3. Teil Festplatten

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Tobi
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3. Teil Festplatten

Beitrag von Tobi » Mai 28, 2014, 2:24 pm

Da ich nun Zeit hatte den dritten Teil fertigzustellen möchte ich euch diesen nicht vorenthalten. Das folgende Thema handelt über Festplatten.


Magnetfestplatte
Die Magnetfestplatte hat eine weite Verbreitung und wird in vielen Anwednungsszenarien genutzt. Egal ob Privatanwender oder der professionale Betrieb in Servern.

IDE/PATA
Vielleicht erinnern sich noch einige an diesen Anschluss, so lange ist es nun auch nicht her. Hatte bis vor zwei 2 Monaten auch noch ein DVD-Laufwerk über IDE angeschlossen. Diese Stecker werden kaum noch unterstützt, es ist wahrscheinlich schon eine Kunst ein Motherboard zu finden, dass diesen Stecker noch unterstützt. Die maximale Datenübertragung war 133Mbyte/s.

Was ist der Unterschied zu SATA?
Der große Unterschied beider Kabel ist, dass SATA Serial ist und PATA Parallel. Das heißt bei einer seriellen Datenübertragung werden alle Daten hintereinander übertragen und bei der paralleln nebeneinander.

Serielle Übertragung:
101011101110011

Parallele Übertragung:
1010110001
0110110011
1110010111
1011101100

Zu sehen ist hier, dass eine parallele Übertragung wesentlich schneller mehr Daten überträgt, da mehr Leitungen vorhanden sind.

Warum setzen wir jetzt vermehrt serielle Übertragungen ein? Sind die dann nicht langsamer?

Früher waren serielle Übertragungen langsamer, daher wechselte man damals auf parallele Kabel. Jedoch erreicht man mit dem PATA Kabel schnell physikalische Grenzen.
Früher gab es beim PATA Kabel 40 einzelne Leitungen. Später kamen Kabel mit 80 Leitungen raus.
Nun zu dem Problem. PATA läuft nur mit 33Mhz. Schon bei den 80 Leitungen musste zwischen jeder Leitung eine Leerleitung sein, in der keine Daten strömen. Da sich sonst die Signale gestört haben. Das heißt es konnte der Takt nicht erhöht werden und stecker die 20cm breit sind erfüllen auch keinen Sinn^^. Zeitgleich schaffte man es höhere Takraten mit den seriellen Steckern zu erzielen. Hier liegt nun der Vorteil. Während PATA mit 33Mhz läuft, taktet SATA mit 2500mhz. Hiermit wird die höhere Datenrate erzielt. Etwas einfacher, was bringt einem eine 3spurige Autobahn auf der man nur 10km/h fahren kann, wenn man auf der Landstraße 200km/h fahren darf.


Aufbau und Funktion?

Hier zu mal ein kleines Bild:
Bild

Dieses hochauflösendes Bild zeigt den groben auf Aufbau einer Scheibe in einer Festplatte. Von diesen Discs befinden sich mehrere in einer Festplatte. Diese Scheiben sind übereinander angelegt und über bzw. unter/zwischen den Discs befinden sich die Schreib/Leseköpfe.

Eine einzele Disc ist auf der Vorder-, sowie auf der Rückseite beschreibbar. Die Disc ist aufgeteilt in Spur, Sektor und dem Block. Wenn nun auf der Verpackung eine Angabe steht, das die durchschnittliche Zugriffszeit dieser Festplatte bei 6ms liegt, heißt das dass der Lesekopf so lange braucht bis er die Mitte erreicht hat.

Ein einzelner Block einer Festplatte hat eine Speicherkapazität von 512byte. Die etwas neueren Festplatten haben 4 Kbyte. Dazu später mehr.

In einem solchen Block können entweder mehrere Dateien stehen oder eine große Datei erstreckt sich über mehrere Blöcke.

Über eine gewisse Zeit und ein paar lösch und Schreibzyklen später, kann es sein die freien Blöcke verteilt sind. Wenn ich nun eine neue Datei Speichern möchte, wird diese überall auf der Disc gespeichert, jedoch nicht zusammenhängend. Die Daten sind also fragmentiert. Das Defragmentierungstool ordnet demnach die Dateien so, das diese nahe beisammen liegen und bestenfalls auf einer Spur sind.

Was macht das für einen Sinn?
Wenn die Bläcke zum Beispiel auf verschiedenen Spuren sind, muss der Schreib/Lesekopf für jeden einzelen Block die Spur wechseln. Schreib/Lesevorgänge würden ziemlich lange dauern.

Das Defragmentieren sollte nur bei Magnetfestplatten gemacht werden. Für SSD wäre es tödlich.

