Festplatte

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Speichermedium
Allgemeines
Name	Hard Disk Drive
Abkürzung	HDD
Typ	magnetisch
Ursprung
Erfindungsjahr	1956
Erfinder	IBM
Daten
Größe	3,5″, 2,5″, 1,8″, 1,0″ oder 0,85″ (0,85″ z. Z. nur von Toshiba)
Gewicht	ca. 0,6 kg (3,5″)
Drehzahl	bis zu 15.000 min−1
Speicherkapazität	bis zu 1'000 GB (Stand: 01.2007)
Puffergröße	bis zu 32 MB (Stand: 01.2007)
Schnellste Übertragungsrate	ca. 120 MB/s (Server-Festplatten mit Perpendicular Recording)
Minimale Betriebstemperatur (typ.)	5 °C
Maximale Betriebstemperatur (typ.)	60 °C
Minimale Luftfeuchtigkeit	ca. 5 %
Maximale Luftfeuchtigkeit	ca. 95 %
Lebensdauer	mehrere Jahre (hängt von vielen Faktoren ab – durchschnittlich 5–8 Jahre)

Eine Festplatte (engl. hard disk drive = HDD) ist ein ferro-magnetisches Speichermedium der Computertechnik, welches binäre Daten auf die Oberfläche einer rotierenden Scheibe schreibt. Dazu wird die hartmagnetische Beschichtung der rotierenden Plattenoberfläche entsprechend der aufzuzeichnenden Information magnetisiert. Durch die Remanenz erfolgt die Speicherung der Information. Das Auslesen der Information erfolgt durch Abtastung der Magnetisierung der Plattenoberfläche mittels des Lesekopfes.

Im Gegensatz zu Disketten (Floppy Disks) bestehen die Scheiben von Festplatten aus starrem Material.

Auf einer Festplatte können beliebige Dateien, z. B. die des Betriebssystems, der Anwendungsprogramme oder persönlicher Daten (Dokumente, Videos, Musik, Bilder) dauerhaft gespeichert werden.

In Abgrenzung zu sequentiell adressierbaren Speichermedien wie Magnetband oder Lochstreifen werden Festplatten den direktadressierbaren Speichermedien (engl. direct access storage devices, DASD) zugerechnet, da auf die Daten direkt zugegriffen werden kann (Vergleich: Tonband ↔ Schallplatte).

Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeine technische Daten 1.1 Speicherkapazität 1.2 Baugrößen 1.2.1 Überblick über die Speicherkapazitäten der verschiedenen Baugrößen 2 Aufbau und Funktion 2.1 Physikalischer Aufbau der Einheit 2.1.1 Technischer Aufbau und Material der Scheiben 2.1.2 Achsen-Lagerung und Drehzahlen (U/min) 2.1.3 Die Schreib-Lesekopfeinheit 2.1.4 Festplatten-Gehäuse 2.2 Speichern (Schreiben) und Lesen der Daten 2.2.1 Logischer Aufbau der Scheiben 2.2.2 Partitionen als Laufwerke 2.3 Technische Neuerungen 3 Schnittstellen, Bussystem und Jumperung 3.1 Jumper an der Festplatte 3.1.1 ATA (IDE) 3.1.2 SCSI 3.2 S-ATA (SATA) löst den IDE-Bus ab 3.3 Queuing im SCSI- und S-ATA-Datentransfer 3.4 FireWire und USB als Schnittstellen für externe Laufwerke 3.5 Fibre-Channel-Interface 3.6 Serial Attached SCSI 3.7 Vorläufer der seriellen High-Speed-Schnittstellen 4 Datensicherheit 4.1 Ausfallrisiken und Lebensdauer 4.2 Vorbeugende Maßnahmen 4.3 Datenschutz 4.4 Langzeitarchivierung 5 Geschichte 5.1 Chronologische Übersicht 6 Siehe auch 7 Quellen 8 Weblinks

Allgemeine technische Daten

Speicherkapazität

Die Speicherkapazität einer Festplatte ist die Gesamtzahl an Bits (0 oder 1), die durch den „Anwender“ (gemeint ist dabei die ansteuernde Software, also meist das Betriebssystem bzw. dessen Gerätetreiber) angesprochen (adressiert) werden können. Diese Kapazität wird normalerweise in Byte (Oktetten, also in Vielfachen von 8 Bit) gemessen. Bei der Aufzeichnung erfolgt durch den (normalerweise im Festplattengehäuse eingebauten) Controller eine weitere Kodierung der Daten, weswegen kein unmittelbarer Zusammenhang zwischen den gespeicherten Daten und der daraus folgenden Magnetisierung der Plattenoberfläche besteht. Der Übersichtlichkeit halber wird die Anzahl Bits in Kilo-, Mega-, Giga- und Terabit bzw. -byte angegeben. Die heute üblichen Speicherkapazitäten werden meistens in Gigabyte (GB) angegeben.

Vor allem Festplattenhersteller definieren bei der Angabe der Kapazität ein Gigabyte als 1000³ Byte = 10⁹ Byte = 1.000.000.000 Byte, während Computerprogramme ein Gigabyte meist als 1024³ Byte = 2³⁰ Byte = 1.073.741.824 Byte behandeln. Mit den Binärpräfixen (Mebibyte, Gibibyte) versucht man, diese Doppeldeutigkeit zu vermeiden.

Wenn man die Kapazität einer Festplatte, die in Gigabyte (1000³ Byte = 10⁹ Byte) angegeben wurde, in Gibibyte (GiB, 1024³ Byte = 2³⁰ Byte) umrechnen möchte, so kann man folgenden Umrechnungsfaktor benutzen:

Beispiel:

Viele Computerprogramme zeigen die Kapazität in Einheiten mit binärem Präfix (z. B. Gibibyte) an, beschriften dies jedoch meist mit den traditionell benutzten Dezimalpräfixen (wie Gigabyte) bzw. deren Abkürzungen. Näheres zu dieser Problematik im Artikel „Binärpräfix“.

Im Januar 2007 kündigte Hitachi ein neues Modell für das erste Quartal 2007 an. Deren größtes Modell besitzt eine Kapazität von 1.000 GB (1 TByte) und stellt damit die größte momentan erhältliche Festplatte dar (Stand Januar 2007).

Baugrößen

Die physikalische Größe von Festplatten wird traditionell in Zoll angegeben und ist keine exakte Größenangabe, sondern ein Formfaktor. So sind beispielsweise 3,5″-Festplatten exakt 100 mm breit, was knapp 4 Zoll entspricht. Die Größe der Scheiben in diesem 100 mm breiten Gehäuse liegt aber um die 3,5 Zoll, wobei Serverplatten häufig etwas kleiner sind.

Die zur Zeit verwendeten Formfaktoren reichen von 5,25″ bis 0,85″, wobei der Trend zu kleineren Festplatten geht. Der 3,5″-Formfaktor ist im Desktop-Bereich der am weitesten verbreitete, in Laptops findet man meist 2,5″-Festplatten, in noch kleineren portablen Geräten (z. B. MP3-Player) häufig 1,8″-Festplatten.

