Einleitung Aufbau und Funktion Schnittstellen Datenschutz/Datensicherung Zukunft von HDDs Zusammenfassung Literatur HDDs Kevin Greve Arbeitsbereich Wissenschaftliches Rechnen Fachbereich Informatik Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften Universität Hamburg 15.06.2016 Kevin Greve HDDs 1 / 30
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Einleitung Aufbau und Funktion Schnittstellen Datenschutz/Datensicherung Zukunft von HDDs Zusammenfassung Literatur
Einleitung Aufbau und Funktion Schnittstellen Datenschutz/Datensicherung Zukunft von HDDs Zusammenfassung Literatur
Wodurch unterscheiden sich HDDs?
BaugrößeAngaben entsprechen dem Durchmesser in ZollÜbliche Maße: 5,25”, 3,5”, 2,5” und 1,8”
SpeicherkapazitätKapazität=Größe eines Datenblocks * Anzahl der Blöckebis zu 10TB (Stand:2015); geplant 2020 bis zu 20TB [17]
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Geschichtlicher Hintergrund
(a) IBM 350(1956) (b) IBM-62PC(1979)
Abbildung: [2] & [3]
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Geschichtlicher Hintergrund
1932: Magnettrommel als Vorläufer1956: erste Festplatte IBM 350 mit 5 MB Speicherkapazitätund 600ms Zugriffszeit1973: „Winchester”-Projekt (IBM 3340, 30MB, 30ms)1979: erste 8”-Festplatte (IBM-62PC, 65MB)1980: erste 5.25”-Festplatte (ST506, 6MB) von SeagateTechnology1986: Spezifikation von SCSI1989: Standardisierung von IDE1991: erste 2,5”-Festplatte (100MB)1997: GMR-Effekt ermöglicht 16,8GB Festplatte
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Geschichtlicher Hintergrund
2004: Erste SATA-Festplatte von Seagate2006: Erste Nutzung der Perpendicular Recording (2,5” mit160GB und 3,5” mit 750GB)2007: Erste 1TB-Festplatte von Hitachi2009: Erste 2TB-Festplatte von Western Digital2010: Erste 3TB-Festplatte von Western Digital2011: Erste 4TB-Festplatte von Western Digital2014: Erste 6TB- und 8TB-Festplatte mit Heliumfüllung vonHGST2015: erste 10TB-Festplatte mit Heliumfüllung und ShingledMagnetic Recording von HGST
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Entwicklungsverlauf der verschiedenen Charakteristika
Parameter Gestartet mit Entwickelt zu SteigerungKapazität 3,75MB 10TB 2,7*106
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Aufbau einer HDD
Abbildung: [4]
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Datenscheibe
muss formstabil sein und geringe elektrische Leitfähigkeitaufweisenbesteht häufig aus oberflächenbehandelterAluminium-Legierung
für höhere Datendichte auch Magnesium-Legierungen, Glas oderGlasverbundstoffe
µm dicke Magnetschicht aus Eisenoxid- oder Kobaltschicht
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Datenscheibe
A: SpurB: SektorC: BlockD: Cluster
Abbildung: Struktur einerDatenscheibe [5]
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Schreib-/Lesekopf
besteht aus winzigen Elektromagnet100nm-3nm Abstand zur Datenscheibe durch Luftpolsterliest Bits auf Scheibenoberfläche anhand vorhandenerMagnetisierungbeschreibt Scheibenoberfläche mit Bits durch Magnetisierung
Abbildung: Schreib-/Lesekopf [6]
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Longitudinal Recording (LMR)
magnetisierte Bereiche parallel zur Rotationsrichtung
Abbildung: LMR; basierend auf [7]
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Perpendicular Recording (PMR)
magnetisierte Bereiche senkrecht zur Rotationsrichtung
Abbildung: PMR; basierend auf [7]
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Shingled Magnetic Recording (SMR)
Abbildung: SMR [8]
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Heat-Assisted Magnetic Recording
Verringerung des für einen Schreibvorgang nötige Magnetfelddurch Erhitzung
Abbildung: HAMR [9]
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Was beeinflusst...?
Speicherkapazität:Anzahl der DatenscheibenDichte (Schreibverfahren)
Übertragungsrate:DichteDrehzahl
Zugriffszeit:SpurwechselzeitLatenzzeit (abhängig von Drehzahl)Kommando-Latenz
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Schnittstellen
Die gängigsten Schnittstellen einer HDD sind:ATA(IDE)SATAParallel SCSISerial Attached SCSI (SAS)
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ATA(IDE)
Standard für den parallelen DatentransferBis zu 2 Adressen ansprechbar (Master & Slave)
Abbildung: IDE; basierend auf [10]
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SATA
Seit 2002 als Schnittstelle für HDDsVorteile gegenüber ATA:
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Zuverlässiges LöschenLöschen einer Datei vermerkt im Dateisystem lediglich, dassder Datenbereich nun frei ist
bis zum Überschreiben, Daten physisch weiterhin vorhandenPartitionieren/Formatieren überschreibt auch nicht die DatenLösung zur zuverlässigen Löschung:
mehrfaches Überschreiben der Daten (Eraser)mechanische Vernichtung der Festplatte
Abbildung: Zerstörte HDD [14]
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Zukunft von HDDs
Entwicklung der HDDs nicht zu Endeneue Technologien wie z.B. HAMR ermöglichen höhereSpeicherkapazitäten
Konkurrenz entwickelt sich auch: SSD
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SSD
nichtflüchtiges elektronisches SpeichermediumSpeichervorgang rein elektronisch
keine beweglichen Teile
Abbildung: SSD [15]
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Vorteile von SSD und HDD
Vorteile der SSD:mechanische Robustheitkürzere Zugriffszeitenlautloser Betriebgeringes Gewichtniedriger Energieverbrauch
Vorteile der HDD:höhere Speicherkapazitätgünstigerer Preis
HDD: 4 Cent/GBSSD: 34 Cent/GB (2015)
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Zusammenfassung
Aufbau einer HDDDatenscheibe und dessen Magnetschicht
verschiedene SchreibverfahrenLMR, PMR, SMR, HAMR
SchnittstellenATA, SATA, SCSI, SAS
Datenschutz/DatensicherungAusfallursachen (Head-Crash,...)Maßnahmen gegen Datenverlust (Backup,...)
Zukunft von HDDsSSD als Konkurrenz
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