Speichermedium Festplattenlaufwerk
geoffnete Festplatte: drei Magnetscheiben, Schreib-Lese-Kopf, Mechanik
Allgemeines
Typ	magnetisch
Kapazitat	bis 24 Terabyte (2023)
Ursprung
Entwickler	IBM
Vorstellung	1956
Vorganger	Trommelspeicher (z. T. Magnetband )

Ein Festplattenlaufwerk ( englisch hard disk drive , Abkurzung HDD ), fruher auch Festplatten-Speichersystem oder Festplatten-System ^[1] , 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.

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.

Am 19. November 2023 lagen gemaß geizhals.de die jeweils gunstigste SSD und Festplatte bis ein TByte bei 35 Euro auf dem gleichen Preisniveau. Bei acht TByte lag die gunstigste SSD mit rund 300 Euro auf dem doppelten Niveau der Festplatte. Die SSD erreicht erheblich geringere Zugriffszeiten sowie hohere Schreib- und Lesegeschwindigkeiten. ^{[2] [3]} In neuen Consumer Notebooks und Desktop-PCs kommen im dort ublichen Massenspeicher bis zu zwei TByte nahezu ausschließlich nur noch SSDs zur Anwendung. Festplatten werden weiterhin bei großerem Speicherbedarf wie NAS zur Medienspeicherung im privaten Rahmen oder in Rechenzentren benotigt.

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. ^[4] Dementsprechend war bis in die 1990er Jahre auch rigid disk gebrauchlich.

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 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

Die 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 Festplatten controller , 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, ^[5] September 2011: 4 Terabyte, Dezember 2019: 16 Terabyte ^[6] ).

Die Hersteller von Festplatten verwenden bei Speicherkapazitaten Prafixe in ihrer SI-konformen dezimalen Bedeutung. Eine Kapazitatsangabe von einem Terabyte bezeichnet hiernach eine Kapazitat von 10 ¹² 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 2 ⁴⁰ Byte bezeichnet (die IEC-konforme Bezeichnung fur 2 ⁴⁰ 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)

Die 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 zum Beispiel 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. ^[7]

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. ^[8] Die Tiefe von 3,5″-Festplatten betragt 5¾″ (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 vor allem 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. ^[9]

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. ^[10]

Haufigste Maße von Festplatten

Form- faktor	Hohe (mm)	Breite (mm)	Tiefe (mm)
5,25″	≤82,6	146	>200
3,5″	≤ 25,4	101,6	> 146
2,5″	≤ 12,7	0 70	> 100
1,8″	≤0 8	0 54	0> 71?78,5

1,8″-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 Funktion

Physischer Aufbau der Einheit

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 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 ~10 ⁷ 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. ^{[11] [12]} 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. ^[13] 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. ^[14] 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 (zum Beispiel 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
• 
  Zerstorte Glas-Festplattenscheibe
• 
  Normalerweise poliert, hier weitgehend zerstort

Mit 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

Der 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/μm².

Einteilige Kopftragersysteme sind in der Prazision durch die Tragheit des Kopfarms beschrankt. Eine mehrstufige Positionierung (zum Beispiel ?Triple Stage Actuator“ bei Western Digital) ermoglicht eine hohere Genauigkeit und damit eine hohere Datendichte. ^[15]

Parken der Kopfe

Zum 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.

Bei 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. ^[16] 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

Das 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. ^[17]

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

Die 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 zum Beispiel 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.) ^[18]

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

Die 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 (zum Beispiel 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. ^{[19] [20] [21]} 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 Laufwerks firmware 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 (2 ³² = 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 > 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 zum Beispiel 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 ^[22] 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:

${\displaystyle {\text{mittlere Latenzzeit}}={\frac {1}{2}}\cdot {\frac {1}{\text{Drehzahl}}}}$

bzw. als zugeschnitte Großengleichung fur die Latenzzeit in Millisekunden und die Drehzahl pro Minute:

${\displaystyle {\frac {\text{mittlere Latenzzeit}}{\mathrm {ms} }}={\frac {30000}{{\text{Drehzahl}}/\mathrm {min^{-1}} }}}$

