Definition

Festplatte

Eine Festplatte, oftmals auch als Festplattenlaufwerk bezeichnet, ist ein Gerät, das große Mengen von Daten auf elektromagnetisch aufgeladenen Oberflächen oder einer Reihe von Oberflächen speichert und relativ schnellen Zugriff darauf bietet. Aktuelle Computer verfügen heute üblicherweise über Festplatten, die mehrere Milliarden Bytes (Gigabytes und Terabytes) speichern können. Die Festplatte wird auch oft als HDD bezeichnet, was eine Abkürzung für den englischen Begriff Hard Disk Drive ist.

Eine Festplatte ist genauer betrachtet eine Reihe gestapelter Platten bzw. Scheiben, von denen jede, wie eine Schallplatte, die Daten elektromagnetisch in konzentrischen Kreisen oder „Spuren“ auf der Platte speichert. 

Ein „Kopf“ (vergleichbar mit dem Tonarm eines Plattenspielers, jedoch in einer relativ fixierten Position) speichert (schreibt) oder liest die Information aus der Spur. Zwei Köpfe, jeder auf einer Seite der Platte, lesen oder schreiben die Daten, während die Platte sich dreht. 

Jeder Lese- oder Schreibvorgang setzt die Lokalisierung der betreffenden Daten voraus, was auch „Suche“ genannt wird. Daten, die sich bereits im Zwischenspeicher (Cache) der Festplatte befinden, werden schneller lokalisiert.

Eine Festplatte bzw. ein Festplattenlaufwerk läuft in der Regel mit einer Geschwindigkeit von 4.500 bis 7.200 beziehungsweise 15.000 Umdrehungen pro Minute (rpm, rounds per minute). Obwohl die physische Lokation über die Parameter Zylinder, Spur und Sektor identifiziert werden kann, werden diese als eine logische Blockadresse (LBA, Logical Block Address) abgebildet, die den größeren Adressbereich auf den heutigen Festplatten unterstützt.

Speicherkapazitäten und Formate

Über die Jahre hinweg erschienen unterschiedliche Festplattenformate auf dem Markt. Derzeit am gebräuchlichsten sind Platten im 2,5- und 3,5-Zoll-Format. Die Zollangaben geben den Durchmesser der Platte an, nicht die Größe des Gehäuses. Zu den weiteren Formatgrößen gehören 5,25 Zoll und 1,8 Zoll.

Die Speicherkapazitäten setzen sich zusammen aus der Datenblockgröße multipliziert mit der Anzahl der verfügbaren Blöcke. Die ersten Festplatten speicherten nur im Megabyte-Bereich, während etwa seit 2007 Terabyte-Kapazitäten erreicht werden. Alle folgenden Kapazitätsangaben beziehen sich auf nicht komprimierte Daten. Festplatten in den 1980er fassten in der Regel fünf, zehn, 20, 300 und 360 Megabyte im 5,25-Zoll-Format. In den 1990er wurden für dieses Format dann Speicherkapazitäten im Gigabyte-Bereich erreicht: 1,3; 2; 9,1 12 und 47 Gigabyte. In dieser Dekade wurden vermehrt 3,5-Zoll- und 2,5-Zoll-Medien verbaut. Diese speicherten 130 Megabyte bis 16,8 Gigabyte – je nach Formatgröße.

Mit Beginn des 21. Jahrhunderts verschwand das 5,25-Zoll-Format und bei den kleineren Formaten wurden enorme Kapazitätssprünge in kürzeren Intervallen erreicht. Betrug die Kapazität für einen 3,5-Zoll Drive 2001 noch 180 Gigabyte, so waren es 2005 bereits 500 Gigabyte. Bei 2,5-Zoll-Medien verdreifachte sich die Kapazität von 40 auf 120 Gigabyte.

Beim größeren Format wurde das Perpendicular Recording 2005 eingeführt, bei der kleineren Baugröße 2007. Damit wurde die Speicherdichte der Drives erhöht. Bereits 2007 kam eine 3,5-Zoll-Platte mit einem Terabyte an Speicher auf den Markt, 2010 wurden hier drei Terabyte erreicht. Die 2,5-Zoll-Festplatten speicherten 2010 1,5 Terabyte. Im Jahr 2013 konnten die Festplatten sechs TByte (3,5 Zoll) und zwei Terabyte (2,5 Zoll) an Daten aufnehmen.

Durch die Einführung von Helium-Festplatten 2015 wurden die Speicherkapazitäten erneut gesteigert: auf acht und zehn Terabyte. Anbieter hier sind HGST und Seagate (Stand März 2016). HGST setzt hier zudem ein neues Schreibverfahren ein, das SMR-Verfahren. Beim Shingled Magnetic Recordings werden die Daten nicht in einzelnen, separaten Tracks geschrieben, sondern auf sich überlappende Tracks. Lediglich am Anfang jeder Bahn gibt es eine leichte Versetzung.

Aufbau der Festplatte und Schnittstellen

Eine Festplatte besteht aus mehreren Bauteilen. Diese sind:

  • Ein Gehäuse, das nicht nur die Komponenten zusammenfasst, sondern auch vor Vibration und Hitze schützen soll.
  • Eine oder mehrere rotierende Platters (Scheiben), die übereinander liegen und meist aus Aluminium oder Magnesium-Legierungen bestehen. Auf ihnen werden die Daten geschrieben.
  • Eine Achse (Spindel), auf der die Platters montiert sind.
  • Ein Elektromotor für den Spindelantrieb.
  • Bewegliche Schreib/Leseköpfe (Heads).
  • Ein Lager für die Spindel.
  • Ein Lager und ein antrieb für die Aktorachse (Actuator).
  • Eine Steuerelektronik für die Motor- und Kopfsteuerung.
  • Ein digitaler Signalprozessor (DSP), der verschiedene Aufgaben hat: Verwaltung, Bedienung des Interfaces, Steuerung der Schreib/Leseköpfe.
  • Flash-ROM und DDR-RAM für Firmware, Cache und temporäre Daten.
  • Eine Schnittstelle, über welche die Festplatte von außen angesprochen wird.

Früher wurden als Schnittstellen Controller eingesetzt, aber nun sind HBAs der Standard, da sie besser integrierbar sind. Früher waren parallel ATA (IDE) und parallel SCSI gängige Schnittstellen. Aktuelle Modelle nutzen serielles ATA, auch SATA genannt, dass es derzeit in drei Versionen (SATA I bis SATA III) gibt. Darüber hinaus sind Serial Attached SCSI (SAS) und Fibre-Channel häufig eingesetzte Interfaces in Festplatten.

Datensicherheit, Datenschutz und Festplattenhersteller

Um Festplatten gegen Datenverlust abzusichern, kommt seit den 1990er Jahren S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) zum Einsatz. Dieses Verfahren überwacht den Drive und soll vor Ausfällen warnen. Das gibt allerdings keine Auskunft über die allgemeine Lebensdauer der Platte. Sind mehr als eine Festplatte in einem System, so kann der Nutzer RAID-Mechanismen einsetzen, um den Ausfall einer oder gar mehrerer Disks abzufangen. Die häufigsten RAID-Verfahren sind RAID 1 (Spiegelung), RAID 5 und RAID 6 (oft mit doppelter Parity). RAID 0 bietet keinen Schutz, da es alle Daten über sämtliche Festplatten verteilt, um eine bessere Performance zu bieten.

Zu den Herstellern von Festplatten gehören die Unternehmen Western Digital und HGST, die mittlerweile eine Firma sind, sowie Seagate und Toshiba.

Diese Definition wurde zuletzt im März 2016 aktualisiert

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