MFM (Modified Frequenz Modulation)

MFM setzte sich als neues Verfahren zur Übertragung von Daten ĂŒber den Schreib-/Lesekopf auf die OberflĂ€che der Festplatte durch. MFM–Festplatten waren bis Mitte der 80iger Jahre der Standart bei den PC-Festplatten. Sehr verbreitet waren zuerst Festplatten mit einer KapazitĂ€t von 20, spĂ€ter von 40 MByte. Man bedenke: zur gleichen Zeit paßte ein komplett lauffĂ€higes MS-Word 2.0 auch noch auf eine 360K–Diskette. Aktuelle Motherboards haben keine AnschlĂŒsse mehr fĂŒr diese Art von Festplatten, entsprechende 8- und 16-Bit ISA-Controller können aber noch auf FlohmĂ€rkten erworben werden.

RLL (Run Length Limited)

Prinzipiell ist der Aufbau mit dem der MFM–Festplatte identisch, nur die Speicher kapazitĂ€ten waren grĂ¶ĂŸer. Das ergab sich aus der verbesserten OberflĂ€che der Platten. Auch die Steuerung der Laufwerke verbesserte sich sehr stark. Dadurch wurden pro Spur 26 Sektoren möglich, was eine erhebliche Erhöhung der Speicherdichte bedeutete. Von RLL–Platten ist allerdings heute nur noch die Art und Weise des Aufzeichnungsverfahrens ĂŒbriggeblieben. Wie die MFM–Festplatten ist auch dieser frĂŒhe Standard veraltet.

Festplatten in den ersten IBM PC’s

Der erste Schnittstellen-Standard fĂŒr Festplatten wurde von 1980 Seagate entwickelt: ST-506. Dieser wurde in einer 5 MB Festplatte mit eben dieser Modellbezeichnung verwendet. Bereits ein Jahr spĂ€ter entstand – ebenfalls von Seagate – der ST-412 Standard. Diese 10 MB große Festplatte wurde u.a. im populĂ€ren IBM XT (5160) verbaut. Diese beiden frĂŒhen Standards unterschieden sich in einem wesentlichen Aspekt von ihren Nachfolgern IDE/ATA und SCSI: sie hatten keine eigene Intellegenz. Die komplette Steuerung wurde vom einem komplex aufgebautem Controller erledigt, an dem sie mit zwei Kabeln angeschlossen waren. FĂŒr die Steuerung der Plattenmechanik wurde der Controller ĂŒber ein 34-adriges Kabel mit der Platte verbunden, fĂŒr den Datentransport mit einem 20-adrigen Kabel. Die ganze Sache war noch sehr fehlertrĂ€chtig und langsam, denn die von den Schreib-/Leseköpfen vearbeiteten Daten mußten erst auf den Controller transportiert werden, bevor ein Fehler festgestellt werden konnte. Zudem waren diese frĂŒhen Festplattenstandards aufwĂ€ndig in der Installation. Viele komplizierte Parameter (z.B. der “Interleafefaktor”) und die gesamte Geometrie der Festplatte (Cylinder, Heads, Sectors per Track, Write Precompensation Cylinder) mußten von Hand eingestellt werden, den es gab noch kein BIOS, in dem diese Werte voreingestellt gewesen wĂ€ren. Erst mit dem IBM AT 5170 waren im BIOS verschiedene Parameter der 23 gĂ€ngigsten Festplatten vordefiniert und durch Auswahl einstellbar. Aber dazu mußten die Geometriedaten der Festplatte natĂŒrlich bekannt sein. Plug&Play (also die automatische Erkennung der Festplattengeometrie), so wie wir es heute kennen, kam erst Mitte der 90iger Jahre.