• Die ersten Festplatten hatten Baugrößen von 24″ (IBM 350, 1956). Im Laufe der Zeit verringerten sich diese Größen.
• 5,25″-Baugrößen wurden 1980 von Seagate eingeführt, jedoch ist diese Gattung seit 1996/97 ausgestorben. Einige SCSI-Server-Platten sowie die LowCost-ATA-Platte BigFoot von Quantum waren die letzten Vertreter dieser Spezies. Man unterscheidet Geräte mit voller Bauhöhe (3,5″ bzw. ca. 88 mm), die zwei Steckplätze belegen, und halber Bauhöhe (1,75″ bzw. ca. 44 mm). Andere Höhen gibt es auch, die bereits erwähnte BigFoot beispielsweise hat in der 4-GB-Version eine Bauhöhe von nur 0,75″ (etwa 19 mm). Die Breite beträgt 146 mm, die Tiefe ist variabel und sollte nicht wesentlich oberhalb von 200 mm liegen.
• 3,5″-Baugrößen wurden ca. 1990 eingeführt und sind derzeit (2007) Standard in Desktop-Computern und Servern. Die meisten Platten haben halbe Bauhöhe (1″ bzw. ca. 25 mm). Im Serverbereich gibt es auch Platten bis 1,8″ Höhe (1,8″ bzw. ca. 44 mm). Die Breite beträgt 100 mm, die Tiefe ist variabel und sollte nicht wesentlich oberhalb von 150 mm liegen.
• 2,5″-Baugrößen finden Verwendung in Notebooks oder Spezialrechnern. Die traditionelle Bauhöhe war 0,5″ (12,7 mm), mittlerweile gibt es mit 0,375″ (9,5 mm) und 0,25″ (6,35 mm) flachere Festplatten – und auch Notebooks, die diese flachen Varianten benötigen. Die Breite beträgt 68 mm, die Tiefe 100 mm. Der Anschluss ist gegenüber den größeren Bauformen modifiziert, bei ATA wird z. B. ein 44-poliger Anschluss verwendet, der gleichzeitig die Betriebsspannung von +5 Volt zuführt (Pin 1 ist meist auf der Seite der Jumper). Im Gegensatz zu den größeren Platten kommen diese Platten auch ohne 12-Volt-Betriebsspannung (zusätzlich zu der 5-Volt-Spannung) aus. Seit 2006 bietet Seagate zudem auch 2,5″-Festplatten für den Einsatz in Servern an, die weniger Strom verbrauchen, Platz sparen und die Ausfallsicherheit erhöhen sollen.
• 1,8″-Baugrößen werden seit 2003 bei Sub-Notebooks sowie diversen Industrieanwendungen verwendet.
• 1″-Baugrößen sind seit 1999 unter dem Name MicroDrives im Einsatz. Die meisten MicroDrives wurden bis Mitte 2004 als „verkleidete“ CompactFlash-Typ-II-Speichereinheiten für Digitalkameras eingesetzt. Ob MicroDrives Bestand haben werden, ist fraglich. Flash-Speicher ist in diesem Bereich bereits bis 16 GB verfügbar und auf Wachstumskurs. Derzeit ist Flash-Speicher nur noch geringfügig teurer, aber wesentlich robuster, schneller, leichter, leiser und energiesparender.
• 0,85″-Baugrößen waren ab Januar 2005 nur in begrenzten Mengen über die Firma Toshiba verfügbar, welche diese Baugröße im März 2004 mit einer Kapazität von 4 Gigabyte (3,73 GiB) zum ersten Mal vorgestellt hat. Sie wurden durch Flash-Speicher wie zum Beispiel der SD Memory Card ersetzt, die mittlerweile (Januar 2007) bis 8 GB erhältlich sind.

Überblick über die Speicherkapazitäten der verschiedenen Baugrößen

Jahr	5,25″	3,5″	2,5″	1,8″	1,0″	0,85″	typ. Modell(e) mit hoher Kapazität	Quelle
1981	10 MB	-	-	-	-	-	Seagate ST-412 (Aus dem IBM PC XT)
1988	360 MB	20 MB	-	-	-	-	Maxtor XT-4380E (5,25") bzw. Fuji FK309-26
1990	676 MB	106 MB	-	-	-	-	Maxtor XT-8760E (5,25") bzw. Conner CP3104
1992	2 GB	426 MB	120 MB	-	-	-	Digital (DEC) DSP-5200S ('RZ73', 5,25"), Seagate ST1480A (3,5") bzw. Conner CP2124 (2,5")
1995	9,1 GB	1,6 GB	422 MB	-	-	-	Seagate ST410800N (5,25" FH), Conner CFS1621A (3,5") bzw. Conner CFL420A (2,5")
1997	12 GB	16,8 GB	4,8 GB	-	-	-	Quantum Bigfoot (12 GB, 5,25″), Nov. 1997, IBM Deskstar 16GP (3,5") bzw. Fujitsu MHH2048AT (2,5")	[1]
2001	#	80 GB	40 GB	-	340 MByte	-	Seagate mit 80 GB
2005	#	500 GB	120 GB	60 GB	8 GB	6 GB	Hitachi Deskstar 7K500 (500 GB, 3,5″), Juli 2005	[2]
2006	#	750 GB *	200 GB	80 GB	8 GB	6 GB	Western Digital WD5000KS, Seagate Barracuda 7200.10 750GB, u. a.	[3]
2007	#	1'000 GB *	200 GB	80 GB	8 GB	6 GB	Hitachi Deskstar 7K1000 (1'000 GB, 3,5″), Januar 2007	[4]

Anmerkungen:

• Die Angaben beziehen sich immer auf die im jeweiligen Jahr größte käuflich erhältliche Festplatte, unabhängig von ihrer Drehzahl oder Schnittstelle.
• Die Kapazitäten sind Herstellerangaben, d. h. ein Gigabyte ist definiert als 1000³Byte = 10⁹Byte = 1.000.000.000Byte, ein Megabyte als 1000²Byte = 10⁶Byte
• * unter Verwendung von Perpendicular Recording
• # Baugröße veraltet; nicht mehr in Gebrauch

Aufbau und Funktion

Physikalischer Aufbau der Einheit

Eine Festplatte besteht aus folgenden Bauelementen:

• einer oder mehreren drehbar gelagerten Scheiben (auch Platter genannt (eng.: Platters))
• einem Elektromotor als Antrieb für die Scheibe(n)
• bewegliche Schreib-/Leseköpfe (Heads)
• jeweils ein Lager für Platter (meistens Flüssigkeitslager) sowie für die Schreib-/Leseköpfe (auch Magnetlager)
• einem Antrieb für die Schreib-/Leseköpfe
• der Steuerelektronik für Motor- und Kopfsteuerung
• Hochleistungs-DSP für die Schreib/Leseköpfe.
• der Schnittstelle zur Verbindung mit dem Festplattenkontroller (auf der Hauptplatine)
• einem Festplattencache von 2 bis 32 MB Größe

Technischer Aufbau und Material der Scheiben

Die Scheiben bestehen meistens aus oberflächenbehandelten Aluminium-Legierungen, vereinzelt auch aus Glas. Sie müssen formstabil sein und eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, um die Größe der Wirbelströme gering zu halten. Da die magnetisierbare Schicht besonders dünn sein soll, darf das Material der Scheiben selbst jedoch keine magnetischen Eigenschaften besitzen und dient nur als Träger der Magnetschicht. Auf die Scheiben wird eine Eisenoxid- oder Kobaltschicht von ungefähr einem Mikrometer Stärke aufgetragen. Diese wird zusätzlich von einer Schutzhülle aus Graphit ummantelt, um mechanische Beschädigungen zu vermeiden. Zusätzlich wurde eine Steigerung der Datendichte durch besseres Trägermaterial sowie durch die Optimierung der Schreibverfahren erreicht.

