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Festplatten:Entwicklung und Überblick

Peter G. Poloczek, M5543

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Vor den Festplatten

Disketten als Speichermedium SD-Disketten: 125 kbit/s Übertragungsrate DD-Disketten: 250 kbit/s HD-Disketten: 500 kbit/s

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Die ersten Festplatten

Schnittstelle: ST506, von Seagate 1982 für 5 ¼“-Festplatten entworfen

Erste Platten:−ST 506: 5MB

−ST 412: 10 MB

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Erste Kontroller

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Adressierung der Daten: Kopf, Spur und Sektor

Kodierungen:−MFM mit 17 Sektoren pro Spur

−RLL mit gewöhnlich 26 Sektoren pro Spur

Kodierung: in Kontroller UND Platte Übertragung: MFM: 5, RLL: 7,5 Mbit/s

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ST-506 MFM mit Twin-Kabel

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Quelle: Wikipedia, J.Nixdorf

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IDE

Der amerikanische Festplattenhersteller Western Digital wurde 1984 von Compaq beauftragt, einen Festplattencontroller zu entwickeln

Elektronik sollte nun auf der Platte sein Kommunikation sollte über ein einziges 40-

poliges Flachkabel erfolgen WD nannte sie Integrated Drive Electronics

(IDE) (1986)

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ESDI

IBM leitete eine eigene Schnittstelle namens ESDI ab, die nur mechanisch kompatibel war

Mit 34 Sektoren pro Spur (gegenüber 17 oder 26) ließ sich die Kapazität und Datenrate erhöhen

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IDE-Kabel + Anschlüsse

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Quelle: Wikipedia,

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ATA/ATAPI

Advanced Technology Attachment ist ein Standard für den parallelen Datentransfer zwischen Speichermedien und der Schnittstelle eines Computers

Advanced Technology Attachment with Packet Interface basiert auf ATA und erweitert das Protokoll so, dass gekapselte SCSI-Pakete übertragen werden können.

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ATAPI - SCSI

Die nun möglichen SCSI-Befehle erweitern (prinzipiell!) den Einsatzbereich von ATA über den ursprünglich reinen Festplattenbetrieb hinaus

So können mit ATAPI zusätzlich auch Geräte wie Wechselplatten, optische Laufwerke und Bandlaufwerke verwendet werden

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Anschlüsse

ATA/ATAPI-Geräte werden mit einem Flachbandkabel an die 40-polige Schnittstelle des Hosts (=Schnittstelle(nkarte) im PC) angeschlossen (ATA-40)

Zwei Geräte pro Anschluss sind möglich, diese werden dabei als Device 0 (auch Master, MA) bzw. Device 1 (auch Slave, SL) bezeichnet

Die Einstellung des Device-0- bzw. -1-Status erfolgt meist über Jumper

Heute bezeichnet man dies auch als P-ATA

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ATA-1 (1989-1999)

Gleichzeitige Ansteuerung von maximal zwei Festplatten mit bis zu 8,3 MB/s

ATA-1 arbeitet asynchron. Mehrere PIO-Modi und DMA-Varianten:

−PIO-Modus 0: 3,3 MB/s; PIO 1: 5,2 MB/s; PIO 2: 8,3 MB/s

−Single Word DMA Modus 0: 2,1 MB/s, DMA single 1: 4,2 MB/s, DMA single 2: 8,3 MB/s

−Multi Word DMA Modus 0: 4,2 MB/s

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ATA-2 (1994–2001)

Synchrone Übertragung möglich Leistungsfähigkeit bis zu 16,6 MB/s. Modi:

Block transfers, Logical Block Addressing−PIO-Modus 3: 11,1; PIO 4: 16,6 MB/s

−DMA-Modus 1: 13,3 MB/s, Modus 2 (DMA 2): 16,6 MB/s (Multi Word!)

−Fast ATA umfasst ATA-2, PIO 3, DMA 1

−Fast ATA-2 umfasst ATA-2, PIO 4, DMA 2

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ATA-3 (1996–2002)

Zwei neue Funktionen: S.M.A.R.T. (Parameter auslesen) und Security Feature Set (BIOS-Passwort-

System) Leistungsfähigkeit und Übertragungsmodi

haben sich gegenüber ATA-2 nicht verändert.

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ATA/ATAPI-4 (1997–2008)

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Nun werden CD-ROM-Laufwerke und CD-Brenner erstmals in den Standard eingebunden

Zu den Modi PIO und DMA kompatibel Neu: Ultra DMA mode 0: 16,7 MB/s;

UDMA 1: 25,0 MB/s: UDMA 2: 33,3 MB/s. Ultra ATA/33 ist eine verbreitete

Abkürzung von ATA-4 mit UDMA 2.

