Computerhardware: Festplatte

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Vor mehr als 50 Jahren, am 13.09.1956, stellte IBM die erste Festplatte der Welt vor: IBM 350 RAMAC Sie bestand aus 50 Scheiben mit einem Durchmesser von 60 cm, wog eine Tonne und hatte 5 Megabyte Kapazität! Sie erreichte eine Drehzahl von 1200 U/min und eine mittlere Zugriffszeit von 600 ms.

Der Festplatte und ihrem Inhalt drohen zahlreiche Gefahren. Am häufigsten sind Bedienfehler, Fehler in Programmen und im Betriebssystem sowie Schadprogramme (Viren u.a.), die jederzeit unverhofft auftreten können. Die meisten dieser Fehler führen nur zu kleineren Schäden. Hardwarefehler sind vergleichsweise sehr selten, aber wenn sie auftreten, sind die Folgen verheerend.

Kein anderer Schaden verursacht so viel Stress wie ein Totalausfall der Festplatte. Die Schäden sind vielfältig:

• Ihre Daten, Ihre Fotos, Ihre Emails, Ihre Musik- und Filmsammlung – alles ist verloren.
• Eine neue Festplatte samt Einbau kostet hundert Euro oder mehr.
• Sie werden mehrere Tage brauchen, um das Betriebssystem, Ihre Geräte, die Updates und Ihre Anwendungen erneut zu installieren und anzupassen.
• Sie werden einige Tage nicht mit Ihrem PC arbeiten können.
• Sie müssen Lizenzen neu erwerben oder reaktivieren lassen.
• Sie werden noch wochenlang kleine Nachbesserungen vornehmen, um Ihre Programme wieder optimal an Ihre Bedürfnisse anzupassen.

Hardwarefehler werden verursacht durch

• Lageänderungen
• Erschütterungen
• Überhitzung
• Verschleiß
• Alterung

Gegen diese Gefahren gibt es zwei Strategien:

• Wissen um die Risiken kann diese verringern, aber nicht völlig abschaffen.
• Eine Datensicherung, regelmäßig und fachkundig durchgeführt, ist auf Dauer die einzige wirksame Gefahrenabwehr.

Im folgenden Text werden einige Grundkenntnisse über Festplatten vermittelt, anschließend werden nacheinander die Risiken betrachtet. Es folgt ein Abschnitt über Pflege und Wartung der Festplatte. Für weitergehende Informationen gibt es einen Anhang.

Inhaltsverzeichnis 1 Grundwissen 1.1 Aufbau und Funktionsweise 1.2 Die Zugriffszeit 1.3 Der Cache der Festplatte 2 Lageänderungen 3 Erschütterungen: Der plötzliche Tod 3.1 Wie vermeidet man solche mechanischen Unfälle? 3.2 Das Diagnoseprogramm SMART 3.3 Ihnen ist bisher noch nie etwas passiert? 4 Überhitzung: Die verkannte Gefahr 4.1 Dauerbetrieb 5 Verschleiß: Das unabwendbare Ende 5.1 Was passiert, wenn man den PC ausschaltet? 5.2 Wie kündigen sich Probleme an? 6 Pflege und Wartung der Festplatte 6.1 Rechtzeitig austauschen! 6.2 Festplatte entlasten 6.3 Oberflächentest 6.4 Defragmentierung 6.4.1 Was tun, wenn die Defragmentierung immer wieder abbricht? 7 Neue Entwicklungen 8 Referenzen

[Bearbeiten] Grundwissen

[Bearbeiten] Aufbau und Funktionsweise

Eine typische Festplatte kostet 70 Euro, hat 800 GB Kapazität und eine mittlere Zugriffszeit von 9 ms (Frühjahr 2009). Die Hersteller können immer mehr Daten auf den Scheiben unterbringen: Alle 18 bis 24 Monate verdoppelt sich die Festplatten-Speicherkapazität eines typischen neuen PC.

Die Festplatte nennt man einen Massenspeicher, ebenso wie die CD-ROM und DVD. Warum?

Eine typische Buchseite (35 Zeilen zu 60 Zeichen) oder eine Bildschirmseite (25 Zeilen mit je 80 Zeichen) enthält etwa 2000 Zeichen. In der heute meistverwendeten Unicode-Darstellung werden zwei Byte pro Zeichen benötigt. Auf einer 400-GB-Festplatte könnte man also 100 Millionen Seiten speichern. Bei beidseitigem Druck ergäbe das je nach Papierqualität einen Stapel von 5 km Höhe! Eine einfache DVD mit 4,7 GB würde es immerhin auf einen Papierstapel von 58 m bringen, und eine CD-ROM mit bescheidenen 0,7 GB würde ein 8 m Bücherregal für die Aufbewahrung des Papierstapels erfordern. Diese Zahlen gelten für Text ohne Illustrationen. Bilder benötigen - je nach Qualität - zehn- bis hundertfach mehr an Speicherplatz als Text. Die Stapelhöhen werden deutlich kleiner, aber selbst ein hundertstel eines 5 km Stapels ist immer noch eine „Masse“ Papier.

