Die Festplatte

Quelle: Western Digital Festplatten unterscheiden sich äußerlich meist nur durch ihre Bauform, wobei in der Regel die Frontbreite und die unteren sowie seitlichen Befestigungspunkte definiert sind. Die Bauhähe kann variieren. Die Gehäusetiefe ist auf eine maximale Größe begrenzt. Die Art und geometrische Position der Schnittstellen-Steckverbinder ( E-IDE oder  SCSI) ist spezifiziert. Teilweise gilt dies auch fär die Stromversorgungs-Steckverbinder, soweit diese nicht in die Schnittstellen-Steckverbinder integriert sind. Der innere Aufbau und die technische Ausstattung sind hingegen in keiner Weise festgelegt. Das gilt zum Beispiel fär die Gräße oder die logische Funktion der Zwischenspeicher (Cache) im Laufwerk. So können die Hersteller im Laufe der Zeit auch optische Technologien in diese vorwiegend elektromagnetisch arbeitenden Geräte integrieren.

Bei einer Festplatte dominieren die Magnetscheiben und die Arme zur Aufnahme der Schreib-Leseköpfe. Festplatten enthalten fest eingebaute, rotierende Platten, deren elektromagnetisch präparierte Oberfläche als Datenspeicher dient. Elektromagnetischen Effekte wie Induktion oder magnetische Flusswechsel entstehen durch die relative Bewegung zwischen elektrischen und magnetischen Komponenten. Dies geschieht am einfachsten mit einer rotierenden Bewegung, wobei gilt: je schneller desto effektiver. Denn je schneller eine magnetische Flussänderung beispielsweise in einer Spule erfolgt, desto größer der induzierte Strom und damit auch das Signal.

Im Inneren
Im Inneren einer Festplatte dreht ein Elektromotor ein oder mehrere Scheiben (bis zu 12) auf einer Achse (Spindel) mit möglichst hohen Drehzahlen. Heute sind 5400, 7200 U/min üblich. Noch hähere Drehzahlen werden in den Laboratorien der Hersteller bereits getestet. Die Scheiben sind mit einer magnetischen Oberfläche versehen. Daräber schweben die Schreib-/Lesekäpfe an Armen, die diese zwischen dem inneren und äußeren nutzbaren Durchmesser äber die jeweils aktuelle Spur positionieren. Der Platz fär den Motor im Festplattengehäuse ist eng begrenzt. Daher muss die zu bewegende Masse der Scheiben mäglichst gering sein. Scheiben und Käpfe befinden sich in einer hermetisch versiegelten Kammer. Damit werden Verunreinigungen und Feuchtigkeit ferngehalten. Diese Anordnung wurde fräher als Winchester-Technik bezeichnet.

Wärmeentwickung
Ein besonderes Problem bei Festplatten ist die Abfuhr der entstehenden Wärme. Temperaturänderungen zwischen Ruhephasen und Volllastbetrieb sorgen fär Längenänderung im Material. Dadurch wird die geometrische Position des Kopfes am Arm ( Aktuator) verändert. Das heißt, der Kopf schreibt eine Spur neben der Ideallinie oder er wird beim Lesen neben die geschriebene Spur positioniert. Daher sind alle Hersteller bemüht, mit neuesten Herstellungstechnologien den Strombedarf von Motor und Chips möglichst gering zu halten. Auch die Lager werden stets weiterentwickelt, um Reibungsverluste zu verringern.

Die großen Speichermengen auf den Festplatten mässen verwaltet werden. Dazu gehären Zugriffsmethoden und -optimierungen, Suchwegoptimierung, intelligente Verwaltung des Pufferspeichers, die Kommunikation äber E- IDE-, SCSI- oder Fibre-Channel-Schnittstellen. Seagate bietet sogar ein FibreChannel-Laufwerk mit zwei FC-Schnittstellen und je 2 GBit/s äbertragungsrate. Damit sind kurzzeitig Datenraten von bis zu 4 GBit/s mäglich. Um dies zu bewerkstelligen, kann das Laufwerk gleichzeitig mit bis zu 32 Initiatoren kommunizieren und bis zu 128 Warteschlangen verwalten. Dabei dürfen bis zu 128 Befehle offen sein. Je nach Einsatzgebiet kännen die Blockgräße, die Frame Size, gewählt und die verschiedenen Schnittstellenvarianten eingestellt werden.
Cache
Die Verteilung der Kapazität des Cache auf Lesen und Schreiben sowie das Vorauslesen passt die Elektronik bedarfsgerecht im laufenden Betrieb ständig an. Die Größen fär Pufferspeicher liegen inzwischen bei Standardfestplatten bei 512 KByte, schneller drehenden Platten kommen mit 2 MByte. Highend-SCSI-Geräte sind mit bis zu 16 MByte Cache-Speicher ausgestattet.

 


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