Die Geschichte der elektrischen Speicherung von Daten beginnt im Jahre 1878, als der Amerikaner Oberlin Smith versuchte, elektrische Signale auf einem magnetisierten Draht zu speichern. 10 Jahre später, also im Jahre 1888, entschied er sich, seine Erfindung der Öffentlichkeit zu schenken. Etwa zum gleichen Zeitpunkt hatte ein Däne namens Valdemar Poulsen die Idee, Daten magnetisch aufzuzeichnen. Er entwickelte eine Trommel, die mit einem Stahldraht umwickelt war. Dieser diente bereits 1889 als Anrufbeantworter. Von da an konzentrierten sich die Entwickler lange Zeit auf die serielle Aufzeichnung von Daten mit Drähten und später auch mit Band.
Als Geburtsstunde der Festplattentechnik wird allerdings der 13. September 1956 angesehen. Damals stellte das Unternehmen IBM die erste eigentliche Festplatte, mit der Bezeichnung 305RAMAC und einer Größe von 5 MByte, vor. Diese Kapazität wurde auf 50 Scheiben mit je 24 Zoll (60 cm) Durchmesser verteilt. Der Mietpreis betrug derzeit 150 US-Dollar je Monat und MByte. Im folgenden Jahr, wurde ebenfalls von IBM, das Konzept „breit schreiben, schmal lesen“ eingeführt, wie es heute noch bei den MR- und GMR-Techniken eingesetzt wird.
Die erste Festplatte im 5,25-Zoll-Format wurde 1979 von der Firma Seagate gebaut. 1981 folgte SCSI?, und 1982 entwickelte Seagate die ST506-Schnittstelle, aus der sich IDE, E-IDE?, ATA? und ATAPI? entwickelt haben. Das ST506-Laufwerk, nachdem die Schnittstelle benannt wurde, hatte eine Kapazität von 5 MByte – genau wie das 305RAMAC-Laufwerk von 1956. 1998 präsentierte Seagate die Barracuda-Serie, die eine Maximalkapazität von 50 GByte bot. Nur zwei Jahre später waren es bereits 183 GByte, was die bis dahin übliche Steigerung von 60 Prozent im Jahr bei weitem übertraf. Von 1957 bis 1990 lag die Steigerungsrate noch bei ca. 25 Prozent im Jahr. Derzeit liegen wir in einem Kapazitätsbereich von über 430 GByte. Um dieses Fassungsvermögen zu ermöglichen mussten einige technische Hürden genommen werden, auf die in den folgenden Kapiteln näher eingegangen wird.
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Inhaltsverzeichnis
1 Entstehung
2 Elemente
2.1 Aufbau der Festplatte
2.2 Plattenmaterial
2.3 Einteilung der Platte
3 Funktionsweise
3.1 Schreib-/ Leseköpfe
3.2 MR- und GMR Technologien
3.3 Optimierungen
4 Zukünftige Entwicklungen
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit gibt einen fundierten Überblick über die technologische Entwicklung und Funktionsweise von Festplattenlaufwerken, von ihren historischen Ursprüngen bis hin zu aktuellen Speichermechanismen und zukünftigen Potenzialen.
- Historische Evolution der magnetischen Datenspeicherung
- Physikalischer Aufbau und Komponenten von Festplatten
- Funktionsweise von Schreib-/Leseköpfen
- Einsatz von MR- und GMR-Technologien
- Optimierungsansätze und zukünftige Speichertechnologien
Auszug aus dem Buch
3.1 Schreib-/Leseköpfe
Am Ende des Aktuators sitzen die Kopfeinheiten, die extrem kleine und komplexe Gebilde sind. Sie müssen im Betrieb in einer Flughöhe von etwa 25nm ohne eine Berührung der sich drehenden Platte schweben. Die Bestrebung hierbei ist, die Flughöhe so niedrig wie möglich zu halten, da der Kopf somit stärkere Signale lesen und schreiben kann. Die bisher niedrigste erreichte Flughöhe liegt bei 15nm - jedoch nur für kurze Strecken.
