Festplatten: Entwicklung und Überblick Peter G. Poloczek, M5543

Vor den Festplatten Disketten als Speichermedium SD-Disketten: 125 kbit/s Übertragungsrate DD-Disketten: 250 kbit/s HD-Disketten: 500 kbit/s PGP IX/14

Die ersten Festplatten Schnittstelle: ST506, von Seagate 1982 für 5 ¼“-Festplatten entworfen Erste Platten: ST 506: 5MB ST 412: 10 MB PGP IX/14

Erste Kontroller 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 IX/14

ST-506 MFM mit Twin-Kabel Quelle: Wikipedia, J.Nixdorf PGP IX/14

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) PGP IX/14

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 PGP IX/14

IDE-Kabel + Anschlüsse Quelle: Wikipedia, PGP IX/14

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. PGP IX/14

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 PGP IX/14

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 PGP IX/14

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 PGP IX/14

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 PGP IX/14

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. PGP IX/14

ATA/ATAPI-4 (1997–2008) 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 IX/14

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 PGP IX/14

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 PGP IX/14

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) PGP IX/14

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 PGP IX/14

SATA-Kabel Assmann-Kabel PGP IX/14

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 PGP IX/14

SSD SSD=Solid-State-Drive Entwickelt von Storage Tek 1978(!) Markteinführung: Msystems 1996 Vorteile: mechanische Robustheit sehr kurze Zugriffszeiten keine Geräuschentwicklung aufgrund beweglicher Bauteile PGP IX/14

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 PGP IX/14

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) PGP IX/14

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.- € PGP IX/14

Neue Anschlussnorm M.2 Besonders SSDs werden als kleine Steckplatine realisiert Basis: mSATA-Standard PGP IX/14

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.- € PGP IX/14

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 PGP IX/14

Hybrid - nachgerüstet Freier 6G-Anschluss (3G geht auch): Kleine SSD mit spezieller Software als Cache Beispiel: SanDisk ReadyCache mit 32GB PGP VI/12

PC aufrüsten Boot-Platte durch SSD ersetzen Im BIOS: SSD einstellen Und dann gibt es mehrere Möglichkeiten PGP VI/12

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 PGP VI/12

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 PGP VI/12

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! PGP VI/12

Variante: System neu aufbauen Sicher einer der besseren Wege. Vorteil: Neue, saubere Installation. Nachteil: Zeitaufwändig, da alle Software neu installiert werden muss. PGP VI/12

Danke für die Aufmerksamkeit! PGP IX/14