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Speicher

Externe Speicher sowie externe und interne Laufwerke
 
Man unterscheidet Speichermedien mit sequentiellem bzw. mit indiziertem Zugriff
 
  • sequentieller Zugriff: es müssen zunächst alle Gespeicherten Daten nacheinander gelesen werden, um bestimmte Daten zu lesen
  • dadurch entstehen lange Zugriffzeiten (Magnetbänder)
 
  • indiziertem Zugriff:Zugriff erfolgt direkt und ist u8m ein Vielfaches schneller als der seq. Zugriff
  • Diskette, Festplatte, CD, DVD
 
Das Hauptunterscheidungsmerkmal bei Speichermedien (Laufwerke) ist die Art des Speichersystems
  • Magnetische Speichersysteme
  • optische Speichersysteme
 
Externe Laufwerke : Diskette
 
Magnetische Speichersysteme (Diskettenlaufwerke Floppy Disk)
Ein Diskettenlaufwerk (FDD) ist ein elektromechanisches Gerät, mit dem Disketten lesen und beschreiben lassen
 
  • runde Kunststoffscheibe mit einer Eisenoxidbeschichtung
  • Einsatz dort, wo es nicht auf eine hohe Speicherkapazität und kurze Zugriffzeiten ankommt
  • Datenaustausch und Datenbackup
 
ZIP Laufwerke (ZIP-Drive)
 
von der Firma lomega entwickeltes Diskettenlaufwerk
 
  • Zoll Disketten mit 170-750 MByte
  • IDE- SCSI, USB oder Parallelanschluss
  • Treibersoftware nötig
  • Archevierung
  • Zugriffzeit ca. 30ms
  • arbeitet nach dem Prinzip eines Bernouilli Laufwerk
  • als 3,5 Zoll Laufwerk das nur speziell daführ hergestellte Disketten lesen kann
  • Sie ist doppelt so dick wie herkömmliche
  • Laufwerke nicht kompatibel zu 3,5 Zoll Disketten
  • Zip Disketten in : 100, 250, 750 MB
 
Super Disk Laufwerk
 
  • ca. 83fache Aufnahmekapazität von 1,44 MB FD LS120
  • gleicht äußerlich der 3,5“ Diskette kann auch noch 720kb und 1,4MB lesen
  • speziell magnetoptische Aufzeichnung + herk. Schreib und Lesekopf
  • 120MB Speicherkapazität
 
LS 120 Laufwerk
 
  • kann als Ersatz der 3,5 Zoll Diskette angesehen werden
  • kann 120 MB laser servo diskette lesen und schreiben, als auch 3,5 Zoll Diskette mit Diskettengeschwindigkeit lesen und schreiben
  • Einsatz als Bootmedium
  • kompatibel zu allen gängigen Betriebssystemen
  • Anschluss über IDE-Schnittstelle
  • Bezeichnung LS= Einsatz der Laserdiode und Servospuren
 
Bandlaufwerke (Streamer)
 
  • Bandlaufwerk zum Lesen und Beschreiben von Magnetbändern
  • sequentielles Lesen oder Schreiben
  • komprimierbar
  • verschiedene Aufzeichnungsformate, die nicht zueinander kompatibel sind
  • Floppy Streamer
  • Anschluss an SCSI
  • DAT, TRAVAN (400MB bis 10GB) QIC (40MB bis 16GB)
  • Archivierung, Treibersoftware, Datensicherung
 
  • Einsatzgebiet ist die Datensicherung
  • große menge an Daten preisgünstig sichern
  • Sicherung über bestimmte Backupsoftware
  • diese sorgt nicht nur für optimales beschreiben und Kompromieren von Daten, sondern hilft auch noch bei der Verwaltung von Verschiedenen Bändern (einzelne Daten können über mehrere Bänder gefunden werden)
 
