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Festplatte

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Festplatte (englisch: hard disk drive) ist ein Speichermedium der Computer. Eine Festplatte speichert binäre Information auf die hartmagnetische Beschichtung der Oberfläche einer rotierenden Scheibe. Eine Festplatte kann eine oder mehrere übereinander liegende rotierende Scheiben besitzen. Produziert wurden Festplatten mit maximal zwölf Scheiben. Die Scheiben einer Festplatte besteht aus Aluminium oder Glas. Die Materialen besitzen keine magnetischen Eigenschaften und weisen eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf und dienen als Träger der Magnetschicht. Die Oberfläche den Scheiben besteht aus ungefähr einem Mikrometer Eisenoxid- oder Kobaltschicht. Die Materialen werden zusätzlich von einem Schutzfilm aus Graphit geschutzt. Die Speicherung der Information erfolgt uber die Remanenz und das Auslesen durch Abtastung.

Eine Festplatte (HDD), gemeinhin als eine Festplatte, Festplatte oder einem festen Laufwerk, ist ein nicht-flüchtigen Speicher speichert das Gerät digital codierten Daten auf Platten mit schnell rotierenden magnetischen Oberflächen. Streng genommen, "Laufwerk" bezieht sich auf ein Gerät unterscheidet sich von seinem Medium, z. B. ein Bandlaufwerk und seine Band oder ein Diskette nlaufwerk und seine Diskette . Early HDDs hatte Wechselmedien, aber ein HDD-heute ist in der Regel eine versiegelte Einheit (außer für eine gefilterte Entlüftungsloch zu entzerren Druckluft) mit festen Medien.

Eine Festplatte ist ein starr-Laufwerk, obwohl es wahrscheinlich nie als solche bezeichnet. Zum Vergleich, ein so genannter "Floppy " Laufwerk (mehr formal, ein Diskette nlaufwerk) hat eine CD ein, die flexibel ist. Ursprünglich bezeichnet der Begriff "schwer" war temporären Slang, ersetzen "hart" für die "starren", bevor diese Laufwerke haben eine etablierte und allseits vereinbarten Namen. Vor einiger Zeit, IBM firmeninterne Bezeichnung für ein HDD war "Datei".

HDDs (eingeführt im Jahr 1956 als Datenspeicher für einen IBM-Computer Rechnungslegung ) wurde ursprünglich entwickelt für die Verwendung mit Computern, siehe Geschichte der Festplattenlaufwerke.

Im 21. Jahrhundert, Anwendungen für HDDs erweitert haben über Computer auf digitale Video-Rekorder, digitale Audio-Player, Personal Digital Assistants, Digitalkameras und Video-Game-Konsolen. Im Jahr 2005 hat die ersten Handys auf Festplatten wurden von Samsung und Nokia. Die Notwendigkeit für große, zuverlässige Speicherung, unabhängig von einem bestimmten Gerät, führte zu der Einführung von Konfigurationen wie RAID-Arrays, Network-Attached Storage ( NAS-Systeme) und Storage Area Network (SAN)-Systeme, die leistungsfähigen und zuverlässigen Zugang zu großen Datenmengen.

HDDs Daten von ferromagnetischen Materialien magnetisierend Richtungen, zu vertreten entweder eine 0 oder eine 1 Binärziffer. Sie lesen die Daten zurück durch die Erkennung der Magnetisierung des Materials. Ein typisches HDD-Design besteht aus einer Spindel, welches eine oder mehrere flache runde Scheiben Platten genannt, auf dem die Daten aufgezeichnet. Die Platten sind aus einem nicht-magnetischen Materialien, die in der Regel Aluminium-Legierung oder Glas, und sind mit einer dünnen Schicht des magnetischen Materials. ältere Festplatten verwendet, Eisen (III)-oxid, wie die magnetischen Material, sondern verwenden Sie einen aktuellen Festplatten-basierte Cobalt-Legierung.

Die Platten sind gesponnen bei sehr hohen Geschwindigkeiten (Einzelheiten folgen). Information ist zu einem Plattenteller dreht sich, wie es früher genannt Geräte lesen-und-schreiben, Köpfe, die über ganz in der Nähe (Dutzend Nanometer und neue Laufwerke) über die magnetische Oberfläche. Die Lese-und Schreibzugriff Kopf dient zum Erkennen und Bearbeiten der Magnetisierung des Materials sofort unter. Es ist ein Stück für jeden Teller magnetischen Oberfläche, auf der Spindel, montiert auf einem gemeinsamen Arm. Ein Antrieb Arm (oder Zugang Arm) bewegt sich der Kopf auf einem Bogen (ca. radial) in den Platten, wie sie drehen, so dass jeder Zugang zu Kopf fast die gesamte Oberfläche der Platte, da sie dreht. Der Arm wird mit einer Stimme Coil Antrieb oder (bei älteren Designs) ein Stepper Motor. Stepper-Motoren wurden außerhalb der Kopf-Disk-Kammer-und Voice-Coil voraus-Laufwerke. Die letzteren, für eine Weile, hatte eine ähnliche Struktur, die von einem Lautsprecher, die Spule und Leiter bewegt sich in einer geraden Linie, entlang eines Radius der Platten. Die heutige Struktur unterscheidet sich in mehrfacher Hinsicht aus, dass der älteren Voice-Coil-Laufwerke, aber die gleichen Interaktion zwischen Spule und das Magnetfeld immer noch gilt, und der Begriff ist nach wie vor verwendet werden.

