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Geprüft am 2026-06-21. Was noch umstritten ist, wird als umstritten gekennzeichnet.
Mit der Ablösung des Longitudinal Magnetic Recording durch Perpendicular Magnetic Recording (PMR) – einem seit den 1970er Jahren bekannten, aber damals nicht beherrschten Speicherprinzip – gelang es durch intensive Forschung seit 2000, die Datendichte weiter zu steigern. Die erste Festplatte mit dieser Speichertechnik kam 2005 von Hitachi: eine 1,8″-Festplatte mit 60 Gigabyte. Seit 2008 verwenden die meisten Festplatten diese Technologie (ab 200 GB/Scheibe bei 3,5″). Etwa seit 2014 verwenden manche Laufwerke „Shingled Magnetic Recording“ (SMR), bei dem eine Datenspur in ihre beiden Nachbarspuren hineinreicht; hierbei müssen ggf. mehrere parallele Spuren gemeinsam geschrieben werden oder Nachbarspuren müssen nach einem Schreiben repariert werden, was zu einer niedrigeren effektiven Schreibdatenrate führt. Hiermit sind 3,5″-Festplatten mit über 12 TB Kapazität möglich (Stand: 12/2017). Durch Einsatz von „Two-Dimensional Magnetic Recording“ (TDMR) kann die Datendichte nochmals um ca. 10 % gesteigert werden, das setzt aber mehrere Leseköpfe pro Seite und eine aufwändigere Elektronik voraus, weswegen der Einsatz teuren Laufwerken mit sehr großer Kapazität vorbehalten ist.
Quellen: de.wikipedia.org
==== Achsen-Lagerung und Drehzahlen ==== In Arbeitsplatzrechnern oder Privat-PCs verwendete Festplatten – momentan zum größten Teil Platten mit ATA-, SATA-, SCSI oder SAS-Schnittstelle – rotieren mit Geschwindigkeiten von 5400 bis 10.000 min−1. Im Bereich der Hochleistungsrechner und Server werden überwiegend Festplatten eingesetzt, die 10.000 oder 15.000 min−1 erreichen. Bei den 2,5-Zoll-Festplatten für mobile Geräte liegen die Spindelgeschwindigkeiten im Bereich von 5400 bis 7200 min−1, wobei 5400 min−1 sehr verbreitet ist. Die Drehzahl muss hochpräzise eingehalten werden, da sie die zeitliche Länge eines Bit bestimmt; wie bei der Kopfpositionierung wird auch hier ein Regelkreis (englisch Servo) verwendet. Die Achsen der Scheiben früherer Festplatten (bis 2000) waren kugelgelagert; in neuerer Zeit werden überwiegend hydrodynamische Gleitlager (englisch „fluid dynamic bearing“ – FDB) verwendet. Diese zeichnen sich durch eine höhere Lebensdauer, geringere Geräuschentwicklung und geringere Herstellungskosten aus.
Quellen: de.wikipedia.org
==== Die Schreib-Lese-Kopf-Einheit ==== Der Schreib-Lese-Kopf (Magnetkopf) des Schreibfingers, im Prinzip ein winziger Elektromagnet, magnetisiert winzige Bereiche der Scheibenoberfläche unterschiedlich und schreibt somit die Daten auf die Festplatte. Aufgrund eines Luftpolsters, das durch die Reibung der Luft an der rotierenden Scheibenoberfläche erzeugt wird, schweben die Schreib-Lese-Köpfe (vgl. Bodeneffekt). Die Schwebehöhe lag 2000 im Bereich von etwa 20 nm. Aufgrund dieser geringen Distanz darf die Luft innerhalb des Festplattengehäuses keinerlei Verunreinigungen enthalten. Bei neueren Festplatten mit Perpendicular-Recording-Technik schrumpft dieser Abstand auf 5 bis 6 nm. Aktuell angekündigte Platten (2011) mit 1 Terabyte/Scheibe erlauben noch Flughöhen von maximal 3 nm, damit das Signal durch Abstandsverluste nicht zu stark geschwächt wird. Die Herstellung von Festplatten erfolgt deshalb wie die von Halbleitern in Reinräumen. Der Bodeneffekt ist in diesem Zusammenhang sehr nützlich zur Einhaltung der richtigen Flughöhe des Schreib-Lese-Kopfes über der rotierenden Scheibe. Die Daten wurden bis etwa 1994 durch die Induktionswirkung des Magnetfeldes der magnetisierten Fläche der Datenträgeroberfläche in der Spule des Schreib-Lese-Kopfes ausgelesen. Über die Jahre wurden jedoch aufgrund der steigenden Datendichte die Flächen, auf denen einzelne Bits gespeichert werden, immer kleiner. Um diese Daten auszulesen, wurden kleinere und empfindlichere Leseköpfe benötigt.
Quellen: de.wikipedia.org
==== Kopfpositionierung ==== In der Anfangszeit der Festplatten wurden die Schreib-Lese-Köpfe wie bei Diskettenlaufwerken mit Schrittmotoren angesteuert, die Spurabstände waren noch groß (siehe auch bei Aktor). Eine größere Positionierungsgenauigkeit und damit eine höhere Spurdichte erreichten Tauchspulsysteme, die über magnetische Informationen auf einer dedizierten Plattenoberfläche in einem Regelkreis gesteuert wurden (dedicated servo), aber wie Schrittmotorsysteme empfindlich auf unterschiedliche thermische Ausdehnungen und mechanische Ungenauigkeiten reagierten. Spätere und heute noch übliche Systeme verwenden magnetische Positionsinformationen, die in regelmäßigen Abständen zwischen den Datensektoren auf jeder der Oberflächen eingebettet sind (embedded servo). Diese Methode ist elektronisch aufwendiger, aber mechanisch einfacher und sehr unempfindlich gegen störende Einflüsse. Vor der Servoinformation liegt üblicherweise eine spezielle Markierung, die das Kopfsignal vom Datenmodus in den Servomodus schaltet, die Information liest, an die Positionierung weitergibt und mit einer abschließenden Markierung wieder in den Datenmodus zurückschaltet. Die dadurch erreichte Positionierungsgenauigkeit liegt weiter unterhalb 1 µm. Bei der Hitachi Deskstar 7K500 aus dem Jahr 2005 beträgt die Spurdichte 5,3 Spuren/µm, die Bitdichte 34,3 Bit/µm. Das sind 182 Bit/µm². Einteilige Kopfträgersysteme sind in der Präzision durch die Trägheit des Kopfarms beschränkt.
Quellen: de.wikipedia.org
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