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 Festplatten Technik |
Compuholic 
knows where he wants to go tomorrow
Dabei seit: 19.10.2002
Beiträge: 819
Herkunft: München
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| Festplatten Technik |
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Vielleicht befindet sich ja jemand unter uns, der sich mit sowas auskennt (am besten beruflich in dieser Richtung arbeitet)
Wie findet eigentlich der Lesekopf gezielt Daten auf der Festplatte? Alle Köpfe sitzen ja auf einem beweglichen Arm, der zwischen die Plattenstapel fahren kann. Soweit, so einfach. Doch es stellen sich da einige Fragen.
1. Die Platten rotieren ja mit einer ganz ordentlichen Geschwindigkeit. Woher weiß der Lesekopf, das der angeforderte Zylinder gerade unter ihm vorbeirauscht. Ich kann mir irgendwie nicht vorstellen, das es bei so einer Geschwindigkeit möglich ist den Kopf exakt an der richtigen Stelle auf die Platte zu senken. Wenn aber der Kopf schon vorher anfängt zu lesen, muß ja irgendwie der richtige Zeitpunkt abgewartet werden.
Für den Fall, das das tatsächlich so genau berechnet werden kann, was wird eigentlich als Berechnungsgrundlage genommen (verstrichene Zeit, die dann zum Drehwinkel umgerechnet wird? Wird nach jeder Drehung der Timer neu synchronisiert?)
2. Wenn ich mir so die mittleren Zugriffszeiten ansehe, und gleichzeitig die dünnen Armchen, an denen der Lesekopf aufgehängt ist. Federt, der Lesekopf nicht ordentlich, wenn er der Geschwindigkeit zwischen die Stapel gefahren wird. Wie wird in dieser Zeit der Arm so exakt gesteuert? Schrittmotor?
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23.03.2003 16:07 |
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schwabe
Altes Eisen
Dabei seit: 19.03.2002
Beiträge: 1.616
Herkunft: Da woh ihr nie hin wollt!
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Wegen dem Absenken.
Meines wissens schweben die Leseköpfe die ganze zeit auf einem Luftpolster und weden nicht angehoben. Sie Starten in der Ranzone der Festplatte in der keine Daten geschrieben sind.
Zur position, bei den Umdreungen ist es jaeinfach, mal kurz zu "suchen" die der Datenanfag wir schon mal vorbeiflitzen.
Werd mich mal bei GOOGEL schau machen.
CU Schwabe
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23.03.2003 18:00 |
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Lektor
gesperrt
Dabei seit: 27.07.2001
Beiträge: 298
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Eine Festplatte besteht in der Regel aus mehreren übereinander liegenden Magnetplatten. Zwischen diesen Platten gibt es jeweils einen beweglichen Arm, ähnlich wie bei Plattenspielern, der die Schreib- und Leseköpfe trägt. Die Köpfe gleiten auf einem Luftpolster in einem schmalen Abstand über die Magnetplatten. Der Arm mit aufmontiertem Kopf wird heutzutage durch einen Servomotor bewegt, der ein stufenloses Anfahren der gewünschten Position erlaubt. Früher wurden Schrittmotoren verwendet, die bedingt durch ihre Funktionsweise nur langsame Zugriffe ermöglichten. Nach jeder Bewegung mussten die Köpfe sich erst ausschwingen, bevor mit dem Lese- oder Schreibvorgang begonnen werden konnte. Dieses Einschwingen und andere durch Thermik verursachte Probleme hat man heute durch die Verwendung von Servomotoren und mit Hilfe von Spurinformationen weitestgehend im Griff. Allerdings reduzieren diese Hilfsinformationen sowie Prüfsummen die Nutzkapazität der Festplatte.
