Festplatten-Systeme

Festplatten, auch Winchester- oder Magnetplatten genannt, gehören zu den primären Datenspeichern, bieten also wahlfreien Zugriff auf die gewünschten Dateien und sind außerdem der schnellste heute verfügbare Massenspeicher.
Der vergleichbar hohe Preis der Platten macht oft aber langsamere Alternativen attraktiver.

Festplatten sind im 1,3"-, 1,8"-, 2,5 "-, 3,5" und 5,25"-Formfaktor erhältlich, wobei der Formfaktor den Durchmesser der Plattenscheibe im Innern des Laufwerks bezeichnet. Die heutige maximale Kapazität beträgt 48 GB.

Die Leistungsfähigkeit einer Platte wird durch Zugriffszeit, Übertragungsrate und Prozessor-Geschwindigkeit bestimmt.
Die Zugriffszeit wiederum setzt sich aus mehreren Vorgängen und Zeitabschnitten zusammen:

• Zum Lesen oder Schreiben muß ein Programm im Betriebssystem einen entsprechenden Request erzeugen. Die hierfür benötigte Zeit nennt man "Betriebssystem Overhead".

• Danach folgt die Positionierzeit, in der der Kopf an eine bestimmte Stelle der Platte bewegt wird und die Settingzeit, in der der Kopfmechanismus zur Ruhe kommt und ausschwingt.

• Danach wartet der Kopf auf der entsprechenden Spur bis der gewünschte Block unter ihm vorbeikommt (Latency oder Umdrehungswartezeit).

• Jetzt erst können die Daten über den Festplatten-Controller und den SCSI-Bus zum SCSI-Hostadapter übertragen werden. Die Geschwindigkeit mit der dies geschieht ist die Transferrate.

Die Transferraten hängen vom eingesetzten SCSI-Bus und von der Blockung der Platte (512 - 4096 Bytes/Sektor) ab und können bei optimalen Bedingungen bis zu 40 MB/s betragen.
Der Einsatz von Controllern mit Cache-Speicher verbessert die Performance zusätzlich. Zugriffszeiten liegen im Idealfall dann unter einer Millisekunde.
Eine weitere Möglichkeit zur Leistungssteigerung sind Halbleiterspeicher, auch als Solid State Disks bekannt.

Reicht für bestimmte Operationen oder Anwendungen die Arbeitsgeschwindigkeit von Festplatten nicht aus, kann diese unter Einsatz von Halbleiterspeichern noch erhöht werden, da in diesem Fall die Positionierzeit und die Umdrehungswartezeit entfallen. Bei den Solid State Disks handelt es sich um eine reine Hardwarelösung aus Bus-Interface und Speichermodulen.
Anwender können mit den Solid State Disks genauso wie mit einer konventionellen Festplatte arbeiten, also Dateien abspeichern, lesen und ändern.

RAID-Systeme

RAID-Systeme sind eine Kombination aus mehreren (austauschbaren) Festplatten.
Die Bezeichnung RAID steht dabei für Redundant Array of Independent Disks.

Die RAID-Systeme sind ausfallsicher, das heißt, daß der Ausfall eines Einzellaufwerks weder den Gesamtbetrieb noch die Daten gefährdet.
Hierfür verwendet das System einen Teil der Gesamtkapazität zum Speichern der Parity-Informationen.

Je nach RAID-Level werden diese Daten mit Mirroring oder im Stripping-Verfahren abgelegt.

Die meisten RAID Systeme sind erweiterbar und bieten scheinbar unendlich große Speicherkapazitäten.
Zu beachten ist, daß RAID Systeme der besseren Verfügbarkeit von Daten dienen, nicht der Performanceverbesserung. Durch die Redundanz dauern Schreib- und Lesezugriffe zum Teil erheblich länger als bei Einzellaufwerken.

Sinnvoll sind die Arrays für große Datenmengen, die öfter im Zugriff sind und gleichzeitig ein hohes Sicherheitskonzept erfordern.

Magneto-Optische Laufwerke

Bei Magneto-Optischen Laufwerken werden die Daten mittels eines Lasers auf den Datenträger geschrieben. Durch die Direct Overwrite (DO-) Technologie ist dabei auch das Überschreiben vorhandender Daten möglich.

MO Disks gibt es als einmal- (WORM) und wiederbeschreibbar, sie sind handlich im Format und haben eine Lebensdauer von 30 - 50 Jahren. Sie sind in den Standardformaten 3,5" und 5,25" erhältlich und bieten Speicherkapazitäten von bis zu 5,2 GB (5,25") bzw. 640 MB (3,5").

Die MO-Laufwerke können vom Rechner wie ein konventionelles Festplattenlaufwerk angesprochen werden und bieten nach Einlegen des Datenträgers wahlfreien Zugriff auf die gewünschten Dateien. Allerdings ist die Performance hier nich so gut wie bei Festplatten.
Für riesige Datenmengen werden Magneto-Optische Libraries mit einem und mehr Laufwerken angeboten, die mehrere hundert Datenträger verfügbar halten können.

