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Informationen zum Festplatten-Aufbau

Festplatten sind bei allen Computern der tragende Teil: Auf ihnen laufen das Betriebssystem und die Programme, alle erzeugten Dateien werden ebenfalls auf ihnen gespeichert. Ohne die Haupt-Festplatte ist also gar kein Betrieb möglich. Fehler auf der Festplatte, die ein Schreiben oder Lesen auf ihnen unmöglich machen, führen also zu einem Totalausfall des Systems. Kleinere Fehler, die nur einzelne Sektoren betreffen, können partielle Datenverluste zur Folge haben, führen aber weiterhin auch zu einer deutlichen Verlangsamung des Systems und möglicherweise auch zu Abstürzen.

In Hinblick auf die Leistungsfähigkeit des Computers stellen Festplatten heute den „Flaschenhals“ dar: die Zugriffszeit und die Zeit für das Schreiben und Lesen auf eine klassische Festplatte sind der begrenzende Faktor, wenn es um die Verarbeitungsgeschwindigkeit geht. Je schneller die Festplatte arbeitet, desto schneller arbeitet der Computer auch insgesamt. Schnelle Mehrkernsysteme werden deshalb durch langsame oder fehlerbehaftete Festplatten regelrecht ausgebremst. Beides sollte immer aufeinander abgestimmt sein, die Festplatte muss, um die volle Leistung des Rechners zu erhalten, auch frei von Fehlern und fehlerhaften Sektoren sein.

Festplatten sind dabei einem natürlichen Verschleiß unterworfen: je häufiger die Zahl der Zugriffe ist, und je häufiger auf weit voneinander entfernte Sektoren zugegriffen werden muss, desto höher ist der Verschleiß der Festplatte und desto kürzer die Lebensdauer. Eine pauschale Aussage über die Lebensdauer von Festplatten kann dabei nur schwer getroffen werden – je nach Intensität der Nutzung und zusätzlichen Verschleißfaktoren kann die Lebensdauer einer Festplatte aber auch nur wenige Jahre betragen, bevor erste Leistungsverluste durch Verschleiß zu bemerken sind. Eine regelmäßige Überprüfung der Festplatte ist daher sinnvoll, um bereits erste Anzeichen von Verschleißschäden und Leistungseinbußen zu bemerken.

Besondere Bedeutung kommt dabei auch der regelmäßigen Wartung der Festplatte zu: Insbesondere die hohe Fragmentierung der auf der Festplatte gespeicherten Dateien kann die Arbeit, die die Festplatte verrichten muss – und damit auch den Verschleiß – sehr deutlich erhöhen, und die Zugriffszeiten und den Programmstart auch ohne vorhandene Verschleißerscheinungen bereits deutlich verlangsamen. Eine regelmäßige Überprüfung auf den Fragmentierungsgrad der gespeicherten Daten und je nach Bedarf eine regelmäßige Defragmentierung der Festplatte sind also wichtige Maßnahmen, um die Lebensdauer der Festplatte zu erhöhen und vorzeitigem Verschleiß vorzubeugen. Das gesagte gilt allerdings nur für „klassische“ Festplatten: Solid State Disks sind, da sie keinerlei mechanische Teile enthalten, vom Verschleiß weit weniger betroffen. Auch hier kann man zwar die Leistungswerte messen, in der Regel verändern sie sich aber über die gesamte Betriebsdauer hinweg nur wenig und lassen sich auch in weit geringerem Maße beeinflussen.