Noch eine kleine Zwischeninfo:
Oftmals wird behauptet das in den Festplatten ein Vakuum besteht. Das ist schlichtweg falsch und die Festplatten würden nicht funktionieren. Die Festplatten brauchen Luft, um durch das drehen der Scheiben einen Luftstrom zu erzeugen, damit die Schreib/Leseköpfe nicht auf die Disc aufsetzen. Das Geräusch ist sehr unangenehm^^....Bei einem Stromausfall werden daher direkt die Köpfe in ihre Parkposition gesetzt, damit kein Schaden verursacht wird.

Verwendungszweck:Kurz und Knapp. Es ist ein günstiger Massenspeicher. In ferner Zukunft denke ich, dass die SSD die Magnetfestplatten vertreiben wird. Momentan ist aber eine Magnetfestplatte wesentlich günstiger und bietet höhere Speicherkapazitäten an. Aktuelles Topmodell 6tb.

Was ist 4K?
Wie oben schon erwähnt, ist es nicht das neue hochauflösende Filmaterial, sondern die Blocksize einer Festplatte. Der Grund für die Veränderung ist, dass einfachere Vergrößern des Speicherplatzes auf der Festplatte, sowie eine Anpassung an die heutige PC Arhcitektur. NTFS verwaltet zum Beispiel standardmäßig den Speicher in 4K Blöcken. Ab Windows Vista SP1 kommen damit aktuelle Betriebssysteme klar. Windows XP hat mit diesem Format einige Probleme. Wer jedoch jetzt noch XP einsetzt, dem Frage lieber erstmal nach dem Puls :D
Daher lasse ich hier mal nähere Erklärungen weg.


SSD
Das obrige Thema habe ich auch schon etwas oberflächlicher behandelt und werde es so weiterführen. Man verliert sich sehr schnell im Detail. Es soll nur ein kleiner Überblick sein.

Aufbau und Funktion:

Hierzu mal wieder ein tolles Bild, das viel aussagt :)
Bild

Das ist ein Floating Gate Transistor. Er speichert 0 und 1. Diese Transsitoren sind je nach Methode NAND oder NOR nebeneinander geschaltet. NAND Speicher benötigen weniger Platz und sind dafür etwas langsamer. Das heißt man zielt auf einen Markt, indem viel Speicher auf wenig Raum gefordert wird. Beim NOR Speicher ist es genau umgekehrt.

Des Weiteren Unterscheide man noch in SLC, MLC und TLC. Single, Multi, Triple.

SLC Speicher sind die teuersten Speicher. Da hier pro Zelle ein Bit gespeichert wird. SLC sind nicht nur besonders schnell, sondern hhat auch eine lange Lebenszeit. MLC speichert 2 Bit pro Zelle und ist etwas günstiger. Dafür ist die Geschwindigkeit geringer und die Langlebigkeit auch. TLC speichert 3 Bit und ist noch schlechter.

Jetzt habt aber keine Angst, dass die Festplatte nach einem Jahr hops geht.

SLC = ca. 100.000 Schreibvorgänge
MLC = ca. 3000 Schreibvorgänge
TLC = ca. 1000 Schreibvorgänge

Die TLC SSD sind momentan noch ziemlich selten. Am verbreitesten ist MLC.

Warum halten diese Festplatten nur eine gewissen Anzahl an Schreibvorgängen aus?
Bei jedem Schreibvorgang wird das Floating Gate geladen. Jedes mal wenn Strom durch die Oxidschicht fließt, wird diese etwas zerstört. Irgendwann ist diese Schicht so kaputt, das die Spannung im Floating Gate nicht mehr gehalten werden kann und dieser die Ladung verliert.

Wie wird gegen den Verschleiß vorgegangen?
Die Hersteller haben sich einen einfachen Trick überlegt. Die Daten werden nicht in eine Reihe gespeichert wie bei Magnetfestplatten, sondern verteilen sich auf der ganzen SSD. Das heißt das alle Zellen gleichmäßig belastet werden. Des Weiteren packen die Hersteller ca. 5% mehr Speicherplatz drauf. Demnach können auch ein paar Zellen kaputt gehen und ihr habt keinen Speicherverlust.
Daher ist Defragmentieren tödlich für eine SSD. Denn dadurch werden dann immer die gleichen Zellen beansprucht. Des Weiteren besteht Defragmentieren aus viel Lesen und viel Schreiben. Das ist eine unnötige Überbeanspruchung.

Im Endeffekt heißt das, je größer der Speicher einer SSD, desto langlebiger ist die Festplatte.

Was sind eigentlich die IOPS?
Dieser tolle Wert soll zeigen, wie schnell eine Festplatte ist. Eine einfache Magnetfestplatte mit 7200rpm und einer Zugriffszeit von 6ms hat eine Geschwindigkeit von 120 IOPS. Aktuelle SSD haben 10.000 IOPS.