„Hard Disk Drive“, abgekürzt HDD, ist die englische Bezeichnung für die Festplatte. Im Vergleich zur „Floppy Disk“, der biegsamen Scheibe, gibt es Unterschiede:

• Die Scheiben sind starr.
• Im Vergleich zur Diskette ist die Drehzahl viel höher: Einige tausend statt 300 Umdrehungen pro Minute.
• Die Köpfe dürfen deshalb nicht auf der Scheibe schleifen, sondern sie schweben in einem minimalen Abstand darüber.

Handelsübliche Festplatten haben meist ein oder zwei Scheiben, die auf einer gemeinsamen Achse, der „Spindel“, angeordnet sind. Scheiben mit Spindel bilden den „Plattenstapel“. Die Scheiben bestehen oft aus Spezialmetall, beschichtet mit einer Magnetschicht. Auch Glas wird manchmal als Trägermaterial verwendet, weil eine Glasoberfläche beim Polieren glatter wird als Metall.

Ein Spindelantriebsmotor sorgt für eine hohe konstante Drehzahl. Die meisten modernen Festplatten drehen mit 7200 Umdrehungen pro Minute. Mitunter werden „Green IT“ Festplatten verkauft, die mit 5400 U/min rotieren. Das verringert ein wenig den Strombedarf und den Geräuschpegel. Notebook-Festplatten drehen meist mit 4200 U/min. Teure Profi-Festplatten bringen es bereits auf 15.000 U/min, noch höhere Drehzahlen werden getestet. Zum Vergleich: Bei Vollgas schafft ein PKW-Motor etwa 5000 und eine Flugzeugturbine bis zu 40.000 Umdrehungen pro Minute.

Auf den Scheibenoberflächen werden die Daten ringförmig in so genannten „Spuren“ abgelegt. Je dichter die Spuren beieinander liegen, desto mehr Daten passen auf die Platte. 50.000 Spuren sind üblich.

Zu jeder Oberfläche gehört ein kombinierter Schreib-/Lesekopf, zu zwei Scheiben gehören also vier Köpfe. Die Köpfe sind an Schwenkarmen, sogenannten „Actuatoren“ befestigt. Die Schwenkarme sind untereinander starr verbunden und bewegen sich stets gemeinsam zur gewünschten Spur. So sind stets mehrere Spuren gleichzeitig verfügbar, ohne dass die Köpfe weiterbewegt werden müssen. Die Spuren eines Plattenstapels, die genau übereinander liegen (auf der entgegengesetzten Oberfläche der gleichen Scheibe oder auf anderen Scheiben), bezeichnet man als „Zylinder“. Das Betriebssystem speichert umfangreichere zusammenhängende Informationen nach Möglichkeit in den Spuren eines Zylinders, um die Anzahl der Kopfbewegungen zu minimieren.

Die Plattenoberfläche ist in Kreisabschnitte, so genannte „Sektoren“, unterteilt, ähnlich wie die Stücke einer Torte. Dadurch wird jede Spur in einige Tausend Stücke geteilt. Die dadurch entstehenden Datenblöcke sind die kleinste adressierbare Datenmenge. Jeder Datenblock enthält 512 Byte, zu denen noch einige Verwaltungsinformationen dazukommen, z. B. eine Kontrollsumme. Jeder Datenblock kann durch Angabe von Spur, Sektor und Oberfläche (Kopf) eindeutig adressiert werden.

Das Produkt von Kopfanzahl, Zylinderanzahl (= Spurenanzahl) und Zahl der Blöcke pro Spur (= Sektoranzahl) ergibt die Anzahl der Blöcke der Festplatte. Diese Blockzahl multipliziert mit der Kapazität eines Blocks (512 Byte) ergibt die Kapazität der Festplatte.

Bei 7200 Umdrehungen pro Minute erreicht der äußere Rand der Festplatte eine Geschwindigkeit von 130 km/h. Notebook-Festplatten haben einen kleineren Durchmesser von 2,5", deshalb erreichen sie bei 4200 U/min „nur“ 60 km/h.

Bei der schnellen Rotation wird die Luft über den Scheiben mitgerissen. In diesem Luftstrom „segeln“ die aerodynamisch geformten Magnetköpfe in einem konstanten Abstand von 20 nm (Nano-Meter) über der Scheibe. Das sind 20 Millionstel eines Millimeters! Zum Vergleich: Ein Haar ist 0,05 mm = 50 Mikrometer = 50.000 nm dick, also 2500-mal dicker!