Der Einsatz der MO-Technologie eignet sich für Transfer und Backup von großen Datenmengen, in Umgebungen in denen eine relativ geringere Schreib/Lesegeschwindigkeit akzeptiert werden kann. WORM Platten sind, da nur einmalbeschreibbar, optimal in der Datenarchivierung einsetzbar.

CD-ROM Laufwerke

Die Bezeichnung Compact Disc-Read Only Memory sagt schon einiges über die Haupteigenschaft der CD-ROMs aus. Die optischen Datenträger können nur einmal, mittels Laser, beschrieben werden. Ein Löschen oder Überschreiben der Informationen ist nicht möglich.

Durch das äußerst handliche Format und den günstigen Preis von Datenträger und Laufwerk eignen sich die CDs optimal für die Datenverteilung, Softwaredistribution und Langzeitarchivierung.

Außerdem sind die Herstellungskosten in den letzten Jahren auf ein Niveau gesunken, das es erlaubt auch kleinere Auflagen oder einzelne CDs selbst zu brennen. Immer öfter findet man deshalb auch Produktkataloge und Grafiksammlungen auf CD.

DVD-ROM Laufwerke

DVD-ROMs bieten zur Zeit 4,7 GB Speicherplatz (bei einer einseitigen Disc mit einer Datenschicht), d.h. siebenmal mehr als herkömmliche CD-ROMs.
Aufgrund dieser hohen Speicherkapazität eignet sich DVD-ROM für eine Reihe von Einsatzmöglichkeiten, z.B. hochauflösende Grafiken, Digital Video, Computerdaten, 3D-Animation und umfangreiche Datenbanken.
Für die Zukunft sind weitere Media-Generationen von Seiten der Hersteller bereits angekündigt. Die Speicherkapazitäten sollen dann sogar bei 17 Gigabyte pro Disc liegen (zweiseitige Disc mit doppelter Datenschicht).

Bandlaufwerke

Der Markt bietet heute eine große Auswahl an Bandlaufwerken mit unterschiedlichen Datenträgern und Aufzeichnungsverfahren. Aufgrund ihres günstigen Preises, eignen sich alle Tape-Subsysteme ideal für BackupOperationen. Da sind die geringen Zugriffsgeschwindigkeiten oft nur nebensächlich.
Die von den Herstellern angegebenen maximalen Speicherkapazitäten hängen vom Aufzeichnungsformat, von der Schreibdichte und von der Bandlänge ab und sind nur mit vorformatierten Bändern zu erreichen. Hinzu kommt bei einigen Laufwerken ein Kompressionsfaktor, der durch Datenart und Kompressionsalgorithmus bestimmt wird.
Und natürlich spielt bei der tatsächlich erreichbaren Übertragungsrate auch die Leistungsfähigkeit des angeschlossenen Rechners und Controllers eine entscheidende Rolle.

Für alle Tape-Subsysteme sind Libraries und Autoloader mit unterschiedlichem Fassungsvermögen erhältlich:

• Einfachere Systeme, die sich auf das automatische Wechseln der Datenträger beschränken, sowie Wechselroboter, die in Verbindung mit Spezialsoftware auch Random Access bieten können.

• Die Library-Systeme sind mit einem oder mehreren Laufwerken ausgestattet und verwalten bis zu mehreren hundert Kassetten.

QIC (1/4")

QIC (Quarter Inch Cartridge) Laufwerke zeichnen die Daten serpentinenförmig auf Magnetbandkassetten auf.
Mit hoher Geschwindigkeit wird die Spur parallel zum Rand geschrieben, von einem Bandende zum anderen und wieder zurück, wobei die neue Spur unterhalb und parallel zur alten fortgesetzt wird. Da diese Serpentine natürlich auch beim Lesen der Daten durchlaufen werden muß, ist ein direkter Dateizugriff unmöglich.
Beim Aufzeichnen der Daten wird die größte Performance und Kapazität erreicht, wenn die Übertragungsgeschwindigkeit des Systems höher ist als die Aufzeichnungsrate des Laufwerks. Das Magnetband kann dann ohne Lücken beschrieben werden. Ist der Streamer Puffer leer, müssen neue Daten vom System angefordert werden. Währenddessen wird das Band angehalten und an das letzte Aufzeichnungsende zurückgesetzt. Die Aufzeichnungsdauer erhöht sich deshalb mindestens um die Repositionierzeit.

Ein Nachteil der QIC Laufwerke sind die vielen Standards die mittlerweile existieren. Der eigens zur Standardisierung geschaffene QIC-Verband konnte bisher leider nur mäßigen Erfolg verzeichnen. Zwar legt der Verband Standards und Normen fest, dies aber in scheinbar unbegrenzter Anzahl und eigens für fast jedes Mitglied.

