Festplatte

Eine Festplatte (englisch: Hard Disk Drive, kurz HDD) ist ein magnetisches Speichermedium für Daten. Im erweiterten Sinne werden auch die neueren Technologien Flash-Speicher und Solid-State-Speicher als Festplatten bezeichnet; diese unterscheiden sich jedoch in den grundlegenden Funktionsweisen und Eigenschaften. Im Gegensatz zu Disketten besitzen Festplatten starre Magnetschichten. Auf den Oberflächen dieser Speicherschichten werden die Daten magnetisch gespeichert und bei Bedarf vom Lesekopf ausgelesen.

Das ferromagnetische Speicherverfahren klassischer Festplatten bringt einige Vorteile mit sich:

• Aufgrund enormer Speicherdichten können viele Daten auf engem Raum abgespeichert werden.
• Die starke Verbreitung und die effiziente Produktion führen zu kostengünstigem Speicher (gemessen in GB/Euro).
• Jedoch existieren auch Nachteile bei den herkömmlichen Magnet-Festplatten:
• Aufgrund der mechanischen Bauweise entstehen Zugriffszeiten von wenigen Millisekunden - in der Computertechnik eine Ewigkeit.
• Aufgrund der rotierenden Magnetscheiben entstehen Laufgeräusche und Abwärme; vor allem bei Notebooks führt Abwärme zu geringeren Akkulaufzeiten, da zusätzliche Kühler mit Strom versorgt werden müssen.
• Wegen der magnetsichen Bauweise sind Festplatten sehr empfindlich gegenüber Magnetfeldern.
• Magnetplatten eigenen sich nicht zur dauerhaften Archivierung von Daten. Die Haltbarkeit moderner Festplatten wird mit ca. zehn Jahren angegeben.

Im Allgemeinen unterscheidet werden Festplatten in erster Linie durch Ihre Speicherkapazität unterschieden. Angefangen mit 10 Megabyte im Jahr 1981, entwickelte sich die Speicherkapazität in den letzten Jahren sehr rasant; aktuelle Festplatten verfügen über bis zu vier Terabyte. Die physikalische Größe von Festplatten wird traditionell in Zoll angegeben und entspricht dabei dem maximalen Durchmesser einer Magnetscheibe. Gängige Baugrößen sind:

• 3,5 Zoll: Standardbaugröße für Desktop-Rechner
• 2,5 Zoll: Standardbaugröße für das Notebook- und das Server-Segment
• 1,8 Zoll: kleine Festplatten in z.B. dem Apple iPod classic

Festplatten in 5 1/4-Zoll-Bauform findet man heutzutage nicht mehr. Jedoch hat sich diese Größe z.B. bei DVD- und Blu-ray-Laufwerken durchgesetzt.

Bei internen Festplatten kommt heutzutage im Desktop-Bereich hauptsächlich die SATA-Schnittstelle zum Einsatz. Diese verdrängte in den letzten Jahren die parallelen Standards ATA und SCSI, deren Hauptproblem die Koordination der parallelen Datenübertragung ist. Im professionellen Desktop- und Server-Bereich sind bereits noch schnellere Spezifikationen auf dem Vormarsch, u.a. Fibre-Channel und SAS. Im Gegensatz zu internen Speicherlösungen kommt es bei externen Festplatten eher auf die Anschlussschnittstelle und deren Geschwindigkeit an. Momentan sind hauptsächlich die universellen Schnittstellen FireWire, USB, und eSATA am Markt vertreten. Thunderbolt bietet die höchste Geschwindigkeit, die Auswahl der angebotenen Festplatten ist im Vergleich zu USB jedoch noch sehr gering. Eine Besonderheit bei externen Festplatten bilden die NAS-Systeme, die zusätzlich Netzwerkanschlüsse bereitstellen und somit von mehreren Rechnern im Netzwerk verwendet werden können.

