Festplatte - alles was Sie wissen müssen

Die Verwendung der Festplatte als Hauptspeichereinheit ist bereits nummeriert. Mit dem Erscheinen der sehr schnellen SSDs sind HDDs in den Hintergrund gedrängt worden, obwohl sie nicht weniger wichtig sind, weil sie ideal für die Massenspeicherung sind. Geräte, die derzeit 16 TB erreichen und für etwas mehr als 60 Euro 2 TB in unserem PC haben können, was für viele von uns immer noch unerreichbar ist, wenn es sich um eine SSD für ihren Preis handelt.

In diesem Artikel stellen wir alles zusammen, was Sie über Festplatten, deren Betrieb, Eigenschaften und insbesondere die Vor- und Nachteile, die sie im Vergleich zu SSDs bieten , wissen müssen. Dies ist immer ein Muss.

Funktion und interne Komponenten einer Festplatte

Der Name der Festplatte stammt vom englischen Festplattenlaufwerk oder HDD-Akronym, unter dem wir alle diese Speichereinheit kennen und das auch der klarste Weg ist, sie von einer SSD (Solic Disk Drive) zu unterscheiden.

Die Aufgabe einer Festplatte ist nichts anderes als die Bereitstellung unserer Geräte, der Ort, an dem alle Dateien, Programme gespeichert sind und an dem das Betriebssystem installiert ist. Aus diesem Grund wird es auch als Hauptspeicher bezeichnet, der im Gegensatz zum RAM-Speicher Dateien auch ohne Strom im Inneren speichert.

Während SSDs vollständig aus elektronischen Komponenten bestehen und Informationen auf Chips aus NAND-Gattern speichern, weisen Festplatten mechanische Teile auf. In ihnen dreht sich eine Reihe von Scheiben mit hoher Geschwindigkeit, so dass mithilfe von Magnetköpfen die Informationen auf ihnen gelesen und gelöscht werden. Sehen wir uns die Hauptelemente an, die Teil einer Festplatte sind.

Gerichte

Dies ist der Ort, an dem die Informationen gespeichert werden. Sie sind horizontal installiert und jedes Deck besteht aus zwei Flächen oder magnetisierten Aufnahmeflächen. Diese bestehen normalerweise aus Metall oder Glas. Um die Informationen in ihnen zu speichern, haben sie Zellen, in denen sie positiv oder negativ magnetisiert werden können (1 oder 0). Das Finish ist genau wie ein Spiegel, in ihnen wird eine immense Datenmenge gespeichert und die Oberfläche muss perfekt sein.

Köpfe lesen

Das zweitwichtigste Element sind die Leseköpfe, die wir für jedes Gesicht oder jede Aufnahmefläche haben. Diese Köpfe haben keinen wirklichen Kontakt mit den Platten, so dass sie keinen Verschleiß aufweisen. Wenn sich das Geschirr dreht, entsteht ein dünner Luftfilm, der ein Zählen zwischen dem Geschirr und dem Abspielkopf verhindert (ca. 3 nm voneinander entfernt). Dies ist einer der Hauptvorteile gegenüber SSDs, deren Zellen sich durch Löschen und Schreiben verschlechtern.

Motoren

Wir haben das Vorhandensein vieler mechanischer Elemente in einer Festplatte gesehen, aber das, was dies am meisten zeigt, ist das Vorhandensein von Motoren. Mit Ausnahme der Lüfter ist es das einzige derartige Element auf einem PC und die Hauptquelle für langsame Festplatten. Der Motor dreht die Platten mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Am schnellsten können es 5.400 U / min, 7.200 oder 10.000 U / min sein. Bis diese Geschwindigkeit erreicht ist, können Sie nicht mit den Festplatten interagieren, und dies ist eine große Quelle der Langsamkeit.

Dazu fügen wir den Motor oder vielmehr den Elektromagneten hinzu, der die Leseköpfe bewegt, um sich an der Stelle zu befinden, an der sich die Daten befinden. Dies braucht auch Zeit, da es eine weitere Quelle der Langsamkeit ist.

Cache

Zumindest aktuelle Einheiten haben einen in die elektronische Schaltung eingebauten Speicherchip. Dies dient als Brücke für den Informationsaustausch von den physischen Platten zum RAM-Speicher. Es ist wie ein dynamischer Puffer, der den Zugriff auf physische Informationen erleichtert, und beträgt normalerweise 64 MB.

