▷ Was ist eine Festplatte und wie funktioniert sie?

Heute werden wir im Detail sehen, was eine Festplatte ist und wofür sie ist. Es ist möglich, dass wir heute keine PCs hatten, wenn nicht Speichergeräte erfunden worden wären. Darüber hinaus wäre die Technologie nicht so weit fortgeschritten, wenn diese Unterstützungen nicht vorhanden wären, um so viele Informationen speichern zu können.

Wir wissen, dass eine Festplatte kein kritisches Gerät für den Betrieb eines Computers ist, da sie funktionieren kann, wenn sie funktioniert. Aber ohne Daten ist der Nutzen eines Computers praktisch gleich Null .

Inhaltsverzeichnis

Nach und nach gewinnen die Festplatten in dieser Verletzung oder SSD gegenüber herkömmlichen Festplatten an Boden, die wir in diesem Artikel behandeln werden. Dies bietet jedoch immer noch eine größere Speicherkapazität und eine längere Lebensdauer. Mal sehen, was eine Festplatte ist und wie sie funktioniert

Was ist eine Festplatte?

Als erstes müssen wir definieren, was eine Festplatte ist. Eine Festplatte ist ein Gerät zum nichtflüchtigen Speichern von Daten, dh sie verwendet ein magnetisches Aufzeichnungssystem zum Speichern digitaler Daten. Auf diese Weise ist es möglich, die aufgezeichneten Informationen dauerhaft auf einem Medium zu speichern (daher ist es nicht flüchtig). Auch als Festplatten oder Festplattenlaufwerke bezeichnet.

Die Festplatte besteht aus einer oder mehreren starren Platten, die in eine hermetische Box eingesetzt und durch eine gemeinsame Achse verbunden sind, die sich mit hoher Geschwindigkeit dreht. Auf jeder der Enten, deren zwei Gesichter normalerweise zur Lagerung bestimmt sind, befinden sich zwei separate Lese- / Schreibköpfe.

Festplatten sind Teil des Sekundärspeichers des Computers oder des Lebenslaufs in der Grafik, Speicherebene 5 (L5) und darunter. Es wird als Sekundärspeicher bezeichnet, da es die Datenquelle ist, damit der Hauptspeicher (RAM-Speicher) sie aufnehmen und mit ihnen arbeiten kann, um Anweisungen von der CPU oder dem Prozessor zu senden und zu empfangen. Dieser sekundäre Speicher ist derjenige mit der größten verfügbaren Kapazität auf einem Computer und ist auch nicht flüchtig. Wenn wir den Computer ausschalten, wird der RAM geleert, aber keine Festplatte.

Physikalische Komponenten einer Festplatte

Bevor Sie den Betrieb einer Festplatte kennen, sollten Sie die verschiedenen physischen Komponenten einer Festplatte auflisten und definieren:

