emulation ist zunehmend nicht mehr notwendig („4K native“ bzw. „4Kn“). Beispielsweise unterliegen externe Festplatten (wie z. B. die Elements-Baureihe von Western Digital) keinen Einschränkungen durch eventuell inkompatible Laufwerkscontroller. Aufgrund der nativen Adressierung können diese Platten auch mit einer MBR-Partitionstabelle jenseits der 4-TiB-Grenze verwendet werden. Das Booten von solchen Datenträgern wird von Windows ab Windows 8/Windows Server 2012 unterstützt, wobei nach der Ablöse des BIOS durch das Unified Extensible Firmware Interface (UEFI bzw. zuvor EFI) in den 2010er-Jahren ohnehin die GUID-Partitionstabelle (GPT) die vorher genutzten meist auf 32-Bit beschränkten Partitionstabellen (MBR, APM), nicht nur auf IBM-PC-kompatiblen Computern, abgelöst hat.
Geschwindigkeit
Die Festplatte gehört mit zu den langsamsten Teilen eines PC-Kernsystems. Deshalb sind die Geschwindigkeiten einzelner Festplattenfunktionen von besonderer Bedeutung. Die wichtigsten technischen Parameter sind die kontinuierliche Übertragungsrate(sustained data rate) und die mittlere Zugriffszeit(data access time). Die Werte kann man den Datenblättern der Hersteller entnehmen.
Die kontinuierliche Übertragungsrate ist jene Datenmenge pro Sekunde, welche die Festplatte beim Lesen aufeinander folgender Blöcke im Mittel überträgt. Die Werte beim Schreiben sind meist ähnlich und werden deshalb üblicherweise nicht angegeben. Bei früheren Festplatten benötigte die Laufwerkselektronik mehr Zeit zur Verarbeitung eines Blocks als die reine Hardware-Lesezeit. Daher wurden „logisch aufeinanderfolgende“ Blöcke nicht physisch aufeinanderfolgend auf dem Platter gespeichert, sondern mit einem oder zwei Blöcken Versatz. Um alle Blocks einer Spur „aufeinanderfolgend“ zu lesen, musste der Platter folglich zwei oder drei Mal rotieren (Interleave-Faktor 2 oder 3). Heutige Festplatten besitzen ausreichend schnelle Elektronik und speichern logisch aufeinanderfolgende Blöcke auch physisch aufeinanderfolgend.
Sowohl beim Schreiben als auch beim Lesen muss vor dem Zugriff auf einen bestimmten Block der Schreib-Lese-Kopf der Platte zur gewünschten Spur bewegt und anschließend abgewartet werden, bis durch die Rotation der Platte der richtige Block unter dem Kopf vorbeigeführt wird. Diese mechanisch bedingten Verzögerungen liegen Stand 2009 bei etwa 6–20 ms, was nach Maßstäben anderer Computerhardware eine kleine Ewigkeit ist. Daraus ergibt sich die extrem hohe Latenzzeit von Festplatten im Vergleich zu RAM, die noch auf der Ebene der Softwareentwicklung und der Algorithmik berücksichtigt werden muss.
Die Zugriffszeit setzt sich aus mehreren Anteilen zusammen:
der Spurwechselzeit(seek time),
der Latenzzeit(latency) und
die Kommando-Latenz(controller overhead).
Die Spurwechselzeit wird von der Stärke des Antriebs für den Schreib-Lese-Kopf (Servo) bestimmt. Abhängig davon, welche Strecke der Kopf zurücklegen muss, ergeben sich unterschiedliche Zeiten. Angegeben wird normalerweise nur der Mittelwert beim Wechsel von einer zufälligen zu einer anderen zufälligen Spur (gewichtet nach der Zahl der Blöcke auf den Spuren).
Die Latenzzeit ist eine unmittelbare Folge der Umdrehungsgeschwindigkeit. Im Mittel dauert es eine halbe Umdrehung, bis ein bestimmter Sektor unter dem Kopf vorbeikommt. Daraus ergibt sich der feste Zusammenhang:
bzw. als zugeschnitte Größengleichung für die Latenzzeit in Millisekunden und die Drehzahl pro Minute:
Die Kommandolatenz ist die Zeit, die der Festplattencontroller damit verbringt, das Kommando zu interpretieren und die erforderlichen Aktionen zu koordinieren. Diese Zeit ist heutzutage vernachlässigbar.
Die Aussagekraft dieser technischen Parameter für die Systemgeschwindigkeit ist begrenzt. Deshalb wird im professionellen Bereich eine andere Kennzahl, nämlich Input/Output operations Per Second (IOPS) verwendet. Diese wird bei kleinen Blockgrößen hauptsächlich von der Zugriffszeit dominiert. Aus der Definition wird klar, dass zwei halb so große Platten gleicher Geschwindigkeit dieselbe Datenmenge mit der doppelten IOPS-Zahl bereitstellen.
Exemplarische Entwicklung der Plattengeschwindigkeit über die Zeit
Kategorie
Jahr
Modell
Größe
Drehzahl
Datenrate
Spur- wechsel
Latenz
Mittlere Zugriffszeit
GB
min−1
MB/s
ms
Server
1993
IBM 0662
–0.001,000
05.400
–005
08,5
05,6
15,4
Server
2002
Seagate Cheetah X15 36LP
–0.018 –0.036
15.000
–052 –068
03,6
02,0
05,8
Server
2007
Seagate Cheetah 15k.6
–0.146 –0.450
15.000
–112 –171
03,4
02,0
05,6
Server
2017
Seagate Exos E 2,5″
–0.300 –0.900
15.000
–210 –315
02,0
Desktop
1989
Seagate ST296N
–0.000,080
03.600
–000,5
28,0
08,3
40,0
Desktop
1993
Seagate Marathon 235
–0.000,064 –0.000,210
03.450
16,0
08,7
24,0
Desktop
1998
Seagate Medalist 2510–10240
–0.002,5 –0.010
05.400
10,5
05,6
16,3
Desktop
2000
IBM Deskstar 75GXP
–0.020 –0.040
05.400
–032
09,s
05,6
15,3
Desktop
2009
Seagate Barracuda 7200.12
–0.160 –1.000
07.200
–125
08,5
04,2
12,9
Desktop
2019
Western Digital Black WD6003FZBX
06.000
07.200
–201
04,2
14,4
Notebook
1998
Hitachi DK238A
–0.003,2 –0.004,3
04.200
–008,7 –013,5
12,0
07,1
19,3
Notebook
2008
Seagate Momentus 5400.6
–0.120 –0.500
05.400
–039 –083
14,0
05,6
18,0
Die Entwicklung der Festplattenzugriffszeit kann mit der anderer PC-Komponenten wie CPU, RAM oder Grafikkarte nicht mehr Schritt halten, weshalb sie zum Flaschenhals geworden ist. Um eine hohe Leistung zu erreichen, muss eine Festplatte deshalb, soweit möglich, immer große Mengen von Daten in aufeinander folgenden Blöcken lesen oder schreiben, weil dabei der Schreib-Lese-Kopf nicht neu positioniert werden muss.
Das wird unter anderem dadurch erreicht, dass möglichst viele Operationen im RAM durchgeführt und auf der Platte die Positionierung der Daten auf die Zugriffsmuster abgestimmt werden. Dazu dient vor allem ein großer Cache im Arbeitsspeicher des Computers, der von allen modernen Betriebssystemen zur Verfügung gestellt wird. Zusätzlich hat die Festplattenelektronik einen Cache (Stand 2012 für Platten von 1 bis 2 TB zumeist 32 oder 64 MiB), der vor allem zur Entkopplung der Interface-Transferrate von der unveränderlichen Transferrate des Schreib-Lese-Kopfes dient.
Neben der Verwendung eines Caches gibt es weitere Software-Strategien zur Performance-Steigerung. Sie werden vor allem in Multitasking-Systemen wirksam, wo das Festplattensystem mit mehreren beziehungsweise vielen Lese- und Schreibanforderungen gleichzeitig konfrontiert wird. Es ist dann meist effizienter, diese Anforderungen in eine sinnvolle neue Reihenfolge zu bringen. Die Steuerung erfolgt durch einen Festplatten-Scheduler, häufig in Verbindung mit Native Command Queuing (NCQ) oder Tagged Command Queuing (TCQ). Das einfachste Prinzip verfolgt dabei dieselbe Strategie wie eine Aufzugssteuerung: Die Spuren werden zunächst in einer Richtung angefahren und die Anforderungen beispielsweise nach monoton steigenden Spurnummern abgearbeitet. Erst wenn diese alle abgearbeitet sind, kehrt die Bewegung um und arbeitet dann in Richtung monoton fallender Spurnummern usw.
Bis etwa 1990 besaßen Festplatten meist so wenig Cache (0,5 bis maximal 8 KiB), dass sie keine komplette Spur (damals 8,5 KiB oder 13 KiB) zwischenspeichern konnten. Daher musste der Datenzugriff durch Interleaving gebremst beziehungsweise optimiert werden. Nicht notwendig war dies bei Platten mit hochwertigem SCSI- oder ESDI-Controller beziehungsweise bei den damals aufkommenden IDE-Platten.
Die seit etwa 2008 verwendeten SSD („Solid-State Disks“; sie arbeiten mit Halbleitertechnik, einem Teilgebiet der Festkörperphysik (englisch Solid-state physics)) weisen prinzipbedingt wesentlich kürzere Zugriffszeiten auf. Seit 2011 gibt es auch kombinierte Laufwerke, die – für den Computer transparent – einen Teil der Kapazität als SSD realisieren, die als Puffer der konventionellen Platte dient.
Während die Kapazität der Festplatten in 3,5″-Baugröße weiter ansteigt, wächst die Transferrate weniger stark, und die IOPS stagnieren. Dadurch erreichen Festplatten in gewissen Anwendungen nicht mehr eine ausreichende Leistung pro TB Speicherkapazität. Seagate hat daher ab dem Jahr 2020 Laufwerke entwickelt, welche den Arm mit den Schreib/Leseköpfen horizontal getrennt in zwei separat operierende Einheiten aufteilt. Damit kann der Durchsatz und die IOPS bei gleichem Bauraum unter idealen Bedingungen verdoppelt werden. Primärer Nutzer sind Betreiber von Cloud-Dienstleistungen.
Partitionen
Aus Sicht des Betriebssystems können Festplatten durch Partitionierung in mehrere Bereiche unterteilt werden. Das sind keine echten Laufwerke, sondern sie werden nur vom Betriebssystem als solche dargestellt. Man kann sie sich als virtuelle Festplatten vorstellen, die durch den Festplattentreiber dem Betriebssystem gegenüber als getrennte Geräte dargestellt werden. Die Festplatte selbst „kennt“ diese Partitionen nicht, es ist eine Sache des übergeordneten Betriebssystems.
Jede Partition wird vom Betriebssystem gewöhnlich mit einem Dateisystem formatiert. Unter Umständen werden, je nach benutztem Dateisystem, mehrere Blöcke zu Clustern 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. Der Dateisystem-Treiber verwaltet die belegten, verfügbaren und defekten Cluster. Bekannte Beispiele für Dateisysteme sind FAT (plattformübergreifend), NTFS (Windows), APFS und HFS+ (Mac OS), UFS und ZFS (BSD-Unix) sowie extfs und btrfs (Linux).
Verbünde
Sollen größere Datenmengen oder große Datenmengen statt auf einer einzelnen großen, teuren Platte auf günstigeren, kleinen und langzeiterprobten Platten gespeichert werden, kann man sie mit einem Logical Volume Manager als JBOD zusammenfassen oder mit RAIDs zusätzlich gegen Ausfälle vorbeugen und sie in Disk-Arrays zusammenfassen. Dies kann in einem Server oder einem Network Attached Storage geschehen, welcher von mehreren genutzt werden kann, oder man baut überhaupt ein eigenes Storage Area Network auf. Man kann auch (meist externes) Cloud-Computing nutzen, welches die bisher angesprochenen Techniken nutzt.
Geräuschvermeidung
Um die Lautstärke der Laufwerke beim Zugriff auf Daten zu verringern, unterstützen die meisten für den Desktop-Einsatz gedachten ATA- und SATA-Festplatten seit circa 2003 Automatic Acoustic Management (AAM), das heißt, sie bieten die Möglichkeit, per Konfiguration die Zugriffszeit zugunsten geringerer Geräuschentwicklung zu verlängern. Wird die Festplatte in einem leisen Modus betrieben, werden die Schreib/Leseköpfe weniger stark beschleunigt, so dass die Zugriffe leiser sind. Das Laufgeräusch des Plattenstapels sowie die Daten-Transferrate werden davon nicht verändert, jedoch verlängert sich die Zugriffszeit. Dem gleichen Zweck dienen als „Entkopplung“ oder „Entkoppler“ bezeichnete Aufhängungen mit elastischen Elementen, die eine Übertragung der Vibrationen der Festplatte auf Gehäusebauteile verhindern sollen.
Eine ursprünglich in einem Forum veröffentlichte Entkopplungs-Lösung für Wasserpumpen im PC wird heute nach ihrem Poster als Shoggy-Sandwich benannt und unter dieser Bezeichnung im kommerziellen Computer-Fachhandel vertrieben. Zuvor ging sie in Bastlerkreisen auch als Lösung für Festplatten viral. Sie nutzt zwei verschiedene, ursprünglich im Baumarkt zu erwerbende Beläge für Reibebretter. Die eigentliche Entkopplung wird durch eine Schwammgummi-Platte sichergestellt, die wegen ihrer Weichheit und Porösität keine direkte Befestigung von Schrauben zulässt. Daher ist sie wie bei einem Sandwich zwischen zwei vergleichsweise festeren Zellgummi-Platten eingebettet, die an Festplatte und PC-Gehäuse adaptieren, indem Schrauben durchgesteckt werden.
Schnittstellen, Bussystem und Jumper
Ursprünglich (bis 1990/91) befand sich das, was heute als Schnittstelle zur Festplatte verstanden wird, bei Consumer-Platten nicht auf der Festplatte. Dafür war ein Controller in Form einer ISA-Steckkarte notwendig. Dieser Controller sprach die Platte unter anderem über eine ST506-Schnittstelle an (mit den Modulationsstandards MFM, RLL oder ARLL). Die Kapazität der Platte war mit vom Controller abhängig, gleiches galt für die Datenzuverlässigkeit. Eine 20-MB-MFM-Platte konnte an einem RLL-Controller 30 MB speichern, aber ggf. mit einer höheren Fehlerrate.
Bedingt durch die Trennung von Controller und Medium musste letzteres vor dem Gebrauch low-level-formatiert werden (Sektorierung). Im Gegensatz zu diesen früheren Festplatten mit Schrittmotoren sind modernere Festplatten mit Linearmotoren ausgestattet, die eine Sektorierung und vor allem das Schreiben der Servoinformationen während der Herstellung erforderlich machen und ansonsten nicht mehr low-level-formatiert werden können.
2-GB-Festplatte aus einem Macintosh-Computer mit SCSI-Anschluss (2001)
Mit ESDI wurde ein Teil des Controllers ins Laufwerk integriert, um Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit zu steigern. Mit SCSI- und IDE-Platten endete dann die Trennung von Controller und Speichergerät. Sie setzen statt der früheren Controller Host-Bus-Adapter ein, die eine wesentlich universellere Schnittstelle zur Verfügung stellen. HBAs existieren als eigene Steckkarten als auch auf Hauptplatinen oder in Chipsätze integriert und werden häufig immer noch als „Controller“ bezeichnet.
Als Schnittstellen für interne Festplatten werden im Desktop-Bereich heute fast ausschließlich Serial-ATA-Schnittstellen eingesetzt. Bis in die 2000er Jahre hinein waren hier noch parallele ATA- (oder IDE, EIDE)-Schnittstellen üblich.
Bei Servern und Workstations hat sich neben SATA im Wesentlichen SAS und Fibre-Channel etabliert. Die Mainboards waren lange Zeit mit meist zwei ATA-Schnittstellen versehen (für max. 4 Laufwerke), inzwischen wurden diese annähernd vollständig durch (bis zu 10) SATA-Schnittstellen ersetzt.
Ein prinzipielles Problem bei parallelen Übertragungen ist, dass es mit zunehmender Geschwindigkeit immer schwieriger wird, unterschiedliche Laufzeiten der einzelnen Bits durch das Kabel sowie Übersprechen zu beherrschen. Daher stießen die parallelen Schnittstellen mehr und mehr an ihre Grenzen. Serielle Leitungen, insbesondere in Verbindung mit differentiellen Leitungspaaren erlauben inzwischen deutlich höhere Übertragungsraten.
ATA (IDE)
Festplatten-Konfigurations-JumperATA/ATAPI-Kabel mit 80 Adern und 39-Pin-SteckerMolex-8981-Stecker zur Spannungsversorgung, rot = +5 V, schwarz = Masse, gelb = +12 V
Bei einer ATA-Festplatte wird durch Jumper festgelegt, ob sie das Laufwerk mit Adresse 0 oder 1 der ATA-Schnittstelle ist (Device 0 beziehungsweise 1, oft mit Master beziehungsweise Slave bezeichnet). Manche Modelle erlauben eine Beschränkung der an das Betriebssystem beziehungsweise BIOS gemeldeten Kapazität des Laufwerks, wodurch die Festplatte im Falle von Inkompatibilitäten dennoch in Betrieb genommen werden kann; allerdings wird dabei der nicht gemeldete Plattenplatz verschenkt.
Durch die Festlegung der ATA-Bus-Adresse können zwei Festplatten an einer ATA-Schnittstelle des Mainboards angeschlossen werden. Die meisten Mainboards haben zwei ATA-Schnittstellen, genannt primary ATA und secondary ATA, also „erste“ und „zweite ATA-Schnittstelle“. Daher können insgesamt bis zu vier Festplatten an beide ATA-Schnittstellen der Hauptplatine angeschlossen werden. Ältere BIOS von Hauptplatinen erlauben es nur, den Computer von der ersten ATA-Schnittstelle zu starten, und auch nur, wenn die Festplatte als Master gejumpert ist.
Die ATA-Schnittstellen werden jedoch nicht nur von Festplatten, sondern auch von CD-ROM- und DVD-Laufwerken genutzt. Somit ist (ohne Zusatzkarte) die Gesamtzahl von Festplatten plus ladbaren Laufwerken (CD-ROM, DVD) auf vier begrenzt (Diskettenlaufwerke haben eine andere Schnittstelle). CompactFlash-Karten können per Adapter angeschlossen und wie eine Festplatte verwendet werden.
Bei Erweiterungen sind einige Dinge zu beachten:
Das erste Laufwerk ist als „Master“ zu jumpern – in der Regel die Voreinstellung von Laufwerken; erst ein eventuell zweites Laufwerk an einem Kabel wird auf „Slave“ gejumpert. Einige Laufwerke haben noch die dritte Option „Single Drive“. Diese wird dann benutzt, wenn das Laufwerk alleine am Kabel hängt; kommt ein „Slave“-Laufwerk dazu, muss man das erste als „Master“ jumpern. Diese Option heißt dann zur Erläuterung oftmals „Master with Slave present“.
Wo Master oder Slave sitzen (am Ende des Kabels oder „mittendrin“), spielt keine Rolle (außer, beide Laufwerke sind auf Cable Select gejumpert). „Slave allein“ funktioniert zwar meistens, gilt aber nicht als sauber konfiguriert und ist oft störanfällig. Ausnahme: Bei den neueren 80-poligen Kabeln sollte der Slave in der Mitte angeschlossen werden; die Stecker sind dementsprechend beschriftet.
Die ideale Verteilung der Laufwerke auf die einzelnen Anschlüsse ist disputabel. Zu beachten ist, dass sich traditionell zwei Geräte am selben Kabel die Geschwindigkeit teilen und dass das langsamere Gerät den Bus länger belegt und somit das schnellere bremsen kann. Bei der gängigen Konfiguration mit einer Festplatte und einem CD/DVD-Laufwerk ist es daher von Vorteil, jedes dieser beiden Geräte mit einem eigenen Kabel zu einer Schnittstelle auf der Hauptplatine zu verwenden. Neben den Jumpern existiert ein automatischer Modus für die Bestimmung der Adressen („Cable-Select“), der jedoch geeignete Anschlusskabel erfordert, die früher wenig verbreitet waren, aber seit ATA-5 (80-polige Kabel) Standard sind.
