SEMESTERARBEIT CT2 MUHAMMET CAGLAK THOMAS BERCHTOLD KLASSE O1B

SEMESTERARBEIT CT2 MUHAMMET CAGLAK THOMAS BERCHTOLD KLASSE O1B

Inhaltsverzeichnis 1 Aufbau und Funktionsweise...4 1.1 Mechanisches-/Elektronisches Funktionsprinzip...4 1.1.1 Blockschaltbild...5 1.2 Verfahren der magnetischen Aufzeichnung...5 1.3 Logisches Funktionsprinzip...6 1.3.1 Einteilung in Spuren, Sektoren, Clusters und Cylinders...6 1.4 Adressierungsverfahren...6 1.4.1 LBA...7 1.4.2 CHS...7 1.5 Dateisysteme...7 1.6 Interfaces...7 1.6.1 IDE (Integrated Device Electronic) oder ATA-1...7 1.6.2 EIDE oder ATA-2...8 1.7 RAID...8 1.7.1 Vorteile von Raid...8 1.7.2 Anforderung an die Festplatte...8 1.7.3 Raid-Level...9 1.7.4 Software vs. Hardware-Raid...10 1.7.5 Auswahlkriterien für RAID...11 2 Leistungsmerkmale/Kenngrössen, Standards, Normen...11 2.1 Technische Kenngrössen...11 2.1.1 Geschwindigkeit...11 2.1.2 Speicherkapazität...13 2.1.3 Interface Geschwindigkeit...13 2.1.4 Lebensdauer...14 2.2 Normen/Standards...14 2.2.1 Gremien...14 2.2.2 ATA-Spezifikationen...15 2.2.3 Gehäuse-Abmessungen...15 3 Klima und physikalische Umgebung...16 3.1 Physikalische Umgebung...16 3.1.1 Schallpegel...16 3.1.2 Erschütterung...16 3.2 Klima...16 3.2.1 Betriebstemperatur...16 3.2.2 Luftfeuchtigkeit...16 3.2.3 Lagerung/Aufbewahrung...16 3.2.4 Klimaänderungen...17 4 Typenübersicht und Einsatzgebiete, weitere magnetische Speichergeräte...17 4.1 Bernoulli...17 4.2 Disketten...17 4.3 Zip-Laufwerk...17 5 Installation/Wartung...18 5.1 Tools...18 5.1.1 Partitionierer...18 5.1.2 Firmware...18 5.2 Fehler, Störungen, Reparatur...18 5.3 Mechanische Installation...19 SEITE 2/20

5.3.1 Einbauarten...19 5.3.2 Einbaulage...19 5.3.3 Verkabelung...19 5.4 Einstellen der Parameter...19 5.4.1 Einstellung des Controllers/BIOS...19 6 Zukünftige Entwicklung...19 7 Glossar...20 8 Quellenverzeichnis...20 Vorwort Liebe Leser, Liebe Leserinnen Magnetische Massenspeicher sind heute nicht mehr weg zu denken. Es gibt bis anhin noch keine vergleichbare, Alternativlösungen zur Aufnahme und Speicherung grosser Datenmengen. Wir wollen euch in dieser Dokumentation das Wesentlichste über dieses grosse und sich rasant ändernde Gebiet vermitteln. Wir zeigen die grundsätzliche Funktionsweise von Festplatten an IDE- Geräten auf, da sie die grösste Verbreitung haben und SCSI aus den Standardanwendungsgebieten immer mehr verdrängen. In unserem Zeitalter der Kommunikation und Datenverarbeitung fallen immer grössere Datenmengen an und der Wert der Informationen steigt stetig. Deshalb setzen wir auch einen Fokus auf RAID, um aufzuzeigen wie man bei Festplatten die Daten- und Ausfallsicherheit steigern kann. Datensicherheit hängt aber noch von etlichen anderen Faktoren ab; RAID ist nur ein kleines Teil im Puzzle. Viel Spass wünscht euch Muhammet Caglak, Thomas Berchtold SEITE 3/20

1 Aufbau und Funktionsweise In diesem Kapitel werden wir die Grundlagen von magnetischen Speicher- Geräten aufstellen. Hauptsächlich betrachten wir die Festplattenlaufwerke. Das Prinzip der magnetischen Aufzeichnung lässt sich aber auch auf andere magnetische Speichergeräte abbilden, die im Kapitel 4 aufgezeigt werden. 1.1 Mechanisches-/Elektronisches Funktionsprinzip Das Speichermedium einer Festplatte besteht aus ein bis 12 Platten (A) aus Aluminium, Keramik oder Glas, die beidseitig mit hochfein polierten Metalloxiden beschichtet sind. Die binären Daten werden durch umpolen der feinen magnetischen Elemente auf der Platte abgelegt. Die Platten sind auf einer Spindel (B) exakt zentriert und gelagert. Die Spindel wird durch einen drehzahl- überwachten Elektromotor (C) betrieben, der den Plattenstapel auf 5400, 7200, 10000 oder sogar 15000 U/min beschleunigt. Pro Plattenoberfläche gibt es jeweils einen beweglichen Arm (Aktuator) (D), ähnlich wie bei Plattenspielern, der die Schreib- und Leseköpfe (E) trägt. Die Köpfe gleiten auf einem Luftpolster in einem minimalen Abstand (1-2 Mikrometer) über die Magnetplatten. Der Arm mit aufmontiertem Kopf wird heutzutage durch einen Servomotor (Linear-Motor) (F) bewegt, der ein sehr schnelles, stufenloses Anfahren der gewünschten Kopf- Position erlaubt. In den Anfangsphasen der Festplatten wurden auch normale Schrittmotoren verwendet, mit denen aber nur grosse Spurabstände möglich waren und die Genauigkeit der Positionierung bald an Ihre Grenzen kam. Im Inneren der Festplatte dreht ein Elektromotor eine oder mehrere Scheiben auf einer Achse mit 5400, 7200, 10000 oder sogar 15000U/min. Alle diese Elemente sind in der HDA (Head Disk Assembly) (G) untergebracht. Die HDA wird vom Hersteller in einer staub- und partikelfreien Umgebung versiegelt. Nur durch einen Luftfilter (H) kann ein Druckausgleich mit der Umwelt erfolgen. Die HDA ist heute meist ein Teil des ganzen Gehäuse des Festplattenlaufwerkes und dient zur Aufnahme der übrigen Elemente; Die Laufwerksplatine (I) enthält alle nötigen logischen Bauteile der Festplatten und ist durch eine flexible Datenleitung (J) mit den Schreib-/Leseköpfen verbunden. Auf der Hinterseite sind Strom- (K) und Datenanschluss (L) angebracht. Dort befindet sich ebenfalls eine Jumper- Reihe (M) für die Konfiguration einiger Laufwerksparameter. SEITE 4/20

