Festplatte (1956, IBM)

geöffnete handelsübliche 3,5" Festplatte mit Perspektive auf die formstabile Datenscheibe und Schreib-/ Lesekopf

Einführung

Unter einer Festplatte (englisch hard disk drive = HDD) ist ein ferromagnetisches Datenlaufwerk, welches Daten in binärer Form auf der Oberfläche einer oder mehrerer rotierender Scheiben schreibt.
Dabei wird die magnetisierbare Beschichtung an der Oberfläche der rotierenden Platte entsprechend der zu speichernden Informationen magnetisiert. Das Auslesen der gespeicherten Informationen erfolgt anschließend durch Abtastung der Magnetisierung der Plattenoberfläche mittels eines Lesekopfes.
 
Dabei gleicht das Schreib- und Leseverfahren prinzipiell dem Schreib- und Leseverfahren einer Diskette. Jedoch sind die Scheiben einer Festplatte im Gegensatz zu denen einer Diskette aus starrem (formstabilem) Material. Festplatten speichern Daten dauerthaft bis zum "Löschen" bzw. Überschreiben durch erneutes Magnetisieren. Es können sowohl Daten des Betriebssystemes als auch persönliche Daten des Anwenders auf Festplatten abgespeichert werden.

Funktionsweise

physikalischer Aufbau und Einheiten

Eine Festplatte besteht aus folgenden Bauelementen:
 
  • einer oder mehrere drehbar gelagerte Datenscheiben
  • Elektromotor als Antrieb für die Datenscheiben
  • bewegliche Schreib-/ Leseköpfe (Heads)
  • jeweils ein Lager pro Scheibe sowie für die Schreib-/ Leseköpfe
  • Steuerelektronik für Motor- und Schreib-/ Lesekopfsteuerung
  • Signalprozessor für die Schreib-/ Leseköpfe
  • Schnittstelle zur Verbindung mit dem Festplattencontroller, z.B. IDE/ S-ATA
  • Festplattencache (z.B. 8MB oder 16MB)1

technischer Aufbau und Material

handelsübliche 3,5" Festplatte - die Daten sind in einem massiven Gussgehäuse aus Aluminiumlegierung geschützt
Das Gehäuse einer Festplatte ist ein stabiles, meist aus einer Aluminiumlegierung bestehendes Gussteil mit einem Edelstahl-Blechdeckel. Dies gewährleistet eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse. Dabei ist es staub- und luftdicht, wobei eine kleine, mit einer Membran versehene Öffnung Luftdruckschwankungen, d.h. Druckunterschiede ausgleichen kann, die z.B. bei Temperaturschwankungen entstehen.
 
Dies ist vor allem wichtig um die sich ausdehnende Luft im Inneren des Gehäuses bei zunehmender Wärme im Festplattenbetrieb entweichen zu lassen. Ein konstanter Luftdruck im Festplattengehäuse ist ebenfalls erforderlich, um die direkte Berührung von Schreib-/ Lesekopf und Datenscheibe zu verhindern (Bernouille-Effekt).
 
Festplatten dürfen nur in hermetisch gegen verunreinigte Luft abgeriegelten Räumen geöffnet werden, da bereits kleinste Staubpartikel, Fingerabdrücke usw. für  irreparable Beschädigungen der Oberfläche der Datenscheibe sowie der Schreib-/Leseköpfe führen könnten.
 
Die Scheiben der Festplatte selbst sind formstabile, oberflächenbehandelten Aluminium-Legierungen. Es gibt jedoch vereinzelt auch Datenscheiben aus Glas, wobei sich Scheiben aus Aluminium-Legierung in den letzten Jahren weitgehend durchgesetzt haben. Neben der Formstabilität ist vor allem eine geringe elektrische Leitfähigkeit von Bedeutung, da nur so die Größe der Wirbelströme gering gehalten werden kann. Des Weiteren darf das Material der Datenscheibe als Träger der Magnetschicht selbst über keine magnetischen Eigenschaften verfügen. Nur so ist eine punktuelle Magnetisierung der sehr dünnen Datenschicht realisierbar, die ungefähr eine Dicke einem Mikrometer Stärke aufweist, und meist aus Eisenoxid- oder Kobalt besteht. Zur Vermeidung mechanischer Beschädigungen ist diese oft von einer dünnen Schicht aus Graphit ummantelt. Durch die Wahl immer hochwertigerer Materialien konnte so in den letzten Jahren eine stetige Steigerung der Datendichte erreicht werden.

