Festplatten-Grundlagen

Abstrakt:

In diesem Artikel werden die wichtigsten technischen Grundlagen des Festplattenlaufwerks und seine Funktionsweise beschrieben. Ich konzentriere mich auf die besondere Perspektive der Beschreibung der physischen und logischen Sicht auf die Festplatte, auf das Lesen und Schreiben auf der Festplatte, auf die Frage, wie Daten darin gespeichert werden, und auf einige Informationen über Festplattenschnittstellen. In diesem Artikel wird auch das technologiekluge Unternehmen vorgestellt, das an diesen Festplatten und der damit verbundenen Technologie arbeitet.

Starten der Festplatte:

Bei der Festplatte handelt es sich um ein magnetisches Gerät, das zum Speichern von Softcopy-Daten in Form von Nullen und Einsen verwendet wird. Spezifische Treiber werden verwendet, um die Daten in einem bestimmten Format abzurufen. Ab 1956 kommen magnetische Festplatten zum Einsatz. An diesem Tag ist die Größe der Festplatten für eine geringe Speichermenge sehr groß und das Speichern und Abrufen nimmt auch mehr Zeit in Anspruch. Aber heute verwenden wir für unsere Systeme sehr kompakte Festplatten mit hoher Kapazität und hoher Latenz.

Physische Darstellung der Festplatte:

Die Benutzerdaten/Informationen werden auf dem Oberflächenmedium einer Disc gespeichert. Das Medium ist eine speziell beschichtete Oberfläche. Jede Medienoberfläche ist in Spuren und Sektoren unterteilt. Diese Sektoren werden oft als „Blöcke“ bezeichnet. Schienen werden oft als Zylinder bezeichnet. Die Spur- und Sektortrennungen der Festplatte werden unten angezeigt. Der Zylinder, Kopf, Sektor (CHS) gibt einen physischen Standort an.

Logische Darstellung der Festplatte:

Festplatten verwenden kreisförmige Festplatten zum Speichern von Daten. Jede Platte hat zwei Oberflächen. Beide Seiten des Mediums werden zur Speicherung von Informationen genutzt. Wenn jede Oberfläche 4 Spuren und 4 Sektoren hätte, gäbe es 32 Sektoren oder Blöcke. Jede Oberfläche benötigt einen „Kopf“, um die Informationen zu lesen/schreiben. Oberflächen werden oft als „Kopf“ bezeichnet. Ein Zylinder ist der Bereich, in den ein Kopf schreiben oder lesen kann, ohne auf einer anderen Spur positioniert zu sein.

Nehmen Sie eine Festplatte mit zwei Oberflächen/Kopf; Vier Sektoren/Blöcke, dann sieht die logische Darstellung dieser Platte wie in Abbildung 3 aus. In dieser Abbildung werden die beiden Köpfe dieser Platte durch 0 und 1 dargestellt. Die vier Zylinder/Spuren und Sektoren werden durch 0 bis 3 dargestellt. Also für Jede Oberfläche verfügt über 16 logische Sektoren/Blöcke, die als Logical Block Addressing (LBA) bezeichnet werden.

Der Host und das Dateisystem verwenden diesen LBA nur für Festplattenvorgänge wie Lesen, Schreiben der Daten, Suchen und Suchen usw., aber für Köpfe und Medien wandeln die Festplattentreiberschaltungen den LBA in CHS (Zylinder, Kopf, Sektor) um.

Lesen und Schreiben auf der Festplatte:

Ein Festplattenlaufwerk ist ein digitales Datenspeichergerät, das Daten über Magnetisierungsänderungen einer magnetischen Speicherplatte liest und schreibt. Dazu gehören ein oder mehrere frei zugängliche drehbare Speichermedien oder Festplatten. In einem Magnetplattenlaufwerk werden die Daten mithilfe von Magnetfeldumkehrungen, die in Spuren auf der magnetischen Hartoberfläche rotierender Platten gruppiert sind, als Informationsbits kodiert. Es enthält außerdem einen Wandler, der von einem hydrodynamischen Lager getragen wird, das über jeder Magnetscheibe schwebt. Der von einem Betätigungsarm getragene Wandlerkopf wird zum Lesen von Daten von den Datenträgern oder zum Schreiben von Daten auf die Datenträger verwendet. Festplattenlaufwerke sind eine unverzichtbare Komponente in den meisten modernen Computer-/Datenverarbeitungssystemen.