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	Mittlere Zugriffszeit
			GB	min ?1	MB/s	ms
Server	1993	IBM 0662	?0.00 1 ,000	0 5.400	?00 5	0 8,5	0 5,6	15,4
Server	2002	Seagate Cheetah X15 36LP	?0.0 18 ? 0.0 36	15.000	?0 52 ? 0 68	0 3,6	0 2,0	0 5,8
Server	2007	Seagate Cheetah 15k.6	?0. 146 ? 0. 450	15.000	? 112 ?171	0 3,4	0 2,0	0 5,6
Server	2017	Seagate Exos E 2,5″	?0. 300 ? 0. 900	15.000	? 210 ?315		0 2,0	0 6,14
Desktop	1989	Seagate ST296N	?0.00 0,080	0 3.600	?00 0,5	28 ,0	0 8,3	40 ,0
Desktop	1993	Seagate Marathon 235	?0.00 0,064 ? 0.00 0,210	0 3.450	?0 16	16 ,0	0 8,7	24 ,0
Desktop	1998	Seagate Medalist 2510?10240	?0.00 2,5 ? 0.0 10	0 5.400	?0 148	10,5	0 5,6	16,3
Desktop	2000	IBM Deskstar 75GXP	?0.0 20 ? 0.0 40	0 5.400	?0 32	0 9,s	0 5,6	15,3
Desktop	2009	Seagate Barracuda 7200.12	?0. 160 ?1.000	0 7.200	? 125	0 8,5	0 4,2	12,9
Desktop	2019	Western Digital Black WD6003FZBX	0 6.000	0 7.200	? 201		0 4,2	14,4
Notebook	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	19,3
Notebook	2008	Seagate Momentus 5400.6	?0. 120 ? 0. 500	0 5.400	?0 39 ? 0 83	14 ,0	0 5,6	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 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.

Einen anderen Ansatz verfolgt Western Digital seit dem Jahr 2021 mit seiner OptiNAND-Technologie ^[23] . Dabei werden die Verwaltungsinformationen der Festplatte in einem Flash-Speicher abgelegt. Diese Daten sind zu groß, um sie komplett im regularen Cache der Festplatte abzulegen, durch die Auslagerung in Flash mussen diese im Betrieb nicht in Konkurrenz zu Nutzdaten vom magnetischen Medium gelesen werden. Zusatzlich dient Flash bei einem Stromaufall als Speicher fur den Inhalt des DRAM-Schreibchaches.

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 ab dem Jahr 2020 als erster Hersteller 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. ^[24]

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 ^[25] und unter dieser Bezeichnung im kommerziellen Computer-Fachhandel vertrieben. ^[26] Zuvor ging sie in Bastlerkreisen auch als Losung fur Festplatten viral. ^[27] 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 Jumper

Ursprunglich (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.

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)

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 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

Parallel SCSI

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

Seit 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)

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

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

Externe 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; im 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 Datensicherheit

Besonders 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 oder Ahnlichem (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

Zu 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.

• Außere Magnetfelder konnen die Sektorierung der Festplatte beeintrachtigen und sogar zerstoren. ^[28]
• 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, Mittlere Betriebsdauer bis zum Ausfall ) 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. ^[29]
• 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. ^[29]

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

Unabhangig 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. ^[30] Alternativ kann auf eine der zahlreichen, direkt von CD startbaren kostenlosen Unix -Distributionen zuruckgegriffen werden (zum Beispiel 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 MacOS 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 zum Beispiel 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. ^[30]

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. ^[31] 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

Geschichte

Vorlaufer 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: ^[32] 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. ^[33] Das Laufwerk wurde nicht verkauft, sondern fur 650 US-Dollar pro Monat vermietet. ^[34] 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 . ^[35] Diese Technik setzte sich in den folgenden Jahren durch. Bis in die 1990er-Jahre wurde deshalb fur Festplatten gelegentlich die Bezeichnung Winchester-Laufwerk verwendet. ^[36]
• 1979: Vorstellung der ersten 8″-Winchester-Laufwerke. Diese waren jedoch sehr schwer und teuer; trotzdem stieg der Absatz kontinuierlich.