1.1.1 Blockschaltbild Daten- Schnittstelle Die Datenschnittstelle stellt die Verbindung zum SCSI oder IDE- Controller her. Cache- Speicher Im Cache Speicher werden die Daten vom und zum Controller gepuffert. Daten- Seperator Im Daten- Seperator werden die zusätzlichen Daten (Overhead), die vom Laufwerk intern verwendet werden, von den Nutzdaten getrennt/ separiert. ECC- Logik Die ECC- Logik erkennt Lesefehler und kann sie je nach dem direkt oder durch ein erneutes einlesen des Sektors korrigieren. Signal- Verstärker (Lese- Verstärker) Der Lese- Verstärker hebt den Signalpegel der gelesenen Daten für die Weiterverarbeitung in der Laufwerks-Logik an. Schreib-/ Löschgenerator Im Schreib-/ Löschgenerator werden die zu schreibenden Daten vorbereitet und dem Schreibkopf übergeben. Micro- Controller Der Micro- Controller übernimmt die Überwachung der Elemente und kontrolliert deren Zusammenspiel. 1.2 Verfahren der magnetischen Aufzeichnung Ein zurückgesetztes Bit (0) wird durch positive Polarität repräsentiert und ein gesetztes Bit (1) durch negative Polarität. Wenn aber zum Beispiel 100 Einsen aufgezeichnet werden sollen, erfolgt kein Polwechsel, oder anders gesagt beim Schreiben weis man nicht, wo ein Bit zu Ende ist, und wo das nächste Bit beginnt. Deshalb benötigt man Aufzeichnungsverfahren. Das Problem ist aber, dass jede zusätzliche Information (Takt, etc.) Speicherplatz verbraucht (Overhead). Ziel der Aufzeichnungsverfahren ist es also möglichst wenig zusätzlichen Speicherplatz zu belegen. Das sogenannte RLL- Aufzeichnungsverfahren wird bei aktuellen Festplatten eingesetzt. Dieses Verfahren erzeugt einen geringen Overhead. SEITE 5/20

1.3 Logisches Funktionsprinzip 1.3.1 Einteilung in Spuren, Sektoren, Clusters und Cylinders Eine Festplatte muss physikalisch formatiert werden, um überhaupt Daten speichern zu können. Diese sogenannte Low-Level-Formatierung wird bei den heutigen Festplatten in der Regel schon vom Hersteller durchgeführt. Die Daten auf einer Festplatte sind in Zylinder, Tracks (Spuren) und Sektoren organisiert. Zylinder nennt man alle konzentrisch übereinanderliegenden Tracks auf den Magnetscheiben. Tracks wiederum beherbergen die einzelnen Sektoren, die normalerweise 512 Bytes fassen. 1.4 Adressierungsverfahren IDE ist ursprünglich auf 63 Sektoren, 16 Köpfe und 1024 Zylinder beschränkt gewesen. Das ergibt 504 'echte' Megabyte. Um ein Laufwerk mit mehr als 1024 Zylindern zu verwenden, kann ein Adapter die Adresse auf 1024 Zylinder mit entsprechend mehr Sektoren ummappen. Eine zweite Kapazitätsgrenze kam durch den Platteninterrupt INT 13h und die Partitionstabellen FATbasierter Betriebssysteme zustande. INT 13h und die Partitionstabellen können 1024 Zylinder, 256 Köpfe und 63 Sektoren verwalten. Das ergibt Adressierungmöglichkeiten IDE- Schnittstelle Bios (mit translation) BIOS bis 1994 (ohne translation) Bits für Zylinder 16 10 10 Anzahl Zylinder 65536 1024 1024 Bits für Köpfe 4 8 4 Anzahl Köpfe 16 256 16 Bits für Sektoren pro Track Anzahl Sektoren pro Track Höchstmögliche Sektorenzahl Resultierende Grössen 8 6 6 255 63 63 267 386 880 128 GB 16 515 072 8064 MB 1 032 192 504 MB eine maximale Kapazität von 8,4 (7,8) GB. Diese Kapazitätsgrenze hat sogar für SCSI- Platten unter FAT-Systemen gegolten. Die NCITS(National Committee on Information Technology) veröffentlichte eine unter dem Titel BIOS Enhanced Disk Drive Specification Dokument. Dieser BIOS Standard legt fest, dass das BIOS 2 64 Sektoren verwalten kann d.h. schlussendlich 9.4 Giga-Tera Byte! Festplatte BIOS Keine Translation(CHS) Betriebssystem BIOS-Translation (Extended CHS, Large) Umrechnung in Blöcke Physische Geometrie (nur Intern verwendet) Logische Geometrie SEITE 6/20

1.4.1 LBA LBA ist eine übliche Methode der Adressierung bei Zugriffen auf die Festplatte, die das Ende 1995 vorherrschende C/H/S Verfahren abgelöst hat. LBA erlaubt es, die Köpfe, Zylinder und Sektoren einer Festplatte auch unabhängig der physikalischen Ordnung anzusprechen. Diese Blocknummern werden vom Festplattencontroller errechnet und an das BIOS weitergegeben. LBA kann nur für die Kommunikation zwischen Festplatte und BIOS verwendet werden, wenn sowohl die Platte und als auch BIOS dieses Verfahren unterstützen. Beherrscht die Platte jedoch kein LBA, kann das BIOS intern zwar LBA-Nummern verwenden, muss sie jedoch in das traditionelle Schema umrechnen, wenn es mit der Festplatte kommuniziert. Dies dient (unter Dos und z. T. auch Windows) dazu, Platten mit Kapazitäten von mehr als 504 MB zu benutzen. Jedes moderne BIOS kennt den LBA Modus. Die aktuelle LBA-Version verwendet 28 Bit und kann damit Kapazitäten von maximal 128 GB adressieren. In Vorbereitung ist eine 64 Bit Adressierung. 1.4.2 CHS Abkürzung für "Cylinder-Head-Sector-Adressierung" bzw. Zylinder-Kopf-Sektor- Adressierung. Nach diesem Schema präsentiert das BIOS die Festplatte dem Betriebssystem. Jeder Sektor lässt sich somit klar lokalisieren und adressieren. CHS unterliegt mehreren Einschränkungen: Die Schnittstelle(Int13h) zwischen IDE und BIOS reserviert nur 16 Bits für die Zylinder (maximal sind 65.536 möglich), 4 Bits für die Köpfe (maximal 16) und 8 Bits für die Sektoren pro Spur (maximal 256). Das BIOS hat 10 Bits für die Zylinder zur Verfügung (1024), 8 Bits für die Köpfe (256) und 6 Bits für die Sektoren (63, da ab 1 gezählt wird). Bei diesen Grenzen ist jeweils der niedrigere Wert entscheidend, so dass alte BIOS-Versionen nur 1024 x 16 x 63 x 512 Bytes = 504 MB adressieren können (ein Sektor ist 512 Bytes groß). Neuere BIOS-Versionen stocken per Mapping die Anzahl der Schreib-/Leseköpfe auf 255 auf und kommen damit auf 7.844 GB. 1.5 Dateisysteme Die verwalteten Daten auf Massenspeichern werden oft in grössere Einheiten zusammengefasst. Dabei ist ein hierarchische Struktur sehr nützlich. Um die Anzahl der zu verwaltenden Datenelemente in Grenzen zu halten und den Zugriff zu optimieren, fasst das Dateisystem eine Anzahl aufeinander folgenden Sektoren zu einem Cluster zusammen. Diese Cluster werden anschliessend der Reihe nach durchnummeriert. In einer speziellen Datei können dann die Blöcke als frei oder benutzt eingetragen sein. Weiter werden noch defekte Cluster, Informationen üder die Festplatte, Sektorengrösse, Sektoren pro Cluster und weitere Verwaltungsinformationen in verschiedene Dateien eingetragen. 1.6 Interfaces Generell gibt es viele Verschieden Interfaces, wir beschränken uns deshalb auf die populärste: IDE. 1.6.1 IDE (Integrated Device Electronic) oder ATA-1 IDE wurde als kostengünstige Festplatten-Schnittstelle entwickelt, die sich dem Vorläufer MFM(Aufzeichnungs- Verfahren) vor allem dadurch auszeichnet, dass sich der Controller mit auf dem Laufwerk befindet. Die Standardisierung fand unter dem Namen ATA (AT- Attachement) statt. Der IDE Bus ist eine 16-bit Parallelbus. Die Verbindung wird über 40poliges Flachbandkabel hergestellt. Weil IDE weder abgeschirmt noch terminiert wird, kennt es nur Interne Geräte. Aus dem gleichen Grund darf ein IDE- Kabel auch nicht länger als 45 cm sein. Die Methode der BIOS- Verwaltung wurde von DOS dazu verwendet, Festplatten generell ohne Treiber anzusprechen und dazu die CMOS Einstellungen zu benutzen. Bei Windows 95/98 setzt diese Tradi- SEITE 7/20

