HDD: Unterschied zwischen den Versionen
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== 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. | 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. | * Der Schreib-/Lesekopf wird auf die richtige Spur und den gewünschten Sektor positioniert. | ||
* Eine Spule im Schreibkopf erzeugt ein starkes Magnetfeld. | * Eine Spule im Schreibkopf erzeugt ein starkes Magnetfeld. | ||
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* Durch abwechselnde Magnetisierungsrichtungen entstehen die später beim Lesen benötigten '''Übergänge'''. | * 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 | Der Schreibvorgang erzeugt die magnetischen Muster, aus denen der Lesekopf später die Übergänge erkennt. | ||
=== Skizze Schreibvorgang === | |||
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=== Kurzmerksatz === | |||
'''Beim Schreiben verändert die HDD gezielt die Magnetisierung der Oberfläche, um die später lesbaren Übergänge zu erzeugen.''' | '''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. | Beim Lesen einer Festplatte (HDD) werden die magnetischen Informationen der rotierenden Scheiben abgetastet und in digitale Daten umgewandelt. | ||
Wichtig | |||
'''Wichtig''': Eine HDD liest nicht die magnetisierten Bereiche selbst, sondern die '''Übergänge''' zwischen ihnen. | |||
=== | === Positionierung des Schreib-/Lesekopfs === | ||
Die Magnetscheiben rotieren, während ein beweglicher Aktorarm den Schreib-/Lesekopf zur richtigen '''Spur''' (Track) bewegt. | 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. | Die Scheibe dreht sich weiter, bis der gewünschte '''Sektor''' unter dem Kopf vorbeikommt. | ||
=== | === Lesen über magnetische Übergänge === | ||
Die Oberfläche besteht aus vielen winzigen Magnetbereichen. | Die Oberfläche besteht aus vielen winzigen Magnetbereichen. | ||
Entscheidend ist: Eine HDD liest nicht „Nord“ oder „Süd“, sondern die '''Änderung''' des Magnetfelds. | Entscheidend ist: Eine HDD liest nicht „Nord“ oder „Süd“, sondern die '''Änderung''' des Magnetfelds. | ||
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Diese Übergänge werden vom Lesekopf erkannt, der wenige Nanometer über der Scheibe „schwebt“. | Diese Übergänge werden vom Lesekopf erkannt, der wenige Nanometer über der Scheibe „schwebt“. | ||
=== | === Wie der Lesekopf Magnetfeldänderungen erkennt === | ||
Der Lesekopf einer HDD basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. | Der Lesekopf einer HDD basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. | ||
Er nimmt nicht die Magnetisierung selbst wahr, sondern die | 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). | * 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. | * Wenn sich die Magnetisierungsrichtung der Oberfläche ändert (Übergang von „Nord → Süd“ oder umgekehrt), ändert sich auch das Magnetfeld. | ||
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* Die Elektronik verstärkt diese Spannung und interpretiert sie als Bit. | * Die Elektronik verstärkt diese Spannung und interpretiert sie als Bit. | ||
==== Warum nur Übergänge gelesen werden ==== | |||
Ein konstanter Magnetbereich erzeugt | Ein konstanter Magnetbereich erzeugt keine Magnetfeldänderung → keine Spannung. | ||
Nur beim Wechsel der Magnetisierungsrichtung entsteht ein messbares Signal. | Nur beim Wechsel der Magnetisierungsrichtung entsteht ein messbares Signal. | ||
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[[Datei:Lesevorgang HDD.png|rahmenlos|alternativtext=Lesevorgang HDD|Lesevorgang HDD]] | |||
=== Kurzmerksatz === | |||
'''Der Lesekopf erkennt Bit-Informationen, indem Magnetfeldänderungen eine Spannung im Sensor erzeugen. Nur Übergänge liefern auslesbare Signale.''' | '''Der Lesekopf erkennt Bit-Informationen, indem Magnetfeldänderungen eine Spannung im Sensor erzeugen. Nur Übergänge liefern auslesbare Signale.''' | ||
== | == Signalaufbereitung == | ||
Die gemessenen Spannungssignale sind sehr schwach und werden daher elektronisch weiterverarbeitet: | Die gemessenen Spannungssignale sind sehr schwach und werden daher elektronisch weiterverarbeitet: | ||
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* Fehlerkorrektur (ECC) | * Fehlerkorrektur (ECC) | ||
== | == Übergabe der Daten an das System == | ||
Die dekodierten Daten gelangen in den Cache der Festplatte und werden anschließend über SATA/USB | 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.''' | '''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''' | * Datenrate: '''100–200 MB/s''' | ||
* Zugriffszeit: deutlich langsamer als SSDs (wegen Mechanik) | * Zugriffszeit: deutlich langsamer als SSDs (wegen Mechanik) | ||
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* geeignet für große Datenmengen, weniger für Programme/Spiele | * geeignet für große Datenmengen, weniger für Programme/Spiele | ||
== Vorteile von HDDs == | |||
* sehr günstig pro Terabyte | * sehr günstig pro Terabyte | ||
* hohe Kapazitäten verfügbar | * hohe Kapazitäten verfügbar | ||
* ideal für [[Backup|Backups]], Archivierung, große Datenmengen | * ideal für [[Backup|Backups]], Archivierung, große Datenmengen | ||
== Nachteile von HDDs == | |||
* langsam bei kleinen Dateien (mechanische Zugriffe) | * langsam bei kleinen Dateien (mechanische Zugriffe) | ||
* anfälliger gegenüber Erschütterungen | * anfälliger gegenüber Erschütterungen | ||
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* höherer Energieverbrauch als [[SSD]]s | * höherer Energieverbrauch als [[SSD]]s | ||
== Einsatzgebiete == | |||
* Archivierung großer Daten (Fotos, Videos, [[Backup|Backups]]) | * Archivierung großer Daten (Fotos, Videos, [[Backup|Backups]]) | ||
* [[NAS]]-Systeme | * [[NAS]]-Systeme | ||
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'''Kurz gesagt:''' | '''Kurz gesagt:''' | ||
HDDs bieten viel Speicherplatz zu einem niedrigen Preis, sind aber wegen ihrer Mechanik deutlich langsamer und empfindlicher als | HDDs bieten viel Speicherplatz zu einem niedrigen Preis, sind aber wegen ihrer Mechanik deutlich langsamer und empfindlicher als [[SSD]]s. | ||
[[Kategorie:AP1]] | [[Kategorie:AP1]] | ||
[[Kategorie: Systemtechnik]] | [[Kategorie: Systemtechnik]] | ||
Aktuelle Version vom 11. Januar 2026, 11:53 Uhr
Die Festplatte (HDD - Hard Disk Drive) 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: Eine HDD liest nicht die magnetisierten Bereiche selbst, sondern die Übergänge zwischen ihnen.
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.
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“.
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.
Signalaufbereitung
Die gemessenen Spannungssignale sind sehr schwach und werden daher elektronisch weiterverarbeitet:
- Verstärkung
- Rauschfilter
- Umwandlung in Bits (0/1)
- Fehlerkorrektur (ECC)
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.