Die parallele ATA-Schnittstelle wurde ab Anfang der 2000er Jahre sukzessive durch SATA und andere Schnittstellen ersetzt.
Die Adresse von Parallel-SCSI-Festplatten kann nicht wie IDE-Festplatten nur zwischen zwei, sondern je nach verwendetem Controller zwischen 7 bzw. 15 Adressen ausgewählt werden. Dafür befinden sich an älteren SCSI-Laufwerken drei bzw. vier Jumper zur Festlegung der Adresse – SCSI-ID-Nummer genannt –, die es erlauben, bis 7 bzw. 15 Geräte pro SCSI-Bus einzeln zu adressieren. Die Anzahl der maximal möglichen Geräte ergibt sich aus der Anzahl der ID-Bits (drei bei SCSI bzw. vier bei Wide-SCSI) unter Berücksichtigung der vom Controller selbst belegten Adresse #0. Neben Jumpern fand man selten die Adresseinstellung auch durch einen kleinen Drehschalter. Bei modernen Systemen werden die IDs automatisch vergeben (nach der Reihenfolge am Kabel), und die Jumper sind nur noch relevant, wenn diese Vergabe beeinflusst werden soll.
Dazu kommen noch andere Jumper wie der (optionale) Schreibschutzjumper, der es erlaubt, eine Festplatte gegen Beschreiben zu sperren. Weiterhin können je nach Modell Einschaltverzögerungen oder das Startverhalten beeinflusst werden.
Parallel SCSI wurde ab ca. 2005 durch Serial Attached SCSI ersetzt.
Stecker für Spannungsversorgung vom PC-Netzteil für SATA-Laufwerke: Schwarz: Masse (0 V) Orange: 3,3 V Rot: 5 V Gelb: 12 V
Seit 2002 werden Festplatten mit Serial ATA (S-ATA oder SATA)-Schnittstelle angeboten. Die Vorteile gegenüber ATA sind der höhere mögliche Datendurchsatz und die vereinfachte Kabelführung. Erweiterte Versionen von SATA verfügen über weitere, vor allem für professionelle Anwendungen relevante, Funktionen, wie etwa die Fähigkeit zum Austausch von Datenträgern im laufenden Betrieb (Hot-Plug). Inzwischen hat sich SATA praktisch durchgesetzt, die neuesten Festplatten werden nicht mehr als IDE-Versionen angeboten, seit die bei IDE theoretisch möglichen Transferraten nahezu erreicht sind.
Im Jahr 2005 wurden erste Festplatten mit Serial Attached SCSI (SAS) als potentieller Nachfolger von SCSI für den Server- und Storagebereich vorgestellt. Dieser Standard ist teilweise zu SATA abwärtskompatibel.
Die SAS-Technik basiert auf der etablierten SCSI-Technik, sendet die Daten jedoch seriell und verbindet die Geräte nicht über einen gemeinsamen Bus, sondern einzeln über dedizierte Ports (oder Port Multiplier). Neben der höheren Geschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlicher SCSI-Technik können theoretisch über 16.000 Geräte in einem Verbund angesprochen werden. Ein weiterer Vorteil ist die maximale Kabellänge von 10 Metern. Die Steckverbindungen von SATA sind zu SAS kompatibel, ebenso SATA-Festplatten; SAS-Festplatten benötigen jedoch einen SAS-Controller.
Die Kommunikation via Fibre-Channel-Interface ist noch leistungsfähiger und ursprünglich vor allem für die Verwendung in Speichersubsystemen entwickelt. Die Festplatten werden, wie bei USB, nicht direkt angesprochen, sondern über einen FC-Controller, FC-HUBs oder FC-Switches.
Queueing im SCSI-, SATA oder SAS-Datentransfer
Vor allem bei SCSI-Platten und bei neueren SATA-Festplatten werden sogenannte Queues (Warteschlangen) eingesetzt. Das sind Software-Verfahren als Teil der Firmware, die die Daten zwischen dem Anfordern von Computerseite und physikalischem Zugriff auf die Speicherscheibe verwalten und ggf. zwischenspeichern. Beim Queuing reihen sie die Anfragen an den Datenträger in eine Liste und sortieren sie entsprechend der physikalischen Position auf der Scheibe und der aktuellen Position der Schreibköpfe, um so möglichst viele Daten mit möglichst wenigen Umdrehungen und Kopfpositionierungen zu lesen. Der festplatteneigene Cache spielt hier eine große Rolle, da die Queues in diesem abgelegt werden (siehe auch: Tagged Command Queuing, Native Command Queuing).
Vorläufer der seriellen High-Speed-Schnittstellen
Die ersten verbreiteten seriellen Schnittstellen für Festplatten waren SSA (Serial Storage Architecture, von IBM entwickelt) und Fibre Channel in der Variante FC-AL (Fibre Channel-Arbitrated Loop). SSA-Festplatten werden heute praktisch nicht mehr hergestellt, aber Fibre-Channel-Festplatten werden weiterhin für den Einsatz in großen Speichersystemen gebaut. Fibre Channel bezeichnet dabei das verwendete Protokoll, nicht das Übertragungsmedium. Deshalb haben diese Festplatten trotz ihres Namens keine optische, sondern eine elektrische Schnittstelle.
Externe Festplatten
Gerät mit USB-SteckerFestplatten mit einem digitalen Kinofilm im Transportkoffer
Externe Festplatten gibt es als lokale Massenspeicher (Block-Geräte) oder als Netzwerk-Massenspeicher (NAS). Im ersten Fall ist die Festplatte über Hardware-Schnittstellen-Adapter als lokales Laufwerk angeschlossen; in zweiten Fall ist das Laufwerk eine Remote-Ressource, die das NAS (ein über ein Netzwerk angebundener Computer) anbietet.
Für den Anschluss von externen Festplatten werden universelle Schnittstellen wie FireWire, USB oder eSATA verwendet. Zwischen der Festplatte und der Schnittstelle befindet sich hierzu eine Bridge, die an einer Seite einen PATA- oder SATA-Anschluss besitzt zum Anschluss der eigentlichen Festplatte, und an der anderen Seite einen USB-, Firewire-, eSATA-Anschluss oder mehrere dieser Anschlüsse zum Anschluss an den Computer. Bei derartigen externen Festplatten sind teilweise zwei Festplatten in einem Gehäuse verbaut, die gegenüber dem Computer jedoch nur als ein Laufwerk auftreten (RAID-System).
Bei NAS-Systemen ist ein Netzwerkanschluss vorhanden.
Datenschutz und Datensicherheit
Besonders für Behörden und Unternehmen sind Datenschutz und Datensicherheit äußerst sensible Themen. Vor allem im Bereich der externen Festplatten, die als mobile Datenspeicher eingesetzt werden, müssen Behörden und Unternehmen Sicherheitsstandards anwenden. Gelangen sensible Daten in unbefugte Hände, entsteht meist ein irreparabler Schaden. Um dies zu verhindern und höchste Datensicherheit für den mobilen Datentransport zu gewährleisten, müssen folgende Hauptkriterien beachtet werden:
Daten können seitens des Betriebssystems verschlüsselt werden oder direkt durch das Laufwerk (Microsoft eDrive, Self-Encrypting Drive). Typische Speicherorte des Kryptoschlüssels sind USB-Stick oder Smartcard. Bei Speicherung innerhalb des Computersystems (auf der Festplatte, im Plattencontroller, in einem Trusted Platform Module) wird der eigentliche Zugriffsschlüssel erst durch Kombination mit einem einzugebenden Passwort o. ä. (Passphrase) generiert.
Schadprogramme (Viren) können dem Benutzer durch Verschlüsselung bzw. Setzen des Hardware-Passworts auf einen unbekannten Wert massiv schaden. Es besteht dann für den Benutzer keine Möglichkeit mehr, auf den Inhalt der Festplatte zuzugreifen, ohne das Passwort zu kennen – für dessen (vermeintliche) Übermittlung wird meist Lösegeld gefordert (Ransomware).
Zugriffskontrolle
Verschiedene Festplatten bieten die Möglichkeit an, den kompletten Festplatteninhalt per Passwort direkt auf Hardwareebene zu schützen. Diese im Grunde nützliche Eigenschaft ist jedoch kaum bekannt. Für den Zugriff auf eine Festplatte kann ein ATA-Passwort vergeben werden.
Ausfallursachen und Lebensdauer
Lüfter für 3,5″-Festplatten
Zu den typischen Ausfallursachen gehören:
Die Anfälligkeit von Festplatten ist besonders bei den neuen, sehr schnell drehenden Systemen vorwiegend auf thermische Probleme zurückzuführen.
Beim mechanischen Aufsetzen des Schreib-Lese-Kopfes kann die Festplatte beschädigt werden (Head-Crash). Der Kopf schwebt im Betrieb auf einem Luftpolster über der Platte und wird nur durch dieses Polster daran gehindert, aufzusetzen. Im laufenden Betrieb sollte die Festplatte daher möglichst nicht bewegt werden und keinen Erschütterungen ausgesetzt sein.
Geöffnete Festplatte nach einem Head-Crash. Die Schleifspuren, die der schadhafte Schreib-Lese-Kopf auf der Magnetscheibe hinterlassen hat, sind deutlich erkennbar.
Äußere Magnetfelder können die Sektorierung der Festplatte beeinträchtigen und sogar zerstören.
Fehler in der Steuerelektronik oder Verschleiß der Mechanik führen zu Ausfällen.
Umgekehrt kann auch längerer Stillstand dazu führen, dass die Mechanik in Schmierstoffen stecken bleibt und die Platte gar nicht erst anläuft (sticky disk).
Die durchschnittliche Zahl an Betriebsstunden, bevor eine Festplatte ausfällt, wird bei irreparablen Platten als MTTF (Mean Time To Failure) bezeichnet. Bei Festplatten, die repariert werden können, wird ein MTBF-Wert (Mean Time Between Failures) angegeben. Alle Angaben zur Haltbarkeit sind ausschließlich statistische Werte. Die Lebensdauer einer Festplatte kann daher nicht im Einzelfall vorhergesagt werden, denn sie hängt von vielen Faktoren ab:
Vibrationen und Stöße: Starke Erschütterungen können zu einem vorzeitigen (Lager-)Verschleiß führen und sollten daher vermieden werden.
Unterschiede zwischen verschiedenen Modellreihen eines Herstellers: Abhängig vom jeweiligen Modell lassen sich bestimmte Baureihen ausmachen, die als besonders zuverlässig oder fehleranfällig gelten. Um statistisch genau Angaben zu der Zuverlässigkeit machen zu können, sind eine große Anzahl von baugleichen Platten notwendig, die unter ähnlichen Bedingungen betrieben werden. Systemadministratoren, die viele Systeme betreuen, können so im Laufe der Jahre durchaus einige Erfahrungen sammeln, welche Festplatten eher zu auffälligem Verhalten und damit vorzeitigem Ausfall neigen.
Anzahl der Zugriffe (Lesekopfbewegungen): Durch häufige Zugriffe verschleißt die Mechanik schneller, als wenn die Platte nicht genutzt wird und sich nur der Plattenstapel dreht. Dieser Einfluss ist jedoch nur gering.
Wenn die Festplatte über der vom Hersteller genannten Betriebstemperatur, meist 40–55 °C, betrieben wird, leidet die Lebensdauer. Nach einer Studie des Unternehmens Google Inc. (welches interne Festplattenausfälle analysierte) gibt es am oberen Ende des zulässigen Bereiches keine vermehrten Ausfälle.
Allgemein sind schnelldrehende Server-Festplatten für eine höhere MTTF ausgelegt als typische Desktop-Festplatten, so dass sie theoretisch eine höhere Lebensdauer erwarten lassen. Dauerbetrieb und häufige Zugriffe können jedoch dazu führen, dass sich das relativiert und die Festplatten nach wenigen Jahren ausgetauscht werden müssen.
Notebook-Festplatten werden durch die häufigen Transporte besonders beansprucht und sind dementsprechend trotz robusterer Bauart mit einer kleineren MTTF als Desktop-Festplatten spezifiziert.
Eine genaue Haltbarkeit der gespeicherten Daten wird von den Herstellern nicht angegeben. Lediglich magneto-optische Verfahren erreichen eine Persistenz von 50 Jahren und mehr.
Vorbeugende Maßnahmen gegen Datenverlust
Als vorbeugende Maßnahmen gegen Datenverlust werden daher häufig folgende Maßnahmen ergriffen:
Von wichtigen Daten sollte immer eine Sicherungskopie(Backup) auf einem anderen Datenträger (beachte den Hinweis zum Ausfall oben unter Partitionierung) existieren.
Systeme, die zwingend hochverfügbar sein müssen und bei denen ein Festplattenfehler keine Betriebsunterbrechung und Datenverlust verursachen darf, verfügen meistens über RAID. Eine Konfiguration ist zum Beispiel das Mirrorset (RAID 1), bei dem die Daten auf zwei Festplatten gespiegelt werden und sich somit die Ausfallsicherheit erhöht. Effizientere Konfigurationen sind RAID 5 und höher. Ein Stripeset (RAID 0) aus zwei Festplatten erhöht zwar die Geschwindigkeit, jedoch steigt das Ausfallrisiko. RAID 0 ist deshalb keine Maßnahme, um Datenverlust zu verhindern oder die Verfügbarkeit des Systems zu erhöhen.
ATA-Festplatten verfügen seit circa Ende der 1990er-Jahre über S.M.A.R.T., eine interne Überwachung der Festplatte auf Zuverlässigkeit. Der Status kann von außen abgefragt werden. Ein Nachteil ist, dass S.M.A.R.T. kein Standard ist. Jeder Hersteller definiert seine Fehlertoleranz selbst, d. h. S.M.A.R.T. ist nur als allgemeines Richtmittel anzusehen. Außerdem gibt es Festplatten, deren S.M.A.R.T.-Funktion selbst dann noch nicht vor Problemen warnt, wenn diese sich bereits im Betrieb durch nicht mehr lesbare Blöcke bemerkbar gemacht haben.
Die meisten Festplatten können in beliebiger Lage montiert werden, im Zweifelsfall sollte die Spezifikation des Herstellers beachtet werden. Des Weiteren ist die Festplatte fest zu verschrauben, um Eigenschwingung zu unterbinden.
Während des Einbaus sollten Maßnahmen zum Schutz vor ESD getroffen werden.
Zuverlässiges Löschen
Physisch mit Vorschlaghammer und Axt zerstörte Festplatte, deren Daten mit konventionellen Mitteln nicht mehr ausgelesen werden können
Unabhängig vom verwendeten Speichermedium (in diesem Fall eine Festplatte) wird beim Löschen einer Datei zumeist lediglich im Dateisystem vermerkt, dass der entsprechende Datenbereich nun frei ist. Die Daten selbst verbleiben jedoch physisch auf der Festplatte, bis der entsprechende Bereich mit neuen Daten überschrieben wird. Mit Datenrettungsprogrammen können gelöschte Daten daher oft zumindest zum Teil wiederhergestellt werden. Das wird häufig in der Beweissicherung zum Beispiel bei den Ermittlungsbehörden (Polizei usw.) eingesetzt.
Beim Partitionieren oder (Schnell-)Formatieren wird der Datenbereich nicht überschrieben, sondern lediglich die Partitionstabelle oder die Beschreibungsstruktur des Dateisystems. Formatierungstools bieten im Allgemeinen zusätzlich an, den Datenträger komplett zu überschreiben.
Um ein sicheres Löschen von sensiblen Daten zu garantieren, bieten verschiedene Hersteller Software an, sogenannte Eraser, die beim Löschen den Datenbereich mehrfach überschreiben kann. Bereits das einmalige Überschreiben hinterlässt jedoch keine verwertbaren Informationen. Alternativ kann auf eine der zahlreichen, direkt von CD startbaren kostenlosen Unix-Distributionen zurückgegriffen werden (z. B. Knoppix). Es gibt für diesen Zweck neben universellen Programmen wie dd und shred speziell für das Löschen verschiedene Open-Source-Programme, beispielsweise Darik’s Boot and Nuke (DBAN). In Apples Mac OS X sind entsprechende Funktionen („Papierkorb sicher löschen“ und „Volume mit Nullen überschreiben“) bereits enthalten. Es kann auch der komplette freie Speicher der Festplatte überschrieben werden, um so zu verhindern, dass gelöschte, aber nicht überschriebene Daten (oder Fragmente oder Kopien davon) wiederhergestellt werden können. Um zu verhindern, dass sich Daten mit Spezialhardware z. B. von Datenwiederherstellungsunternehmen oder Behörden wiederherstellen lassen, wurde 1996 ein Verfahren vorgestellt (die „Gutmann-Methode“), um ein sicheres Löschen der Daten durch mehrmaliges Überschreiben zu garantieren. Jedoch genügt bei heutigen Festplatten bereits das einmalige Überschreiben.
Alternativ bietet sich bei der Verschrottung des Computers die mechanische Vernichtung der Festplatte beziehungsweise der Scheiben an, eine Methode, die das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik empfiehlt. Deshalb werden in manchen Unternehmen beim Umstieg auf eine neue Computergeneration alle Festplatten in einem Schredder in kleine Teile zermahlen und die Daten so vernichtet.
Ist die gesamte Festplatte wirksam verschlüsselt, so ist das wirksame Verwerfen des Zugriffsschlüssels einer Löschung weitgehend gleichzusetzen.
Ein IBM 305 RAMAC, im Vordergrund Mitte/links zwei IBM-350-FestplattenAlte Festplatte mit 1 m Durchmesser aus einem Großrechner; zum Vergleich davor eine 3,5″-Festplatte.Alte IBM-62PC-Festplatte, um 1979, 6 × 8″-Scheiben mit insgesamt rund 65 MB Speicher
Vorläufer der Festplatte war die Magnettrommel ab 1932. Außerhalb von Universitäten und Forschungseinrichtungen kam dieser Speicher ab 1958 als „Hauptspeicher“ mit 8192 Worten à 32 Bit in der ZuseZ22 zum Einsatz. Erfahrungen bzgl. magnetischer Beschichtungen lieferten Bandgeräte. Die erste kommerziell erhältliche Festplatte, die IBM 350, wurde von IBM 1956 als Teil des IBM-305-RAMAC-Rechners („Random Access Method of Accounting and Control“) angekündigt.
Chronologische Übersicht
September 1956: IBM stellt das erste magnetische Festplattenlaufwerk mit der Bezeichnung „IBM 350“ vor (5 MB (1 Byte umfasst hier 6 bit, das Laufwerk mithin insgesamt 30 MBit), 24 Zoll, 600 ms Zugriffszeit, 1200 min−1, 500 kg, 10 kW). Die Schreib-Lese-Köpfe wurden elektronisch-pneumatisch gesteuert, weshalb die schrankgroße Einheit einen Druckluft-Kompressor enthielt. Das Laufwerk wurde nicht verkauft, sondern für 650 US-Dollar pro Monat vermietet. Ein Exemplar der IBM350 befindet sich im Museum des IBM-Clubs in Sindelfingen. An der Entwicklung wesentlich beteiligt am Forschungszentrum in San José (Leitung Reynold B. Johnson) waren Louis Stevens, William A. Goddard, John Lynott.
1973: IBM startet das „Winchester“-Projekt, das sich damit befasste, einen rotierenden Speicher mit einem fest montierten Medium zu entwickeln (IBM 3340, 30 MB Speicherkapazität, 30 ms Zugriffszeit). Beim Starten und Stoppen des Mediums sollten die Köpfe auf dem Medium aufliegen, was einen Lademechanismus überflüssig machte. Namensgeber war das Winchester-Gewehr. Diese Technik setzte sich in den folgenden Jahren durch. Bis in die 1990er-Jahre wurde deshalb für Festplatten gelegentlich die Bezeichnung Winchester-Laufwerk verwendet.
