12.4 Peripherie

12.4.1 Magnetplattenspeicher (FD, HD)

Unter Magnetplattenspeichern versteht man Datenträger zur Informationsaufbewahrung. Diese Daten werden mittels Ferromagnetismus auf dem Datenträger gespeichert, der sich dafür in sogenannten Laufwerken befinden muss. An gegenwärtiger Standard-PC Technik existieren 2 Arten von Laufwerken für Magnetplattenspeicher. Noch vorhanden sind sogenannte Diskettenlaufwerke (FDD, Floppy Disk Drive) zur Aufzeichnung geringer Datenmengen und deren einfachen Austausch. Als Standardspeicherwerke sind sogenannte Festplattenlaufwerke (HDD, Hard Disk Drive) i. allg. fest im PC installiert.

wichtige Begriffe bei Magnetplattenspeichern

Spuren

• durch die schrittweise Positionierung der Magnetköpfe ergeben sich konzentrische Spuren für die Datenaufzeichnung
• zwischen den Spuren befinden sich schmale nicht magnetische Bereiche zur Spurunterscheidung
• Spuren werden von außen (0) beginnend durchnummeriert (höchste Spurnummer liegt immer innen)
• die Spurdichte sagt aus, wieviele Spuren auf einem Zoll des Datenträgers nebeneinander liegen
  (z.B. 135 tpi [tracks per inch] entsprechen 0,188 mm)

Zylinder (HD)

• nur bei HD!
• gleiche Spurnummer aller Magnetplatten der HD bilden einen Zylinder
  (Zylinder NULL wird aus allen Spuren NULL der Ober- und Unterseiten aller vorhandenen Magnetplatten gebildet)
• Zylinderzahl = Spurenzahl

Köpfe

• Anzahl der vorhandenen Schreib-Lese-Köpfe eines Festplattenlaufwerkes

Sektoren

• jeder Sektor kann 512 Byte aufnehmen
• Indexloch kennzeichnet bei FD den Anfang des Sektors 1

Cluster

• kleinste belegbare Speichereinheit
• Gruppierung eines (bei FD) oder mehrerer Sektoren zu einer logischen Zuordnungseinheit

Schreiben von Daten

Grundlage für das Schreiben von Daten sind der Ferromagnetismus und die Induktion.

Ferromagnetismus:

• Erscheinung, wenn mikroskopische Bereiche einer Substanz vollständig magnetisiert sind
  (auch als Domäne bezeichnete ca. 2,5 µm dicke Magnetschicht)
• Körper im Magnetfeld aller Domänen richten sich nach dem äußeren Feld aus (der Körper wird magnetisiert)
• Magnetisierung bleibt größtenteils auch nach Abschalten des äußeren Feldes erhalten

Induktion:

• Erscheinung, wenn ein sich veränderndes Magnetfeld ein elektrisches Feld (und somit eine elektrische Spannung) erzeugt

Physikalische Formatierung

Low-Level-Formatierung: Schreiben von magnetischen Mustern auf die Diskette oder Festplatte zur Kennzeichnung von Spuren, Zylindern und Sektoren. Bei Disketten ist dafür kein besonderes Programm notwendig. Für Festplatten gibt es dafür spezielle Low-Level-Formatierungsprogramme (z.B. von Seagate - SGATFMT4.EXE oder Maxtor - MAXLLF.EXE).

Logische Formatierung von FAT-Datenträgern

Dient zum Anlegen der logischen Struktur des Dateisystems auf dem Datenträger. Es wird der Boot-Sektor auf der Spur 0 eingerichtet. Dieser wird beim Hochfahren des Rechners von den BIOS ausgewertet.

DOS-Befehle

FDISK dient zur Einrichtung der Dateizuordnungstabelle (FAT) und des Masterbootrekords bei Festplatten

FORMAT wirkt unterschiedlich. Bei Disketten werden Spuren und Sektoren angelegt und dann in jeden Sektor 512 mal der Wert 0F6h geschrieben. Bei Festplatten wird nur die logische Struktur des Dateisystems und keine Spuren und Sektoren erzeugt. Außerdem kann generell (bei HD und FD) das Betriebssystem mit dem Schalter /S in das Wurzelverzeichnis übertragen werden.

Logische Organisation von von FAT-Datenträgern

Entscheidend für die Organisation von Datenträgern sind die ersten Sektoren. Dort befinden sich alle wichtigen Einträge zur Organisation. Die restlichen Sektoren dienen dann als Datenbereich.

Inhalt der Spur 0:

• Bootsektor (Bootrecord):
  • erster Sektor der Diskette (Kopf 0, Spur 0, Sektor 1)
  • enthält u.a. den Verweis zur Boot-Routine, OEM-Namen (Hersteller u. Version des Betriebssystems), Medium-Deskriptor (Diskettentyp), Angaben über Sektoren und Cluster, ...
• Systemverzeichnis (root directory, "\")
  • Name, Länge, Extension der Dateien
  • Clusternummer des Dateibeginns
• Dateizuordnungstabelle FAT (file allocation table)
  • Angabe über Inhalte von Clustern: Dateifortsetzung, Dateiende, freie Cluster, defekte Cluster
• Kopie der Dateizuordnungstabelle FAT

Auch bei NTFS Datenträgern beinhaltet die Spur 0 den Bootsektor der Partition. Im Unterschied zu FAT Datenträgern wird beim Formatieren mit NTFS eine Master-Dateitabelle MFT (master file table) erzeugt, die Informationen zu allen Dateien und Verzeichnissen auf dem Datenträger beinhaltet.

weitere Grundlagen

• Funktion und Allgemeiner Aufbau für:
  • Diskettenlaufwerke
  • Festplattenlaufwerke
• Aufzeichnungsformate für Magnetplattenspeicher (FD, HD)
• Berechnung der Speicherkapazität für Magnetplattenspeicher

Wenn sie das Gefühl haben, das weiß ich alles schon, dann sollte der nachfolgende kleine Test keine Herausforderung sein.

Test (Grundlagen zu Magnetplattenspeichern)