Die Funktionsweise der Festplatte (und Transferraten) Wie eine Festplatte funktioniert Teil 1

Zur Funktionsweise und zum Aufbau einer Festplatte gibt es einiges zu erzählen.
Alle Festplatten bestehen aus mehreren Scheiben (Platten). Um eine Verstaubung zu verhindern, liegen diese Platten in einem vakuumvisiertem Gehäuse vor Staub und anderen schädigenden Gegenständen geschützt. Darum ist es auch strengstens untersagt, ein Gehäuse zu öffnen, denn wenn es einmal offen war, kann die Festplatte nie mehr benutzt werden. Dabei liegen diese Platten gestapelt mit kleinen Zwischenräumen in dieser Kammer und werden von einem Motor in Rotation gebracht.
Der Aufbau der Platten besteht aus mehreren Schichten. Die erste Schicht, direkt auf dem Metall, besteht aus einem Aluminium- bzw. Aluminium-Magnesium-Substrat. Darüber liegt eine Zwischenschicht aus Nickel und Phosphor. Die eigentliche „Festplatte“ besteht aus einer hauchdünnen, im Nanometerbereich liegenden Ferromagnetischen Schicht. All diese Beschichtungen sind meinen Schätzungen nach maximal 500 Nanometer dick.
Das früher eingesetzt Eisenoxid wurde heute durch Kobalt-, Kobalt-Nickel- & Chromlegierungen mit Phosphor ersetzt. Ein darauf gelegter Karbonfilm mit einem (meistens) Gleitmittel schützt diese hochempfindliche Schicht. Die meisten Platten in den Festplatten sind beidseitig beschichtet.
Zwischen den Platten bewegen sich die Schreib-/Leseköpfe, die ich im vorherigen Artikel beschrieben habe.
Wenn die Festplatte „ruht“, sich also nicht bewegt, liegen die Köpfe auf der Schicht auf (keine Angst, es passiert nichts!). Erst wenn die Platten von dem Motor angetrieben und in Rotation versetzt werden heben sich die Köpfe von der Schicht ab („flying height“).
In die Ruheposition gehen diese mithilfe der ihnen verbliebenen Restenergie. Wenn Sie nun die Festplatte transportieren oder ausbauen, wird die Oberfläche der Festplatte nicht beschädigt. Für diese Parkposition existiert eine sogenannte „landing zone“ oder „landing track“, also eine Extraspur für den Kopf. Diese Fläche ist aufgeraut, um es den Köpfen zu ermöglichen sich darauf festzuhalten.
Was noch zu den Köpfen dazugehört, ist der Actuator. Er sorgt dafür, dass der Kopf sich über den bestimmten Bereich auf den Platten bewegt. Gegenseitig dazu gibt es einen Linearmotor, der die Spitze des Kopfes zum Zentrum der Platte führt.
Dazu gibt es einen Actuator- und Spindle-Controller, der nach den Anweisungen des Disc-Mikro-Controllers und den schon gelieferten Daten des Lesekopfes die Steuerung des Kopfes über einen bestimmten Datenbereich übernimmt.
Der Schreibvorgang einer Festplatte erfolgt dadurch, dass der Schreibkopf ein Magnetfeld erzeugt, das den magnetischen Fluss des Materials partiell ändert und gleichzeitig auch noch die Polarität (die Ausrichtung der Elementarmagnete (kleinste ‚Magnete‘ im Material)) umkehrt. Wenn die Stelle gelesen wird, werden die Fluss- und Polaritätswechsel detektiert und ausgewertet.

[i]Sie kennen doch bestimmt die Funktionsweise eines Tonbandgeräts. Eine Magnetspule erzeugt ein Magnetfeld, das die Ausrichtung der Elementarmagnete ändert. Beim Lesen wird dieses neue Magnetfeld unter Strom gesetzt und so die Daten ausgelesen.[/i]

Heutzutage wird eine neue Technik verwendet: Schreib- und Lesekopf sind in photo-lithographischer Dünnfilmtechnik gebaut und getrennt nebeneinander gelagert. Der Schreibkopf funktioniert dahingegen aber immer noch nach der Induktionstechnik.
Der Lesekopf benutzt den magneto-resistiven Effekt (MR-Effekt). Das bedeut: die Metalle ändern unter dem Einfluss magnetischer Spannung, also einem Magnetfeld ihren Widerstand. Der Lesekopf ist meistens aus einer Nickel-Eisen-Legierung gefertigt. Er erkennt, die durch die Rotation erzeugten unterschiedlichen Widerstände der magnetisierten Zonen, wandelt diese elektrischen Spannungsänderungen in elektrische Signale um und verstärkt diese dann.

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