ältere Laufwerke lesen, die Daten auf dem Plattenteller von Sensoren die Geschwindigkeit des Wandels der Magnetismus in den Kopf, diese Köpfe hatten kleine Rollen, und arbeitete (im PrinZip) wie Magnetresonanz-Cassette Wiedergabe Köpfe, die aber nicht in Kontakt mit der Oberfläche der Aufnahme. Da die Daten Dichte erhöht, Leseköpfe mit Magnetwiderstand (MR) kam zum Einsatz, die den elektrischen Widerstand des Leiters verändert je nach Stärke des Magnetismus aus dem Plattenteller. Später Entwicklung, die Nutzung der Spintronik, und diese Köpfe, die magnetoresistive Effekt war vergleichsweise groß, daß im Vergleich zu der früheren Typen, und wurde der "Riese" Magnetwiderstand (GMR) referreing dem Grad der Wirkung, nicht die physische Größe; die Leiter selbst Sind extrem klein, zu klein, um zu sehen, ohne ein Mikroskop. GMR-Leseköpfe sind heute alltäglich. (Siehe Hinweis unten.)

HD-Köpfe werden von der Kontaktaufnahme mit dem Plattenteller Oberfläche durch die Luft, ist sehr nah an den Plattenteller, dass die Luft bewegt sich auf oder nahe bei den Plattenteller Geschwindigkeit. Die Aufnahme-und Wiedergabe-Kopf montiert auf einem Block namens einen Schieberegler, und die Fläche neben dem Teller ist so geformt, bewahren Sie es gerade heraus Kontakt. Es ist eine Art von Luft-Lagers.

Die magnetischen Oberfläche der einzelnen Plattenteller ist konzeptionell gliedert sich in viele kleine Sub-Mikrometer-Größe magnetischen Regionen, von denen jeder für sich benutzt, um ein "single binary Einheit von Informationen. In der heutigen HDDs jedem dieser magnetischen Regionen besteht aus ein paar hundert magnetischen Körner. Jede Region bildet eine magnetische magnetischen Dipol, die eine sehr lokalisierte Magnetfeld in der Nähe. Der Kopf schreiben magnetisiert einer Region durch die Schaffung einer starken lokalen Magnetfeld in der Nähe. Early HDDs verwendet einen Elektromagneten beide diesem Gebiet zu generieren und zu lesen, die Daten mit Hilfe von elektromagnetischen Induktion. Spätere Versionen von induktiven Köpfe sind in der Metall-Gap (MIG) Köpfe und Thin Film Heads. In der heutigen Köpfe, die lesen und schreiben Elemente sind getrennte, aber in unmittelbarer Nähe auf den Kopf Teil eines Antriebs Arm. Die Lese-Element ist in der Regel Magneto-resistive schreiben, während das Element wird in der Regel Dünnschicht-induktive.

In der modernen Laufwerke, die geringe Größe der magnetischen Regionen schafft die Gefahr, dass ihre magnetischen Zustand verloren, weil der thermischen Effekte. Um dem entgegenzuwirken, die Platten sind beschichtet mit zwei parallelen magnetischen Schichten, getrennt durch einen 3-Atom-dicken Schicht der nicht-magnetischen Elements Ruthenium, und die beiden Schichten sind magnetisiert in die entgegengesetzte Ausrichtung, so verstärken sich gegenseitig. Ein weiteres Technologie, die zur überwindung von thermischen Effekte zu ermöglichen größere Aufnahme Dichten ist senkrecht Aufnahme, die verwendet wurde und wie viele Festplatten von 2007.

Siehe File System für Betriebssysteme wie Zugriff auf Daten auf Festplatten und anderen Speichermedien.

Kapazität und Zugriffsgeschwindigkeit

PC-Festplatte Kapazität (in GB). Die vertikale Achse ist logarithmisch, so dass die Zeile passen entspricht exponentiellen Wachstum. PC-Festplatte Kapazität (in GB). Die vertikale Achse ist logarithmisch, so dass die Zeile passen entspricht exponentiellen Wachstum.

Mit starren Platten-und Verschließmaschinen das Gerät erlaubt viel engere Toleranzen als in einem Diskette nlaufwerk. Folglich, Festplatten speichern können viel mehr Daten als Diskette n-Laufwerke und können den Zugang und übermittelt ihn schneller. Ab Januar 2008:

• * Ein typisches Desktop-HDD, speichern kann zwischen 120 und 300 GB Daten (basierend auf dem US-Markt-Daten), drehen bei 7200 Umdrehungen pro Minute (U / min) und die Medien haben eine übertragungsrate von 1 Gbit / s oder höher. (1 GB = 109 B; 1 Gbit / s = 109 Bit / s)
• * Die höchste Kapazität 1 TB HDDs sind.
• * Der schnellste "Unternehmen" HDDs Spin bei 10000 oder 15000 U / min und erreichen können sequentielle Medien Transfer Geschwindigkeiten über 1,6 Gbit / s Antriebe laufen auf 10000 oder 15000 U / min kleinere Platten, weil der Luft-und ziehen Sie es in der Regel eine geringere Kapazität Als der höchste Kapazität Desktop-Laufwerke.
• * Mobile, dh, Laptop-HDDs, die sich physisch kleiner als ihre Desktop-und Enterprise-Pendants, sind in der Regel langsamer und haben weniger Kapazität. Ein typisches mobile Festplatte dreht sich mit 5400 U / min, mit 7200 U / min Modelle für eine leichte Prämie Preis. Wegen der kleineren Festplatten, mobile Festplatten sind in der Regel niedriger als der höchste Kapazität Kapazität Desktop-Laufwerke.

Der exponentielle Anstieg der Speicherplatz und Daten zugreifen Geschwindigkeiten von HDDs haben es ermöglicht, die wirtschaftliche Lebensfähigkeit der Consumer-Produkte, die große Speicherkapazitäten, wie digitalen Videorecordern und digitalen Audio-Playern. Darüber hinaus ist die Verfügbarkeit von großen Mengen an billigen Lagerung Hat lebensfähigen einer Vielzahl von Web-basierten Diensten mit außergewöhnlichen Fähigkeiten, wie free-of-charge Web-und E-Mail-Suche (Google, Yahoo, etc.).

Die wichtigsten Wege zur Senkung der Zugang Zeit ist die Erhöhung der Drehzahl, während die wichtigste Art und Weise zu erhöhen Durchsatz und Speicherkapazität ist die Erhöhung der Dichte Areal. A Vice President von Seagate Technology Projekte ein zukünftiges Wachstum in den Disk-Dichte von 40% pro Jahr. Access Zeiten haben sich nicht mit den Durchsatz erhöht, die selbst noch nicht Schritt gehalten mit dem Wachstum der Speicherkapazität.