1979: Vorstellung der ersten 8″-Winchester-Laufwerke. Diese waren jedoch sehr schwer und teuer; trotzdem stieg der Absatz kontinuierlich.
Geöffnete Seagate ST-506 mit Schrittmotor-Positionierung1980: Verkauf der ersten 5,25″-Winchester-Laufwerke durch das Unternehmen Seagate Technology („ST506“, 6 MB, 3600 min−1, Verkaufspreis etwa 1000 US-Dollar). Diese Modellbezeichnung (ST506) wurde über viele Jahre hinaus der Name für diese neue angewendete Schnittstelle, die alle anderen Unternehmen als neuen Standard im PC-Bereich übernommen hatten. Zur gleichen Zeit kam neben den bereits bestehenden Apple-Microcomputern der erste PC von IBM auf den Markt, dadurch stieg die Nachfrage nach diesen – im Vergleich zu den Winchester-Laufwerken kompakten – Festplatten rasant an.
1986: Spezifikation von SCSI, eines der ersten standardisierten Protokolle für eine Festplattenschnittstelle.
1989: Standardisierung von IDE, auch bekannt als AT-Bus.
1991: erste 2,5-Zoll-Festplatte mit 100 MB Speicherkapazität
1997: Erster Einsatz des Riesen-Magnetowiderstands (englisch Giant Magnetoresistive Effect (GMR)) bei Festplatten, dadurch konnte die Speicherkapazität erheblich gesteigert werden. Eine der ersten Festplatten mit GMR-Leseköpfen brachte IBM im November 1997 heraus (IBM Deskstar 16GP DTTA-351680, 3,5″, 16,8 GB, 0,93 kg, 9,5 ms, 5400 min−1).
2005: Prototyp einer 2,5-Zoll-Hybrid-Festplatte (Kurzbezeichnung H-HDD), die aus einem magnetisch-mechanischen Teil und einem zusätzlichen NAND-Flash-Speicher aufgebaut ist, der als Puffer für die Daten dient. Erst wenn der Puffer voll ist, werden die Daten aus dem Puffer auf das Magnetmedium der Festplatte geschrieben.
2006: Erste 2,5-Zoll-Notebook-Festplatte (Momentus 5400.3, 2,5″, 160 GB, 0,1 kg, 5,6 ms, 5400 min−1, 2 Watt) von Seagate mit senkrechter Aufzeichnungstechnik (Perpendicular Recording). 3,5-Zoll-Festplatten erreichen mit derselben Aufzeichnungstechnik im April eine Kapazität von 750 GB.
2007: Die erste Terabyte-Festplatte von Hitachi. (3,5″, 1 TB, 0,7 kg, 8,5 ms, 7200 min−1, 11 Watt)
2009: Erste 2-TB-Festplatte von Western Digital (Caviar Green, 5400 min−1)
2010: Erste 3-TB-Festplatte von Western Digital (Caviar Green). Systeme ohne UEFI können diese Festplatte nicht ansprechen. WD liefert eine spezielle Controllerkarte mit, mit welcher die 2,5 TB und 3 TB großen Festplatten von PCs mit älterem BIOS als sekundäre Platten voll angesprochen werden können. Seagate umgeht dieses Problem durch den Einsatz größerer Sektoren (Advanced Format).
2011: Überschwemmungen zerstörten etliche Fabriken in Thailand und machten die weltweiten Abhängigkeiten unter anderem der Festplattenindustrie deutlich: Lieferausfälle führten zur Knappheit von Bauelementen und die Preise für Festplatten auf dem Endverbrauchermarkt in Deutschland schnellten auf ein Mehrfaches in die Höhe. Hitachi GST beziehungsweise Western Digital liefert in kleinen Stückzahlen die ersten 4-TB-3,5″-Festplatten Deskstar 5K4000 (intern) beziehungsweise Touro Desk (externe USB-Variante) mit 1 TB pro Platter aus. Auch Samsung kündigt entsprechende Modelle mit einer Kapazität von 1 TB pro Platter an. Erste Modelle sollen die Spinpoint F6 mit 2 TB und 4 TB sein.
2014: Erste 6- und 8-TB-Festplatten mit Heliumfüllung von HGST.
2015: Erste 10-TB-Festplatte mit Heliumfüllung und Shingled Magnetic Recording von HGST.
Entwicklung der Speicherkapazitäten der verschiedenen Baugrößen
Jahr
5,25″
3,5″
2,5″
1,8″
1,0″
0,85″
andere Größe
typ. Modell(e) mit hoher Kapazität
Quelle
1956
3,75 MB
IBM 350 (1200 min−1, 61 cm Durchmesser, 1 t Masse)
Western Digital WD7500KS, Seagate Barracuda 7200.10 750 GB, u. a.
2007
†
,001 TB*
,320 GB*
160 GB
008 GB
†
Hitachi Deskstar 7K1000 (1000 GB, 3,5″), Januar 2007
2008
†
01,5 TB*
500 GB*
250 GB*
†
†
Seagate ST31500341AS (1500 GB, 3,5″), Juli 2008 Samsung Spinpoint M6 HM500LI (500 GB, 2,5″), Juni 2008 Toshiba MK2529GSG (250 GB, 1,8″), September 2008 LaCie LF (40 GB, 1,3″), Dezember 2008
2009
†
,002 TB*
,001 TB*
250 GB*
†
†
Western Digital Caviar Green WD20EADS (2000 GB, 3,5″), Januar 2009, Seagate Barracuda LP ST32000542AS (2 TB, 3,5″, 5900 min−1) Western Digital Scorpio Blue WD10TEVT (1000 GB, 2,5″, Bauhöhe 12,5 mm), Juli 2009 sowie WD Caviar Black WD2001FASS und RE4 (beide 2 TB, September 2009) Hitachi Deskstar 7K2000 (2000 GB, 3,5″), August 2009
2010
†
,003 TB*
,01,5 TB*
320 GB*
†
†
Hitachi Deskstar 7K3000 & Western Digital Caviar Green (3,5″) Seagate FreeAgent GoFlex Desk (2,5″), Juni 2010 Toshiba MK3233GSG (1,8″)
2011
†
,004 TB*
01,5 TB*
320 GB*
†
†
Seagate FreeAgent GoFlex Desk (4 TB, 3,5″), September 2011
2012
†
,004 TB*
,002 TB*
320 GB*
†
†
Western Digital Scorpio Green 2000 GB, SATA II (WD20NPVT), August 2012
2013
†
,006 TB*
,002 TB*
320 GB*
†
†
HGST Travelstar 5K1500 1.5 TB, SATA 6 Gbit/s, 9,5 mm, 2,5 Zoll (0J28001), August 2013 Samsung Spinpoint M9T, 2 TB, SATA 6 Gbit/s, 9,5 mm, 2,5 Zoll, November 2013 HGST Ultrastar He6, 6 TB, 3.5″, sieben Platter mit Heliumfüllung, November 2013
2014
†
,008 TB*
,002 TB*
320 GB*
†
†
HGST Ultrastar He8, 8 TB, 3,5″, sieben Platter mit Heliumfüllung, Oktober 2014 Seagate Archive HDD v2, 8 TB, 3,5″, sechs Platter mit Luftfüllung, Verwendung von Shingled Magnetic Recording, Dezember 2014
2015
†
,010 TB**
,004 TB*
†
†
†
HGST Ultrastar Archive Ha10, 10 TB, 3,5″, sieben Platter mit Heliumfüllung, Juni 2015 Toshiba Stor.E Canvio Basics, 3 TB, 15mm, 2,5″, vier Platter, April 2015 Samsung Spinpoint M10P, 4 TB, 15 mm, 2,5″, fünf Platter, Juni 2015
2016
†
,012 TB*
,005 TB**
†
†
†
Seagate Barracuda Compute, 5 TB, 15 mm, 2,5″, fünf Platter, Oktober 2016 HGST Ultrastar He10 12 TB, 3,5″, acht Platter mit Heliumfüllung, Dezember 2016
2017
†
,014 TB*
,005 TB**
†
†
†
Toshiba Enterprise MG06ACA, 10 TB, 3,5″, sieben Platter mit Luftfüllung, September 2017 Toshiba Enterprise MG07ACA, 14 TB, 3,5″, neun Platter mit Heliumfüllung, Dezember 2017
2019
†
,016 TB*
,005 TB**
†
†
†
Seagate Exos X16, 16 TB, 3,5″, 9 Platter mit TDMR und Heliumfüllung, Juni 2019
2020
†
,018 TB*
,005 TB**
†
†
†
Western Digital Ultrastar DC HC550, 18 TB, 3.5″, 9 Platter mit TDMR, EAMR und Heliumfüllung, Juli 2020
2021
†
,020 TB*
,005 TB**
†
†
†
Seagate IronWolf Pro, 20 TB, 3.5″, 10 Platter mit Heliumfüllung, Dezember 2021
2022
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,022 TB*
,005 TB**
†
†
†
Western Digital Gold, Red Pro und Purple, 22 TB, 3.5″, 10 Platter mit Heliumfüllung, Juli 2022
Anmerkungen:
Die Kapazitätsangaben beziehen sich immer auf das im jeweiligen Jahr größte käuflich erhältliche Festplattenlaufwerk, unabhängig von seiner Drehzahl oder Schnittstelle.
Die Hersteller von Festplatten verwenden bei Speicherkapazitäten SI-Präfixe (1000 B = 1 kB usw.). Das entspricht der Empfehlung der International Electrotechnical Commission (IEC), steht aber im Gegensatz zu mancher Software, wodurch es u. U. zu scheinbaren Größenunterschieden kommt. Für Details siehe Abschnitt Speicherkapazität.
Im zweiten Quartal 2013 wurden weltweit 133 Millionen Festplattenlaufwerke mit einer Gesamtkapazität von 108 Exabyte (108 Millionen Terabyte) abgesetzt. Im Jahr 2014 wurden weltweit 564 Millionen Festplattenlaufwerke mit einer Gesamtkapazität von 529 Exabyte produziert. 87,7 Millionen Festplattenlaufwerke wurden weltweit im vierten Quartal 2018 abgesetzt.
Quantum wurde 2000 von Maxtor und Maxtor 2005 von Seagate übernommen.
IBMs Festplattensparte wurde 2002 von Hitachi übernommen.
Fujitsus Festplattensparte wurde 2010 von Toshiba übernommen.
ExcelStor produzierte für IBM bzw. später für HGST/Hitachi einige Modelle.
Samsungs Festplatten-Sparte wurde im Oktober 2011 von Seagate übernommen.
HGST (Hitachi) wurde im März 2012 von Western Digital übernommen, wobei WD auf Druck der Kartellbehörden einen Teil der 3,5″-Produktionseinrichtungen an Toshiba abgeben musste.
Siehe auch Kategorie:Ehemaliger Festplatten-Hersteller
Fritz-Haber-Institut: Fhi-berlin.mpg.de, archiviert vom Original am 27. Juli 2010; abgerufen am 11. August 2010.
(Memento des Originals vom 17. April 2011 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.pcworld.com PCWorld
Joyce Y. Wong: Perpendicular patterned media for high density magnetic storage. California Institute of Technology, 2000 (englisch, caltech.edu [PDF; abgerufen am 5. Januar 2011] PhD thesis).
Kap. 11.4.2 „Emergency unload“, (Memento vom 18. Juli 2011 im Internet Archive) (PDF; 963 KiB). In den genannten Spezifikationen wird beschrieben, dass das Parken durch einfaches Stromausschalten (mit als Generator wirkendem Antrieb) nicht so gut steuerbar ist, wie wenn es per ATA-Befehl ausgelöst wird, und daher die Mechanik stärker beansprucht; es ist als Notbehelf nur für den gelegentlichen Einsatz gedacht; ein Notparkvorgang nutzt bei diesem Laufwerkstyp die Mechanik stärker ab als hundert normale Parkvorgänge. An anderer Stelle im Dokument (Kap. 6.3.6.1) werden 20.000 Notparkvorgänge zugesichert.
Emerson W. Pugh: (PDF; 57 kB) Magnetic Disk Heritage Center, 26. Mai 2005, S. 7, archiviert vom Original am 28. September 2007; abgerufen am 21. Juni 2012 (englisch).
(Memento vom 21. Oktober 2016 im Internet Archive)Vorlage:Webarchiv/Wartung/Linktext_fehlt Linktext fehlt.
Foto eines Festplattencontrollers von 1987 mit der Bezeichnung „Winchester“
Keith Thuerk: In: Developer Works. IBM, 16. Januar 2014, archiviert vom Original am 16. Januar 2014; abgerufen am 30. Dezember 2022 (englisch): „stored 5 million 6-bit characters (the equivalent of 3.75 million 8-bit bytes)“
Dieser Artikel beschreibt Laufwerke mit magnetischer Aufzeichnungstechnik Massenspeicher mit Halbleiterspeichertechnik werden unter Solid State Drive beschrieben Ein Festplattenlaufwerk englisch hard disk drive Abkurzung HDD oft auch als Festplatte oder Hard Disk abgekurzt HD bezeichnet ist ein magnetisches Speichermedium der Computertechnik bei welchem Daten auf die Oberflache rotierender Scheiben auch englisch Platter genannt geschrieben werden Zum Schreiben wird die hartmagnetische Beschichtung der Scheibenoberflache entsprechend der aufzuzeichnenden Information beruhrungslos magnetisiert Durch die Remanenz verbleibende Magnetisierung erfolgt das Speichern der Information Das Lesen der Information erfolgt durch beruhrungsloses Abtasten der Magnetisierung der Plattenoberflache Speichermedium Festplattenlaufwerkgeoffnete Festplatte drei Magnetscheiben Schreib Lese Kopf MechanikAllgemeinesTyp magnetischKapazitat bis 22 Terabyte 2022 UrsprungEntwickler IBMVorstellung 1956Vorganger Trommelspeicher z T Magnetband source source source source source Videoaufnahme einer geoffneten Festplatte source source track track track track track track track track track track track track track track track track track Englischsprachiges Lehrvideo mit ausfuhrlicher Erklarung der grundlegenden Funktion einer Festplatte source source source source source source Das Zusammenspiel von CPU und Interrupts bei Eingabe und Ausgabevorgangen einer Festplatte stark vereinfachte Darstellung Im Unterschied zu sequentiell adressierten Speichermedien wie Magnetband oder Lochstreifen werden Festplatten den direktadressierbaren Speichermedien englisch direct access storage devices DASD zugerechnet da kein linearer Durchlauf erforderlich ist um zu einer bestimmten Speicherstelle zu gelangen Vor der Nutzung im PC Bereich ab den 1980er Jahren wurden Festplatten vor allem im Mainframe Bereich genutzt Die Daten konnen in unterschiedlichen Organisationsformen auf den Festplatten gespeichert sein CKD count key data organisierte Festplatten enthalten je nach Satzformat unterschiedlich lange Datenblocke FBA fix block architecture organisierte Festplatten enthalten gleich lange Datenblocke die ublicherweise 512 oder 4096 Byte gross sind Ein Zugriff muss immer eine ganze Zahl von Blocken umfassen Seit dem Jahr 2007 werden auch im Endkundenmarkt Flash Speicher sogenannte Solid State Drives abgekurzt SSD und Hybridspeicher Kombinationen aus SSD und konventionellen Festplatten angeboten die uber die gleichen Schnittstellen Spezifikation nach SATA usw angesprochen und vereinfacht ebenfalls als Festplatten bezeichnet werden Pro Terabyte ist eine billige Desktop SSD Stand August 2020 etwa dreimal so teuer wie eine billige konventionelle Desktop Festplatte erreicht aber erheblich geringere Zugriffszeiten sowie hohere Schreib und Lesegeschwindigkeiten 1 2 Aufgrund des geringeren Preises je Speichereinheit finden konventionelle Festplatten insbesondere bei Anwendungen die hohe Kapazitaten aber keine hohen Geschwindigkeiten erfordern bspw beim Einsatz im NAS zur Medienspeicherung im privaten Rahmen noch vielfache Verwendung Die Bezeichnung Festplatte beschreibt zum einen dass die Magnetplatte im Gegensatz zur Wechselplatte fest mit dem Laufwerk beziehungsweise dem Computer verbunden ist Zum anderen entspricht sie der englischen Bezeichnung Hard Disk die im Gegensatz zu flexiblen englisch floppy Scheiben in Disketten aus starrem Material besteht 3 Dementsprechend war bis in die 1990er Jahre auch rigid disk gebrauchlich Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeine technische Daten 1 1 Speicherkapazitat 1 2 Baugrossen mechanisch 2 Aufbau und Funktion 2 1 Physischer Aufbau der Einheit 2 1 1 Technischer Aufbau und Material der Datenscheiben 2 1 2 Achsen Lagerung und Drehzahlen 2 1 3 Die Schreib Lese Kopf Einheit 2 1 4 Kopfpositionierung 2 1 5 Parken der Kopfe 2 1 6 Festplatten Gehause 2 1 7 Einbau 2 2 Speichern und Lesen von Bits 2 3 Speichern und Lesen von Byte organisierten Daten 2 3 1 Logische Struktur der Scheiben 2 3 2 Advanced Format 2 3 3 Geschwindigkeit 2 3 4 Partitionen 2 3 5 Verbunde 2 3 6 Gerauschvermeidung 3 Schnittstellen Bussystem und Jumper 3 1 ATA IDE 3 2 ESDI 3 3 Parallel SCSI 3 4 SATA 3 5 Serial Attached SCSI SAS 3 6 Fibre Channel Interface 3 7 Queueing im SCSI SATA oder SAS Datentransfer 3 8 Vorlaufer der seriellen High Speed Schnittstellen 4 Externe Festplatten 5 Datenschutz und Datensicherheit 5 1 Verschlusselung 5 2 Zugriffskontrolle 5 3 Ausfallursachen und Lebensdauer 5 4 Vorbeugende Massnahmen gegen Datenverlust 5 5 Zuverlassiges Loschen 5 6 Langzeitarchivierung 6 Geschichte 6 1 Chronologische Ubersicht 6 2 Entwicklung der Speicherkapazitaten der verschiedenen Baugrossen 7 Hersteller 8 Weblinks 9 EinzelnachweiseAllgemeine technische DatenFestplatten werden durch sogenannte Low Level Formatierung mit einer Zugriffsstruktur versehen Seit Anfang der 1990er Jahre mit Aufkommen von IDE Festplatten erfolgt dies beim Hersteller und kann auch nur noch durch den Hersteller durchgefuhrt werden Der Begriff Formatieren wird auch fur das Anlegen eines Dateisystems verwendet High Level Formatierung Bei der Low Level Formatierung werden verschiedene Markierungen und die Sektor Header geschrieben die Spur und Sektornummern zur Navigation enthalten Die bei aktuellen Festplatten mit Linearmotoren notwendigen Servoinformationen konnen nicht durch den Benutzer geschrieben werden Servoinformationen sind notwendig damit der Kopf der Spur zuverlassig folgen kann Eine rein mechanische Fuhrung ist bei hoherer Spurdichte nicht mehr moglich und zu ungenau bei einer Spurdichte von 5 3 Spuren µm ist eine Spur nur 190 nm breit Speicherkapazitat nbsp Zeitliche Entwicklung der maximalen Speicherkapazitat von PC Festplatten einfach logarithmische SkalierungDie Speicherkapazitat einer Festplatte berechnet sich aus der Grosse eines Datenblocks 256 512 2048 oder 4096 Byte multipliziert mit der Anzahl der verfugbaren Blocke Die Grosse der ersten Festplatten wurde in Megabyte angegeben ab etwa 1997 in Gigabyte seit etwa 2008 gibt es Platten im Terabyte Bereich War die Art und Weise der Speicherung der Daten der ersten Platten noch von aussen sichtbar dem Festplattencontroller der Firmware wie etwa beim IBM PC kompatiblen Computer das BIOS und dem Betriebssystem mussten die Sektoren pro Spur Anzahl der Spuren Anzahl der Kopfe MFM oder RLL Modulation bekannt sein so anderte sich dies mit Einfuhrung der IDE Platten Anfang der 1990er Jahre Es war immer weniger zu sehen wie die Daten intern gespeichert werden das Ansprechen der Platte erfolgt uber eine Schnittstelle die Interna nach aussen verbirgt Mitunter meldete die Festplatte falsche Informationen fur die Anzahl an Spuren Sektoren und Kopfen um Systembegrenzungen zu umgehen Firmware und Betriebssystem arbeiteten auf Basis dieser falschen Werte die Festplattenlogik rechnete sie dann in interne der eigenen Geometrie tatsachlich entsprechende Werte um Die zeitliche Entwicklung der maximalen Festplattenkapazitat zeigt einen annahernd exponentiellen Verlauf vergleichbar mit der Entwicklung der Rechenleistung nach dem Mooreschen Gesetz Die Kapazitat hat sich bei leicht sinkenden Preisen etwa alle 16 Monate verdoppelt wobei sich der Kapazitatszuwachs seit etwa 2005 verringerte Januar 2007 1 Terabyte 4 September 2011 4 Terabyte Dezember 2019 16 Terabyte 5 Die Hersteller