Festplatte

Dezember 2016

Die Rolle der Festplatte


Die Festplatte ist das Organ, welches die Daten permanent aufbewahren soll, im Gegensatz zum Arbeitsspeicher, der bei jedem Hochfahren vom Computer gelöscht wird, aus diesem Grund spricht man auch von Massenspeicher um die Festplatten zu bezeichnen

Die Festplatte ist mit dem Motherboard über eine
Festplattensteuerungseinheit verbunden, die die Schnittstell zwischen dem Prozessor und der Festplatte bildet. Der Kontroller der Festplatte verwaltet die mit verbundenen Festplatten, interpretiert die Befehle die vom Prozessor gesendet werden und führt sie zur betroffenen Festplatte. Man unterscheidet meist die folgenden Schnittstellen :




Mit Erscheinen der Norm USB, sind externe Gehäuse erschienen, mit denen es möglich ist, Festplatten über einen USB-Anschuss anzuschließen. Somit ist es einfach Festplatten zu installieren und Speicherkapazität für Sicherheitskopien hinzuzufügen. Man spricht von externen Festplatten im Gegensatz zu internen Festplatten, die direkt an das Motherboard angeschlossen sind, obwohl es sich um die gleichen Festplatten handelt, abgesehen davon, dass sie über ein Gehäuse mit dem Computer verbunden sind, welches an einer USB-Buchse angeschlossen ist.

Struktur


Eine Festplatte besteht nicht aus einer, sondern aus mehreren harten Platten (auf englisch hard disk bedeutet feste Platte) aus Metall, Glas oder Keramik, die mit sehr geringen Abstand übereinander liegen und
Scheiben (auf englisch platters) genannt werden.

Disque dur



Die Scheiben drehen sich sehr schnell um eine Achse (derzeit mit mehreren Tausenden von Umdrehungen pro Minute) im umgekehrten Uhrzeigersinn. Ein Computer funktioniert auf binäre Weise, d.h. dass die Daten in Form von 0 und 1 gespeichert werden (genannt Bits). Auf einer Festplatte gibt es Millionen dieser Bits, die sehr nah beieinander gespeichert werden, auf einer sehr dünnen magnetischen Schicht, ein paar Mikron dick, die selber von einer Schutzschicht überzogen ist.

Lesen und Schreiben erfolgt dank von Leseköpfe ( auf englisch heads) die sich auf auf beiden Seiten der Scheiben befinden. Diese Köpfe sind Elektro-Magnete die sich nach unten oder oben bewegen um Informationen zu lesen oder zu schreiben. Die Köpfe befinden sich nur einige Mikron von der Oberfläche entfernt, getrennt durch eine Luftschicht die durch die Umdrehungen der Platten hervorgerufen wird, welche zu Wind von ca. 250km/h führen! Außerdem sind die Köpfe seitlich beweglich, um die ganze Oberfläche der Platte erfassen zu können.

Structure d\



Allerdings sind die Köpfe untereinander verbunden und nur eine kann zu einem bestimmten Zeitpunkt lesen oder schreiben. Man spricht von Zylinder um alle vertikal gespeicherten Daten auf allen Scheiben zu bezeichnen.

Diese ganze Präzisionsmechanik befindet sich in einem vollständig hermetischen Gehäuse, denn die kleinste Partikel kann die Plattenoberfläche beschädigen. Auf einer Festplatte können sieht man einen Schutzdeckel, der deren Dichtigkeit garantiert, mit folgender Aufschrift "Warranty void if removed" wörtlich übersetzt"die Garantie endet bei Abnahme" denn nur die Festplattenhersteller können diese öffnen (in gesicherten, Partikel freien Räumen).

Funktionsweise


Die Lese-und Schreibeköpfe werden « induktiv » genannt, d.h. dass sie in der Lage sind ein magnetisches Feld zu erzeugen. Das ist insbesondere beim Schreiben der Fall: indem sie positive oder negative Felder schaffen, polarisieren sie die Plattenoberfläche an einer kleinen Stelle, was sich beim Ablesen in Polaritätsänderungen äußert, welche zu Strom in dem Lesekopf führen; dieser wird wiederum von einem analogen Wandler (CAN) in 0 und 1 übersetzt, Sprache die dem Computer verständlich ist.

Pistes d\



Die Köpfe schreiben anfangs die Daten im Außenbereich der Platte (Spur 0), und begeben sich zur Mitte hin. Die Daten werden in konzentrischen Kreisen organisiert, die « Spuren genannt werden », und durch die Formatierung niedere Stufe geschaffen werden..

Die Spuren werden in Viertel geteilt (zwischen zwei Radien) die man Sektoren nennt und die Daten enthalten (meist mindestens 512 Oktett pro Sektor).

Secteurs d\



Man nennt Zylinder die gesamten Daten, die sich auf der gleichen Piste, aber auf verschiedenen Scheiben befinden (d.h. vertikal übereinander), denn sie bilden räumlich gesehen einen "Zylinder" aus Daten.

Cylindres de disque dur



Man nennt Cluster (oder auf deutsch Zuordnungseinheit) die minimale Zone die eine Datei auf der Platte einnehmen kann. Tatsächlich benutzt das Betriebssystem Blöcke bestehend aus mehreren Sektoren (zwischen 1 und 16 Sektoren). Eine winzige Datei muss also mehrere Sektoren (ein Cluster) einnehmen.

Auf älteren Platten erfolgte die Adressierung so auf physische Art indem die Position der Daten durch die Koordinaten angegeben wurde Zylinder / Kopf / Sektor (auf englisch CHS für Cylinder / Head / Sector).

