Festplattenlaufwerk

Festplattenlaufwerke, Hard Disk Drive (HDD), sind Laufwerke mit einer oder mehreren nicht wechselbaren Festplatten. Die Laufwerke sind verkapselt damit die Festplatten mit ihren empfindlichen magnetisierbaren Oberflächen, der Festplattenarm und die darauf montierten Schreib-/Leseköpfe gegen Staub und Berührung geschützt sind. Durch das staubsichere, hermetisch versiegelte Festplattengehäuse ist sichergestellt, dass weder Verunreinigungen noch Feuchtigkeit die Funktionsweise des Festplattenlaufwerks beeinträchtigen.

Diese vollständig gekapselte Bauweise wurde in den 70er Jahren von IBM entwickelt und nach dem englischen Produktionsstandort Winchester als Winchester-Laufwerk bezeichnet. Das erste Winchester-Laufwerk hatte eine Speicherkapazität von 30 Megabyte (MB). Moderne Harddisks erreichen Speicherkapazitäten von zehn Terabyte (TB) und darüber.

Festplattenarm mit Schreib-/Leseköpfen

Hat ein Festplattenlaufwerk mehrere Festplatten, dann sind diese konzentrisch auf einer Achse übereinander angeordnet und werden gleichzeitig von einem Motor angetrieben. Auch die Bewegung des Festplattenarms mit den Schreib-/Leseköpfen erfolgt für alle beschichteten Oberflächen synchron, da alle Schreib-/Leseköpfe über den Zugriffsarm fest miteinander verbunden sind. Ein Tauchspulensystem mit Lageregelung sorgt für die Steuerung des Zugriffsarms und der damit verbundenen präzisen Positionierung der Schreib-/Leseköpfe.

Die Steuerung des Festplattenarms erfolgt nach verschiedenen Algorithmen unter Berücksichtigung der Winkelbewegung des Festplattenarms. So erfolgt beim Algorithmus First Come First Served (FCFS) die Dreharmsteuerung in der Reihenfolge, in der die Aufträge eingegangen sind. Dagegen optimiert der Algorithmus Shortest Seek First (SSF) den Auslenkungswinkel des Festplattenarms in dem er immer die Position ansteuert, die der vorherigen am nächsten liegt. Und beim Aufzug-Algorithmus wird die vorhandene Bewegungsrichtung des Festplattenarms solange fortgesetzt, bis keine weiteren Sektoren in gleicher Richtung angesteuert werden müssen. Erst dann erfolgt eine Richtungsumkehr.

Beim Ausschalten des Festplattenlaufwerks wird der Festplattenarm in eine Parkposition gestellt.

Die Rotation und Größe der Festplatten

Die Umdrehungsgeschwindigkeit von Festplatten geht unmittelbar auf die Zugriffszeit und die Datentransferrate ein. Sie kann allerdings nicht beliebig erhöht werden, da die Ummagnetisierung der Eisenoxid-Partikel eine bestimmte Zeit in Anspruch nimmt. Festplatten arbeiten mit konstanten Drehgeschwindigkeiten. Die Standard-Festplatte mit einem Durchmesser von 5,25" rotiert 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. Daneben gibt es kleinere Versionen für Laptops, Notebooks, Handhelds, Camcorder und MP3-Player 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.

Die Datentransferraten von Festplattenlaufwerken sind abhängig von der Datendichte und der Drehgeschwindigkeit. Höhere Umdrehungsgeschwindigkeiten bewirken höhere Datentransferraten und kürzere Zugriffszeiten. Bei einer 3,5"-Festplatte hat die äußere Spur eine Länge von 28 cm, die innere eine von 11 cm. Da die Datendichte und die Drehzahl konstant sind, sinkt die Datentransferrate je näher der Schreib-/Lesekopf der inneren Spur kommt. Bei der äußeren Spur kann diese bei 90 MB/s liegen, bei der inneren bei etwa 40 MB/s.

Die Schnittstellen zum Personal Computer

Die Verbindung zwischen Festplattenlaufwerk und Computer erfolgt über eine Festplatten-Schnittstelle, beispielsweise über Small Computer System Interface (SCSI), Integrated Drive Electronics (IDE), Enhanced Integrated Drive Electronics (EIDE) oder Advanced Technology Attachment (ATA). Je nach SCSI-Version werden über das SCSI-Protokoll theoretisch Transferraten zwischen 5 MB/s ( SCSI-1) und 40 MB/s, 80 MB/s (Ultra-2-SCSI) und mehr erreicht. Gleiches gilt für den IDE-Bus. Bei dem Protokoll PIO Mode 1 waren es noch 3,33 MB/s, bei Ultra-DMA 2 sind es 66,6 MB/s.