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Vortex WD20 Hard-Disk Subsystem (CPC Amstrad International) | Eine Winchester für jeden Computer (Happy Computer) |
Für immer mehr Heimcomputerbesitzer ist die Festplatte die Traumaltemative zur Diskettenstation. Ihre Speicherkapazität ist riesig, ihr Innenleben von unvorstellbarer Präzision. Inzwischen werden die Träume bezahlbar: Für eine 20-MByte-Festplatte muß man mitunter bereits weit weniger als tausend Mark bezahlen. Das Funktionsprinzip eines Winchester-Laufwerks ist dem eines Diskettenlaufwerks ähnlich. Im Inneren dreht sich eine Scheibe mit einer magnetisierbaren Beschichtung, die durch Schreib-/Lese-Köpfe beschrieben beziehungsweise wieder gelesen werden kann. Soweit die Gemeinsamkeiten. Die Unterschiede liegen im Detail. Doch diese Details ergeben in ihrer Gesamtheit Speicherkapazitäten, die sich teilweise um mehr als den Faktor 100 von der einer Diskette unterscheiden. So beträgt zum Beispiel die Standard-Speicherkapazität eines halbhohen 5"¼-Zoll-Disketten-laufwerks, wie es im IBM-PC und Kompatiblen verwendet wird, 360 KByte. Ein Festplatten-Laufwerk bringt es dagegen bei gleicher Baugröße auf 40 MByte. In jüngerer Zeit vorgestellte Modelle erreichen bereits die 100-MByte-Grenze. Auffälligstes Merkmal der Win-chester-Laufwerke ist, daß die im Inneren rotierenden Magnetscheiben nicht auswechselbar sind. Die Platten müssen sich nämlich in einer nahezu staubfreien Umgebung drehen und befinden sich deshalb in einem gekapselten Gehäuse. Warum ist bei den Festplatten aber eine solche penible Sauberkeit erforderlich? Den Disketten kann doch normale Luft auch nichts anhaben? Um das zu beantworten, müssen wir uns einmal anschauen, wie eigentlich die hohen Speicherkapazitäten von Winchesters Zustandekommen. Die bei Disketten verwendete Beschichtung erlaubt typischerweise Spurdichten von 96 tpi (tracks per inch = Spuren pro Zoll) und Bitdichten von bis zu 1000 bpi (bits per inch = Bit pro Zoll) bei einer sogenannten High-Density-Disk. Doch das ist für Festplatten hoffnungslos zu wenig. Hier werden andere Beschichtungen eingesetzt. Die verv/endeten Oxidplatten haben beispielsweise eine maximale Spurdichte von 1000 tpi und eine maximale Bitdichte von bis zu 12000 bpi. In 5'¼-Zoll-Winche-ster-Laufwerken, von denen einige sogar schon bis zu 380 MByte speichern. werden überwiegend Dünnfilmplatten mit maximal 2000 tpi und 26000 bpi eingesetzt. Kleines Köpfchen, viele Daten Doch um diese — theoretischen — hohen Aufzeichnungsdichten der Beschichtung auch nutzen zu können, bedarf es höchster feinmechanischer Präzision. Der Kopf muß so klein wie möglich sein und soll sich zugleich so nahe wie nur irgendwie möglich über der Beschichtung befinden. Bei Diskettenlaufwerken liegt der Kopf fest auf der Diskette auf. Dabei schleift er ständig über die Diskettenoberfläche. Um Beschädigungen zu vermeiden, ist die Diskette daher mit einer Schutzschicht und der Kopf oft mit einer Keramikoberfläche überzogen. Zwar schleift sich die Beschichtung tatsächlich ab, aber die Hersteller von Qualitäts-Disketten garantieren viele Millionen Durchläufe pro Spur. Nicht so bei den Festplatten; diese sind zwar auch oft mit einer Schutzschicht überzogen, doch ist sie wesentlich dünner. Jede Erhöhung der Schutzschicht würde nämlich eine Erhöhung des magnetischen Widerstandes bedeuten, den ein Schreib- oder Lesesignal zu überwinden hat. Und eine Erhöhung des magnetischen Widerstandes würde wiederum einen höheren Schreib-/ Lesestrom nötig machen, was wiederum größere Kopfabmessungen bedeuten würde und so weiter. Die Sache ist logisch: Je geringer der Abstand der Köpfe zur Magnetschicht der Platten, desto mehr Spuren pro Zoll und desto mehr Bits pro Spur sind beschreib- beziehungsweise lesbar. Der Abstand zwischen Kopf und Platte, die »Flughöhe«, bewegt sich heute bei unter einem halben Mikrometer. Zur Veranschaulichung: Würde ein Jumbo-Jet im relativ gleichen Abstand vom Erdboden wie die Köpfe eines modernen Festplatten-Laufwerks zur Magnetschicht fliegen, so würde seine Flughöhe gerade 8 mm betragen. Aus dieser geringen Flughöhe ergibt sich die Forderung nach fast absoluter Staubfreiheit. Ein Rauchpartikel zum Beispiel hat schon mindestens einen Durchmesser von 1,6 Mikrometer, und ein menschliches Haar, das mindestens 50 Mikrometer dick ist, stellt für den Kopf bereits einen unüberwindlichen Felsbrok-ken dar. Hergestellt werden deshalb die Winchester-Laufwerke in sogenannten Reinräumen der Klasse 100. Das heißt, daß pro Kubik-Fuß Luft (ca. 30 Liter) nur 100 Staubteilchen erlaubt sind. Trotz dieser großen Reinheit, die selbst moderne Operationssäle übertrifft, ist die Luft schon bei der Herstellung nicht ganz einwandfrei. Deshalb wird sie im Laufwerk während des Betriebs nochmals ständig gereinigt. Dazu befinden sich im Laufwerk Filter, durch die die Luft — aufgrund des durch die rotierenden Platten entstehenden Luftstroms — hindurchgedrückt wird. Diese Filter fischen alle Teilchen bis zu einer Größe von 0,3 Mikrometer heraus — damit eben dem Kopf während seines Fluges nichts passiert. Doch bei dem Begriff Flughöhe drängen sich noch die Begriffe •»Starten« und »Landen« auf. Tatsächlich sind diese Ausdrücke auch gar nicht so weit hergeholt. Ein Abstand von unter einem halben Mikrometer ist mit mechanischen »Abstandshaltern« nicht mehr einzuhalten. Man macht sich deshalb bei Festplatten-Laufwerken den Effekt zunutze, daß durch die hohe Umdrehungszahl von 3600 Upm (Umdrehungen pro Minute) an der Plattenoberfläche Luftwirbel entstehen, bei denen der Kopf, entsprechende Formgebung vorausgesetzt, abheben und fliegen, beziehungsweise »aufschwim-men« kann. Mechanische Erschütterungen während des Betriebs können deshalb aber auch katastrophale Folgen haben, denn diese geringe Flughöhe wird leicht unterschritten. Das Ergebnis ist dann ein sogenannter »Head Crash«, also eine Berührung des Kopfes mit der Platte. Die Folge: Wichtige Daten sind unrettbar verloren oder das Laufwerk muß zur Reparatur eingeschickt werden. Wird das Laufwerk ausgeschaltet, dann gibt es je nach Hersteller drei Arten einer »Landung«. Entweder der Kopf landet, wo er sich gerade befindet. Dies ist oft bei billigeren Laufwerken der Fall. Die Hersteller garantieren aber meistens bis zu 10000 Starts und Landungen (deshalb die sehr dünne Schutzschicht), was in der Regel für PC-oder Heimcomputer-Anwendungen reicht. Der zweite Weg besteht darin, den Kopf zu einer im voraus bestimmten Landezone zu transportieren, wo er oft sogar noch mechanisch arretiert wird. Dadurch wird zumindest die Magnetschicht nicht beeinträchtigt. Die eleganteste Lösung ist natürlich die, daß der Kopf mit einem sogenannten »Head Lif-ter«-System abgehoben und auf diese Art und Weise jeglicher Kontakt mit der Platte vermieden wird. Solche Systeme finden vermehrt bei neueren 3'A-Zoll-Laufwerken Einsatz, da diese Laufwerke zu einem Großteil in tragbaren Computern, sogenannten »Laptops«, eingesetzt werden und hier mechanische