Eingekapselt

Die Kapselung ist für eine Festplatte sehr wichtig, da der Innenraum im Gegensatz zur SSD vollständig unter Druck gesetzt werden muss, damit kein einziger Staubfleck eindringt. Berücksichtigen wir, dass sich die Platten mit einer enormen Geschwindigkeit drehen und die Nadel der Köpfe nur wenige Mikrometer misst. Jedes noch so kleine feste Element kann das Gerät irreversibel beschädigen.

Verbindungen

Zum Abschluss haben wir den gesamten Anschlusssatz auf der Rückseite des Pakets, der aus einem SATA-Stromanschluss und einem weiteren für Daten besteht. Früher hatten IDE-Festplatten auch ein Bedienfeld zur Auswahl des Betriebsmodus, des Slaves oder des Masters, wenn die Laufwerke einen Bus gemeinsam nutzten. Jetzt wird jedes Laufwerk mit einem separaten Port auf dem Motherboard verbunden.

Form- und Schnittstellenfaktoren auf einer Festplatte

In diesem Sinne sind die Informationen derzeit recht kurz, da wir nur zwei Formfaktoren finden. Der erste ist der Standard für Desktop-PCs mit 3, 5-Zoll-Laufwerken und Abmessungen von 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. Der zweite ist der Formfaktor, der in 2, 5-Zoll- Notebook- Laufwerken mit den Abmessungen 69, 8 x 9, 5 x 100 mm verwendet wird.

Was die Verbindungstechnologien betrifft, haben wir derzeit nicht zu viele für Festplatten, zwei:

SATA

Dies ist der Kommunikationsstandard in Festplatten aktueller PCs als Ersatz für IDE. In diesem Fall wird ein serieller Bus verwendet, der das AHCI-Protokoll verwendet, anstatt parallel, um die Daten zu übertragen. Es ist erheblich schneller als die herkömmliche IDE und mit maximalen Übertragungen von 600 MB / s effizienter. Darüber hinaus ermöglicht es Hot-Verbindungen der Geräte und verfügt über viel kleinere und handlichere Busse. In jedem Fall kann eine aktuelle mechanische Festplatte beim Lesen nur maximal 400 MB / s erreichen, während SATA-SSDs diesen Bus voll ausnutzen.

SAS

Dies ist die Weiterentwicklung der SCSI-Schnittstelle. Es handelt sich um einen Bus, der seriell wie SATA funktioniert, obwohl SCSI-Befehle weiterhin für die Interaktion mit Festplatten verwendet werden. Eine seiner Eigenschaften ist, dass es möglich ist, mehrere Geräte an demselben Bus anzuschließen und für jedes eine konstante Übertragungsrate bereitzustellen. Wir können mehr als 16 Geräte anschließen und es hat dieselbe Verbindungsschnittstelle wie SATA-Festplatten, was es ideal für die Bereitstellung von RAID-Konfigurationen auf Servern macht.

Die Geschwindigkeit ist geringer als bei SATA. Ein wichtiges Merkmal ist jedoch, dass der SAS-Controller mit einer SATA-Festplatte kommunizieren kann, ein SATA-Controller jedoch nicht mit einer SAS-Festplatte.

Physische, logische und funktionale Teile der Festplatte

Wir haben bereits die grundlegenden Teile im Inneren gesehen, aber dies ist nur der Anfang, um zu verstehen, wie es tatsächlich funktioniert. Wenn Sie alles über diese Festplatten wissen möchten, ist dieser Abschnitt der wichtigste, da er die Funktionsweise einer Festplatte bestimmt. Dies kann auf zwei Arten erfolgen:

CHS (Zylinderkopfsektor): Dieses System wird in den ersten Festplatten verwendet, obwohl es durch das folgende ersetzt wurde. Mit diesen drei Werten ist es möglich, den Lesekopf an der Stelle zu platzieren, an der sich die Daten befinden. Dieses System war leicht zu verstehen, erforderte jedoch ziemlich lange Positionierungsrichtungen.

LBA (logische Adressierung in Blöcken): Dies ist die derzeit verwendete. In diesem Fall teilen wir die Festplatte in Sektoren auf und weisen jedem eine eindeutige Nummer zu, als wäre es eine Speicheradresse, in der sich die Spindel befinden sollte. In diesem Fall ist die Anweisungszeichenfolge kürzer und effizienter und ermöglicht die Indizierung der Festplatte durch das System.