von Festplatten verwenden bei Speicherkapazitaten Prafixe in ihrer SI konformen dezimalen Bedeutung Eine Kapazitatsangabe von einem Terabyte bezeichnet hiernach eine Kapazitat von 1012 Byte Das Microsoft Betriebssystem Windows und einige andere altere Betriebssysteme verwenden bei der Kapazitatsangabe von Festplatten zwar die gleichen Prafixe allerdings historischem Usus folgend jedoch entgegen seit 1998 geltender IEC Normierung in ihrer binaren Bedeutung Dies fuhrt zu einem scheinbaren Widerspruch zwischen der Grossenangabe des Herstellers und der des Betriebssystems Beispielsweise gibt das Betriebssystem bei einer Festplatte mit einer vom Hersteller angegebenen Kapazitat von einem Terabyte als Kapazitat nur 931 Gigabyte an da ein Terabyte dort 240 Byte bezeichnet die IEC konforme Bezeichnung fur 240 Byte ist Tebibyte Unter den IEC konformen Systemen OS X ab Version 10 6 und Unix bzw den meisten Unix artigen Betriebssystemen tritt dieser Effekt nicht auf Baugrossen mechanisch nbsp Festplatten Baugrossen 8 bis 1 nbsp 3 5 Serial ATA Festplatte fruhe Variante mit zusatzlichem ATA Stromanschluss nbsp Formfaktor 2 5 links und 5 25 volle Bauhohe rechts nbsp 1 GB IBM MicroDrive 1 kompatibel zu CompactFlash Typ II nbsp Ruckseite einer 2 TB 2 5 Festplatte im DetailDie Abmessungen von Festplatten werden traditionell in Zoll angegeben Dabei handelt es sich um keine exakten Grossenangaben sondern um einen Formfaktor Ubliche Formfaktoren fur die Breite sind 5 25 3 5 2 5 und 1 8 fur die Hohe z B 1 1 2 und 3 8 Die Zollangaben entsprechen meist in etwa dem Durchmesser der Platter nicht der Breite des Laufwerkgehauses Teilweise werden jedoch kleinere Platter verwendet um hohere Drehzahlen zu ermoglichen 6 Im Zuge der technischen Weiterentwicklung wurden immer wieder Baugrossen zugunsten kleinerer eingestellt da diese neben dem geringeren Platzbedarf weniger anfallig gegen Erschutterungen sind und eine geringere Leistungsaufnahme aufweisen Zwar bedeutet weniger Platz zunachst dass ein Laufwerk kleinere Platter hat und damit weniger Speicherplatz zur Verfugung stellt Die schnelle Technologieentwicklung in Richtung hoherer Datendichten kompensiert diese Einschrankung jedoch erfahrungsgemass kurzfristig Das erste Festplattenlaufwerk IBM 350 von 1956 war ein Schrank mit einem 24 Plattenstapel Mitte der 1970er Jahre kamen Modelle mit einer Grosse von 8 auf die relativ schnell durch wesentlich handlichere und vor allem leichtere 5 25 Festplattenlaufwerke abgelost wurden Zwischenzeitlich gab es noch Grossen von 14 und 9 5 25 Festplatten wurden 1980 von Shugart Technology Seagate eingefuhrt ihre Scheiben sind in etwa so gross wie eine CD DVD Blu Ray Seit 1997 wird diese Grosse nicht mehr hergestellt Einige SCSI Server Laufwerke sowie das LowCost ATA Laufwerk BigFoot von Quantum sind die letzten Vertreter dieses Formats Die Baugrosse dieser Laufwerke orientiert sich an der von 5 25 Diskettenlaufwerken Die Breite dieser Laufwerke betragt 5 3 4 146 mm die Hohe bei Laufwerken mit voller Hohe 3 1 4 82 6 mm bei Laufwerken mit halber Hohe 1 5 8 41 3 mm Es gab Modelle mit noch geringerer Bauhohe die Modelle der BigFoot Serie hatten eine Bauhohe von 3 4 19 mm und 1 25 4 mm Die Tiefe von 5 25 Festplatten ist nicht festgelegt sollte aber nicht wesentlich oberhalb von 200 mm liegen 3 5 Festplatten wurden 1987 von IBM mit der Baureihe PS 2 eingefuhrt und waren lange Zeit Standard in Desktop Computern Die Baugrosse dieser Laufwerke orientiert sich an der von 3 5 Diskettenlaufwerken Die Breite dieser Laufwerke betragt 4 101 6 mm die Hohe meist 1 25 4 mm Seagate brachte mit der ST1181677 eine Festplatte mit zwolf Scheiben und 1 6 40 64 mm Hohe heraus auch Fujitsu bot Laufwerke dieser Hohe an 7 Die Tiefe von 3 5 Festplatten betragt 5 146 mm In vielen Bereichen wurden 3 5 Festplatten zum grossen Teil durch 2 5 Modelle oder SSDs abgelost 2 5 Festplatten wurden ursprunglich fur Notebooks entwickelt fanden dann v a in Servern und Spezialgeraten Multimedia Playern USB Festplatten Verwendung mittlerweile sind sie weit verbreitet Die Breite betragt 70 mm die Tiefe 100 mm Die traditionelle Bauhohe war 1 2 12 7 mm mittlerweile gibt es Bauhohen zwischen 5 mm und 15 mm verbreitet sind 5 mm 7 mm und 9 5 mm Die erlaubte Bauhohe hangt vom Gerat ab in das die Festplatte eingebaut werden soll Der Interface Anschluss ist gegenuber den grosseren Bauformen modifiziert bei ATA ist der Abstand der Pins von 2 54 mm auf 2 mm verringert Es kommen weiterhin vier Pins dazu insgesamt 43 Pins die den separaten Stromversorgungsstecker der grosseren Modelle ersetzen 2 5 Festplatten benotigen nur eine Betriebsspannung von 5 V die bei grosseren Platten notwendige zweite Betriebsspannung von 12 V entfallt 2 5 SATA Festplatten haben die gleichen Anschlusse wie die 3 5 Laufwerke nur die 5 mm hohen Laufwerke haben wegen der geringen zur Verfugung stehenden Hohe teilweise einen speziellen SFF 8784 Anschluss 8 Seit 2006 bieten Seagate Toshiba Hitachi und Fujitsu 2 5 Festplattenlaufwerke fur den Einsatz in Servern an Seit April 2008 wird von Western Digital mit der Velociraptor ein 2 5 Festplattenlaufwerk mit 15 mm Bauhohe mit 3 5 Einbaurahmen als Desktop Festplattenlaufwerk vermarktet Mit der zunehmenden Verbreitung von SSDs in Notebooks und Servern verliert diese Bauform stark an Bedeutung 9 Haufigste Masse von Festplatten Form faktor Hohe mm Breite mm Tiefe mm 5 25 82 6 146 gt 2003 5 25 4 101 6 gt 1462 5 12 7 0 70 gt 1001 8 0 8 0 54 0 gt 71 78 51 8 Festplatten werden seit 2003 bei Subnotebooks diversen Industrieanwendungen sowie in grossen MP3 Playern verwendet Die Breite betragt 54 mm die Tiefe zwischen 71 und 78 5 mm die Hohe 8 mm Noch kleinere Baugrossen mit 1 3 1 und 0 85 spielen kaum eine Rolle Eine Ausnahme waren Microdrives in der Anfangszeit der digitalen Fotografie sie ermoglichten mit einer Baugrosse von 1 vergleichsweise hochkapazitive und gunstige Speicherkarten im CompactFlash Typ II Format fur Digitalkameras wurden aber inzwischen durch Flash Speicher verdrangt 2005 gab es von Toshiba Festplattenlaufwerke mit einer Baugrosse von 0 85 und einer Kapazitat von 4 Gigabyte fur Anwendungen wie MP3 Player Aufbau und FunktionPhysischer Aufbau der Einheit nbsp Skizze einer Festplatte nbsp Schreib Lese Einheit mit Platterstapel nbsp Einzelteile einer FestplatteEine Festplatte besteht aus folgenden Baugruppen eine oder mehrere rotierbar befestigte Scheiben englisch Platter plural Platters einer Achse auch Spindel genannt auf der die Scheiben ubereinander montiert sind einem Elektromotor als Antrieb fur die Spindel und somit die Scheibe n beweglichen Schreib Lese Kopfen Heads jeweils einem Lager fur die Spindel meistens hydrodynamische Gleitlager sowie fur die Aktorachse und somit die Schreib Lese Kopfe auch Magnetlager einem Antrieb fur die Aktorachse und somit fur die Schreib Lese Kopfe englisch Actuator deutsch Aktor der Steuerelektronik fur Motor und Kopfsteuerung einem DSP fur Verwaltung Bedienung des Interfaces Steuerung der Schreib Lesekopfe Modulation und Demodulation der Signale der Schreiblese Kopfe erfolgt dabei durch integrierte Spezialhardware und wird nicht direkt vom DSP durchgefuhrt Die benotigte Verarbeitungsleistung der Demodulation liegt im Bereich 107 MIPS Flash ROM und DDR RAM fur Firmware temporare Daten und Festplattencache Ublich sind derzeit 2 bis 64 MiB der Schnittstelle zum Ansprechen der Festplatte von aussen und einem stabilen Gehause Technischer Aufbau und Material der Datenscheiben Da die magnetisierbare Schicht besonders dunn sein soll bestehen die Scheiben aus einem nicht magnetisierbaren Grundmaterial mit einer dunnen magnetisierbaren Deckschicht Als Grundmaterial werden haufig oberflachenbehandelte Aluminium Legierungen verwendet Bei Scheiben mit hoher Datendichte wird aber vorrangig auf Magnesium Legierungen Glas oder Glasverbundstoffe zuruckgegriffen da diese Materialien weniger Diffusion aufweisen 10 11 Sie mussen moglichst formstabil sowohl unter mechanischer als auch thermischer Belastung sein und eine geringe elektrische Leitfahigkeit aufweisen um die Grosse der Wirbelstrome gering zu halten Auf die Scheiben wird eine Eisenoxid oder Kobalt Deckschicht von ungefahr einem Mikrometer Dicke aufgetragen Heutige Festplatten werden durch Sputtern von sogenannten high storage density media dt etwa Materialien fur hohe Speicherdichte wie CoCrPt hergestellt 12 Die magnetische Schicht wird zusatzlich mit einer Schutzschicht aus diamantahnlichem Kohlenstoff versehen englisch carbon overcoat um mechanische Beschadigungen zu vermeiden Daruber befindet sich noch eine 0 5 1 5 nm dicke Gleitschicht 13 Die zukunftige Verkleinerung der magnetischen Bits erfordert sowohl die Erforschung von ultra high storage density media als auch von alternativen Konzepten da man sich langsam dem superparamagnetischen Limit nahert Zusatzlich wurde eine Steigerung der Datendichte durch besseres Tragermaterial sowie durch die Optimierung der Schreibverfahren erreicht In Desktop Festplatten der Jahre 2000 bis 2002 von IBM Deskstar 75GXP 40GV DTLA 30xxxx Deskstar 60GXP 120GXP IC35Lxxxx kam Glas als Material fur die Scheiben zum Einsatz Neuere Modelle der Festplattensparte von IBM 2003 ubernommen durch Hitachi verwenden jedoch mit Ausnahme von Server Festplatten wieder Aluminium In dem Festplattengehause befinden sich eine oder mehrere ubereinander liegende rotierende Scheiben Gebaut wurden bisher Festplatten mit bis zu zwolf Scheiben ublich sind derzeit ein bis vier Energieverbrauch und Gerauschentwicklung innerhalb einer Festplattenfamilie steigen mit der Scheibenanzahl Ublich ist es alle Oberflachen der Platter zu nutzen n Scheiben 2n Oberflachen sowie Schreiblesekopfe Einige Laufwerksgrossen z B 320 GB Laufwerk bei 250 GB Scheibe kommen mit einer ungeraden Anzahl von Schreib Lese Kopfen hier 3 aus und benutzen eine Oberflache nicht Defekte Festplatten nbsp Zerstorte Glas Festplattenscheibe nbsp Normalerweise poliert hier weitgehend zerstortMit der Ablosung des Longitudinal Magnetic Recording durch Perpendicular Magnetic Recording PMR einem seit den 1970er Jahren bekannten aber damals nicht beherrschten Speicherprinzip gelang es durch intensive Forschung seit 2000 die Datendichte weiter zu steigern Die erste Festplatte mit dieser Speichertechnik kam 2005 von Hitachi eine 1 8 Festplatte mit 60 Gigabyte Seit 2008 verwenden die meisten Festplatten diese Technologie ab 200 GB Scheibe bei 3 5 Etwa seit 2014 verwenden manche Laufwerke Shingled Magnetic Recording SMR bei dem eine Datenspur in ihre beiden Nachbarspuren hineinreicht hierbei mussen ggf mehrere parallele Spuren gemeinsam geschrieben werden oder Nachbarspuren mussen nach einem Schreiben repariert werden was zu einer niedrigeren effektiven Schreibdatenrate fuhrt Hiermit sind 3 5 Festplatten mit uber 12 TB Kapazitat moglich Stand 12 2017 Durch Einsatz von Two Dimensional Magnetic Recording TDMR kann die Datendichte nochmals um ca 10 gesteigert werden das setzt aber mehrere Lesekopfe pro Seite und eine aufwandigere Elektronik voraus weswegen der Einsatz teuren Laufwerken mit sehr grosser Kapazitat vorbehalten ist Achsen Lagerung und Drehzahlen In Arbeitsplatzrechnern oder Privat PCs verwendete Festplatten momentan zum grossten Teil Platten mit ATA SATA SCSI oder SAS Schnittstelle rotieren mit Geschwindigkeiten von 5400 bis 10 000 min 1 Im Bereich der Hochleistungsrechner und Server werden uberwiegend Festplatten eingesetzt die 10 000 oder 15 000 min 1 erreichen Bei den 2 5 Zoll Festplatten fur mobile Gerate liegen die Spindelgeschwindigkeiten im Bereich von 5400 bis 7200 min 1 wobei 5400 min 1 sehr verbreitet ist Die Drehzahl muss hochprazise eingehalten werden da sie die zeitliche Lange eines Bit bestimmt wie bei der Kopfpositionierung wird auch hier ein Regelkreis englisch Servo verwendet Die Achsen der Scheiben fruherer Festplatten bis 2000 waren kugelgelagert in neuerer Zeit werden uberwiegend hydrodynamische Gleitlager englisch fluid dynamic bearing FDB verwendet Diese zeichnen sich durch eine hohere Lebensdauer geringere Gerauschentwicklung und geringere Herstellungskosten aus Die Schreib Lese Kopf Einheit nbsp Kopftrager einer FestplatteDer Schreib Lese Kopf Magnetkopf des Schreibfingers im Prinzip ein winziger Elektromagnet magnetisiert winzige Bereiche der Scheibenoberflache unterschiedlich und schreibt somit die Daten auf die Festplatte Aufgrund eines Luftpolsters das durch die Reibung der Luft an der rotierenden Scheibenoberflache erzeugt wird schweben die Schreib Lese Kopfe vgl Bodeneffekt Die Schwebehohe lag 2000 im Bereich von etwa 20 nm Aufgrund dieser geringen Distanz darf die Luft innerhalb des Festplattengehauses keinerlei Verunreinigungen enthalten Bei neueren Festplatten mit Perpendicular Recording Technik schrumpft dieser Abstand auf 5 bis 6 nm Aktuell angekundigte Platten 2011 mit 1 Terabyte Scheibe erlauben noch Flughohen von maximal 3 nm damit das Signal durch Abstandsverluste nicht zu stark geschwacht wird Die Herstellung von Festplatten erfolgt deshalb wie die von Halbleitern in Reinraumen Der Bodeneffekt ist in diesem Zusammenhang sehr nutzlich zur Einhaltung der richtigen Flughohe des Schreib Lese Kopfes uber der rotierenden Scheibe Die Daten wurden bis etwa 1994 durch die Induktionswirkung des Magnetfeldes der magnetisierten Flache der Datentrageroberflache in der Spule des Schreib Lese Kopfes ausgelesen Uber die Jahre wurden jedoch aufgrund der steigenden Datendichte die Flachen auf denen einzelne Bits gespeichert werden immer kleiner Um diese Daten auszulesen wurden kleinere und empfindlichere Lesekopfe benotigt Diese wurden nach 1994 entwickelt MR Lesekopfe sowie einige Jahre spater GMR Lesekopfe Riesenmagnetowiderstand Der GMR Lesekopf ist eine Anwendung der Spintronik Kopfpositionierung In der Anfangszeit der Festplatten wurden die Schreib Lese Kopfe wie bei Diskettenlaufwerken mit Schrittmotoren angesteuert die Spurabstande waren noch gross siehe auch bei Aktor Eine grossere Positionierungsgenauigkeit und damit eine hohere Spurdichte erreichten Tauchspulsysteme die uber magnetische Informationen auf einer dedizierten Plattenoberflache in einem Regelkreis gesteuert wurden dedicated servo aber wie Schrittmotorsysteme empfindlich auf unterschiedliche thermische Ausdehnungen und mechanische Ungenauigkeiten reagierten Spatere und heute noch ubliche Systeme verwenden magnetische Positionsinformationen die in regelmassigen Abstanden zwischen den Datensektoren auf jeder der Oberflachen eingebettet sind embedded servo Diese Methode ist elektronisch aufwendiger aber mechanisch einfacher und sehr unempfindlich gegen storende Einflusse Vor der Servoinformation liegt ublicherweise eine spezielle Markierung die das Kopfsignal vom Datenmodus in den Servomodus schaltet die Information liest an die Positionierung weitergibt und mit einer abschliessenden Markierung wieder in den Datenmodus zuruckschaltet Die dadurch erreichte Positionierungsgenauigkeit liegt weiter unterhalb 1 µm Bei der Hitachi Deskstar 7K500 aus dem Jahr 2005 betragt die Spurdichte 5 3 Spuren µm die Bitdichte 34 3 Bit µm Das sind 182 Bit µm Einteilige Kopftragersysteme sind in der Prazision durch die Tragheit des Kopfarms beschrankt Eine mehrstufige Positionierung z B Triple Stage Actuator bei Western Digital ermoglicht eine hohere Genauigkeit und damit eine hohere Datendichte 14 Parken der Kopfe nbsp Fixierung des Lesekopfarms mit einem Magneten nbsp Schreib Lese Kopf einer 2 5 FestplatteZum Schutz der Scheiben Oberflachen vor dem Aufsetzen der Schreib Lese Kopfe dem sogenannten Head Crash fahren diese noch bevor sich beim Ausschalten der Festplatte die Umdrehungsgeschwindigkeit merklich verringert hat in die Landezone englisch landing zone in der sie fixiert werden Beim plotzlichen Wegfall der Versorgungsspannung wird der Antrieb als Generator geschaltet und mit der so gewonnenen Energie ein Schwenkimpuls fur den Kopfarm erzeugt Dieses Parken erhoht die Stossfestigkeit der Festplatten fur einen Transport oder Umbau Die Parkposition kann sich ausserhalb der Scheiben oder im Innenbereich der Platten befinden Dabei setzt der Schreib Lese Kopf auf einem vordefinierten Bereich der Festplatte auf der keine Daten enthalt Die Oberflache dieses Bereichs ist besonders vorbehandelt um ein Festkleben des Kopfes zu vermeiden und so einen spateren Wiederanlauf der Festplatte zu ermoglichen Die Fixierung geschieht beispielsweise uber einen Magneten der den Lesekopf festhalt nbsp Parkposition des Lesekopfs ausserhalb des PlattenstapelsBei alteren Festplatten wurden die Schreib Lese Kopfe bei fast allen Modellen aus dem Plattenstapel herausgefahren Spater 1990er 2000er wurde zunehmend eine Parkposition im Innenbereich bevorzugt 2008 kommen beide Varianten vor Bei Notebook Platten bietet die Parkposition ausserhalb des Plattenstapels zusatzlichen Schutz vor Beschadigung