Für die Geschwindigkeit von Festplatten bzw. wie schnell Daten zwischen Festplatte und Computer getauscht werden sind folgende Faktoren entscheidend:

• Festplatten-Anschluss
• Cache
• Anzahl der Umdrehungen
• Zugriffszeiten

Der Cache einer Festplatte ist ein schneller Zwischenspeicher, der Schreib- und Lesezugriffe auf einen Datenträger puffert, um den Einfluss der Latenzzeit und der Datenübertragungsrate des Datenträgerzugriffs auf das System zu verringern. Der Cache wird mittels RAM-Speicher implementiert. Derzeit sind bei Desktop-Festplatten 8 bis 64 MB Cache gängig. Moderne Festplatten rotieren mit einer Geschwindigkeit von 5.400 bis 10.000, Festplatten in Hochleistungsrechnern und Servern mit 10.000 oder 15.000 Umdrehungen pro Minute. Anders im Notebook-Bereich, denn weil hier nicht nur Geschwindigkeit, sondern auch die Vermeidung von Abwärme eine Rolle spielt, liegen die Geschwindigkeiten von 2,5-Zoll-Festplatten im Bereich von 4.200 bis 7.200 Umdrehungen pro Minute.

1956: IBM stellt das erste magnetische Festplattenlaufwerk mit der Bezeichnung IBM 350 vor (5 MB, 24 Zoll, 600 ms Zugriffszeit, 1.200 U/min, 500 kg, 10 kW). Die Schreib-/Leseköpfe wurden elektronisch-pneumatisch gesteuert, weshalb die schrankgroße Einheit auch einen Druckluft-Kompressor enthielt. Das Laufwerk wurde nicht verkauft, sondern für ca. 10.000 DM pro Monat an Unternehmen vermietet. Ein Exemplar der IBM350 befindet sich im Museum des IBM-Clubs in Sindelfingen.

1973: IBM startet das „Winchester“-Projekt, das sich damit befasst, 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 die Stadt Winchester in Südengland, in deren IBM-Werk das Laufwerk entwickelt wurde. 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-Zoll-Winchester-Laufwerke. Diese waren jedoch sehr schwer und teuer (ca. 1.000 Euro/MB); trotzdem stieg der Absatz kontinuierlich.

1980: Verkauf der ersten 5,25-Zoll-Winchester-Laufwerke durch die Firma Seagate (ST506, 6 MB, 3.600 U/min, Verkaufspreis ca. 1.000 Dollar). Zur gleichen Zeit kam neben den bereits bestehenden Apple-Microcomputern der erste PC von IBM auf den Markt, wodurch die Nachfrage nach diesen – im Vergleich zu den Winchester-Laufwerken kompakten – Festplatten rasant anstieg.

1986: Spezifikation von SCSI, eines der ersten standardisierten Protokolle für eine Festplattenschnittstelle

1989: Standardisierung von IDE, auch bekannt als ATA-Bus

1991: Erste 2,5-Zoll Festplatte mit 100 MB Speicherkapazität

1997: Erster Einsatz des Riesen-Magnetowiderstands bei Festplatten, mit dem die Speicherkapazität stark gesteigert werden konnte. Eine der ersten Festplatten mit GMR-Leseköpfen brachte IBM im November 1997 heraus (IBM Deskstar 16GP DTTA-351680, 3,5 Zoll, 16,8 GB, 0,93 kg, 9,5 ms, 5.400 U/min).

2004: Erste SATA-Festplatten von Seagate

2005: 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 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 (Momentus 5400.3, 2,5 Zoll, 160 GB, 0,1 kg, 5,6 ms, 5.400 U/min, 2 Watt) von Seagate. 3,5-Zoll-Festplatten erreichen mit derselben Aufzeichnungstechnik im April eine Kapazität von 750 GB.

2007: Die erste Terabyte-Festplatte von Hitachi

2011: Seagate stellt die erste 4-TB-Festplatte vor