Hardware-Grundlagen: Festplatte oder auch Hard Disk genannt

Eine Festplatte ist Teil einer Einheit – oft auch als Festplattenlaufwerk, Festplatte oder Festplattenlaufwerk bezeichnet -, die große Datenmengen auf einer elektromagnetisch aufgeladenen Oberfläche oder einem Satz von Oberflächen speichert und relativ schnell darauf zugreifen kann. Und im Gegensatz zum Arbeitsspeicher bleiben diese Informationen auch nach dem Ausschalten des Computers erhalten.

Heutige Computer werden normalerweise mit einer Festplatte geliefert, die Speicherplatz in einer Größenordnung von Milliarden bis Billionen Bytes enthalten kann.

Eine Festplatte ist eigentlich ein Satz gestapelter Platten, wie beispielsweise Schallplatten. Auf jeder Platte sind Daten elektromagnetisch in konzentrischen Kreisen oder Spuren auf der Platte aufgezeichnet. Ein Kopf, ähnlich einem Phonographenarm, aber in einer relativ festen Position, schreibt oder liest die Informationen auf den Spuren.

Zwei Köpfe, einer auf jeder Seite einer Platte, lesen oder schreiben die Daten, während sich die Platte dreht. Für jede Lese- oder Schreiboperation müssen Daten lokalisiert werden, eine Operation, die als Suche bezeichnet wird. Daten, die sich bereits in einem Festplatten-Cache befinden, werden jedoch schneller gefunden.

Eine Festplatten- / Laufwerkseinheit wird mit einer voreingestellten Drehzahl von 4.200 Umdrehungen pro Minute bis 15.000 U / min geliefert. Die meisten Laptop- und Desktop-PCs verwenden Festplatten, die zwischen 5.400 U / min und 7.200 U / min liegen. Festplatten mit höherer Drehzahl finden sich auf High-End-Workstations und auf Unternehmensservern. Die Plattenzugriffszeit wird in Millisekunden gemessen.

Festplatten sind nach wie vor eine beliebte Datenspeicheroption für Verbraucher und Unternehmen, trotz der wachsenden Beliebtheit und der rapiden Senkung der Kosten für nichtflüchtige Solid-State-Flash-Speicher in Form von Solid-State-Laufwerken (SSD). SSDs passen in dieselben externen und internen Laufwerksschächte wie ihre Festplattenlaufwerke.

SSDs sind zwar viel schneller, langlebiger und verbrauchen weniger Strom als Festplatten, sie sind jedoch auch teurer. SSDs gelten als eine bessere Lösung für Anwendungen, die eine hohe Leistung erfordern, während HDDs häufiger für Anwendungsfälle mit hoher Kapazität verwendet werden.

Kapazität einer Festplatte

Festplatte geöffnet

Ende der 2000er-Jahre hatten Seagate und Western Digital die ersten 3-TB-Festplatten auf den Markt gebracht. Diese Unternehmen produzierten Anfang des nächsten Jahrzehnts die ersten 4-TB-Laufwerke. Im Jahr 2013 hatte Seagate eine 5-TB-Festplatte, während HGST (eine Western Digital-Tochtergesellschaft) eine 6-TB-Helium-Festplatte herstellen konnte.

Helium bietet weniger Luftwiderstand und Turbulenzen als Luft, da eine geringe Dichte aufweist und leichter als Luft ist. Dies bedeutet, dass mit Helium gefüllte Laufwerke kühler und schneller laufen und höhere Speicherdichten aufweisen können. Mit einer mit Helium gefüllten Festplatte können Hersteller sieben Platten auf den gleichen Platz bringen, der für fünf Platten herkömmlicher Festplatten erforderlich ist.

Ebenfalls im Jahr 2013 führte Seagate Festplatten mit SMR-Technologie ein, um die physikalischen Einschränkungen herkömmlicher Laufwerke weiter zu überwinden. SMR-Schichten magnetisieren Spuren auf jeder Platte, anstatt sie wie bei herkömmlichen Festplatten parallel zueinander zu platzieren, wodurch die Speicherdichte erhöht wird. Die Schienen überlappen sich wie Schindeln auf einem Dach, daher der Name der Technologie.

