AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Festplatten: Entwicklung und Überblick Marktheidenfeld-Edition Peter G. Poloczek, M5543.

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1 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Festplatten: Entwicklung und Überblick Marktheidenfeld-Edition Peter G. Poloczek, M5543

2 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Vor den Festplatten  Disketten als Speichermedium  SD-Disketten: 125 kbit/s Übertragungsrate  DD-Disketten: 250 kbit/s  HD-Disketten: 500 kbit/s 2 PGP X/14

3 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Die ersten Festplatten  Schnittstelle: ST506, von Seagate 1982 für 5 ¼“-Festplatten entworfen  Erste Platten: − ST 506: 5MB − ST 412: 10 MB 3 PGP X/14

4 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Erste Kontroller 4  Adressierung der Daten: Kopf, Spur und Sektor  Kodierungen: − MFM mit 17 Sektoren pro Spur − RLL mit gewöhnlich 26 Sektoren pro Spur  Kodierung: in Kontroller UND Platte  Übertragung: MFM: 5, RLL: 7,5 Mbit/s PGP X/14

5 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender ST-506 MFM mit Twin-Kabel 5 Quelle: Wikipedia, J.Nixdorf PGP X/14

6 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender IDE  Der amerikanische Festplattenhersteller Western Digital wurde 1984 von Compaq beauftragt, einen Festplattencontroller zu entwickeln  Elektronik sollte nun auf der Platte sein  Kommunikation sollte über ein einziges 40-poliges Flachkabel erfolgen  WD nannte sie Integrated Drive Electronics (IDE) (1986) 6 PGP X/14

7 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender ESDI  IBM leitete eine eigene Schnittstelle namens ESDI ab, die nur mechanisch kompatibel war  Mit 34 Sektoren pro Spur (gegenüber 17 oder 26) ließ sich die Kapazität und Datenrate erhöhen 7 PGP X/14

8 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender IDE-Kabel + Anschlüsse 8 Quelle: Wikipedia, PGP X/14

9 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender ATA/ATAPI  Advanced Technology Attachment ist ein Standard für den parallelen Datentransfer zwischen Speichermedien und der Schnittstelle eines Computers  Advanced Technology Attachment with Packet Interface basiert auf ATA und erweitert das Protokoll so, dass gekapselte SCSI-Pakete übertragen werden können. 9 PGP X/14

10 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender ATAPI - SCSI  Die nun möglichen SCSI-Befehle erweitern (prinzipiell!) den Einsatzbereich von ATA über den ursprünglich reinen Festplattenbetrieb hinaus  So können mit ATAPI zusätzlich auch Geräte wie Wechselplatten, optische Laufwerke und Bandlaufwerke verwendet werden 10 PGP X/14

11 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Anschlüsse  ATA/ATAPI-Geräte werden mit einem Flachbandkabel an die 40-polige Schnittstelle des Hosts (=Schnittstelle(nkarte) im PC) angeschlossen (ATA-40)  Zwei Geräte pro Anschluss sind möglich, diese werden dabei als Device 0 (auch Master, MA) bzw. Device 1 (auch Slave, SL) bezeichnet  Die Einstellung des Device-0- bzw. -1-Status erfolgt meist über Jumper  Heute bezeichnet man dies auch als P-ATA 11 PGP X/14

12 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender ATA-1 (1989-1999)  Gleichzeitige Ansteuerung von maximal zwei Festplatten mit bis zu 8,3 MB/s  ATA-1 arbeitet asynchron.  Mehrere PIO-Modi und DMA-Varianten: − PIO-Modus 0: 3,3 MB/s; PIO 1: 5,2 MB/s; PIO 2: 8,3 MB/s − Single Word DMA Modus 0: 2,1 MB/s, DMA single 1: 4,2 MB/s, DMA single 2: 8,3 MB/s − Multi Word DMA Modus 0: 4,2 MB/s 12 PGP X/14

13 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender ATA-2 (1994–2001)  Synchrone Übertragung möglich  Leistungsfähigkeit bis zu 16,6 MB/s. Modi: Block transfers, Logical Block Addressing − PIO-Modus 3: 11,1; PIO 4: 16,6 MB/s − DMA-Modus 1: 13,3 MB/s, Modus 2 (DMA 2): 16,6 MB/s (Multi Word!) − Fast ATA umfasst ATA-2, PIO 3, DMA 1 − Fast ATA-2 umfasst ATA-2, PIO 4, DMA 2 13 PGP X/14