Physikalische Struktur der Gerichte

Lassen Sie uns sehen, wie die physische Struktur der Festplatte aufgeteilt ist, um zu bestimmen, wie sie funktioniert.

• Spur: Die Spuren sind die konzentrischen Ringe, die die Aufnahmefläche der Disc bilden. Zylinder: Ein Zylinder besteht aus allen Schienen, die auf jeder der Platten und Flächen vertikal ausgerichtet sind. Es ist nichts Physisches, sondern ein imaginärer Zylinder. Sektor: Jede Spur ist in Bögen unterteilt, die als Sektoren bezeichnet werden. In jedem Sektor werden Daten gespeichert, und wenn einer von ihnen unvollständig bleibt, werden die nächsten Daten in den nächsten Sektor verschoben. Die Sektorgrößen der ZBR -Technologie (Bit-Zone-Recording) variieren von Innen- zu Außenstrecken, um den Platz zu optimieren. Sie sind normalerweise 4 KB groß, können jedoch vom Betriebssystem aus geändert werden. Cluster: Es ist eine Gruppierung von Sektoren. Jede Datei belegt eine bestimmte Anzahl von Clustern, und keine andere Datei kann in einem bestimmten Cluster gespeichert werden.

Logische Struktur einer Festplatte

Das Lustige ist, dass die logische Struktur der Festplatte auch für SSDs beibehalten wurde, obwohl sie anders funktioniert.

Bootsektor (MBR oder GPT)

Der Master Boot Record oder MBR ist der erste Sektor der Festplatte, Spur 0, Zylinder 0, Sektor 1. Hier wird die Partitionstabelle der gesamten Festplatte gespeichert und deren Anfang und Ende markiert. Der Bootloader wird auch gespeichert, wo die aktive Partition, auf der das System oder die Betriebssysteme installiert sind, gesammelt wird. Gegenwärtig wurde es in fast allen Fällen durch den GPT-Partitionsstil ersetzt, den wir nun genauer sehen werden.

Partitionen

Jede Partition unterteilt die Festplatte in eine bestimmte Anzahl von Zylindern und diese können die Größe haben, die wir ihnen zuweisen möchten. Diese Informationen werden in der Partitionstabelle gespeichert. Derzeit gibt es ein Konzept für logische Partitionen zusammen mit der dynamischen Festplatte, mit der wir sogar zwei verschiedene Festplatten verbinden können, und im Hinblick auf das System wird es als eine funktionieren.

Unterschied zwischen MBR und GPT

Derzeit sind zwei Arten von Partitionstabellen für eine Festplatte oder SSD verfügbar, die vom Typ MBR oder die vom Typ GPT (Global Unique Identifier). Der GPT-Partitionierungsstil wurde für EFI- oder Extensible Firmware Interface-Systeme implementiert, die das alte BIOS-System von Computern ersetzt haben. Während das BIOS MBR zur Verwaltung der Festplatte verwendet, ist GPT darauf ausgerichtet, das proprietäre System für UEFI zu sein. Das Beste ist, dass dieses System jeder Partition eine eindeutige GUID zuweist, es ist wie eine MAC-Adresse, und der Allokator ist so lang, dass alle Partitionen auf der Welt eindeutig benannt werden können, wodurch physische Einschränkungen praktisch beseitigt werden von einer Festplatte in Bezug auf die Partitionierung.

Dies ist der erste und sichtbarste Unterschied zu MBR. Während Sie mit diesem System nur 4 primäre Partitionen auf einer Festplatte mit maximal 2 TB erstellen können, gibt es in GPT keine theoretische Einschränkung, um diese zu erstellen. Es wird das Betriebssystem sein, das diese Einschränkung irgendwie macht, und Windows unterstützt derzeit 128 primäre Partitionen.

Der zweite Unterschied liegt im Startsystem. Mit GPT kann das UEFI-BIOS selbst ein eigenes Startsystem erstellen, das den Inhalt der Festplatte bei jedem Start dynamisch erkennt. Auf diese Weise können wir einen Computer perfekt booten, selbst wenn wir die Festplatte durch eine andere mit einer anderen logischen Verteilung ersetzen. Stattdessen benötigen MBR oder alte BIOS eine ausführbare Datei, um die aktive Partition zu identifizieren und den Startvorgang zu starten.

Glücklicherweise sind fast alle aktuellen Festplatten- und SSD-Festplatten mit dem GPT-Partitionssystem vorkonfiguriert. In jedem Fall können wir dieses System vom System selbst oder im Befehlsmodus mit Diskpart vor der Installation von Windows ändern.