Zwei wichtige Leistungswerte für Festplatten:

  1. Die maximale Transfergeschwindigkeit: Je mehr Daten pro Sekunde von und zur Festplatte gelangen, desto leistungsfähiger ist sie. Die Transfergeschwindigkeit wird dabei in MB/s gemessen und angegeben. Moderne Festplatten liefern heute durchschnittlich Transfergeschwindigkeiten von rund 55 MB/s, höherwertige Festplatten schaffen aber auch Werte von 70 MB/s oder im Einzelfall sogar über 85 MB/s. Ein Abfallen der maximalen Transfergeschwindigkeit deutet dabei auf Verschleißerscheinungen hin. Beachten muss man hierbei, dass die Transferrate beim Lesen und beim Schreiben auf die Festplatte unterschiedlich hoch ist. Fehler oder Verschleiß lassen sich vor allem aus den Lesewerten ableiten.
  2. Die Zugriffszeit wird in Millisekunden gemessen. 15 ms gilt als Richtwert für moderne, vollkommen intakte Festplatten, leistungsfähigere Modelle schaffen auch Zugriffszeiten, die deutlich darunter liegen – bis zu 8 ms für High-End-Festplatten sind hier möglich. Ebenso wie bei der maximalen Transfergeschwindigkeit ist auch ein Ansteigen der Zugriffszeit ein Zeichen für erhöhten Festplattenverschleiß – möglicherweise auch für eine hohe Fragmentierungsquote des Datenbestands auf der Festplatte.

Beide Leistungswerte sollte man also in regelmäßigen Abständen im Auge behalten. Die Umdrehungszahl einer Festplatte ist eine fest eingestellte Größe, und kann auch nicht verändert werden. Sie ist lediglich ein Maß für die Leistungsfähigkeit der Hard Disc. Hochleistungs-Festplatten für den Business-Bereich leisten oft bis zu 10.000 Umdrehungen pro Minute – während herkömmliche Festplatten gewöhnlich weit unter diesem Wert liegen. Höhere Umdrehungszahlen bedeuten nicht automatisch höheren Verschleiß – das Risiko ist aber immerhin, vor allem bei intensivem Gebrauch – möglicherweise höher.

Was man bei dieser Gelegenheit interessanterweise auch noch feststellen kann: Die Speicherdichte und die Geschwindigkeit haben sich in den letzten bei Festplatten ungleichmäßig entwickelt. Die Kapazität der Festplatten ist seit den neunziger Jahren um das rund 6.000-fache gestiegen, während die Leistungsfähigkeit sich im gleichen Zeitraum lediglich rund verhundertfacht hat. Insgesamt genommen waren alte Festplatten also enorm viel leistungsfähiger als es moderne sind. Erst die Entwicklung neuer Speichertechnologien kann diesen Einbruch unter Umständen wieder aufholen. Jede Festplatte ist in der Praxis nur so schnell, wie der Datendurchsatz durch die Schnittstelle möglich ist. Das hängt mit auch von der Art der Anbindung der Festplatte ab – etwa SATA oder IDE. In der Regel sind das aber auch nicht veränderliche Größen – es ist aber dennoch interessant, die Leistungsfähigkeit der Schnittstelle zu testen.

Testen der Funktionalität einer Festplatte

Eine einfache Fehlerüberprüfung der Festplatte ist bereits über das Betriebssystem möglich, ebenso wie die Fragmentierungsrate. Die Funktionsweise des Kommandozeilen-Programms Chkdsk, das es bei Windows seit Version 7 auch mit einer grafisch gestalteten Oberfläche gibt, ist relativ unkompliziert. Im Schnelldurchlauf werden alle Teile des ausgewählten Datenspeichers durchleuchtet und auf die Integrität und Unversehrtheit der Daten hin überprüft. Das Programm kann aber auch mit bestimmten Parametern laufen, und beispielsweise unter dem Parameter /f auch versuchen, beschädigte Datenpakete zu bergen und fehlerhafte Sektoren zu reparieren. Unter Unix-ähnlichen Betriebssystemen lautet der Befehl für das Betriebssystem fsck.