• Gerichte: Hier werden die Informationen gespeichert. Sie sind horizontal angeordnet und jede Platte besteht aus zwei Flächen oder magnetisierten Flächen, einer oberen und einer unteren Fläche. Dies ist normalerweise aus Metall oder Glas aufgebaut. Um die Informationen in ihnen zu speichern, haben sie Zellen, in denen sie positiv oder negativ magnetisiert werden können (1 oder 0). Lesekopf: Dies ist das Element, das die Lese- oder Schreibfunktion übernimmt. Für jede Fläche oder Oberfläche der Platte gibt es einen dieser Köpfe. Wenn wir also zwei Platten haben, gibt es vier Leseköpfe. Diese Köpfe haben keinen Kontakt mit den Platten. In diesem Fall wird die Disc zerkratzt und die Daten werden beschädigt. Wenn sich das Geschirr dreht, entsteht ein dünner Luftfilm, der ein Zählen zwischen dem Geschirr und dem Abspielkopf verhindert (ca. 3 nm voneinander entfernt). Mechanischer Arm: Sie sind die Elemente, die für das Halten der Leseköpfe verantwortlich sind. Sie ermöglichen den Zugriff auf die Informationen des Geschirrs, indem die Leseköpfe linear von innen nach außen bewegt werden. Die Verschiebung dieser ist sehr schnell, obwohl sie aufgrund ihrer mechanischen Elemente einige Einschränkungen hinsichtlich der Lesegeschwindigkeit aufweisen. Motoren: Wir haben zwei Motoren in einer Festplatte, einen zum Drehen der Platten, normalerweise mit einer Geschwindigkeit zwischen 5000 und 7200 Umdrehungen pro Minute (U / min). Und wir werden auch eine andere für die Bewegung der mechanischen Arme haben. Elektronische Schaltung: Neben mechanischen Elementen enthält die Festplatte auch eine elektronische Schaltung, die für die Verwaltung der Funktionen der Kopfpositionierung sowie für das Lesen und Schreiben dieser verantwortlich ist. Diese Schaltung ist auch dafür verantwortlich, die Festplatte mit den übrigen Computerkomponenten zu kommunizieren und die Positionen der Zellen der Platten in Adressen zu übersetzen, die für den RAM- und CPU-Speicher verständlich sind. Cache-Speicher: Aktuelle Festplatten verfügen über einen in die elektronische Schaltung integrierten Speicherchip, der als Brücke für den Informationsaustausch von den physischen Platten zum RAM-Speicher dient. Es ist wie ein dynamischer Puffer, um den Zugriff auf physische Informationen zu erleichtern. Verbindungsports: Auf der Rückseite der Festplatte und außerhalb des Pakets befinden sich die Verbindungsports. Sie bestehen normalerweise aus dem Busanschluss zum Motherboard, dem 12-V-Stromanschluss und bei IDEs mit den Jumper-Steckplätzen für die Master / Slave-Auswahl.

Verbindungstechnologien

Die Festplatte muss mit dem Motherboard des Computers verbunden sein. Es gibt verschiedene Verbindungstechnologien, die Festplatten Eigenschaften oder Zeiten verleihen.

IDE (Integrated Device Electronics):

Auch als ATA oder PATA (Parallel ATA) bekannt. Bis vor kurzem war dies die Standardmethode zum Anschließen von Festplatten an unsere Computer. Es ermöglicht den Anschluss von zwei oder mehr Geräten über einen parallelen Bus, der aus 40 oder 80 Kabeln besteht.

Diese Technologie wird auch als DMA (Direct Memory Access) bezeichnet, da sie die direkte Verbindung zwischen RAM und Festplatte ermöglicht.

Um zwei Geräte an denselben Bus anzuschließen, müssen sie als Master oder Slaves konfiguriert sein. Auf diese Weise weiß der Controller, an wen er Daten senden oder seine Daten lesen soll, und es gibt keine Informationskreuzung. Diese Konfiguration erfolgt über einen Jumper am Gerät.

• Master: Es muss das erste an den Bus angeschlossene Gerät sein. Normalerweise muss eine Festplatte im Master-Modus vor einem DC / DVD-Lesegerät konfiguriert werden. Sie müssen auch eine Master-Motorradfestplatte konfigurieren, auf der das Betriebssystem installiert ist. Slave: ist das sekundäre Gerät, das an einen IDE-Bus angeschlossen ist. Um ein Sklave zu sein, muss es zuerst einen Meister geben.

Die maximale Übertragungsgeschwindigkeit einer IDE-Verbindung beträgt 166 MB / s. auch Ultra ATA / 166 genannt.

SATA (Serial ATA):

Dies ist der aktuelle Kommunikationsstandard auf heutigen PCs. In diesem Fall wird ein serieller Bus anstelle von parallel verwendet, um die Daten zu übertragen. Es ist viel schneller als die herkömmliche IDE und effizienter. Darüber hinaus ermöglicht es Hot-Verbindungen der Geräte und verfügt über viel kleinere und handlichere Busse.

Der aktuelle Standard ist in SATA 3 enthalten, das Übertragungen mit bis zu 600 MB / s ermöglicht

SCSI (Small Computer System Interface):

Diese parallele Schnittstelle ist für Festplatten mit hoher Speicherkapazität und hohen Drehzahlen ausgelegt. Diese Verbindungsmethode wurde traditionell für Server und Cluster von Festplatten mit großem Speicher verwendet.

