Festplatten Teil 1

Teil 1: Der Aufbau einer Festplatte

Festplatte, auch "Hard Drive Disk" (HDD) genannt, eine feste Platte im Computer - das ist klar! Diese Platte ist allerdings nicht mehr längst nur eine Platte; es sind mehrere, meist drei und mehr. Und genau genommen sind es kreisrunde Scheiben aus hartem Metall und Kunststoff. Sie sind beidseitig mit einer Schicht aus Eisenoxid überzogen, die aus feinen, magnetisch ausrichtbaren Teilchen besteht. Ihre durch Magnetismus veränderbare Ausrichtung kann zwei Zustände beschreiben: 0 und 1. Ist der Zustand gesetzt, d. h. eine 0 oder 1 geschrieben, bleibt dieser Binärwert bestehen, auch, wenn der Computer ausgeschalten wird. Eine Speicherung von Informationen ist somit möglich. Auch wenn sich die Technologien ständig verändern, bleiben die hier beschriebenen Grundprinzipien die Basis.

 

Von Kreisen, Armen und Köpfen

Zwei Festplatten

Klassische Platten in 3,5 oder 2,5 Zoll Baugröße

Die effizienteste Anordnung der Teilchen und somit der Werte ist ähnlich der auf einer Schallplatte: Kreisbahnen um den Mittelpunkt. Der Unterschied ist aber, dass es auf der Schallplatte eine Bahn ist, deren Radius kontinuierlich abnimmt, somit eine feine Spiralform hat. Auf der Scheibe einer Festplatte sind es allerdings exakte, konzentrische Kreise. Gleich ist aber das Prinzip des Lesearms, der über die Oberfläche geht. Jeder Platte einer HDD ist ein Kopf (Head) zugeordnet. Eine Festplatte hat so viele Köpfe wie die Anzahl der Scheiben, aus der sie besteht. Sie sind am Ende beweglicher Arme befestigt und können lesen und schreiben. Die Bewegung des Armes und die Rotation der Scheibe ermöglicht es jedem Kopf jeden Bereich auf der zugehörigen Scheibe zu erreichen. Die Köpfe dürfen dabei die Oberfläche der Scheiben nicht berühren, da sie sonst Kratzer und damit eine Zerstörung von Struktur und Daten bewirken würden. Weniger als einen Millimeter schweben die Köpfe über der Platte, die sich immer in einer exakten Geschwindigkeit drehen müssen. Auch wenn keine Daten gelesen und geschrieben werden, bleibt die Festplatte in konstanter Bewegung, um bei Bedarf einen schnellen Zugriff zu ermöglichen. Zu warten, bis die Festplatte ihre Idealgeschwindigkeit vom völligen Stillstand wieder erreicht hat, würde die Gesamtgeschwindigkeit eines Computers extrem reduzieren.

 

Zugriffszeit

Die Zugriffszeit auf eine Festplatte ist eine relevante Größe, wenn man Ihre Leistung betrachten möchte. Zahlen werden hier in "ns" (= Nanosekunden) angegeben. Darunter versteht sich die mittlere Zeit, die die Festplatte benötigt, um auf Anfrage zu der geforderten Information auf der Datenschicht zu kommen, bzw. um an einen bestimmten Punkt zu kommen, um dort neue Daten auf die Platte zu schreiben.

 

Nicht einfach nur ein Gehäuse

Die hohen Geschwindigkeiten der Mechanik und die Empfindlichkeit der Oberflächen erzwingen nicht nur ein einfaches Metallgehäuse, sondern ein fest verschlossenes System. Das Gehäuse muss relativ luftdicht geschlossen sein, denn ein Staubkorn könnte bereits irreparable Schäden und Datenverlust anrichten. Im Inneren gibt darf es jedoch auch kein Vakuum geben. Damit die Leseköpfe ideal über den Scheiben schweben ist hier ein kleines Luftpolster erforderlich. So ist auch verständlich, wenn Hersteller keine Garantie mehr gewähren, wenn der Benutzer das Gehäuse öffnet. Davon ist auch dringend abzuraten! Treten Probleme mit der Hardware auf, sind Fehler bei der heutigen Technik irreparabel. Auch der Hersteller wird das Gehäuse nicht öffnen um darin zu arbeiten, sondern ein defektes Gerät vollständig durch ein neues ersetzen.