Ab 2007, einige Festplatten-Laufwerke nutzen senkrecht Aufnahme-Technologie zur Erhöhung der Dichte und der Aufnahme Durchsatz.

Die erste 3,5 "HDD vermarktet wie möglich zu speichern 1 TB war die Hitachi Deskstar 7K1000. Es enthält fünf Platten in etwa 200 GB pro Bereitstellung von 935,5 GiB Nutzfläche. Hitachi hat sich seither von Samsung (Samsung SpinPoint F1, Die 3 × 334 GB Platten), Seagate und Western Digital in den Markt 1 TB-Laufwerk.

Kapazität Messungen

Ein zerlegt und beschriftet 1997 Festplatte. Ein zerlegt und beschriftet 1997 Festplatte.

Die Kapazität einer Festplatte kann errechnet sich durch Multiplikation der Zahl der Zylinder durch die Anzahl der Köpfe durch die Anzahl der Sektoren durch die Anzahl der Bytes / Sektor (am häufigsten 512). Laufwerke mit ATA-Schnittstelle größer und mehr als acht Gigabyte verhalten, als wären sie strukturiert in 16383 Zylinder, 16 Köpfe und 63 Sektoren, für die Kompatibilität mit älteren Betriebssystemen. Anders als in den 1980er Jahren, die Zylinder, Kopf, Sektor (C / H / S) berichtet, zählt die CPU durch eine moderne ATA-Laufwerk nicht mehr tatsächlichen physikalischen Parameter, da die gemeldeten Zahlen sind durch historische Betriebssystem-Schnittstellen und mit etwas Zone Erfassung der tatsächlichen Anzahl der Sektoren je nach Zone. Festplatten mit SCSI-Interface-Adresse jedem Sektor mit einer einzigartigen integer; das Betriebssystem nach wie vor nichts von ihrem Kopf oder Zylinder count.

Die alte C / H / S System wurde ersetzt durch logische Block Addressing. In einigen Fällen, zu versuchen, "Kraft-Fit" der C / H / S-Systems zur großen Kapazität Laufwerke, die Anzahl der Köpfe war als 64, aber keine Festplatte hat irgendwo in der Nähe von 32 Platten.

Festplatte Hersteller angegeben Kapazität der Festplatte mit dem SI-Präfixe Mega-, Giga-und Tera-und ihre Abkürzungen M, G und T. Byte ist in der Regel abgekürzt B.

Einige Betriebssystem-Tools Bericht Kapazität mit der gleichen Abkürzungen, sondern tatsächlich binäre Präfixe verwenden. Zum Beispiel, die Vorsilbe Mega-, die in der Regel bedeutet, 106 (1000000), im Rahmen der Datenspeicherung kann bedeuten 220 (1048576), die fast 5% mehr. ähnliche Nutzung wurde bei Vorwahlen der Größenordnung größer. Dies führt zu einer Diskrepanz zwischen der Festplatte des Herstellers angegeben Kapazität und die scheinbare Kapazität des Laufwerks, wenn geprüft durch einige Betriebssystem-Tools. Der Unterschied wird noch stärker bemerkbar (7%) für ein Gigabyte. Zum Beispiel, Microsoft Windows Berichte Plattenkapazität in dezimal-basierten Einheiten zu 12 oder mehr signifikante Stellen und mit Binär-basierten Geräten auf drei signifikante Stellen. So eine Festplatte von einem Hersteller als Festplatte 30 GB Festplatte haben könnte seine Fähigkeit von Windows 2000 als "30065098568 bytes" und "28,0 GB". Der Hersteller der Festplatte verwendet die SI-Definition von "Giga", 109 zu erreichen, 30 GB, aber weil die Dienstprogramme, die von Windows definieren ein Gigabyte als 1073741824 Bytes (230 Bytes, die oft auch als gibibyte oder GiB), die Betriebs - System Berichte Kapazität der Festplatte als (nur) 28,0 GB.

Form Faktoren

• 5 ź "volle Höhe 110 MB Festplatte, 2 ˝" 8,5 mm 6495 MB HDD, USA / UK US-Cents für einen Vergleich
• 5 ź "volle Höhe 110 MB HDD, 2 ˝ "8,5 mm 6495 MB HDD, US / UK US-Cents für einen Vergleich
• Sechs-Festplatten mit 8 ", 5,25", 3,5 ", 2,5", 1,8 "und 1"-Festplatten, teilweise demontiert, um Platten-und Schreib-Lese-Köpfe, mit einem Lineal mit cm.
• Sechs-Festplatten mit 8 ", 5,25", 3,5 ", 2,5", 1,8 "und 1"-Festplatten, teilweise demontiert, um Platten-und Schreib-Lese-Köpfe, mit einem Lineal mit cm.

Die frühesten "-Form-Factor" Festplatten geerbt ihren Abmessungen von Floppy -Disk-Laufwerke (FDDs), so dass entweder könnte Chassis montiert und Slots, und somit die Form HDD Faktoren umgangssprachlich wurde benannt nach dem entsprechenden FDD-Typen. "Form-Faktor" Verträglichkeit nach der 3 ˝ in der Größe, obwohl Floppy -Laufwerken mit neuen kleineren Dimensionen nicht mehr angeboten werden.

* "8 Zoll" Laufwerk: (9,5 x 4,624 x 14,25 = 241,3 mm x 117,5 mm x 362 mm) In 1979, Shugart Associates' SA1000 war die erste Form-Factor-kompatibel HDD, mit den gleichen Abmessungen und einem kompatiblen Schnittstelle zu den 8 "FDD. Beide" voller Höhe "und" halber Höhe "(2,313) Versionen verfügbar waren.