  • Es gibt verschiedene Technologien, um Sicherungen auf Bändern durchzuführen
  • Sie unterscheiden sich: in der Geschwindigkeit, der Art der Fehlerkorrektur, sowie der Lebensdauer der Bänder bzw. Laufwerke
  • die verschiedenen Aufzeichnungs- und Bandtechnologien sind untereinander so gut wie nicht kompatibel und auch innerhalb eines Standards muss man auf Ab- oder Aufwärtskompabilität achten
  • durch längere Produktionszyklen als bei anderen IT-Produkten sind Bandlaufwerke aber eine sichere Investition, für die es auch noch lange Zeit passende Bänder und Ersatzteile gibt
 
DAT-Streamer
 
  • kleinste Bänder auf dem Markt
  • wurden ursprünglich auf die digitale Tonaufzeichnung verwendet
  • bis 36 GB
 
ADR (Advanced Digital Recording)
 
  • in Kapazitäten von 15 bis 120 GB verfügbar
 
DLT (Digital Linear Tape)
 
  • sehr weit verbreitet und zuverlässig mit hoher Lebensdauer aller Komponenten
  • verfügbar für verschiedene SCSI-Arten
  • z.B. bis 16MB/s bei z.B. 160 GB
 
Sony AIT (Advanced Intelligent Tape)
 
  • AIT Laufwerke im 3,5“ Format mit bis zu 100 GB (12MB/s)
  • besonders effektives Komprimierungsverfahren (ALDC – Advanced Lossless Data Compression)
  • bei 2,6-facher Komprimierung bis 260 GB auf dem größten Band
  • Weiterentwicklung Super-AIT bis 500 GB bei 30 MB/s
 
LTO (Linear Tape Open)
 
  • zwei Arten: Accelis und Ultrium
  • nur Ultrium am Markt verfügbar
  • hohe Sicherheit bei gleichzeitiger hoher Geschwindigkeit
Erste kommerziell erhältliche Festplatte war die IBM 350 als Bestandteil
des IBM 350 RAMAC Rechners. Sept. 1956:
 
  • 50 Speicherplatten von 24“ (61cm)
  • 5 MByte bei Zugriffsrecht von 600ms
  • 1.200 U/min
  • elektro.-pneumatische Steuerung der Schreib/Leseköpfe, Druckluftkompressor
  • Gewicht: 500kg Leistungsaufnahme 10KW
  • Mietgebühren pro Monat 10.000 DM
 
1993: IBM startet das „Winchester“ - Projekt, das sich damit befasste, einen rotierenden Speicher
mit einem fest montierten Medium zu entwickeln (IBM 3340, 30MB Speicherkapazität, 30ms Zuze)
beim Starten und Stoppen des Mediums sollten die Köpfe auf dem Medium aufliegen, was einen
Lademechanismus überflüssig machte. Diese Technik setzte sich in den folgenden Jahren durch. Bis in die 1990er Jahre war deshalb für Festplatten die Bezeichnung Winchester-Laufwerk gebräuchlich.
 
Speicherkapazität
 
Die Speicherkapazität einer Festplatte ist die Gesamtzahl an Bits (0 oder 1), die durch den Anwender (ansteuernde Software, also BS oder Gerätetreiber) angesprochen (adressiert) werden können.
 
  • bei Aufzeichnung erfolgt (durch HDD-Gehäuse eingeb. Controller)
eine weiter Kodierung der Daten
 
Die heute üblichen Speicherkapazitäten werden meistens in Gigabyte GB angegeben.
 
Beispiel:
 
Bei Festplattenherstellern wird die Kapazität als Dezimalzahlen dargestellt.
 
1 Gigabyte als 1000³ Byte = 109 Byte = 1.000.000.000 Byte
 
Bei Computerprogrammen werden binäre Zahlen benutzt und davon ausgegangen, dass
1 KByte = 1.024 Byte sind
 
also 1024³ Byte = 230 Byte = 1.073.741.824 Byte
 
Mit den sogenannten Binärfixen (Mebibyte, Gigibyte) wird versucht, diese Doppeldeutigkeit zu vermeiden.
 
