Eine Festplatte (englisch hard disk drive, kurz HDD) speichert Daten magnetisch auf rotierenden Scheiben. Sie ist bis heute der günstigste Speicher für große Datenmengen und steckt in PCs, Notebooks, externen USB-Gehäusen, NAS-Systemen und Servern. Die erste Festplatte baute IBM 1956 für den Rechner RAMAC 305: 50 Scheiben mit 61 cm Durchmesser für zusammen rund fünf Millionen Zeichen.
Aufbau
Eine Festplatte besteht aus zwei Teilen: dem geschlossenen Gehäuse mit der Mechanik (in der Werkstatt sagen wir „Hermoblock“) und der Platine mit der Steuerelektronik.
Scheiben (Platter). Eine oder mehrere Scheiben aus Aluminium oder Glas, beschichtet mit einer dünnen Magnetschicht aus einer Kobaltlegierung (bei alten Laufwerken Eisenoxid). Darüber liegt eine Schutzschicht aus Kohlenstoff. Die Scheiben drehen sich mit 4.200 bis 15.000 U/min. Es gab Festplatten mit bis zu zwölf Scheiben; heute haben 3,5-Zoll-Laufwerke meist zwei bis zehn, Helium-Laufwerke bis zu elf.
Schreib-/Leseköpfe. Für jede Scheibenseite gibt es einen Kopf. Die Köpfe sitzen an einem gemeinsamen Arm, dem Kopfblock, und werden von einem Schwingspulenantrieb (voice coil) bewegt. Sie berühren die Scheibe nicht, sondern gleiten auf einem Luftpolster, das die Drehung erzeugt. Der Abstand beträgt bei aktuellen Laufwerken wenige Nanometer. Zum Vergleich: Ein Fingerabdruck ist etwa 4.000 Nanometer hoch. Bei 7.200 U/min und 40 mm Radius bewegt sich die Scheibe unter dem Kopf mit rund 108 km/h.
Lese- und Schreibelement. Geschrieben wird mit einem winzigen Elektromagneten. Gelesen wird heute mit magnetoresistiven Sensoren (GMR, TMR), deren Widerstand sich mit dem Magnetfeld der Scheibe ändert. Schreib- und Leseelement sitzen nebeneinander und liegen deshalb leicht versetzt auf verschiedenen Spuren. Das gleicht die Firmware mit laufwerksindividuellen Werten aus.
Parkposition. Beim Ausschalten fahren die Köpfe auf eine Rampe aus Kunststoff am Rand der Scheiben (bei älteren 3,5-Zoll-Laufwerken in eine Landezone innen auf der Scheibe).
Motor und Lager. Ein Spindelmotor mit Flüssigkeitslager dreht die Scheiben. Ein festgefressener Motor oder Köpfe, die auf der Scheibe kleben, verhindern den Anlauf: Das Laufwerk summt oder piept.
Platine. Auf der Platine sitzen Controller, Cache, Motor- und Kopftreiber und ein ROM-Baustein mit dem Startprogramm der Firmware. Bei aktuellen Laufwerken stehen im ROM auch laufwerksindividuelle Kalibrierdaten (Adaptive). Deshalb funktioniert eine baugleiche Platine ohne Übertragung dieser Daten nicht.
Firmware und Service-Bereich
Eine Festplatte ist im Prinzip ein kleiner Computer mit Prozessor, Arbeitsspeicher und eigenem Betriebssystem, der Firmware (auch Microcode). Ein Teil davon liegt im ROM auf der Platine, der größere Teil in einem reservierten Bereich auf den Scheiben, dem Service-Bereich. Dort stehen unter anderem die Liste der defekten Sektoren, die Übersetzungstabelle (Translator), die Kopfzuordnung, Kalibrierwerte und die SMART-Protokolle. Beim Einschalten lädt das Laufwerk diese Module mit den Köpfen von den Scheiben. Erst danach meldet es sich beim Computer.
Ist ein Modul beschädigt oder kann ein Kopf es nicht lesen, startet die Festplatte nicht richtig: Sie wird nicht erkannt, meldet einen falschen Namen, 0 GB oder eine falsche Kapazität. Mehr dazu im Fehlerbild SMR-Translator.
Bauformen und Schnittstellen
| Bauform | Typischer Einsatz |
|---|---|
| 3,5 Zoll | Desktop-PC, NAS, Server, externe Festplatten mit Netzteil |
| 2,5 Zoll | Notebooks, externe USB-Festplatten ohne Netzteil, Server (SAS) |
| 1,8 Zoll und kleiner | ältere Mini-Notebooks, MP3-Player, Kameras |
Schnittstellen waren und sind: MFM/RLL und ESDI (1980er), IDE/PATA, SCSI, SATA, SAS und bei externen Festplatten USB, oft direkt auf der Laufwerksplatine. Aufgezeichnet wird heute entweder konventionell (CMR) oder mit überlappenden Spuren (SMR). Große Laufwerke sind mit Helium gefüllt.
Hersteller
Von Dutzenden Herstellern der 1980er und 1990er Jahre sind nur drei geblieben: Seagate (übernahm u. a. Conner, Maxtor und die Festplattensparte von Samsung), Western Digital (übernahm HGST, früher Hitachi und davor IBM) und Toshiba (übernahm die 2,5-Zoll-Sparte von Fujitsu). Quantum, Fujitsu, Maxtor, Samsung, IBM und viele andere gibt es als Festplattenhersteller nicht mehr. Ihre Laufwerke landen trotzdem regelmäßig bei uns im Labor. Welche Familie in Ihrem Laufwerk steckt, zeigt der Laufwerk-Finder.
Typische Defekte aus Sicht des Labors
- Kopfschaden: Klacken, Piepen, Anlaufen und Abschalten. Häufigste Ursache sind Stöße und Stürze im Betrieb. Siehe Kopfdefekt.
- Firmware- und Translator-Fehler: Das Laufwerk läuft ruhig, wird aber nicht oder falsch erkannt.
- Platine: Kurzschluss durch falsches Netzteil, abgebrochene USB-Buchse, durchgebrannte Schutzdioden.
- Schwache Köpfe und Oberflächenfehler: Das Laufwerk wird immer langsamer, Kopieren bricht ab.
- Motor: festgefressenes Lager oder auf der Scheibe klebende Köpfe.
Was Sie bei einem Defekt tun sollten
Schalten Sie die Festplatte nicht immer wieder ein, öffnen Sie sie nicht und tauschen Sie die Platine nicht. Jeder Startversuch mit beschädigtem Kopf kann die Oberfläche zerkratzen. Bei mechanischen Schäden öffnen wir das Laufwerk im Reinraum und tauschen die Köpfe gegen passende Spenderteile. Mehr dazu: Datenrettung Festplatte.