* "5 ź-Zoll-" Laufwerk: (5,75 x 1,63 x 8 = 146,1 mm x 41,4 mm x 203 mm) Diese kleinere Form Factor, die bei einer ersten Festplatte von Seagate im Jahre 1980, war die gleiche Größe wie die volle Höhe 5 ź-Zoll-Durchmesser FDD, dh 3,25 cm hoch. Dies ist doppelt so hoch wie heute üblichen, dh 1,63 = 41,4 mm ( "halber Höhe"). Die meisten Desktop-Modelle von Antrieben für 120 mm optische Laufwerke (DVD, CD) für die Nutzung der halben Höhe 5 ź "Dimension, aber es fiel aus der Mode für HDDs. Die Quantum" Bigfoot "HDD war der letzte, der sie in den späten 1990er Jahren, mit "Low-profile" (~ 25 mm) und die "ultra-low-profile" (~ 20 mm) hoch-Versionen.

* "3 ˝-Zoll-" Laufwerk: (4 x 1 x 5,75 = 101,6 mm x 25,4 mm x 146 mm) Diese kleinere Form Factor, die bei einer ersten HDD von Rodime und 1984, war die gleiche Größe wie die "halbe Höhe" 3 ˝ FDD, dh 1,63 cm hoch. Heute wurde weitgehend ersetzt durch 1-Zoll hohe "schlanke" oder "low-profile"-Versionen dieser Form Faktor, der wird von den meisten Desktop-Festplatten.

* "2 ˝-Zoll-" Laufwerk: (2,75 x 0,374 x 3,945 = 69,85 mm x 9,5 mm x 100 mm) Diese kleineren Form-Factor wurde durch PrairieTek in 1988, es gibt keine entsprechende FDD. Es ist heute für die weit verbreitete Hard-Disk-Laufwerke und mobile Geräte (Laptops, Musik-Player, etc.). Heute ist das beherrschende Höhe dieser Form Faktor ist 9,5 mm, aber es gab auch 19 mm, 17 mm und 12,5 mm hoch-Varianten im Einsatz.

* "1,8 Zoll"-Laufwerk: (54 mm × 8 mm × 71 mm) Diese Form Factor, ursprünglich von Integral Peripherie im Jahr 1993, hat sich zu einem der ATA-7 LIF mit Maßen wie angegeben. Es wird zunehmend genutzt, in der digitalen Audio-Playern und Subnotebooks. Eine originelle Variante existiert für 2-5 GB großen Festplatten passen, dass direkt in eine PC-Card-Steckplatz.

* "1 Zoll" Laufwerk: (42,8 mm × 5 mm × 36,4 mm) Diese Form Faktor wurde in 1999 als IBM Microdrive passt in eine CF Typ II Steckplatz. Samsung ruft die gleiche Form-Faktor "1,3 Zoll"-Laufwerk in seiner Produkt-Literatur.

* "0,85 Zoll" Laufwerk: (24 mm × 5 mm × 32 mm) Toshiba kündigte diese Form Faktor im Januar 2004 für den Einsatz in Handys und ähnliche Anwendungen, einschließlich der SD / MMC-Slot kompatibel HDDs optimiert für die Speicherung auf Video-4G-Handys. Toshiba verkauft derzeit eine 4 GB (MK4001MTD) und 8 GB (MK8003MTD) Version [4] und hält den Guinness-Buch der Rekorde für das kleinste Harddisk-Laufwerk.

Bedeutende Hersteller Discontinued die Entwicklung neuer Produkte für den 1-Zoll-(= 1,3 Zoll) und 0,85-Zoll-Formfaktor in 2007, aufgrund der sinkenden Preise für Flash-Speicher [28], obwohl Samsung in 2008 mit den anderen 1,3 SpinPoint A1 - Zoll-Laufwerk.

Die Zoll-basierte Spitznamen alle diese Faktoren bilden normalerweise nicht auf ein Produkt tatsächliche Dimension (die für die jüngere Form Faktoren, die in Millimeter), aber nur etwa auf eine Größe im Verhältnis zum Durchmesser der Festplatte, im Interesse der historischen Kontinuität.

Andere Merkmale

Kapazität einer Festplatte wird üblicherweise in Gigabyte. ältere HDDs zitiert ihre kleineren Kapazitäten in Megabyte.

Der Datentransfer-Rate in der inneren Zone reicht von 44,2 MB / s bis zu 74,5 MB / s, während die übertragungsrate in der äußeren Zone reicht von 74,0 MB / s auf 111,4 MB / s. Ein HDD's random access Zeit reicht von 5 ms bis 15 ms.

Access und Schnittstellen

Festplatten-Laufwerke sind mehr als eine von mehreren Bus-Typen, einschließlich Parallel ATA (PATA, auch als IDE-oder EIDE), Serial ATA (SATA), SCSI-, Serial Attached SCSI (SAS) und Fibre Channel. Bridge-Schaltung ist manchmal verwendet, um eine Verbindung Festplattenlaufwerke zu Bussen, dass sie nicht mit nativ, wie IEEE 1394 und USB.

Zurück in den Tagen der ST-506-Schnittstelle, die Daten Codierungsschema war auch wichtig. Die erste ST-506-Festplatten verwendet Modified Frequency Modulation (MFM) Codierung und übertragen Daten mit einer Rate von 5 Megabit pro Sekunde. Später, mit 2,7 RLL-Controller (oder nur "RLL)-Codierung erhöht die übertragungsrate von 50% auf 7,5 Megabit pro Sekunde; dies auch erhöhte Kapazität der Festplatte von fünfzig Prozent.

Viele ST-506-Schnittstelle Laufwerke waren nur durch den Hersteller, laufen am unteren MFM Datenrate, während andere Modelle (in der Regel teurer Versionen der gleichen grundlegenden Laufwerk) spezifiziert wurden, um in den höheren Datenrate RLL. In einigen Fällen ist eine Festplatte hatte genügend Spielraum, damit die MFM-Modell spezifiziert, um schneller auf die RLL Datenrate, aber dies war oft unzuverlässig und wurde nicht empfohlen. (Ein RLL-zertifiziert Laufwerk könnte auf einem MFM-Controller, sondern mit 1 / 3 weniger Daten Kapazität und Geschwindigkeit.)