Eine weitere Herausforderung bei den geringen Flughöhen ist die Montage der Scheiben. Jede eintretende Unwucht führt zu einer möglichen Platte-Kopf-Berührung, und somit wiederum zu einem Head-Crash. Um dies zu verdeutlichen, hier ein Beispiel: Vergleicht man die Flughöhe der Köpfe und die Drehgeschwindigkeit der Platte mit realen Größen, so entspricht dies einem Jumbojet, der mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit im Abstand von etwa 1 bis 2 Metern über den Boden rast.
Aufgrund der hohen Drehzahlen (5.400, 7.200, 10.000 und sogar 15.000 U/min), konnte sich allerdings das so genannte Contact Recording - das Schleifen des Kopfes auf der Oberfläche - wie es bei Floppy-Laufwerken eingesetzt wird, bisher nicht durchsetzen. Dazu benötigt es besonderer Oberflächenschutzschichten auf dem Medium und am Kopf. Das ist bei den wesentlich niedrigeren Drehzahlen im Floppy-Laufwerk wesentlich leichter zu bewerkstelligen als bei den schnell drehenden Festplatten.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Entstehung: Dieses Kapitel erläutert die geschichtliche Entwicklung der magnetischen Datenspeicherung von ersten Versuchen im 19. Jahrhundert bis hin zur Etablierung moderner Festplattenlaufwerke.
2 Elemente: Hier wird der physische Aufbau von Festplatten, das verwendete Plattenmaterial sowie die logische Einteilung der Speicheroberfläche in Spuren, Sektoren und Zylinder beschrieben.
3 Funktionsweise: Dieses Kapitel behandelt die technischen Mechanismen des Lesens und Schreibens, insbesondere die Rolle der Köpfe, MR-/GMR-Technologien und Methoden zur Leistungsoptimierung.
4 Zukünftige Entwicklungen: Der letzte Abschnitt diskutiert alternative Speicheransätze wie holografische Speicherung und das Ziel, die Speicherdichte durch technologische Innovationen weiter massiv zu erhöhen.
Schlüsselwörter
Festplattentechnologie, Datenspeicherung, HDD, Schreib-/Lesekopf, MR-Technologie, GMR-Technologie, Spuren, Sektoren, Zylinder, magnetische Speicherung, Datendichte, Aktuator, Head-Crash, Speicherkapazität, Performance.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der technischen Entwicklung und Funktionsweise von Festplattenlaufwerken (HDD) sowie den physikalischen Grundlagen der magnetischen Datenspeicherung.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Zentrale Themen sind der Aufbau von Festplatten, das verwendete Plattenmaterial, die Funktionsweise von Schreib-Lese-Einheiten sowie technologische Trends zur Steigerung der Speicherdichte.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, dem Leser ein grundlegendes Verständnis für die hochkomplexe Technologie hinter modernen Festplatten zu vermitteln und die technischen Hürden bei der Kapazitätssteigerung aufzuzeigen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine technisch-beschreibende Analyse, die auf historischen Fakten, physikalischen Funktionsprinzipien und aktuellen industriellen Standards der Speichertechnologie basiert.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die physischen Elemente der Festplatte, deren funktionale Abläufe beim Datenzugriff sowie zukunftsorientierte Forschungsfelder der Branche.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Begriffe wie Festplattentechnologie, MR/GMR, magnetische Speicherung, Speicherdichte und Aktuator beschreiben den fachlichen Kern am besten.
Warum können herkömmliche Festplatten nicht im "Contact Recording" Modus betrieben werden?
Aufgrund der extrem hohen Drehzahlen der Festplattenplatten würde das direkte Schleifen des Kopfes auf der Oberfläche zu massiven Materialschäden und Funktionsausfällen führen, weshalb das berührungslose Schweben in minimalem Abstand notwendig ist.
Welche Rolle spielt die GMR-Technologie für die Festplattenleistung?
Die GMR-Technologie (Giant Magnetoresistive) nutzt quantenmechanische Effekte, um auch extrem schwache magnetische Signale bei sehr hohen Speicherdichten zuverlässig auszulesen, was deutlich leistungsfähiger als klassische Induktivköpfe ist.
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- Rico Kernchen (Author), 2003, Festplattentechnologie, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/168559