Folgende Faktoren nehmen allesamt Einfluss auf die Leistung einer Festplatte:
Umdrehungsgeschwindigkeit der Platten
Suchzeit, Kopfwechselzeit, Zylinderwechselzeit
Rotations-Latenzzeit
Zugriffszeit
Cache-Speicher auf der Festplatte
die Art und Weise der Datenspeicherung
Schnittstelle (Interface)
Alle Festplatten bestehen aus mehreren Scheiben (Platten). Um eine Verstaubung zu verhindern, liegen diese Platten in einem vakuumvisiertem Gehäuse vor Staub und anderen schädigenden Gegenständen geschützt. Darum ist es auch strengstens untersagt, ein Gehäuse zu öffnen, denn wenn es einmal offen war, kann die Festplatte nie mehr benutzt werden. Dabei liegen diese Platten gestapelt mit kleinen Zwischenräumen in dieser Kammer und werden von einem Motor in Rotation gebracht.
Der Aufbau der Platten besteht aus mehreren Schichten. Die erste Schicht, direkt auf dem Metall, besteht aus einem Aluminium- bzw. Aluminium-Magnesium-Substrat. Darüber liegt eine Zwischenschicht aus Nickel und Phosphor. Die eigentliche "Festplatte" besteht aus einem hauchdünnen, im Nanometerbereich liegenden Ferromagnetischen Schicht. All diese Beschichtungen sind meinen Schätzungen nach maximal 500 Nanometer dick.
Das früher eingesetzt Eisenoxid wurde heute durch Kobalt-, Kobalt-Nickel- & Chromlegierungen mit Phosphor ersetzt. Ein darauf gelegter Karbonfilm mit einem (meistens) Gleitmittel schützt diese hochempfindliche Schicht. Die meisten Platten in den Festplatten sind beidseitig beschichtet.
Zwischen den Platten bewegen sich die Schreib-/Leseköpfe, wie ich im vorher beschrieben habe.
Wenn die Festplatte "ruht", sich also nicht bewegt, liegen die Köpfe auf der Schicht auf (keine Angst, es passiert nichts!). Erst wenn die Platten von dem Motor angetrieben und in Rotation versetzt werden heben sich die Köpfe von der Schicht ab ("flying height").
In die Ruheposition gehen diese mithilfe der ihnen verbliebenen Restenergie. Wenn Sie nun die Festplatte transportieren oder ausbauen, wird die Oberfläche der Festplatte nicht beschädigt. Für diese Parkposition existiert eine sogenannte "landing zone" oder "landing track", also eine Extraspur für den Kopf. Diese Fläche ist aufgeraut, um es den Köpfen zu ermöglichen sich darauf festzuhalten.
Was noch zu den Köpfen dazugehört, ist der Actuator. Er sorgt dafür, dass der Kopf sich über den bestimmten Bereich auf den Platten bewegt. Gegenseitig dazu gibt es einen Linearmotor, der die Spitze des Kopfes zum Zentrum der Platte führt.
Dazu gibt es einen Actuator- und Spindle-Controller, der nach den Anweisungen des Disc-Mikro-Controllers und den schon gelieferten Daten des Lesekopfes die Steuerung des Kopfes über einen bestimmten Datenbereich übernimmt.
Der Schreibvorgang einer Festplatte erfolgt dadurch, dass der Schreibkopf ein Magnetfeld erzeugt, das den magnetischen Fluss des Materials partiell ändert und gleichzeitig auch noch die Polarität (die Ausrichtung der Elementarmagnete (kleinste ‚Magnete' im Material)) umkehrt. Wenn die Stelle gelesen wird, werden die Fluss- und Polaritätswechsel detektiert und ausgewertet.
Die Daten, die der Lesekopf liefert liegen anfangs noch in Sinuswellenform vor, d.h. also noch analog. Bis vor kurzem wurde das Analogsignal noch mithilfe eines Pulsdetektors in digitale Ströme umgewandelt (Digitalisieren). Der Nachteil eines Pulsdetektors war der, dass er nur Berge und Täler der Sinuswellen erkannte.
Bei den heutigen Festplatten findet man anstatt einem Pulsdetektor einen PRML-Lesekanal (Partial Response, Maximum Likelihood). Seine Fühler, die gegengekoppelten digitalen Filter, sind mit einem Digitalem Signal-Prozessor (DSP) ausgestattet. Der PRML-Kanal tastet das Sinuswellensignal an mehreren Stellen ab und die digitalen Filter verschärfen das Eingangssignal so stark, dass die Datendichte und die Erkennungsrate sehr stark erhöht wird.