Enhanced Small Disk Interface (ESDI) unterstützt auch mehrere Datenraten (ESDI-Festplatten immer RLL 2,7, sondern bei 10, 15 oder 20 Megabit pro Sekunde), aber dies war meist ausgehandelt automatisch von der Festplatte und Controller, die meisten der Zeit, aber 15 oder 20 Megabit ESDI-Laufwerke wurden nicht abwärtskompatibel (dh eine 15 oder 20 Megabit-Laufwerk würde nicht auf einem 10 Mbit-Controller). ESDI-Laufwerke der Regel hatte auch Jumper zu setzen ist die Anzahl der Sektoren pro Spur und (in einigen Fällen) Sektor Größe.

SCSI hatte ursprünglich nur eine Geschwindigkeit, 5 MHz (für eine maximale Datenrate von fünf Megabyte pro Sekunde), aber später wurde drastisch erhöht. Der SCSI-Bus-Geschwindigkeit hatte keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit der internen Festplatte, weil die Pufferung zwischen den SCSI-Bus und das Laufwerk die internen Daten-Bus, aber viele frühe Laufwerke hatten sehr kleine Puffer, und so musste neu formatiert werden, um eine andere Interleaving (nur Wie ST-506-Festplatten), wenn auch auf langsamen Rechnern, wie zum Beispiel IBM-kompatible PC-und Apple Macintosh-Computern früh.

ATA-Festplatten haben normalerweise keine Probleme mit Interleaving oder Daten bewerten, die aufgrund ihrer Controller-Design, aber viele frühe Modelle sind nicht miteinander kompatibel sind und nicht in einem Master-Slave-Konfiguration (zwei Festplatten auf dem gleichen Kabel). Dies wurde behoben meist in der Mitte der 1990er Jahre, als die ATA-Spezifikation wurde standardisiert und die Einzelheiten begann gereinigt werden, aber trotzdem gelegentlich Probleme (vor allem mit CD-ROM und DVD-ROM-Laufwerke, und als Misch-Ultra-DMA-und Non-UDMA Geräte).

Serial ATA hat sich mit Master / Slave-Setups vollständig, wobei jede Platte am eigenen Kanal (mit seinen eigenen Satz von I / O-Ports) statt.

FireWire / IEEE 1394 und USB (1.0/2.0) HDDs sind externe Geräte, die meist ATA oder SCSI-Festplatten mit Anschlüssen auf der Rückseite ermöglicht sehr einfache und effektive Erweiterung und Mobilität. Die meisten FireWire / IEEE 1394-Modelle sind in der Lage, Daisy-Chain, um weiter hinzufügen Peripheriegeräte, ohne dass zusätzliche Ports auf dem Rechner selber.

Disk-Schnittstelle Familien in der Personal-Computer

Notable Familien auf der Festplatte Schnittstellen umfassen:

* Historische Bit serielle Schnittstellen - mit einem Festplattenlaufwerk-Controller mit drei Leitungen, eine für Daten, eine für die Kontroll-und eine für die Macht. Die HDD-Controller bedeutende Funktionen wie serielle parallel zur Konvertierung, Daten-und Track-Trennung und-formatierung und erforderliche Anpassung an das Laufwerk, um die Zuverlässigkeit.

ST506 über die verwendete MFM (Modified Frequency Modulation) für die Daten-Kodierung Methode.

O ST412 verfügbar war entweder MFM oder RLL (Run Length Limited) Varianten.

O Enhanced Small Disk Interface (ESDI) wurde eine Schnittstelle entwickelt von Maxtor, damit eine schnellere Kommunikation zwischen dem PC und der Festplatte als MFM oder RLL.

* Moderne Bit serielle Schnittstellen - Verbindung zu einem Host-Bus-Adapter (heute typischerweise in der "Süd-Brücke") mit zwei Leitungen, eine für die Daten / Kontroll-und eine für die Macht.

über Fibre-Channel-(FC), ist ein Nachfolger zu parallelen SCSI-Schnittstelle in der Unternehmens-Markt. Es handelt sich um ein serielles Protokoll. In Laufwerke in der Regel die Fibre-Channel-Arbitrated Loop (FC-AL) Topologie-Verbindung verwendet wird. FC hat viel breitere Nutzung als reine Disk-Schnittstellen, es ist der Grundstein für Storage Area Networks (SANs). Kürzlich anderen Protokollen für diesen Bereich, wie iSCSI-und ATA-over-Ethernet entwickelt worden sein. Verwechselbar, Laufwerke verwenden gewöhnlich Kupfer Twisted-Pair-Kabel für Fibre Channel, nicht Faseroptik. Letztere sind traditionell reserviert für größere Geräte wie Server oder Disk-Array-Controller.

über Serial ATA (SATA). Die SATA-Daten-Kabel hat ein paar Daten für differentielle übertragung von Daten auf das Gerät, und ein Paar für differentielle erhalten Sie das Gerät aus, wie EIA-422. Das erfordert, dass die Daten seriell übertragen werden. Das gleiche Differential Signaling System wird in RS485, LocalTalk, USB, Firewire, SCSI und Differential.

über Serial Attached SCSI (SAS). Die SAS ist eine neue Generation seriellen Kommunikations-Protokoll für die Geräte so konZipiert, dass er für viel höherer Geschwindigkeit überträgt Daten und ist kompatibel mit SATA. SAS verwendet die serielle Kommunikation statt der parallel in der traditionellen Methode gefunden SCSI-Geräte, aber immer noch SCSI-Befehle.

* Word serielle Schnittstellen - Verbindung zu einem Host-Bus-Adapter (heute typischerweise in der "Süd-Brücke") mit zwei Leitungen, eine für die Daten / Kontroll-und eine für die Macht. Die frühesten Versionen dieser Schnittstellen typischerweise eine parallele 16-Bit-Daten-Transfer zu / von der Festplatte, und es gibt 8-und 32-Bit-Varianten. Moderne Versionen haben die serielle Datenübertragung. Das Wort Art der Datenübertragung macht das Design einer Host-Bus-Adapter deutlich einfacher als die der Vorläufer-HDD-Controller.

