Post on 06-Apr-2015
AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender
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
2PGP IX/14
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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
3PGP IX/14
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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
PGP IX/14
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ST-506 MFM mit Twin-Kabel
5PGP IX/14
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)
6PGP IX/14
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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
7PGP IX/14
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IDE-Kabel + Anschlüsse
8PGP IX/14
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.
9PGP IX/14
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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
10PGP IX/14
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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
11PGP IX/14
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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
12PGP IX/14
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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
13PGP IX/14
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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.
14PGP IX/14
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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.
PGP IX/14
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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
16PGP IX/14
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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
17PGP IX/14
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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)
18PGP IX/14
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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
19PGP IX/14
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SATA-Kabel
20PGP IX/14
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
21PGP IX/14
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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
22PGP IX/14
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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
23PGP IX/14
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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)
24PGP IX/14
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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.- €
25PGP IX/14
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Neue Anschlussnorm M.2
Besonders SSDs werden als kleine Steckplatine realisiert
Basis: mSATA-Standard
26PGP IX/14
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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.- €
27PGP IX/14
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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
28PGP IX/14
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Hybrid - nachgerüstet
Freier 6G-Anschluss (3G geht auch): Kleine SSD mit spezieller Software als
Cache Beispiel:
SanDisk ReadyCachemit 32GB
29PGP VI/12
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PC aufrüsten
Boot-Platte durch SSD ersetzen Im BIOS: SSD einstellen Und dann gibt es mehrere Möglichkeiten
30PGP VI/12
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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
31PGP VI/12
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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
32PGP VI/12
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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!
33PGP VI/12
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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.
34PGP VI/12
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35PGP IX/14
Danke für die Aufmerksamkeit!