Festplatte, Partition, Cluster & Co.

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Übersicht:

Auto-Park
AV-Festplatte
Bootsektor
CHS-Adressierung
Cluster (mehr über den "Festplattenverbrauch")
Dateisystem
Datentransfer
Diskmanager
Drive-TIP
ECC On-the-fly
FAT
HPFS
LBA
logisches Laufwerk
Mapping
MBR
MR-Head
NTFS
Partition
Sektor
S.M.A.R.T.
Spur
Zylinder

Eine Festplatte - "Harddisk", "Harddrive" oder "Winchester" genannt - ist ein Datenträger, der fest im Rechner eingebaut ist und eine größere Datenmenge aufnehmen kann. Eine Festplatte ist zwar viel langsamer als der RAM-Speicher, aber gespeicherte Daten bleiben auf der Festplatte auch dann erhalten, wenn der Computer ausgeschaltet wird. Gegenüber weiteren Speichern wie CD-ROM, DVD oder Diskette gilt die Festplatte allemal als schnellster Speicher.

Auto Park

Beim Ausschalten der Festplatte bewegen sich die Schreib-/Leseköpfe in eine spezielle Landezone und setzen auf der Platte auf. Dieser Bereich der Platte bleibt zur Datenaufzeichnung ungenutzt.

AV-Festplatte

Optimierte SCSI-Festplatte zur Video- und Musikbearbeitung, die einen gleichmäßige Fluß der Daten und eine minimale Übertragungsgeschwindigkeit garantierte. Weiterhin wird im Gegensatz zu Standard-Festplatten keine Neujustierung des Schreib/Lesekopfes während der Übertragung vorgenommen.

Bootsektor

Erster Sektor einer Diskette oder Festplatte bzw. eines logischen Laufwerkes, in dem Informationen über den Aufbau des Datenträgers gespeichert sind - etwa die Größe der Cluster und der Partition. Der Bootsektor enthält bei Systemdisketten auch das Startprogramm für den PC. (siehe auch MBR - Master Boot Record)

CHS-Adressierung

Abkürzung für "Cylinder-Head-Sector-Adressierung" bzw. Zylinder-Kopf-Sektor-Adressierung. Nach diesem Schema präsentiert das BIOS die Festplatte dem Betriebssystem. Jeder Sektor läßt sich so klar lokalisieren und adressieren. CHS unterliegt mehreren Einschränkungen: Die Schnittstelle zwischen IDE und BIOS reserviert nur 16 Bits für die Zylinder (maximal sind 65.536 möglich), 4 Bits für die Köpfe (maximal 16) und 8 Bits für die Sektoren pro Spur (maximal 256). Das BIOS hat 10 Bits für die Zylinder zur Verfügung (1024), 8 Bits für die Köpfe (256) und 6 Bits für die Sektoren (63, da ab 1 gezählt wird). Bei diesen Grenzen ist jeweils der niedrigere Wert entscheidend, so daß alte BIOS-Versionen nur 1024 x 16 x 63 x 512 Bytes = 504 MB adressieren können (ein Sektor ist 512 Bytes groß).

Neuere BIOS-Versionen stocken per Mapping die Anzahl der Schreib-/Leseköpfe auf 255 auf und kommen damit auf 7.844 GB. Und die Funktionserweiterung des Interrupts 13h befreit das Betriebssystem vom BIOS- und CHS-Korsett - es kann damit jede derzeit gängige Festplatte voll adressieren.

• siehe auch LBA (Logical Block Addressing)
   

passenden Software gibt es z.B. bei

attraktiv ist u.a.:
Partition Magic

Cluster (Zuordnungseinheit)

Ein Cluster (Zuordnungseinheit) faßt mehrere Sektoren zusammen. Die Anzahl hängt von Partitionsgröße und Dateisystem ab. 8 Sektoren pro Cluster gibt es etwa

• bei einer FAT16-Partition von 128 bis 255 MB Größe,
• bei einer FAT32-Partition bis maximal 8191 MB und
• bei einer NTFS-Portion von 2049 bis 4096 MB.

Unter Win 95/98 liegt die maximale Größe einer Zuordnungseinheit bei 64 Sektoren. Je mehr Sektoren pro Cluster verwendet werden, desto größer ist die Platzverschwendung bei kleinen Dateien, da jede Datei mindestens einen Cluster belegt:

Dem aufmerksamen PC-Nutzer wird aufgefallen sein, daß umfangreiche Programme mit vielen Dateien auf großen Festplatten gegebenenfalls viel mehr Festplattenspeicher verbrauchen als ursprünglich angenommen bzw. vom Installationsprogramm ausgerechnet. Besonders auffällig ist dieses bei der alten FAT-Technologie - FAT16.