Zur Findung eines geeigneten Umrechnungsfaktors kann man folgende Zusammenhänge nutzen:
 
HDD in Gigabyte (1000³ Byte = 109 Byte) in Gigibyte umrechnen (GiB, 1024³ Byte = 230 Byte)
 
1 GB = 1000³ Byte ca. 0,93132
1GiB 1024³ Byte
 
Beispiel: 750 GB x 0,93132 GiB = 698,49 GB
GB
 
Baugrößen:
 
  • physikalische Größe von Festplatten wird traditionell in Zoll angegeben
  • zur Zeit verwendete Größen von 3,5“ bis 0.85“
  • 3,5“ im Desktopbereich, 2,5“ bei Laptops und 1,8“ in kl. port. Geräten
 
Technischer Aufbau und Material der Scheiben
 
  • Scheiben bestehen meist aus oberflächenbehandelten Aluminium-Legierungen
vereinzelt auch als Glas
  • müssen formstabil sein und eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen
  • das Trägermaterial darf keine magnetischen Eigenschaften besitzen
  • sehr dünne magnetisierende Schicht (ca. 1 mikrom) aus Eisen – oder Kobaltoxid
  • meist ein bis vier Scheiben übereinander, aber auch schon 12
  • aber Geräuschentwicklung und Energieverbrauch
  • künstliche Beschränkung der Festplattenkapazität durch Nichtnutzung der
vorhandenen Scheibenoberflächen
 
Achsen-Lagerung und Drehzahlen
 
  • Festplatte für den Desktop-Bereich mit 5.400 bis 10.000 U/min
  • Severplatten mit SCSI auch mit 10.000 bis 15.000 U/min
  • bei 2,5“ für hauptsächlichen Notebookeinsatz 4.200 bis 7.200 U/min
  • Scheiben waren früher (bis 2000) kugelgelagert
  • heute meist Flüssigkeitslager (FDB – engl. Fluid dynamic bearing)
  • höhere Lebensdauer und geringe Geräuschentwicklung
 
 
  • Speicherung der Information erfolgt durch Remanenz
  • Auslesen der Information erfolgt durch Abtastung der Plattenoberfläche
mittels des Lesekopfes
  • dauerhafte Speicherung beliebiger Dateien z.B. Betriebssystem, Anwendungsprogramme
persönliche Daten
  • im Gegensatz zu sequentiell adressierbaren Speichermedien (Magnetband) wird
die HDD den direktadressierbaren Speichermedien (DASD – direct access storage devices)
zugeordnet
 
Schreib-Lesekopf
 
  • Schreib/Lesekopf stellt einen winzigen Elektromagneten dar
  • unterschiedliche Bereiche werden magnetisiert
  • Schweben auf Luftpolster, welches durch Reibung der Luft entsteht
(Schwebehöhe 20nm – menschl. Haar 50.000nm)
  • Herstellung in Reinräumen
  • GMR – Leseköpfe
  • Landzone (landing zone), Parkposition außerhalb und innerhalb der Scheibenoberfläche
  • bei modernen Laptops Beschleunigungssensor für Parken noch während des evtl. freien Falls
 
Festplattengehäuse
 
  • Gehäuse der Festplatte ist sehr massiv, meist aus ALU-Legierung mit Edelstahldeckel
  • staubdicht, aber nicht luftdicht
  • eine mit Filter versehene kleine Öffnung, um bei Temperaturänderungen Luft ein- oder austreten
zu lassen
  • Betrieb einer Festplatte bis zur bestimmten Maximalhöhe laut Datenblatt
  • bei Öffnung in normaler, verunreinigter Luft sorgen kleinste Staubpartikel, Fingerabdrücke
für irreparable Beschädigungen der Platten und Köpfe
 
Speichern (Schreiben) und Lesen der Daten
 
  • speichern der Daten auf einer Festplatte erfolgt durch gezielte Magnetisierung kleinster, vom Schreibfinger angesteuerter Flächen
  • Daten werden vor dem Schreiben kodiert, d.h. ein Bit der Anwendungsdaten entspricht
physikalisch nicht unmittelbar einem magnetischen Flusswechsel auf der Plattenoberfläche
  • mechanisch bedingte Verzögerungszeiten von etwa 5-10ms, Block muss unter Lesekopf vorbeigeführt werden, höhere Latenzzeit im Vergleich zum RAM
  • deshalb möglichst viele Operationen im RAM durchführen lassen
  • auf der Platte wird die Positionierung der Daten auf Zugriffsmuster abgestimmt
(durch Festplattencache und Firmware ausgehandelt)
 