Dieser Wert setzt sich aus dieser Formel zusammen:
IOPS = [1/(Latenz + Suchzeit)] * 1000

IOPS ist kein genormter Wert. Es geht eher in die Richtung Marketing, wie mit dem mhz bei Fernsehern. Es gibt auch keinen Zusammenhang zwischen IOPS und Datenüberträgung in MB/s.


So das war es jetzt erstmal. Wollt ihr noch Ergänzungen haben, dann schreibt mir einfach.
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Re: 3. Teil Festplatten

Beitrag von Capgarv » Mai 28, 2014, 2:36 pm

Der Tobi bekommt ne neue Auszeichnung lalalalala :-) Sehr gut beschrieben!
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Re: 3. Teil Festplatten

Beitrag von Painshoter » Mai 28, 2014, 3:13 pm

Sehr gut erklärt, habe absolut nichts hinzuzufügen :)
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Re: 3. Teil Festplatten

Beitrag von NovaPrincess » Mai 28, 2014, 4:03 pm

Also ich hätte da jetzt mal eine Frage wie das bei den Festplatten-Serien von Western Digital ist. Da gibts ja allerhand Serien-Farben die auch alle irgendwas aussagen, aber es gibt auch viele Meinungen dazu von wegen Zuverlässigkeit usw. Bezüglich der WD Red Serie weiss ich zumindest, daß diese in NAS-Systemen hauptsächlich zum Einsatz kommt, die WD Green recht stromsparend sein soll, aber sich immer wieder hoch und runter fährt etc.

Direkt auf mich zum Beispiel bezogen ist jetzt folgendes, daß ich mir gerne 2 neue größere Platten holen würde für ein Raid1, welches mein Raid0 ablösen soll, da die Platten so langsam auch in die Jahre gekommen und mittlerweile auch "relativ" klein sind. Raid1 auch deshalb, da ich die Platten hauptsächlich auch als Datenspeicher einsetze. Mein Rechner läuft ca. 16 Stunden pro Tag - evtl. auch ein Kriterium für die Wahl der Festplatte?
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Re: 3. Teil Festplatten

Beitrag von Tobi » Mai 28, 2014, 4:37 pm

16 Stunden am Stück machen einer Festplatte nicht viel aus.

Mit der Red Variante hast du ansonsten schon eine gute wahl getroffen. ich habe auch mal eine samsung empfohlen, habe aber vergessen welche^^
Zuletzt geändert von Tobi am Mai 28, 2014, 5:11 pm, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: 3. Teil Festplatten

Beitrag von NovaPrincess » Mai 28, 2014, 4:40 pm

Jopp, selbst rund um die Uhr sind ja weniger kritisch als wenn die Platte dauernd warm/kalt wird da der Rechner bzw. das Gerät abgeschaltet wird - zumindest wars früher auch im Bezug auf die Profi-Festplattenraids so ;)

Danke schonmal ;)
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Re: 3. Teil Festplatten

Beitrag von Tobi » Mai 28, 2014, 9:20 pm

Warm kalt ist weniger ein Problem, da die Temperatur nicht rapide steigt und plötzlich sinkt. Bei mir im Receiver war mal eine Festplatte drinne die nicht für Receiver geeignet war. Das heißt die Festplatte konnte die hohe Temperatur (60° und mehr) nicht aushalten. Da hat sich dann immer selbst abgeschaltet. -.-

Im Profi Segment unterscheidet meist noch 3 Bereiche:

24/7 (wenige Zugriffe und weniges Schreiben)
Irgendwas dazwischen^^ fällt mir gerade nicht ein
Enterprise (hohes Schreibaufkommen, für große Serverfarmen)
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Re: 3. Teil Festplatten

Beitrag von NovaPrincess » Oktober 4, 2014, 11:33 pm

Gibts momentan irgendwelche Kaufempfehlungen für Festplatten (non-SSD)?
Größe sollte ca. 2-3 TB sein, gute Datenrate, wird allerdings auch nur am langsameren SATA 3Gb/s hängen da ich diese ganz gern als RAID 0 oder 1 betreiben möchte.

Desweiteren: Wo kaufen?
Von Amazon weiss ich zum Beispiel, daß die Platten teilweise nicht richtig verpackt sind. Man liest es immer wieder in den Rezessionen.
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Re: 3. Teil Festplatten

Beitrag von mieperDE » Oktober 4, 2014, 11:43 pm

MINDFACTORY empfehle ich als Onlinehändler. Auch wenn die Versandkosten ein wenig höher sind. Hab da schon Geld im vierstelligen Bereich gelassen.
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Re: 3. Teil Festplatten

Beitrag von Tobi » Oktober 4, 2014, 11:59 pm

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