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ATA/ATAPI-5 (seit 1999)

Neuer Modus: Ultra DMA 4 Leistungsfähigkeit 66,6 MB/s, daher

auch UDMA-66 genannt UDMA 3: 44,4 MB/s Für den ATA-5-Standard ist ein

spezielles 80-adriges Kabel erforderlich Jede Ader bekommt eine Masseader

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ATA/ATAPI-6 (seit 2000)

Mit ATA-6 und dem Modus Ultra-DMA-100 (UDMA 5) sind Datenraten bis 100 MB/s möglich (ATA/100)

Neue Befehle für 48 Bit große Sektoradressen erlauben (LBA-48)

Festplatten können nun größer als 128 GB sein

Acoustic-Management implementiert

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ATA/ATAPI-7 (seit 2001)

Erstmals wird zwischen paralleler und serieller Übertragung unterschieden.

Der bisherige Standard wird PATA (Parallel ATA) genannt und die serielle Version SATA

Mit dem PATA-Modus Ultra-DMA-133 (UDMA 6) sind Datenraten bis 133 MB/s möglich. (ATA/133)

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S-ATA

Wurde im Jahr 2000 von Intel aus dem älteren ATA-Standard entwickelt

Serial-ATA 1,5 Gbit/s (SATA I) Serial-ATA 3.0 Gbit/s (SATA II, SATA-

300), Rev. 2.x Serial-ATA 6.0 Gbit/s (SATA III, SATA-

600), Rev. 3.x vom Mai 2009

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SATA-Kabel

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Assmann-Kabel

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Weiter geht‘s!

SATA Express -> SATAe SATA Revision 3.2 SATAe-Stecker ist abwärtskompatibel Datentransport: PCI-Express, nicht SATA Theoretisch: PCI-Ex 3.0 mit 1-4 Lanes -> 1-

4 GByte/s(!); Norm: 8,0 bzw. 16,0 Gbit/s Praxis: PCIex 2x, 2 Lanes: 1GByte/s Gut geeignet für SSDs

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SSD

SSD=Solid-State-Drive Entwickelt von Storage Tek 1978(!) Markteinführung: Msystems 1996 Vorteile:

−mechanische Robustheit

−sehr kurze Zugriffszeiten

−keine Geräuschentwicklung aufgrund beweglicher Bauteile

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Technik

NAND-Speicher SLC = Single-Level-Cell – 1 Bit/Speicher MLC = Multi-Level-Cell – z.B. 4 Bits

/Speicher oder mehr durch verschiedene Spannungen

TLC = Triple-Level-Cell – 3 Spannungen Meist Flash-Speicher – bekannt von den

USB-Sticks

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Lebensdauer

Schreibvorgänge je Zelle (lt. Wikipedia): 1.000 (TLC in 21-nm-Fertigung) 3.000 (MLC in 25-nm-Fertigung) 5.000 (MLC in 34-nm-Fertigung) 10.000 (MLC in 50-nm-Fertigung) 100.000 (SLC in 50-nm-Fertigung) bis zu 5 Mio. (selektierte SLC-Chips)

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Preise (Stand: August 2014)

Immer als 2,5“-Laufwerk realisiert 128 GB ab ca. 50.- € 256 GB ab ca. 95.- € 480 GB ab ca. 190.- € Für schnellere Platten (SATA 600) gilt:

−Lesen: bis zu 550 MB/s

−Schreiben: bis zu 520 MB/s

Normale Festplatten: 1 TB ca. 50.- €

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Neue Anschlussnorm M.2

Besonders SSDs werden als kleine Steckplatine realisiert

Basis: mSATA-Standard

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Weiterführend

SATA ist quasi ausgereizt Perspektive: PCIex (3.0)

−Höhere Übertragungsrate

−Mehrere Lanes bündelbar

Beispiel: PCIex 2.0. 2x:−Lesen: 825 MB/s

−Schreiben: 800 MB/s

−960 GB ca. 690.- €

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Hybrid-Technologie

Kombination von SSDs mit normalen Festplatten

Beispiel: WD:−1 TB Festplatte

−120 GB SSD

−Preis: ca. 190.- €

Ansätze schon vorher per Festplatten-Cache

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Hybrid - nachgerüstet

Freier 6G-Anschluss (3G geht auch): Kleine SSD mit spezieller Software als

Cache Beispiel:

SanDisk ReadyCachemit 32GB

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PC aufrüsten

Boot-Platte durch SSD ersetzen Im BIOS: SSD einstellen Und dann gibt es mehrere Möglichkeiten

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Variante: Platte auf SSD klonen

Ist die neue Platte groß genug, lässt sich die alte Festplatte einfach auf die neue SSD kopieren.

Vorteil: wenig Arbeit Nachteil: benötigt viel (teuren) (SSD)-

Plattenplatz

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Variante: Klonen per Backup

Das ist eine weitere Möglichkeit: Backup anlegen und auf eine SSD

zurück spielen Vorteil: Alles wird garantiert weiter

funktionieren wie bisher Nachteil: Benötigt viel SSD-Platz

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Variante: Betriebssystem-Partition abspecken Vieles – zum Beispiel die Benutzer-

Daten - lässt sich „woanders“ hin legen Der Rest des Betriebssystems passt

dann auf eine kleinere SSD. Klonen wie vorher. Vorteil: Billiger!

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Variante: System neu aufbauen

Sicher einer der besseren Wege. Vorteil: Neue, saubere Installation. Nachteil: Zeitaufwändig, da alle Software

neu installiert werden muss.

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Danke für die Aufmerksamkeit!