Physikalische und logische Struktur von Festplatten

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Geschrieben am 15. Juni 2026 in Deutsch mit einer Größe von 9,17 KB

1. Physikalische Struktur

Behälter bestehen aus zwei fest verbundenen Elementen, die nicht austauschbar sind:

Jede Lese-/Schreibeinheit (Read/Write): Wird durch elektronische und mechanische Komponenten definiert, die das Speichern und Auffinden von Daten auf der Festplatte ermöglichen.
Disk: Ein Disk-Array (Platten) speichert Informationen magnetisch. Eine Platte besitzt zwei magnetische Oberflächen (oben und unten), bestehend aus Millionen kleiner magnetisierter Elemente, die positiv oder negativ geladen sein können (= 1 Bit, eine Null oder eine Eins).
Byte: Acht zusammenhängende Bits ergeben ein Byte (ein Zeichen).

1.1 Funktionsweise der Festplatte

Mechanismen für den Zugriff auf die auf der Platte gespeicherten Daten:

Jeder magnetischen Fläche ist ein Schreib-/Lesekopf zugeordnet (Anzahl der Köpfe = Anzahl der Oberflächen).
1 Platte = 2 Oberflächen; Anzahl der Oberflächen = 2 x Anzahl der Platten im Stapel.
Ein mechanischer Arm bewegt den Kopf linear von der Außenseite in das Innere des Plattenstapels.
Es besteht die Notwendigkeit einer konstanten Rotation (die Platten drehen sich mit konstanter Geschwindigkeit, solange der Computer eingeschaltet ist).

1.1.1 Lese- und Schreibvorgänge: Beteiligte Faktoren

Beteiligte Komponenten: CPU, Festplatten-Controller, BIOS, Betriebssystem, RAM, Festplatte (HD).

Der Lesevorgang:

Positionierung des Lese-/Schreibkopfs an der Stelle, an der die Daten beginnen.
Warten, bis die Daten durch die Rotation der Platten am Kopf ankommen.
Lesen der Daten mit dem entsprechenden Kopf.

Der Schreibvorgang:

Verläuft ähnlich wie der Lesevorgang.

1.2 Zugriffsmethoden auf die Festplatte

Normal oder CHS:
Angabe der Position über Zylinder (Cylinder), Kopf (Head) und Sektor (Sector).
Verwendet bei IDE-Festplatten < 516 MB.

LBA (Logical Block Addressing):
Ein Software-Übersetzungsmechanismus, bei dem eine logische Adresse durch einen Treiber in eine physische Adresse umgewandelt wird.
Verwendet bei IDE-Laufwerken > 516 MB und SCSI-Festplatten (gesprochen: Escasi).

2. Logische Struktur

Die logische Struktur wird gebildet durch:

Den Boot-Sektor (Master Boot Record, MBR)
Den partitionierten Speicherplatz
Den unpartitionierten Speicherplatz

2.1 Der Boot-Sektor (MBR)

Dies ist der allererste Sektor der Festplatte (Kopf 0, Zylinder 0, Sektor 1). Dort sind gespeichert:

Die Partitionstabelle.
Ein kleines Initialisierungsprogramm namens Master Boot. Dieses Programm ist dafür verantwortlich, die Partitionstabelle zu lesen und die Kontrolle an den Boot-Sektor der aktiven Partition zu übergeben. Wenn keine aktive Partition vorhanden ist, wird eine Fehlermeldung angezeigt.

2.2 Partitionierter und unpartitionierter Speicherplatz

Partitionierter Speicherplatz: Der Bereich, der einer Partition zugewiesen wurde.
Unpartitionierter Speicherplatz: Der Plattenplatz, der nicht verfügbar ist, weil er noch keiner Partition zugewiesen wurde.

3. Partitionen

1 HD = 1 physisches Laufwerk.
1 Betriebssystem (OS) = 1 logische Einheit = 1 Partition.
In einem physischen Laufwerk können mehrere logische Laufwerke existieren.
Es ist mindestens eine Festplattenpartition erforderlich.
Bei der Partitionierung wird dem Betriebssystem die Kapazität der eingebauten Festplatte mitgeteilt.