Die einfachste Möglichkeit, einen IBM PC oder Clone mit einer Festplatte nachzurĂŒsten war die sogenannte Filecard oder Hardcard. Auf einer Steckkarte mit voller BaulĂ€nge war eine 3,5″ MfM-Festplatte verbaut. Der passende Controller befindet ebenfalls auf der Steckkarte und ist ĂŒber Anschlußkabel bereits mit der Festplatte verbunden. Die Stromversorgung der Festplatte erfolgte entweder ĂŒber den ISA-Bus oder extern ĂŒber einen Molex-Anschluß. Diese Filecards gab es auch als RLL-, SCSI und IDE-Variante.

Der Nachfolger der MFM/RLL Festplatten war 1983 ESDI (Enhanced Small-Device Interface), ein direkter VorlĂ€ufer von SCSI. HauptsĂ€chlicher Grund waren die langsamen Übertragungsraten von MFM/RLL (max 7,5 Megabit/Sekunde). Eigentlich erzielte man auch nur in diesem Bereich eine echte Verbesserung. ESDI erreichte Datenraten von 10 bis max. 20 Megabit/Sekunde. Die Datenraten wurden normalerweise automatisch von der Festplatte und dem Controller ausgehandelt. Ansonsten blieb bei ESDI alles beim Alten, Stecker, Kabel, Jumper…

ATA/IDE

Ab 1986 etablierte sich die IDE Festplatte (Integrated Drive Electronics), die auf Basis des ATA Standards entstand. Diesen hatte Western Digtal entwickelt. Im Gegensatz zu MFM und RLL befindet sich bei der ATA/IDE-Festplatte die gesamte Intelligenz auf der Festplatte selbst und nicht mehr auf dm Controller. Lediglich die DatenĂŒbertragung wird durch den ATA-Controller geregelt. Man ergĂ€nzte spĂ€ter den Standard mit der ATAPI-Norm, wodurch SCSI-basierte PeripheriegerĂ€te (z.B. CD-ROM) an den Bus angeschlossen werden konnten. In 286/386 basierten Computern und auch noch Rechner der 486-Klasse wurden oft noch IDE-Controller in Form von Steckkarten verbaut. Ab Mitte der 1990iger Jahre und dem Erscheinen der Pentium-Generation integrierten praktisch alle Mainboards zwei ATA/ATAPI-Controller und somit zwei Anschlußmöglichkeiten. An jedem konnten zwei IDE-GerĂ€te betrieben werden, die aber – Ă€hnlich wie bei MFM/RLL – konfiguriert werden mußten. Zwar mußte man sich nicht mehr mit der Festplattengeometrie herumschlagen, das ĂŒbernahm das BIOS des Computers. Aber wo am Kabel ein GerĂ€t hing war geregelt und mußte per Jumper eingestellt werden. Ein GerĂ€t eines IDE-Kanals wurde der “Master” (z.B. die Boot-Festplatte), das zweite der “Slave”. BootfĂ€hig war – abhĂ€ngig vom BIOS – nur ein “Master”-GerĂ€t. Aber dieser Standard hatte keine lange Lebensdauer, denn die Nachfrage nach großen Festplatte nahm zu Beginn der 1990iger Jahre rapide zu. Die maximale KapazitĂ€t bei IDE-Festplatten war aufgrund der sogenannten CHS-Adressierung (max. 1024 Cylinder) aber auf netto 504MiB begrenzt. 1994 erfolgte daher mit EIDE (Enhanced Integrated Drive Electronics) eine Verbesserung. Das 504MiB Limit wurde auf die theoretische Grenze 137GiB angehoben, abhĂ€ngig von eventuellen Begrenzungungen des BIOS. Statt 2 können nun 4 Laufwerke pro Controller angeschlossen werden.

SCSI (Small Computer System Interface)

SCSI Controller Adaptec AHA-2940UW + Festplatte IBM Ultrastar + 50-pin Kabel

Workstation Hersteller (Sun, SGI, Apollo bzw. HP), Apple, High-End PC’s und meist auch PC-Server-Systeme setzten ab 1985 auf den SCSI-Standard. SCSI stand ursprĂŒnglich fĂŒr Small Computer System Interface (Schnittstelle fĂŒr kleine Computersysteme), ist jedoch der Bezeichnung “Small” deutlich entwachsen. Am SCSI-Bus können viele GerĂ€te gleichzeitig an einen Computer angeschlossen werden können, u.a. Festplatten, Scanner, CD-ROM / RW-Laufwerke, Drucker und Bandlaufwerke. Apple entwickelte die parallele SCSI-Schnittstelle, die in den Macintosh-Computern Verwendung fand.