In älteren Desktopfestplatten von IBM (Deskstar 75GXP/40GV DTLA-30xxxx, Deskstar 60GXP/120GXP IC35Lxxxx) aus den Jahren 2000 bis 2002 kam Glas als Material für die Scheiben zum Einsatz. Neuere Modelle der Festplattensparte von IBM (2003 übernommen durch Hitachi) verwenden jedoch wieder Aluminium, mit Ausnahme der Festplatten für den Serverbereich. In dem Festplattengehäuse befindet sich eine oder mehrere übereinander liegende rotierende Scheiben. Verbaut worden sind bisher ein bis zwölf Scheiben, üblich sind ein bis vier. Allerdings geht eine höhere Scheibenanzahl in der Regel mit einem höheren Energieverbrauch und einer größeren Geräuschentwicklung einher. Manchmal werden aus Platzgründen nicht alle Scheibenoberflächen genutzt, sodass Festplatten mit ungerader Schreib-/Lesekopfanzahl entstehen. Um die Nachfrage nach Festplattenmodellen mit kleinerer Kapazität zu befriedigen, können die Hersteller ebenfalls auf diese Weise die Kapazität künstlich beschränken bzw. verkleinern. Eine neuere Entwicklung (seit 2004) ist das Perpendicular Recording, das zur Zeit u. a. von Toshiba und Hitachi entwickelt wird, um die Datendichte weiter zu steigern.

Achsen-Lagerung und Drehzahlen (U/min)

Festplatten, welche in Arbeitsplatzrechnern oder in PCs für den privaten Gebrauch verwendet werden – momentan zum größten Teil Platten mit ATA- oder SATA-Schnittstelle – rotieren mit Geschwindigkeiten von 5.400 bis 10.000 Umdrehungen pro Minute. Vor der Zeit der ATA-Festplatten und im Bereich der Hochleistungsrechner und Server wurden bisher überwiegend Festplatten mit den technisch überlegenen SCSI, FC oder SAS-Schnittstellen verwendet, die inzwischen in der Regel 10.000 oder 15.000 Umdrehungen pro Minute erreichen. Bei den 2,5-Zoll-Festplatten, die hauptsächlich in Notebooks zum Einsatz kommen, liegen die Geschwindigkeiten im Bereich von 4.200 bis 7.200 Umdrehungen pro Minute. Die Achsen der Scheiben früherer Festplatten (bis 2000) waren kugelgelagert; heute (2006) werden überwiegend Flüssigkeitslager (engl. „fluid dynamic bearing“ – FDB) verwendet. Diese zeichnen sich durch eine höhere Lebensdauer und geringere Geräuschentwicklung aus.

Die Schreib-Lesekopfeinheit

Der Schreib-/Lesekopf (Magnetkopf) des Schreibfingers, im Prinzip ein winziger Elektromagnet, magnetisiert winzige Bereiche der Scheibenoberfläche unterschiedlich und schreibt somit die Daten auf die Festplatte. Die Schreib-/Leseköpfe schweben durch ein – durch Reibung der Luft an der rotierenden Scheibenoberfläche erzeugtes – Luftpolster über der Plattenoberfläche (vgl. Bernoulli-Effekt). Die Schwebehöhe liegt jedoch heutzutage (2006) nur im Bereich von etwa 20 Nanometern, sodass die Luft innerhalb des Festplattengehäuses keinerlei Verunreinigungen beinhalten darf. Bei neuesten Festplatten mit Perpendicular-Recording-Technik schrumpft dieser Abstand auf 10 Nanometer. Der Bodeneffekt ist in diesem Zusammenhang sehr nützlich zur Einhaltung der richtigen Flughöhe des Schreib-/Lesekopfes über der rotierenden Scheibe. Zum Vergleich: Ein Haar ist etwa 0,05 mm = 50 µm = 50.000 nm dick. Die Herstellung von Festplatten erfolgt deshalb wie die von Halbleitern in Reinräumen. Das Auslesen der Daten wurde bis ca. 1994 durch Induktion des Magnetfelds der magnetisierten Fläche in der Spule des Schreib-/Lesekopfes erreicht. Über die Jahre wurden jedoch die Flächen, auf denen einzelne Bits gespeichert werden, immer kleiner – die Datendichte wurde erhöht. Um diese Daten auszulesen, werden kleinere und empfindlichere Leseköpfe benötigt. Diese wurden nach 1994 entwickelt: MR-Leseköpfe sowie einige Jahre später GMR-Leseköpfe (Riesenmagnetowiderstand). Der GMR-Lesekopf ist eine Anwendung der Spintronik.

In der Anfangszeit der Festplatten wurden die Schreib-/Leseköpfe mit Schrittmotoren angesteuert, da die Spurabstände noch groß waren. Bei den zur Zeit üblichen Schreibdichten sorgen Tauchspulsysteme mit Lageregelung für die Positionierung. Bei der Hitachi Deskstar 7K500 beträgt die Anzahl der Spuren pro Zoll (tpi) z. B. 135.000, während die Bitdichte in der Spur (bpi) 872.000 beträgt.

Zum Schutz der für Daten benutzten Oberflächen vor dem Aufsetzen der Schreib-/Leseköpfe fahren diese, noch bevor sich beim Ausschalten der Festplatten die Umdrehungsgeschwindigkeit merklich verringert hat, in die so genannte „Landezone“ („landing zone“), in der sie fixiert werden. Diese Parkposition kann sich außerhalb der Scheiben befinden (meist bei älteren Modellen) oder im Innenbereich der Platten (Stand der Technik). Dabei setzt der Schreib-/Lesekopf auf einem vordefinierten Bereich der Festplatte, der keine Daten enthält, auf. Die Oberfläche dieses Bereichs ist besonders vorbehandelt, um ein Festkleben des Kopfes zu vermeiden und so einen späteren Wiederanlauf der Festplatte zu ermöglichen. Die Fixierung geschieht z. B. über einen kleinen Magneten, der den Lesekopf festhält. Bei älteren Festplatten mussten die Köpfe explizit vor dem Ausschalten per Befehl vom Betriebssystem geparkt werden. Das Parken erhöht auch die Stoßfestigkeit der Festplatten für einen Transport oder Umbau. Doch auch moderne Festplatten müssen mitunter explizit geparkt werden, da der beschriebene automatische Parkmechanismus nach Wegfall der Versorgungsspannung zu einem erhöhten Verschleiß führen kann.^[5] Heutzutage wird dieser Befehl automatisch beim Herunterfahren des Systems vom Gerätetreiber abgesetzt.

Bei modernen Laptops sorgt ein Beschleunigungssensor für das Parken des Festplattenfingers noch während eines eventuellen freien Falls, um so den Schaden beim Sturz eines Rechners zu begrenzen.