Erschütterungen, gerade während des Transports, ganz normal sind. Durch diese ungeheure Präzision gibt es aber noch einen denkbaren Störfall: Beim Betrieb heizt sich nämlich die gesamte Platte und das Gehäuse auf etwa 60 bis 80 Grad Celsius auf. Schaltet man nun seinen Computer aus und öffnet im Winter ein Fenster direkt neben dem Gerät, dann kann es durch das plötzliche Zusammenziehen der erhitzten Teile zu irreparablen Schäden kommen. Durch die rotieren-don Platten entsteht ein Luftstrom, der durch Deshalb sind Festplatten aus den Laufwerken nicht entnehmbar. Auch bei der Zentrierung der Platten auf der Achse sind genaueste Toleranzen vorgeschrieben. Dies hat jedoch den für die Laufwerk-Hersteller positiven Effekt, daß man mehrere Platten zu einem ganzen Stapel kombinieren kann. So schaffen es beispielsweise Siemens und Maxtor, in ihren Laufwerken, die mehr als 300 MByte speichern können, sieben beziehungsweise acht Platten unterzubringen. Wichtig für die Beurteilung eines Laufwerks ist auch noch die mittlere Suchzeit (average accesstime), die vergeht, bis die Köpfe sich in der Position befinden, an der die Daten stehen beziehungsweise hingeschrieben werden. Der Arm, an dem die Köpfe angebracht sind, wird entweder durch Schrittmotoren (stepper motor) oder durch Linearmotoren (voice coil) angetrieben. Systeme mit Schrittmotoren bieten mittlere Suchzeiten von 70 bis 85 Millisekunden (Standardausführung vorausgesetzt). Diese ist zwar relativ lang, jedoch weist dieser Typ zwei entscheidende Vorteile auf, und das sind der günstige Preis und die in der Praxis bewiesene hohe Zuverlässigkeit. Wenn hier davon gesprochen wird, daß diese Zeiten auch »relativ lang« sind, dann muß man doch bedenken, daß sie für Einzelbenutzersysteme — wie sie Heimcomputer und PCs nun mal darstellen — vollkommen ausreichen. Wer seinen Computer nicht gerade mit der Stoppuhr auf die Probe stellen und dabei MByte von Daten umschaufeln will, kommt mit diesen Systemen prächtig zurecht. Weltrekord: Positionieren in 14 Millisekunden Spitzentechnologie bieten Systeme, bei denen der Arm, auf dem die Köpfe sitzen, durch einen Linearmo-tor bewegt wird. Diese Art der Positionierung hat sich vor allem bei größeren Laufwerkkapazitäten (ab etwa 30 MByte) durchgesetzt, da es hier auf höchste Genauigkeit ankommt. Bei diesen Systemen müssen nämlich die Informationen, die die Spurposition definieren, erst von der Platte selbst gelesen werden. Dazu schreibt der Hersteller einer Festplatte eine sogenannte Servoin-formation auf die Platte. Diese wird gelesen, von einer Elektronik ausgewertet und für die Positionierung der Köpfe verwendet. Damit entsteht ein Regelkreis. Mit solchen Festplatten sind Zugriffszeiten zwi- Womit wir bei der Frage wären: Wieviel MByte sind für einen Einsatz mit dem heimischen Computer noch sinnvoll? Als Standard kommen heute überwiegend 20-MByte-Modelle zum Einsatz. Doch seit es Speicher-verwaltungs-Software gibt, die auch Laufwerke anspricht, die mehr als 32 MByte speichern können (dies ist nämlich die zum Beispiel von MS-DOS gesetzte »Schranke«), werden auch vermehrt Laufwerke gekauft, die zwischen 50 und 85 MByte Speicherkapazität bieten. Es scheint also, daß für solche Speichergrößen tatsächlich ein Bedarf besteht. Bei manchen Laufwerkherstellern gibt es inzwischen bereits Aufrüstsätze zu kaufen: inbegriffen sind Laufwerk, Software, Montageteile und Kabel. (Engelbert Hörmannsdorfer/jg) ,HC/Juli 1987 |
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