MagnetspeicherSEP-Referat Magnetspeicher (Diskette, Festplatte, Wechselfestplatte, Jukebox, RAID, Streamer, Magnetkarte) Andreas Braunrath / 5 AD Jänner 1999
1. ÜBERSICHT 4 2. DIE DISKETTE 5 2. 1. Allgemeines 5 2. 2. Grundsätzliches zum Aufbau 5 2. 3. Organisation der Daten 5 2. 4. Das Diskettenlaufwerk 6 2. 5. Normung 6 2. 6. ZIP-Disketten 6 2. 7. Die LS-120-Superdisk 7 3. DIE FESTPLATTE 7 3. 1. Allgemeines 7 3. 2. Grundsätzliches zum Aufbau 7 3. 3. Kapazität 8 3. 4. Leistungsmerkmale 9 3. 5. Auswirkungen des Einsatzes von Cache-Speichern 9 3. 6. Schnittstellen 10 3. 7. Aufzeichnungsverfahren 10 3. 8. Preisbeispiele 11 3. 9. Ein aktuelles Testergebnis 11 3. 10. „Latest News“ 12 4. DIE WECHSELFESTPLATTE 12 5. DIE JUKEBOX 12 5. 1. Allgemeines 12 5. 2. Beispiel: Die „M“-Serie der Firma Plasmon 13 6. RAID 13 6. 1. Allgemeines 13 6. 2. RAID-Levels 14 6. 3. Kosten einer RAID-Lösung 15 7. DER STREAMER 15 7. 1. Allgemeines 15 7. 2. Funktionsweise von Magnetbändern 16 7. 3. Grundsätzliches zum Aufbau 17 7. 4. Der QIC-Standard 17 7. 5. Der DAT-(DDS-)Standard 18 7. 6. Datensicherheit 18 7. 7. Beispiel: Aktuelle Streamer von Hewlett Packard 19 7. 8. Alternativen zum Streamer 19 8. MAGNETKARTE UND CHIPKARTE 19 8. 1. Allgemeines 20 8. 2. Chipkartenhersteller 20 8. 3. Die Chipkarte für Studenten (Anwendungsbeispiel) 20 9. DIVERSE ABBILDUNGEN 21 QUELLENVERZEICHNIS 22
1. Übersicht Das Prinzip eines Magnetspeichers ist es, binäre Information durch die unterschiedliche Magnetisierungsausrichtung unzähliger kleiner Magnetnadeln zu speichern. Magnetspeicher sind als externe Speicher zu betrachten, d. h. die gespeicherte Information ist im Gegensatz zu internen Speichern dauerhaft vorhanden. Beim Kauf eines Magnetspeichers sind viele unterschiedliche Aspekte zu beachten. Die Zusammenstellung soll einen Überblick vermitteln:
Massenspeicher - und damit auch Magnetspeicher - lassen sich grundsätzlich unterteilen in:
Ein Beispiel für diese Gruppe von Magnetspeichern ist die Festplatte.
Ein Beispiel für einen Backupspeicher ist der Streamer bzw. das Streamerband.
2. 1. Allgemeines Neben der üblichen 3 1/2-Zoll-Diskette existiert nur noch vereinzelt die 5 1/4-Zoll-Diskette. Beide Formen kann man bezüglich ihrer Kapazität weiter unterteilen:
2. 2. Grundsätzliches zum Aufbau Eine 3 1/2-Zoll-Diskette besteht aus ungefähr zehn Komponenten. Neben dem eigentlichen Speichermedium, einer mit Eisenoxid überzogenen, drehbaren Kunststoffplatte, gibt es eigentlich nur ein weiteres Teil von größerer Bedeutung: den „Lifter“, ein kleines, flexibles Plastikstück, das andauernd gegen die Diskettenscheibe drückt. Dadurch wird die Scheibe bei jeder Umdrehung gereinigt; andererseits wird auch das Drehmoment konstant gehalten. 2. 3. Organisation der Daten Die Informationen sind in konzentrischen Spuren (Tracks) aufgezeichnet. Ein Sektor ist der Teil einer Spur. Dies ist die kleinste hardwaremäßig adressierbare Einheit. Die Kapazität läßt sich somit wie folgt berechnen: Anzahl der Seiten * Anzahl der Spuren pro Seite * Anzahl der Sektoren pro Spur * Anzahl der Bytes pro Sektor (Hinweis: Die Formel wird analog auch bei Festplatten verwendet.)