14 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender ATA-3 (1996–2002)  Zwei neue Funktionen:  S.M.A.R.T. (Parameter auslesen) und  Security Feature Set (BIOS-Passwort- System)  Leistungsfähigkeit und Übertragungsmodi haben sich gegenüber ATA-2 nicht verändert. 14 PGP X/14

15 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender ATA/ATAPI-4 (1997–2008) 15  Nun werden CD-ROM-Laufwerke und CD- Brenner erstmals in den Standard eingebunden  Zu den Modi PIO und DMA kompatibel  Neu: Ultra DMA mode 0: 16,7 MB/s; UDMA 1: 25,0 MB/s: UDMA 2: 33,3 MB/s.  Ultra ATA/33 ist eine verbreitete Abkürzung von ATA-4 mit UDMA 2. PGP X/14

16 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender ATA/ATAPI-5 (seit 1999)  Neuer Modus: Ultra DMA 4  Leistungsfähigkeit 66,6 MB/s, daher auch UDMA-66 genannt  UDMA 3: 44,4 MB/s  Für den ATA-5-Standard ist ein spezielles 80-adriges Kabel erforderlich  Jede Ader bekommt eine Masseader 16 PGP X/14

17 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender ATA/ATAPI-6 (seit 2000)  Mit ATA-6 und dem Modus Ultra-DMA- 100 (UDMA 5) sind Datenraten bis 100 MB/s möglich (ATA/100)  Neue Befehle für 48 Bit große Sektoradressen erlauben (LBA-48)  Festplatten können nun größer als 128 GB sein  Acoustic-Management implementiert 17 PGP X/14

18 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender ATA/ATAPI-7 (seit 2001)  Erstmals wird zwischen paralleler und serieller Übertragung unterschieden.  Der bisherige Standard wird PATA (Parallel ATA) genannt und die serielle Version SATA  Mit dem PATA-Modus Ultra-DMA-133 (UDMA 6) sind Datenraten bis 133 MB/s möglich. (ATA/133) 18 PGP X/14

19 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender S-ATA  Wurde im Jahr 2000 von Intel aus dem älteren ATA-Standard entwickelt  Serial-ATA 1,5 Gbit/s (SATA I)  Serial-ATA 3.0 Gbit/s (SATA II, SATA- 300), Rev. 2.x  Serial-ATA 6.0 Gbit/s (SATA III, SATA- 600), Rev. 3.x vom Mai 2009 19 PGP X/14

20 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender SATA-Kabel 20 Assmann-Kabel PGP X/14

21 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Weiter geht‘s!  SATA Express -> SATAe  SATA Revision 3.2  SATAe-Stecker ist abwärtskompatibel  Datentransport: PCI-Express, nicht SATA  Theoretisch: PCI-Ex 3.0 mit 1-4 Lanes -> 1-4 GByte/s(!); Norm: 8,0 bzw. 16,0 Gbit/s  Praxis: PCIex 2x, 2 Lanes: 1GByte/s  Gut geeignet für SSDs 21 PGP X/14

22 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender SSD  SSD=Solid-State-Drive  Entwickelt von Storage Tek 1978(!)  Markteinführung: Msystems 1996  Vorteile: − mechanische Robustheit − sehr kurze Zugriffszeiten − keine Geräuschentwicklung aufgrund beweglicher Bauteile 22 PGP X/14

23 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Technik  NAND-Speicher  SLC = Single-Level-Cell – 1 Bit/Speicher  MLC = Multi-Level-Cell – z.B. 4 Bits /Speicher oder mehr durch verschiedene Spannungen  TLC = Triple-Level-Cell – 3 Spannungen  Meist Flash-Speicher – bekannt von den USB-Sticks 23 PGP X/14

