AUGE eV - Der Verein der Computeranwender

AUGE e.V. - Der Verein der Computeranwender
Festplatten:
Entwicklung und Überblick
Marktheidenfeld-Edition
Peter G. Poloczek, M5543
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Vor den Festplatten
 Disketten als Speichermedium
 SD-Disketten: 125 kbit/s Übertragungsrate
 DD-Disketten: 250 kbit/s
 HD-Disketten: 500 kbit/s
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Die ersten Festplatten
 Schnittstelle: ST506, von Seagate 1982
für 5 ¼“-Festplatten entworfen
 Erste Platten:
− ST 506: 5MB
− ST 412: 10 MB
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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
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ST-506 MFM mit Twin-Kabel
Quelle: Wikipedia, J.Nixdorf
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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)
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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
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IDE-Kabel + Anschlüsse
Quelle: Wikipedia,
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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.
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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
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Anschlüsse
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


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
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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
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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
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ATA-3 (1996–2002)
 Zwei neue Funktionen:
 S.M.A.R.T. (Parameter auslesen) und
 Security Feature Set (BIOS-PasswortSystem)
 Leistungsfähigkeit und Übertragungsmodi
haben sich gegenüber ATA-2 nicht
verändert.
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ATA/ATAPI-4 (1997–2008)
 Nun werden CD-ROM-Laufwerke und CDBrenner 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.
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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
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ATA/ATAPI-6 (seit 2000)
 Mit ATA-6 und dem Modus Ultra-DMA100 (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
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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)
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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, SATA300), Rev. 2.x
 Serial-ATA 6.0 Gbit/s (SATA III, SATA600), Rev. 3.x vom Mai 2009
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SATA-Kabel
Assmann-Kabel
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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
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SSD
 SSD=Solid-State-Drive
 Entwickelt von Storage Tek 1978(!)
 Markteinführung: Msystems 1996
 Vorteile:
− mechanische Robustheit
− sehr kurze Zugriffszeiten
− keine Geräuschentwicklung aufgrund
beweglicher Bauteile
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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
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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)
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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.- €
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Neue Anschlussnorm M.2
 Besonders SSDs werden als kleine
Steckplatine realisiert
 Basis: mSATA-Standard
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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.- €
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Hybrid-Technologie
 Kombination von SSDs mit normalen
Festplatten
 Beispiel: WD:
− 1 TB Festplatte
− 120 GB SSD
− Preis: ca. 190.- €
 Ansätze schon vorher per FestplattenCache
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Hybrid - nachgerüstet
 Freier 6G-Anschluss (3G geht auch):
 Kleine SSD mit spezieller Software als
Cache
 Beispiel:
SanDisk ReadyCache
mit 32GB
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PC aufrüsten
 Boot-Platte durch SSD ersetzen
 Im BIOS: SSD einstellen
 Und dann gibt es mehrere Möglichkeiten
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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 X/14
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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
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Variante: BetriebssystemPartition abspecken
 Vieles – zum Beispiel die BenutzerDaten - lässt sich „woanders“ hin legen
 Der Rest des Betriebssystems passt
dann auf eine kleinere SSD.
 Klonen wie vorher.
 Vorteil: Billiger!
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Variante: System neu aufbauen
 Sicher einer der besseren Wege.
 Vorteil: Neue, saubere Installation.
 Nachteil: Zeitaufwändig, da alle Software
neu installiert werden muss.
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Windows 7 + Boot-SSD – Teil 1
 Verschiedene Vorschläge:
− Defragmentierung für die SSD abschalten
− Superfetch deaktivieren (per Dienste)
− Prefetching deaktivieren (per Registry)
− Windows Search deaktivieren (???)
− Readyboost deaktivieren (Dienst)
− Ruhezustand deaktivieren (powercfg -H off)
− Auslagerungsdatei auf andere Platte legen
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Windows 7 + Boot-SSD – Teil 2
 Weitere Vorschläge:
− Boot-Time-Defragmentierung abschalten,
falls überhaupt an (per Registry)
 Wovon ich NICHTS halte:
− Dateisystem Timestamp-Funktion
deaktivieren
− DOS Filename Kompatibilität / 8.3
Dateinamen abschalten
− Systemwiederherstellung abschalten
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Windows 8.1 + Boot-SSD – Teil 1
 Tipps:
− Defragmentieren kann anbleiben – Windows
sendet automatisch den TRIM-Befehl
− Prefetch, Superfetch, Ready Boost
abschalten
− Indizierung der SSD abschalten
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Danke für die Aufmerksamkeit!