Heute sind die Festplattenkapazitäten auf 10 TB, 12 TB, 14 TB und 16 TB gestiegen.

Aufbau einer Festplatte

Eine Festplatte besteht aus mehreren Hauptkomponenten in ihrem Gehäuse. Dazu gehören der Plattenteller zum Speichern von Daten, eine Spindel zum Drehen von Plattentellern, ein Lese- / Schreibarm zum Lesen und Schreiben von Daten, ein Stellglied zum Steuern der Aktion und Bewegung des Lese- / Schreibarms und eine Logikplatine.

  • Festplatten umfassen eine oder mehrere Aluminium-, Glas- oder Keramikplatten, die aus Substratmaterial mit einer dünnen magnetischen Oberfläche oder einer Medienschicht zum Speichern von Daten bestehen. Platten speichern und organisieren Daten in spezifischen Strukturen – Spuren, Sektoren und Clustern – auf dieser nur wenige Millionstel Zoll großen Medienschicht. Eine Schutzschicht über den magnetischen Medien schützt vor versehentlicher Beschädigung und Verunreinigung durch Fremdkörper wie Staub.
  • Die Spindel dreht die Platten nach Bedarf und hält sie in Position. Die Drehzahl der Spindel bestimmt, wie schnell Daten geschrieben und gelesen werden. Bei HDD-Festplatten mit mehreren Platten hält die Spindel die Platten in einem festen Abstand, um den Lese- oder Schreibarm Platz zu geben.
  • Der Schreib- oder Lesearm positioniert den Schreib-/Lesekopf über den richtigen Stellen auf der Platte, um auf Daten zuzugreifen oder Daten zu schreiben. Es sind die Lese-/Schreibköpfe, die Daten von und zu den Platten lesen und schreiben, indem sie ihre magnetische Oberfläche mit elektrischen Strömen transformieren. Typischerweise gibt es einen Lese-/Schreibkopf, der 3 bis 20 Millionstel Zoll über der oberen und unteren Hälfte der Oberfläche einer jeden Plattenseite schwebt. Alle Lese-/Schreibarme einer Festplatte sind im Stellmotor miteinander verbunden.
  • Der Stellmotor empfängt Anweisungen von der HDD-Leiterplatte und steuert die Bewegung des Lese- / Schreibarms. Es überwacht die Plattendatentransfers und stellt sicher, dass die Köpfe immer am richtigen Ort sind.
  • Eine intelligente Schaltung oder Logikplatine teilt dem Stellmotor mit, was zu tun ist. Es befindet sich an der Unterseite des Gehäuses und ein flexibles Flachbandkabel verbindet die Leiterplatte mit dem Stellmotor, der die Arme steuert.

Schreib- oder Lesearm mit Schreib-/Lesekopf einer Festplatte

Formfaktor – die Baugröße der Festplatte

Die gesamte Festplatte muss in einem Gehäuse montiert sein, um die interne Umgebung der Festplatte vor Verunreinigungen und Luft von außen zu schützen. Die Innenteile des Laufwerks, die auch als Kopfbaugruppe bezeichnet werden, sind fest mit dem Gehäuse verbunden und werden normalerweise mit Aluminium abgedeckt. Der Formfaktor einer Festplatte ist die Größe und Form dieses Gehäuses.

Der HDD-Formfaktor bestimmt die Kompatibilität mit den Laufwerkschächten von Desktop- und tragbaren Computern, Servern, Speichergehäusen oder anderen Verbraucherprodukten, die eine Festplatte verwenden. Industriestandards schreiben die Geometrie der HDD-Formfaktoren vor. Dazu gehören Länge, Breite und Höhe der HDD sowie Ausrichtung und Position des Host-Schnittstellenanschlusses.

Übliche HDD-Formfaktoren der Enterprise-Klasse sind der Small Form Factor (2,5 Zoll) und der Large Form Factor (3,5 Zoll), wobei die Abmessungen den ungefähren Durchmesser der Platte (n) in den Laufwerkgehäusen darstellen.

Während HDD-Gehäuse der Enterprise-Klasse normalerweise Standardlängen und -breiten aufweisen, kann die Höhe bei Gehäusen mit kleinem und großem Formfaktor bis zu 15 mm und 26,1 mm betragen.

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