der Oberflachen der Scheiben bei Transport Erschutterung der Festplatte Bei alteren Festplatten mussten die Kopfe vor dem Ausschalten explizit per Befehl vom Betriebssystem geparkt werden Schrittmotoren benotigten viele koordinierte Impulse zum Parken die sich nach einem Wegfall der Versorgungsspannung nur sehr schwer oder gar nicht generieren liessen Auch die Kopfe moderner Festplatten konnen explizit geparkt werden da der beschriebene automatische Parkmechanismus nach dem Wegfall der Versorgungsspannung zu einem erhohten Verschleiss fuhren kann 15 Der Parkbefehl wird heute automatisch beim Herunterfahren des Systems vom Geratetreiber abgesetzt Bei modernen Laptops sorgt ein Beschleunigungssensor fur das Parken des Festplattenfingers noch wahrend eines eventuellen freien Falls um so den Schaden beim Sturz eines Rechners zu begrenzen Festplatten Gehause nbsp DruckausgleichslochDas Gehause einer Festplatte ist sehr massiv Meist ist es ein aus einer Aluminiumlegierung bestehendes Gussteil und mit einem Edelstahl Blechdeckel versehen Wird eine Festplatte in normaler nicht gereinigter Luft geoffnet konnen bereits kleinste Staub bzw Rauchpartikel Fingerabdrucke usw zu irreparablen Beschadigungen der Plattenoberflachen und der Schreib Lese Kopfe fuhren Das Gehause ist staubdicht aber bei luftgefullten Laufwerken ublicherweise nicht luftdicht abgeschlossen Durch eine mit einem Filter versehene kleine Offnung kann bei Luftdruckschwankungen wie sie etwa bei Temperaturanderungen oder Anderungen des atmospharischen Luftdrucks auftreten Luft ein oder austreten um so die Druckunterschiede auszugleichen Diese Offnung siehe nebenstehende Abbildung darf nicht verschlossen werden Da der Luftdruck im Gehause mit zunehmender Hohe uber dem Meeresspiegel abnimmt zum Betrieb aber ein Mindestdruck erforderlich ist durfen diese Festplatten nur bis zu einer bestimmten maximalen Meereshohe betrieben werden Diese ist in der Regel im zugehorigen Datenblatt vermerkt Die Luft ist erforderlich um die direkte Beruhrung von Schreib Lese Kopf und Datentrageroberflache Head Crash zu verhindern siehe auch Abschnitt Die Schreib Lese Kopf Einheit weiter oben Bei neueren Laufwerken wird statt des Filters eine elastische Membran eingesetzt die das System durch Aufwolben in die eine oder andere Richtung an wechselnde Druckverhaltnisse anpassen kann Einige Festplattenmodelle sind mit Helium gefullt und im Gegensatz zu den luftgefullten Laufwerken hermetisch verschlossen Helium verfugt im Vergleich zu Luft uber eine geringere Dichte und eine hohere Warmeleitfahigkeit Durch die geringere Dichte von Helium entstehen geringere storende Stromungseffekte die zu reduzierten Kraften fuhren die auf den Motor wirken Auch Vibrationen die durch die Positionierung der Tragerarme entstehen werden verringert Dadurch konnen die Abstande zwischen den einzelnen Scheiben verkleinert und mehr davon bei gleicher Bauhohe integriert werden was zu einer hoheren Speicherdichte dieser Plattenlaufwerke fuhrt 16 Einbau Bis etwa in die 1990er Jahre war fur Festplatten eine definierte Einbaulage erforderlich und in der Regel nur waagerechter Betrieb aber nicht uber Kopf oder aber senkrechte Lage auf der Kante erlaubt Dies ist fur heutige Laufwerke nicht mehr erforderlich und nicht mehr spezifiziert sie konnen in jeder Lage betrieben werden Alle Festplatten sind im Betrieb gegen Vibration empfindlich da dadurch die Positionierung der Kopfe gestort werden kann Wird eine Festplatte elastisch gelagert ist dieser Punkt besonders zu berucksichtigen Speichern und Lesen von Bits nbsp Schreib Lese Kopf bei longitudinaler und senkrechter englisch perpendicular AufzeichnungDie Scheibe mit der Magnetschicht in der die Informationen gespeichert sind rotiert an den Schreib Lese Kopfen s o vorbei Beim Lesen verursachen dabei Anderungen in der Magnetisierung der Oberflache durch elektromagnetische Induktion einen Spannungsimpuls im Lesekopf Bis zum Anfang des 21 Jahrhunderts wurde dabei fast ausschliesslich die longitudinale Aufzeichnung verwendet erst dann wurde auch die senkrechte Aufzeichnung eingefuhrt die wesentlich hohere Schreibdichten erlaubt aber kleinere Signale beim Lesen bewirkt wodurch sie schwieriger zu beherrschen ist Beim Schreiben dient derselbe Kopf zum Einschreiben der Information in die Magnetschicht Zum Lesen sollte ein Magnetkopf anders ausgelegt sein als zum Schreiben beispielsweise was die Breite des Magnetspalts betrifft wird er fur beides verwendet mussen Kompromisse eingegangen werden die die Leistung wieder begrenzen Es gibt dazu neuere Ansatze durch spezielle Geometrien und Spulenwicklungen diese Kompromisse effizienter zu gestalten Ein Leseimpuls entsteht also nur bei einer Anderung der Magnetisierung mathematisch Der Lesekopf sieht sozusagen nur die Ableitung der Magnetisierung nach der Ortskoordinate Diese Impulse bilden einen seriellen Datenstrom der wie bei einer seriellen Schnittstelle von der Leseelektronik ausgewertet wird Wenn beispielsweise Daten vorliegen die zufallig uber lange Strecken nur den logischen Pegel 0 aufweisen tritt solange keinerlei Anderung auf also auch kein Signal am Lesekopf Dann kann die Leseelektronik aus dem Takt kommen und falsche Werte lesen Zur Abhilfe werden verschiedene Verfahren eingesetzt die zusatzliche umgekehrt gepolte Bits in den Datenstrom einfugen um eine zu lange Strecke einheitlicher Magnetisierung zu vermeiden Beispiele dieser Verfahren sind MFM und RLL die allgemeine Technik wird unter Leitungscode erlautert Beim Schreibvorgang wird je nach Logikpegel des Bits ein Strom unterschiedlicher Polung in die Magnetspule des Schreibkopfs gespeist gegensatzliche Polung jedoch gleiche Starke Der Strom bewirkt ein Magnetfeld das Feld wird vom Magnetkern des Kopfs gebundelt und gefuhrt Im Spalt des Schreibkopfs treten die Magnetfeldlinien dann in die Oberflache der Festplatte uber und magnetisieren sie dabei in die gewunschte Richtung Speichern und Lesen von Byte organisierten Daten Heutige magnetische Festplatten organisieren ihre Daten im Gegensatz zu Direktzugriffsspeichern der sie in Bytes oder in kleinen Gruppen von 2 bis 8 Byte anordnet in Datenblocken wie z B 512 2048 oder 4096 Byte weshalb dieses Verfahren blockbasierte Adressierung genannt wird Dabei konnen seitens der Schnittstelle immer nur ganze Datenblocke oder Sektoren gelesen und geschrieben werden Bei fruheren SCSI Festplatten ermoglichte die Laufwerkselektronik einen byteweisen Zugriff 17 Das Lesen von Blocken erfolgt durch Angabe der linearen Sektornummer Die Festplatte weiss wo sich dieser Block befindet und liest beziehungsweise schreibt ihn auf Anforderung Beim Schreiben von Blocken werden diese zuerst mit Fehlerkorrekturinformationen Vorwartsfehlerkorrektur versehen werden sie einer Modulation unterzogen Fruher waren GCR MFM RLL ublich heutzutage haben PRML und neuerdings EPRML diese abgelost dann wird der Schreib Lese Kopf Trager in die Nahe der Spur gefahren die beschrieben werden soll liest der Schreib Lese Kopf welcher der informationtragenden Oberflache zugeordnet ist das Spursignal und fuhrt die Feinpositionierung durch Dazu gehort zum einen die richtige Spur zu finden zum anderen diese Spur auch genau mittig zu treffen Ist der Schreiblesekopf stabil auf der Spur und befindet sich der richtige Sektor unter dem Schreiblesekopf wird die Blockmodulation geschrieben Bei vermuteter Fehlposition ist der Schreibvorgang sofort abzubrechen damit keine Nachbarspuren teilweise irreparabel zerstort werden Beim Lesen werden diese Schritte umgekehrt ausgefuhrt Schreib Lese Kopf Trager in die Nahe der Spur fahren die gelesen werden soll der Schreib Lese Kopf welcher der informationstragenden Oberflache zugeordnet ist liest das Spursignal und fuhrt die Feinpositionierung durch Nun wird die Spur so lange oder etwas langer gelesen bis der gewunschte Sektor erfolgreich gefunden wurde Bei diesem Vorgang gefundene Sektoren werden zuerst demoduliert und dann mittels der beim Schreiben erzeugten Vorwartsfehlerkorrekturinformationen einer Fehlerkorrektur unterzogen Ublicherweise werden meist weitaus mehr Sektoren als der angeforderte Sektor gelesen Diese landen normalerweise im Festplattencache wenn nicht schon vorhanden da die Wahrscheinlichkeit gross ist dass sie in Kurze noch benotigt werden War ein Sektor schlecht lesbar mehrere Leseversuche notwendig Fehlerkorrektur zeigte etliche korrigierbare Fehler auf wird er ublicherweise neu zugeordnet d h an einer anderen Stelle gespeichert War der Sektor nicht mehr lesbar wird ein sogenannter CRC Fehler gemeldet Logische Struktur der Scheiben nbsp Plattenstruktur bei MFM A Spur auch Zylinder B Sektor C Block D Cluster Hinweis Die Zusammen fassung zum Cluster hat nichts mit MFM zu tun sondern erfolgt auf der Ebene des Dateisystems nbsp Magnetooptische Auf nahme der Magnetisie rungen einzelner Bits auf einem Festplatten Platter Aufnahmen mit CMOS MagView nbsp Zylinder Kopf Sektor und Spur in Bezug auf mehrere Datenscheiben einer FestplatteDie Magnetisierung der Beschichtung der Scheiben ist der eigentliche Informationstrager Sie wird vom Schreib Lese Kopf auf kreisformigen konzentrischen Spuren erzeugt wahrend die Scheibe rotiert Eine Scheibe enthalt typischerweise einige tausend solcher Spuren meist auf beiden Seiten Die Gesamtheit aller gleichen d h ubereinander befindlichen Spuren der einzelnen Platten oberflachen nennt man Zylinder Jede Spur ist in kleine logische Einheiten unterteilt die man Blocke nennt Ein Block enthalt traditionell 512 Byte an Nutzdaten Jeder Block verfugt dabei uber Kontrollinformationen Prufsummen uber die sichergestellt wird dass die Information korrekt geschrieben oder gelesen wurde Die Gesamtheit aller Blocke welche die gleichen Winkelkoordinaten auf den Platten haben nannte man Sektor bei MFM Der Aufbau eines speziellen Festplattentyps d h die Anzahl der Zylinder Spuren je Oberflache Kopfe Oberflachen und Sektoren wird als Festplattengeometrie bezeichnet Bei der Einteilung in Sektoren steht fur deren innere Blocke nur wenig Magnetschicht Flache zur Verfugung die jedoch zum Speichern eines Datenblocks ausreicht Die ausseren Blocke sind jedoch viel grosser und verbrauchen viel mehr Magnetschicht Flache als notwendig ware Seit RLL wird dieser Platz im Aussenbereich nicht mehr verschwendet die Daten werden dort ebenso dicht geschrieben wie im Innenbereich eine Spur im Aussenbereich beinhaltet nun mehr Blocke als im Innenbereich eine Sektoreinteilung ist daher nicht mehr moglich Bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit kann und muss die Festplattenelektronik im Aussenbereich schneller lesen und schreiben als im Innenbereich Durch diese Entwicklung verlor der Begriff Sektor seine ursprungliche Wichtigkeit und wird heute vielfach entgegen seiner eigentlichen Bedeutung synonym fur Block verwendet Da als die Nummerierung der Blocke bei steigenden Festplattenkapazitaten die Wortgrenze 16 Bit uberstieg manche Betriebssysteme zu fruh an Grenzen stiessen wurden Cluster eingefuhrt Das sind Gruppen von jeweils einer festen Anzahl an Blocken z B 32 die sinnvollerweise physisch benachbart sind Das Betriebssystem spricht dann nicht mehr einzelne Blocke an sondern verwendet auf seiner hoheren Ebene als kleinste Zuordnungseinheit diese Cluster Erst auf Hardwaretreiber Ebene wird dieser Zusammenhang aufgelost Bei modernen Festplatten ist normalerweise die wahre Geometrie also die Anzahl an Sektoren Kopfen und Zylindern die vom Festplatten Controller verwaltet werden nach aussen d h fur den Computer bzw den Festplattentreiber nicht sichtbar Fruher wurde dem Computer dann eine virtuelle Festplatte vorgespielt die vollig andere Geometriedaten aufwies um Begrenzungen der PC kompatiblen Hardware zu uberwinden Zum Beispiel konnte eine Festplatte die real nur vier Kopfe aufwies vom Computer mit 255 Kopfen gesehen werden Heute meldet eine Festplatte meist einfach die Anzahl ihrer Blocke im LBA Modus Heute ubliche Festplatten teilen intern die Zylinder radial in Zonen ein wobei die Zahl der Blocke pro Spur innerhalb einer Zone gleich ist beim Wechsel der Zone von innen nach aussen aber zunimmt Zone Bit Recording Die innerste Zone hat die wenigsten Blocke pro Spur die ausserste Zone die meisten weshalb die kontinuierliche Ubertragungsrate beim Zonenwechsel von aussen nach innen abnimmt Der Festplatten Controller kann defekte Blocke in die sogenannte Hot Fix Area ausblenden um dann einen Block aus einem Reserve Bereich einzublenden Fur den Computer scheint es dann immer so als waren alle Blocke defektfrei und nutzbar Dieser Vorgang lasst sich jedoch per S M A R T uber den Parameter Reallocated Sector Count nachvollziehen Eine Festplatte deren RSC Wert in kurzer Zeit merklich ansteigt wird in Kurze ausfallen Advanced Format Festplattenmodelle verwenden seit 2010 zunehmend ein Sektorierungsschema mit grosseren Sektoren mit fast ausschliesslich 4096 Bytes 4K Die grosseren Datenblocke ermoglichen eine grossere Redundanz und damit eine niedrigere Block Fehlerrate BER und oder geringeren Gesamtoverhead im Verhaltnis zur Nutzdatenmenge 18 19 20 Um nach einer jahrzehntelangen fast ausschliesslichen Verwendung von Blocken mit 512 Byte Kompatibilitatsprobleme zu vermeiden emulieren die meisten Laufwerke an ihrer Schnittstelle eine Blockgrosse von 512 Byte 512e Ein physischer Block von 4096 Byte wird als acht logische Blocke von 512 Byte emuliert die Laufwerksfirmware nimmt die zusatzlich notwendigen Schreib und Leseoperationen dann selbststandig vor Dadurch wird grundsatzlich eine Verwendung mit bestehenden Betriebssystemen und Treibern sichergestellt Die 512e Emulation stellt sicher dass Advanced Format Laufwerke mit vorhandenen Betriebssystemen kompatibel sind es kann zu Leistungseinbussen kommen wenn physische Blocke nur teilweise beschrieben werden sollen die Firmware muss dann den physischen Block lesen verandern und wieder zuruckschreiben Solange die Organisationseinheiten Cluster des Dateisystems sich mit den physischen Sektoren genau decken ist dies kein Problem wohl aber wenn die Strukturen zueinander versetzt sind Bei aktuellen Linux Versionen bei Windows ab Vista SP1 und macOS ab Snow Leopard werden neue Partitionen so angelegt wie es fur Advanced Format Laufwerke sinnvoll ist beim bis nach Supportende 2014 noch relativ weit verbreiteten Windows XP jedoch nicht So lassen sich bei Windows XP auf 4K ausgerichtete Partitionen mit verschiedenen Zusatztools anlegen in der Regel werden solche Programme vom Laufwerkshersteller zur Verfugung gestellt Obwohl durch 48 Bit LBA Festplatten bis zu 128 PiB unter Verwendung von 512 Byte Sektoren angesprochen werden konnen gibt es bei Verwendung des MBR als Partitionstabelle bereits bei Festplatten mit mehr als 2 TiB Einschrankungen Aufgrund seiner nur 32 Bit grossen Felder ist die maximale Partitionsgrosse auf 2 TiB beschrankt 232 4 294 967 296 Sektoren bei einer Block Sektorgrosse von 512 Byte ferner muss ihr erster Block in den ersten 2 TiB liegen was somit die maximal verwendbare Festplattengrosse auf 4 TiB beschrankt Fur die uneingeschrankte Nutzung von Festplatten gt 2 TiB ist ein Betriebssystem notig welches die GPT unterstutzt Das Booten von Festplatten mit GPT unterliegt je nach Betriebssystem und System Firmware BIOS EFI EFI CSM weiteren Einschrankungen Eine Emulation ist zunehmend nicht mehr notwendig 4K native bzw 4Kn Beispielsweise unterliegen externe Festplatten wie z B die Elements Baureihe von Western Digital keinen Einschrankungen durch eventuell inkompatible Laufwerkscontroller Aufgrund der nativen Adressierung konnen diese Platten auch mit einer MBR Partitionstabelle jenseits der 4 TiB Grenze verwendet werden Das Booten von solchen Datentragern wird von Windows ab Windows 8 Windows Server 2012 21 unterstutzt wobei nach der Ablose des BIOS durch das Unified Extensible Firmware Interface UEFI bzw zuvor EFI in den 2010er Jahren ohnehin die GUID Partitionstabelle GPT die vorher genutzten meist auf 32 Bit beschrankten Partitionstabellen MBR APM nicht nur auf IBM PC kompatiblen Computern abgelost hat Geschwindigkeit Die Festplatte gehort mit zu den langsamsten Teilen eines PC Kernsystems Deshalb sind die Geschwindigkeiten einzelner Festplattenfunktionen von besonderer Bedeutung Die wichtigsten technischen Parameter sind die kontinuierliche Ubertragungsrate sustained data rate und die mittlere Zugriffszeit data access time Die Werte kann man den Datenblattern der Hersteller entnehmen Die kontinuierliche Ubertragungsrate ist jene Datenmenge pro Sekunde welche die Festplatte beim Lesen aufeinander folgender Blocke im Mittel ubertragt Die Werte beim Schreiben sind meist ahnlich und werden deshalb ublicherweise nicht angegeben Bei fruheren Festplatten benotigte die Laufwerkselektronik mehr Zeit zur Verarbeitung eines Blocks als die reine Hardware Lesezeit Daher wurden logisch