tion fort. Andere BS wie OS/2, Linux und Win NT erkennen über Ihre Treiber auch nicht angemeldete Festplatten. 1.6.2 EIDE oder ATA-2 E-IDE steht für Enhanced Integrated Disc Electronic. Dies ist kein eigentlicher Standard, sondern es handelt sich vielmehr um eine Zusammenfassung von verschiedenen Features. Manche Hersteller bezeichnen mit E-IDE die Möglichkeit der schnelleren Übertragungsmodi, die in ATA-2 spezifiziert wurden, andere bezeichnen mit E-IDE die Möglichkeit mehr als 504 MB zu adressieren, die aber auch schon in ATA-1 spezifiziert wurde. Wieder andere bezeichnen ihre ATAPI- CDROMs als E-IDE und die letzte Gruppe schließlich nennt Systeme mit 2 IDE-Kanälen E-IDE- Systeme. Im wesentlichen wurden folgende Änderungen gegenüber IDE definiert: Schnellere PIO und DMA Transfermodi Unterstützung von Laufwerken bis 128 GB Unterstützung von Energieverwaltungsoptionen Speicherkapazität bis 8.4 GB Unterstützung von Wechselmedien Auslesen der Parameter der Devices durchs BIOS Unterstützung von PCMCIA-Geräten Cable Select Zusammfassend ist Schlussendlich EIDE eine Kombination aus ATA-2 und ATAPI (AT Attachement Packet Interface, definiert Anschluss von nicht Festplatten an den IDE/EIDE Bus. 1.7 RAID RAID (a Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disk) wurde an der Universität Berkley vor gut 20 Jahren entwickelt. Das Ziel war, eine kostengünstige, hochkapazitive und ausfallsichere Methode zur Speicherung von Daten anhanden mehreren günstigen Festplatten zu definieren. Bis anhin mussten grosse, teure Massenspeicher eingesetzt werden. 1.7.1 Vorteile von Raid Es wurden fünf verschieden Methoden entwickelt, wie einzelne Festplatten-laufwerke zu einem Array zusammengefasst werden können. Sie wurden von RAID- Level 0 bis 5 durchnummeriert. Aus dieser Technik entstanden weitere Vorteile. Zum einen stellt sich der RAID- Verbund auf Anwenderseite als einzelnes logisches Volumen dar. Die Verwaltung wird nicht komplizierter als bei einem Einzellaufwerk. Bei den meisten der definierten RAID- Verfahren stellt sich durch die Parallelisierung der Daten einen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber Einzellaufwerken heraus. In dieser Dokumentation werden nur auf die RAID- Level 0,1,3,4,5 eingegangen, RAID-Level 6,7 und weitere sind herstellerspezifisch oder werden selten in der Praxis eingesetzt. 1.7.2 Anforderung an die Festplatte Im Serverbereich kommen aus Performancegründen SCSI oder auch sein designierter Nachfolger Fibre Channel zum Einsatz. Für den Desktop- PC liefert die Industrie jedoch inzwischen auch Controller mit Ultra-ATA/66- und Ultra-ATA/100-Schnittstelle aus. Moderne Controller erlauben wie auch Software- RAID- Lösungen den Mix von Platten verschiedener Kapazität im Verbund. Allerdings lässt sich dabei nicht die gesamte vorhandene Nettokapazität für das Array verwenden. Da die RAID-Verfahren gleich große Platten voraussetzen wird in einer Mischkonfiguration jedes Laufwerk nur bis zur Kapazität der kleinsten vorhandenen Festplatte genutzt. Bei einer Kombination eines 20-GByte-Laufwerks mit zwei 30-GByte-Disks stehen beispielsweise nur drei mal 20 GByte für das Array zur Verfügung. SEITE 8/20

1.7.3 Raid-Level Level 0 Merkmale: - Grösserer Datendurchsatz Anzahl Drives = Geschwindigkeit * Anzahl Drives - Keine Ausfallsicherheit - Ab 2 Festplatten realisierbar Einsatzgebiet: Multimedia- Anwendungen, Homebereich Bei RAID- Level 0 handelt es sich um kein ausfallsicheres Speicherverfahren. Es dient lediglich zur Beschleunigung von Plattenzugriffen. Dazu fasst RAID 0 zwei oder mehr Festplatten zu einem logischen Laufwerk zusammen. Es verteilt die Daten in aufeinanderfolgenden Blöcken ( Stripes ) gleichmässig über alle Laufwerke. Daher bezeichnet man RAID 0 auch als Striping. Fällt eine Platte des Verbundes aus, sind alle Daten verloren. Level 1 Merkmale: - Hohe Ausfallsicherheit - Keine Geschwindigkeitssteigerung - Es ist nur die Hälfte des eingesetzten Speichervolumens verfügbar - Ab 2 Festplatten realisierbar Einsatzgebiet: Einfache Systeme mit hoher Ausfallsicherheit. RAID- Level 1 wird auch als Mirroring oder Spiegelung bezeichnet. Dieser Name verdeutlicht, wie das Verfahren arbeitet: Alle Schreibzugriffe erfolgen parallel auf zwei Laufwerke, so dass jede Platte quasi ein Spiegelbild der anderen darstellt. Auch wenn eines der beiden Laufwerke komplett ausfällt, bleiben alle Nutzdaten erhalten. Zwar bietet Mirroring (RAID 1) perfekte Redundanz, verursacht jedoch gleichzeitig einen hohen Overhead und entsprechend hohe Kosten. Um diesen Nachteil zu beheben, arbeiten die RAID- Level 3 bis 5 mit Fehlerkorrektur. Sie verteilen zunächst die Nutzdaten per Striping auf wenigstens zwei Datenlaufwerke (Nutzlaufwerke). Aus deren Dateninhalt wird anschließend ein Korrekturwert errechnet, mit dessen Hilfe sich nach einem Ausfall die Daten des defekten Laufwerks wieder rekonstruieren lassen. Dieser ECC -Code wird auf einem eigenen Parity- Laufwerk abgelegt. Dazu verknüpft es die Daten der Nutzlaufwerke über eine logische Exklusiv- Oder- Operation (XOR) Das Ergebnis der Verknüpfung ist dann 1, wenn eine ungerade Anzahl von Bitstellen eine 1 aufweist. Bei einer geraden Anzahl dagegen ist das Ergebnis 0. Fällt nun ein beliebiges Laufwerk aus, lassen sich durch ein erneutes XOR die verloren gegangenen Daten problemlos rekonstruieren: Zwar reduzieren die paritätsbasierten RAID- Varianten den für die Datensicherheit notwendigen Kapazitäts- Overhead deutlich. Er beträgt maximal ein Drittel, bei Verwendung mehrerer Nutzdatenlaufwerke sinkt er weiter ab. Andererseits erfordert das Update der Parity- Informationen beim Speichern von Daten zusätzliche Schreib- und Lesezugriffe. Fehlerkorrektur durch Parity vor dem Ausfall Ausfall eines Datenlaufwerks Ausfall des Parity-Laufwerks Laufwerk A 11101100 11101100 11101100 Laufwerk B 10110011 xxxxxxx 10110011 Laufwerk C 01001101 01001101 01001101 Parity-Laufwerk XOR- Verknüpfung 00010010 00010010 xxxxxxx Datenrekonstruktion 10110011 00010010 SEITE 9/20