Blockmodus


Der Blockmodus ist der 32 Bits-Transfer der es gestattet, die Leistung ihrer Festplatt voll auszunützen. Der Blockmodus besteht darin die Datenübertragungen blockweise vorzunehmen, d.h. in Paketen von meist 512 Oktett, wodurch es dem Prozessor erspart wird, eine große Anzahl an winzigen Paketen von einem Bit zu bearbeiten. So hat der Prozessor "Zeit" um andere Operationen auszuführen.
Dieser Datenübertragungsmodus hat leider nur unter alten Betriebssystemen eine wahre Nützlichkeit (wie MS-DOS), denn neuere Betriebssysteme benutzen ihren eigenen Festplattenverwalter, wodurch dieser Verwalter unnütz ist.

Eine Option des BIOS (IDE HDD block mode oder Multi Sector Transfer) erlaubt es manchmal die Anzahl der Blöcke festzustellen, die gleichzeitig verwaltet werden können. Diese Anzahl bewegt sich zwischen 2 und 32. Wenn Sie sie nicht kennen, haben Sie mehrere Möglichkeiten :

  • in den begleitenden Unterlagen der Festplatte nachsehen;
  • die Eigenschaften der Festplatte im Internet suchen;
  • sie experimental über Tests feststellen.



Der Blockmodus kann jedoch unter manchen Systemen Fehler generieren, wegen einer Festplatten-Verwalter-Redundanz. Die Lösung besteht dann darin einen der beiden Verwalter abzuschalten :

  • die Soft-ware-Verwaltung des 32-Bit-Modus unter dem Betriebssystem ;
  • der Blockmodus in dem BIOS

32 bits-Modus


Der 32 Bits -Modus (im Gegensatz zum 16 bits-Modus) zeichnet sich durch einen Datentransfer auf 32 Bits aus. Der Transfer auf 32 Bits entspricht 32 Türen die sich gleichzeitig öffnen und schließen. Im 32 Bits-Modus, zwei "Mots" (Gruppe von Bits) von 16 Bits werden nacheinander übertragen, und dann zusammengesetzt.

Der Leistungsgewinn der mit dem Übergang vom 16 Bits-Modus auf den 32 Bits-Modus verbunden ist, ist meist unbedeutend. Wie dem auch sei, es ist die meiste Zeit nicht möglich den Modus auszuwählen, den das Motherboard bestimmt automatisch den Modus-Typen, in Anbetracht des Festplattentypen.

Die automatische Bestimmung des 32 Bits-Modus kann jedoch die CD-ROM IDE-Laufwerke verlangsamen, deren Geschwindigkeit über 24x liegt, wenn diese allein an einem IDE Kabel liegen. In dem Fall, dass das CD-ROM-Laufwerk allein an dem Flachkabel liegt, kann das BIOS nicht die Kompatibilität mit dem 32 Bits-Modus feststellen (da er eine Festplatte sucht), und geht in den 16 Bits-Modus. Die Übertragungsgeschwindigkeit ( fälschlich auch Übertragungsrate genannt) liegt dann unter der Übertragungsrate, die vom Hersteller angegeben ist.

Die Lösung in diesem Fall besteht darin, an das gleiche Flachkabel wie das CD-ROM-Laufwerk, eine Festplatte anzuschließen, die im 32 Bits-Modus arbeitet.

Technische Eigenschaften


  • Kapazität : Datenvolumen das auf der Platte gespeichert werden kann.
  • Übertragungsrate (oder Geschwindigkeit) : Datenmenge die auf der Platte geschrieben oder gelesen werden kann pro Zeiteinheit. Sie wird in Bits pro Sekunde ausgedrückt.
  • Rotationsgeschwindigkeit : Geschwindigkeit mit der die Scheiben sich drehen, ausgedrückt in Umdrehungen pro Minute (geschrieben U/min. für Umdrehungen pro Minute). Die Geschwindigkeit der Festplatten liegt ungefähr zwischen 7200 und 15000 U/min. Je höher die Rotationsgeschwindigkeit einer Platte ist, desto besser ist seine Übertragungsgeschwindigkeit. Allerdings ist eine Festplatte mit hoher Rotationsgeschwindigkeit meist auch laut und wird leicht heiß.
  • Latenzzeit (auch Rotationszeit genannt) : der Zeitraum zwischen dem Moment wo die Platte die Spur findet, und dem Moment wo sie die Daten findet.
  • mittlere Zugriffszeit : mittlere Zeit die der Kopf braucht um sich auf der richtigen Spur zu positionieren und zu der Datei zu gelangen. Sie stellt also die durchschnittliche Zeit dar, die die Platte braucht, zwischen dem Moment wo sie den Befehl erhält Daten zu liefern, und dem Moment, wo sie sie tatsächlich liefert. Sie muss so kurz wie möglich sein.
  • Radiale Dichte : Anzahl der Spuren pro Zoll (tpi: Track per Inch).
  • Lineare Dichte : Anzahl der Bit pro Zoll auf einer gegebenen Spur (bpi: Bit per Inch).
  • Oberflächendichte : Verhältnis der linearen Dichte zur radialen Dichte (ausgedrückt in Bits pro Quadratzoll).
  • Cachespeicher (oder Pufferspeicher) : die Größe des Zwischenspeichers der Festplatte. In dem Cachespeicher werden Daten gespeichert, auf die der Computer am häufigsten zugreift, um so seine globalen Leistungen zu verbessern ;
  • Schnittstelle : es handelt sich um die Anschlusstechnik der Festplatte. Die wichtigsten Schnittstellen für Festplatten sind folgende :

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