O Integrated Drive Electronics (IDE), später umbenannt in ATA, und dann später zu PATA ( "Parallel ATA", um sie von der neuen Serial ATA). Der ursprüngliche Name spiegelt die innovative Integration von HDD-Controller mit Festplatte selbst, die nicht gefunden wurde in früheren Platten. Umzug der HDD-Controller aus der Interface-Karte auf die Festplatte geholfen zu standardisieren Schnittstellen, einschließlich der Verringerung der Kosten und Komplexität. Der 40-Pin IDE / ATA Anschluss von PATA-übertragungen von 16 Bit Daten gleichzeitig auf die Daten-Kabel. Die Daten-Kabel wurde ursprünglich 40 Dirigent, später aber eine höhere Geschwindigkeit für die Datenübertragung von und zu der Festplatte führte zu einem "Ultra-DMA"-Modus, bekannt als UDMA, die benötigt ein 80 Dirigent Variante des gleichen Kabel, die andere Dirigenten, die Erdung notwendig, die für eine verstärkte High-Speed Signal-Qualität. Der 80-Pin-Schnittstelle für nur 39 Pins, die fehlenden Pin als Schlüssel zu verhindern, dass falsche Einfügung der Stecker auf eine Buchse unvereinbar, eine häufige Ursache von Festplatte und Controller beschädigen.

O EIDE war eine inoffizielle Update (von Western Digital) an die ursprüngliche IDE-Standard, mit dem Schlüssel wird die Verbesserung der Nutzung von Direct Memory Access (DMA) zur übertragung von Daten zwischen der Festplatte und dem Computer, ohne die Beteiligung der CPU, eine Verbesserung später , Die von der offiziellen ATA-Standards. Durch die direkte übertragung von Daten zwischen Speicher und Festplatte, DMA ist es nicht erforderlich, die CPU / Programm / Betriebssystem zu verlassen, andere Aufgaben im Leerlauf, während der Datentransfer stattfindet.

O Small Computer System Interface (SCSI), die ursprünglich für den Namen SASI Shugart Associates System Interface, war ein Wettbewerber von Anfang ESDI. SCSI-Festplatten wurden auf Standard-Servern, Workstations und Apple Macintosh-Computer durch die Mitte der 90er Jahre, mit der Zeit die meisten Modelle war der übergang auf IDE (und später, SATA)-Festplatten-Familie. Nur im Jahr 2005 war die Kapazität der SCSI-Festplatten IDE-Festplatte zurückbleiben, wenn die höchste Performance-Festplatten sind noch erhältlich in SCSI-und Fibre-Channel. Die Länge Einschränkungen der Daten-Kabel können für externe SCSI-Geräte. Ursprünglich SCSI-Kabel Daten verwendet single-ended Datenübertragung, sondern Klasse SCSI-Server nutzen könnten differentielle übertragung, entweder Niederspannungs-Differential (LVD) oder High Voltage Differential (HVD).

Die Integrität

Aufgrund der sehr engen Abstand zwischen den Leitern und Oberfläche der Scheibe, jegliche Verunreinigung der Schreib-Lese-Köpfe oder Platten kann dazu führen, dass ein Crash-Kopf - ein Ausfall der Festplatte, in dem der Kopf kratzt über den Plattenteller Oberfläche, die oft die Schleifen entfernt Dünnen magnetischen Film-und Datenverlust verursachen. Leiter Abstürze können durch elektronische Versäumnis, einen plötzlichen Stromausfall, körperliche Schock, Verschleiß, Korrosion oder schlecht hergestellten Platten und Köpfe.

Die HDD's Spindel System beruht auf Druck der Luft im Inneren des Gehäuses, um die Köpfe auf ihre richtige Höhe fliegen, während die Festplatte dreht. Eine Festplatte benötigt eine bestimmte Reihe von Belastungen in der Luft, um zu funktionieren. Die Verbindung zu den externen Umwelt-und Druck erfolgt durch ein kleines Loch in das Gehäuse (ca. 0,5 mm Durchmesser), die in der Regel mit einer Kohlenstoff-Filter auf der Innenseite (die Verschnaufpause Filter, siehe unten). Wenn der Luftdruck zu niedrig ist, dann gibt es nicht genügend Auftrieb für die fliegenden Kopf, so dass der Kopf wird zu nahe an der Scheibe, und es besteht die Gefahr einer Kopf-Abstürze und Datenverluste. Speziell hergestellt versiegelt und Druck-Diskette n sind notwendig, um zuverlässige High-altitude Betrieb, vor über 3000 m (10000 Fuß). Beachten Sie, dass moderne kommerzielle Flugzeuge haben eine Hochdruck-Kabine, deren Höhe Druck normalerweise nicht mehr als 2600 m (8500 Fuß) - so, normale Festplatten können verwendet werden, die im Flug. Moderne Festplatten sind Temperatursensoren und stellen ihren Betrieb an die Betriebsumgebung. Breather Löcher kann man auf allen Platten - sie haben in der Regel einen Aufkleber neben ihnen, Warnungen an die Benutzer nicht zur Deckung der Löcher. Die Luft in der Betriebs-Festplatte ist ständig in Bewegung zu, die in Bewegung fegte durch die Reibung mit den Platten drehen. Diese Luft durchläuft eine interne Rezirkulation (oder "recirc") Filter zu entfernen, übrig gebliebene Schadstoffe aus Herstellung, die alle Partikel oder Chemikalien, die möglicherweise irgendwie in das Gehäuse, und alle Teilchen oder Ausgasung generiert intern in den normalen Betrieb. Sehr hohe Luftfeuchtigkeit für längere Zeiträume können korrodieren die Köpfe und Platten.