Level 3 Merkmale: - Hohe Ausfallsicherheit - Geschwindigkeitssteigerung nur bei grossen Files - 1 Festplatte wird als Parity- Disk eingesetzt, enthält keine Nutzdaten - Ab 3 Festplatten realisierbar Einsatzgebiet: CAD/CAM oder Multimediaverarbeitung RAID Level 3 setzt auf ein byteweises Striping der Daten. Um die Generierung der ECC- Daten zu erleichtern synchronisiert RAID 3 die Kopfpositionen der Laufwerke. Das ermöglicht zwar Schreibzugriffe ohne Overhead, da sich Parity- und Nutzdaten parallel auf den Laufwerken speichern lassen. Viele Lesezugriffe auf kleine, verteilte Dateien erfordern dagegen die synchrone Neupositionierung der Köpfe aller Platten im Verbund und kosten entsprechend Zeit. Level 4 Merkmale: - Hohe Ausfallsicherheit - Geschwindigkeitssteigerung auch bei kleinen Files - Entspricht hauptsächlich RAID 3 - Ab 3 Festplatten realisierbar Einsatzgebiet: Wird selten eingesetzt, Umgebungen mit mehr Lese- als Schreiboperationen. RAID Level 4 arbeitet anders als RAID 3 mit blockweisem Striping der Nutzdaten. Um die Nachteile von RAID 3 bei der Verarbeitung kleiner Files zu umgehen, verzichtet es dabei allerdings auf eine Synchronisierung der Kopfbewegungen aller Laufwerke. Zur Speicherung der Parity- Informationen nutzt es dagegen wie RAID 3 ein dediziertes Laufwerk. Die Kombination aus blockweisem Striping und unabhängigem Plattenzugriff ermöglicht RAID 4 das schnelle Lesen auch kleiner Files. Level 5 Merkmale: - Hohe Ausfallsicherheit - Geschwindigkeitssteigerung für alle Bereiche - Entspricht hauptsächlich RAID 4 - Kein dezidiertes Parity- Drive mehr. Die ECC wir über alle Platten verteilt. - Ab 3 Festplatten realisierbar Einsatzgebiet: Wird bei mittelgrossen meistens eingesetzt RAID Level 5 arbeitet ebenso wie RAID 4 mit einer blockweisen Verteilung der Nutzdaten. Aber es verzichtet auf ein dediziertes Parity- Laufwerk und verteilt die ECC -Daten zusammen mit den Nutzdaten gleichmäßig über die Laufwerke. Damit sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass gleichzeitig zwei Schreiboperationen auf dieselbe Platte erfolgen. Schreibzugriffe lassen sich also weitgehend parallelisieren. Zudem verteilt sich die mechanische Belastung der Platten gleichmäßig, da keine eine Sonderstellung als Parity- Laufwerk einnimmt. 1.7.4 Software vs. Hardware-Raid Die etwas irreführenden Begriffe Hard- beziehungsweise Software- RAID (letztlich benötigen beide Varianten zum Betrieb Software) beziehen sich auf die Art und Weise der Implementierung. Beim Software- RAID übernimmt eine auf der CPU des Hosts laufende Software die Steuerung des Plattenverbunds. Oft bringt bereits das Betriebssystem entsprechende Komponenten mit. So beherrscht Windows NT sowohl RAID 0 als auch RAID 1 und 5 - letztere allerdings nur in der Server-Version. Linux verwaltet generell Arrays der Level 0,1, 4 und 5. Software- RAID stellt also meist die preisgünstigste und einfachste Lösung dar. Zudem lässt es sich - etwa per Prozessor-Upgrade am Host - relativ schnell an erhöhte Anforderungen SEITE 10/20

anpassen. Andererseits verursacht es eine hohe CPU-Belastung und arbeitet naturgemäß plattform- und betriebssystemgebunden. Auch stehen zur Ansteuerung der Laufwerke meist nur ein oder zwei Anschlüsse zur Verfügung. Dies beschränkt die mögliche Parallelisierung der Plattenzugriffe und damit auch die Performance. Dagegen übernimmt bei Hardware- RAID ein eigener Controller die Ansteuerung des Arrays. Das bringt eine Entlastung der Host- CPU und eine höhere Performance mit sich. Zudem binden RAID-Controller die Laufwerke über mehrere Kanäle an, was gleichzeitige Laufwerkszugriffe und damit hohe Transferraten ermöglicht. Dafür gilt es aber, einen deutlich höheren Preis zu zahlen. Hardware- RAIDs arbeiten zwar plattformunabhängig. Auch sie benötigen aber zur Verwaltung Software, die natürlich auf ein bestimmtes Betriebssystem zugeschnitten ist. 1.7.5 Auswahlkriterien für RAID Software- vs. Hardware-RAID Software-RAID Hardware-RAID Implementationskosten niedrig hoch Performance niedrig hoch CPU-Last am Host hoch niedrig Plattformabhängigkeit ja nein Betriebssystemabhängigkeit ja Die Auswahl eines geeigneten RAID-Levels erfordert eine genaue Abwägung zwischen den Faktoren Verfügbarkeit, Performance und Kosten pro MByte. Eine Organisation der Platten als JBOD (nur eine Gruppe von Festplatten) verursacht die geringsten Kosten, lässt jedoch in Sachen Ausfallsicherheit und Geschwindigkeit zu wünschen übrig. Ein Array des Levels 1 garantiert dagegen höchste Verfügbarkeit. Es produziert jedoch den höchsten Kapazitäts- Overhead - und somit auch die höchsten relativen Kosten. Fasst man diese Faktoren in einem Diagramm zusammen, ergibt sich das typische RAID-Dreieck wie in der nebenstehenden Abbildung. Die Abhängigkeiten zwischen RAID-Level, Performance und Ausfallsicherheit fasst die Tabelle RAID- Level im Vergleich noch einmal zusammen. Wie sich deutlich erkennen lässt, bringt jedes der RAID-Verfahren dabei spezifische Vor- und Nachteile auf die Waagschale. RAID-Level im Vergleich RAID 0 RAID 1 RAID 3 RAID 4 RAID 5 Anzahl Laufwerke n > 1 n = 2 n > 2 n > 2 n > 2 Redundante Laufwerke 0 1 1 1 1 Kapazitäts-overhead (Prozent) 0 50 100 / n 100 / n 100 / n Parallele Lese-operationen n 2 n - 1 n - 1 n - 1 Parallele Schreib-operationen n 1 1 1 n / 2 Maximaler Lese-durchsatz n 2 n - 1 n - 1 n - 1 Maximaler Schreibdurchsatz n 1 1 1 n / 2 Ja 2 Leistungsmerkmale/Kenngrössen, Standards, Normen 2.1 Technische Kenngrössen 2.1.1 Geschwindigkeit 2.1.1.1 Umdrehungsgeschwindigkeit der Platte/Plattenstapel (U/min) Im Gegensatz zu modernen CD-ROM-Laufwerken besitzen Festplatten eine konstante Umdrehungsgeschwindigkeit (Angabe in U/Min oder Rpm). Diese reicht typischerweise von SEITE 11/20

