HD (Festplatte)

Festplatten (HD) sind feste Bestandteile von Festplatten-Laufwerken und werden in diesen betrieben. Sie speichern Daten auf der magnetisierbaren Oberfläche des Speichermediums. Dieses besteht typischerweise aus einer Aluminiumscheibe, die ein- oder beidseitig mit einer extrem dünnen magnetisierbaren Eisenoxyd-Schicht beschichtet ist.

Aufbau einer Festplatte mit mehreren Speicherplatten

Die Daten werden dabei mit wahlfreiem Zugriff in Spuren gespeichert, die auf konzentrischen Kreisen basieren. Jeder Kreis ist in Sektoren unterteilt, die bei PC-Anwendungen 512 Datenbytes und einige Adress- und Steuerbytes umfassen. Die Spuren sind am äußeren Rand länger und nehmen zur Scheibenmitte hin ab. Dies nutzt man bei dem so genannten Multiple Zone Bit Recording, bei dem die äußeren Spuren mehr Sektoren umfassen als die inneren, was eine höhere Speicherkapazität zur Folge hat. Die Folge war auch eine Änderung der Sektor-Adressierung vom CHS-Verfahren hin zum LBA-Verfahren, bei dem die Sektoren von außen nach innen durchnummeriert werden.

Das Einlesen und Auslesen der Daten aus den Sektoren oder Blöcken erfolgt mit Schreib-/Leseköpfen, die auf einem Luftpolster über der magnetisierten Oberfläche schweben und in Bruchteilen von Sekunden an der angegebenen Stelle positioniert werden.

Sektoren und Spuren auf einer Festplatte

Zur Erhöhung der Speicherkapazität und zur Verringerung der Zugriffszeiten werden mehrere Speicherplatten übereinander angeordnet, gemeinsam angetrieben und in der Abtastmechanik synchron gesteuert. Alle Sektoren der verschiedenen Platten liegen exakt übereinander, was zu dem Begriff Zylinder geführt hat. Da die verschiedenen Schreib-/Leseköpfe auf den einzelnen Festplatten an die gleiche Stelle positioniert werden, kann man die Daten auf die verschiedenen Platten verteilen, ohne dass Zeitverluste durch Veränderung des Abtaststellung hervorgerufen werden.

Schreib-/Lesekopf einer Harddisk, Foto: TFH Berlin

Die Umdrehungsgeschwindigkeit von Festplatten geht unmittelbar auf die Zugriffszeit und die Datentransferrate ein. Sie kann allerdings nicht beliebig erhöht werden, da die Ummagnetisierung der Eisenoxyd-Partikel eine bestimmte Zeit in Anspruch nimmt. Festplatten arbeiten mit konstanten Drehgeschwindigkeiten. Die Standard-Festplatte mit einem Durchmesser von 5,25" wird mit Umdrehungsgeschwindigkeiten von 3.600 U/min, 4.500 U/min, 5.400 U/min, 7.200 U/min, 10.000 U/min und sogar mit 15.000 U/min angetrieben. Daneben gibt es kleinere Versionen für Laptops und Notebooks mit 3,5", 2,5", 1,8", 1,0" und 0,85" Durchmesser. Diese Festplatten werden als Miniatur-Festplatten bezeichnet. Ein Beispiel ist der Microdrive von IBM.

Entwicklung der Speicherkapazität von Festplatten

Die Speicherkapazität der modernen Harddisks reicht derzeit in den dreistelligen Gigabyte-Bereich von mehreren 100 Gigabyte (GB), die Zugriffszeiten liegen im Bereich von 8 ms bis 10 ms. Eine Speicherkapazität von 1 Terabyte (TB) ist nur noch einen Frage der Zeit. Die rasante Erhöhung der Speicherkapazität wurde durch Perpendicular-Recording erzielt, bei dem das Magnetmaterial auch in der Materialtiefe magnetisiert wird.

Festplatten hatten in den Anfangsjahren um 1958 Speicherdichten von etwa 2 kbit/qinch; die heutigen Magnetplatten verfügen dagegen über eine Speicherdichte von etwa 5 Gbit/qinch bis zu 15 Gbit/qinch, die in naher Zukunft bis auf 60 Gbit/qinch gesteigert werden dürfte. Bei der derzeitigen Speicherdichte können 15.000 bis 20.000 Spuren je Inch angeordnet werden, wobei jede Spur über 300 bis 400 kbit/inch verfügt.