Für Riese magnetoresistive (GMR) heads insbesondere eine untergeordnete Kopf Absturz von Kontamination (dh nicht von der magnetischen Oberfläche der Platte) noch Ergebnisse in den Kopf vorübergehend überhitzung, aufgrund der Reibung mit dem Disk-Oberfläche und können die Daten unlesbar machen Für eine kurze Zeit, bis der Kopf Temperatur stabilisiert (so genannte "thermische Schroffheit," ein Problem, das behandelt werden kann teilweise durch ordnungsgemäße elektronische Filterung des Signals lesen).

Die Festplatte's Elektronik Kontrolle der Bewegung des Antriebs und der Rotation der Festplatte, und führen Sie liest und schreibt auf Nachfrage aus dem Festplatten-Controller. Moderne Festplatte Firmware ist in der Lage, Scheduling effizient liest und schreibt auf der Plattenoberfläche und remapping Sektoren der Medien, die es versäumt haben.

Landing Zone und load / unload Technologie

Die meisten HDDs Macht verhindern, dass das Ausschalten von Unterbrechungen fahren mit ihren Köpfen Landung in der Zone die Daten entweder durch Verschieben der Leiter der Landung zu einer Zone oder Entladen (dh, load / unload) die Köpfe.

Eine Landung Zone ist ein Bereich, der den Plattenteller der Regel in der Nähe der Innendurchmesser (ID), wo keine Daten gespeichert werden. Dieser Bereich wird als Kontakt Start / Stop (CSS) Zone. Festplatten sind so konstruiert, dass entweder eine Feder oder, in jüngerer Zeit, rotierende Platten Trägheit in den Park wird verwendet, um die Köpfe in den Fall einer unerwarteten Stromausfall. In diesem Fall wird der Spindelmotor vorübergehend fungiert als Generator, der die Stromversorgung des Antriebs.

Federspannung aus dem Kopf Montage ständig drückt die Köpfe auf den Plattenteller. Während sich die Festplatte dreht, die Köpfe werden unterstützt durch eine Luft-und Erfahrungsaustausch mit keinen physischen Kontakt oder Verschleiß. In den Schiebereglern CSS-Laufwerke mit dem Kopf Sensoren (oft auch nur Köpfe genannt) sind für das überleben einer Reihe von Landungen und Starts aus der Medien-Oberfläche, obwohl Verschleiß auf diesen mikroskopischen Komponenten schließlich seinen Tribut. Die meisten Hersteller von Design die Schieberegler, um zu überleben 50000 Kontakt Zyklen, bevor die Möglichkeit von Schäden beim Start über 50% steigt. Allerdings ist die Abklingrate ist nicht linear: wenn eine Festplatte ist jünger und hat weniger Start-Stop-Zyklen, sie hat eine bessere Chance auf überleben in der nächsten Start als eine ältere, höhere Kilometerleistung-Festplatte (wie buchstäblich den Kopf zieht entlang der Festplatte Oberfläche, bis die Luft Lager ansässig ist). Zum Beispiel, die Seagate Barracuda 7200,10 Reihe von Desktop-Festplatten sind bewertet zu 50000 Start-Stop-Zyklen. Dies bedeutet, dass keine Ausfälle zurückzuführen auf den Kopf-Plattenteller-Schnittstelle waren vor mindestens 50000 Start-Stop-Zyklen während der Testphase.

Etwa 1995 IBM-Technologie eine Vorreiterrolle ein, wo eine Landung Zone auf der Festplatte, die von einem Präzisions-Laser-Verfahren (Laser-Zone Texture = LZT) produziert eine Reihe von glatten Nanometer-Maßstab "bumps" in der Zone der Landung, damit eine stark verbesserte Leistung und Verschleiß stiction . Diese Technologie ist nach wie vor weitgehend in Nutzung heute (2007), vor allem in Desktop-und Enterprise-(3,5 Zoll)-Laufwerke. In der Regel, CSS-Technologie kann zu einer erhöhten Neigung stiction (die Tendenz für die Köpfe, an den Plattenteller Oberfläche), zB Als Folge der erhöhten Luftfeuchtigkeit. übermäßige stiction kann dazu führen, dass körperliche Schäden an den Plattenteller und Schieberegler oder Spindelmotor.

Laden / Unladen-Technologie beruht auf dem Kopf, hob die Platten in einem sicheren Ort, wodurch die Gefahr von Verschleiß und insgesamt stiction. Die erste HDD RAMAC und die meisten frühen Laufwerke verwendet komplexe Mechanismen zur Be-und Entladen der Köpfe. Moderne Festplatten verwenden Rampe Laden, der erstmals von Memorex in 1967 [30], load / unload auf Kunststoff "Rampen" in der Nähe von den äußeren Rand der Festplatte.

Alle HDDs heute noch verwenden Sie eine der beiden Technologien. Jeder hat eine Liste mit Vor-und Nachteile in Bezug auf Verlust von Storage Area auf der Festplatte, die relative Schwierigkeit der mechanischen Toleranz, Kosten für die Umsetzung, etc.

Addressing Schock Robustheit, IBM auch eine Technologie für die ThinkPad-Linie der Laptop-Computer namens "Active Protection System. Bei einem plötzlichen, starken Bewegung wird von der eingebauten Beschleunigungsmesser in der Thinkpad, Leiter der internen Festplatte automatisch entladen sich zur Senkung des Risikos von eventuellen Datenverlust oder Null Fehler. Apple später auch genutzt diese Technologie in ihre PowerBook, iBook, MacBook Pro, MacBook, bekannt als die "Sudden Motion Sensor". Toshiba hat ähnliche Technologie in ihre Laptops.

Disk-Versagen und seine Messdaten

Die meisten großen Festplatte und Motherboard-Hersteller unterstützen nun Selbst-überwachung, Analyse und Reporting-Technologie (SMART), die versucht, Benutzer-Benachrichtigung zu anstehenden Ausfälle.