S.M.A.R.T. Werte testen

Anhand der S.M.A.R.T Funktionswerte lässt sich die Festplatte allerdings wesentlich eingehender prüfen, und auch eine Aussage über ihren „Gesundheitszustand“ treffen. Dafür gibt es Tools sowohl als Freeware als auch als kostenpflichtige Software, die S.M.A.R.T – Auswertungen vornehmen und interpretieren können. Das Acronym SMART steht dabei für „Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology“. Die Aussagekraft der SMART-Werte ist durchaus signifikant: nach einer von Google in Auftrag gegebenen, umfangreichen Studie können 64 Prozent aller Festplatten-Ausfälle durch Analyse der SMART-Werte vorhergesagt werden, selbst wenn man Warnsignale wie Datenfehler oder Geräusche einmal außer Acht lässt. Lediglich in rund einem Drittel der Fälle lieferten die SMART-Werte keinen Hinweis auf einen bevorstehenden Ausfall der Festplatte.

Für SSD-Festplatten gibt es derzeit nur wenige Anpassungen – im Vergleich zu klassischen Festplatten müssten aber für eine verlässliche Prüfung neue Parameter hinzugenommen werden, während einige der herkömmlichen Parameter dagegen bedeutungslos sind. In den nächsten Jahren ist hier aber sicherlich mit auch für SSDs angepassten SMART-Tools oder Programmen zu rechnen. Der sogenannte „Health Status“, den die Hardware zurückmeldet, kann entsprechend der Anschlussart unterschiedliche Parameter verwenden. Nicht bei allen Anschlussarten ist ein vollständiger Zugriff auf die SMART-Parameter des Laufwerks möglich – die Tools und Programme funktionieren also nicht immer bei allen Festplatten und Anschlussarten, egal ob eingebaut oder extern. Daran muss man beim Überprüfen denken.

Viele Programme benutzen auch lediglich eine Anzeige beim Überschreiten bestimmter Grenz- oder Schwellenwerte – für eine umfassende Beurteilung des Festplattenzustandes ist das oft zu wenig. Bei den Parametern lässt sich darüber hinaus auch unterscheiden zwischen ausfallsrelevanten Parametern und rein informierenden, die nicht in direkter Verbindung mit möglichen Ausfällen stehen. Ein wirklich gutes Bild über den Festplattenzustand ergibt sich aber immer in der Zusammenschau beider Parameterarten. Wenn es bei manchen Anschlussarten auch noch eine weitergehende Protokollierung geben, etwa wie bei den Anschlussstandards ATA-5 und ATA-6, so liefern auch diese Protokollwerte, die bei ATA im Leerlauf der Festplatte periodisch und automatisch ermittelt werden, dann noch weitere wichtige Anhaltspunkte für den Festplattenzustand, so dass eine recht verlässliche Aussage getroffen werden kann.

Festplatte auf Defekt testen, aber gewissenhaft

Wenn mit einem Tool die Festplatte getestet werden soll, so ist der Anwender in der Pflicht. Es macht wenig Sinn, wenn dieses Tool nur sporadisch angewendet wird. Die Festplatte sollte in regelmäßigen Abständen getestet werden, so dass kein plötzlicher Schaden auftreten kann. Es ist etwa zu empfehlen, dass ein Tool zum Testen der Festplatte gleich zu Beginn mit dem Betriebssystem gestartet wird. Somit kann dies vom Anwender letztlich auch nicht mehr vergessen werden.

Genauso wäre dieser Vorgang allerdings vor dem herunterfahren des Betriebssystems möglich. Ein Alarm kann unter anderem auch dann ausgegeben werden, wenn die Temperatur der Festplatte zu hoch ist. Es werden sämtliche technische Daten einer Festplatte überwacht. Mitunter kann der aktuelle Zustand einer Festplatte sogar ein Prozent ausgegeben werden. Wichtig ist eben nur, dass der Anwender gezielt darauf vorbereitet werden kann, wenn gehandelt werden muss. Wenn gehandelt werden muss, so sollte ein Backup der Daten der alten Festplatte gemacht werden. Es ist mitunter auch sehr schnell und einfach möglich, dass die Daten aus dem Backups auf eine neue Festplatte übertragen werden.