Festplattenlaufwerke werden in heutigen Computersystemen, wie z. B. Schreibtischen, häufig zum Speichern relativ großer Datenmengen verwendet. Wenn die Kapazität der Festplatte größer ist, kann der Computer mehr Daten speichern und darauf zugreifen. In einem Computer ist eine Festplatte über den Systembus mit der Zentraleinheit (CPU) verbunden. Computerarchitekturen verfügen über ein Motherboard, das eine Zentraleinheit und den Systembus enthält, an den verschiedene Peripheriegeräte, einschließlich einer Festplatte, angeschlossen sind.

In einem Festplattenlaufwerk werden Datensignale von einer rotierenden Platte gelesen und auf diese geschrieben, und zwar durch einen Kopf, der im Wesentlichen relativ zur Platte bewegt wird. Die Kopfbaugruppe erleichtert das Lesen und Schreiben von Informationen auf einer Oberfläche einer rotierenden Magnetplatte. Die Verbindungsbaugruppe umfasst eine Vielzahl von Übertragungselementen, wie etwa Drähte oder Leiterbahnen, zum Übertragen von Daten zur und von der Kopfbaugruppe. Die Aufhängungsbaugruppe positioniert die Kopfbaugruppe in einem im Allgemeinen konstanten Abstand von der beweglichen Oberfläche der rotierenden Scheibe. Wenn der Strom abgeschaltet wird, um die Verwendung eines Computers zu beenden, stoppt auch die Antriebsspannung für einen Spindelmotor, sodass die Geschwindigkeit der vom Spindelmotor gedrehten Festplatte allmählich abnimmt. An diesem Punkt senkt sich der Magnetkopf, der durch den Luftstrom über der Festplatte fliegt, auf die Oberfläche der Festplatte.

Das Servosteuerungssystem erfüllt im Allgemeinen zwei unterschiedliche Funktionen:

o Suche nach Kontrolle

o Verfolgen Sie die Verfolgung

Die Suchsteuerfunktion umfasst das kontrollierte Bewegen des Betätigungsarms, so dass der Wandlerkopf von einer Anfangsposition zu einer Zielspurposition bewegt wird. Der Lese-/Schreibkopf ist typischerweise ein Teil eines größeren Körpers oder daran befestigt, der über die Festplatte fliegt und üblicherweise als Schieber bezeichnet wird. Der Schieber hat eine untere Oberfläche, die als Luftlageroberfläche bezeichnet wird. Die Luftlagerfläche besteht typischerweise aus einer oder mehreren Schienen, die im Allgemeinen einen positiven Luftdruck erzeugen

Der Host sendet den READ-Befehl an die Festplatte, er wird von der logischen zur physischen Festplatte übertragen, und dann sendet die Festplatte die angegebenen Blockdaten zum Lesen zurück. Beim Schreiben in den Speicher sendet der Host den WRITE-Befehl an die Festplatte. Nach Erhalt der Bestätigung werden die Daten über den Bus gesendet, um in den angegebenen Block zu schreiben.

HDD-Schnittstelle:

Eine gemeinsame Grenze zwischen zwei oder mehr Funktionseinheiten, definiert durch spezifische Attribute, wie z. B. Funktionsmerkmale (Phasen, Zustände, Protokoll), gemeinsame physikalische Verbindungsmerkmale (Kabel, Stecker) und Signalmerkmale (Polarität, Spannungsbereich, Timing). . Dies wird als Schnittstelle bezeichnet. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Festplatte mit dem Host zu verbinden. Sie sind,

ATA (Advanced Technology Attachment)

PATA (Parallel Advanced Technology Attachment)

SATA (Serial Advanced Technology Attachment)

SCSI (Small Computer System Interface)

ATA (SPOT):

ATA ist eine gängige Schnittstelle, die vor der Einführung von SATA (Serial Advanced Technology Attachment) in vielen Personalcomputern verwendet wurde. Die ursprüngliche Version von ATA ist eine Parallelversion. Nach der Einführung von SATA wird es daher üblicherweise als PATA (Parallel Advanced Technology Attachment) bezeichnet. Es ist die kostengünstigste der früher im System verwendeten Schnittstellen. PATA kann eine Datenübertragung von bis zu 133 MB/s unterstützen. Heutzutage ersetzt SATA dieses PATA in allen Bereichen. Abhängig von den Kundenanforderungen wird jedoch in einigen Subsystemen die aktuelle Version UDMA133 verwendet.