Da MS-DOS bzw. WINDOWS 95 (Version A) ein logisches Laufwerk nur in maximal 65 536 Cluster unterteilen kann, ist die Größe der einzelnen Cluster von der Größe des Datenträgers abhängig - nämlich 512, 1024, 2048, 4096, 8192 Bytes,... (siehe auch Tabelle weiter unten). Das Formatierungs-Programm paßt die Clustergröße jeweils so an, daß die Maximalzahl nicht überschritten wird.

Die Clustergröße von Datenträgern läßt sich mit den MS-DOS bzw. Windows-Programmen CHKDSK bzw. SCANDISK leicht ermitteln. So beträgt etwa die Clustergröße einer HD-Diskette 512 Bytes, während viele Festplatten eine Clustergröße von 2048 Bytes aufweisen.

Da jeder Cluster nur von maximal einer Datei (!) benutzt werden kann, bleibt bei Dateien, die kleiner als ein Cluster sind, immer ein Teil des Clusters unbenutzt. Dasselbe gilt für den letzten Cluster einer Datei, der ebenfalls nur teilweise genutzt wird. Auch eine Datei, die gerade mal ein Byte groß ist, belegt also auf dem Datenträger einen vollen Cluster, eben beispielsweise 2048 Bytes bei einer 250 MB großen Festplatte und bereits 16 KB auf einer Gigabyte-Partition.

Aus Anwender-Sicht muß nun bedacht werden, daß in einem konkreten Fall die meisten CAD-Symbole 4096 Bytes groß sind und deshalb auf jeder Festplatte, die größer als 255 MB ist (Clustergröße von 8192 Bytes und mehr), mindestens das Doppelte Ihrer eigentlichen Größe belegen. Damit man sich ein möglichste klares Bild von dieser Situation machen kann, wurde hier die Installation einer konkreten Software in Hinblick auf das Verhältnis von Festplattengröße und verbrauchtem Speicherplatz untersucht:

Die Tabelle macht deutlich, daß mehr als 200 MB Festplatten-Speicher verschenkt werden, wenn die Software auf einer 2 GB-Partition installiert würde. 33 MB werden immerhin noch auf einer 500 MB-Partition "geopfert".

Zum Vergleich dieselbe Installation aber ohne die vielen einzelnen (kleinen !) Symbole-Dateien:

Zum Vergleich eine WINDOWS 95-System-Partition mit jeder Menge WINDOWS-Programmen und Anwendungssoftware.

ACHTUNG: Das nachträglich Ändern der Festplattenpartitionierung führt zum Verlust der bisher abgespeicherten Daten. Darum sollten Sie auf keinen Fall aufgrund dieser Erkenntnisse nun einfach Ihre Festplatte neu partitionieren!!!!

Hinweis: Die hier aufgezeigt Problematik betrifft das in die Tage gekommene FAT-Dateisystem von MS/DOS, Windows 3.11 und Windows 95a. Ab Windows 95b oder Windows NT4 können alternative Dateisysteme verwendet werden (FAT32 oder NTFS), dann sind zumindest die so eingerichteten Partitionen von dieser Art des Speicherverbrauches nicht betroffen.

Diese Untersuchungen wurden mit Hilfe des Shareware-Programmes "Partition Cluster Analysis" gemacht, das hier vom AEC.WEB downgeloadet werden kann. (Klicken Sie dazu auf das Diskettensymbol.)

Dateisystem

Das Dateisystem ist der Teil des Betriebssystems, der Dateien auf Datenträgern verwaltet:

• Windows 95 (einschließlich der Version A) und MS-DOS ab Version 5 verwenden FAT16,
• Windows 95 B/C und 98 arbeiten mit FAT16 oder FAT32,
• Win NT 3.51 sowie OS/2 setzen HPFS ein (High Performance File System),
• Win NT 4 nimmt NTFS (New Technology File System) und
• Linux EXT2 (Extended Secondary File System).

Diese Dateisysteme sind zueinander inkompatibel. Aus Platzgründen ist das FAT32-Dateisystem für Windows-95 B/C sowie Windows-98-Nutzer am effektivsten.

