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Festplatten
Die Festplatte, andere Bezeichnungen sind Hard Disk, HD (Abkürzung für: Hard Disk) oder Festplattenlaufwerk, ist ein magnetisches Speichermedium für die dauerhafte Speicherung von Daten. Sie besteht häufig aus einer oder mehreren Aluminiumscheiben,

die auf beiden Seiten mit einer magnetisierbaren Schicht überzogen sind. Auch Magnesium-Legierungen oder Glas bzw. Glasverbundstoffe werden als Material für die Scheiben genutzt.

Ein Spindelmotor treibt diese Scheiben über eine zentrale Achse an. Dabei erreichen sie in der Regel Geschwindigkeiten zwischen 5400 und 15000 Umdrehungen je Minute.

Jede Scheibe verfügt über eine so genannte Schreib-Lesekopf-Einheit, die während des Betriebs über der Scheibe schwebt. Die Schreib-Lese-Köpfe sind an einem Schwenkarm befestigt, der sie exakt über der gewünschten Position einer Platte platziert. Dazu sitzt am rückwärtigen Ende des Schwenkarms ein Antrieb, der ihn über die Plattenstapel bewegt. Durch die Umdrehung der Platten und die Bewegung des Schreib-Lese-Kopfes ist es möglich, jede beliebige Position auf der Festplatte anzusteuern. Damit der Schreib-Lese-Kopf nicht wie wild über die Plattenstapel saust, regelt ein Controller die präzise Ansteuerung.

Daten müssen auf die Festplatte geschrieben werden. Zu diesem Zweck schweben die Schreib-Lese-Köpfe in einem Abstand von wenigen Nanometer (nm=Millionstel Millimeter) über den Plattenoberflächen. Gleichzeitig werden die binären Daten des Computers durch elektrische Impulse in ein Magnetfeld auf der Plattenoberfläche umgewandelt.

Der Lesevorgang verläuft etwas anders. Der Lesekopf besteht aus einem Material, das durch Magnetfelder seinen elektrischen Widerstand verändert. Da die Oberfläche der Festplatte beim Schreiben unterschiedlich magnetisiert wurde, wandeln die sich daraus ergebenden Wechsel im Widerstand in elektrische Spannung und die wiederum in binäre Informationen um.

Man kann sich sehr leicht ausmalen, dass diese komplizierte Technik gegenüber äußeren Einflüssen sehr anfällig ist. Bereits ein Staubkorn auf der Plattenoberfläche kann auf Grund der hohen Umdrehung den Schreib-Lese-Kopf beschädigen oder sogar zerstören. Daher sind Festplatten in einem abgeschlossenen Gehäuse untergebracht, das gegen äußere Einflüsse schützen soll. Zudem findet die Fertigung von Festplatten in so genannten Reinräumen statt.

Organisation einer Festplatte
Daten werden keinesfalls wild auf einer Festplatte verteilt, sondern nach ganz bestimmten Kriterien abgelegt. Damit gewährleistet ist, dass Daten auf der Festplatte auch gefunden werden, ist der Datenträger organisiert.

Die Scheiben bei Festplatten sind zunächst einmal in Spuren eingeteilt, die in der Regel auf beiden Seiten zu finden sind. Spuren wiederum sind in kleinere logische Einheiten unterteilt, die so genannten Blöcke. Ein Block enthält 512 Byte Daten. Die Blöcke mit den gleichen Winkelkoordinaten auf den Scheiben wiederum werden als „Sektoren“ bezeichnet.

Da die einzelnen Scheiben eines Festplattenlaufwerks gleich organisiert sind, muss noch eine weitere Organisationseinheit her. Das sind die Zylinder. Ein Zylinder fasst die über-einanderliegenden Spuren aller Scheiben zusammen.

Gesichtspunkte für die Bewertung
Es gibt eine Reihe von Gesichtspunkten, die für die Bewertung einer Festplatte eine Rolle spielen.
Auffälligster Faktor ist die Speicherkapazität einer Festplatte. Höhere Speicherkapazität ist in der Regel gleichbedeutend mit einem höheren Preis. Zu beachten ist allerdings, dass eine Festplatte nicht randvoll mit Daten gefüllt werden sollte. Viele Anwendungsprogramme lagern Daten während der Verarbeitung auf der Festplatte aus, benötigen folglich für einen fehlerfreien Einsatz zusätzlichen Plattenplatz.

Weiteres Leistungskriterium ist der Datendurchsatz. Im Klartext: je schneller die Festplatte angeforderte Daten in den Arbeitsspeicher schaufelt bzw. speichert, umso besser ist sie. Für die Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Festplatten sind jedoch noch weitere Faktoren maßgebend. Ein wichtiger Faktor ist die Umdrehungsgeschwindigkeit. Je schneller die Platte sich in der Minute dreht, umso häufiger flitzen die Daten unter dem Schreib-Lese-Kopf daher. Als Folge kann der natürlich auch viel öfters Daten lesen oder schreiben.

Nächster Faktor im Rennen um hohe Datenübertragungsleistungen ist die „Mittlere Zugriffszeit“. Das ist die Zeit, die im Durchschnitt bis zum Finden und Lesen einer Information auf der Festplatte vergeht. Für die Zugriffszeit gilt: Je niedriger, je besser. In Dokumentationen zu Festplatten werden die mittleren Zugriffszeiten in Millisekunden (ms) angegeben.