Dateisysteme auf einer Festplatte

Um den Betrieb einer Festplatte abzuschließen, müssen wir lernen, welche Hauptdateisysteme verwendet werden. Sie sind ein wesentlicher Bestandteil des Benutzers und der Speichermöglichkeiten.

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

Der FAT32 ignoriert das Vorhandensein des FAT-Systems, da es in aktuellen Speichersystemen praktisch unbrauchbar ist, und ist sein Vorgänger. Dieses System ermöglicht die Zuweisung von 32-Bit-Adressen zu Clustern, sodass theoretisch Speichergrößen von 8 TB unterstützt werden. Die Realität ist, dass Windows diese Kapazität auf 128 GB mit Dateigrößen von nicht mehr als 4 GB begrenzt. Es handelt sich also um ein System, das nur von kleinen USB-Speicherlaufwerken verwendet wird.

Um die Einschränkungen von FAT32 zu überwinden, hat Windows das exFAT-System entwickelt, das theoretische Dateigrößen von bis zu 16 EB (Exabyte) und theoretische Speichergrößen von 64 ZB (Zettabyte) unterstützt.

Dieses System wird von Windows verwendet , um das System zu installieren und die Dateien auf der Festplatte zu verwalten. Derzeit werden 16 TB, 256 TB Dateien als maximale Volume-Größe unterstützt, und Sie können verschiedene Clustergrößen für die Formatierung konfigurieren. Da es sich um ein System handelt, das viel Speicherplatz für Ihre Volume-Konfiguration benötigt, werden Partitionsgrößen von mehr als 10 GB empfohlen.

Es ist Apples eigenes Dateisystem und ersetzt das herkömmliche HFS durch Unterstützung für größere Dateien und größere Volumes. Diese Größen liegen bei maximal 8 EB.

Jetzt beschäftigen wir uns mit dem Linux-eigenen Dateisystem, das derzeit in der EXT4- Version vorliegt. Die unterstützten Dateigrößen betragen maximal 16 TB und 1 EB als Volume-Größe.

Schließlich ist ReFS ein weiteres von Microsoft patentiertes System, das die Weiterentwicklung von NTFS sein soll. Es wurde mit Windows Server 2012 implementiert, wird jedoch derzeit von einigen Windows 10-Versionen für Unternehmen unterstützt. Dieses System verbessert NTFS in vielerlei Hinsicht, beispielsweise durch Implementierung eines Schutzes gegen Datenverschlechterung, Fehlerbehebung und Redundanz, RAID-Unterstützung, Überprüfung der Datenintegrität oder Entfernung von chkdsk. Unterstützt Dateigrößen von 16 EB und Volumengrößen von 1 YB (Yottabyte)

Was ist ein RAID?

Und eng mit dem Konzept der Dateisysteme verbunden sind die RAID-Konfigurationen. Tatsächlich gibt es Laptops oder PCs, deren Speicherkapazität bereits über eine RAID 0-Konfiguration verfügt.

RAID steht für Redundant Array of Independent Disks und ist ein Datenspeichersystem mit mehreren Speichereinheiten. In ihnen werden die Daten so verteilt, als ob es sich um eine einzelne Einheit handelt, oder sie werden repliziert, um die Integrität der Daten gegen Fehler sicherzustellen. Diese Speichereinheiten können entweder Festplatten oder mechanische Festplatten, SSDs oder Solid-State-Laufwerke sein, sogar M.2.

Derzeit gibt es eine große Anzahl von RAID-Levels, die darin bestehen, diese Festplatten auf unterschiedliche Weise zu konfigurieren und zuzuordnen. Beispielsweise verbindet RAID 0 zwei oder mehr Festplatten zu einer, um die Daten auf alle zu verteilen. Es ist ideal zum Erweitern des Speichers, indem nur eine Festplatte im System angezeigt wird. Beispielsweise können zwei 1-TB-Festplatten eine einzige 2-TB-Festplatte bilden. Auf der anderen Seite ist RAID 1 genau das Gegenteil. Es handelt sich um eine Konfiguration mit zwei oder mehr gespiegelten Festplatten, sodass die Daten auf jeder dieser Festplatten repliziert werden.