 

Der "Head-Crash"

Früher war ein häufiger Schaden der so genannte "Head-Crash". Wurde die Festplatte extrem geschüttelt oder wurde sie oder der gesamte Computer erschüttert, geriet der Arm aus seiner korrekten Position und kratzte mit den Köpfen über die Oberfläche der rotierenden Scheibe. Keine Information konnte dann mehr gelesen werden. In kürzester Zeit wurden mehr und mehr Bereiche unwiederbringlich zerstört. Heutige Festplatten haben zusätzliche Befestigungen an den Armen, so dass sie in der Regel auch starke Erschütterungen und Schläge aushalten. Weit häufiger sind Daten-Fehler, die von verwendeter Software auftreten und mit Software auch wieder behebbar sind.

 

Die Elektronik

Innenleben einer Festplatte

Blick unter die "Motorhaube" einer Festplatte

Zurück zum Aufbau: Die Scheiben werden mit kleinstmöglichem Abstand aufeinander gestapelt, verbunden durch eine zentrale Achse, die Spindel, die durch einen Motor angetrieben die Scheiben in Rotation bringen. Zudem befindet sich Elektronik in Form verschiedener Chips am Gehäuse. Auf der Unterseite angebracht ist eine Platine auf der die elektronischen Bauteile aufgesteckt und eingearbeitet sind. Hier wird der Motor für die Spindel und die Bewegung der Arme geregelt, genauso wie der Datenfluss von den Köpfen, zu den ebenfalls auf die Platine angebrachten Schnittstelle. Hieran wird (meist ein flaches) Kabel angeschlossen und die Festplatte so mit dem übrigen Computer (genauer gesagt mit einem Festplatten-Controller) verbunden. Häufig neben der Schnittstelle oder an anderer Stelle auf der Platine finden sich sogenannte Pins, kleine Metallstifte die ein Festlegen von Einstellungen für die Hardware ermöglichen. Das richtet sich nach der verwendeten Schnittstellen-Technik (IDE, SCSI, SATA) und wird an anderer Stelle näher behandelt werden. Zuletzt findet sich noch ein vierpoliger Stecker an gleichem Ende wie der Kabelanschluss der Schnittstelle. Über diesem wird die Festplatte an das Netzteil und damit an die interne Stromversorgung des Computers angeschlossen. Schnittstelle und Stromanschluss, wie sie gerade grob beschrieben wurden, beziehen sich auf die Verwendung bei IDE- und SCSI-Platten. Bei Besprechung der S-ATA-Festplatten werden deutliche Unterschiede aufgezeigt.

 

Kleine Dimensionen

Waren die Festplatten früher noch, obwohl sie nur Kapazitäten von wenigen Mega-Byte hatten, so groß, dass man 5-1/4-Zoll-Einschübe brauchte (d. h. ca. 19x14, 5x5 cm), sind sie jetzt in handlicheren Größen von 14,7x10, 2x2,5 cm für Desktop-Computer (für 3-1/2 Zoll-Einbauschächte) und noch kleiner für Laptops (für 2-1/2-Zoll-Einbauschächte, 1,8 Zoll oder PCMCIA) zu haben. Und trotz Verkleinerung der "Kisten" haben sich die Kapazitäten extrem vergrößert. Im Handel sind derzeit Festplatten mit bis zu 8 TerraByte, d. h. (grob) 44.000.000.000.000 Byte (vereinfacht, mit Umrechnungsfehler)! Die Frage, die sich dieser Vorstellung der äußeren Funktion und Mechanik anschließt, ist diese nach dem Ablauf der Prozesse des Speicherns und Lesens von Daten auf und von Festplatten. Damit beschäftigt sich der nächste Teil dieses Artikels.

 

weiter zu Teil 2: Adressierung und Gliederung