Datentransfer

Die Datentransferrate ist die Geschwindigkeit, mit der ein Datenträger Festplatte Daten liefert. Als interne Datenrate bezeichnet man das Tempo, mit dem Daten zwischen Speichermedium und Schreib-/Lesekopf übertragen werden. Sie begrenzt die tatsächlich nutzbare Datentransferrate: Selbst bei sehr guten ElDE-Platten erreicht sie selten mehr als 20 MB/s (Stand 1999). Die externe Datentransferrate zwischen Platten-Controller und (E)lDE-Controller im PC beträgt beispielsweise im Ultra-DMA-Modus maximal 66 MB/s (Der externe Datentransfer kann schneller sein als der interne, wenn Daten im Cache-Bereich der Festplatte gepuffert werden).

Diskmanager

Ein Diskmanager wie EZ Drive von Microhouse oder der Diskmanager von Ontrack stellt die gesamte Plattenkapazität zur Verfügung, die eigentlich bei "alten" PCs 504 MB nicht überschreiten kann (siehe CHS-Adressierung). Dazu überschreibt er den MBR in Spur 0, Schreib-/Lesekopf 0, Sektor 1. Da der MBR beim PC-Start zuerst geladen wird, kontrolliert der Diskmanager den Bootvorgang und sämtliche Zugriffe auf die Platte.

Drive-TIP

Abkürzung für "Temperature indicator processor" • Erweiterung der S.M.A.R.T.-Spezifikation von IBM. Ein kleiner Sensor auf der Platine mißt in Intervallen die Temperatur der Festplatte. Beim Überschreiten einer Solltemperatur werden Fehlermeldungen auf die Festplatte geschrieben.

ECC On-the-fly

Hardwareseitige Fehlerkorrektur bei Festplatten, geschieht direkt während des Datentransfers.

FAT

Abkürzung für "File Allocation Table" • Dateizuordnungstabelle auf Festplatten, Disketten und CD-ROMs, die die Positionen von Dateien und Verzeichnissen auf dem Datenträger enthält (siehe auch NTFS).

FAT bezeichnet sowohl die Dateizuordnungstabelle selbst, die den Platz auf der Festplatte verwaltet und die freien, belegten sowie defekten Cluster protokolliert, als auch das Dateisystem. Die FAT folgt direkt nach dem Bootsektor. Im Anschluß daran liegt eine Kopie der FAT.

Das Dateisystem FAT16 (MS-DOS und Windows 95 A ) verwaltet maximal 65.536 Cluster (Zuordnungseinheiten), die FAT32-Variante (ab Windows 95 B) kann 2²⁸ (2 hoch 28) Cluster ansprechen.

HPFS

Abkürzung für "High Performance File System" • leistungsfähiges Dateisystem, das im Vergleich zum unter DOS üblichen FAT-Dateisystem mehr Dateiattribute und lange Dateinamen unterstützt. HPFS kann unter den Betriebssystemen OS/2 und Windows NT eingerichtet werden.

LBA

Abkürzung für "Logical Block Addressing" • Methode zur Adressierung der Spuren eines Laufwerks, bei der Zylinder, Head und Sektor in logischen Blöcken zusammengefaßt sind.

LBA löste Ende 1995 die auf der Festplatten-Geometrie beruhende CHS-Adressierung ab. Bei LBA sind alle Sektoren der Festplatte - von null beginnend - durchnumeriert. Das auf 28 Bit basierende LBA verwaltet maximal 128 GB. 2000 kommt voraussichtlich eine 64-Bit-LBA-Variante, die bis zu 8.589.934.592 Terrabytes adressiert.

logisches Laufwerk

Einteilung eines physikalischen Datenträgers in mehrere Laufwerke (C:, D:, E: usw.). Dazu muß die Festplatte eine erweiterte Partition besitzen, da eine primöre Partition lediglich aus einem logischen Laufwerk bestehen kann.

Ein logisches Laufwerk hat auf Betriebssystemebene dieselben Eigenschaften wie ein physikalisches Laufwerk.

Mapping

Englische Bezeichnung für die Zuordnung eines (Netzwerk-)Laufwerksnamens zu einem Verzeichnispfad.

Mapping bezeichnet auch den Rechenvorgang, den das BIOS vornimmt, um die Zahl der Zylinder auf unter 1024 herunterzurechnen. Dazu halbiert das BIOS die Zylinderzahl so lange, bis maximal 1024 "übersetzt" sind. Damit die Gesamtzahl der Sektoren stimmt, verdoppelt es die Kopfzahl entsprechend. Das BIOS kann dabei beliebig vorgehen, doch nehmen BIOS-Versionen ab Mitte 1997 als Basis für das Mapping 15 Schreib-/Leseköpfe an; ältere gingen von 16 Schreib-/Leseköpfen aus.