SATA:

Serial Advanced Technology Attachment wird allgemein als SATA bezeichnet. Es handelt sich um die weit verbreitete Festplattenschnittstelle, die in allen persönlichen Systemen verwendet wird. Ein SATA-Port ermöglicht den Anschluss eines Geräts. Der Hauptnachteil besteht darin, dass ältere Systeme ohne den Einsatz zusätzlicher Komponenten nicht unterstützt werden

SCSI:

Die Abkürzung lautet „Small Computer System Interface“. SCSI wird häufig in Servern und eher in industriellen Anwendungen als für den Heimgebrauch verwendet. Es ist die berühmte Speichersubsystemkomponente, die in allen Computerschnittstellen mittlerer und kleiner Ebene verwendet wird. Hier kommt ein Mechanismus namens „Cable Sharing“ zum Einsatz. Es kann eine Datenübertragungsrate von bis zu 320 MB/s unterstützen.

HDD – Unternehmensinformationen:

Auf der Unternehmensebene unterscheiden die Unternehmen die Festplatten anhand ihrer Spindelumdrehung pro Minute (U/min), z. B. Festplatten mit 4.200 U/min, Festplatten mit 5.400 U/min, Festplatten mit 7.200 U/min, Festplatten mit 10.000 U/min und Festplatten mit 15.000 U/min. Dies sind alle wichtigen Hersteller und Unternehmen, die mit Festplatten und Marketing zusammenarbeiten.

Audavi, Dane-Elec Memory, Dataslide, DTS, Dynamic Network Factory, EDGE Tech, Excelstor Technology, EZQuest Fantom Drives, Formation, Freecom Technologies, Fujitsu, Hitachi, Imation, I/OMagic, Iomega, LaCie, Maxell, Miltope, NEC, Olixir Technologies, PNY Technologies, ProStor Systems, Quantum, Samsung Electronics, SDK, Seagate, Shining Technology, Sony, SOYO, Toshiba, Verbatim, Western Digital

Festplattenfehler:

Festplattenabstürze gehören zu den frustrierendsten Erfahrungen mit einem Computer. Die Unfähigkeit, Daten von der Festplatte zu lesen, kann einen Computer unbrauchbar machen. Selbst wenn das Betriebssystem ausgeführt werden kann, sind die Daten möglicherweise nicht zugänglich oder beschädigt. Die einzige Möglichkeit, einen solchen Fehler zu beheben, besteht normalerweise darin, die Daten von einem Backup auf einem neuen Laufwerk wiederherzustellen, wobei die gesamte Software von Grund auf neu installiert wird. Wenn keine Sicherung verfügbar ist, gehen die Daten entweder verloren oder die Wiederherstellung ist mit hohen Kosten für Wiederherstellungsdienste verbunden.

Häufige Laufwerksausfälle

Der häufigste Ausfall einer Festplatte ist ein sogenannter Head-Crash. Ein Head-Crash ist jeder Fall, bei dem es dem Laufwerkskopf gelingt, einen Plattenteller zu berühren. In diesem Fall wird das magnetische Medium vom Kopf von der Platte geätzt und macht sowohl die Daten als auch den Laufwerkskopf funktionsunfähig. Es gibt keine saubere Wiederherstellung nach einem solchen Fehler.

Ein weiterer häufiger Fehler ist auf Unvollkommenheiten der magnetischen Medien zurückzuführen. Jedes Mal, wenn ein Sektor auf der Festplatte die magnetische Ausrichtung nicht ordnungsgemäß einhält, sind die Daten nicht mehr zugänglich.

Mobile Systeme neigten dazu, dass Platten zersplitterten. Dies lag daran, dass die meisten Festplattenplatten aus Glas bestehen und stoßempfindlich sind.

MTBF:

Damit Verbraucher eine gute Vorstellung von der Lebensdauer einer Festplatte bekommen; Eine Fahrt wurde von MTBF bewertet. Dieser Begriff steht für „Mean Time Between Failure“ (mittlere Zeit zwischen Ausfällen) und wird verwendet, um den Zeitraum anzugeben, in dem 50 Prozent der Laufwerke vorher und 50 Prozent danach ausfallen würden. Es wird verwendet, um einem Käufer eine Vorstellung davon zu geben, wie lange das Gerät durchschnittlich funktionieren wird. Die „Mean Time Between Failures“ (MTBF) für Festplattenlaufwerke ist von rund 200.000 Stunden in den 1990er Jahren ziemlich stetig auf heute fast 1.200.000 Stunden gestiegen.

Wiederherstellungssoftware:

Bei einem Festplattenausfall möchte der Benutzer alle Daten von dieser fehlerhaften Festplatte wiederherstellen. Verschiedene Unternehmen bieten Wiederherstellungssoftware für die Wiederherstellung von Festplattendaten an. Einige davon wären auch kostenlos.