Logischer Aufbau der Scheiben
 
  • magnetische Prägung konzentrisch, kreisförmiger Spuren, während die Scheibe rotiert
  • Gesamtheit aller gleicher (übereinanderliegender) Platten (Oberfläche) nennt man Zylinder
  • jede Spur ist in kleine logische Einheiten unterteilt, die man Blöcke nennt
  • typ. Größe 512 Byte Nutzerdaten, zusätzlich Prüfsumme
  • mehrere Sektoren werden zu einem Cluster zusammengeführt (bei gängigen Platten 32 oder 64 Sektoren); hängt auch von der Größe der HDD und dem BS ab
  • Gesamtheit aller Blöcke, die die gleichen Winkelkoordinaten auf den Platten haben nennt man Sektor
 
  • Festplattengeometrie bezeichnet den Aufbau eines speziellen Festplattentyps wie die Anzahl der Spuren, Oberflächen und Sektoren
 
  • Cluster sind Gruppen jeweils einer festen Anzahl von Blöcken
 
  • Festplattencontroller verwaltet die wahre Geometrie, die von außen nicht mehr sichtbar ist
  • PC, der Festplatte benutzt, arbeitet mit einer virtuellen Festplatte, d.h., wenn die HDD auch nur vier Köpfe aufweist, werden vom Computer 255 gesehen
    • Grund: Überwindung der Begrenzung durch PC-kompatible Hardware
 
  • durch virtuelles Konzept kann man defekte Blöcke ausblenden, um dann einen Block aus einer Reserve-Spur einzublenden
 
Partitionen als Laufwerke
 
  • aus Sicht des Betriebssystems können Festplatten durch Partitionierung in mehrere Bereiche unterteilt werden
  • es ist nicht ohne weiteres sofort erkennbar, ob es sich um eine physikalisch getrennte Festplatte handelt oder um ein logisches Laufwerk auf einer gemeinsam genutzten Harddisk
  • jede Partition wird vom Betriebssystem mit einem Dateisystem formatiert
  • Dateisystem sorgt dafür, dass Daten in Form von Dateien auf der Platte abgelegt werden können, Inhaltsverzeichnis im DS sorgt für Finden von Dateien und Organisation der Datenbelegung
  • ein Dateisystemhandler verwaltet die verfügbaren und defekten Cluster
 
Physikalische Laufwerke
 
  • als physikalische Festplatte wird die Festplatte, bestehend aus Kunststoff und Metall bezeichnet
  • ihnen sind Gerätenummern zugeordnet (0,1,2,3,...)
 
 
Logische Partitionen
 
  • ist ein Bestandteil einer oder mehrerer Festplatten, die sich über eine Laufwerksbezeichnung ansprechen lässt
bei Windows: C bis Z
bei Linux: z.B. hda, hdb, sda, sdb
 
  • Die Partition ist der Teil der Festplatte, der wie eine separate physikalische Festplatte
angesprochen werden muss.
 
Primäre Partition
 
  • ~ ist der Teil einer Festplatte, von der ein Betriebssystem gebootet werden muss/kann (aktiv setzen)
 
Erweiterte Partition
 
  • muss ein HDD mit mehr als vier Partitionen eingerichtet werden, dann eine erweiterte Partition (als Container) zur Aufnahme logischer Laufwerke
  • ist nicht bootfähig und wird z.B. Linux nicht ohne weiteres angezeigt
  • hat keine Größe, nur eine pro Festplatte
 
Logische Laufwerke
 
  • sind Laufwerke innerhalb einer erweiterten Partition
  • nicht alle Betriebssysteme können davon booten
 