Festplatten-Gehäuse

Das Gehäuse einer Festplatte ist sehr massiv, es ist meist ein aus einer Aluminiumlegierung bestehendes Gussteil und mit einem Edelstahl-Blechdeckel versehen. Es ist staub-, aber nicht luftdicht abgeschlossen: Durch eine mit einem Filter versehene kleine Öffnung kann bei Temperaturänderungen Luft eindringen oder austreten. Diese Öffnung darf in der Regel nicht verschlossen werden (siehe nebenstehendes Bild), vor allem wegen der Wärmeausdehnung der im Plattengehäuse vorhandenen Luft. Da der Luftdruck im Gehäuse mit zunehmender Höhe über dem Meeresspiegel abnimmt, zum Betrieb ein Mindestluftgehalt aber erforderlich ist, dürfen Festplatten nur bis zu einer bestimmten, maximalen Höhe betrieben werden. Diese ist in der Regel im zugehörigen Datenblatt vermerkt. Wird eine Festplatte in normaler, verunreinigter Luft geöffnet, so sorgen bereits kleinste Staub-/Rauchpartikel, Fingerabdrücke etc. für wahrscheinlich irreparable Beschädigungen der Plattenoberfläche und der Schreib-/Leseköpfe.

Speichern (Schreiben) und Lesen der Daten

Das Speichern der Daten auf einer Festplatte erfolgt durch die gezielte Magnetisierung kleinster – vom Schreibfinger angesteuerter – Flächen der permeablen Schicht ferromagnetischen Materials, die entsprechend ihrer Polarität (Nord/Süd) den elektronisch-binär interpretierten Wert 0 oder 1 annehmen. Beim Lesen der jeweiligen Sequenzen von 0- und 1-Werten werden die Informationen dekodiert und an das Betriebssystem übergeben. Sie werden vom Prozessor des Computers ausgewertet und weiterverarbeitet. Entsprechend umgekehrt geht das Schreiben der vorher vom Prozessor erstellten Daten vonstatten.

Vor dem Schreiben der Daten werden diese mittels spezieller Verfahren wie den früher üblichen GCR, MFM, RLL und heute üblichen PRML oder EPRML kodiert. Ein Bit der Anwenderdaten entspricht daher physikalisch nicht unmittelbar einem magnetischen Flusswechsel auf der Plattenoberfläche. Die Kodierung muss der Festplattencontroller vornehmen, zusammen mit dem Verwalten der Daten (Organisation der Daten in Blöcke) und dem Führen des Schreib-/Lesekopfes über die Spuren.

Sowohl beim Schreiben als auch beim Lesen muss vor dem Zugriff auf einen bestimmten Block der Schreib-/Lesekopf der Platte bewegt und anschließend abgewartet werden, bis durch die Rotation der Platte der Block unter dem Kopf vorbeigeführt wird. Diese mechanisch bedingten Verzögerungen liegen heutzutage bei ca. 5–10 ms, was nach Maßstäben anderer Computerhardware eine kleine Ewigkeit ist. Daraus ergibt sich die extrem hohe Latenzzeit von Festplatten im Vergleich zu RAM, die noch auf der Ebene der Softwareentwicklung und der Algorithmik berücksichtigt werden muss.

Um eine hohe Performance zu erreichen, muss eine Festplatte soweit wie möglich immer große Mengen von Daten in aufeinander folgenden Blöcken lesen oder schreiben, weil dabei der Schreib-/Lesekopf nicht neu positioniert werden muss.

Dies erreicht man u. a., indem man möglichst viele Operationen im RAM durchführt und auf der Platte die Positionierung der Daten auf die Zugriffsmuster abstimmt. Dazu dient vor allem ein großer Cache als Teil der Festplattenelektronik, auf dessen Inhalt mit RAM-Geschwindigkeit zugegriffen werden kann. Die Firmware der Festplatte sorgt für die korrekte Verwaltung und Aktualisierung des Cache-Inhalts.

Neben der Verwendung eines Caches gibt es weitere Software-Strategien zur Performancesteigerung. Sie werden vor allem in Multitasking-Systemen wirksam, wo das Festplattensystem mit mehreren bzw. vielen Lese- und Schreibanforderungen gleichzeitig konfrontiert wird. Es ist dann meist effizienter, diese Anforderungen in eine sinnvolle neue Reihenfolge zu bringen. Die Steuerung erfolgt durch einen Festplatten-Scheduler. Das einfachste Prinzip hierbei verfolgt dabei dieselbe Strategie wie eine Fahrstuhlsteuerung: Die Spuren werden zunächst in einer Richtung angefahren und die Anforderungen beispielsweise nach monoton steigenden Spurnummern abgearbeitet. Erst wenn diese alle abgearbeitet sind, kehrt die Bewegung um und arbeitet dann in Richtung monoton fallender Spurnummern usw.

Auf einer tieferen Ebene optimiert man den Datenzugriff durch Interleaving, was bei modernen Festplatten aber nicht mehr notwendig ist.

Logischer Aufbau der Scheiben

Die Magnetisierung der Beschichtung der Scheiben ist die eigentliche Trägerin der Informationen. Sie wird auf kreisförmigen, konzentrischen Spuren magnetisch aufgeprägt, während die Scheibe rotiert. Eine Scheibe enthält typischerweise einige tausend solcher Spuren, meist auch auf beiden Seiten. Die Gesamtheit aller gleicher, d. h. übereinander befindlicher, Spuren der einzelnen Platten(oberflächen) nennt man Zylinder. Jede Spur ist in kleine logische Einheiten unterteilt, die man Blöcke nennt. Ein typischer Block enthält 512 Byte an Nutzdaten (Anwenderdaten). Jeder Block verfügt dabei über Kontrollinformationen (Prüfsummen), über die sichergestellt wird, dass die Information auch korrekt geschrieben oder gelesen wurde. Die Gesamtheit aller Blöcke, die die gleichen Winkelkoordinaten auf den Platten haben, nennt man Sektor. Der Aufbau eines speziellen Festplattentyps, das heißt, die Anzahl der Spuren, Oberflächen und Sektoren, wird auch als Festplattengeometrie bezeichnet. Verwirrenderweise wird der Begriff Sektor häufig fälschlicherweise auch synonym für Block verwendet.

Da manche Betriebssysteme zu früh an Grenzen stießen, als die Nummerierung der Blöcke bei steigenden Festplattenkapazitäten die Wortgrenze (16 Bit) überstieg, führte man Cluster ein. Das sind Gruppen von jeweils einer festen Anzahl von Blöcken (s. o., Anzahl beispielsweise 32), die sinnvollerweise physisch benachbart sind bzw. zusammenhängend aufeinander folgen. Das Betriebssystem spricht dann nicht mehr einzelne Blöcke an, sondern verwendet auf seiner (höheren) Ebene diese Cluster als kleinste Zuordnungseinheit. Erst auf Hardwaretreiber-Ebene wird dieser Zusammenhang aufgelöst.

Bei modernen Festplatten ist normalerweise die wahre Geometrie, also die Anzahl von Sektoren, Köpfen und Zylindern, die vom im Festplattengehäuse integrierten Controller (im Folgenden „Festplatten-Intelligenz“ genannt) verwaltet werden, nach außen (d. h. für den Computer bzw. den Festplattentreiber) nicht mehr sichtbar. Der Computer, der die Festplatte benutzt, arbeitet dann mit einer virtuellen Festplatte, die völlig andere Geometriedaten aufweist. Dies erklärt, warum zum Beispiel eine Festplatte, die real nur vier Köpfe aufweist, vom Computer mit 255 Köpfen gesehen wird. Ein Grund für solch ein virtuelles Konzept ist, dass man Begrenzungen von PC-kompatibler Hardware überwinden wollte. Weiterhin kann die Festplatten-Intelligenz durch dieses virtuelle Konzept defekte Blöcke ausblenden, um dann einen Block aus einem Reserve-Bereich einzublenden. Für den Computer sieht es immer so aus, als wären alle Blöcke defektfrei und nutzbar. Es wird vermutet, dass besagter Reserve-Bereich bzw. Reserve-Spuren ca. 10–20 % des auf der Festplatte angegebenen Speicherplatzes ausmachen. Dieser Speicherplatz lässt sich durch spezielle Firmware-Versionen nutzen, was dann aber logischerweise die Lebensdauer der Festplatte (bzw. die Datensicherheit) reduzieren kann. Heute übliche Festplatten teilen weiterhin die Platten in Zonen auf, wobei eine Zone mehrere Spuren mit jeweils gleicher Anzahl an Blöcken enthält. Weitere Zonen können eine andere Anzahl von Sektoren besitzen.

