Festplatten

An dieser Stelle muss erneut auf den Unterschied zwischen dem Arbeitsspeicher, dessen Hauptzweck der permanente Empfang von Daten ist, die für den Prozessor bestimmt sind oder die von diesem stammen, und dem Festwertspeicher, dessen Hauptaufgabe die Speicherung von Daten selbst im Fall einer Stromunterbrechung des Geräts ist, hingewiesen werden. Die Kapazität dieser Speicher wird immer in Byte angegeben.

Die wichtigste Eigenschaft des Arbeitsspeichers ist die Geschwindigkeit, mit der er schreibend und lesend auf die Daten zugreift. Neben der von jedem EDV-Datenträger geforderten Zuverlässigkeit gehören zu den wichtigsten Leistungsmerkmalen eines Festwertspeichers seine Kapazität sowie seine Schreib- oder Lesegeschwindigkeit.

Die Festplatte ist ein normalerweise in das Gerät integrierter Festwertspeicher und dient zur Speicherung diverser Informationen wie etwa des Betriebssystems, der Anwendungen und der Daten des Benutzers. Bestimmte Geräte wie etwa Server können mehrere Festplatten enthalten, um eine größere Speicherkapazität oder Redundanz zu bieten.

Festplatten ermöglichen also selbst nach einem Stromausfall des Geräts die Wiederherstellung der Informationen. Die Bezeichnung "fest" ist auf den Vergleich mit flexiblen (weichen) Datenträgern wie etwa Disketten zurückzuführen.

Die erste Festplatte wurde in den 50er Jahren erfunden. Sie wies etwa 50 cm Durchmesser auf und ermöglichte die Speicherung von einigen "Megabyte". Seinerzeit wurde sie gelegentlich auch in Anlehnung an die von IBM hergestellte Festplatte als "Winchester" bezeichnet.

Die Funktionsweise einer Festplatte lässt sich am besten mittels der Analyse ihres Aufbaus erklären. Da das Öffnen einer Festplatte jedoch zu deren Zerstörung führen kann, wird dringend davon abgeraten, dies an einer noch in Betrieb befindlichen Festplatte auszuführen.

1.2.1 Außenansicht

Eine Festplatte ähnelt einem versiegelten Aluminiumgehäuse, von dem eine Seite mit elektronischen Komponenten bestückt ist (diese befinden sich üblicherweise auf einer Leiterplatte, die sich von der restlichen Festplatte entfernen lässt). Diese Komponenten sind Schaltkreise, die als Schnittstelle zum übrigen Gerät aber auch als Cache und zur Steuerung der Schreib- und Lesemechanismen dienen.

1.2.2 Innenansicht

Nach dem Entfernen der Abdeckung des Aluminiumgehäuses entdeckt man eine einfache aber extrem präzise Mechanik, die aus verschiedenen Elementen besteht:

Wie werden die Daten gespeichert und wie ist es möglich, diese wieder aufzufinden?

Die erste Strukturierungsebene ist natürlich die Festplatte (die Platte(n)) mit ihrer Oberfläche, auf der die Daten gespeichert werden.

Jede physikalische Platte ist in kreisförmige Spuren und in Sektoren unterteilt. Die Sektoren entsprechen Kreisabschnitten der Festplatte, die sich mit Kuchenstücken vergleichen lassen. Die Abbildung zeigt eine Spur (Track) in Gelb und ein Sektor (Sector) in Blau.

Um auf die Daten zugreifen zu können, müssen die Seite, die Adresse der Spur und die Adresse des Sektors angegeben werden. Um die Suche nach Daten zu vereinfachen, verwenden die Festplatten eine Speichereinheit, die als "Cluster" bezeichnet wird und die sich aus einer bestimmten Anzahl von Sektoren zusammensetzt.

Die Kapazität einer Festplatte lässt sich also auf der Grundlage der Anzahl von Flächen, Spuren und Sektoren festlegen.

Sie wird auch durch die Speicherdichte jedes Sektors bestimmt. Diese Dichte entspricht der Datenmenge, die in einen Sektor geschrieben werden kann. Sie wird in Bit oder Kilobit je mm² angegeben (oder Bits Per Square Inch - BPSI).

Die Maßeinheit der Kapazität von Festplatten wird in Byte angegeben. Sie ist spezifisch, da sie "astronomische" Datenmengen angeben. Man spricht von:

2.3.1 Faktoren, die die Leistung der Festplatte bestimmen

Rotationsgeschwindigkeit
Die Leistung einer Festplatte hängt von ihrer Rotationsgeschwindigkeit ab. Die Rotationsgeschwindigkeit hat tatsächlich einen Einfluss auf die Geschwindigkeit des Datenzugriffs. Die jüngste Festplattengeneration erreicht Rotationsgeschwindigkeiten von mehr als 10.000 U/min.

Der Daten-Cache
Der Zugriff auf die auf einer Festplatte gespeicherten Daten erfolgt auf mehr oder weniger vorhersehbare Art und Weise. Es besteht daher die Möglichkeit, die Leistung zu steigern, indem später benötigte Daten vorzeitig gelesen und in einem als Cache-Speicher bezeichneten Zwischenspeicher ("Read Look-Ahead Buffer") gespeichert werden, bevor das Gerät diese anfordert, um sie dann bei Bedarf schnell bereitzustellen. Die Bereitstellung der Daten ausgehend vom Zwischenspeicher erfolgt nämlich viel schneller. Die korrekte Implementierung dieses Zwischenspeichers ermöglicht eine beträchtliche Steigerung der Leistungen der Festplatte.

Die Datenrate oder "Data Rate"

Die Such- oder Positionierzeit ("Seek Time")
Sie gibt die erforderliche Zeit zwischen einem Request des Geräts und der Übertragung des ersten Byte in Millisekunden an.

Die Festplatte(n) ist/sind mittels eines oder mehreren Controllern mit der Hauptplatine verbunden. Die Leistung dieser Controller hat einen direkten Einfluss auf die Geschwindigkeit des Datenzugriffs durch die Anwendungen.

Beim Kauf ist die Festplatte in Form von Milliarden Byte strukturiert, die sich auf den "hardformatierten" Oberflächen der Festplatte befinden. Die Formatierung gewährleistet die Identifikation der Spuren und Sektoren, so dass diese vom Betriebssystem erkannt werden können.

Bei der tatsächlichen Formatierung wird die Art und Weise der Codierung und Wiederauffindung jedes Sektors abhängig vom verwendeten Betriebssystem festgelegt.