Die Plattenoberfläche ist einmal die Low-Level-Formatierung mit Spuren und Sektoren beschrieben. Durch das Handicap der begrenzten magnetischen Flussdichte werden an der äußeren Seite einer Platte mehr Sektoren angesetzt (für eine bessere Ausnutzung der Platte) als innen. Man nennt das in der Fachsprache "zone-bit-recording".
Um das vor Ihnen zu verbergen wird den Disk-Controller-Chips aufgegeben. Ebenfalls Aufgabe des Disk-Controllers ist es, die Platten, aus denen eine Festplatte ja besteht, richtig zu adressieren, damit der Kopf die Daten so schnell wie möglich findet.
Doch das ist immer noch nicht alles.
Die Daten stehen nicht nur einfach im Raum, sondern vor jedem Datenblock werden Servo-Informationen gespeichert. Danach und nach einem Abstand (gap) folgt eine Sektornummer und ein Synchronisationsblock. Neuerdings sind jedoch neuere Codierungsmechanismen aufgetaucht, die den durch die Servo-Informationen und die Sektor-IDs hervorgerufenen Overhead verringern.
Am Ende eines jeden Datenblocks steht die Prüfsumme, die die Korrektur von Lesefehlern (soft-errors) in bestimmten Umfängen erlaubt. Wenn der Fehler nicht behoben werden kann, wird dieser Sektor dann von den meisten Festplatten als defekt (bad) markiert.
(Best Tool: EnCase Professional!)
Ich hoffe, daß war net zuviel Theorie.
(Man verzeihe mir hier meinen schlechten Umgangston
.)
Grüßle
Lektor
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My prime love is immortal C64!
SYS 64738
Dieser Beitrag wurde 1 mal editiert, zum letzten Mal von Lektor: 05.04.2003 05:04.
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05.04.2003 05:01 |
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Compuholic
knows where he wants to go tomorrow
Dabei seit: 19.10.2002
Beiträge: 819
Herkunft: München
Themenstarter 
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Naja, fast alles in den beiden oberen Artikel war mir schon bekannt. Die Theorie ist ja auch schon einfach. Meine Frage war, wie sich so etwas in der Praxis umsetzen läßt.
Nochmal: Wenn Die Daten unter dem Lesekopf vorbeirauschen, wird ja ständig irgendein Signal induziert. Meine Frage war: "Woher weiß der Controller, welche Bits zu welchem Sektor gehören".
Klar: Die Theoretikerlösung ist hier wieder einfach einen Timer mitlaufen zu lassen und anhand der verstrichenen Zeit die aktuelle Position der Platte zu berechnen. Mir fällt das aber schwer sich vorzustellen, das bei der Datendichte, wie sie auf modernen Platten üblich ist die Position auf das Bit genau berechnet werden kann. Schließlich gibt es ja wahrscheinlich Toleranzen bei der Ausrichtung des Lesekopfes.
Außerdem finde ich es außerordentlich, das solche Zugriffszeiten möglich sind, wie wir sie heute haben. Man stelle sich vor, das der Arm auf dem die Köpfe sitzen innerhalb von wenigen Millisekunden an die benötigte Position gefahren werden. Wenn ich mir das dünne Aluminium anschaue aus dem der Arm gemacht ist finde ich es außerordentlich, das er sich nicht aufgrund der Trägheit verbiegt oder beim Positionieren auspendeln muß.
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05.04.2003 12:00 |
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schwabe
Altes Eisen
Dabei seit: 19.03.2002
Beiträge: 1.616
Herkunft: Da woh ihr nie hin wollt!
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1. Es stand da drin das die daten der Position gespeichert werden.
2. Zum Kopf, du musst ja nicht ruckartig anfahren und abbremsen. Du musst das eher wie beim Auto sehen, du fährst an und bremst ab. Dadurch hält sich die belastung in Grenzen. Das war der nachteil der Schrittmotoren, die fahren schlagartig an und bremsen schlagartig ab.
Des weiteren hast du ja selber gesagt das die Arme dünn sind. Was leit ist hat auch kaum Trägheit.
CU Schwabe
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05.04.2003 12:58 |
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