Partitionen als Laufwerke

Aus Sicht des Betriebssystems können Festplatten durch Partitionierung in mehrere Bereiche unterteilt werden. Das sind keine echten Laufwerke, sondern die stellt das Betriebssystem als solche dar, sie sind Teilmengen des gesamten Laufwerkes. Man kann sich diese als virtuelle Festplatten vorstellen, die durch den Festplattentreiber dem Betriebssystem (und damit evtl. dem Benutzer) gegenüber als getrennte Geräte dargestellt werden. Es ist dabei im Verhalten (von zeitlichen Effekten sowie dem Verhalten im Falle des Festplattenausfalls abgesehen) nicht erkennbar, ob es sich tatsächlich jeweils um eine physikalisch getrennte Festplatte handelt oder lediglich um ein logisches Laufwerk auf einer gemeinsamen Festplatte.

Jede Partition wird vom Betriebssystem gewöhnlich mit einem Dateisystem formatiert. Unter Umständen werden, je nach benutztem Dateisystem, mehrere Blöcke zu Clustern zusammengefasst, die dann die kleinste logische Einheit für Daten sind, die auf die Platte geschrieben werden. Das Dateisystem sorgt dafür, dass Daten in Form von Dateien auf die Platte abgelegt werden können. Ein Inhaltsverzeichnis im Dateisystem sorgt dafür, dass Dateien wiedergefunden werden und hierarchisch organisiert abgelegt werden können. Der Dateisystemhandler verwaltet die belegten, verfügbaren und defekten Cluster. Ein Beispiel für ein Dateisystem ist das (von MS-DOS und Windows 9x ausschließlich unterstützte) FAT-Dateisystem.

Technische Neuerungen

Um die Lautstärke der Laufwerke beim Zugriff auf Daten zu verringern, unterstützen die meisten ATA- und SATA-Festplatten, die für den Desktop-Einsatz gedacht sind, „Automatic Acoustic Management“ (AAM). Wird die Festplatte in einem leisen Modus betrieben, werden die Schreib- und Leseköpfe weniger stark beschleunigt, sodass die Zugriffe leiser sind. Das Laufgeräusch des Plattenstapels wird davon nicht verändert, ebenso wird die Dauertransferrate durch das AAM nicht verringert; jedoch verlängert sich die Zugriffszeit.

Schnittstellen, Bussystem und Jumperung

Als Schnittstelle der Festplatte zu Laufwerks Computer-Komponenten werden heute hauptsächlich die parallelen Schnittstellen ATA (IDE, EIDE) (überwiegend bei Personal Computern), SCSI (bei Servern (Hosts), Workstations und höherwertigen Personal Computern) sowie Festplatten mit Fibre-Channel- oder SAS-Anschlüssen für Storage-Subsysteme verwendet. Ältere Schnittstellen wie ST506, ESDI und MFM (s. u. bei Geschichte/Chronologische Übersicht) sind nur noch von historischem Interesse. Die Mainboards, an denen die Festplatten bei Personal Computern angeschlossen werden können, waren bisher meist mit zwei ATA-Schnittstellen versehen, werden aber zunehmend – in einer Übergangszeit – mit SATA-(S-ATA)-Schnittstellen zusätzlich versehen. ATA wird zukünftig wahrscheinlich vom SATA-Bussystem abgelöst.

Ein vergleichbarer Wandel ist im Bereich der Server bzw. Speicher-Subsysteme zu erkennen. Neben den oft verwendeten SCSI-Festplatten werden mehr und mehr serielle Typen wie Fibre-Channel- oder SAS-Festplatten eingesetzt. Bei den parallelen Übertragungen muss der Umstand berücksichtigt werden, dass es mit zunehmender Geschwindigkeit schwieriger wird, unterschiedliche Laufzeiten der einzelnen Bits durch das Kabel zu korrigieren. Daher kommen die parallelen Schnittstellen an ihre Grenzen; diese Einschränkung fällt bei seriellen Übertragungstechniken weg, womit höhere Übertragungsraten möglich werden.

Jumper an der Festplatte

Jumper sind kleine elektrische Kurzschlussstecker, mit denen man den Pegel an einem Pin verändern kann, um so verschiedene Laufwerkseinstellungen zu konfigurieren.

ATA (IDE)

Bei einer ATA-Festplatte wird durch Jumper festgelegt, ob sie das Laufwerk mit Adresse 0 oder 1 der ATA-Schnittstelle ist (Device 0 bzw. 1, früher mit Master bzw. Slave bezeichnet). Manche Modelle erlauben auch eine Beschränkung der an das Betriebssystem bzw. BIOS gemeldeten Kapazität des Laufwerks, wodurch die Festplatte im Falle von Inkompatibilitäten dennoch (unter Verschenkung des nicht gemeldeten Plattenplatzes) in Betrieb genommen werden kann.

Durch die Festlegung der ATA-Bus-Adresse können zwei Festplatten an einer ATA-Schnittstelle des Mainboards angeschlossen werden. Es können maximal je zwei Festplatten an jeder ATA-Schnittstelle angeschlossen werden. Dazu werden sie mit dem oben beschriebenen Jumper an der Festplatte als Device 0 oder Device 1 bestimmt (gejumpert). Die meisten Mainboards haben zwei ATA-Schnittstellen, genannt primary ATA und secondary ATA, also „erste“ und „zweite ATA-Schnittstelle“. Daher können insgesamt bis zu vier Festplatten an beide ATA-Schnittstellen des Mainboards angeschlossen werden. Ältere BIOS von Mainboards erlauben es nur, den Computer von der ersten ATA-Schnittstelle zu starten, und auch nur, wenn die Festplatte als Device 0 gejumpert ist.

Sollen mehr Festplatten angeschlossen werden, als es die auf dem Mainboard vorhandenen ATA-Schnittstellen erlauben, so können weitere ATA-Schnittstellen per Einsteckkarte nachgerüstet werden, auch in Form eines nicht auf Spiegelung der anderen Festplatten eingestellten RAID-Controllers.

Die ATA-Schnittstellen von PCs werden jedoch nicht nur von Festplatten genutzt; auch CD-ROM- und DVD-Laufwerke nutzen sie. Somit ist (ohne Zusatzkarte) die Summenzahl an Festplatten plus ladbaren Laufwerken (CD-ROM, DVD) auf vier begrenzt (die Diskettenlaufwerke mit eigener Schnittstelle mal aus der Betrachtung gelassen). Es gibt sogar Adapter, mit denen Compact-Flash-Karten angeschlossen und wie eine Festplatte verwendet werden können.