Ein SCSI-Controller kann gleichzeitig mit 7 Festplatten an einer Verkettung von bis zu 16 Geräten arbeiten. Wenn die maximale Übertragungsgeschwindigkeit 20 Mb / s beträgt

SAS (Serial Attached SCSI):

Es ist die Weiterentwicklung der SCSI-Schnittstelle und wie SATA ein Bus, der in Reihe arbeitet, obwohl SCSI-Befehle weiterhin für die Interaktion mit Festplatten verwendet werden. Zusätzlich zu den von SATA bereitgestellten Eigenschaften besteht eine seiner Eigenschaften darin, dass mehrere Geräte an denselben Bus angeschlossen werden können und dass für jedes von ihnen eine konstante Übertragungsrate bereitgestellt werden kann. Es ist möglich, mehr als 16 Geräte anzuschließen und es hat dieselbe Verbindungsschnittstelle wie die SATA-Festplatten.

Die Geschwindigkeit ist geringer als bei SATA, jedoch mit größerer Verbindungskapazität. Ein SAS-Controller kann mit einer SATA-Festplatte kommunizieren, ein SATA-Controller kann jedoch nicht mit einer SAS-Festplatte kommunizieren.

Verwendete Formfaktoren

In Bezug auf die Formfaktoren gibt es verschiedene Arten, die in Zoll gemessen werden: 8, 5´25, 3´5, 2´5, 1´8, 1 und 0´85. Obwohl die am häufigsten verwendeten sind die 3, 5 und 2, 5 Zoll.

3, 5 Zoll:

Seine Maße betragen 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. Es ist genauso groß wie CD-Player, obwohl sie größer sind (41, 4 mm). Diese Festplatten verwenden wir in praktisch allen Desktop-Computern.

2, 5 Zoll:

Seine Maße betragen 69, 8 x 9, 5 x 100 mm und sind die typischen Maße eines Diskettenlaufwerks. Diese Festplatten werden für Notebooks verwendet, die kompakter, kleiner und leichter sind.

Physische und logische Struktur

Nachdem wir die physischen Komponenten einer Festplatte gesehen haben, müssen wir wissen, wie ihre Datenstruktur in jede Platte der Festplatte unterteilt ist. Wie üblich geht es nicht nur darum, die Informationen zufällig auf der Festplatte aufzuzeichnen, sondern sie haben eine eigene logische Struktur, die den Zugriff auf bestimmte auf ihnen gespeicherte Informationen ermöglicht.

Physikalische Struktur des Inhalts

Verfolgen

Jede der Flächen der Scheibe ist von innen nach außen in konzentrische Ringe unterteilt. Spur 0 repräsentiert die Außenkante der Festplatte.

Zylinder

Sie bestehen aus mehreren Spuren. Ein Zylinder wird durch alle Kreise gebildet, die auf jeder der Platten und Flächen vertikal ausgerichtet sind. Sie würden einen imaginären Zylinder auf der Festplatte bilden.

Sektor

Die Spuren sind wiederum in Bogenstücke unterteilt, die als Sektoren bezeichnet werden. In diesen Abschnitten werden die Datenblöcke gespeichert. Die Größe der Sektoren ist nicht festgelegt, obwohl es normal ist, sie mit einer Kapazität von 510 B (Bytes) zu finden, was 4 KB entspricht. In der Vergangenheit wurde die Größe der Sektoren für jedes Profil festgelegt, was bedeutete, dass die äußeren Schienen mit einem größeren Durchmesser aufgrund leerer Löcher verschwendet wurden. Dies änderte sich mit der ZBR-Technologie (Bit Recording by Zones), mit der der Speicherplatz effizienter genutzt werden kann, indem die Anzahl der Sektoren abhängig von der Größe der Spur variiert wird (Spuren mit einem größeren Radius, mehr Sektoren).

Cluster

Es wird auch als Zuordnungseinheit bezeichnet und ist eine Gruppierung von Sektoren. Jede Datei belegt eine bestimmte Anzahl von Clustern, und keine andere Datei kann in einem bestimmten Cluster gespeichert werden.