[Bearbeiten] Die Zugriffszeit

Mit der Zugriffszeit wird angegeben, wie schnell eine Festplatte arbeitet. Die mittlere Zugriffszeit liegt bei modernen Festplatten zwischen 5 und 10 Millisekunden. Sie setzt sich aus folgenden Faktoren zusammen:

1. Der Reaktionszeit der Laufwerkselektronik, d. h. der Zeit für die Bearbeitung der zur Positionierung erforderlichen BIOS-Systemroutinen.
2. Der Positionierzeit gibt an, wie lange es durchschnittlich dauert, um den Kopf von einer Spur auf eine beliebige andere Spur zu positionieren.
3. Die Latenzzeit gibt die Zeit an, die gewartet werden muss, damit die gewünschten Daten der Spur unter dem Schreib-Lesekopf erscheinen. Sie hängt direkt von der Drehzahl ab. Eine Festplatte mit 7200 U/min braucht 8,3 ms für eine volle Umdrehung. Im statistischen Mittel muss die Platte eine halbe Umdrehung machen, bis die gewünschten Daten unter dem Kopf vorbeirasen.
4. Einige Mikrosekunden Wartezeit, die für den eigentlichen Lesevorgang, den Vergleich der Kontrollsummen und die Übertragung in den Arbeitsspeicher erforderlich sind.

Den ersten und vierten Faktor kann man vernachlässigen.

[Bearbeiten] Der Cache der Festplatte

Nicht nur der Prozessor benutzt einen Cache-Speicher, auch die Festplatte hat einen. Heutige Festplatten sind meist mit 8 MB oder 16 MB RAM bestückt. Das ist mehr, als die ersten Festplatten als Gesamtkapazität hatten. Wird von der CPU ein einzelner Block angefordert, werden die restlichen Blöcke der Spur vorsorglich in den Cache-RAM eingelesen. Die Wahrscheinlichkeit ist hoch, dass die restlichen Blöcke anschließend gebraucht werden.

Leseanforderungen werden sofort ausgeführt, denn die CPU wartet auf die Daten. Das Schreiben von Daten erfolgt aber verzögert. Die zu schreibenden Daten werden im Cache der Festplatte zwischengespeichert und die CPU erhält die Meldung, die Daten wären schon geschrieben. Sind sie aber nicht.

Erst wenn die Festplatte eine kleine Pause hat, weil keine Leseanforderungen der CPU eintreffen, werden die Daten auf die Magnetscheiben geschrieben. Einige Arten von Daten, z. B. die Verwaltungstabellen der Festplatte, werden sehr oft geändert. Es wäre sinnlos, jeden Zwischenstand zu speichern. Das Schreiben solcher Daten kann zusätzlich verzögert werden, bis die Elektronik „glaubt“, dass nun keine weiteren Änderungen zu erwarten sind. Das kann durchaus eine Minute dauern.

Der Vorteil des Verfahrens: Die CPU kann sofort weiterrechnen und muss nicht warten, bis die Daten geschrieben sind.

Wenn Sie einen USB-Memory-Stick oder eine externe Festplatte anschließen, reserviert Windows einen Teil des Arbeitsspeichers als Zwischenspeicher, wodurch diese Geräte spürbar schneller werden.

Allerdings hat diese Zwischenspeicherung einen gefährlichen Nachteil. Wenn Sie den PC versehentlich ausschalten ohne ihn herunterzufahren, verlieren Sie Daten. Oft sind die Verwaltungstabellen betroffen, das bedeutet: Alles ist weg. Besonders gefährlich ist es in der ersten Minute. Wenn Sie dazu neigen, den USB-Memory-Stick oder die externe Festplatte herauszuziehen oder spontan abzuschalten, sollten Sie den Cache dauerhaft deaktivieren. Sie verlieren merklich Geschwindigkeit, aber verlieren Ihre Daten nicht.

Ihnen ist noch nie etwas passiert? Das bleibt nicht für immer so.

[Bearbeiten] Lageänderungen

Solange die Festplatte dreht, darf sie keinesfalls bewegt werden! Durch die hohe Drehzahl von meist 7200 Umdrehungen pro Minute ist die Scheibe der Festplatte bestrebt, ihre Lage im Raum beizubehalten, wie bei einem Kreiselkompass^[1]. Bewegt man das Gehäuse der Festplatte, kann es zu Kopfaufsetzern kommen.

[Bearbeiten] Erschütterungen: Der plötzliche Tod

Sie haben vorhin gelesen, wie gering der Abstand der Magnetköpfe von der Festplatte ist. Stellen Sie sich zur Veranschaulichung vor, die Magnetscheibe auf 30 Meter, den Durchmesser eines Kettenkarussells, zu vergrößern. Im gleichen Maßstab vergrößert würde der Kopfabstand von 20 Nanometer auf 6 Mikrometer anwachsen, weniger als ein Haar dick ist (50 Mikrometer).

Wenn das Karussell mit 7200 U/min dreht, würden die außen befindlichen Sitze eine Geschwindigkeit von 40700 km/h erreichen. Das ist 32-fache Schallgeschwindigkeit! Besser, wenn Sie nicht einsteigen: Sie würden mit einer Beschleunigung von 870 000 G in den Sitz gepresst werden (trainierte Astronauten verlieren in der Zentrifuge bereits bei zehnfacher Erdbeschleunigung das Bewusstsein). Angenommen, der leere Sitz wiegt 4 Kilogramm. Er müsste an vier je 10 cm dicken Stahlseilen aufgehängt sein, um nicht davonzufliegen (dass die Seile selbst ein beträchtliches Gewicht haben, ignorieren wir großzügig). Wenn sich der Sitz losreißt, fliegt er mit 11,3 km/s davon. Wenn die Richtung stimmt, könnte er schon nach drei Tagen auf dem Mond aufschlagen.