• siehe auch CHS-Adressierung

Master

An einem (E)!DE-Controller lassen sich zwei (E)lDE-Laufwerke anschließen. Damit der Controller diese unterscheiden kann, muß eines als Master konfiguriert sein. Das zweite Laufwerk ist dann automatisch der Slave.

MBR

Abkürzung für "Master Boot Record" • MBR ist der erste Sektor einer Festplatte. Er steht immer an derselben Stelle, egal welches Mapping das BIOS verwendet. In diesem Sektor befindet sich das Systemstartprogramm, das den Bootsektor der aktiven Partition lädt und so dem Betriebssystem auf die Sprünge hilft. Auch stehen dort Informationen, wie die Platte partitioniert ist.

MR Head

Abkürzung für "magnetoresistive heads" • Schreib-/Lesekopf bei Festplatten, der mit Hilfe des magnetoresistiven Elements beim Lesen einen stärkeren Signalpegel liefert. Wird bei hohen Speicherdichten notwendig.

NTFS

Abkürzung für "New Technology File System" • Dateisystem mit neuerer Technologie, das mit WINDOWS NT eingeführt wurde. Dieses Dateisystem unterstützt lange Dateinamen, erweiterte Dateiattribute und sehr große Speicherkapazitäten (bis zu 2 hoch 64 Bit, also ca. 17 Milliarden GByte).

passenden Software gibt es z.B. bei

attraktiv ist u.a.:
Partition Magic

 
Partition

Beim Partitionieren unterteilen spezielle Programme wie FDISK (DOS, Windows 95/98) die Festplatte in mehrere Bereiche / Laufwerke (C:, D:, E:,...) - sogenannte Partitionen. Das ist beim Dateisystem FAT16 auf großen Festplatten sogar ein Muß, da FAT16 nur bis zu 2 GB verwalten kann.

Es gibt zwei Typen: die primäre und die erweiterte Partition. Pro Festplatte sind maximal vier Partitionen möglich. Um eine Festplatte nutzen zu können, muß zumindest eine Partition anlegt und formatiert werden:

• Von der aktiven Partition startet das Betriebssystem oder der Bootmanager. Es darf / kann nur eine primäre Partition aktiv sein.
• Nur die primäre Partition läßt sich aktivieren und ist dann die aktive Partition. DOS und Win 95/98 benötigen eine primäre Partition zum Booten.
• In einer erweiterten Partition lassen sich mehrere logische Laufwerke anlegen. Maximal sind 23 logische Laufwerke möglich.

Achtung: Wird nachträglich die Partitionsgröße geändert wird, gehen üblicherweise alle zuvor gespeicherten Daten verloren! Allerdings verspricht Partition Magic, in Benutzung befindliche Festplatten auch nachträglich ohne Datenverlust umpartitionieren zu können.

Sektor

Der Sektor ist die kleinste adressierbare Einheit einer Platte. Er ist 512 Bytes groß.

S.M.A.R.T.

Abkürzung für "Self monitoring, analysis, and reporting technology" • Selbstdiagnose bei Festplatten, um Datenverluste vorzubeugen. Dabei werden Parameter wie Flughöhe der Köpfe, Durchsatzrate, Positionierungszeit und Anzahl der Fehlversuche beim Lesen/Schreiben überwacht. Dieser Industriestandard wurde von IBM und Compaq initiiert.

Spur

Jede Scheibe einer Festplatte ist in mehrere tausend konzentrische Kreise unterteilt. Ein Kreis wird Spur genannt. Spur 0 ist per Definition der äußerste Kreis einer Scheibe.

Zylinder

Als Zylinder bezeichnet man die übereinander liegenden Spuren eines Plattenstapels. Eine Festplatte mit vier Scheiben hat Zylinder, die aus acht Spuren bestehen (zwei Spuren - Vorder- und Rückseite - pro Scheibe). Eine Platte kann auf alle Spuren eines Zylinders zugreifen, ohne die Schreib-/Leseköpfe neu zu positionieren.
 

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siehe auch (auf anderen Glossar-Seiten):

CD-ROM
Datensicherung
Diskette
DVD
IDE / E-IDE
RAID
SCSI

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