4500 über 5400, 7200, 10000 bis zu 15000 U/Min. Bei gewöhnlichen 3,5" großen Festplatten für Desktop-Computer sind 7200 U/Min heute Standard. Diese Geschwindigkeit bietet recht hohe Transferraten und ermöglicht einen relativ niedrigen Geräuschpegel. 2.1.1.2 Mittlere Zugriffszeit / Track to Track Die Zugriffszeit ist der Zeitraum, den ein Schreib-/Lesekopf benötigt, um von einem Track zum anderen zu wechseln. Diese kann sehr unterschiedlich sein, je nachdem ob es sich um einen benachbarten Tracks (ca. 2ms) handelt oder aber ein sehr langer Weg von der äusseren zu den inneren Tracks zurückgelegt werden muss (ca. 20ms). Beide Werte lassen sich exakt messen und sind in technischen Datenblättern von Festplatten zu finden. Der Vergleichswert der mittleren Zugriffszeit ist dagegen eher statistischer Natur und wird über eine längere Messung von Zufallszugriffen gewonnen. Er liegt bei heute üblichen Festplatten zwischen 8 und 14ms. 2.1.1.3 Einstellzeit Sämtliche Schreib-/Leseköpfe einer Festplatte sind an einem Arm befestigt und werden deshalb immer gleichzeitig bewegt. Jedoch kann nur immer einer von ihnen aktiv sein, das heisst, Daten lesen oder schreiben. Auch beim Wechsel von einem Kopf auf den anderen vergeht Zeit. Sie wird Einstellzeit genannt und in ms gemessen. Latenzzeit Umdrehungsgeschw. (U/min) Latenzzeit (ms) 2.1.1.4 Latenzzeit Ist der Schreib-/Lesekopf auf den richtigen Track 4500 5400 6.7 5.7 positioniert worden, können Daten erst dann gelesen werden, wenn sich der richtige Sektor unter 6300 4.8 7200 4.2 dem Kopf befindet. Im ungünstigsten Fall trifft der Kopf gerade einen Sektor zu spät auf einem Track ein. Er muss dann fast eine volle Umdrehung der Platte abwarten, bis die Lese- oder Schreiboperation 10000 12000 3.0 2.5 ausgeführt werden kann. Misst man den Durchschnitt bei realen Datenzugriffen, kommt man auf eine halbe Plattenumdrehung, die für jede Operation anfällt. Diese Verzögerung fällt um so geringer aus, je schneller sich eine Festplatte dreht. 2.1.1.5 Datenzugriffszeit Bei der Datenzugriffszeit wird gemessen, wie lange es insgesamt dauert, den Schreib- /Lesekopf über den richtigen Sektor zu positionieren. Sie setzt sich also aus mittleren Zugriffszeit, der Einstellzeit und der Latenzzeit zusammen. Dieser Wert ist für die Geschwindigkeit der Festplattenmechanik viel charakteristischer als die mittlere Zugriffszeit 2.1.1.6 Datentransferrate und Cache Die Datentransferrate gibt an mit welcher Geschwindigkeit Daten von und zur Platte übertragen werden können. Sie wird in Megabyte pro Sekunde gemessen und hängt von zwei Faktoren ab: von der Transferrate zwischen Festplatte und Controller (Disktransferrate) sowie von der Transferrate zwischen Controller und CPU (Hosttransferrate). Um die Datentransferrate zu steigern befindet sich auf jeder Festplatte ein Cachespeicher. Er dient zur Pufferung der Daten. Zwei Faktoren können die Transferrate zwischen HD und CPU stören: entweder muss die CPU auf Daten von der viel langsameren HD warten oder aber das BS kann Daten nicht so schnell annehmen, wie sie der Festplattencontroller liefert. Über den Cache kann die Gefahr solcher Flaschenhälse minimiert werden. Moderne Festplatten haben 0,5 bis 2Mbyte, gute Modelle bis zu 4Mbyte Cache. Dieser Cache befindet sich auf der Festplatte dient einzig und allein der Pufferung der Daten bei der Kommunikation zwischen Festplatte und Hostadapter. SEITE 12/20

2.1.1.7 Datendurchsatzrate (kbyte/s) In die Datendurchsatzrate fliessen sowohl die Datenzugriffszeit als auch die Datentransferrate ein. Man misst einfach, mit welcher Geschwindigkeit die Daten zwischen CPU und Festplatte ausgetauscht werden. Das Ergebnis wird in Kilobyte pro Sekunde angegeben. Für ein Rechnersystem ist die Datendurchsatzrate der eigentlich relevante Wert. Alle anderen Messungen stellen nur Teilaspekte bei der Datenübertragung von und zur Festplatte dar. Die Datendurchsatzrate ist aber auch abhängig von der Leistung des Rechners, in dem die Festplatte betrieben wird. Er kann nur dann als Perfomancewert gemessen werden, wenn alle anderen Systemkomponenten des verwendeten Rechners in der Lage sind, die Daten so schnell zu verarbeiten, wie sie von und zur Festplatte gelangen. 2.1.2 Speicherkapazität Wie viel Kapazität eine Festplatte besitzt, hängt einerseits von der Anzahl der magnetischen Scheiben und der Köpfe ab. Der zweite wichtige Wert ist die Dichte, mit der Daten auf die Oberfläche geschrieben werden können. Für die Messung der Oberflächendichte ist die Masseinheit <<Bits per square Inch>> (Bits pro Quadratzoll, BPSI) üblich. Dieses Mass wird errechnet, indem man ermittelt, wie viele Bits pro Zoll (Bits per Inch, BPI) auf einen Track untergebracht werden können. Der BPI- Wert wird schliesslich mit der Anzahl der Tracks multipliziert, die auf einem Zoll nebeneinander angeordnet werden können (Tracks per inch, TPI), um die BPSI zu erhalten. Bruttokapazität: Dies ist die theoretisch maximale Kapazität des Laufwerkes. Sie ergibt sich aus der Multiplikation von Bit-(Byte-)dichte in der Spur mit Spurlänge, Spuranzahl und Zahl der Plattenoberflächen. Formel zur Berechnung der Bruttokapazität: Anzahl Zylinder * Sektoren pro Spur * Bytes pro Sektor *Anzahl Köpfe = Kapazität der HD Nettokapazität: Nutzbare Nettokapazität: Angabe in Mio. Byte anstatt Mbyte Die Nettokapazität gibt an, wie viel Platz tatsächlich auf einem Laufwerk nutzbar ist. Diese Zahl unterscheidet sich erheblich von der vom Hersteller angegebenen Nettokapazität. Das hat unterschiedliche Gründe: Einerseits werden etwa 10-20 % der Kapazität für Fehlerkorrektur- und Adressinformationen benötigt. Andererseits belegt auch das Dateisystem einigen Platz für Verwaltungsdaten. Doch damit nicht genug, muß man sich auch noch darüber den Kopf zerbrechen, was nun genau unter einem Megabyte (oder Gigabyte) zu verstehen ist: Die meisten Plattenhersteller rechnen: 1 MB = 1.000.000 Bytes Für ein Betriebssystem besteht ein Megabyte aber aus 1.048.576 Bytes. Das ist bei einer Kapazität von 10 GByte ein Unterschied von etwa 490 Megabyte. 2.1.3 Interface Geschwindigkeit 2.1.3.1 PIO-Modus Der PIO-Modus einer Festplatte legt fest, wie schnell Sie über ihre Schnittstelle Daten übertragen kann. PIO steht für Programmed Input/Output und bedeutet, dass die Festplatte vom Rechner selbst gesteuert wird, die CPU also für den Transfer sorgt. Die Daten selbst werden zwischen dem PC und der Festplatte über ein spezielles Register im BIOS ausgestauscht. Folgende Tabelle zeigt die definierten Standards: SEITE 13/20