Haben Sie nun eine Vorstellung davon, warum Erschütterungen so gefährlich für die Festplatte sind? Kopfaufsetzer können ihre Festplatte in Sekundenbruchteilen zerstören. Erschütterungen und Vibrationen sind aber auch dann gefährlich, wenn sie nicht zu einem merklichen Kopfaufsetzer führen. Langfristig schädigen sie die Lager.

Die Oberfläche der Scheiben ist mit einer hauchdünnen Schutz- und Gleitschicht aus Polymer oder Graphit überzogen. Dadurch kann die Festplatte „leichte“ Kopfaufsetzer verkraften. Bei einem schwachen Aufsetzer könnten Sie Glück haben. Wenn der Kopf bei einem stärkeren Aufsetzer die Schutzschicht durchdringt, wird die Magnetschicht beschädigt. Wenn irgendwann ein Programm diesen beschädigten Bereich zu beschreiben versucht und das nicht gelingt, wird er automatisch für die weitere Benutzung gesperrt. Die Daten, die sich dort befunden haben, sind allerdings weg. Den Datenverlust bemerkt man meist erst später.

Eine Scherzfrage: Wie nennt man es, wenn bei voller Drehzahl ein Kopf die Oberfläche der Scheibe berührt? Spanabhebende Datenverarbeitung! In der Fachsprache nennt man es einen „Headcrash“, und in schweren Fällen ist die Festplatte hinüber – einschließlich aller Daten.

[Bearbeiten] Wie vermeidet man solche mechanischen Unfälle?

• Den PC sollte man so aufstellen, dass er nicht kippelt – auch nicht, wenn man mit dem Knie anstößt. Noch besser so, dass man gar nicht erst mit dem Knie anstoßen kann!
• Den PC niemals bewegen, wenn er eingeschaltet ist. Nach dem Ausschalten einige Sekunden warten, bis die Festplatte stillsteht.
• Treten und schlagen Sie Ihren PC nicht, wenn er nicht so funktioniert, wie Sie es wollen! Schlagen Sie auch nicht mit der Faust auf die Tischplatte, auf der Ihr PC steht.
• Den PC immer in Gebrauchslage transportieren (Festplatte waagerecht), damit die Magnetköpfe nicht die Parkposition verlassen und auf der Festplatte herumkratzen. Im Auto gibt es zwei günstige Plätze für den Transport: Stehend angeschnallt auf einem Sitz oder stehend festgeklemmt hinter dem Beifahrersitz.
• Wenn Sie Festplatten online von Privatpersonen kaufen, besteht ein hohes Risiko von Transportschäden durch mangelhafte Verpackung.
• Öffnen Sie auf keinen Fall die Festplatte. Ein einziges Staubkorn wirkt auf ihre Festplatte ebenso verheerend wie ein Felssturz auf Ihr Auto.
• Vermeiden Sie Vibrationen. Hoffentlich liegt Ihr Subwoofer nicht auf dem PC oder die externe Festplatte nicht auf dem Subwoofer.

Beachten Sie: Nicht jeder Stoß und jede Überhitzung zerstört Ihre Festplatte sofort. Auch kleinste Schäden addieren sich und verringern die Lebensdauer.

[Bearbeiten] Das Diagnoseprogramm SMART

Die Festplattenhersteller bauen ein Diagnoseprogramm „S.M.A.R.T.“ in jede Festplatte ein. SMART steht für „Self Monitoring, Analysis and Reporting Technology“. Dieses Diagnoseprogramm wacht ununterbrochen über Ihre Festplatte. Es erkennt beschädigte Blöcke, sperrt sie und ersetzt sie durch Reserveblöcke. Es wird geschätzt, dass jede Festplatte ein Viertel ihrer nominellen Kapazität als „heimliche Reserve“ zurückhält, um kleine Schäden ausgleichen zu können. Das bedeutet ja wohl im Umkehrschluss, dass kleine Schäden recht häufig sind.

Statistiken sagen aus:

• Wenn SMART eine erste Warnung gibt, ist die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls in den nächsten Tagen oder Wochen dramatisch hoch.
• Ein Drittel der Festplatten fällt aus ohne eine vorherige Warnung durch SMART.

[Bearbeiten] Ihnen ist bisher noch nie etwas passiert?