In modernen privat genutzten PC findet sich in aller Regel zunächst nur eine Festplatte und ein DVD-Laufwerk; oft aber wird ein zweites DVD-Laufwerk (z.B. ein Brenner) nachgerüstet. Mit Erweiterung der Festplatten um eine zweite Platte ist dann die IDE-Schnittstellenzahl des Mainboards normalerweise ausgeschöpft.

Bei Erweiterungen an den IDE-Kabeln ist auf einige Dinge achtzugeben:

• a- es sollten keine freien Kabelenden bleiben; am einen Ende sitzt das Mainboard, am anderen Ende ein Laufwerk;
• b- das eine Laufwerk ist als „Master“ zu jumpern – in der Regel die Voreinstellung von Laufwerken; erst ein eventuell zweites Laufwerk an einem Kabel wird auf "Slave" gejumpert. Einige Laufwerke haben noch die dritte Option „Single Drive“. Diese wird dann benutzt, wenn das Laufwerk alleine am Kabel hängt; kommt ein „Slave“-Laufwerk dazu, muss man das erste als „Master“ jumpern. Hierbei heißt die Option dann zur Erläuterung oftmals „Master with Slave present“.
• Wo dann (am Ende des Kabels oder "mittendrin") der Master oder der Slave sitzen, spielt keine Rolle (außer beide Laufwerke sind auf Cable Select gejumpert). "Slave allein" funktioniert zwar oft, gilt aber nicht als sauber konfiguriert und ist oft störanfällig. Ausnahme: Bei 80poligen Kabeln sollte der Slave in der Mitte angeschlossen werden; die Stecker sind dementsprechend beschriftet.

Diskussionen entstehen zur PC-Konfiguration darüber, ob es empfehlenswert sei, pro IDE-Kabel jeweils eine Festplatte und ein CD- oder DVD-Laufwerk zu haben, oder ob es vorteilhafter sei, zwei Festplatten an dem einen Kabel und ein oder zwei ladbare Laufwerke am anderen Kabel zu haben. Die Abbildung zeigt zwei Master an jeweils einem der beiden IDE-Anschlüsse; ein drittes und ein viertes Laufwerk (gelb gerahmt als optional) werden ggf. als Slave an einem der mittigen Kabelanschlüsse hinzugesteckt.

SCSI

SCSI-Festplatten kennen nicht nur zwei, sondern, je nach verwendetem Controller, acht oder sechzehn Adressen. Daher finden sich an SCSI-Laufwerken drei oder vier Jumper zur Bestimmung der Adressen – ID-Nummern genannt –, die es erlauben, bis zu sieben bzw. 15 Geräte zu adressieren (der Controller belegt eine eigene Adresse). Alternativ erfolgt die Adresseinstellung durch einen kleinen Drehschalter. Abhängig von den Kabelspezifikationen und Übertragungsmodi ist nicht in jedem Fall möglich, die maximal adressierbare Zahl von Geräten an einem Anschluss zu betreiben. Je nach Modell wird die Terminierung des SCSI-Anschlusses über steckbare Widerstandsarrays oder per Jumper aktiviert.

Dazu kommen noch andere Jumper wie der (optionale) Schreibschutzjumper, der es erlaubt, eine Festplatte gegen Beschreiben zu sperren. Weiterhin können je nach Modell Einschaltverzögerungen oder das Startverhalten beeinflusst werden.

S-ATA (SATA) löst den IDE-Bus ab

Hauptartikel: Serial ATA

Seit 2002 gewinnt das neue Verfahren Serial ATA (S-ATA oder SATA) an Bedeutung. Die Vorteile gegenüber ATA sind der höhere mögliche Datendurchsatz, vereinfachte Kabelführung und die Fähigkeit zum Austausch von Datenträgern im laufenden Betrieb (Hot-Plug). Im Jahr 2005 wurden erste Festplatten mit Serial Attached SCSI (SAS) als potentieller Nachfolger von SCSI für den Server- und Storagebereich vorgestellt. Über zwei Anschlüsse kann der Datenaustausch theoretisch mit bis zu 600 MByte/s erfolgen.

Queuing im SCSI- und S-ATA-Datentransfer

Vor allem bei SCSI-Platten und auch bei neueren S-ATA-Festplatten werden so genannte Queues (Warteschlangen) eingesetzt. Das sind Software-Verfahren als Teil der Firmware, die die Daten zwischen dem Anfordern von Computerseite und physikalischem Zugriff auf die Speicherscheibe verwalten und ggf. zwischenspeichern. Beim Queuing reihen sie die Anfragen an den Datenträger in eine Liste und sortieren sie entsprechend der physikalischen Position auf der Scheibe und der aktuellen Position der Schreibköpfe, um so möglichst viele Daten mit möglichst wenigen Umdrehungen und Kopfpositionierungen zu lesen. Der festplatteneigene Cache spielt hierbei eine große Rolle, da die Queues in diesem abgelegt werden (siehe auch: Tagged Command Queuing, Native Command Queuing).

FireWire und USB als Schnittstellen für externe Laufwerke

Es werden universelle Schnittstellen wie FireWire oder USB für den Anschluss von externen Festplatten verwendet. Hierbei sind jedoch die eingebauten Festplatten selbst mit herkömmlichen (meist ATA- oder S-ATA-)Schnittstellen ausgestattet. Die Signale werden mittels eines speziellen Chipsatzes, der auf einer Wandlerplatine in dem USB-Gehäuse sitzt, von ATA in USB-Signale transferiert und über die USB-Schnittstelle nach außen geführt. Eine reine USB-Festplatte, d. h. mit eigener USB-Schnittstelle, wird von keinem Hersteller gebaut. Es gibt auch externe CD- und DVD-Laufwerke mit USB-Schnittstelle, ebenfalls mit interner Wandlerplatine auf ATA/ATAPI.

Fibre-Channel-Interface

Die Kommunikation via Fibre-Channel-Interface ist noch leistungsfähiger und ursprünglich vor allem für die Verwendung in Speichersubsystemen entwickelt. Die Festplatten werden nicht direkt angesprochen, sondern über einen FC-Controller, FC-HUBs oder FC-Switche.

Serial Attached SCSI

Die SAS-Technologie basiert auf der etablierten SCSI-Technologie, sendet die Daten jedoch seriell. Neben einer höheren Geschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlicher SCSI-Technik können mit über 16.000 Geräten deutlich mehr Laufwerke in einem Verbund angesprochen werden, als es beim SCSI-Protokoll der Fall ist. Ein weiterer Vorteil liegt dabei in der maximalen Kabellänge von 10 Metern.

Vorläufer der seriellen High-Speed-Schnittstellen

Die ersten verbreiteten seriellen Schnittstellen für Festplatten waren SSA (Serial Storage Architecture, von IBM entwickelt) und Fibre-Channel in der Variante FC-AL (Fibre Channel-Arbitrated Loop). SSA-Festplatten werden heute praktisch nicht mehr hergestellt, aber Fibre-Channel-Festplatten werden weiterhin für den Einsatz in großen Speichersystemen gebaut. Fibre Channel bezeichnet dabei das verwendete Protokoll, nicht das Übertragungsmedium. Deshalb haben diese Festplatten trotz ihres Namens keine optische, sondern eine elektrische Schnittstelle.