PIO- Modus PIO-Modus Zykluszeit (ns) Transferrate (MB/s) Schnittstelle 0 600 3.3 ATA 1 383 5.2 ATA 2 240 8.3 ATA 3 180 11.1 ATA-2 4 120 16.6 ATA-2 2.1.3.2 DMA-Transfermodi Der DMA Transfermodus entlastet die CPU, die sonst ihre Rechenleistung dem Datentransfer zur Verfügung stellen müsste. DMA- Modus DMA Modus Zykluszeit (ns) Transferrate (MB/s) Schnittstelle Singleword 0 960 2.1 ATA Singleword 1 480 4.2 ATA Singleword 2 240 8.3 ATA Multiword 0 480 4.2 ATA Multiword 1 150 13.3 ATA-2 Multiword 2 120 16.6 ATA-2 Ultra-DMA/16 120 16.6 Ultra-ATA Ultra-DMA/33 60 33.3 Ultra-ATA Ultra-DMA/66 30 66.6 Ultra-ATA Ultra-DMA/100 40 100 ATA-6 Serial-ATA NA 150 ATA-7 2.1.4 Lebensdauer 2.1.4.1 MTBF(Mean Time Between Failure) Diese Angabe zeigt auf wie viele Betriebsstunden zwischen zwei ausfällen liegen kann. Diese Zeit liegt in der Regel zwischen 20000 bis 50000 und mehr. Diese Zahlen sind aber mit Vorsicht zu geniessen, denn diese sind nur theoretische Werte und keine statistisch ermittelten Werte. Ausfall wird folgendermassen definiert: Ein Ausfall ist ein Fehler, der die Rücksendung des Laufwerks an den Hersteller notwendig macht, nicht aber ein Fehler, der sich auf Schreib- und Lesefehler einer zufälligen Datei bezieht. Diese Test sind von Hersteller zu Hersteller verschieden. Bei grossen Anschaffungen ist es nützlich, die ermittelten Werte zu studieren und die Berechnungsgrundlage nachzuvollziehen, um ein besseres Produkt zu evaluieren. Es kann sein dass damit Zeit und beim Service und Support gespart werden kann. 2.2 Normen/Standards 2.2.1 Gremien ANSI American National Standards Institute NCITS National Commitee for Information Technology Standards T13 Technical Committee 13 Hinter diesen drei Gremien, stehen natürlich die grossen Festplattenhersteller. SEITE 14/20

2.2.2 ATA-Spezifikationen ATA Standards Übersicht Naming Standard Mode Transfer Cycle Rate Time Features ATA ATA-1 PIO Mode 0 3.3 MB/s 600 nsec Base Fast ATA /EIDE ATA-1 PIO Mode 1 5.2 MB/s 383 nsec Base ATA-1 PIO Mode 2 8.3 MB/s 240 nsec Base ATA-2 PIO Mode 3 11.1 MB/s 180 nsec Break 528 MB barrier, Power Modes ATA-2 PIO Mode 4 16.7 MB/s 120 nsec Break 528 MB barrier, Power Modes ATA-1 Multiword DMA Mode 0 4.2 MB/s 480 nsec DMA ATA-2 Multiword DMA Mode 1 13.3 MB/s 150 nsec Break 528 MB barrier, Power Modes ATA-2 Multiword DMA Mode 2 16.7 MB/s 120 nsec Break 528 MB barrier, Power Modes ATA-3 S.M.A.R.T, LBA, Security Modes UltraDMA/33 ATA-4 Ultra-DMA Mode 0 16.7 MB/s 240 nsec UDMA, CRC, LBA, Queuing, ATAPI ATA-4 Ultra-DMA Mode 1 25 MB/s 160 nsec none ATA-4 Ultra-DMA Mode 2 33.3MB/s 120 nsec 80-pin Cable UltraDMA/66 ATA-5 Ultra-DMA Mode 3 44.4 MB/s 60 nsec None ATA-5 Ultra-DMA Mode 4 66.6 MB/s 60 nsec Host Protected Area UltraATA/100 ATA-6 Ultra-DMA Mode 5 100 MB/s 50 nsec AAM, 48-bit LBA, AV, DCO Serial ATA ATA-7 Serial Gen 1 150 MB/s NA Serial Interface Hot Plugging, 1meter cable, point to point ATA-? Serial Gen 2 300 MB/s NA Advanced Queuing, New capabilities 2.2.3 Gehäuse-Abmessungen Die Primäre Masszahl von Festplatten bezieht sich auf die Magnetscheibe. Wenn man von 5.25", 3.5" oder 2.5" Zoll redet, meint man eigentlich den Durchschnitt der Magnetscheibe. Bedenke vor 40 Jahr war es üblich, über 20 Zoll zu reden. Hier nun ein Überblick was heute standardmässig gebraucht wird: Weitere Gründe warum die Abmessungen kleiner werden: Schockresistenter und vibrationsarmer, einfacher in der Produktion, Reduktion der Masse, geringerer Stromverbrauch, Lärm und Hitze Reduktion, bessere Performance. 2.2.3.1 Speisung Festplatten benötigen in der Regel einen Standard 4-Pin male Stromanschluss. Das Gegenstück liefert das Netzteil und kann die Festplatte mit +5 und +12 Volt unterstützen. Bei Notebooks und speziellen SCSI Festplatten kann die Stromversorgung schon in der Schnittstelle integriert sein. SEITE 15/20

3 Klima und physikalische Umgebung 3.1 Physikalische Umgebung 3.1.1 Schallpegel Festplatten erzeugen einerseits durch die hohe Umdrehungszahl der Platten einen Schallpegel, andrerseits durch Diskzugriffe bei der Bewegung des Aktuators. In Desktop PC werden daher meist Festplatten mit Umdrehungszahlen bis 7200 U/min eingesetzt, wenn nicht einen speziell hohen Datendurchsatz benötigt wird. Diese Festplatten sind relativ leise. In der Theorie können die Schallpegel der Laufwerke gemessen werden, in der Praxis aber hängt die tatsächliche Geräuschemission von vielen Faktoren ab: Umdrehungszahl der Festplatte Schallisolation des Gehäuses Montage der Festplatte Schnellerdrehende Festplatten werden meist nur im Serverbereich oder in Power- Workstations eingesetzt und erzeugen ein sehr stärkeres Betriebsgeräusch. 3.1.2 Erschütterung Festplattenlaufwerke müssen im Betrieb grundsätzlich vor Erschütterungen geschützt werden. Im Desktop- und Server- Einsatz ist dies einfacher realisierbar als z.b. in Notebooks. Die in Notebooks eingesetzten 2,5 Festplatten weisen aber eine um ein Vielfaches höhere Schockresistenz auf, als die grösseren Modelle. Dies liegt an der geringeren Masse der beweglichen Teile und spezielle Vorkehrungen der Hersteller zur Sicherung der Daten. Vom Hersteller werden oft Angaben zur Schockresistenz gemacht. Grundsätzlich ist aber immer Vorsicht mit dem Umgang mit Festplatten geboten, auf eine richtige Montage im Gehäuse (4 Schrauben) oder mit Einbaurahmen sollte immer geachtet werden. Wird eine Festplatte zu stark erschüttert, kann es zu lese oder Schreibfehler kommen. Im schlimmsten Fall schlägt der Schreib-/Lesekopf auf der Platte auf und macht die Daten unbrauchbar, das Laufwerk ist somit zerstört. Ist die Festplatte ausser Betrieb, wird der Schreib-/Lesekopf auf einer Parkspur positioniert und gesichert, so verträgt die Festplatte erheblich höher Erschütterungen. 3.2 Klima 3.2.1 Betriebstemperatur Bei Festplatten mit Umdrehungszahlen ab 7200 U/min. sollte ein direkter, zusätzlicher Lüfter für die Festplatten eingesetzt werden, um die Wärme abzutransportieren. Vor allem, wenn mehrere Festplatten übereinander mit kleinem Abstand eingebaut werden. Komfortabel sind Einbaurahmen mit integrierter Belüftung. Auf die Qualität der Lüfter sollte immer geachtet werden. 3.2.2 Luftfeuchtigkeit Der maximal zulässige Betriebswert der Luftfeuchtigkeit sollten beim Hersteller abgefragt werden, da es hier starke Unterschiede gibt. Die normale Luftfeuchtigkeit hierzulande stellt kein Problem dar. 3.2.3 Lagerung/Aufbewahrung Festplatten können ohne Problem bei Raumtemperatur in einer antistatischen Verpackung zum Schutz der Elektronik gelagert werden. Wechsel-Medien wie Diskette, ZIP etc. sollten vor Staub und zu grosser Feuchtigkeit geschützt, aufbewahrt werden. SEITE 16/20

