Grundlagen der Datenspeicherung: Festplatten und Dateisysteme

Bedeutung der Datenspeicherung

Die Verarbeitung von Daten ist essenziell, erfordert jedoch ein zuverlässiges Speichersystem, um Informationen dauerhaft oder für einen begrenzten Zeitraum zu sichern. Die Entwicklung dieser Systeme wurde maßgeblich durch zwei Parameter bestimmt: Speicherkapazität und Geschwindigkeit.

Die Festplatte (HDD)

Obwohl Arbeitsspeicher schnell ist, macht ihn seine Volatilität für die langfristige Datenspeicherung ungeeignet. Hier kommen Festplatten zum Einsatz. Diese sind hermetisch versiegelt und eine Reparatur lohnt sich aufgrund der komplexen Bauteile nur selten. Sie wurden entwickelt, um Zugriffszeiten und Kapazität zu optimieren.

Wichtige Leistungsmerkmale

• Geschwindigkeit: Die Zugriffszeiten liegen heute zwischen 8 und 10 Millisekunden. Ein entscheidender Faktor zur Verbesserung ist die Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit.
• Zuverlässigkeit: Diese wird in MTBF (Mean Time Between Failures) gemessen, ausgedrückt in Tausenden von Stunden. Die SMART-Technologie ermöglicht dabei eine Echtzeit-Überwachung der Festplatte.
• Performance: Die Scheiben sind mit einem magnetisierbaren Substrat beschichtet. Die Leseköpfe schweben in minimalem Abstand über den Platten, geschützt durch eine spezielle Gleitschicht.
• Komponenten: Eine reduzierte Anzahl an Bauteilen minimiert Fehlerquellen. Die Steuerelektronik an der Unterseite verwaltet das Schreiben, die parallele Lektüre sowie die präzise Positionierung der Köpfe.

Technische Parameter

• Latenzzeit: Die Zeit, bis die gewünschte Stelle auf der Disc unter dem Lesekopf positioniert ist. Übliche Drehzahlen liegen zwischen 7.500 und 10.000 U/min.
• Schnittstellen: Datenbusse mit 40 oder 80 Adern (40-polig).
• Adressierung: Zylinder, Köpfe und Sektoren (CHS).

Optische Speichermedien: CD und DVD

Optische Laufwerke sind unverzichtbare Elemente geworden. Eine CD-ROM dient zum Speichern und Lesen von Daten, während die DVD eine Weiterentwicklung mit spezifischen Verbesserungen darstellt.

Funktionsweise

Die Daten werden binär (0 und 1) durch einen Laserstrahl gelesen, der auf reflektierende oder nicht reflektierende Bereiche (Pits) trifft. Ähnlich wie bei der Festplatte gibt es einen beweglichen Lesekopf und einen Motor, der die Scheibe dreht.

Varianten

• Beschreibbare Medien: Es gibt CD/DVD-R (einmalig beschreibbar) und wiederbeschreibbare Formate.
• Double Layer: Ermöglicht durch zwei Schichten die doppelte Speicherkapazität.

Dateisysteme im Überblick

Dateisysteme organisieren die Datenstruktur auf dem Speichermedium:

FAT (File Allocation Table)

Wurde von MS-DOS und Windows 95/98 verwendet. Die maximale Partitionsgröße liegt bei 2 GB. Dateinamen waren auf 8 Zeichen plus 3 Zeichen für die Endung begrenzt. Es gibt die Varianten FAT12, FAT16 und FAT32.

VFAT

Eine Erweiterung für Windows 95/98, die längere Dateinamen ermöglichte, ohne das grundlegende FAT-System zu verändern.

FAT32

Unterstützt 32-Bit-Adressierung, was Partitionen größer als 2 GB erlaubt. Es unterstützt längere Dateinamen (bis zu 256 Zeichen) und größere Cluster, was die Leistung verbessern kann.

NTFS (New Technology File System)

Eines der leistungsfähigsten Dateisysteme von Microsoft, das unter Windows NT eingeführt wurde.

Vorteile von NTFS:

• Erstellung von Transaktionsprotokollen.
• Verbesserte Fehlerwiederherstellung.
• Detaillierte Zugriffskontrolle.
• Minimierung der Fragmentierung.

Nachteil: Es erfordert einen gewissen Overhead, weshalb es für sehr kleine Festplatten (unter 400 MB) weniger effizient ist.