Wenn wir beispielsweise einen 4096 B-Cluster und eine 2700 B-Datei haben, belegt dieser einen einzelnen Cluster und enthält auch Speicherplatz. Es können jedoch keine weiteren Dateien darauf gespeichert werden. Wenn wir eine Festplatte formatieren, können wir ihr eine bestimmte Clustergröße zuweisen. Je kleiner die Clustergröße, desto besser wird der Speicherplatz zugewiesen, insbesondere für kleine Dateien. Im Gegenteil, es wird schwieriger sein, auf die Daten für den Lesekopf zuzugreifen.

Es wird empfohlen, dass 4096-KB-Cluster ideal für große Speichereinheiten sind.

Logische Struktur des Inhalts

Die logische Struktur bestimmt die Art und Weise, in der die Daten darin organisiert sind.

Bootsektor (Master Boot Record):

Auch allgemein als MBR bezeichnet, ist dies der erste Sektor der gesamten Festplatte, dh Spur 0, Zylinder 0, Sektor 1. In diesem Bereich wird die Partitionstabelle gespeichert, die alle Informationen über den Anfang und das Ende der Partitionen enthält. Das Mester-Boot-Programm wird ebenfalls gespeichert. Dieses Programm ist für das Lesen dieser Partitionstabelle und die Steuerung des Bootsektors der aktiven Partition verantwortlich. Auf diese Weise startet der Computer vom Betriebssystem der aktiven Partition.

Wenn mehrere Betriebssysteme auf unterschiedlichen Partitionen installiert sind, muss ein Bootloader installiert werden, damit wir das Betriebssystem auswählen können, das gestartet werden soll.

Partitionsraum:

Die Festplatte kann aus einer vollständigen Partition bestehen, die die gesamte Festplatte oder mehrere davon abdeckt. 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.

Jeder Partition wird ein Name zugewiesen, der als Bezeichnung bezeichnet wird. In Windows sind es die Buchstaben C: D: C: usw. Damit eine Partition aktiv ist, muss sie ein Dateiformat haben.

Unpartitionierter Raum:

Möglicherweise gibt es auch einen bestimmten Speicherplatz, den wir noch nicht partitioniert haben, dh, wir haben ihm kein Dateiformat zugewiesen. In diesem Fall können keine Dateien gespeichert werden.

Adressierungssystem

Das Adressierungssystem ermöglicht es, den Lesekopf genau an der Stelle zu platzieren, an der sich die Daten befinden, die wir lesen möchten.

CHS (Zylinderkopfsektor): Dies war das erste verwendete Adressierungssystem. Mit diesen drei Werten konnte der Lesekopf an der Stelle platziert werden, an der sich die Daten befinden. Dieses System war leicht zu verstehen, erforderte jedoch ziemlich lange Positionierungsrichtungen.

LBA (Logical Block Addressing): In diesem Fall teilen wir die Festplatte in Sektoren auf und weisen jedem eine eindeutige Nummer zu. In diesem Fall ist die Befehlskette kürzer und effizienter. Dies ist die derzeit verwendete Methode.

Dateisysteme

Um Dateien auf einer Festplatte zu speichern, muss bekannt sein, wie diese gespeichert werden. Daher müssen wir ein Dateisystem definieren.

FAT (File Allocate Table):

Es basiert auf der Erstellung einer Dateizuordnungstabelle, die den Index der Festplatte darstellt. Von jeder Datei verwendete Cluster werden gespeichert, ebenso wie freie und fehlerhafte oder fragmentierte Cluster. Auf diese Weise können wir anhand dieser Tabelle erkennen, wo sich die Dateien befinden, wenn sie in nicht zusammenhängenden Clustern verteilt sind.

Dieses Dateisystem kann nicht mit Partitionen größer als 2 GB arbeiten

FAT 32:

Dieses System hebt die 2-GB-FAT-Beschränkung auf und ermöglicht kleinere Clustergrößen für größere Kapazitäten. USB-Speicherlaufwerke verwenden normalerweise dieses Dateisystem, da es für verschiedene Betriebssysteme und Multimedia-Geräte wie Audio- oder Videoplayer am besten kompatibel ist.

Eine Einschränkung besteht darin, dass wir keine Dateien mit mehr als 4 GB speichern können.