Allerdings sind nicht alle Ausfälle sind vorhersehbar. Normal nutzen können schließlich dazu führen, dass eine Aufschlüsselung in der Natur fragile Gerät, das es von wesentlicher Bedeutung für die Nutzer von Zeit zu Zeit eine Sicherungskopie der Daten auf einem separaten Speichermedium. Es nicht zu tun, kann dazu führen, dass der Verlust von Daten. Zwar kann es möglich sein, Informationen verloren gehen, ist es in der Regel ein äußerst kostspieliges Verfahren, und es ist nicht möglich, zu garantieren Erfolg. Eine 2007 veröffentlichte Studie von Google vorgeschlagen, nur sehr wenig Korrelation zwischen Ausfallraten und entweder hohe Temperatur oder Aktivität. Während einige SMART - Parameter haben einen Einfluss auf die Ausfall-Wahrscheinlichkeit, ein großer Teil der nicht-Laufwerke nicht produzieren prädiktive SMART Parameter. S.M.A.R.T. Parameter allein möglicherweise nicht nützlich für die Vorhersage von einzelnen Laufwerk Ausfälle.

SCSI, SAS und FC-Laufwerke sind in der Regel teurer und werden traditionell bei Servern und Disk-Arrays, während die kostengünstige ATA-und SATA-Laufwerke entwickelte sich in der Heim-Computer-Markt und wurden wahrgenommen werden weniger zuverlässig. Diese Unterscheidung ist nun zunehmend verschwimmen.

Die mittlere Zeit zwischen Ausfällen (MTBF) von SATA-Laufwerke ist in der Regel über 600000 Stunden (in manchen Laufwerken wie Western Digital Raptor haben 1,2 Millionen Stunden MTBF), während die SCSI-Laufwerke sind für aufwärts von 1,5 Millionen Stunden. Allerdings, Unabhängige Forschung deutet darauf hin, dass MTBF ist keine zuverlässige Schätzung des Antriebs Langlebigkeit. MTBF wird in Labor-und Test-Umgebungen Kammern und ist ein wichtiger Messwert zur Bestimmung der Qualität einer Festplatte, bevor es in der Serienproduktion. Sobald das Laufwerk Produkt ist in der Produktion, die mehr gültig [Bearbeiten] Metrik ist annualisiert Ausfall-Rate (AFR). AFR ist der prozentuale Anteil der realen Welt-Laufwerk Ausfällen nach der Auslieferung.

SAS-Laufwerke sind vergleichbar mit SCSI-Laufwerke mit hohen MTBF-und hohe Zuverlässigkeit.

Enterprise SATA-Laufwerke konZipiert und produziert für den Enterprise-Markt, im Gegensatz zu Standard-SATA-Laufwerke, die Zuverlässigkeit vergleichbar mit anderen Unternehmens-Klasse-Laufwerke.

Typischerweise Enterprise-Laufwerke (alle Enterprise-Laufwerke, einschließlich SCSI, SAS-, Unternehmens-und SATA-FC) Erfahrungsaustausch zwischen 0,70% -0,78% jährliche Ausfallraten von der gesamten installierten Laufwerke

Hersteller

Die technologischen Ressourcen und Know-how für moderne Antriebstechnik Entwicklung und Produktion bedeutet, dass ab 2007 mehr als 98% der Weltbevölkerung sind HDDs, hergestellt von der nur eine Handvoll von Großunternehmen: Seagate (jetzt besitzt die Maxtor), Western Digital, Samsung, Und Hitachi (die Eigentümer der ehemaligen Festplatte Fertigung Sparte von IBM). Fujitsu weiter zu machen Mobil-und Server-Festplatten, sondern verließen den Desktop-Markt im Jahr 2001. Toshiba ist ein bedeutender Hersteller von 2,5-Zoll-und 1,8-Zoll-Notebook-Festplatten. ExcelStor ist eine kleine HDD-Hersteller.

Dutzende von ehemaligen HDD-Hersteller haben aus dem Geschäft, verschmolzen, geschlossen oder ihre Divisionen HDD; als Kapazitäten und Nachfrage nach Produkten erhöht, Gewinne zu schwer zu finden, und auf dem Markt wurden erhebliche Konsolidierung in den späten 1980er und Ende der 1990er Jahre. Die ersten nennenswerten Schaden des Unternehmens in der PC-ära war Memories Computer Inc. oder CMI, nach einem Zwischenfall mit 20 MB AT fehlerhafte Festplatten im Jahr 1985, CMI Ruf nie wieder erholt, und sie verließen den HDD-Geschäfts in 1987. Ein weiterer bemerkenswerter MiniScribe Misserfolg war, die 1990 in Konkurs ging, nachdem er gefunden wurde, sie hätten sich in der Buchführung und Betrug aufgeblasenen Umsatz Zahlen für mehrere Jahre. Viele andere kleinere Unternehmen () 1993 1997, JTS und eine relative Nachzügler zu der Szene, Dauerte nur wenige Jahre vergangen, und wurde 1999, nach dem Versuch zur Herstellung von HDDs in Indien. Ihr Anspruch auf Ruhm war die Schaffung eines neuen 3 "-Form-Factor-Laufwerk für den Einsatz in Laptops. Quanten-und Integral investierte auch in den 3"-Form-Factor-, aber schließlich gab da diese Form Faktor nicht zu fangen. Rodime war auch Ein wichtiger Hersteller in den 1980er Jahren, aber die Diskette n nicht mehr in den frühen 1990er Jahren zwischen den shakeout und jetzt konzentriert sich auf die Technologie zu lizenzieren, sie halten eine Reihe von Patenten im Zusammenhang mit 3,5-Zoll-Form-Factor-Festplatten. Diese Liste ist nicht vollständig, Sie können helfen, indem sie den Ausbau.

Die Erfolgsquote bei Datenrettung von beschädigten oder defekten Festplattend auch bei Headrash liegt im Durchschnitt zwischen 70 und 99% je nach Hersteller und Schaden. Bei mechanischen Defekten Festplatten ( Festplattencrash ) wird die Datenrettung in Reinraum ( staubfreie Labor ) durchgeführt.