Ein Diskettenlaufwerk besteht grundsätzlich aus drei Teilen:
Die Geschwindigkeit bleibt dabei konstant und beträgt 360 Umdrehungen pro Minute.
Beim Schreibvorgang richten sich die Oxid-Teilchen auf der Diskette länglich aus. Die Information wird codiert durch die Richtung, in der sie ausgerichtet sind. Beim Lesevorgang bewirkt eine Änderung der Magnetfeldrichtung einen Stromimpuls. Dieser wird vom Controller decodiert. 2. 5. Normung Sowohl in mechanischer als auch in physikalischer Hinsicht sind die Eigenschaften von Disketten bis ins Detail festgelegt. Dafür gibt es eine Reihe von Normen, die sich nicht wesentlich unterscheiden. Am wichtigsten sind die Regeln der ECMA und die DIN-Normen. 2. 6. ZIP-Disketten Der Nachteil einer herkömmlichen Diskette ist offensichtlich: die niedrige Kapazität. Deshalb entwickelte die Firma Iomega ein Speichermedium, das in der Lage war, Datenmengen bis zu 100 MB aufzunehmen. Entgegen zahlreicher Prognosen hat dieses Medium, die ZIP-Diskette, bisher die herkömmliche Diskette noch nicht ablösen können. Eine neuere Version, das JAZ-Medium, kann bereits 1 - 2 GB an Daten aufnehmen. Eine ZIP-Diskette ist für 150 bis 200 ATS zu haben; JAZ-Medien kosten 1.200 bis 1.500 ATS. Für ein ZIP-Laufwerk muß man mit ca. 1.000 (intern) bis 1.500 (extern) ATS rechnen; für ein JAZ-Drive mit über 5.000 ATS. 2. 7. Die LS-120-Superdisk Die Diskette mit der LS-120-Technologie verfügt über 120 MB Kapazität und faßt daher einerseits die gleiche Datenmenge wie ca. 85 1,44-MB-Disketten und andererseits auch 20 % mehr als eine ZIP-Diskette. LS-120-Laufwerke werden sowohl als IDE- als auch als SCSI-Version angeboten. Natürlich muß man auch hier zwischen internen und externen Laufwerken unterscheiden. Die LS-120-Technologie ist derzeit kompatibel zu Windows 3.11, Windows 95/98 und auch zu Macintosh-Betriebssystemen. Zur Zeit bemüht man sich, auch Treiber für Windows NT, OS/2 Warp und Unix zu erstellen. Eine Übersicht über die wichtigsten Unterschiede zwischen einer „normalen“ Diskette und der „neuen“ Superdisk:
3. Die Festplatte 3. 1. Allgemeines Das Funktionsprinzip einer Festplatte ähnelt sehr dem von Disketten. Im Gegensatz zur Diskette mit ungefähr 300 Umdrehungen pro Minute rotiert die Festplatte mit 3600 Umdrehungen, neuere Modelle mit noch mehr. Die Magnetschicht ist deshalb nicht, wie bei der Diskette, auf einem weichen Kunststoffträger aufgebracht, da dieser bei diesen Geschwindigkeiten zu „flattern“ beginnen würde, sondern auf Aluminium- oder Glasscheiben. 3. 2. Grundsätzliches zum Aufbau Um mehr speichern zu können, werden mehrere Scheiben übereinander auf eine gemeinsame Achse montiert. An einem Arm sind die beweglichen Schreib-Lese-Köpfe befestigt (einer für jede Plattenoberfläche). Eine Berührung zwischen Kopf- und Platte, der sogenannte „Head-Crash“ wäre bei den hohen Geschwindigkeiten einer Festplatte in Hinsicht des Datenverlustes eine mittlere Katastrophe. Allerdings bildet sich gerade durch die hohe Geschwindigkeit ein Luftpolster zwischen Plattenoberfläche und Kopf, sodaß der Kopf im Abstand von einem Mikrometer über der Platte schwebt (Bernoulli-Effekt). 3. 3. Kapazität Wenn man von der Kapazität einer Festplatte spricht, muß man zwischen zwei Werten unterscheiden:
Diese Zahl unterscheidet sich erheblich von der vom Hersteller angegebenen Nettokapazität.
