50 Jahre Festplatte: Vom lahmen Riesen zum flotten Winzling

Prinzip unverändert: Technik der Festplatte

Im Grunde hat sich an Aufbau und Funktionsweise moderner Festplatten seit damals kaum etwas geändert, es kommen heute modernere Aufzeichnungsverfahren und Materialien zum Einsatz.

Ein (ferro-) magnetisches Material auf der Oberfläche von Scheiben (Englisch: „Platter“) ist der eigentliche Datenträger. Die Scheiben bestehen meist aus formstabilen Aluminium-Legierungen oder Glassubstrat und sollten eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, um die Wirbelströme gering zu halten. Diese Scheiben werden von einem Motor in Rotation versetzt. In Notebooks drehen diese meist mit 4200 oder 5400 U/min, anspruchsvolle Server-Systeme arbeiten mit 15.000er Festplatten.

Als Lager für die Scheiben kommen heute meist leise Flüssigkeitslager (Englisch: „fluid dynamic bearing“ – FDB) als Ersatz zu den bis zum Jahr 2000 verwendeten Kugellagern zum Einsatz. Die FDB-Technologie sorgt auch für eine längere Lebensdauer der Lager. Ein Linear- oder Steppermotor bewegt einen leichten stabilen Arm über die Scheiben, an dessen Ende der kleine Schreib-/Lesekopf befestigt ist. Eine Steuerelektronik für die Motoren, Leseverstärker und Interface ergänzen die Festplatte. Außerdem besitzen die Laufwerke eine Firmware, die recht leicht durch eine aktuellere Version ersetzt werden kann. Die Firmware beinhaltet Selbsttests und einen Algorithmus, um die Zugriffe auf das Medium – meist über einen Zwischenspeicher (Cache) bis 16 MByte – zu optimieren.

Je näher die Köpfe an das Medium herankommen – ohne jedoch Kontakt und damit Abrieb zu haben – und je kleiner die Köpfe sind, desto besser ist das Signal, welches der Lesekopf von der magnetisierten Stelle auf dem Medium erhält. Heutige Abstände zwischen Köpfen und Medium betragen meist nur 20 nm, dies im Gegensatz zur damaligen IBM 350 mit 20,32 µm. Mitte 1999 lagen diese Werte noch bei 50 nm. Durch die Rotation der Scheiben entsteht aufgrund der mitgezogenen Luft ein Luftpolster, auf dem der winzige Kopf schwebt. Ein Staubkorn oder ein Haar – Durchmesser zirka 50 µm – auf dem Medium wirkt bei diesen Winzigkeiten wie ein Berg und hätte fatale Folgen. Aus diesem Grund sind heutige Festplattengehäuse so abgeschlossen, dass Luft nur über eine winzige Öffnung durch einen Filter Zugang findet, damit die erwärmte Luft im Gehäuse zu keinem Überdruck führt. Moderne Festplatten werden daher in Reinräumen gefertigt, und ein Öffnen der Gehäuse unter normalen Bedingungen bedeutet in der Regel das Aus für die Platte.