aufeinanderfolgende Blocke nicht physisch aufeinanderfolgend auf dem Platter gespeichert sondern mit einem oder zwei Blocken Versatz Um alle Blocks einer Spur aufeinanderfolgend zu lesen musste der Platter folglich zwei oder drei Mal rotieren Interleave Faktor 2 oder 3 Heutige Festplatten besitzen ausreichend schnelle Elektronik und speichern logisch aufeinanderfolgende Blocke auch physisch aufeinanderfolgend Sowohl beim Schreiben als auch beim Lesen muss vor dem Zugriff auf einen bestimmten Block der Schreib Lese Kopf der Platte zur gewunschten Spur bewegt und anschliessend abgewartet werden bis durch die Rotation der Platte der richtige Block unter dem Kopf vorbeigefuhrt wird Diese mechanisch bedingten Verzogerungen liegen Stand 2009 bei etwa 6 20 ms was nach Massstaben anderer Computerhardware eine kleine Ewigkeit ist Daraus ergibt sich die extrem hohe Latenzzeit von Festplatten im Vergleich zu RAM die noch auf der Ebene der Softwareentwicklung und der Algorithmik berucksichtigt werden muss Die Zugriffszeit setzt sich aus mehreren Anteilen zusammen der Spurwechselzeit seek time der Latenzzeit latency und die Kommando Latenz controller overhead Die Spurwechselzeit wird von der Starke des Antriebs fur den Schreib Lese Kopf Servo bestimmt Abhangig davon welche Strecke der Kopf zurucklegen muss ergeben sich unterschiedliche Zeiten Angegeben wird normalerweise nur der Mittelwert beim Wechsel von einer zufalligen zu einer anderen zufalligen Spur gewichtet nach der Zahl der Blocke auf den Spuren Die Latenzzeit ist eine unmittelbare Folge der Umdrehungsgeschwindigkeit Im Mittel dauert es eine halbe Umdrehung bis ein bestimmter Sektor unter dem Kopf vorbeikommt Daraus ergibt sich der feste Zusammenhang mittlere Latenzzeit 1 2 1 Drehzahl displaystyle text mittlere Latenzzeit frac 1 2 cdot frac 1 text Drehzahl nbsp bzw als zugeschnitte Grossengleichung fur die Latenzzeit in Millisekunden und die Drehzahl pro Minute mittlere Latenzzeit m s 30000 Drehzahl m i n 1 displaystyle frac text mittlere Latenzzeit mathrm ms frac 30000 text Drehzahl mathrm min 1 nbsp Die Kommandolatenz ist die Zeit die der Festplattencontroller damit verbringt das Kommando zu interpretieren und die erforderlichen Aktionen zu koordinieren Diese Zeit ist heutzutage vernachlassigbar Die Aussagekraft dieser technischen Parameter fur die Systemgeschwindigkeit ist begrenzt Deshalb wird im professionellen Bereich eine andere Kennzahl namlich Input Output operations Per Second IOPS verwendet Diese wird bei kleinen Blockgrossen hauptsachlich von der Zugriffszeit dominiert Aus der Definition wird klar dass zwei halb so grosse Platten gleicher Geschwindigkeit dieselbe Datenmenge mit der doppelten IOPS Zahl bereitstellen Exemplarische Entwicklung der Plattengeschwindigkeit uber die Zeit Kategorie Jahr Modell Grosse Drehzahl Datenrate Spur wechsel Latenz MittlereZugriffszeitGB min 1 MB s msServer 1993 IBM 0662 0 00 1 000 0 5 400 00 5 0 8 5 0 5 6 15 4Server 2002 Seagate Cheetah X15 36LP 0 0 18 0 0 36 15 000 0 52 0 68 0 3 6 0 2 0 0 5 8Server 2007 Seagate Cheetah 15k 6 0 146 0 450 15 000 112 171 0 3 4 0 2 0 0 5 6Server 2017 Seagate Exos E 2 5 0 300 0 900 15 000 210 315 0 2 0Desktop 1989 Seagate ST296N 0 00 0 080 0 3 600 00 0 5 28 0 0 8 3 40 0Desktop 1993 Seagate Marathon 235 0 00 0 064 0 00 0 210 0 3 450 16 0 0 8 7 24 0Desktop 1998 Seagate Medalist 2510 10240 0 00 2 5 0 0 10 0 5 400 10 5 0 5 6 16 3Desktop 2000 IBM Deskstar 75GXP 0 0 20 0 0 40 0 5 400 0 32 0 9 s 0 5 6 15 3Desktop 2009 Seagate Barracuda 7200 12 0 160 1 000 0 7 200 125 0 8 5 0 4 2 12 9Desktop 2019 Western Digital Black WD6003FZBX 0 6 000 0 7 200 201 0 4 2 14 4Notebook 1998 Hitachi DK238A 0 00 3 2 0 00 4 3 0 4 200 00 8 7 0 13 5 12 0 0 7 1 19 3Notebook 2008 Seagate Momentus 5400 6 0 120 0 500 0 5 400 0 39 0 83 14 0 0 5 6 18 0Die Entwicklung der Festplattenzugriffszeit kann mit der anderer PC Komponenten wie CPU RAM oder Grafikkarte nicht mehr Schritt halten weshalb sie zum Flaschenhals geworden ist Um eine hohe Leistung zu erreichen muss eine Festplatte deshalb soweit moglich immer grosse Mengen von Daten in aufeinander folgenden Blocken lesen oder schreiben weil dabei der Schreib Lese Kopf nicht neu positioniert werden muss Das wird unter anderem dadurch erreicht dass moglichst viele Operationen im RAM durchgefuhrt und auf der Platte die Positionierung der Daten auf die Zugriffsmuster abgestimmt werden Dazu dient vor allem ein grosser Cache im Arbeitsspeicher des Computers der von allen modernen Betriebssystemen zur Verfugung gestellt wird Zusatzlich hat die Festplattenelektronik einen Cache Stand 2012 fur Platten von 1 bis 2 TB zumeist 32 oder 64 MiB der vor allem zur Entkopplung der Interface Transferrate von der unveranderlichen Transferrate des Schreib Lese Kopfes dient Neben der Verwendung eines Caches gibt es weitere Software Strategien zur Performance Steigerung Sie werden vor allem in Multitasking Systemen wirksam wo das Festplattensystem mit mehreren beziehungsweise vielen Lese und Schreibanforderungen gleichzeitig konfrontiert wird Es ist dann meist effizienter diese Anforderungen in eine sinnvolle neue Reihenfolge zu bringen Die Steuerung erfolgt durch einen Festplatten Scheduler haufig in Verbindung mit Native Command Queuing NCQ oder Tagged Command Queuing TCQ Das einfachste Prinzip verfolgt dabei dieselbe Strategie wie eine Aufzugssteuerung Die Spuren werden zunachst in einer Richtung angefahren und die Anforderungen beispielsweise nach monoton steigenden Spurnummern abgearbeitet Erst wenn diese alle abgearbeitet sind kehrt die Bewegung um und arbeitet dann in Richtung monoton fallender Spurnummern usw Bis etwa 1990 besassen Festplatten meist so wenig Cache 0 5 bis maximal 8 KiB dass sie keine komplette Spur damals 8 5 KiB oder 13 KiB zwischenspeichern konnten Daher musste der Datenzugriff durch Interleaving gebremst beziehungsweise optimiert werden Nicht notwendig war dies bei Platten mit hochwertigem SCSI oder ESDI Controller beziehungsweise bei den damals aufkommenden IDE Platten Die seit etwa 2008 verwendeten SSD Solid State Disks sie arbeiten mit Halbleitertechnik einem Teilgebiet der Festkorperphysik englisch Solid state physics weisen prinzipbedingt wesentlich kurzere Zugriffszeiten auf Seit 2011 gibt es auch kombinierte Laufwerke die fur den Computer transparent einen Teil der Kapazitat als SSD realisieren die als Puffer der konventionellen Platte dient Wahrend die Kapazitat der Festplatten in 3 5 Baugrosse weiter ansteigt wachst die Transferrate weniger stark und die IOPS stagnieren Dadurch erreichen Festplatten in gewissen Anwendungen nicht mehr eine ausreichende Leistung pro TB Speicherkapazitat Seagate hat daher ab dem Jahr 2020 Laufwerke entwickelt welche den Arm mit den Schreib Lesekopfen horizontal getrennt in zwei separat operierende Einheiten aufteilt Damit kann der Durchsatz und die IOPS bei gleichem Bauraum unter idealen Bedingungen verdoppelt werden Primarer Nutzer sind Betreiber von Cloud Dienstleistungen 22 Partitionen Aus Sicht des Betriebssystems konnen Festplatten durch Partitionierung in mehrere Bereiche unterteilt werden Das sind keine echten Laufwerke sondern sie werden nur vom Betriebssystem als solche dargestellt Man kann sie sich als virtuelle Festplatten vorstellen die durch den Festplattentreiber dem Betriebssystem gegenuber als getrennte Gerate dargestellt werden Die Festplatte selbst kennt diese Partitionen nicht es ist eine Sache des ubergeordneten Betriebssystems Jede Partition wird vom Betriebssystem gewohnlich mit einem Dateisystem formatiert Unter Umstanden werden je nach benutztem Dateisystem mehrere Blocke zu Clustern zusammengefasst die dann die kleinste logische Einheit fur Daten sind die auf die Platte geschrieben werden Das Dateisystem sorgt dafur dass Daten in Form von Dateien auf die Platte abgelegt werden konnen Ein Inhaltsverzeichnis im Dateisystem sorgt dafur dass Dateien wiedergefunden werden und hierarchisch organisiert abgelegt werden konnen Der Dateisystem Treiber verwaltet die belegten verfugbaren und defekten Cluster Bekannte Beispiele fur Dateisysteme sind FAT plattformubergreifend NTFS Windows APFS und HFS Mac OS UFS und ZFS BSD Unix sowie extfs und btrfs Linux Verbunde Sollen grossere Datenmengen oder grosse Datenmengen statt auf einer einzelnen grossen teuren Platte auf gunstigeren kleinen und langzeiterprobten Platten gespeichert werden kann man sie mit einem Logical Volume Manager als JBOD zusammenfassen oder mit RAIDs zusatzlich gegen Ausfalle vorbeugen und sie in Disk Arrays zusammenfassen Dies kann in einem Server oder einem Network Attached Storage geschehen welcher von mehreren genutzt werden kann oder man baut uberhaupt ein eigenes Storage Area Network auf Man kann auch meist externes Cloud Computing nutzen welches die bisher angesprochenen Techniken nutzt Gerauschvermeidung Um die Lautstarke der Laufwerke beim Zugriff auf Daten zu verringern unterstutzen die meisten fur den Desktop Einsatz gedachten ATA und SATA Festplatten seit circa 2003 Automatic Acoustic Management AAM das heisst sie bieten die Moglichkeit per Konfiguration die Zugriffszeit zugunsten geringerer Gerauschentwicklung zu verlangern Wird die Festplatte in einem leisen Modus betrieben werden die Schreib Lesekopfe weniger stark beschleunigt so dass die Zugriffe leiser sind Das Laufgerausch des Plattenstapels sowie die Daten Transferrate werden davon nicht verandert jedoch verlangert sich die Zugriffszeit Dem gleichen Zweck dienen als Entkopplung oder Entkoppler bezeichnete Aufhangungen mit elastischen Elementen die eine Ubertragung der Vibrationen der Festplatte auf Gehausebauteile verhindern sollen Eine ursprunglich in einem Forum veroffentlichte Entkopplungs Losung fur Wasserpumpen im PC wird heute nach ihrem Poster als Shoggy Sandwich benannt 23 und unter dieser Bezeichnung im kommerziellen Computer Fachhandel vertrieben 24 Zuvor ging sie in Bastlerkreisen auch als Losung fur Festplatten viral 25 Sie nutzt zwei verschiedene ursprunglich im Baumarkt zu erwerbende Belage fur Reibebretter Die eigentliche Entkopplung wird durch eine Schwammgummi Platte sichergestellt die wegen ihrer Weichheit und Porositat keine direkte Befestigung von Schrauben zulasst Daher ist sie wie bei einem Sandwich zwischen zwei vergleichsweise festeren Zellgummi Platten eingebettet die an Festplatte und PC Gehause adaptieren indem Schrauben durchgesteckt werden Schnittstellen Bussystem und JumperUrsprunglich bis 1990 91 befand sich das was heute als Schnittstelle zur Festplatte verstanden wird bei Consumer Platten nicht auf der Festplatte Dafur war ein Controller in Form einer ISA Steckkarte notwendig Dieser Controller sprach die Platte unter anderem uber eine ST506 Schnittstelle an mit den Modulationsstandards MFM RLL oder ARLL Die Kapazitat der Platte war mit vom Controller abhangig gleiches galt fur die Datenzuverlassigkeit Eine 20 MB MFM Platte konnte an einem RLL Controller 30 MB speichern aber ggf mit einer hoheren Fehlerrate Bedingt durch die Trennung von Controller und Medium musste letzteres vor dem Gebrauch low level formatiert werden Sektorierung Im Gegensatz zu diesen fruheren Festplatten mit Schrittmotoren sind modernere Festplatten mit Linearmotoren ausgestattet die eine Sektorierung und vor allem das Schreiben der Servoinformationen wahrend der Herstellung erforderlich machen und ansonsten nicht mehr low level formatiert werden konnen source source source source source source source 2 GB Festplatte aus einem Macintosh Computer mit SCSI Anschluss 2001 Mit ESDI wurde ein Teil des Controllers ins Laufwerk integriert um Geschwindigkeit und Zuverlassigkeit zu steigern Mit SCSI und IDE Platten endete dann die Trennung von Controller und Speichergerat Sie setzen statt der fruheren Controller Host Bus Adapter ein die eine wesentlich universellere Schnittstelle zur Verfugung stellen HBAs existieren als eigene Steckkarten als auch auf Hauptplatinen oder in Chipsatze integriert und werden haufig immer noch als Controller bezeichnet Als Schnittstellen fur interne Festplatten werden im Desktop Bereich heute fast ausschliesslich Serial ATA Schnittstellen eingesetzt Bis in die 2000er Jahre hinein waren hier noch parallele ATA oder IDE EIDE Schnittstellen ublich Bei Servern und Workstations hat sich neben SATA im Wesentlichen SAS und Fibre Channel etabliert Die Mainboards waren lange Zeit mit meist zwei ATA Schnittstellen versehen fur max 4 Laufwerke inzwischen wurden diese annahernd vollstandig durch bis zu 10 SATA Schnittstellen ersetzt Ein prinzipielles Problem bei parallelen Ubertragungen ist dass es mit zunehmender Geschwindigkeit immer schwieriger wird unterschiedliche Laufzeiten der einzelnen Bits durch das Kabel sowie Ubersprechen zu beherrschen Daher stiessen die parallelen Schnittstellen mehr und mehr an ihre Grenzen Serielle Leitungen insbesondere in Verbindung mit differentiellen Leitungspaaren erlauben inzwischen deutlich hohere Ubertragungsraten ATA IDE nbsp Festplatten Konfigurations Jumper nbsp ATA ATAPI Kabel mit 80 Adern und 39 Pin Stecker nbsp Molex 8981 Stecker zur Spannungsversorgung rot 5 V schwarz Masse gelb 12 VBei einer ATA Festplatte wird durch Jumper festgelegt ob sie das Laufwerk mit Adresse 0 oder 1 der ATA Schnittstelle ist Device 0 beziehungsweise 1 oft mit Master beziehungsweise Slave bezeichnet Manche Modelle erlauben eine Beschrankung der an das Betriebssystem beziehungsweise BIOS gemeldeten Kapazitat des Laufwerks wodurch die Festplatte im Falle von Inkompatibilitaten dennoch in Betrieb genommen werden kann allerdings wird dabei der nicht gemeldete Plattenplatz verschenkt Durch die Festlegung der ATA Bus Adresse konnen zwei Festplatten an einer ATA Schnittstelle des Mainboards angeschlossen werden Die meisten Mainboards haben zwei ATA Schnittstellen genannt primary ATA und secondary ATA also erste und zweite ATA Schnittstelle Daher konnen insgesamt bis zu vier Festplatten an beide ATA Schnittstellen der Hauptplatine angeschlossen werden Altere BIOS von Hauptplatinen erlauben es nur den Computer von der ersten ATA Schnittstelle zu starten und auch nur wenn die Festplatte als Master gejumpert ist Die ATA Schnittstellen werden jedoch nicht nur von Festplatten sondern auch von CD ROM und DVD Laufwerken genutzt Somit ist ohne Zusatzkarte die Gesamtzahl von Festplatten plus ladbaren Laufwerken CD ROM DVD auf vier begrenzt Diskettenlaufwerke haben eine andere Schnittstelle CompactFlash Karten konnen per Adapter angeschlossen und wie eine Festplatte verwendet werden Bei Erweiterungen sind einige Dinge zu beachten Das erste Laufwerk ist als Master zu jumpern in der Regel die Voreinstellung von Laufwerken erst ein eventuell zweites Laufwerk an einem Kabel wird auf Slave gejumpert Einige Laufwerke haben noch die dritte Option Single Drive Diese wird dann benutzt wenn das Laufwerk alleine am Kabel hangt kommt ein Slave Laufwerk dazu muss man das erste als Master jumpern Diese Option heisst dann zur Erlauterung oftmals Master with Slave present Wo Master oder Slave sitzen am Ende des Kabels oder mittendrin spielt keine Rolle ausser beide Laufwerke sind auf Cable Select gejumpert Slave allein funktioniert zwar meistens gilt aber nicht als sauber konfiguriert und ist oft storanfallig Ausnahme Bei den neueren 80 poligen Kabeln sollte der Slave in der Mitte angeschlossen werden die Stecker sind dementsprechend beschriftet Die ideale Verteilung der Laufwerke auf die einzelnen Anschlusse ist disputabel Zu beachten ist dass sich traditionell zwei Gerate am selben Kabel die Geschwindigkeit teilen und dass das langsamere Gerat den Bus langer belegt und somit das schnellere bremsen kann Bei der gangigen Konfiguration mit einer Festplatte und einem CD DVD Laufwerk ist es daher von Vorteil jedes dieser beiden Gerate mit einem eigenen Kabel zu einer Schnittstelle auf der Hauptplatine zu verwenden Neben den Jumpern existiert ein automatischer Modus fur die Bestimmung der Adressen Cable Select der jedoch geeignete Anschlusskabel erfordert die fruher wenig verbreitet waren aber seit ATA 5 80 polige Kabel Standard sind Die parallele ATA Schnittstelle wurde ab Anfang der 2000er Jahre sukzessive durch SATA und andere Schnittstellen ersetzt ESDI Hauptartikel Enhanced Small Disk Interface Parallel SCSI Hauptartikel Small Computer System Interface Die Adresse von Parallel SCSI Festplatten kann nicht wie IDE Festplatten nur zwischen zwei sondern je nach verwendetem Controller zwischen 7 bzw 15 Adressen ausgewahlt werden Dafur befinden sich an alteren SCSI Laufwerken drei bzw vier Jumper zur Festlegung der Adresse SCSI ID Nummer genannt die es erlauben bis 7 bzw 15 Gerate pro SCSI Bus einzeln zu adressieren Die Anzahl der maximal moglichen Gerate ergibt sich aus der Anzahl der ID Bits drei bei SCSI bzw vier bei Wide SCSI unter Berucksichtigung der vom Controller selbst belegten Adresse 0 Neben