• 

  1980: 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 ^[37]
• 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. ^[38] (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. ^[39] 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 . ^[17]
• 2015: Erste 10-TB-Festplatte mit Heliumfullung und Shingled Magnetic Recording von HGST. ^[40]

Entwicklung der Speicherkapazitaten der verschiedenen Baugroßen

Jahr	5,25″	3,5″	2,5″	1,8″	1,0″	0,85″	andere Große	typ. Modell(e) mit hoher Kapazitat	Quelle
1956							3,75 MB	IBM 350 (1200 min ?1 , 61 cm Durchmesser, 1 t Masse)	[41]
1962?1964							? 25/28 MB	IBM Ramac 1301 (1800 min ?1 )	[42]
1980	,00 5 MB							Seagate ST-506 , erste 5,25″-Platte
1981	,0 10 MB							Seagate ST-412 (5,25″ FH) (nur im IBM Personal Computer XT )
1983	?	,0 10 MB						Rodime RO352 (3,5″ HH)	[43]
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 1987
1988	, 360 MB	,0 60 MB						Maxtor XT-4380E (5,25″ FH) bzw. IBM WD-387T (3,5″ HH, zum Beispiel 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″)	[44] [45]
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″)	[46]
1998	,0 47 GB	?	?	?	?	?		Seagate ST446452W (47 GB, 5,25″), 1. Quartal 1998	[47]
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	[48]
2005	†	, 500 GB	, 120 GB	0 60 GB	00 8 GB	6 GB		Hitachi Deskstar 7K500 (500 GB, 3,5″), Juli 2005	[49]
2006	†	, 750 GB*	, 200 GB	0 80 GB	00 8 GB	†		Western Digital WD7500KS, Seagate Barracuda 7200.10 750 GB, u. a.	[50]
2007	†	,00 1 TB*	, 320 GB*	160 GB	00 8 GB	†		Hitachi Deskstar 7K1000 (1000 GB, 3,5″), Januar 2007	[51]
2008	†	0 1,5 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	[52] [53] [54] [55]
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	[56] [57] [58]
2010	†	,00 3 TB*	,0 1,5 TB*	320 GB*	†	†		Hitachi Deskstar 7K3000 & Western Digital Caviar Green (3,5″) Seagate FreeAgent GoFlex Desk (2,5″), Juni 2010 Toshiba MK3233GSG (1,8″)	[59]
2011	†	,00 4 TB*	0 1,5 TB*	320 GB*	†	†		Seagate FreeAgent GoFlex Desk (4 TB, 3,5″), September 2011	[60]
2012	†	,00 4 TB*	,00 2 TB*	320 GB*	†	†		Western Digital Scorpio Green 2000 GB, SATA II (WD20NPVT), August 2012	[61]
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	[62] [63] [17]
2014	†	,00 8 TB*	,00 2 TB*	320 GB*	†	†		HGST Ultrastar He8, 8 TB, 3,5″, sieben Platter mit Heliumfullung, Oktober 2014 Seagate Archive HDD v2, 8 TB, 3,5″, sechs Platter mit Luftfullung, Verwendung von Shingled Magnetic Recording , Dezember 2014	[64] [65]
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, 15 mm, 2,5″, vier Platter, April 2015 Samsung Spinpoint M10P, 4 TB, 15 mm, 2,5″, funf Platter, Juni 2015	[66] [67] [68]
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	[69] [70]
2017	†	,0 14 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	[71] [72]
2019	†	,0 16 TB*		†	†	†		Seagate Exos X16, 16 TB, 3,5″, 9 Platter mit TDMR und Heliumfullung, Juni 2019	[73]
2020	†	,0 18 TB*		†	†	†		Western Digital Ultrastar DC HC550, 18 TB, 3.5″, 9 Platter mit TDMR, EAMR und Heliumfullung, Juli 2020	[74]
2021	†	,0 20 TB*		†	†	†		Seagate IronWolf Pro, 20 TB, 3.5″, 10 Platter mit Heliumfullung, Dezember 2021	[75]
2022	†	,0 22 TB*		†	†	†		Western Digital Gold, Red Pro und Purple, 22 TB, 3.5″, 10 Platter mit Heliumfullung, Juli 2022	[76]
2023	†	,0 28 TB		†	†	†		Western Digital Ultrastar DC HC680: 28 TB durch das uberlappende Aufzeichnungsverfahren Ultra-SMR, die Ultrastar DC HC580 und WD Gold gibt es mit konventioneller Technik (CMR) bis 24 TB, Dezember 2023	[77]
2024	†	,0 28 TB	,00 6 TB**	†	†	†		Western Digital 2.5" mit 6TB nur als externe Laufwerke erhaltlich ab Mai 2024	[78]