Datensicherheit

Ausfallrisiken und Lebensdauer

Zu den typischen Ausfallrisiken gehören:

• Die Anfälligkeit von Festplatten ist besonders bei den neuen, sehr schnell drehenden Systemen vorwiegend auf thermische Probleme zurückzuführen.
• Beim mechanischen Aufsetzen des Schreib-Lesekopfes kann die Festplatte beschädigt werden (Head-Crash, manchmal scherzhaft spanabhebende Datenverarbeitung genannt). Der Kopf schwebt im Betrieb über der Platte und wird nur durch ein Luftpolster am Aufsetzen gehindert, das durch die von der drehenden Scheibe mitgerissene Luft entsteht. Im laufenden Betrieb sollte die Festplatte daher möglichst nicht bewegt werden und keinen Erschütterungen ausgesetzt sein.
• Äußere Magnetfelder können die Sektorierung der Festplatte irreversibel zerstören. Eine Löschung mit einem Magnetfeld macht neuere Festplatten unbrauchbar.
• Fehler in der Steuerelektronik oder Verschleiß der Mechanik führen zu Ausfällen.
• Umgekehrt kann auch längerer Stillstand dazu führen, dass die Mechanik in Schmierstoffen stecken bleibt und die Platte gar nicht erst anläuft („sticky disk“). Dieses Problem trat akut in den 1990er Jahren auf, scheint seitdem aber durch bessere Schmierstoffe einigermaßen im Griff zu sein.

Die durchschnittliche Anzahl an Betriebsstunden, bevor eine Festplatte ausfällt, wird bei irreparablen Platten als MTTF (Mean Time To Failure) bezeichnet. Bei Festplatten, die repariert werden können, wird ein MTBF-Wert (Mean Time Between Failures) angegeben. Alle Angaben zur Haltbarkeit sind stets und ausschließlich statistische Werte. Die Lebensdauer einer Festplatte kann daher nicht im Einzelfall vorhergesagt werden, denn diese hängt von vielen Faktoren ab:

• Eine gute Kühlung erhöht die statistische Lebensdauer, da Mechanik und Elektronik weniger schnell altern und beansprucht werden.
• Anzahl der Zugriffe (Lesekopfbewegungen): Durch häufige Zugriffe verschleißt die Mechanik schneller, als wenn die Platte nicht genutzt wird und sich nur der Plattenstapel dreht.
• Vibrationen und Stöße: Starke Erschütterungen können zu einem vorzeitigen (Lager-)Verschleiß führen und sollten daher vermieden werden.
• Unterschiede zwischen verschiedenen Modellreihen eines Herstellers: Abhängig vom jeweiligen Modell lassen sich bestimmte Baureihen ausmachen, die als besonders zuverlässig oder fehleranfällig gelten. Um statistisch genau Angaben zu der Zuverlässigkeit machen zu können, sind allerdings eine große Anzahl von baugleichen Platten notwendig, die unter ähnlichen Bedingungen betrieben werden. Systemadministratoren, die viele Systeme betreuen, können so im Laufe der Jahre durchaus einige Erfahrungen sammeln, welche Festplatten eher zu auffälligem Verhalten und damit vorzeitigem Ausfall neigen.

Allgemein sind schnelldrehende Server-Festplatten für eine höhere MTTF als typische Desktop-Festplatten ausgelegt, sodass sie theoretisch eine höhere Lebensdauer erwarten lassen. Dauerbetrieb und häufige Zugriffe können jedoch dazu führen, dass sich dies relativiert und die Festplatten nach wenigen Jahren ausgetauscht werden müssen.

Notebook-Festplatten werden durch die häufigen Transporte besonders beansprucht und sind dementsprechend trotz robusterer Bauart mit einer kleineren MTTF als Desktop-Festplatten spezifiziert.

Eine genaue Lebensdauer wird von den Herstellern nicht angegeben. Sie dürfte sich aber wie auch bei Magnetbändern im Bereich von etwa 10 bis 30 Jahren bewegen, da magnetische Umwelteinflüsse (schon leicht wechselndes Magnetfeld der Erde) zu einer Entmagnetisierung führen. Lediglich magneto-optische Verfahren erreichen 50 und mehr Jahre.

Vorbeugende Maßnahmen

Als vorbeugende Maßnahmen gegen Datenverlust werden daher häufig folgende Maßnahmen ergriffen:

• Von wichtigen Daten sollte immer eine Sicherungskopie (Backup) auf einem anderen Datenträger (beachte den Hinweis zum Ausfall oben unter Partionierung) existieren.
• Systeme, die zwingend hochverfügbar sein müssen und bei denen ein Festplattenfehler keine Betriebsunterbrechung verursachen darf, verfügen meistens über ein RAID. Eine Konfiguration ist zum Beispiel das Mirrorset (RAID 1), bei dem die Daten auf zwei Festplatten gespiegelt werden und sich somit die Ausfallsicherheit erhöht. Effizientere Konfigurationen sind RAID 5 und höher. Ein Stripeset (RAID 0) aus zwei Festplatten erhöht zwar die Geschwindigkeit, jedoch steigt auch das Ausfallrisiko. RAID 0 ist deshalb keine Maßnahme, um Datenverlust zu verhindern oder die Verfügbarkeit des Systems zu erhöhen.
• ATA-Festplatten verfügen seit Einführung von ATA-3 im Jahr 1996 über S.M.A.R.T., eine interne Überwachung der Festplatte auf Zuverlässigkeit. Der Status kann von außen abgefragt werden. Ein Nachteil ist, dass S.M.A.R.T. kein Standard ist. Jeder Hersteller definiert seine Fehlertoleranz selbst, d. h. S.M.A.R.T. ist nur als allgemeines Richtmittel anzusehen. Außerdem gibt es Festplatten, deren S.M.A.R.T.-Funktion selbst dann noch nicht vor Problemen warnt, wenn diese sich bereits im Betrieb durch nicht mehr lesbare Blöcke bemerkbar gemacht haben. Man sollte sich also nicht auf S.M.A.R.T. verlassen.
• Um durch Überhitzung der Festplatte bedingte Ausfälle zu verhindern, muss diese entsprechend ihrer maximal erlaubten Betriebstemperatur gekühlt werden. In Servern kommen dazu mit Lüftern versehene Wechselrahmen und Backplanes zum Einsatz.

Datenschutz

Soll eine Datei gelöscht werden, wird üblicherweise lediglich im Dateisystem vermerkt, dass der entsprechende Datenbereich nun frei ist. Die Daten selbst verbleiben jedoch physisch auf der Festplatte, bis der entsprechende Bereich mit neuen Daten überschrieben wird. Mit Datenrettungsprogrammen können gelöschte Daten daher oft zumindest zum Teil wiederhergestellt werden. Das wird auch häufig in der Beweissicherung zum Beispiel bei den Ermittlungsbehörden (Polizei etc.) eingesetzt.

Auch beim Partitionieren oder gewöhnlichen Formatieren wird der Datenbereich nicht überschrieben, sondern lediglich die Partitionstabelle oder die Beschreibungsstruktur des Dateisystems. Bei einer Low-Level-Formatierung dagegen wird der gesamte adressierbare Bereich einer Festplatte überschrieben.

Um ein sicheres Löschen von sensiblen Daten zu garantieren, bieten verschiedene Hersteller Software an, so genannte Eraser, die beim Löschen den Datenbereich überschreibt. Meistens kann aber auf eine (fast) beliebige und kostenlose Unix-Distribution zurückgegriffen werden, wie zum Beispiel Knoppix oder FreeSBIE, die praktischerweise direkt von CD gestartet werden kann. Des Weiteren gibt es verschiedene Opensource-Programme, die dies ebenfalls erledigen. Wurde die Datei bereits gelöscht, ohne die Daten zu überschreiben, kann auch der komplette freie Speicher der Festplatte überschrieben werden.