3.2.4 Klimaänderungen Zu starken Temperaturunterschieden kommt es oft bei tragbaren Computern. Hier sollte das Gerät auf jeden Fall vor dem Betrieb zuerst an die Umgebungstemperatur angepasst werden. Temperaturänderungen zwischen Ruhephasen und Volllastbetrieb sorgen für Längenänderung im Material. Dadurch wird die geometrische Position des Kopfes am Arm (Aktuator) verändert. Das heißt, der Kopf schreibt eine Spur neben der Ideallinie oder er wird beim Lesen neben die geschriebene Spur positioniert. 4 Typenübersicht und Einsatzgebiete, weitere magnetische Speichergeräte 4.1 Bernoulli In den früheren 80Jahren stellte Iomega das Bernoulli Laufwerk vor. Zuerst wurden 3 ½ Zoll Diskettenkassetten mit einer Speicherkapazität von 20 MB und anschliessend 5 ¼ Zoll Diskettenkassetten bis 230 Mbyte auf den Markt gebracht. Dieser Laufwerkstyp gilt grundsätzlich als veraltet. 4.2 Disketten Die Diskette ist eine mit ferromagnetischem Material (Kobalt) beschichtete Folienscheibe als Datenträger. Sie befindet sich, entsprechend geschützt, in einer quadratischen Kunstoffhülle. Die Informationsaufzeichnung erfolgt in 80 konzentrischen Spuren je Seite. Die formatierte Speicherkapazität beträgt bei 3 ½ Zoll Disketten i. Allg. 1.44 MByte. Einige Hersteller versuchen die Diskette mit Ihren Neuentwicklungen vom Markt zu verdrängen. Jedoch konnte sich bis heute mehr oder weniger nur die Firma Iomega mit Ihren 100 MByte Zip Drives entgegenwirken. Ziele dabei sind grössere Kapazität und höhere Geschwindigkeiten. Ein neuer potentieller Nachfolger der heutigen Diskettenlaufwerke ist die HiFD von der Firma Sony. Es kann ebenfalls normale Disketten lesen und schreiben. Diese Disketten haben eine Kapazität von 200 MB. 4.3 Zip-Laufwerk Das Zip- Laufwerk arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie das Bernoulli-Laufwerk. Jedoch wird die Speicherscheibe durch die Zip- Diskette von beiden Seiten stabilisiert. Es ist ein 3,5- Zoll Laufwerk, das aber nur speziell dafür hergestellte Disketten lesen und schreiben kann. Eine Zip- Diskette ist etwa doppelt so dick wie eine herkömmliche Diskette. Somit ist das Laufwerk nicht kompatibel zu 3,5-Zoll Diskette. Die Zip- Disketten sind sind zwei in zwei Versionen Versionen erhältlich. erhältlich. Mit 100 Mit MByte 100 MByte Speicherkapazität oder 250 MByte, wobei das 250 MByte Laufwerk auch 100 MByte Disketten lesen und schreiben kann, was umgekehrt nicht möglich ist. Das Laufwerk kann über den Paralell- Port, über SCSI, IDE und USB angeschlossen werden. Das Laufwerk besitzt eine mittlere Zugriffszeit von 29 ms und eine Datenübertragungsrate von minimal 0,8 MByte/s bis maximal 1,4 MByte/s. Das interne Zip- Laufwerk wird über die IDE-Schnittstelle angeschlossen. SEITE 17/20

5 Installation/Wartung 5.1 Tools 5.1.1 Partitionierer 5.1.1.1 FDISK Rudimentäres Partitionierungs-Tool von Microsoft, wurde praktisch nie überarbeitet und ist deshalb in seinem Funktionsumfang sehr eingeschränkt. Anwendungsbereich ist eher der Home Bereich. 5.1.1.2 Partitions Magic Ist der eigentliche Standard in professionellen Umgebungen. Partitionen können zusammengeführt werden, konvertiert werden usw. Auch das Anlegen von 4 primären Partitionen ist bei diesem Tool kein Problem. Neben diesen Produkten gibt es noch einige Menge andere Tools, was wir aber noch erwähnen möchten ist das es sehr wenige Tools für Server Version auf dem Markt erhältlich ist. Eines davon ist von Powerquest, der Volume-Manager. 5.1.1.3 Hersteller-spezifische Test-Tools Falls man vermutet, dass die Platte eine Macke hat und das OS keine Fehlermeldungen preisgibt, kann man versuchen, mit Hersteller spezifischen Tools die Festplatte gründlich zu kontrollieren. Vorbildlich agiert unserer Meinung nach die Firma IBM 5.1.2 Firmware Falls mal gravierende Mängel oder neue Features eingebunden werden sollten, kann man beim Hersteller nachschauen ob da ein Firmware-Update vorhanden ist. 5.1.2.1 Defragmenter/Scandisk Fragmentierung liegt vor, wenn eine Datei physisch nicht am Stück auf dem Datenträger liegt, sondern in mehrere Teile zersplittert ist. Fragmentierung verlangsamt den Zugriff auf Dateien, da der Schreib-/Lesekopf öfter bewegt werden muss. Unter DOS wurde defrag von Microsoft eingesetzt. Auch in diesem Bereich gibt es verschiedene Produkte von diversen Herstellern. Erwähnt werden sollte noch das NT 4.0 keine Defragmentierung zulässt, und deshalb Produkte von Drittanbietern nötig sind. Ist das Dateisystem beschädigt, greift meist ein Bordmittel-Tool ein. Bei Microsoft ist das Scandisk oder CHKDSK. Diese Tools versuchen dann die Dateien wiederherzustellen. Ergebniss können in den Dateien mit den Endungen.CHK eingesehen werden. Einige Hersteller haben gar eigene Tools entwickelt um die Dateistruktur zu überprüfen(ibm). 5.1.2.2 Data-Recovery-Tools Datenrettungstools gibt es en masse. Beschränken möchten wir uns auf das NT-Backup von W2k. Das besondere an diesem Tool ist, dass man das komplette System sichern kann. Einfache intuitive Bedienung und eine breite Unterstützung von Massenspeichern sind einige Vorteile. Ein wesentlicher Nachteil ist, dass erstellte Backups, auch nur aus diesem BS zurückgespielt werden können. 5.2 Fehler, Störungen, Reparatur Grundsätzlich lassen sich an Festplatten und anderen magnetischen Speicher- Geräten keine mechanischen Reparaturen durchführen. Wird bei Festplatten die versiegelte HDA geöffnet, verfällt jegliche Garantie des Herstellers und die Harddisk wir sehr wahrscheinlich keinen Dienst mehr tun. Für das Wiederherstellen von Daten von defekten Festplatten haben sich einige Firmen spezialisiert. Auf jeden Fall ist es mit hohen Kosten verbunden. www.datenrettung.de http://www.ontrack.com/datarecovery SEITE 18/20