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 Recording

Hersteller

Im zweiten Quartal 2013 wurden weltweit 133 Millionen Festplattenlaufwerke mit einer Gesamtkapazitat von 108 Exabyte (108 Millionen Terabyte) abgesetzt. ^[79] Im Jahr 2014 wurden weltweit 564 Millionen Festplattenlaufwerke mit einer Gesamtkapazitat von 529 Exabyte produziert. ^{[80] [81]} 87,7 Millionen Festplattenlaufwerke wurden weltweit im vierten Quartal 2018 abgesetzt. ^[82]

Marktanteil 2018

Name
Seagate	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. ^[83]
• ExcelStor produzierte fur IBM bzw. spater fur HGST/Hitachi einige Modelle.
• Samsungs Festplatten-Sparte wurde im Oktober 2011 von Seagate ubernommen. ^[84]
• HGST (Hitachi) wurde im Marz 2012 von Western Digital ubernommen, ^[85] wobei WD auf Druck der Kartellbehorden einen Teil der 3,5″-Produktionseinrichtungen an Toshiba abgeben musste. ^[86]
• Siehe auch Kategorie:Ehemaliger Festplatten-Hersteller

Weblinks

• 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 Kinogucker

Einzelnachweise

1. ↑ Helmut Bahring: Mikrorechner-Systeme ? Mikroprozessoren, Speicher, Peripherie . 2. Auflage. Springer-Lehrbuch, 1994, ISBN 978-3-540-58362-2 , 6.5 Aufbau eines Festplatten-Speichersystems, S.   526   f ., 6.5.1 Prinzipieller Aufbau einer Festplatte ( eingeschrankte Vorschau in der Google-Buchsuche): ?Festplatten-Systeme ( Hard Disks  ? HD) bestehen in der Regel aus mehreren ubereinander liegenden Platten, die gemeinsam um eine Achse rotieren und jeweils fur ihre Ober- und Unterseite einen eigenen Schreib-/Lesekopf besitzen.“  
2. ↑ geizhals.eu
3. ↑ geizhals.eu
4. ↑ 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 .  
5. ↑ Hitachi Introduces 1-Terabyte Hard Drive . ( Memento des Originals vom 17. April 2011 im Internet Archive )   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
6. ↑ IronWolf and IronWolf Pro NAS Hard Drives | Seagate US | Seagate US. Abgerufen am 20. Dezember 2019 (amerikanisches Englisch).  
7. ↑ 2,5 Zoll vs. 3,5 Zoll: Festplatten-Modelle: Paradigmenwechsel: 2,5-Zoll-Festplatten im Unternehmensbereich . tomshardware.de
8. ↑ Datenblatt ST1181677. (PDF; 1,4 MiB) Abgerufen am 28. Dezember 2010 (englisch).  
9. ↑ Josh Shaman: WD Announces 5 mm WD Blue HDDs and WD Black SSHDs ( Memento des Originals vom 25. April 2013 im Internet Archive )   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.storagereview.com auf www.storagereview.com vom 23. April 2013, abgerufen am 25. April 2013
10. ↑ 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 .  
11. ↑ Platter Substrate Materials
12. ↑ Hard Drive Data Recovery ? A Basic Understanding of Platter Substrate Material ( Memento vom 24. Marz 2008 im Internet Archive )
13. ↑ 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).  
14. ↑ tecchannel.de
15. ↑ Continuous Innovation for Highest Capacities and Lower TCO. Western Digital, Juli 2020, abgerufen am 30. Dezember 2022 (englisch).  
16. ↑ 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.
17. ↑ ^{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 .  
18. ↑ Beleg fehlt, siehe Diskussion:Festplattenlaufwerk
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