24 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Lebensdauer  Schreibvorgänge je Zelle (lt. Wikipedia):  1.000 (TLC in 21-nm-Fertigung)  3.000 (MLC in 25-nm-Fertigung)  5.000 (MLC in 34-nm-Fertigung)  10.000 (MLC in 50-nm-Fertigung)  100.000 (SLC in 50-nm-Fertigung)  bis zu 5 Mio. (selektierte SLC-Chips) 24 PGP X/14

25 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Preise (Stand: August 2014)  Immer als 2,5“-Laufwerk realisiert  128 GB ab ca. 50.- €  256 GB ab ca. 95.- €  480 GB ab ca. 190.- €  Für schnellere Platten (SATA 600) gilt: − Lesen: bis zu 550 MB/s − Schreiben: bis zu 520 MB/s  Normale Festplatten: 1 TB ca. 50.- € 25 PGP X/14

26 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Neue Anschlussnorm M.2  Besonders SSDs werden als kleine Steckplatine realisiert  Basis: mSATA-Standard 26 PGP X/14

27 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Weiterführend  SATA ist quasi ausgereizt  Perspektive: PCIex (3.0) − Höhere Übertragungsrate − Mehrere Lanes bündelbar  Beispiel: PCIex 2.0. 2x: − Lesen: 825 MB/s − Schreiben: 800 MB/s − 960 GB ca. 690.- € 27 PGP X/14

28 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Hybrid-Technologie  Kombination von SSDs mit normalen Festplatten  Beispiel: WD: − 1 TB Festplatte − 120 GB SSD − Preis: ca. 190.- €  Ansätze schon vorher per Festplatten- Cache 28 PGP X/14

29 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Hybrid - nachgerüstet  Freier 6G-Anschluss (3G geht auch):  Kleine SSD mit spezieller Software als Cache  Beispiel: SanDisk ReadyCache mit 32GB 29 PGP X/14

30 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender PC aufrüsten  Boot-Platte durch SSD ersetzen  Im BIOS: SSD einstellen  Und dann gibt es mehrere Möglichkeiten 30 PGP X/14

31 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Variante: Platte auf SSD klonen  Ist die neue Platte groß genug, lässt sich die alte Festplatte einfach auf die neue SSD kopieren.  Vorteil: wenig Arbeit  Nachteil: benötigt viel (teuren) (SSD)- Plattenplatz 31 PGP X/14

32 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Variante: Klonen per Backup  Das ist eine weitere Möglichkeit:  Backup anlegen und auf eine SSD zurück spielen  Vorteil: Alles wird garantiert weiter funktionieren wie bisher  Nachteil: Benötigt viel SSD-Platz 32 PGP X/14

33 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Variante: Betriebssystem- Partition abspecken  Vieles – zum Beispiel die Benutzer- Daten - lässt sich „woanders“ hin legen  Der Rest des Betriebssystems passt dann auf eine kleinere SSD.  Klonen wie vorher.  Vorteil: Billiger! 33 PGP X/14

34 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Variante: System neu aufbauen  Sicher einer der besseren Wege.  Vorteil: Neue, saubere Installation.  Nachteil: Zeitaufwändig, da alle Software neu installiert werden muss. 34 PGP X/14

35 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Windows 7 + Boot-SSD – Teil 1  Verschiedene Vorschläge: − Defragmentierung für die SSD abschalten − Superfetch deaktivieren (per Dienste) − Prefetching deaktivieren (per Registry) − Windows Search deaktivieren (???) − Readyboost deaktivieren (Dienst) − Ruhezustand deaktivieren (powercfg -H off) − Auslagerungsdatei auf andere Platte legen 35 PGP X/14

36 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Windows 7 + Boot-SSD – Teil 2  Weitere Vorschläge: − Boot-Time-Defragmentierung abschalten, falls überhaupt an (per Registry)  Wovon ich NICHTS halte: − Dateisystem Timestamp-Funktion deaktivieren − DOS Filename Kompatibilität / 8.3 Dateinamen abschalten − Systemwiederherstellung abschalten 36 PGP X/14

37 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender Windows 8.1 + Boot-SSD – Teil 1  Tipps: − Defragmentieren kann anbleiben – Windows sendet automatisch den TRIM-Befehl − Prefetch, Superfetch, Ready Boost abschalten − Indizierung der SSD abschalten 37 PGP X/14

38 AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender 38 Danke für die Aufmerksamkeit! PGP X/14