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3. 1. Allgemeines
Das Funktionsprinzip einer Festplatte ähnelt sehr dem von Disketten.
Im Gegensatz zur Diskette mit ungefähr 300 Umdrehungen pro Minute rotiert die Festplatte mit 3600 Umdrehungen, neuere Modelle mit noch mehr.
Die Magnetschicht ist deshalb nicht, wie bei der Diskette, auf einem weichen Kunststoffträger aufgebracht, da dieser bei diesen Geschwindigkeiten zu "flattern" beginnen würde, sondern auf Aluminium- oder Glasscheiben.
3. 2. Grundsätzliches zum Aufbau
Um mehr speichern zu können, werden mehrere Scheiben übereinander auf eine gemeinsame Achse montiert. An einem Arm sind die beweglichen Schreib-Lese-Köpfe befestigt (einer für jede Plattenoberfläche).
Eine Berührung zwischen Kopf- und Platte, der sogenannte "Head-Crash" wäre bei den hohen Geschwindigkeiten einer Festplatte in Hinsicht des Datenverlustes eine mittlere Katastrophe.
Allerdings bildet sich gerade durch die hohe Geschwindigkeit ein Luftpolster zwischen Plattenoberfläche und Kopf, sodaß der Kopf im Abstand von einem Mikrometer über der Platte schwebt (Bernoulli-Effekt).
3. 3. Kapazität
Wenn man von der Kapazität einer Festplatte spricht, muß man zwischen zwei Werten unterscheiden:
. Bruttokapazität:
Dies ist die theoretisch maximale Kapazität des Laufwerkes. Sie ergibt sich aus der Multiplikation von Bit-(Byte-)dichte in der Spur mit Spurlänge, Spuranzahl und Zahl der Plattenoberflächen.
. Nettokapazität:
Die Nettokapazität gibt an, wieviel Platz tatsächlich auf einem Laufwerk nutzbar ist.
. für den Anwender nutzbare Nettokapazität:
Diese Zahl unterscheidet sich erheblich von der vom Hersteller angegebenen Nettokapazität.
Das hat unterschiedliche Gründe:
. Einerseits werden etwa 10 - 20 % der Kapazität für Fehlerkorrektur- und Adreßinformationen benötigt.
. Andererseits belegt auch das Dateisystem einigen Platz für Verwaltungsdaten.
Doch damit nicht genug, muß man sich auch noch darüber den Kopf zerbrechen, was nun genau unter einem Megabyte (oder Gigabyte) zu verstehen ist:
. Die meisten Plattenhersteller rechnen: 1 MB = 1.000.000 Bytes
. Für ein Betriebssystem besteht ein Megabyte aber aus 1.048.576 Bytes.
Außerdem ist zu berücksichtigen, daß die Performance unter einer zu starken Ausnutzung der Kapazität leidet.
Wird ein Rechner unter DOS oder Windows 95 betrieben, so gibt es immer noch einige Einschränkungen bezüglich der Kapazität.
Hier zwei Beispiele:
. Maximale Plattengröße: 8 GB
. Maximale Partitionsgröße: 2 GB
Bei einer 2 GB großen Partition beträgt die Blockgröße allerdings bereits 32 KB, d. h. auch wenn eine Datei mit einer Größe von nur einigen Bytes abgelegt wird, belegt sie trotzdem einen ganzen Block von 32 KB.
3. 4. Leistungsmerkmale
Als wichtigste Leistungsmerkmale einer Festplatte sind zu nennen:
. Betriebssystem-Overhead:
Das ist die Zeit, die vom Betriebssystem benötigt wird, um einen Schreib- bzw. Lese-Request zu erzeugen und dem Festplatten-Controller zu übergeben.
. Positionierzeit:
Die Positionierzeit gibt an, wie lange das Laufwerk zum Positionieren der Schreib-Lese-Köpfe benötigt.
. Setting Time:
Dieser Wert gibt an, wie lange ein Schreib-Lese-Kopf braucht, um sich nach einer Bewegung mechanisch zu beruhigen bzw. auszuschwingen.
. Umdrehungswartezeit (Latency):
Wenn der Schreib-Lese-Kopf über der gewünschten Spur positioniert ist, muß er warten, bis der gewünschte Block vorbeikommt.
. Transferrate:
Das ist die Anzahl der übertragenen Bytes bzw. Bits in einer Sekunde.
. Transferzeit:
Die Transferzeit ergibt sich logischerweise aus der Transferrate (je höher die Transferrate, desto kleiner die Transferzeit).
. Sektorgröße:
Unter diesem Begriff versteht man die Anzahl der Bytes, die zu einem Sektor zusammengefaßt sind.
3. 5. Auswirkungen des Einsatzes von Cache-Speichern
Der Einsatz von Cache-Speichern ist eine Möglichkeit zur Leistungssteigerung.
Dabei wird jeder zu schreibende Block - wie üblich - zum Festplattenlaufwerk übertragen. Zusätzlich merkt sich der Controller aber die Adresse des Blocks und dessen Inhalt in einem internen Speicher.