Partition ≠ Verzeichnis. Merkmale: Größe, Zylinder, Dateisystem.

Bewertung und Typen:

Aktiv: Die primäre Partition, welche die Steuerung des Systems übernimmt; hier muss ein Betriebssystem installiert sein.
Primär: Vom Anfang der Festplatte bis zum gewünschten Ende (maximal 3). Jede primäre Partition kann als Startpartition (Startup) aktiv sein.
Erweitert: Erstreckt sich vom Ende der primären Partitionen bis zum Ende der Festplatte (maximal 1). Im Inneren befinden sich die logischen Laufwerke (keine Obergrenze) für Programme und Daten. Sie kann nicht aktiv sein und nicht als Systempartition beim Booten dienen.

Installation eines Betriebssystems: Partition erstellen, Betriebssystem installieren (Formatieren und Kopieren von Dateien) und die Partition aktivieren.

Partitionierungswerkzeuge: FDISK (MS-DOS, Windows 95, 98, Me), Partition Magic.

Nutzen mehrerer Partitionen: Strukturierung von Betriebssystem, Programmen und Daten; Installation verschiedener Betriebssysteme auf derselben Maschine oder Festplatte.

4. Dateisysteme

Je nach verwendetem Dateisystem unterscheidet sich die Logik:

Cluster: Die minimale Größe, die eine Datei auf einem Datenträger belegen kann.
Jede Partition hat ihre eigene Struktur.

Der Boot-Sektor existiert für alle Arten von Partitionen. Unter MS-DOS und Windows 95 besteht die Struktur aus: Boot-Sektor, FAT, Kopien der FAT, Stammverzeichnis (Root) und Datenbereich.

Alle Partitionen haben einen Boot-Sektor (erster Sektor der Partition) mit Informationen über die Partition:

Bei einer Partition mit Betriebssystem ist dieser Sektor für den Bootvorgang verantwortlich.
Bei einer Partition ohne Betriebssystem (z. B. reine Datenpartition) würde ein Bootversuch eine Fehlermeldung auslösen.

4.1 Klassifizierung der Dateisysteme

Die Dateisysteme unterscheiden sich je nach Betriebssystem:

FAT16 (DOS und Windows 3.11)
FAT32 (Windows 95/98)
HPFS (OS/2 und NT)
NTFS (Windows NT 4.0 und 2000)
Ext2 und Swap (Linux)

FAT-Dateisysteme (File Allocation Table): Die Tabelle wird in zweifacher Ausfertigung aufgezeichnet.

4.2 Dateisysteme unter Windows NT

Unterstützte Dateisysteme für NT:

FAT: File Allocation Table
NTFS: NT File System
CDFS: Compact Disc Filing System

4.3 Funktionen des FAT-Dateisystems

Modifizierte Version des FAT-Dateisystems von DOS, sichtbar für jedes Betriebssystem.

Sicherheit:

Es unterstützt keine datei- oder ordnerspezifische Sicherheit.
Lokale Benutzer haben Vollzugriff auf die FAT-Partition.
Zugriffskontrolle erfolgt nur über das Netzwerk.

Namenskonventionen:

Unter NT werden lange Dateinamen unterstützt (NTVDM-Subsystem).
Vollständiger Name (Pfad + Name): bis zu 255 Zeichen.
Das erste Zeichen muss ein Buchstabe sein; verbotene Zeichen: \ / : * ? < > |
Groß-/Kleinschreibung wird beibehalten, aber nicht unterschieden (PEPE.DOC = pepe.doc).

Dateizugriff:
Hängt ab von Dateityp, Dateigröße, Partitionsgröße, Anzahl der Dateien pro Ordner, Fragmentierung und Suchmethode. Effizienter Zugriff bei Partitionen < 500 MB. Bei größeren Partitionen oder vielen Dateien ist NTFS vorzuziehen. FAT reagiert empfindlich auf starke Fragmentierung.

Partitionsgröße:

Maximum: 4 GB.
Dateikomprimierung wird nicht unterstützt.

4.4 Funktionen des NTFS-Dateisystems

Dateisystem, das primär von NT unterstützt wird.