MLR

Die Multi-Channel Linear Recording Technologie, entwickelt von TANDBERG DATA, ist als Weiterentwicklung des Quarter Inch Formates anzusehen. Die Daten werden ebenfalls in linearen Serpentinen aufgezeichnet. Durch das Anbringen von Servospuren auf der Bandoberfläche konnte die Gesamtanzahl der Spuren erhöht werden und können nun mit insgesamt 12 Köpfen, davon vier Schreib- und acht Leseköpfe die Daten parallel geschrieben werden. Die erste Generation dieser Streamer bietet pro Media immerhin eine Kapazität von 16 Gigabyte.

DLT

Die Digital Linear Tape Technologie zeichnet Daten ebenfalls serpentinenförmig auf, allerdings auf 1/2 Zoll-Magnetbandkassetten.
DLT Laufwerke bieten im Vergleich zu anderen Bandlaufwerken die höchste Speicherkapazität, bis zu 70 GB, und eine dreimal so hohe Transferrate von 10 MB/s (DLT 7000, Kompression 2:1). Zudem sorgt die einfache Bandführung der DLT Systeme und stationäre Magnetköpfe für eine minimale Bandbelastung und eine längere Lebensdauer. Insgesamt gesehen zeichnen sich die DLT Systeme durch hohe Zuverlässigkeit, große Speicherkapazitäten und hohe Transferraten aus.

3480

3480-Systeme sind hauptsächlich in IBM Großrechnern im Einsatz.
Die Datenträger sind ähnlich den DLT Bandkassetten (1/2"), die Aufzeichnung erfolgt auf 18 parallele Spuren.
Zwar gewährleistet das 3480-System innerhalb der IBM-Systeme einen einfachen Datenaustausch, der Preis für Laufwerk und Media ist jedoch relativ hoch und die Kapazität mit 220 MB eher gering.

NTP Magstar

NTP (New Tape Product) Magstar Laufwerke, auch als IBM 3590-System bekannt, zeichnen die Daten linear auf. Die Laufwerke erreichen auch ohne Kompression Kapazitäten von 10 GB und sagenhafte Transferraten von bis zu 9 MB/s. Mit einer vom Hersteller IBM angegebenen Kompressionsrate von 3:1 lassen sich diese Werte dann noch erhöhen.
Magstar Systeme sind nicht kompatibel zu den 3480 Systemen von IBM.

8 mm (EXABYTE)

Laufwerke aus der EXABYTE 8 mm-Serie zeichnen die Daten im Helical-ScanVerfahren auf.
Bei der Helical-Scan Technologie schreiben rotierende Kopftrommeln die Daten auf schräg zur Laufrichtung liegende Spuren. Durch die hohen Datendichten können Kapazitäten von bis zu 40 GB pro Kassette zur Verfügung gestellt werden.

Als Datenträger sollten nur mit D-8 gekennzeichnete Cartridges verwendet werden. Außerdem empfiehlt sich eine regelmäßige Reinigung der Schreib- und Leseköpfe (nach ca. 30 GB oder 1-mal monatlich). Die Kassetten der 8 mm Systeme sind handlich, der Platzbedarf ist gering und Versand und Lagerung sind unproblematisch. Bei sachgemäßer Behandlung sichern die Hersteller eine Archivierungszeit von 10 Jahren zu.

8 mm AIT

Anfang des letzten Jahres hat der japanische Hersteller SONY die ersten Laufwerke der neuen Advanced Intelligent Tape Technologie auf den Markt gebracht.
Die Basis für das neue AIT Aufzeichnungsverfahren bildete das konventionelle Helical Scan Recording in Verbindung mit speziellen "Advanced Metal Evaporated" Datenträgern.
Einige technische Veränderungen, beispielsweise ein vergrößerter MIG-Kopf, haben im Vergleich zu den konventionellen 8 mm Systemen für Leistungsverbesserung und eine größere Zuverlässigkeit der AIT-Laufwerke gesorgt. Ein Nachteil dieser Systeme ist allerdings, daß sie die konventionellen 8 mm Bänder nicht verwenden können. Schreiben und/oder Lesen im EXABYTE Format ist nicht möglich.

4 mm DAT

Die 4 mm DAT Laufwerke sind eine Weiterentwicklung aus dem Audio Bereich, Die Datenaufzeichnung erfolgt, genauso wie bei den 8 mm-Systemen, im Helical Scan Verfahren.
Die 4 mm-Laufwerke sind in den Standards DDS-1, DDS-2 und DDS-3 erhältlich und speichern bis zu 24 GB bei einer maximalen Transferrate von 2,4 MB/s (Kompressionsrate 2:1).
Entwickelt wurde - das DDS-Format (Digital Data Storage) von HP und SONY.

Verglichen mit den 8 mm Laufwerken von EXABYTE, liegen die Kapazitäten der DAT-Systeme zwar weit darunter, Dateien können aufgrund der höheren Bandgeschwindigkeit und einer anderen Markierungstechnik aber erheblich schneller gefunden werden.