Der Vorteil dabei liegt in den reduzierten Plattenzugriffen.
3. 6. Schnittstellen
Hier existieren im wesentlichen zwei Standards:
. ESDI (Enhanced Small Device Interface):
ist eine PC-spezifische Entwicklung und erlaubt den Einbau von maximal zwei Festplatten. Die Übertragung der Daten erfolgt seriell.
. SCSI (Small Computer System Interface):
ist die wohl universellste Schnittstelle. Es können bis zu sieben Festplatten angeschlossen werden.
SCSI ist jedoch keine reine Festplattenschnittstelle, es kann beispielsweise auch ein Scanner angeschlossen werden.
3. 7. Aufzeichnungsverfahren
Unter dem Begriff "Aufzeichnungsverfahren" werden alle Methoden verstanden, Bits und Bytes in magnetische Form zu bringen.
Es sind hier die wichtigsten nur kurz beschrieben, da eine genaue Behandlung mehrere Seiten füllen würde:
. NRZ (Non Return to Zero):
Die Magnetisierung wird bei diesem Verfahren nur gewechselt, wenn bei den Datenbits ein Wechsel von 0 nach 1 oder umgekehrt erfolgt.
Bei mehreren aufeinanderfolgenden 1-Bits bleibt der Strom konstant auf "high", ohne zwischendurch auf "low" zurückzukehren (daher der Name des Verfahrens).
. FM (Frequency Modulation):
Mit Hilfe der Frequenzmodulation versucht man, die Festplattenkapazität vor allem durch neue, leicht modifizierte Verfahren (Modified Frequency Modulation) immer mehr zu steigern.
. RLL (Run Length Limited):
Dies ist ein ziemlich komplexes Verfahren. Es erreicht durchschnittlich einen 50prozentigen Kapazitätsgewinn gegenüber der FM-Methode.
3. 8. Preisbeispiele
Eine kleine Auswahl an aktuellen Festplatten und ihren Preisen:
Hersteller Schnittstelle Kapazität (GB) Zugriffszeit (ms) Preis
IBM IDE 4,3 9,5 2.189,--
IBM IDE 14 9,5 5.489,--
Maxtor IDE 6,8 9 2.399,--
Quantum IDE 7,6 9 2.649,--
Seagate IDE 3,2 11 1.799,--
Toshiba (für Notebook) IDE 4 12 3.949,--
IBM SCSI 9,1 7,5 6.779,--
Seagate SCSI 6,5 8,5 6.299,--
3. 9. Ein aktuelles Testergebnis
Die Zeitschrift "PC Intern" hat in ihrer November-Ausgabe 1998 eine Test bei 30 aktuellen Festplatten durchgeführt. Getestet wurden dabei im wesentlichen der Datendurchsatz und die mittlere Zugriffszeit. Aus den beiden Zielerträgen wurde dann eine "Gesamtnote" gebildet (1 = sehr gut, 5 = mangelhaft).
Festplatten, die besonders gut bzw. besonders schlecht abschnitten, sind hier kurz zusammengefaßt:
Die besten Festplatten:
Name Hersteller Kapazität (GB) Preis (ca.) Leistungs-
bewertung
MAA3182 Fujitsu 18,2 16.100,-- 1,8
Cheetah 18 Seagate 18,2 21.000,-- 1,8
DK319H-18 Hitachi 18,3 17.710,-- 1,9
Barracuda 9LP Seagate 9,1 9.800,-- 1,9
DK 329H Hitachi 9,1 9.100,-- 2,0
Die schlechtesten Festplatten:
Name Hersteller Kapazität (GB) Preis (ca.) Leistungs-
bewertung
SpinPoint V 3A Samsung 4,3 2.100,-- 3,8
Medalist 4321 Seagate 4,3 2.100,-- 3,5
SpinPoint
V 3200 Samsung 6,4 2.800,-- 3,4
Medalist 6531 Seagate 6,5 2.450,-- 3,3
WD Caviar AC 35100 Western Digital 5,1 2.800,-- 3,3
Die Platten der Hersteller IBM, Maxtor oder Quantum landeten im Mittelfeld.
3. 10. "Latest News"
Vor kurzem hat die Firma IBM neue IDE-Festplatten auf den Markt gebracht, die auf dem GMR-Effekt (Giant Magneto Resistive) basieren. Dieser Effekt erlaubt eine höhere Datendichte.
Die High-End-Version mit einer Kapazität von 14,4 GB soll etwa 700 Dollar kosten.
Auch bei Notebooks stellte IBM mit einer Festplattenkapazität von 8 GB einen neuen Rekord auf.
IBM hat bereits einen weiteren Fortschritt angekündigt. In nicht allzu langer Zeit soll eine Festplatte auf den Markt kommen, die bei einer Höhe von einem Zoll eine Kapazität von 16,8 GB aufweist.
Der Firma Seagate wiederum ist es gelungen, Festplatten mit einer Transferrate von über 20 MB/s zu konstruieren. Die neuen Festplatten sind seit Sommer 1998 auf dem Markt.
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