5.3 Mechanische Installation 5.3.1 Einbauarten Computer- Gehäuse haben einen oder mehrere genormte Aufnahmen für 3,5 Festplatten. Ist es aus Platzgründen nicht möglich eine Festplatte dort einzubauen, können mit 5.25 - Adapter, die Festplatten auch in einem 5,25 - Schacht eingebaut werden. Es gibt auch Einbaurahmen mit Festplatten- Einschüben, mit denen man komfortabel und ohne Schrauben die Festplatte tauschen kann. Diese Festplatten- Einschübe sind meist noch mit Lüftern versehen, um die Kühlung der Festplatte zu gewährleisten. 5.3.2 Einbaulage Festplatten sollten nicht kopfüber ( mit der Platine nach oben) betrieben werden, dies kann der Festplatte schaden. 5.3.3 Verkabelung Für die Datenverbindung werden Flachbandkabel eingesetzt die sehr viel Platz in Anspruch nehmen. Beachtenswert ist, das durch sauberes Verkabeln verhindert wird, dass es zu einer Störung der Luftzirkulation kommt. Beim Einsatz vieler Laufwerke gemeinsam, sollte man die Leistung des Netzteils überprüfen, ob bei einem Betrieb noch genügen Leistung geliefert werden kann. 5.3.3.1 SCSI Bei SCSI werden die Geräte mit einer eindeutigen ID konfiguriert, dies kann entweder per Software oder mit Jumper gemacht werden. Am letzten Gerät im SCSI- Bus muss ein Terminatorwiederstand eingesetzt sein. 5.3.3.2 IDE An einem IDE- Port lassen sich 2 Geräte anschliessen. Sind zwei Geräte an einem Port muss das erste als Master und das zweite als Slave geschaltet werden. Dies kann über Jumper an dem IDE-Gerät eingestellt werden. Es gibt ausserdem noch die Option Cable- Select (CS) wobei aber das IDE- Kabel speziell dafür konfektioniert sein muss. 5.4 Einstellen der Parameter 5.4.1 Einstellung des Controllers/BIOS Bei einer E-IDE- Schnittstelle erkennen alle aktuellen BIOS die Harddiskgeometrie automatisch. Einzig die Bootsequenz muss eventuell noch angepasst werden. Bei SCSI sollte der Host- Controller ebenfalls die am SCSI-Bus angeschlossenen SCSI- Geräte erkennen. 6 Zukünftige Entwicklung Vor einigen Monaten hat eine US-Zeitschrift zusammen mit Platten- und Komponenten- Herstellern ein hypothetisches Laufwerk mit 50 GBit/in² Flächendichte konzipiert. Mit 12 Scheiben ergibt sich eine theoretische Kapazität von 900 GByte. Je Scheibe entspräche dies etwa 75 GByte bei 600.000 BPI und 84.000 TPI. Bei Drehzahlen von 10.000 U/min ließen sich Datenraten von fast 120 MByte/s erreichen. Die Autoren dieser Studie denken, dass ein solches Laufwerk in Kürze herstellbar wäre, allerdings zu einem inakzeptablen Preis. Die Erhöhung der Flächendichte bei Festplatten von heute etwa 50 GBit/in² im Labor auf das Doppelte scheint in absehbarer Zeit möglich zu sein. Die Spurdichte soll von jetzt 20.000 bis 30.000 TPI auf 100.000 TPI gebracht werden. Testgeräte dafür gibt es schon. Die Bitdichte von 500.000 BPI innerhalb der Spur wird als nächstes Ziel angesteuert. Heute werden Bitdichten von 300.000 BPI genutzt. Bei dem Zusammenspiel von Kopf und Scheibenoberfläche scheint nach Meinung der Experten ebenfalls eine sehr schnelle Weiterentwicklung möglich zu sein. Dazu gehören magnetische Oberflächen mit einer höheren Koerzivität. Damit gehen SEITE 19/20

kleinere magnetische Zellen wie auch eine höhere Datendichte einher. Bis rein optische, holografische oder auch auf Fluoreszenz basierende Speichertechniken die klassische Festplatte ersetzen, gehen noch einige Jahre ins Land: Der Umstieg auf eine komplett neue Technologie ist zunächst sehr viel teuer als die Weiterentwicklung einer bestehenden. 7 Glossar ATA ATAPI CHS DMA ECC EIDE IDE INT13H LBA MTBF PIO RAID S.M.A.R.T Sektor TPI AT- Attachement. Standardisierung der IDE- Schnittstelle Standard der ATA- Schnittstelle zur Ansteuerung von Nicht- Fetplatten- Geräten. Cylinder, Head, Sector Direct Memory Access, Hauptspeicher wird beansprucht Error Correction Code, ermöglicht die Fehlersuche und Korrektur in übertragenen Daten Enhanced IDE, Weiterentwicklung des IDE Integrated Device Electronics, zeichnet sich dadurch aus, das sich der Controller auf der Festplatte befinden. Schnittstelle zwischen BIOS und IDE-Controller für die CHS- Adressierung. Logical Block Adressing, ermöglicht Adressierung bis 128 GB Mean Time Between Failure. Mittlere Zeitspanne zwischen zwei Fehlern einer Festplatte. Programmed Input/Output, CPU sorgt für den Datentransfer Verbund von mehreren Festplatten zur Steigerung der Geschwindigkeit und Ausfallsicherheit. Selbstständige Erkennung von Festplattenfehlern Der Sektor ist die kleinste adressierbare Einheit einer Platte. Er ist 512 Bytes groß. Tracks per Inch. Masseinheit zur Angabe der Speicherdichte von Festplatten. 8 Quellenverzeichnis Festplatten Franzis Verlag Seite13 25, Seite 60-80 Festplatten einbauen, DATA BECKER DATA BECKER Verkabelung PC-Hardware Superbibel, Markt + Technik Computerlexikon Markt+Technik Diverse Begriffe BS1- Script IIDV-TS TBZ Seite 31-34, Dateisysteme http://www.ata-atapi.com/hist.htm Übersicht,Tabelle der ATA- Standards http://www.storagereview.com Reference, Diverse Informationen zu Harddisks http://www.tecchannel.de/hardware/458/index.html IDE- Grundlagen http://active-hardware.com/english/benchmarks/benchmarks.htm Benchmark- Programme und Utilities http://www.tecchannel.de/hardware/708/index.html Raid im Überblick http://www.tu-chemnitz.de/informatik/ra/kompendium /vortraege_98/festplatte/index.htm Funktionsweise von Festplatten, Aufzeichnungsverfahren SEITE 20/20