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Festplatte

 

[engl. hard disk, Abk. HD, im Unterschied zur Diskette, engl. floppy disk, dt. »weiche Platte«], die Kombination von Laufwerk und Datenträger zu einem Gerät, das große Datenmengen dauerhaft auf magnetisierbaren Plattenoberflächen speichert bzw. von ihnen liest. Festplatten sind i. d. R. dauerhaft in den Rechner eingebaut; die zeitweise verbreiteten, in einem Wechselrahmen eingebauten Festplatten werden heute nur noch selten eingesetzt; externe Festplatten dagegen (die z. B. über die SCSI-Schnittstelle angeschlossen werden) erfreuen sich, besonders in der Macintosh-Welt, immer noch großer Beliebtheit.

 

Eine Festplatte enthält einen Stapel von zwei bis zehn festen (also nicht - wie bei Disketten - flexiblen) Platten aus Aluminium, Glas o. Ä., die übereinander auf einer Achse sitzen. Diese Achse wird von einem Motor in eine konstante Drehung versetzt (je nach Typ ca. 3600 bis maximal 15 000 Umdrehungen pro Minute). Ober- wie Unterseite jeder Platte sind mit einem magnetisierbaren Material, etwa Eisenoxid, beschichtet. Für jede beschichtete Seite gibt es einen Schreib-/Lesekopf, der Daten schreibt, indem er die Oberfläche magnetisiert, oder Daten liest, indem er Magnetisierungen registriert. Die Schreib-/Leseköpfe sitzen auf dem sog. Schreib-/Lesekamm, der von einem Schrittmotor hin- und hergefahren wird, damit beliebige Speicherpositionen erreicht werden können. Die Köpfe schweben sehr dicht über der Plattenoberfläche; mit ca. 30 µm beträgt der Abstand nur die Hälfte der Dicke eines menschlichen Haares. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten und die Schreib-/Leseköpfe z. B. vor Staubteilchen (Größe: ca. 35 µm) zu schützen, ist das Gehäuse fast luftdicht verschlossen.

 

Zu einer Festplatte gehören auch die Laufwerkselektronik (Controller) sowie meist ein Cache-Speicher. Diese Bauteile befinden sich bei heutigen Festplatten direkt im oder auf dem Gehäuse. Bei älteren Festplatten ist dies nicht der Fall; sie benötigen einen separaten Festplatten-Controller, eine Steckkarte.

 

Festplatten gibt es in unterschiedlichen Baugrößen (von 2 Zoll Höhe und 5¹/₄ Zoll Breite bis hin zum Microdrive mit den Abmessungen einer halben PC-Card). Im Laufe ihrer Entwicklung haben sich unterschiedliche Festplattenschnittstellen durchgesetzt, in der Vergangenheit vor allem ST506/ST412 und ESDI, heute vor allem IDE/EIDE und SCSI.

 

In den letzten beiden Jahrzehnten hat sich die Speicherkapazität von Festplatten beträchtlich gesteigert. Die ersten Festplatten - 1956 von IBM für Großrechner vorgestellt - hatten bei einem Durchmesser von 24 Zoll eine Kapazität von 5 MByte. Im Jahre 1983 hatte die erste Festplatte des IBM-PC bei einem Durchmesser von 5¹/₄ Zoll eine Kapazität von 10 MByte. Bei PCs sind heute Platten von 40 GByte üblich, große Festplatten erreichen Speicherkapazitäten von 100 GByte, also das Zehntausendfache der ersten PC-Platten. Seit Frühjahr 2001 verkauft der Hersteller Seagate gar eine Festplatte mit einer Speicherkapazität von 181 GByte. Solche Steigerungen gehen vor allem zurück auf Verbesserungen des Aufzeichnungsverfahrens (MFM, RLL), des Speichermaterials sowie der Art und der Zahl der Schreib-/Leseköpfe (MR).

 

Die Daten werden auf der Festplatte in Spuren aufgezeichnet. Auf jeder Plattenseite befinden sich mehrere Spuren. Alle genau übereinander liegenden Spuren (Ober- und Unterseiten) bilden zusammen einen Zylinder, auf die der Schreib-/Lesekamm zugreift. Zur Organisation der Daten ist jede Spur in Sektoren unterteilt. Da die Scheiben im Laufwerk wesentlich präziser justiert werden können als eine Diskette, kann die Aufzeichnungsdichte bei Festplatten wesentlich höher sein (216 oder mehr Sektoren pro Spur und über 6000 Spuren, verglichen mit 18 Sektoren und 80 Spuren bei einer 3¹/₂-Zoll-Diskette). Die durchschnittliche Zugriffszeit, d. h. die Zeit, in der die Schreib-/Leseköpfe positioniert werden, liegt zwischen knapp 10 und 25 ms, die Datenübertragungsrate je nach verwendetem Controller zwischen 620 KByte/s und über 40 MByte/s.

 

Bei den Zugriffen auf die Daten spricht eine Festplatte Zylinder, Köpfe (Schreib-/Leseköpfe) und Sektoren an. Ihre Speicherkapazität ergibt sich deshalb auch daraus, wie viele dieser Elemente sie jeweils ansprechen kann. Bei älteren Computern und Festplatten existierten hier Beschränkungen, die sich aus dem BIOS, der Schnittstelle und dem Zugriffsverfahren ergaben. So konnten lange Zeit keine IDE-Festplatten mit einer Speicherkapazität von mehr als 504 MByte benutzt werden. Das übliche PC-BIOS sah maximal 1024 Zylinder sowie maximal 63 Sektoren pro Spur vor, die IDE-Schnittstelle maximal 16 Köpfe. Ein Sektor enthält immer 512 Byte. Aus all dem ergibt sich als maximale Kapazität: 1024 · 63 · 16 · 512 = 528 482 304 Byte (entsprechend 504 MByte). Diese Kapazitätsgrenze konnte durch verschiedene Maßnahmen überwunden werden, vor allem durch die EIDE-Schnittstelle (Enhanced IDE), erweiterte BIOS-Versionen und durch neue Verfahren zur Adressierung von Zylindern, Köpfen und Sektoren (Entwicklung von CHS zu XCHS sowie die Neuentwicklung LBA).

 

Die Einteilung einer Festplatte in Spuren und Sektoren geschieht bei ihrer Formatierung. Die genaue Einteilung hängt ab vom jeweiligen Dateisystem und - im Zusammenhang damit - vom Betriebssystem. Jede Festplatte lässt sich logisch in mehrere Partitionen unterteilen, in Bereiche, die wie ein eigenes Laufwerk angesprochen werden.

 

 

Speziell bei der Archivierung von Video- und Audiodaten ist auch die größte Festplatte schneller als gedacht an ihrer Kapazitätsgrenze angelangt. Wenig benutzte Daten sollten daher regelmäßig auf andere Medien gesichert (z. B. auf CD-Rs gebrannt) und von der Festplatte gelöscht werden.

 

Manche Festplatten verursachen im Betrieb störende Vibrationen. Gegen diese Geräuschbelästigung helfen meist Unterlegscheiben aus Gummi, Plastik oder Pappe, die auf die Schrauben gesetzt werden, mit denen die Festplatte befestigt ist.