SCSI-1 (1986): Dieser erste Standard besaß eine Busbreite von 8 Bit und eine Taktrate von max. 5 MHz. Maximal 8 GerĂ€te können angeschlossen werden,
SCSI-2 (1989): 16- und 32-Bit-Bus mit der Bezeichnung „Wide SCSI“ wird eingefĂŒhrt. Die Übertragungsrate, normalerweise 10 MBit/s, kann in Kombination mit Fast und Wide SCSI bis zu 40 MBit / s betragen.
SCSI-3 (1993): Diese Spezifikation umfasste eine Reihe kleinerer Änderungen, z.B. die 64-Bit-Adressierung
Weitere Standards folgten: Ultra-2 SCSI (1997), Ultra-160 (1999) und Ultra-320 (2002)

Jedes SCSI-GerĂ€t muss eine eindeutige Kennung (ID) haben, damit es ordnungsgemĂ€ĂŸ funktioniert. Wenn der Bus beispielsweise 16 GerĂ€te unterstĂŒtzt (die Ă€lteren Controller meist nur 8), dann gibt es ID’s von 0 bis 15. Der SCSI-Controller selbst muss eine der IDs verwenden, normalerweise die höchste, die anderen am Bus angeschlossenen GerĂ€te benutzen den Rest. Die verschiedene SCSI-Varianten verwenden unterschiedliche AnschlĂŒsse, die hĂ€ufig nicht miteinander kompatibel sind. Es gibt AnschlĂŒsse mit 50, 68 oder 80 Pins.

SATA (Serial Advanced Technology Attachment)

Derzeit noch aktuell ist SATA, eine erst im Jahre 2001 definierte Weiterentwicklung von ATA (Advanced Technology Attachment). Im Gegensatz zu ATA/IDE mit paralleler DatenĂŒbertragung basiert SATA auf serieller DatenĂŒbertragung. Trotzdem werden Übertragungsraten von bis zu 600 MB je Sekunde erreicht. ATA wurde mit Erscheinen von SATA als PATA bezeichnet, um der Unterschiede der beiden Standards in der DatenĂŒbertragung deutlich zu machen (P fĂŒr Parallel, S fĂŒr Seriell). SATA ist kompatibel zum ATAPI-Standard und den verschiedenen ATA VorgĂ€ngern. Ein weiterer großer Vorteil gegenĂŒber PATA: eine Konfiguration entfĂ€llt fast vollstĂ€ndig, auch eine Master- und Slave-Konfiguration gibt es nicht mehr. GerĂ€te können bei eingeschaltetem Rechner ein- und ausgesteckt werden (Hot-Plugging). Die Verbindungskabel sind dĂŒnner, flexibler und weniger massiv als die IDE-Flachbandkabel.Sie können zudem lĂ€nger sein, denn die Gefahr von elektromagnetischen Störungen ist geringer.

SSHD (Solid-State Hybrid Drives)

Seagate Momentus XT (4GiB – 8GiB integrierter Flash Speicher)

Diese Hybrid-Festplatten markieren den Übergang von HDD zu SSD und beinhalten einen mechanischen Teil (HDD) sowie eine (i.d.R. wesentlich kleinere) SSD in einem GehĂ€use. Die Idee dahinter ist, den SSD-Teil wie einen Cache-Speicher zu verwenden. HĂ€ufig benötigte Programme oder Daten werden durch eine im Controller integrierte Logik in den SSD-Teil abgelegt, wodurch die Zugriffszeit erheblich sinkt. Im optimalen Fall konnte mit der SSHD die Festplattenleistung um ca. 20% gesteigert werden. Mit der Massenproduktion der SSD’s werden die reinen SSD’s immer billiger und dadurch die SSHD bis zum Ende der 2010er Jahre vollstĂ€ndig verschwunden sein.