Vor allem dann, wenn die Arbeitstemperatur einer Festplatte oftmals zu hoch ist, deutet sich ein drohender Defekt an. Es treten dann auch gehäuft Fehler beim Schreiben und Lesen von Daten der Festplatte auf. Wenn die Festplatte zu heiß wird, so kann davon ausgegangen werden, dass der Liste des Netzteils oder am Gehäuse bereits defekt ist.

Häufige Fragen und Antworten

Wie kann man die Funktionalität einer Festplatte testen?

Um die Funktionalität einer Festplatte zu testen, können verschiedene Methoden verwendet werden:

  1. Betriebssystemeigene Tools: Viele Betriebssysteme bieten integrierte Tools zur Fehlerüberprüfung und Fragmentierung der Festplatte an. In Windows kann beispielsweise das Kommandozeilen-Programm Chkdsk verwendet werden, um die Integrität der Daten zu überprüfen und beschädigte Sektoren zu reparieren.
  2. S.M.A.R.T. Werte: S.M.A.R.T (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) ist eine Technologie, die den Gesundheitszustand einer Festplatte überwacht. Es gibt kostenfreie und kostenpflichtige Software, die S.M.A.R.T-Werte auslesen und interpretieren kann. Mit Hilfe dieser Werte kann man den Zustand der Festplatte eingehender prüfen und potenzielle Ausfälle vorhersehen.
  3. Externe Tools: Es gibt eine Vielzahl von externen Tools, die speziell für die Fehlerdiagnose und Überprüfung von Festplatten entwickelt wurden. Diese Tools bieten in der Regel erweiterte Funktionen und detaillierte Berichte über den Zustand und die Performance der Festplatte.

Es ist ratsam, regelmäßig die Funktionalität der Festplatte zu testen, um erste Anzeichen von Verschleiß oder Schäden frühzeitig zu erkennen und Datenverluste zu vermeiden.

Welche Informationen gibt es zum Festplatten-Aufbau?

Der Aufbau einer Festplatte besteht aus verschiedenen Komponenten:

  • Platter: Die Platters sind runde Scheiben, die mit einer magnetischen Beschichtung versehen sind und die eigentlichen Daten speichern.
  • Read/Write Head: Die Read/Write Heads sind winzige elektromagnetische Köpfe, die über die Platters schweben und die Daten lesen und schreiben.
  • Spindle Motor: Der Spindle Motor dreht die Platters mit hoher Geschwindigkeit.
  • Actuator Arm: Der Actuator Arm bewegt die Read/Write Heads über die Platters.
  • Printed Circuit Board (PCB): Das PCB ist die Platine, auf der die Elektronik und Steuerung der Festplatte untergebracht sind.

Die Funktionalität und Leistung einer Festplatte hängt von der Qualität und dem Zustand dieser Komponenten ab. Eine regelmäßige Überprüfung der Festplatte und ihrer Komponenten ist daher wichtig, um eine optimale Funktionalität und eine längere Lebensdauer zu gewährleisten.

Welche wichtigen Leistungswerte gibt es bei Festplatten?

Bei Festplatten gibt es zwei wichtige Leistungswerte:

  1. Maximale Transfergeschwindigkeit: Die maximale Transfergeschwindigkeit gibt an, wie viele Daten pro Sekunde von und zur Festplatte übertragen werden können. Sie wird in MB/s gemessen und kann je nach Modell und Zustand der Festplatte variieren.
  2. Zugriffszeit: Die Zugriffszeit gibt an, wie schnell die Festplatte Daten lesen und schreiben kann. Sie wird in Millisekunden gemessen und ist ein wichtiger Indikator für die Leistungsfähigkeit der Festplatte.

Zusätzlich gibt es noch weitere Parameter wie die Umdrehungszahl der Festplatte und die Speicherdichte, die die Leistung der Festplatte beeinflussen können. Es ist wichtig, regelmäßig die Leistungswerte der Festplatte zu überprüfen, um Verschleiß und mögliche Defekte frühzeitig zu erkennen und zu vermeiden.

Bildnachweis: iStock.com/Gogily
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