Verschiedene Festplatten bieten die Möglichkeit an, den kompletten Festplatteninhalt per Passwort direkt auf Hardwareebene zu schützen. Da diese im Grunde nützliche Eigenschaft jedoch kaum bekannt ist und die meisten BIOS die Funktion zum Setzen des Passworts nicht selbsttätig ausschalten, besteht rein theoretisch für Schadprogramme wie Viren die Chance, dem Benutzer durch Setzen dieses Passworts auf einen unbekannten Wert massiv zu schaden, besteht danach doch keine Möglichkeit mehr, noch auf Inhalte der Festplatte zuzugreifen. Für weitere Infos bzgl. ATA-Festplatten siehe Passwortschutz unter ATA.

Langzeitarchivierung

Die Archivierung digitaler Informationen über längere Zeiträume (10 bis mehrere Hundert Jahre) wirft Probleme auf, da nicht nur die Informationen evtl. verloren gegangen sind, sondern weil auch die Computer, Betriebssysteme und Programme zum Bereitstellen der Informationen von damals nicht mehr verfügbar sind. Ansonsten sind die Daten in sich ständig wiederholenden Zyklen neu zu archivieren.

Nur analoge Verfahren, wie Microfilm oder Druck auf spezielles Papier, bieten zur Zeit die Möglichkeit auch über sehr lange Zeiträume auf Informationen zugreifen zu können.

Siehe dazu auch: Archiv#Bestandserhaltung.

Geschichte

Vorläufer der Festplatte war die Magnettrommel ab 1932. Außerhalb von Universitäten und Forschungseinrichtungen kam dieser Speicher ab 1958 als Speicher der Zuse Z22 zum Einsatz. Die erste kommerziell erhältliche Festplatte, die IBM 350, wurde von IBM 1956 als Teil des IBM 305 RAMAC-Rechners („Random Access Method of Accounting and Control“) angekündigt.

Chronologische Übersicht

• 4. September 1956 (nach anderen Quellen am 13. oder 14. September): IBM stellt das erste magnetische Festplattenlaufwerk mit der Bezeichnung „IBM 350“ vor. Auf 50 Speicherplatten von 24 Zoll (61 cm) Durchmesser wurde eine Kapazität von sechs Millionen Zeichen (etwa 5 Megabyte) erreicht. Die mittlere Zugriffszeit betrug etwa 600 Millisekunden, die Platten rotierten mit 1.200 Umdrehungen pro Minute. Die Schreib-/Leseköpfe wurden elektronisch-pneumatisch gesteuert, weshalb die schrankgroße Einheit auch einen Druckluft-Kompressor enthielt.^[6]
  Die 350 wog ca. 500 Kilogramm und verbrauchte 10 kW Energie. Das Laufwerk wurde nicht verkauft, sondern für ca. 10.000 DM pro Monat an Unternehmen vermietet. Ein Exemplar der 350 befindet sich im Museum des IBM-Clubs in Sindelfingen.
• 1973: IBM startet das „Winchester“-Projekt, das sich damit befasste, einen rotierenden Speicher mit einem fest montierten Medium zu entwickeln (IBM 3340, 30 MB Speicherkapazität, 30 ms Zugriffszeit). Beim Starten und Stoppen des Mediums sollten die Köpfe auf dem Medium aufliegen, was einen Lademechanismus überflüssig machte. Namensgeber war das Winchester-Gewehr 3030. Diese Technik setzte sich in den folgenden Jahren durch. Bis in die 1990er Jahre war deshalb für Festplatten die Bezeichnung Winchester-Laufwerk gebräuchlich.

• 1979: Vorstellung der ersten 8″-Winchester-Laufwerke. Diese waren jedoch sehr schwer und teuer (5 MB kosteten mehr als 10.000 DM (ca. 5000 Euro); trotzdem stieg der Absatz kontinuierlich.
• 1980: Verkauf der ersten 5-1/4″-Winchester-Laufwerke durch die Firma Seagate Technology mit der Modellbezeichnung ST506 (6 Megabyte Kapazität). Diese Modellbezeichnung (ST506) wurde auch über viele Jahre hinaus der Name für diese neue angewendete Schnittstelle, welche alle anderen Firmen als neuen Standard im PC-Bereich übernommen hatten. Zur gleichen Zeit kam neben den bereits bestehenden Apple-Microcomputern der erste PC von IBM auf den Markt, dadurch stieg die Nachfrage nach diesen – im Vergleich zu den Winchester-Laufwerken kompakten – Festplatten rasant an.
• 1986: Spezifikation von SCSI, eines der ersten standardisierten Protokolle für eine Festplattenschnittstelle.
• 1989: Standardisierung von IDE, auch bekannt als AT-Bus.
• 1997: Erster Einsatz des Riesen-Magnetowiderstands (englisch Giant Magnetoresistive Effect (GMR)) bei Festplatten, dadurch konnte die Speicherkapazität stark gesteigert werden. Eine der ersten Festplatten mit GMR-Leseköpfen war die IBM Deskstar 16GP (3,5″, November 1997) mit einer Kapazität von 16,8 GB.
• 2004: 18. November 400 GB-Festplatte (3,5″) von Hitachi. Erste ATA-Festplatten mit Native Command Queuing von Seagate.
• 2005: 500 GB-Festplatte (3,5″) von Hitachi. Prototyp einer 2,5-Zoll-Hybrid-Festplatte (Kurzbezeichnung H-HDD), die aus einem magnetisch-mechanischen Teil und einem zusätzlichen NAND-Flash-Speicher aufgebaut ist, der als Puffer für die Daten dient. Erst wenn der Puffer voll ist, werden die Daten aus dem Puffer auf das Magnetmedium der Festplatte geschrieben.
• 2006: Erste 2,5-Zoll Notebook-Festplatte (160 GB, „Momentus 5400.3“) von Seagate mit senkrechter Aufzeichnungstechnik (Perpendicular Recording). 3,5-Zoll-Festplatten erreichen mit derselben Aufzeichnungstechnik im April eine Kapazität von 750 GB.
• 4. Januar 2007: Die erste Terabyte-Festplatte wird von Hitachi auf der Consumer Electronics Show 2007 in Las Vegas angekündigt. Lieferbar soll sie im ersten Quartal 2007 sein.^[7]

Siehe auch

• Diskette
• Diskettenlaufwerk
• Filecard
• Solid State Disk
• Partition
• Umdrehungsgeschwindigkeiten von Laufwerken
• Master Boot Record
• Kategorie:Festplatten-Hersteller

Quellen

1. ↑ http://www.heise.de/newsticker/meldung/1628
2. ↑ http://www.heise.de/newsticker/meldung/60364
3. ↑ http://www.heise.de/newsticker/meldung/68426
4. ↑ http://www.pctipp.ch/webnews/wn/35275.asp
5. ↑ Kap. 11.4.2 „Emergency unload“, Hard Disk Drive Specification Hitachi Travelstar 80GN
6. ↑ http://www-03.ibm.com/ibm/history/exhibits/storage/storage_350.html
7. ↑ [1] Pressemitteilung von Hitachi

Weblinks

• Onlineartikel "50 Jahre Festplatte"