Mir auch nicht. Aber Anderen. Mit zunehmender Häufigkeit. Die Festplatten werden jedes Jahr empfindlicher. 1993 hatte eine typische Festplatte eine Kapazität von 20 MByte (0,02 Gbyte), heute das zwanzigtausendfache. Die Drehzahl hat sich in fünfzehn Jahren von 3600 auf 7200 pro Minute verdoppelt, und der Abstand der Köpfe von der Plattenoberfläche hat sich von 1500 nm auf 25 nm verringert. Zum Vergleich: Ein Virus ist im Mittel 100 nm groß. Der Schwenkarm ist etwa 2,5 Millionen mal länger als der Abstand des Magnetkopfes von der Festplatte. Was glauben Sie wohl, wie stark sich dieser lange Arm bei Erschütterungen durchbiegt? Stellen Sie sich zum Vergleich eine 2,5 km lange Stange vor, deren Ende 1 mm Abstand zu einer Oberfläche hat und diese nicht berühren darf!

[Bearbeiten] Überhitzung: Die verkannte Gefahr

Festplatten können sehr heiß werden. Dadurch wird das bei der Herstellung „eingelagerte“ Schmiermittel schneller verbraucht und die Lager verschleißen früher. Jedes Grad Celsius über der zulässigen Betriebstemperatur erhöht die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls um zwei bis drei Prozent.

Festplatten mit einer Drehzahl von 7200 pro Minute sollten zusätzlich gekühlt werden, sonst verringert sich ihre Lebensdauer auf die Hälfte oder weniger.

Ändern Sie nicht für längere Zeit die Lage des Computers (z. B. indem Sie einen flachen PC hochkant betreiben). Der Wechsel der Lage kann bei einigen Festplatten den Verschleiß stark erhöhen! Bei einer externen Festplatte sollten Sie sich gleich nach dem Kauf überlegen, ob Sie die Platte zukünftig legen oder stellen wollen – und bei dieser Entscheidung bleiben.

Die Festplatte ist einer der größeren Stromverbraucher. Der Strom wird von der Elektronik und den Antrieben in Wärme umgewandelt. Die meiste Wärme entsteht an der Unterseite. Die Wärme steigt auf. In der Mitte der Platte geht das kaum: Dort sind die Magnetscheiben im Wege, und die Luft zwischen den Scheiben leitet die Wärme schlecht. Also kann die Wärme nur über die Seitenwände der Festplatte abgeleitet werden.

Die normale Betriebstemperatur einer gut belüfteten Festplatte liegt bei 30 bis 40 °C, kühler wird es im PC-Gehäuse kaum. Festplatten werden so konstruiert, dass sie bei einer normalen Betriebstemperatur die maximale Lebensdauer erreichen. Bei Temperaturen unter 10 °C und über 50 °C verdoppelt sich die durchschnittliche Ausfallrate. Bei 60 Grad steigt die Ausfallrate der Platte auf das sechsfache! ^[2] Bei etwa 65 °C droht sofortiger Ausfall. Bei vielen Festplatten erzwingt die SMART-Festplattenelektronik Abkühlpausen bei drohender Überhitzung. Sie merken das daran, dass der PC bei hoher Festplattenauslastung für einige Sekunden „hängt“, meist mehrmals nacheinander.

Die Wärme muss weg! Aber wohin mit der Wärme?

Der Wärmeaustausch mit der umgebenden Luft spielt eine bedeutende Rolle. Die Luft sollte also die Festplatte gut umströmen können.

Die Wärmeleitung ist recht wirkungsvoll. Achten Sie darauf, dass die Festplatte mit vier Schrauben am Blech des Gehäuses angeschraubt ist, dadurch wirkt das Gehäuse als Kühlblech. Die bei Bastlern so beliebten Plasteeinschübe, die einen Wechsel der Festplatte ohne Benutzung des Schraubendrehers ermöglichen, sind aus thermischer Sicht katastrophal (und auch sonst recht sinnlos: Wiegen denn drei Minuten Zeitersparnis pro Festplattenwechsel die Nachteile auf? Muss denn die Festplatte so oft gewechselt werden?).

Es ist also recht schwierig, die Wärme zu beseitigen. Daraus sind die folgenden Empfehlungen abgeleitet:

• Ein Festplatten-Zusatzlüfter (kostet 10 bis 15 Euro) darf keinesfalls fehlen. Er sollte einen großen Lüfter (6 cm Durchmesser oder mehr) haben und unter die Festplatte geschraubt werden.
• Die meisten Festplattenlüfter haben leider ein Gleitlager (gemeint ist: eine Metallachse in einem Plasteloch). Lange hält das nicht. Kaufen Sie nur Lüfter mit Kugellager, auch wenn sie ein wenig teurer ist. Sie gewinnen Laufruhe und eine längere Lebensdauer.
• Lüfter mit einem Durchmesser unter 3 cm sollten Sie nicht mal geschenkt nehmen. Sie sind laut und halten nicht lange. Ein Lüfter mit 6 cm Durchmesser hat die vierfache Lüfterfläche und befördert die dreifache Luftmenge. Das erlaubt die Verringerung der Lüfterdrehzahl auf ein Drittel. Dadurch verdreifacht sich die Lebensdauer der Lager. Durch die geringere Drehzahl ändert sich das Geräusch von einem lauten, unangenehmen hohen Sirren zu einem viel leiserem Ton in einer angenehmeren Tonlage. Die Strömungsgeräusche der Luft werden praktisch unhörbar.
• Gönnen Sie Ihrer Festplatte Pausen! Standard-Festplatten sind nicht für Dauerbetrieb zugelassen.
• Stellen Sie den PC nicht direkt neben eine Wärmequelle, und verdecken Sie die Lüftungsöffnungen nicht.
• Computer verdrecken innen recht schnell, wodurch sich die Durchlüftung verringert und damit auch die Kühlung. Deshalb sollten Sie ein- bis zweimal jährlich den Staub aus Gehäuse und Netzteil herausblasen. Saugen ist wenig effektiv, der Staubsauger bringt wenig Nutzen. Wenn Sie ihn trotzdem verwenden, dann vorsichtig, stoßen Sie nicht an! Vielleicht haben Sie oder ein Bekannter einen Kompressor (zum Aufpumpen von Autoreifen oder Luftmatratzen)? Vielleicht ist eine Tankstelle in der Nähe? Im Fachhandel gibt es Druckluftflaschen, sie kosten maximal zehn Euro.
• Die Festplatte muss so eingebaut sein, dass die erwärmte Luft wegströmen kann. Insbesondere muss über und unter der Festplatte genügend Platz sein!

[Bearbeiten] Dauerbetrieb

Nach den Preis-Leistungs-Daten unterscheidet man Server-, Desktop- und Notebook-Festplatten. Als Desktop-Festplatte werden die handelsüblichen Festplatten für „Normalverbraucher“ bezeichnet. Die Server-Festplatten haben im Vergleich zu Desktop-Platten die doppelte Drehzahl und die halbe Positionierzeit, sind für Dauerbetrieb zugelassen und haben fünf Jahre Garantie. Allerdings kosten sie das Zehnfache einer Desktop-Festplatte. Es ist weitgehend unbekannt, dass die meisten Desktop-Festplatten nicht für den Dauerbetrieb konzipiert sind. Das Problem hierbei ist die Wärmeentwicklung. Viele Hersteller erlauben nur durchschnittlich 10 Stunden Betriebszeit pro Tag, danach sollte die Festplatte abkühlen können. Wenn diese Betriebsbedingungen eingehalten werden, erreichen viele Festplatten eine Lebensdauer von mehr als fünf Jahren, und das fast ohne Wartung. Der Zusatzlüfter sollte aber überwacht und bei Bedarf gewechselt werden, damit die Temperatur der Festplatte niedrig bleibt.

Zum Vergleich: Würde Ihr Auto täglich 10 Stunden lang mit 80 km/h fahren, hätte es pro Jahr etwa 300.000 km zurückgelegt. Alle 15.000 km wäre eine Wartung mit Ölwechsel fällig, also 20 Wartungen in diesem einen Jahr.

[Bearbeiten] Verschleiß: Das unabwendbare Ende

[Bearbeiten] Was passiert, wenn man den PC ausschaltet?

Wenn die Festplatte die Drehzahl verringert, verringert sich auch der Auftrieb der Köpfe, und die Magnetköpfe „landen”. Wie geht das ohne Head-Crash ab?
Sobald der Strom ausfällt, wird der Antriebsmotor zu einem Dynamo umgeschaltet. Mit der Schwungmasse der Spindel wird Strom erzeugt, um die Köpfe in die Parkposition in der innersten Spur zu bewegen. Dort ist die „Landebahn“ metallisch und hochglanzpoliert. Sobald sich die Köpfe über der Landeposition befinden, erfolgt die nächste Umschaltung: Der Spindelmotor arbeitet jetzt als Generatorbremse^[3] und bremst die Scheiben sehr schnell ab. Die Köpfe setzen auf, der Verschleiß ist minimal.

Renommierte Hersteller geben an, dass die Köpfe 20 000 bis 40 000 Start-Stop-Zyklen aushalten. Bei normaler Nutzung sollte das ausreichen. Kommen Sie aber nicht auf die Idee, nach jeweils drei Minuten Leerlauf die Festplatte abzuschalten, um Strom zu sparen! Dann haben Sie Ihre Festplatte möglicherweise schon nach einem Jahr kaputtgespart. Dabei würde man wohl auch keinen Strom sparen, denn der Anlaufstrom des Motors ist sehr viel größer als der Leerlaufstrom bei ununterbrochenem Betrieb.

Neuerdings gibt es Festplatten, die ihre Köpfe auf einer „Landerampe“ absetzen, was den Verschleiß weiter verringert.

[Bearbeiten] Wie kündigen sich Probleme an?

Wenn die Festplatte nicht innerhalb von etwa drei Sekunden ihre Normdrehzahl erreicht, schaltet der Antrieb sicherheitshalber ab. Manchmal läuft sie nach mehreren Einschaltversuchen doch noch an. Reagieren Sie umgehend – ein verschlissenes Lager repariert sich nicht von allein!

