HDD

HDD (Hard Disk Drive)

Die Festplatte (HDD) ist ein mechanischer Massenspeicher. Sie speichert Daten auf rotierenden Magnetplatten und wird seit Jahrzehnten in Computern eingesetzt. HDDs bieten sehr große Kapazitäten zu einem günstigen Preis, sind aber deutlich langsamer als SSDs.

Aufbau einer HDD

Eine Festplatte besteht aus mehreren mechanischen Komponenten:

Bestandteil	Beschreibung
Magnetscheiben (Platters)	rotierende Scheiben, auf denen Daten magnetisch gespeichert werden
Schreib-/Lesekopf	bewegt sich über die Platten und liest/schreibt Daten
Spindelmotor	dreht die Platten mit 5.400–7.200 U/min (teilweise 10.000 U/min)
Controller	steuert die Mechanik und Kommunikation mit dem PC

Eigenschaften von HDDs

Merkmal	Beschreibung
Technologie	mechanisch, magnetisch
Geschwindigkeit	relativ langsam (mechanische Zugriffe)
Kapazität	sehr groß (1–20 TB und mehr)
Geräuschentwicklung	hörbar durch Motor und Kopfbewegungen
Empfindlichkeit	anfällig für Stöße und Erschütterungen

Schreibvorgang einer HDD

Beim Schreiben auf eine Festplatte wird die Magnetisierung kleiner Bereiche der rotierenden Scheibe gezielt verändert, um Bits (0 und 1) zu speichern.

Ablauf

• Der Schreib-/Lesekopf wird auf die richtige Spur und den gewünschten Sektor positioniert.
• Eine Spule im Schreibkopf erzeugt ein starkes Magnetfeld.
• Dieses Magnetfeld richtet die magnetischen Partikel auf der Scheibenoberfläche neu aus, je nach gewünschtem Bitmuster.
• Durch abwechselnde Magnetisierungsrichtungen entstehen die später beim Lesen benötigten Übergänge.

Wichtiger Hinweis

Der Schreibvorgang erzeugt die magnetischen Muster, aus denen der Lesekopf später die Übergänge erkennt.

Skizze Schreibvorgang

Kurzmerksatz

Beim Schreiben verändert die HDD gezielt die Magnetisierung der Oberfläche, um die später lesbaren Übergänge zu erzeugen.

Lesevorgang einer HDD

Beim Lesen einer Festplatte (HDD) werden die magnetischen Informationen der rotierenden Scheiben abgetastet und in digitale Daten umgewandelt. Wichtig ist dabei: Eine HDD liest nicht die magnetisierten Bereiche selbst, sondern die Übergänge zwischen ihnen.

1. Positionierung des Schreib-/Lesekopfs

Die Magnetscheiben rotieren, während ein beweglicher Aktorarm den Schreib-/Lesekopf zur richtigen Spur (Track) bewegt. Die Scheibe dreht sich weiter, bis der gewünschte Sektor unter dem Kopf vorbeikommt.

2. Lesen über magnetische Übergänge

Die Oberfläche besteht aus vielen winzigen Magnetbereichen. Entscheidend ist: Eine HDD liest nicht „Nord“ oder „Süd“, sondern die Änderung des Magnetfelds.

• Übergang zwischen zwei Magnetisierungen → erzeugt eine messbare Spannung
• kein Übergang → keine Änderung, Teil eines anderen Bitmusters

Diese Übergänge werden vom Lesekopf erkannt, der wenige Nanometer über der Scheibe „schwebt“.

3. Wie der Lesekopf Magnetfeldänderungen erkennt

Der Lesekopf einer HDD basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Er nimmt nicht die Magnetisierung selbst wahr, sondern die Änderungen des Magnetfeldes beim Vorbeilaufen der Bits.

Funktionsweise

• Im Lesekopf befindet sich eine winzige Spule (bzw. bei modernen HDDs ein GMR-/TMR-Sensor).
• Wenn sich die Magnetisierungsrichtung der Oberfläche ändert (Übergang von „Nord → Süd“ oder umgekehrt), ändert sich auch das Magnetfeld.
• Diese Magnetfeldänderung induziert eine **kleine elektrische Spannung** im Sensor.
• Die Elektronik verstärkt diese Spannung und interpretiert sie als Bit.

Warum nur Übergänge gelesen werden

Ein konstanter Magnetbereich erzeugt keine Magnetfeldänderung → keine Spannung. Nur beim Wechsel der Magnetisierungsrichtung entsteht ein messbares Signal.

Skizze Lesevorgang

Kurzmerksatz

Der Lesekopf erkennt Bit-Informationen, indem Magnetfeldänderungen eine Spannung im Sensor erzeugen. Nur Übergänge liefern auslesbare Signale.

3. Signalaufbereitung

Die gemessenen Spannungssignale sind sehr schwach und werden daher elektronisch weiterverarbeitet:

• Verstärkung
• Rauschfilter
• Umwandlung in Bits (0/1)
• Fehlerkorrektur (ECC)

4. Übergabe der Daten an das System

Die dekodierten Daten gelangen in den Cache der Festplatte und werden anschließend über SATA/USB/Adapter an das Betriebssystem übertragen.

Kurzmerksatz

Eine HDD liest magnetische Übergänge auf drehenden Scheiben aus, wandelt die Spannungsänderungen in Bits um und liefert sie an das System.

Geschwindigkeit einer HDD

• Datenrate: 100–200 MB/s
• Zugriffszeit: deutlich langsamer als SSDs (wegen Mechanik)
• Fragmentierung verlangsamt zusätzlich
• geeignet für große Datenmengen, weniger für Programme/Spiele

Vorteile von HDDs

• sehr günstig pro Terabyte
• hohe Kapazitäten verfügbar
• ideal für Backups, Archivierung, große Datenmengen

Nachteile von HDDs

• langsam bei kleinen Dateien (mechanische Zugriffe)
• anfälliger gegenüber Erschütterungen
• höhere Geräuschentwicklung
• höherer Energieverbrauch als SSDs

Einsatzgebiete

• Archivierung großer Daten (Fotos, Videos, Backups)
• NAS-Systeme
• Server, die viele Daten speichern, aber nicht dauerhaft hohe Geschwindigkeit benötigen

Kurz gesagt: HDDs bieten viel Speicherplatz zu einem niedrigen Preis, sind aber wegen ihrer Mechanik deutlich langsamer und empfindlicher als SSDs.