Doch damit nicht genug, muß man sich auch noch darüber den Kopf zerbrechen, was nun genau unter einem Megabyte (oder Gigabyte) zu verstehen ist:
Außerdem ist zu berücksichtigen, daß die Performance unter einer zu starken Ausnutzung der Kapazität leidet. Wird ein Rechner unter DOS oder Windows 95 betrieben, so gibt es immer noch einige Einschränkungen bezüglich der Kapazität. Hier zwei Beispiele:
Bei einer 2 GB großen Partition beträgt die Blockgröße allerdings bereits 32 KB, d. h. auch wenn eine Datei mit einer Größe von nur einigen Bytes abgelegt wird, belegt sie trotzdem einen ganzen Block von 32 KB. 3. 4. Leistungsmerkmale Als wichtigste Leistungsmerkmale einer Festplatte sind zu nennen:
Dieser Wert gibt an, wie lange ein Schreib-Lese-Kopf braucht, um sich nach einer Bewegung mechanisch zu beruhigen bzw. auszuschwingen.
Wenn der Schreib-Lese-Kopf über der gewünschten Spur positioniert ist, muß er warten, bis der gewünschte Block vorbeikommt.
3. 5. Auswirkungen des Einsatzes von Cache-Speichern Der Einsatz von Cache-Speichern ist eine Möglichkeit zur Leistungssteigerung. Dabei wird jeder zu schreibende Block - wie üblich - zum Festplattenlaufwerk übertragen. Zusätzlich merkt sich der Controller aber die Adresse des Blocks und dessen Inhalt in einem internen Speicher. Der Vorteil dabei liegt in den reduzierten Plattenzugriffen.
Hier existieren im wesentlichen zwei Standards:
ist eine PC-spezifische Entwicklung und erlaubt den Einbau von maximal zwei Festplatten. Die Übertragung der Daten erfolgt seriell.
ist die wohl universellste Schnittstelle. Es können bis zu sieben Festplatten angeschlossen werden. SCSI ist jedoch keine reine Festplattenschnittstelle, es kann beispielsweise auch ein Scanner angeschlossen werden. 3. 7. Aufzeichnungsverfahren Unter dem Begriff „Aufzeichnungsverfahren“ werden alle Methoden verstanden, Bits und Bytes in magnetische Form zu bringen. Es sind hier die wichtigsten nur kurz beschrieben, da eine genaue Behandlung mehrere Seiten füllen würde:
Die Magnetisierung wird bei diesem Verfahren nur gewechselt, wenn bei den Datenbits ein Wechsel von 0 nach 1 oder umgekehrt erfolgt. Bei mehreren aufeinanderfolgenden 1-Bits bleibt der Strom konstant auf „high“, ohne zwischendurch auf „low“ zurückzukehren (daher der Name des Verfahrens).
Mit Hilfe der Frequenzmodulation versucht man, die Festplattenkapazität vor allem durch neue, leicht modifizierte Verfahren (Modified Frequency Modulation) immer mehr zu steigern.
Dies ist ein ziemlich komplexes Verfahren. Es erreicht durchschnittlich einen 50prozentigen Kapazitätsgewinn gegenüber der FM-Methode.
Eine kleine Auswahl an aktuellen Festplatten und ihren Preisen:
3. 9. Ein aktuelles Testergebnis Die Zeitschrift „PC Intern“ hat in ihrer November-Ausgabe 1998 eine Test bei 30 aktuellen Festplatten durchgeführt. Getestet wurden dabei im wesentlichen der Datendurchsatz und die mittlere Zugriffszeit. Aus den beiden Zielerträgen wurde dann eine „Gesamtnote“ gebildet (1 = sehr gut, 5 = mangelhaft). Festplatten, die besonders gut bzw. besonders schlecht abschnitten, sind hier kurz zusammengefaßt: Die besten Festplatten:
Die schlechtesten Festplatten:
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