Schnittstellen, Bussysteme und Jumper
 
ATA - parallele Schnittstelle vorwiegend bei PC's
 
SCSI - bei Servern, Workstations und höherwertigen PC's
 
Fibre-Channel - Storage-Subsysteme#
 
 
  • auf Mainboards meist nur 2 ATA-Schnittstellen, aber auch in Übergangszeit ergänzt mit 2 SATA-Schnittstellen
  • ATA wird wahrscheinlich künftig verdrängt von SATA
  • im Serverbereich Wechsel von SCSI zu Fibre-Channel oder SAS-Anschlüssen
  • maximal 2 Festplatten an jeder ATA-Schnittstelle (Master, Slave, Device0, Device1)
 
Datensicherheit
 
Zu den typischen Ausfallrisiken gehören:
 
  • thermische Probleme bei neuen sehr schnell drehenden Systemen
  • beim mechanischen Aufsetzen des Schreib/Lesekopfes (head-crash) kann die HDD beschädigt werden
  • äußere magnetische Beeinflussung können die Sektorierung der Festplatte zerstören, Löschung mit Magnetfeld macht neuere Platten unbrauchbar
  • Fehler in der Steuerelektronik oder Verschleiß der Mechanik
  • längerer Stillstand, alte Technologie, Mechanik blieb in Schmierstoffen hängen
Lebensdauer ist nicht konkret vorhersehbar und hängt u.a. von folgenden Faktoren ab:
 
  • Eine gute Kühlung erhöht die statistische Lebensdauer, da Mechanik und Elektronik nicht zu sehr beansprucht werden
 
  • Vibrationen und Stöße können zu vorzeitigem Verschleiß führen und sollten daher vermieden werden
 
  • Unterschiede zwischen verschiedenen Baureihen eines Herstellers
 
  • Anzahl der Zugriffe (Lesekopfbewegungen)
 
Vorbeugende Maßnahmen gegen Datenverlust
 
  • von wichtigen Daten immer eine (evtl. mehrere) Sicherheitskopien machen
  • Konfiguration von Raidsystemen
  • Verwendung von S.M.A.R.T als internes Überwachungswerkzeug, aber jeder Hersteller definiert unterschiedliche Fehlertoleranzen
 
Datenschutz
 
Grundsätze
 
Wenn eine Datei gelöscht wird, dann wird lediglich im Inhaltsverzeichnis des Dateisystems vermerkt, dass der Datenbereich nun frei ist. Die Daten selbst bleiben physisch auf der Platte, bis der Bereich mit neuen Daten überschrieben worden ist.
 
Beim Partitionieren oder gewöhnlichem Formatieren wird lediglich die Partitionstabelle oder die Beschreibungsstruktur des Dateisystems überschrieben. Besser: low level Formatierung.
 
Für sicheres Löschen von z.B. sensiblen Daten nutzt man sogenannte Eraser, die beim Löschen den Datenbereich überschreiben; auch mit Unix-Versionen (Knoppix, Gparted).
 
Verschiedene Hersteller bieten die Möglichkeit den kompletten Festplatteninhalt per Passwort auf Hardwareebene zu schützen.
 
Kenngrößen von Festplatten
 
  • Speicherkapazität
  • Zugriffszeit (Access Time)
  • Spurwechselzeit (Track to Track Time)
  • Datentransferrate (Data Transfer Rate)
  • Umdrehungsgeschwindigkeit 5400, 7200, 10000, 15000 U/min
 
Handhabung:
 
  • nicht dauerhaft starken elektromagnetischen Feldern aussetzen
  • vom Hersteller vorgegebene Einbaulage beachten
  • Power-Management nicht zu kurz wählen
  • mechanische Erschütterung vermeiden
  • Umgebungs- und Betriebsbedingungen
JAZ – Laufwerk
 
  • vergleichbar mit ZIP-Laufwerk
  • verwendet aber stabile Scheiben
  • Speicherkapazitäten zwischen 2 und 10 GB
  • befinden sich in Cartridges
  • 5400 U/min, Zugriffszeit: 16ms
  • SCSI-Anschluss, auch als bootfähiges Laufwerk konfigurierbar

 

Danilo Stahlkopf aka Stralsund Community  und eingetragen bei Danilo Web und Website2 die Webkataloge Rechtsanwältin Stralsund und Sundliga Stralsund