NTFS (New Technology File System):

Es ist das Dateisystem, das für Windows-Betriebssysteme nach Windows NT verwendet wird. Die Einschränkungen für Dateien und Partitionen der FAT-Systeme werden beseitigt und die Sicherheit der gespeicherten Dateien erhöht, da die Dateiverschlüsselung und die Konfiguration der Berechtigungen für diese unterstützt werden. Darüber hinaus können unterschiedliche Clustergrößen für unterschiedliche Partitionsgrößen zugewiesen werden.

Die Einschränkung dieses Dateisystems besteht darin, dass es in älteren Versionen nicht vollständig mit Linux oder Mac OS kompatibel ist. Und vor allem wird es von Multimedia-Geräten wie Audio- und Videoplayern oder Fernsehgeräten nicht unterstützt.

HFS (Hierarchical File System):

Von Apple für seine MAC-Betriebssysteme entwickeltes System. Es ist ein hierarchisches Dateisystem, das ein Volume oder eine Partition in logische Blöcke von 512 B unterteilt. Diese Blöcke sind in Zuordnungsblöcke gruppiert.

EXT Extended File System):

Es ist das Dateisystem, das von Linux-Betriebssystemen verwendet wird. Es ist derzeit in der Ext4-Version. Dieses System kann mit großen Partitionen arbeiten und die Dateifragmentierung optimieren.

Eine der herausragendsten Eigenschaften ist, dass es zuvor und später Dateisysteme unterstützt.

Woher wissen, ob eine Festplatte gut ist?

Es gibt verschiedene Maßnahmen, die die Kapazität einer Festplatte in Bezug auf Leistung und Geschwindigkeit bestimmen. Diese müssen berücksichtigt werden, um die Leistung einer Festplatte einer anderen Festplatte vergleichen zu können.

• Rotationsgeschwindigkeit: Dies ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Platten der Festplatte drehen. Bei höheren Geschwindigkeiten haben wir höhere Datenübertragungsraten, aber auch mehr Rauschen und Erwärmung. Am besten kaufen Sie ein IDE- oder SATA-Laufwerk mit mehr als 5400 U / min. Wenn es sich um SCSI handelt, wird angezeigt, dass es mehr als 7200 U / min hat. Eine höhere Rotation führt auch zu einer geringeren durchschnittlichen Latenz. Durchschnittliche Latenz: Es ist die Zeit, die der Lesekopf benötigt, um sich im angegebenen Sektor zu befinden. Der Abspielkopf muss warten, bis sich die Festplatte dreht, um den Sektor zu finden. Daher bei höherer Drehzahl geringere Latenz. Durchschnittliche Suchzeit: Zeit, die der Abspielkopf benötigt, um zum angegebenen Titel zu gelangen. Es dauert zwischen 8 und 12 Millisekunden. Zugriffszeit: Zeit, die der Leser benötigt, um auf den Sektor zuzugreifen. Dies ist die Summe aus der durchschnittlichen Latenz und der durchschnittlichen Suchzeit. Zeit zwischen 9 und 12 Millisekunden. Schreib- / Lesezeit: Diese Zeit hängt von allen anderen Faktoren und zusätzlich zur Dateigröße ab. Cache-Speicher: Solid-Type-Speicher wie RAM, in dem die von der Festplatte gelesenen Daten vorübergehend gespeichert werden. Auf diese Weise erhöht sich die Lesegeschwindigkeit. Je mehr Cache-Speicher vorhanden ist, desto schneller ist das Lesen / Schreiben. (sehr wichtig) Speicherkapazität: Offensichtlich ist es die Menge an Speicherplatz, die zum Speichern von Daten verfügbar ist. Je mehr desto besser. Kommunikationsschnittstelle: Die Art und Weise, wie Daten von der Festplatte in den Speicher übertragen werden. Die SATA III-Schnittstelle ist derzeit die schnellste für diese Art von Festplatten.

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• Warum muss eine SSD NICHT defragmentiert werden?

Damit beenden wir unsere Erklärung, wie eine Festplatte ist und wie sie funktioniert. Hoffentlich war es sehr nützlich für Sie und Sie wissen bereits, wie wichtig eine gute Festplatte ist.