Jumpern fand man selten die Adresseinstellung auch durch einen kleinen Drehschalter Bei modernen Systemen werden die IDs automatisch vergeben nach der Reihenfolge am Kabel und die Jumper sind nur noch relevant wenn diese Vergabe beeinflusst werden soll Dazu kommen noch andere Jumper wie der optionale Schreibschutzjumper der es erlaubt eine Festplatte gegen Beschreiben zu sperren Weiterhin konnen je nach Modell Einschaltverzogerungen oder das Startverhalten beeinflusst werden Parallel SCSI wurde ab ca 2005 durch Serial Attached SCSI ersetzt SATA Hauptartikel Serial ATA nbsp Stecker fur Spannungsversorgung vom PC Netzteil fur SATA Laufwerke Schwarz Masse 0 V Orange 3 3 V Rot 5 V Gelb 12 VSeit 2002 werden Festplatten mit Serial ATA S ATA oder SATA Schnittstelle angeboten Die Vorteile gegenuber ATA sind der hohere mogliche Datendurchsatz und die vereinfachte Kabelfuhrung Erweiterte Versionen von SATA verfugen uber weitere vor allem fur professionelle Anwendungen relevante Funktionen wie etwa die Fahigkeit zum Austausch von Datentragern im laufenden Betrieb Hot Plug Inzwischen hat sich SATA praktisch durchgesetzt die neuesten Festplatten werden nicht mehr als IDE Versionen angeboten seit die bei IDE theoretisch moglichen Transferraten nahezu erreicht sind Im Jahr 2005 wurden erste Festplatten mit Serial Attached SCSI SAS als potentieller Nachfolger von SCSI fur den Server und Storagebereich vorgestellt Dieser Standard ist teilweise zu SATA abwartskompatibel Serial Attached SCSI SAS Hauptartikel Serial Attached SCSI Die SAS Technik basiert auf der etablierten SCSI Technik sendet die Daten jedoch seriell und verbindet die Gerate nicht uber einen gemeinsamen Bus sondern einzeln uber dedizierte Ports oder Port Multiplier Neben der hoheren Geschwindigkeit im Vergleich zu herkommlicher SCSI Technik konnen theoretisch uber 16 000 Gerate in einem Verbund angesprochen werden Ein weiterer Vorteil ist die maximale Kabellange von 10 Metern Die Steckverbindungen von SATA sind zu SAS kompatibel ebenso SATA Festplatten SAS Festplatten benotigen jedoch einen SAS Controller Fibre Channel Interface Hauptartikel Fibre Channel Die Kommunikation via Fibre Channel Interface ist noch leistungsfahiger und ursprunglich vor allem fur die Verwendung in Speichersubsystemen entwickelt Die Festplatten werden wie bei USB nicht direkt angesprochen sondern uber einen FC Controller FC HUBs oder FC Switches Queueing im SCSI SATA oder SAS Datentransfer Vor allem bei SCSI Platten und bei neueren SATA Festplatten werden sogenannte Queues Warteschlangen eingesetzt Das sind Software Verfahren als Teil der Firmware die die Daten zwischen dem Anfordern von Computerseite und physikalischem Zugriff auf die Speicherscheibe verwalten und ggf zwischenspeichern Beim Queuing reihen sie die Anfragen an den Datentrager in eine Liste und sortieren sie entsprechend der physikalischen Position auf der Scheibe und der aktuellen Position der Schreibkopfe um so moglichst viele Daten mit moglichst wenigen Umdrehungen und Kopfpositionierungen zu lesen Der festplatteneigene Cache spielt hier eine grosse Rolle da die Queues in diesem abgelegt werden siehe auch Tagged Command Queuing Native Command Queuing Vorlaufer der seriellen High Speed Schnittstellen Die ersten verbreiteten seriellen Schnittstellen fur Festplatten waren SSA Serial Storage Architecture von IBM entwickelt und Fibre Channel in der Variante FC AL Fibre Channel Arbitrated Loop SSA Festplatten werden heute praktisch nicht mehr hergestellt aber Fibre Channel Festplatten werden weiterhin fur den Einsatz in grossen Speichersystemen gebaut Fibre Channel bezeichnet dabei das verwendete Protokoll nicht das Ubertragungsmedium Deshalb haben diese Festplatten trotz ihres Namens keine optische sondern eine elektrische Schnittstelle Externe Festplatten nbsp Gerat mit USB Stecker nbsp Festplatten mit einem digitalen Kinofilm im TransportkofferExterne Festplatten gibt es als lokale Massenspeicher Block Gerate oder als Netzwerk Massenspeicher NAS Im ersten Fall ist die Festplatte uber Hardware Schnittstellen Adapter als lokales Laufwerk angeschlossen in zweiten Fall ist das Laufwerk eine Remote Ressource die das NAS ein uber ein Netzwerk angebundener Computer anbietet Fur den Anschluss von externen Festplatten werden universelle Schnittstellen wie FireWire USB oder eSATA verwendet Zwischen der Festplatte und der Schnittstelle befindet sich hierzu eine Bridge die an einer Seite einen PATA oder SATA Anschluss besitzt zum Anschluss der eigentlichen Festplatte und an der anderen Seite einen USB Firewire eSATA Anschluss oder mehrere dieser Anschlusse zum Anschluss an den Computer Bei derartigen externen Festplatten sind teilweise zwei Festplatten in einem Gehause verbaut die gegenuber dem Computer jedoch nur als ein Laufwerk auftreten RAID System Bei NAS Systemen ist ein Netzwerkanschluss vorhanden Datenschutz und DatensicherheitBesonders fur Behorden und Unternehmen sind Datenschutz und Datensicherheit ausserst sensible Themen Vor allem im Bereich der externen Festplatten die als mobile Datenspeicher eingesetzt werden mussen Behorden und Unternehmen Sicherheitsstandards anwenden Gelangen sensible Daten in unbefugte Hande entsteht meist ein irreparabler Schaden Um dies zu verhindern und hochste Datensicherheit fur den mobilen Datentransport zu gewahrleisten mussen folgende Hauptkriterien beachtet werden Verschlusselung Zugriffskontrolle und die Verwaltung des kryptographischen Schlussels Verschlusselung Daten konnen seitens des Betriebssystems verschlusselt werden oder direkt durch das Laufwerk Microsoft eDrive Self Encrypting Drive Typische Speicherorte des Kryptoschlussels sind USB Stick oder Smartcard Bei Speicherung innerhalb des Computersystems auf der Festplatte im Plattencontroller in einem Trusted Platform Module wird der eigentliche Zugriffsschlussel erst durch Kombination mit einem einzugebenden Passwort o a Passphrase generiert Schadprogramme Viren konnen dem Benutzer durch Verschlusselung bzw Setzen des Hardware Passworts auf einen unbekannten Wert massiv schaden Es besteht dann fur den Benutzer keine Moglichkeit mehr auf den Inhalt der Festplatte zuzugreifen ohne das Passwort zu kennen fur dessen vermeintliche Ubermittlung wird meist Losegeld gefordert Ransomware Zugriffskontrolle Verschiedene Festplatten bieten die Moglichkeit an den kompletten Festplatteninhalt per Passwort direkt auf Hardwareebene zu schutzen Diese im Grunde nutzliche Eigenschaft ist jedoch kaum bekannt Fur den Zugriff auf eine Festplatte kann ein ATA Passwort vergeben werden Ausfallursachen und Lebensdauer nbsp Lufter fur 3 5 FestplattenZu den typischen Ausfallursachen gehoren Die Anfalligkeit von Festplatten ist besonders bei den neuen sehr schnell drehenden Systemen vorwiegend auf thermische Probleme zuruckzufuhren Beim mechanischen Aufsetzen des Schreib Lese Kopfes kann die Festplatte beschadigt werden Head Crash Der Kopf schwebt im Betrieb auf einem Luftpolster uber der Platte und wird nur durch dieses Polster daran gehindert aufzusetzen Im laufenden Betrieb sollte die Festplatte daher moglichst nicht bewegt werden und keinen Erschutterungen ausgesetzt sein nbsp Geoffnete Festplatte nach einem Head Crash Die Schleifspuren die der schadhafte Schreib Lese Kopf auf der Magnetscheibe hinterlassen hat sind deutlich erkennbar Aussere Magnetfelder konnen die Sektorierung der Festplatte beeintrachtigen und sogar zerstoren 26 Fehler in der Steuerelektronik oder Verschleiss der Mechanik fuhren zu Ausfallen Umgekehrt kann auch langerer Stillstand dazu fuhren dass die Mechanik in Schmierstoffen stecken bleibt und die Platte gar nicht erst anlauft sticky disk Die durchschnittliche Zahl an Betriebsstunden bevor eine Festplatte ausfallt wird bei irreparablen Platten als MTTF Mean Time To Failure bezeichnet Bei Festplatten die repariert werden konnen wird ein MTBF Wert Mean Time Between Failures angegeben Alle Angaben zur Haltbarkeit sind ausschliesslich statistische Werte Die Lebensdauer einer Festplatte kann daher nicht im Einzelfall vorhergesagt werden denn sie hangt von vielen Faktoren ab Vibrationen und Stosse Starke Erschutterungen konnen zu einem vorzeitigen Lager Verschleiss fuhren und sollten daher vermieden werden Unterschiede zwischen verschiedenen Modellreihen eines Herstellers Abhangig vom jeweiligen Modell lassen sich bestimmte Baureihen ausmachen die als besonders zuverlassig oder fehleranfallig gelten Um statistisch genau Angaben zu der Zuverlassigkeit machen zu konnen sind eine grosse Anzahl von baugleichen Platten notwendig die unter ahnlichen Bedingungen betrieben werden Systemadministratoren die viele Systeme betreuen konnen so im Laufe der Jahre durchaus einige Erfahrungen sammeln welche Festplatten eher zu auffalligem Verhalten und damit vorzeitigem Ausfall neigen Anzahl der Zugriffe Lesekopfbewegungen Durch haufige Zugriffe verschleisst die Mechanik schneller als wenn die Platte nicht genutzt wird und sich nur der Plattenstapel dreht Dieser Einfluss ist jedoch nur gering 27 Wenn die Festplatte uber der vom Hersteller genannten Betriebstemperatur meist 40 55 C betrieben wird leidet die Lebensdauer Nach einer Studie des Unternehmens Google Inc welches interne Festplattenausfalle analysierte gibt es am oberen Ende des zulassigen Bereiches keine vermehrten Ausfalle 27 Allgemein sind schnelldrehende Server Festplatten fur eine hohere MTTF ausgelegt als typische Desktop Festplatten so dass sie theoretisch eine hohere Lebensdauer erwarten lassen Dauerbetrieb und haufige Zugriffe konnen jedoch dazu fuhren dass sich das relativiert und die Festplatten nach wenigen Jahren ausgetauscht werden mussen Notebook Festplatten werden durch die haufigen Transporte besonders beansprucht und sind dementsprechend trotz robusterer Bauart mit einer kleineren MTTF als Desktop Festplatten spezifiziert Eine genaue Haltbarkeit der gespeicherten Daten wird von den Herstellern nicht angegeben Lediglich magneto optische Verfahren erreichen eine Persistenz von 50 Jahren und mehr Vorbeugende Massnahmen gegen Datenverlust Als vorbeugende Massnahmen gegen Datenverlust werden daher haufig folgende Massnahmen ergriffen Von wichtigen Daten sollte immer eine Sicherungskopie Backup auf einem anderen Datentrager beachte den Hinweis zum Ausfall oben unter Partitionierung existieren Systeme die zwingend hochverfugbar sein mussen und bei denen ein Festplattenfehler keine Betriebsunterbrechung und Datenverlust verursachen darf verfugen meistens uber RAID Eine Konfiguration ist zum Beispiel das Mirrorset RAID 1 bei dem die Daten auf zwei Festplatten gespiegelt werden und sich somit die Ausfallsicherheit erhoht Effizientere Konfigurationen sind RAID 5 und hoher Ein Stripeset RAID 0 aus zwei Festplatten erhoht zwar die Geschwindigkeit jedoch steigt das Ausfallrisiko RAID 0 ist deshalb keine Massnahme um Datenverlust zu verhindern oder die Verfugbarkeit des Systems zu erhohen ATA Festplatten verfugen seit circa Ende der 1990er Jahre uber S M A R T eine interne Uberwachung der Festplatte auf Zuverlassigkeit Der Status kann von aussen abgefragt werden Ein Nachteil ist dass S M A R T kein Standard ist Jeder Hersteller definiert seine Fehlertoleranz selbst d h S M A R T ist nur als allgemeines Richtmittel anzusehen Ausserdem gibt es Festplatten deren S M A R T Funktion selbst dann noch nicht vor Problemen warnt wenn diese sich bereits im Betrieb durch nicht mehr lesbare Blocke bemerkbar gemacht haben Die meisten Festplatten konnen in beliebiger Lage montiert werden im Zweifelsfall sollte die Spezifikation des Herstellers beachtet werden Des Weiteren ist die Festplatte fest zu verschrauben um Eigenschwingung zu unterbinden Wahrend des Einbaus sollten Massnahmen zum Schutz vor ESD getroffen werden Zuverlassiges Loschen nbsp Physisch mit Vorschlaghammer und Axt zerstorte Festplatte deren Daten mit konventionellen Mitteln nicht mehr ausgelesen werden konnenUnabhangig vom verwendeten Speichermedium in diesem Fall eine Festplatte wird beim Loschen einer Datei zumeist lediglich im Dateisystem vermerkt dass der entsprechende Datenbereich nun frei ist Die Daten selbst verbleiben jedoch physisch auf der Festplatte bis der entsprechende Bereich mit neuen Daten uberschrieben wird Mit Datenrettungsprogrammen konnen geloschte Daten daher oft zumindest zum Teil wiederhergestellt werden Das wird haufig in der Beweissicherung zum Beispiel bei den Ermittlungsbehorden Polizei usw eingesetzt Beim Partitionieren oder Schnell Formatieren wird der Datenbereich nicht uberschrieben sondern lediglich die Partitionstabelle oder die Beschreibungsstruktur des Dateisystems Formatierungstools bieten im Allgemeinen zusatzlich an den Datentrager komplett zu uberschreiben Um ein sicheres Loschen von sensiblen Daten zu garantieren bieten verschiedene Hersteller Software an sogenannte Eraser die beim Loschen den Datenbereich mehrfach uberschreiben kann Bereits das einmalige Uberschreiben hinterlasst jedoch keine verwertbaren Informationen 28 Alternativ kann auf eine der zahlreichen direkt von CD startbaren kostenlosen Unix Distributionen zuruckgegriffen werden z B Knoppix Es gibt fur diesen Zweck neben universellen Programmen wie dd und shred speziell fur das Loschen verschiedene Open Source Programme beispielsweise Darik s Boot and Nuke DBAN In Apples Mac OS X sind entsprechende Funktionen Papierkorb sicher loschen und Volume mit Nullen uberschreiben bereits enthalten Es kann auch der komplette freie Speicher der Festplatte uberschrieben werden um so zu verhindern dass geloschte aber nicht uberschriebene Daten oder Fragmente oder Kopien davon wiederhergestellt werden konnen Um zu verhindern dass sich Daten mit Spezialhardware z B von Datenwiederherstellungsunternehmen oder Behorden wiederherstellen lassen wurde 1996 ein Verfahren vorgestellt die Gutmann Methode um ein sicheres Loschen der Daten durch mehrmaliges Uberschreiben zu garantieren Jedoch genugt bei heutigen Festplatten bereits das einmalige Uberschreiben 28 Alternativ bietet sich bei der Verschrottung des Computers die mechanische Vernichtung der Festplatte beziehungsweise der Scheiben an eine Methode die das Bundesamt fur Sicherheit in der Informationstechnik empfiehlt 29 Deshalb werden in manchen Unternehmen beim Umstieg auf eine neue Computergeneration alle Festplatten in einem Schredder in kleine Teile zermahlen und die Daten so vernichtet Ist die gesamte Festplatte wirksam verschlusselt so ist das wirksame Verwerfen des Zugriffsschlussels einer Loschung weitgehend gleichzusetzen Langzeitarchivierung Hauptartikel LangzeitarchivierungGeschichte nbsp Ein IBM 305 RAMAC im Vordergrund Mitte links zwei IBM 350 Festplatten nbsp Alte Festplatte mit 1 m Durchmesser aus einem Grossrechner zum Vergleich davor eine 3 5 Festplatte nbsp Alte IBM 62PC Festplatte um 1979 6 8 Scheiben mit insgesamt rund 65 MB SpeicherVorlaufer der Festplatte war die Magnettrommel ab 1932 Ausserhalb von Universitaten und Forschungseinrichtungen kam dieser Speicher ab 1958 als Hauptspeicher mit 8192 Worten a 32 Bit in der Zuse Z22 zum Einsatz Erfahrungen bzgl magnetischer Beschichtungen lieferten Bandgerate Die erste kommerziell erhaltliche Festplatte die IBM 350 wurde von IBM 1956 als Teil des IBM 305 RAMAC Rechners Random Access Method of Accounting and Control angekundigt Chronologische Ubersicht September 1956 30 IBM stellt das erste magnetische Festplattenlaufwerk mit der Bezeichnung IBM 350 vor 5 MB 1 Byte umfasst hier 6 bit das Laufwerk mithin insgesamt 30 MBit 24 Zoll 600 ms Zugriffszeit 1200 min 1 500 kg 10 kW Die Schreib Lese Kopfe wurden elektronisch pneumatisch gesteuert weshalb die schrankgrosse Einheit einen Druckluft Kompressor enthielt 31 Das Laufwerk wurde nicht verkauft sondern fur 650 US Dollar pro Monat vermietet 32 Ein Exemplar der IBM350 befindet sich im Museum des IBM Clubs in Sindelfingen An der Entwicklung wesentlich beteiligt am Forschungszentrum in San Jose Leitung Reynold B Johnson waren Louis Stevens William A Goddard John Lynott 1973 IBM startet das Winchester Projekt das sich damit befasste einen rotierenden Speicher mit einem fest montierten Medium zu entwickeln IBM 3340 30 MB Speicherkapazitat 30 ms Zugriffszeit Beim Starten und Stoppen des Mediums sollten die Kopfe auf dem Medium aufliegen was einen Lademechanismus uberflussig machte Namensgeber war das Winchester Gewehr 33 Diese Technik setzte sich in den folgenden Jahren durch Bis in die 1990er Jahre wurde deshalb fur Festplatten gelegentlich die Bezeichnung Winchester Laufwerk verwendet 34 1979 Vorstellung der ersten 8 Winchester Laufwerke Diese waren jedoch sehr schwer und teuer trotzdem stieg der Absatz kontinuierlich nbsp Geoffnete Seagate ST 506 mit Schrittmotor Positionierung1980 Verkauf der ersten 5 25 Winchester Laufwerke durch das Unternehmen Seagate Technology ST506 6 MB 3600 min 1 Verkaufspreis etwa 1000 