Wenn die Festplatte die gesuchten Daten nicht findet, fahren die Köpfe mehrmals an den Plattenrand zurück und zählen die Spuren neu ab. Wenn Sie dieses rhythmische Klacken hören, steht eventuell das Lebensende der Festplatte dicht bevor.

Wenn Windows unerwartet für einige Sekunden „stehenbleibt” und auf nichts mehr reagiert, während die Festplattenaktivitätsanzeige Dauerlicht zeigt, ist die Festplatte vermutlich überhitzt und die SMART-Elektronik erzwingt eine kleine Abkühlpause. Dann geht es ohne Fehlermeldung weiter, als wäre nichts geschehen. In diesem Fall sollten Sie die Lüfter kontrollieren.

Für Festplattenausfälle gibt es fast immer Warnzeichen – achten Sie stets auf Auffälligkeiten und zögern Sie nicht, umgehend um Rat zu fragen!

Übrigens: Haben Sie eine einigermaßen vollständige, einigermaßen aktuelle Datensicherung? Stellen Sie sich vor, Ihre Festplatte würde jetzt, in diesem Moment kaputtgehen. Wie groß wäre dann der Datenverlust und wie lange würde die Wiederbeschaffung der Daten bzw. die erneute Eingabe dauern? In der Mehrzahl der Fälle ist eine professionelle Datenrettung möglich, aber diese kann mehrere tausend Euro kosten!

[Bearbeiten] Pflege und Wartung der Festplatte

Was können Sie für Ihre Festplatte tun?

[Bearbeiten] Rechtzeitig austauschen!

Den Inhalt einer intakten Festplatte auf eine neue zu kopieren ist mit einem geeigneten Image-Programm leicht möglich: 5 Minuten schrauben und klicken plus eine Stunde auf das Ende des Kopiervorgangs warten. Wenn jedoch die ersten Schäden aufgetreten sind, kann es aufwändig, sehr, sehr teuer oder unmöglich werden. Wechseln Sie deshalb eine alte Festplatte aus, bevor sie versagt! Sie haben von einigen Merkmalen gelesen, die auf einen möglicherweise bevorstehenden Ausfall hinweisen.

Wenn Sie sich noch nicht entscheiden können, Ihre Festplatte auszuwechseln, bedenken Sie:

• Alle Festplatten sind für eine endliche Betriebszeit projektiert. 20 000 Stunden entsprechen entweder fünf Jahren mit täglich 11 Stunden oder zwei Jahre bei ununterbrochenem Betrieb. Danach steigt die Ausfallwahrscheinlichkeit an.
• Eine neue Festplatte wird nicht nur größer, sondern auch schneller und wahrscheinlich stromsparender und leiser sein.

[Bearbeiten] Festplatte entlasten

Das Betriebssystem führt eine Liste, welche Programmteile und -bibliotheken wann zuletzt benötigt worden sind. Wenn der Platz im Arbeitsspeicher nicht mehr ausreicht, lagert das Betriebssystem die am längsten nicht benutzten Komponenten in den „Swap-Bereich“ aus - das ist ein dafür reservierten Bereich der Festplatte. Wird die Komponente erneut benötigt, wird sie aus dem Swap-Bereich in den RAM zurückgelesen. Dieses ständige Auslagern und Zurückholen führt zu einer merklichen Festplattenaktivität. Der Swap-Bereich ist der am häufigsten benutzte Bereich der Festplatte.

• Deshalb sollten Sie Ihren PC mit genügend Arbeitsspeicher ausstatten. Das Betriebssystem muss weniger oft Daten auf die Festplatte auslagern, wodurch der PC spürbar schneller wird.
• Vielleicht haben Sie eine ungenutzte ältere Festplatte? Bauen Sie diese ein und verlegen Sie die Swap-Datei auf die zweite Festplatte. Ein nennenswerter Anteil der Festplattenzugriffe entfällt auf die zweite Festplatte, und auf der ersten verringern sich merklich die Zugriffszeiten.
• Schalten Sie die Festplatte in Arbeitspausen aus, wenn die Pause deutlich länger als eine Stunde dauert. Sie können dazu den PC in den Standby-Modus oder den Ruhezustand versetzen oder herunterfahren. In kurzen Pausen (weniger als eine halbe Stunde) den PC eingeschaltet lassen.

[Bearbeiten] Oberflächentest

Führen Sie gelegentlich einen Oberflächentest durch – einmal im Vierteljahr genügt. Dazu klicken Sie im Arbeitsplatz oder im Explorer mit der rechten Maustaste auf das zu prüfende Laufwerk, dann links auf Eigenschaften. Unter Extras finden Sie die Fehlerüberprüfung und die Optimierung. Man kann auch ein Diagnosetool des Festplattenherstellers verwenden, das meist auch SMART-Werte auslesen kann.