Festplattengrößen und historischer Rückblick

Die physikalische Größe von Festplatten wird in Zoll als Formfaktor angegeben. Gängige 3,5"-Festplatten sind z.B. genau 10 cm breit, was knapp 4 Zoll entspricht. Die im Gehäuse vorliegenden Scheiben haben einen Durchmesser um die 3,5 Zoll, wobei es z.B. bei Serverplatten Abweichungen nach unten zugunsten höhere Rotationsgeschwindigkeiten gibt.
 
In der gut 50 jährigen Geschichte der Festplatte sind diese stetig kleiner, schneller und sicherer geworden. Waren die ersten Modelle mit 24" und wenigen Megabyte Speicher noch sehr platzraubend, so haben heute gängige Festplatten einen Formfaktor von nur noch 1,8", 2,5" oder 3,5". Dabei sind in Desktop-Computern und Servern 3,5" Festplatten gängig, in Laptops finden heutzutage häufig 1,8" oder 2,5" Festplatten Anwendung. Des Weiteren finden in Laptops mehr und mehr verschleißfreie und stromsparende Solid State Drives (SSD) Anwendung da, da diese aus Transistorschaltkreisen bestehen und somit weniger störanfällige als mechanische Festplatten sind.
 

Entwicklung der Festplattengrößen ab 1956:
 
  • 24"-Formfaktor - die erste Festplatte "IBM 350" von 1956 verfügte über 5MB Speicher.
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  • 8"-Festplatten setzten sich Mitte der 1970er Jahre durch, wurden jedoch recht schnell von den wesentlich kompakteren und leichteren 5,25"-Festplatten abgelöst.
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  • 5,25"-Festplatten - 1980 von Seagate eingeführt, ersetzten die 8" Festplatte, finden jedoch seit Mitte der 1990er Jahre keine Anwendung mehr.
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  • 3,5"-Festplatten Anfang der 1990er eingeführt und noch heutiger Standard in Desktop-Computern und Servern mit Kapazitäten von bis zu über 1 Terabyte (=1000GB)
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  • 2,5"-Festplatten finden vor allem Verwendung in Notebooks sowie als externe Festplatten.
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  • 1,8"-Festplatten fanden seit 2003 vermehrt Einsatz in Sub-Notebooks sowie großen MP3 & Video-Playern. In den letzten Jahren werden diese jedoch von stetig weiterentwickeltem Flash-Speicher verdrängt.
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  • kleinere Festplatten von 1" oder 0,85" setzten sich nie richtig durch, da sie schnell durch Flash-Speicher wie der SD Memory Card oder der microSD Card verdrängt wurden. Flash Speicher zeichnet sich dabei vor allem durch eine günstigere Herstellung, Robustheit, Schnelligkeit, Geräuschlosigkeit, höhere Energieeffizienz und eine größere Datendichte aus (vgl. MicroSD).2, 3
  • Quellenangaben/ Einzelnachweise:
    1 "Aufbau, Funktionsweise und Geschichtliches zur Entwicklung der Festplatte" -URL: http://digilib.happy-security.de/files/Entwicklung_der_Festplatte.pdf
    2 "Grundlagen Festplatten I: Funktionweise und Aufbau" - Tom´s Hardware - URL: http://www.tomshardware.com/de/grundlagen-festplatten-i-funktionweise-und-aufbau,testberichte-80.html
    3 "BILDER UND INFORMATIONEN - Festplatte - Harddrive" - Michael Muehlstein, Wallduern. URL: http://www.muehlstein-online.de/bilder-info/info-Festplatte-Harddrive.html