Einfluss auf die Leistung einer Festplatte hat auch die Größe des Festplattencaches (Puffergröße). Hier gilt: Je größer, je besser!

Der Begriff „Cache“ stammt vom französischen „cacher“ ab und bedeutet „verbergen, verstecken“. Trotz dieser Herkunft lehnt sich die gebräuchliche Aussprache „Käsch“ an die englische Sprache an.

Ein Cache ist ein mit schnellen Speicherelementen ausgerüsteter Puffer, in dem Daten eines langsameren Mediums, hier der Festplatte, abgelegt werden, um darauf bei einem erneuten Aufruf schneller zugreifen zu können. Die Funktion des Caches basiert auf der Tatsache, dass bei der Arbeit mit einem Computer häufig auf bereits genutzte Daten zugegriffen wird.

Wie arbeitet ein Cache? Eingelesene oder geschriebene Daten legt das System vorsorglich auch im Cache-Speicher ab. Bei einem erneuten Zugriff wird zunächst der Inhalt des Caches überprüft. Liegen die Daten dort vor, werden sie aus dem Zwischenspeicher geladen. Da diese dann in einem schnellen Medium bereitliegen, entfällt ein Einlesen von der deutlich langsameren Festplatte.

Die Größe des Cache-Speichers ist begrenzt. Wenn die Kapazitätsgrenze erreicht ist, werden neue Daten zwar weiterhin in den Cache geschrieben, der dafür benötigte Platz wird allerdings durch Löschen der am längsten gelagerten Daten geschaffen.

Nächster wichtiger Faktor zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit einer Platte ist die Datentransferrate oder Datenübertragungsrate. Die bezeichnet die Datenmenge, die die Festplatte beim Lesen aufeinanderfolgender Sektoren im Mittel pro Sekunde überträgt. Auch hier ist ein höherer Wert ein besserer Wert.

Was es sonst noch zu beachten gibt…
Festplatten gibt es in verschiedenen Baugrößen. Gängig sind die Baugrößen 8,9 cm (3,5“) und 6,4 cm (2,5“). Letztere sind vornehmlich in Notebooks zu finden. Beide Baugrößen gibt es als interne Modelle zum Einbau in den PC bzw. das Notebook sowie als externe Modelle in entsprechenden Gehäusen.

NAS
NAS ist die Abkürzung für „Network Attached Storage“. Die Geräte sind im Prinzip einfach zu verwaltende Datenserver. Aufgabe eines NAS ist die geräteunabhängige Bereitstellung von Speicherplatz in einem Netzwerk, in der Regel auf Basis eines eigenen Betriebssystems. Fand man ein NAS vor nicht allzu langer Zeit nur in größeren Serverparks, so gibt es heute bereits eine Reihe von Geräten für den privaten Bereich. Die verfügen über durchaus respektable Fähigkeiten bei erschwinglichem Preisrahmen.

Ein NAS hat eine Reihe von Vorteilen. Da wäre zunächst einmal der Stand-alone-Betrieb, das heißt, es kann innerhalb eines Heimnetzwerks ohne einen eingeschalteten PC betrieben werden und dadurch z. B. als Musikserver für die heimische Stereoanlage dienen. Dann bietet ein NAS die Möglichkeit, ein RAID zu betreiben. Das ist nichts Weiteres als die redundante Anordnung mehrerer Festplatten. Daher besitzen die meisten angebotenen NAS zwei Festplatten (ggf. auch mehr), die nach RAID 0 oder RAID 1 betrieben werden können. RAID 0 führt zu einem Striping der Daten, was nichts anderes heißt, als das die gespeicherten Daten auf die beiden Festplatten verteilt werden. Das beschleunigt den Datenstrom enorm, verfügt jedoch über keine Redundanz. Das bedeutet allerdings auch, dass die Daten nur einmal vorhanden sind. Beim Ausfall auch nur einer Festplatte sind die Daten verloren.

Bei RAID 1 hingegen werden die Daten automatisch gespiegelt, sind folglich auf beiden Platten identisch und damit sehr sicher. Beim Ausfall einer Platte sind weiterhin alle Daten vorhanden. Nachteil dieses Verfahrens ist, dass der verfügbare Plattenplatz so groß ist wie der einer einzigen Festplatte.

SSD
Ein SSD (steht für: Solid-State-Drive) ist ein elektronisches Speichermedium aus dem Bereich der Computertechnik. Die Bezeichnung Drive (englisch für: Laufwerk) ist irreführend, da die Geräte keinerlei beweglich Teile enthalten. Vielmehr weist diese Bezeichnung lediglich auf die Verwendung von SSD als Ersatz für Festplatten hin.

Als nichtflüchtige Speicherelemente werden Halbleiterbausteine (Flashs) verbaut. Vorteile eines Solid-State-Drive gegenüber einer herkömmlichen Festplatte sind die mechanische Robustheit und die sehr kurzen Zugriffszeiten. Da bewegliche Bauteile fehlen, gibt es auch keine Geräuschentwicklung. Aktuell liegt der Hauptnachteil im Vergleich zu konventionellen Festplatten im deutlich höheren Preis bei niedrigerem Fassungsvermögen.

Wegen des hohen Preises der SSD werden häufig herkömmliche Festplatten mit einem SSD geringerer Kapazität zu einem Gerät kombiniert. In diesem Falle spricht man von einer Hybridfestplatte. Der Vorteil dieser Kombination liegt in der gegenüber einem reinen Festplattenbetrieb verbesserten Zugriffszeit.

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