[Bearbeiten] Defragmentierung

Unter Extras finden Sie einen Button Jetzt defragmentieren. Bei der Defragmentierung werden die Dateien besser angeordnet, so dass zukünftige Zugriffe mit weniger Bewegungen der Magnetköpfe und somit auch schneller ausgeführt werden. Es handelt sich nicht um ein „Aufräumen“ im Sinne von Müll beseitigen, sondern nur um eine bessere Anordnung der Daten.

Ob sich eine Defragmentierung lohnt, hängt vom verwendeten Dateisystem ab. Wenn Sie im „Arbeitsplatz“ mit der rechten Maustaste auf ein Laufwerk klicken und „Eigenschaften“ wählen, sehen Sie den Dateisystemtyp hinter „Dateisystem“.

Wenn Ihre Festplatte das Dateisystem NTFS oder EXT3 benutzt, lohnt eine Defragmentierung nicht den Zeitaufwand. Beim Dateisystem FAT oder FAT32 ist alle paar Monate eine Optimierung sinnvoll. Wie macht man das? Wenn Sie auf der erwähnten Eigenschaften-Seite des Laufwerks das Register    Extras    wählen, finden sie den Button Jetzt defragmentieren.

Führen Sie aber KEINESFALLS eine Defragmentierung, einen Oberflächentest oder einen vollständigen Virenscan durch, wenn Sie Unregelmäßigkeiten beobachtet haben! Die Belastung durch diese Programme könnte Ihrer Festplatte den „Todesstoß“ versetzen!

[Bearbeiten] Was tun, wenn die Defragmentierung immer wieder abbricht?

Die Defragmentierung beginnt jedesmal von vorn, wenn ein Programm auf die Festplatte zugreift. Schuld sind meist die Programme, die in der Taskleiste links von der Uhrzeit aufgeführt sind. Einige von ihnen können vielleicht zeitweise gestoppt werden. Wenn das nicht reicht, sollten Sie es im „abgesicherten Modus“ versuchen: Drücken Sie während des Windows-Starts die Taste F8 und wählen Sie den „abgesicherten Modus“. Im abgesicherten Modus werden nur die unentbehrlichsten Treiber und Programme gestartet, und normalerweise stört dann nichts mehr bei der Defragmentierung.

Wenn eine begonnene Defragmentierung nicht zum Ende kommt, sollte sie bald fortgesetzt werden. Weil während der Defragmentierung ein Teil der Daten zeitweise am hintersten, entferntesten Ende der Festplatte zwischengelagert wird, vergrößern sich die Positionierungszeiten. Die Festplatte wird langsamer statt schneller! Führen Sie die Defragmentierung deshalb möglichst bald bis zum Ende durch!

[Bearbeiten] Neue Entwicklungen

Wenn man viele Flash-Speicher (solche wie in den USB-Sticks) in ein Festplattengehäuse packt, trägt es den Namen „Solid State Disk“ (SSD). Diese „Festplatten“ sind sehr schnell, absolut geräuschlos (denn es steckt kein Motor drin) und sie brauchen nur sehr wenig Strom, aber sie sind entsetzlich teuer. Der geringe Stromverbrauch macht sie besonders für Notebooks attraktiv. Allerdings ist die Lebensdauer geringer als bei mechanischen Festplatten: Flash-Speicher kann man nur hunderttausend bis eine Million mal beschreiben. Windows Vista ist auf diese SSD-Eigenschaften vorbereitet und verteilt die Daten so auf der Festplatte, dass die "Abnutzung" gleichmäßig verteilt wird. Frühere Betriebssysteme tun das nicht.

Eine SSD-Festplatte dürfen Sie keinesfalls defragmentieren! Es reduziert die Lebensdauer, denn die Anzahl der Schreibvorgänge ist begrenzt. Außerdem ist es völlig nutzlos, denn bei einer SSD werden die Speicherzellen elektrisch digital adressiert (keine Schreibköpfe bewegt!), das heißt jede Speicherzelle wird gleich schnell erreicht und somit hat die Fragmentierung keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit.

Wenn eine herkömmliche Festplatte mit zusätzlichem Flash-Speicher ausgestattet wird, erhält man eine „Hybrid Disk“ oder „Hybrid Hard Disk“ (HHD). Sie sind nicht ganz so teuer wie SSD, aber schneller und stromsparender als herkömmliche Festplatten. Bei den gegenwärtig (Februar 2008) erhältlichen Exemplaren sind diese Vorteile allerdings so gering, dass sich die Anschaffung angesichts des hohen Preises nicht lohnt. ^[4]

[Bearbeiten] Referenzen

1. ↑ Festplatte setzt Lageänderungen Widerstand entgegen wie ein Gyroskop http://de.wikipedia.org/wiki/Gyroskop
2. ↑ Studie von Google über Festplattenausfälle, 2007: http://labs.google.com/papers/disk_failures.html
3. ↑ Spindelmotor als Bremse: http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromotorische_Bremse
4. ↑ Hybrid-Festplatten sind zu teuer, Quelle: PC-Welt, 02/2008, S. 142)