Eine Àhnliche Technik verwendet Apple bei seinem als Fusion-Drive bezeichnetem Festplattensystem. Allerdings werden hier ein getrenntes HDD und ein SSD zu einem logischen Laufwerk verbunden. Seit 2017 verbaut Apple diese Technik nicht mehr und setzt auf reine SSD. 

Wechsel-Festplatten

1983 brachte Iomega brachte mit der Bernoulli Box die erste Wechsel-Festplatte fĂŒr PC’s. Wechsel-Festplatten haben alle den prinzipiellen Vorteil, das die Medien – Ă€hnlich einer Floppy-Disk – einfach entnommen und durch ein anderes Medium ersetzt werden können. Außerdem ist der Transport einer großen Datenmenge einfach, vorausgesetzt, daß ein passendes Laufwerk auch anderen Orts vorhanden ist. Das erste Modell hatte immerhin eine KapazitĂ€t von 10MiB je 8″ Medium, mehr als das 25fache einer damals ĂŒblichen Diskette. Bald folgten Laufwerke und Medien mit 20 MiB, ebenfalls 8″. 1987 debĂŒtierte SyQuest mit seinem 44.5Mib-Wechsellaufwerk. Das Laufwerk und natĂŒrlich auch die Medien hatten den Formfaktor 5.25″ und waren damit wesentlich kompakter als die Bernoulli-Box. Großen Zuspruch fand das SyQuest-Laufwerk vor Allem bei den Macintosh-Usern und zwar bei den Anwendern, die mit Desktop-Publishing zu tun hatten. Im Desktop-Publishing wird mit viel Grafik gearbeitet, was zur Folge hatte, das die DateigrĂ¶ĂŸen von Dokumenten stark anstiegen. Man muß wissen, das zur damaligen Zeit interne Festplatten kaum grĂ¶ĂŸer als 40-60MiB waren. Die Laufwerke von SyQuest wurden schnell zur ersten Wahl in der Branche. Die SyQuest-Wechsellaufwerke erreichten bis zum Ende der Modellreihe SpeicherkapazitĂ€ten bis zu 270 MiB. Iomega brachte 1995 mit dem Jaz ein 3.5″ Wechsellaufwerk mit 1GiB Speicherplatz auf den Markt. 1996 reagierte SyQuest mit dem SyJet, das mit 1.5GiB noch mehr Platz zur VerfĂŒgung stellte. Doch Iomega stockte das Jaz auf einfach auf 2 GiB auf. 2004 erschien noch das Iomega Rev mit KapazitĂ€ten von 35, 70 und 120 GiB. Deren Produktion wurde 2010 eingestellt, denn die Konkurrenz mit den immer billiger werdenden USB-Sticks wurde zu stark.

Eine KuriositĂ€t im Bereich Festplatten ist das IBM Microdrive im 1″ Formfaktor. Das Microdrive wurde von IBM 1999 auf den Markt gebracht, wohl in erster Linie als Speichermedium fĂŒr digitale Kameras. Optisch sieht das GerĂ€t aus wie eine etwas dickere CompactFlash-Karte, es handelt sich dabei aber tatsĂ€chlich um eine Festplatte mit mechanisch bewegten Teilen. Diese Mini-Festplatten mit KapazitĂ€ten zwischen 340MiB und 8GiB konnte man um die Jahrtausendwende tatsĂ€chlich billiger produzieren als Flash-Speicher mit vergleichbarem Speichervolumen. Die Nachteile dieser Technik im Vergleich zum Flash-Speicher liegen auf der Hand – es sind die gleichen wie bei allen mechanisch aufgebauten Festplatten: hoher Stromverbrauch, Gewicht, Stoßempfindlichkeit und geringere DatenĂŒbertragungsrate. Als ab ca. 2005 die Flash-Speicher immer billiger wurden war das auch das Ende der Microdrives.