US Dollar Diese Modellbezeichnung ST506 wurde uber viele Jahre hinaus der Name fur diese neue angewendete Schnittstelle die alle anderen Unternehmen als neuen Standard im PC Bereich ubernommen hatten Zur gleichen Zeit kam neben den bereits bestehenden Apple Microcomputern der erste PC von IBM auf den Markt dadurch stieg die Nachfrage nach diesen im Vergleich zu den Winchester Laufwerken kompakten Festplatten rasant an 1986 Spezifikation von SCSI eines der ersten standardisierten Protokolle fur eine Festplattenschnittstelle 1989 Standardisierung von IDE auch bekannt als AT Bus 1991 erste 2 5 Zoll Festplatte mit 100 MB Speicherkapazitat 35 1997 Erster Einsatz des Riesen Magnetowiderstands englisch Giant Magnetoresistive Effect GMR bei Festplatten dadurch konnte die Speicherkapazitat erheblich gesteigert werden Eine der ersten Festplatten mit GMR Lesekopfen brachte IBM im November 1997 heraus IBM Deskstar 16GP DTTA 351680 3 5 16 8 GB 0 93 kg 9 5 ms 5400 min 1 2004 Erste SATA Festplatten mit Native Command Queuing von Seagate 2005 Prototyp einer 2 5 Zoll Hybrid Festplatte Kurzbezeichnung H HDD die aus einem magnetisch mechanischen Teil und einem zusatzlichen NAND Flash Speicher aufgebaut ist der als Puffer fur die Daten dient Erst wenn der Puffer voll ist werden die Daten aus dem Puffer auf das Magnetmedium der Festplatte geschrieben 2006 Erste 2 5 Zoll Notebook Festplatte Momentus 5400 3 2 5 160 GB 0 1 kg 5 6 ms 5400 min 1 2 Watt von Seagate mit senkrechter Aufzeichnungstechnik Perpendicular Recording 3 5 Zoll Festplatten erreichen mit derselben Aufzeichnungstechnik im April eine Kapazitat von 750 GB 2007 Die erste Terabyte Festplatte von Hitachi 36 3 5 1 TB 0 7 kg 8 5 ms 7200 min 1 11 Watt 2009 Erste 2 TB Festplatte von Western Digital Caviar Green 5400 min 1 2010 Erste 3 TB Festplatte von Western Digital Caviar Green Systeme ohne UEFI konnen diese Festplatte nicht ansprechen WD liefert eine spezielle Controllerkarte mit mit welcher die 2 5 TB und 3 TB grossen Festplatten von PCs mit alterem BIOS als sekundare Platten voll angesprochen werden konnen Seagate umgeht dieses Problem durch den Einsatz grosserer Sektoren Advanced Format 2011 Uberschwemmungen zerstorten etliche Fabriken in Thailand und machten die weltweiten Abhangigkeiten unter anderem der Festplattenindustrie deutlich Lieferausfalle fuhrten zur Knappheit von Bauelementen und die Preise fur Festplatten auf dem Endverbrauchermarkt in Deutschland schnellten auf ein Mehrfaches in die Hohe Hitachi GST beziehungsweise Western Digital liefert in kleinen Stuckzahlen die ersten 4 TB 3 5 Festplatten Deskstar 5K4000 intern beziehungsweise Touro Desk externe USB Variante mit 1 TB pro Platter aus 37 Auch Samsung kundigt entsprechende Modelle mit einer Kapazitat von 1 TB pro Platter an Erste Modelle sollen die Spinpoint F6 mit 2 TB und 4 TB sein 2014 Erste 6 und 8 TB Festplatten mit Heliumfullung von HGST 16 2015 Erste 10 TB Festplatte mit Heliumfullung und Shingled Magnetic Recording von HGST 38 Entwicklung der Speicherkapazitaten der verschiedenen Baugrossen Jahr 5 25 3 5 2 5 1 8 1 0 0 85 andereGrosse typ Modell e mit hoher Kapazitat Quelle1956 3 75 MB IBM 350 1200 min 1 61 cm Durchmesser 1 t Masse 39 1962 1964 25 28 MB IBM Ramac 1301 1800 min 1 40 1980 00 5 MB Seagate ST 506 erste 5 25 Platte1981 0 10 MB Seagate ST 412 5 25 FH nur im IBM PC XT 1983 0 10 MB Rodime RO352 3 5 HH 41 1984 0 20 MB Seagate ST 225 5 25 HH 1987 300 MB Maxtor mit 300 MB 5 25 fur 16 800 DM PC AT bzw 17 260 DM PC XT Januar 19871988 360 MB 0 60 MB Maxtor XT 4380E 5 25 FH bzw IBM WD 387T 3 5 HH z B in IBM PS 2 Serie verbaut 1990 676 MB 213 MB Maxtor XT 8760E 5 25 FH bzw Conner CP3200 3 5 HH 1991 0 1 3 GB 130 MB 0 40 MB Seagate ST41600N 5 25 FH Maxtor 7131 3 5 Conner CP2044PK 2 5 1992 00 2 GB 525 MB 120 MB 20 MB 1 3 Digital DSP 5200S RZ73 5 25 Quantum Corporation ProDrive LPS 525S 3 5 LP bzw Conner CP2124 2 5 Hewlett Packard HP3013 Kittyhawk 1 3 42 43 1993 1 06 GB Digital RZ26 3 5 1994 0 2 1 GB Digital RZ28 3 5 1995 0 9 1 GB 0 2 1 GB 422 MB Seagate ST410800N 5 25 FH Quantum Corporation Atlas XP32150 3 5 LP Seagate ST12400N bzw Conner CFL420A 2 5 1997 0 12 GB 16 8 GB 0 4 8 GB Quantum Bigfoot 12 GB 5 25 Nov 1997 IBM Deskstar 16GP 3 5 bzw Fujitsu MHH2048AT 2 5 44 1998 0 47 GB Seagate ST446452W 47 GB 5 25 1 Quartal 1998 45 2001 180 GB 0 40 GB 340 MB Seagate Barracuda 180 ST1181677LW 2002 320 GB 0 60 GB Maxtor MaXLine Plus II 320 GB 3 5 Ende 2002 IBM IC25T060 AT CS 46 2005 500 GB 120 GB 0 60 GB 00 8 GB 6 GB Hitachi Deskstar 7K500 500 GB 3 5 Juli 2005 47 2006 750 GB 200 GB 0 80 GB 00 8 GB Western Digital WD7500KS Seagate Barracuda 7200 10 750 GB u a 48 2007 00 1 TB 320 GB 160 GB 00 8 GB Hitachi Deskstar 7K1000 1000 GB 3 5 Januar 2007 49 2008 0 1 5 TB 500 GB 250 GB Seagate ST31500341AS 1500 GB 3 5 Juli 2008Samsung Spinpoint M6 HM500LI 500 GB 2 5 Juni 2008Toshiba MK2529GSG 250 GB 1 8 September 2008LaCie LF 40 GB 1 3 Dezember 2008 50 51 52 53 2009 00 2 TB 00 1 TB 250 GB Western Digital Caviar Green WD20EADS 2000 GB 3 5 Januar 2009 Seagate Barracuda LP ST32000542AS 2 TB 3 5 5900 min 1 Western Digital Scorpio Blue WD10TEVT 1000 GB 2 5 Bauhohe 12 5 mm Juli 2009 sowie WD Caviar Black WD2001FASS und RE4 beide 2 TB September 2009 Hitachi Deskstar 7K2000 2000 GB 3 5 August 2009 54 55 56 2010 00 3 TB 0 1 5 TB 320 GB Hitachi Deskstar 7K3000 amp Western Digital Caviar Green 3 5 Seagate FreeAgent GoFlex Desk 2 5 Juni 2010Toshiba MK3233GSG 1 8 57 2011 00 4 TB 0 1 5 TB 320 GB Seagate FreeAgent GoFlex Desk 4 TB 3 5 September 2011 58 2012 00 4 TB 00 2 TB 320 GB Western Digital Scorpio Green 2000 GB SATA II WD20NPVT August 2012 59 2013 00 6 TB 00 2 TB 320 GB HGST Travelstar 5K1500 1 5 TB SATA 6 Gbit s 9 5 mm 2 5 Zoll 0J28001 August 2013 Samsung Spinpoint M9T 2 TB SATA 6 Gbit s 9 5 mm 2 5 Zoll November 2013 HGST Ultrastar He6 6 TB 3 5 sieben Platter mit Heliumfullung November 2013 60 61 16 2014 00 8 TB 00 2 TB 320 GB HGST Ultrastar He8 8 TB 3 5 sieben Platter mit Heliumfullung Oktober 2014Seagate Archive HDD v2 8 TB 3 5 sechs Platter mit Luftfullung Verwendung von Shingled Magnetic Recording Dezember 2014 62 63 2015 0 10 TB 00 4 TB HGST Ultrastar Archive Ha10 10 TB 3 5 sieben Platter mit Heliumfullung Juni 2015 Toshiba Stor E Canvio Basics 3 TB 15mm 2 5 vier Platter April 2015 Samsung Spinpoint M10P 4 TB 15 mm 2 5 funf Platter Juni 2015 64 65 66 2016 0 12 TB 00 5 TB Seagate Barracuda Compute 5 TB 15 mm 2 5 funf Platter Oktober 2016 HGST Ultrastar He10 12 TB 3 5 acht Platter mit Heliumfullung Dezember 2016 67 68 2017 0 14 TB 00 5 TB Toshiba Enterprise MG06ACA 10 TB 3 5 sieben Platter mit Luftfullung September 2017 Toshiba Enterprise MG07ACA 14 TB 3 5 neun Platter mit Heliumfullung Dezember 2017 69 70 2019 0 16 TB 00 5 TB Seagate Exos X16 16 TB 3 5 9 Platter mit TDMR und Heliumfullung Juni 2019 71 2020 0 18 TB 00 5 TB Western Digital Ultrastar DC HC550 18 TB 3 5 9 Platter mit TDMR EAMR und Heliumfullung Juli 2020 72 2021 0 20 TB 00 5 TB Seagate IronWolf Pro 20 TB 3 5 10 Platter mit Heliumfullung Dezember 2021 73 2022 0 22 TB 00 5 TB Western Digital Gold Red Pro und Purple 22 TB 3 5 10 Platter mit Heliumfullung Juli 2022 74 Anmerkungen Die Kapazitatsangaben beziehen sich immer auf das im jeweiligen Jahr grosste kauflich erhaltliche Festplattenlaufwerk unabhangig von seiner Drehzahl oder Schnittstelle Die Hersteller von Festplatten verwenden bei Speicherkapazitaten SI Prafixe 1000 B 1 kB usw Das entspricht der Empfehlung der International Electrotechnical Commission IEC steht aber im Gegensatz zu mancher Software wodurch es u U zu scheinbaren Grossenunterschieden kommt Fur Details siehe Abschnitt Speicherkapazitat Baugrosse veraltet nicht mehr in Gebrauch unter Verwendung von Perpendicular Recording unter Verwendung von Shingled Magnetic RecordingHersteller nbsp Zusammenfuhrung der FestplattenherstellerIm zweiten Quartal 2013 wurden weltweit 133 Millionen Festplattenlaufwerke mit einer Gesamtkapazitat von 108 Exabyte 108 Millionen Terabyte abgesetzt 75 Im Jahr 2014 wurden weltweit 564 Millionen Festplattenlaufwerke mit einer Gesamtkapazitat von 529 Exabyte produziert 76 77 87 7 Millionen Festplattenlaufwerke wurden weltweit im vierten Quartal 2018 abgesetzt 78 Marktanteil 2018 NameSeagate 40 Western Digital 37 Toshiba Kioxia 23 Ehemalige Hersteller Conner Peripherals wurde 1996 von Seagate ubernommen Quantum wurde 2000 von Maxtor und Maxtor 2005 von Seagate ubernommen IBMs Festplattensparte wurde 2002 von Hitachi ubernommen Fujitsus Festplattensparte wurde 2010 von Toshiba ubernommen 79 ExcelStor produzierte fur IBM bzw spater fur HGST Hitachi einige Modelle Samsungs Festplatten Sparte wurde im Oktober 2011 von Seagate ubernommen 80 HGST Hitachi wurde im Marz 2012 von Western Digital ubernommen 81 wobei WD auf Druck der Kartellbehorden einen Teil der 3 5 Produktionseinrichtungen an Toshiba abgeben musste 82 Siehe auch Kategorie Ehemaliger Festplatten HerstellerWeblinks nbsp Wiktionary Festplatte Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen nbsp Commons Festplattenlaufwerke Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien nbsp Wikibooks Ratschlage zum Festplattenkauf und den Problemen danach Lern und Lehrmaterialien 50 Jahre Festplatte tecchannel de 13 September 2006 HDD from inside Main parts Fotoserie mit Beschreibung anhand einer 3 5 SATA Festplatte englisch Festplattenschnittstellen im Uberblick A brief History of Areal Density Technische Daten einer Kino Festplatte beim Filmblog KinoguckerEinzelnachweise geizhals eu geizhals eu Fritz Haber Institut Museum des Gemeinsamen Netzwerkzentrum GNZ Berlin Fhi berlin mpg de archiviert vom Original am 27 Juli 2010 abgerufen am 11 August 2010 Hitachi Introduces 1 Terabyte Hard Drive Memento des Originals vom 17 April 2011 im Internet Archive nbsp Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot www pcworld com PCWorld IronWolf and IronWolf Pro NAS Hard Drives Seagate US Seagate US Abgerufen am 20 Dezember 2019 amerikanisches Englisch 2 5 Zoll vs 3 5 Zoll Festplatten Modelle Paradigmenwechsel 2 5 Zoll Festplatten im Unternehmensbereich tomshardware de Datenblatt ST1181677 PDF 1 4 MiB Abgerufen am 28 Dezember 2010 englisch Josh Shaman WD Announces 5mm WD Blue HDDs and WD Black SSHDs auf www storagereview com vom 23 April 2013 abgerufen am 25 April 2013 Boi Feddern 2 5 Highend Festplatte mit Serial ATA 300 GByte und Kuhlkorper In heise online Heise Zeitschriften Verlag 21 April 2008 abgerufen am 21 April 2008 Platter Substrate Materials Hard Drive Data Recovery A Basic Understanding of Platter Substrate Material Memento vom 24 Marz 2008 im Internet Archive Joyce Y Wong Perpendicular patterned media for high density magnetic storage California Institute of Technology 2000 englisch caltech edu PDF abgerufen am 5 Januar 2011 PhD thesis tecchannel de Continuous Innovation for Highest Capacities and Lower TCO Western Digital Juli 2020 abgerufen am 30 Dezember 2022 englisch Kap 11 4 2 Emergency unload Hard Disk Drive Specification Hitachi Travelstar 80GN Memento vom 18 Juli 2011 im Internet Archive PDF 963 KiB In den genannten Spezifikationen wird beschrieben dass das Parken durch einfaches Stromausschalten mit als Generator wirkendem Antrieb nicht so gut steuerbar ist wie wenn es per ATA Befehl ausgelost wird und daher die Mechanik starker beansprucht es ist als Notbehelf nur fur den gelegentlichen Einsatz gedacht ein Notparkvorgang nutzt bei diesem Laufwerkstyp die Mechanik starker ab als hundert normale Parkvorgange An anderer Stelle im Dokument Kap 6 3 6 1 werden 20 000 Notparkvorgange zugesichert a b c Christof Windeck Erste 6 Terabyte Festplatte kommt mit Helium Fullung In heise online Heise Zeitschriften Verlag 4 November 2013 abgerufen am 30 Dezember 2014 Beleg fehlt siehe Diskussion Festplattenlaufwerk Umstieg auf Advanced Format Festplatten mit 4K Sektoren Seagate abgerufen am 1 Juni 2015 The Advent of Advanced Format IDEMA abgerufen am 1 Juni 2015 englisch ADVANCED FORMAT Hard Disk Drives IDEMA 7 Mai 2011 abgerufen am 17 Juni 2015 englisch Microsoft Richtlinie fur grosse Festplatten mit 4K Sektoren in Windows Microsoft Knowledge Base Eintrag KB2510009 Marc Sauter Doppelarm Festplatte schafft uber 500 MByte s In golem de 21 Mai 2021 abgerufen am 29 Juli 2022 https forum aquacomputer de selbstgebautes 90380 lautlose pumpenentkopplung das shoggy sandwich https geizhals de fs shoggy sandwich amp hloc at amp hloc de https www pcgameshardware de Wasserkuehlung Hardware 217994 News Pumpe und Festplatte mit Sandwich Entkopplungen ruhigstellen 1027896 galerie 1999511 Loschzug Notebooks und Scheckkarten in Gefahr C t magazin 8 98 archiviert vom Original am 15 September 1999 abgerufen am 3 Marz 2011 a b Failure Trends in a Large Disk Drive Population PDF 242 KiB labs google com abgerufen am 11 August 2010 englisch a b Harald Bogeholz Sicheres Loschen Einmal uberschreiben genugt Heise online 16 Januar 2009 So loschen Sie Daten richtig Bevor Sie Ihren Rechner oder Festplatten an Dritte oder zum Elektroschrottrecycling weitergeben sollten Sie die Festplatten loschen oder physikalisch vernichten Archiviert vom Original am 21 Marz 2015 abgerufen am 12 Juli 2014 Je nach Quelle am 4 September 1956 13 September 1956 oder 14 September 1956 IBM 350 disk storage unit IBM Archives Emerson W Pugh RAMAC in Historical Perspective PDF 57 kB Magnetic Disk Heritage Center 26 Mai 2005 S 7 archiviert vom Original am 28 September 2007 abgerufen am 21 Juni 2012 englisch 03 ibm com Memento vom 21 Oktober 2016 im Internet Archive Vorlage Webarchiv Wartung Linktext fehlt Linktext fehlt Foto eines Festplattencontrollers von 1987 mit der Bezeichnung Winchester Computer Facts and History Produktseite der Deskstar 7K1000 Hitachigst com archiviert vom Original am 15 Februar 2011 abgerufen am 9 September 2010 englisch Christof Windeck 4 Terabyte Festplatten von Hitachi In heise online Heise Zeitschriften Verlag 13 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2002 Festplatten speichern ein halbes Terabyte Daten heise online Notebook Festplatte mit 160 GByte und Perpendicular Recording heise online Hitachi kundigt Festplatte mit 1 TByte Kapazitat an Memento vom 25 Februar 2007 im Internet Archive PCtipp ch Seagate Erste Festplatte mit 1 5 TByte Golem de abgerufen am 11 August 2010 2 5 Zoll Festplatte Samsung Spinpoint M6 HM500LI Channelpartner de 27 Juni 2008 archiviert vom Original am 7 Januar 2012 abgerufen am 11 August 2010 Toshiba Schnelle Festplatte im 1 8 Zoll Format Golem de 25 September 2008 abgerufen am 11 August 2010 Panasonic KX TG8521GN Alternate de abgerufen am 11 August 2010 2 TB HDD von Western Digital offiziell vorgestellt ComputerBase de 27 Januar 2009 abgerufen am 11 August 2010 WD Scorpio Blue 1 TB SATA Hard Drives WD10TPVT Wdc com archiviert vom Original am 10 August 2010 abgerufen am 11 August 2010 englisch Colossal capacity and 7200 RPM performance for desktop storage Memento vom 7 Januar 2010 im Internet Archive Seagate trumpft mit externer 3 TB Festplatte fur 250 Dollar auf 29 Juni 2010 abgerufen am 18 Oktober 2010 Seagate Ships World s First 4 TB External HDD AnandTech 2 5 Zoll SATA Platte mit 2 Terabyte aber nicht fur Notebooks Erste 1 5 TB 2 5 Zoll Festplatte mit Standardnotebookgrosse 9 5 mm Erste Festplatte mit 2 TByte und 9 5 Millimetern Bauhohe hgst com Memento vom 20 Dezember 2014 im Internet Archive pcgameshardware de heise de pcwelt de kitguru net tomshardware com heise de anandtech com computerbase de https www heise de newsticker meldung Festplatten 16 TByte Laufwerke fuer Server und NAS von Seagate 4439233 html https www computerbase de 2020 07 western digital ultrastar dc hc550 18 tb hdd eamr https www anandtech com show 17099 seagate exos x20 and ironwolf pro 20tb expand retail 20tb hdd options https www golem de news 22 tb cmr festplatten western digital gibt marktverfuegbarkeit bekannt 2207 167015 html StorageNewsletter HDD Shipments Off Slightly in 2Q13 to 133 4 Million Forbes HDD Annual Unit Shipments Increase In 2014 StorageNewsletter 564 Million HDDs Shipped in 2014 Tom Coughlin 2018 Hard Disk Drive Results Abgerufen am 30 Juni 2019 englisch Thorsten Leemhuis Fujitsu Festplattensparte geht in Toshiba Storage Device Corporation TSDC auf In Heise online 3 Dezember 2009 Abgerufen am 11 August 2010 Seagate Completes Acquisition of Samsung s Hard Disk Drive Business seagate com 19 Dezember 2011 abgerufen am 9 November 2013 englisch High Prices Generate Record Revenue for HDD Market in Q1 iSuppli 12 Juni 2012 abgerufen am 17 Januar 2014 englisch WD Reaches Agreement with Toshiba Corporation to Divest Certain 3 5 Inch HDD Assets WDC com 28 Februar 2012 archiviert vom Original am 23 Oktober 2014 abgerufen am 17 Januar 2014 englisch Normdaten Sachbegriff GND 4198218 6 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Festplattenlaufwerk amp oldid 237929209