Vor- und Nachteile einer Festplatte gegenüber einer SSD

Abschließend werden die Hauptunterschiede zwischen einer mechanischen Festplatte und einer Solid-State-Festplatte zusammengefasst und erläutert . Zu diesem Zweck haben wir bereits einen Artikel, in dem alle diese Faktoren ausführlich erläutert werden, sodass wir nur eine schnelle Synthese durchführen werden.

Hervorragende Vorteile

• Kapazität: Dies ist einer der Hauptvorteile einer Festplatte gegenüber einer SSD, und zwar nicht gerade, weil SSDs klein sind, sondern weil ihre Kosten stark steigen. Wir wissen, dass eine Festplatte langsamer ist als eine SSD, 400 MB / s gegenüber 5000 MB / s auf den schnellsten Laufwerken, aber ihre Speicherkapazität pro Laufwerk eignet sich perfekt für die Verwendung als Data Warehouse. Derzeit gibt es 3, 5-Zoll-Festplatten mit bis zu 16 TB. Niedrige Kosten pro GB: Infolgedessen sind die Kosten pro GB auf einer Festplatte viel niedriger als auf einer SSD, sodass wir viel größere Einheiten kaufen können, jedoch zu einem niedrigeren Preis. Eine 2-TB-Festplatte kostet etwa 60 Euro, eine 2-TB-M.2-SSD mindestens 220 Euro. Haltbarkeit : Und der dritte Vorteil einer Festplatte ist die Haltbarkeit Ihrer Platten. Achten Sie darauf, nicht die Haltbarkeit und Beständigkeit zu erwähnen, sondern die Häufigkeit, mit der wir Zellen schreiben und löschen können, was auf mechanischen Festplatten praktisch unbegrenzt ist. Bei SSDs ist die Anzahl auf einige Tausend begrenzt, was sie für Datenbanken und Server weniger attraktiv macht.

Nachteile

• Sie sind sehr langsam: Mit dem Aufkommen von SSDs sind mechanische Festplatten selbst unter USB 3.1 das langsamste Gerät in einem Computer geworden. Dies macht sie zu einer fast verfügbaren Option für die Installation eines Betriebssystems, die nur für Daten bestimmt ist, wenn wir wirklich einen schnellen Computer wollen. Wir sprechen von Zahlen, die eine HD 40-50 mal langsamer als eine SSD platzieren, das ist kein Unsinn. Physikalische Größe und Geräuschentwicklung: Da sie mechanisch sind und Platten haben, sind sie im Vergleich zu M.2-SSDs mit nur 22 × 80 mm recht groß. In ähnlicher Weise machen ein Motor und mechanische Köpfe sie ziemlich laut, insbesondere wenn Dateien fragmentiert sind. Fragmentierung: Durch die Verteilung in Tracks werden die Daten im Laufe der Zeit stärker fragmentiert. Mit anderen Worten, die Festplatte füllt die Sektoren aus, die beim Löschen leer gelassen wurden, sodass der Lesekopf viele Sprünge ausführen muss, um eine vollständige Datei zu lesen. In einer SSD, die ein Speicher für elektronische Zellen ist, sind alle mit derselben Geschwindigkeit zugänglich, genau wie der RAM-Speicher. Dieses Problem besteht nicht.

Fazit auf Festplatten

Auf diese Weise kommen wir zum Ende unseres Artikels, der das Thema der mechanischen Festplatte ausführlich behandelt. Ohne Zweifel sind sie Elemente, die zumindest für die Mehrheit der Benutzer eine etwas geringere Rolle spielen, da SSDs mit sogar 2 TB auf dem Markt sind. Aber sie sind immer noch die Hauptoption für die Massenspeicherung, da wir dafür nicht so viel Geschwindigkeit, sondern viel Platz benötigen.

Stellen Sie sich vor, was passieren würde, wenn wir eine einzelne SSD mit 512 oder 256 GB haben und 4K-Filme speichern, Spiele installieren oder Inhalte erstellen möchten. Wenn wir Geschwindigkeit wollen, müssen wir ein Vermögen für SSD ausgeben, während 20 TB mit HDD uns ungefähr 600 Euro kosten würden, während es mit SSD SATA ungefähr 2000 Euro kosten könnte und wenn sie NVMe sind, besser nicht einmal berechnen.

Wir hinterlassen Ihnen jetzt einige Artikel, die als Ergänzung zu den Informationen nützlich sein werden, und natürlich unsere Leitfäden.

Wie viele Festplatten haben Sie auf Ihrem PC und welchen Typ haben sie? Verwenden Sie SSD und HDD?