6. Die Geschwindigkeit einer Festplatte

6. Die Geschwindigkeit einer Festplatte

Die Geschwindigkeit einer Festplatte ist im wesentlich abhängig von drei Faktoren:

der Zugriffszeit
der Drehzahl
dem Cache

Zugriffszeit

Die Zugriffszeit ist die Zeit, die die Festplatte durchschnittlich vom Empfang des Befehls bis zum Lesen des ersten Bits benötigt.

Sie setzt sich aus folgendem zusammen:

     Zeit für Befehlsdecodierung (das 'Verstehen' des Befehls)
   + Zeit für Kopfpositionierung
   + Head settle Time (Zeit bis der Kopf ruhig über der Spur steht)
   + Latenzzeit (Zeit bis gewünschter Sektor vorbeizieht)
   ----------------------------------------------------------------
   = Zugriffszeit

Die Festplattenhersteller "mogeln ein wenig" bei den Angaben zur Zugriffszeit Ihrer Produkte. So benutzen sie nicht die 'Full Stroke Zugriffszeit' (Zugriffszeit gemittelt für zufällige Zugriffe über die gesamte Platte), welche die offizielle Definition ist, sondern benutzen eigene Definitionen, um dem Laien eine schnellere Zugriffszeit vorzugaukeln.

So benutzt man z.B. Die '1/3 stroke' Zugriffszeit. Diese Zugriffszeit ermittelt die Zeit für zufällige Zugriffe über dem ersten Drittel der Festplatte. Hier ist die Zugriffszeit schneller, da der Lesekopf nicht so weite Strecken zurücklegen muß, wenn er die Zugriffszeit der gesamten Platte mißt. Hinzu kommt, daß eine Festplatte auf den äußeren Spuren schneller ist als auf den inneren, da hier mit einer Umdrehung mehr Daten eingelesen werden, als auf den inneren Spuren.

Üblich sind heutzutage 6 bis 15ms Zugriffszeit, wobei 6-8ms von Hochleistungs-SCSI Platten erreicht werden. 15 bis 20ms werden von älteren Platten erreicht; ältere MFM benötigen mehr als 40 ms.

Die Zugriffszeit ist auch abhängig vom korrekten Einbau der Festplatte. Sind die Schrauben von Gehäuse zu Platte nicht richtig festgezogen, so vergrößert sich die "Head settle Time", was zu einer Steigerung der Zugriffszeit führt. Zu Hardwaredefekten sollte es jedoch nicht kommen.

Drehzahl

Die Drehzahl gibt an, wie oft sich die Scheibe pro min dreht.

Je schneller eine Festplatte sich dreht, desto geringer wird die Latenzzeit.

Latenzzeit: die Zeit, die eine Festplatte benötigt, um die gesuchten Daten, nach korrekter Positionierung des Schreib- /Lesekopfes, unter ihm vorbeizuführen.

Mit der höheren Drehzahl steigt natürlich auch die Datenübertragungsrate (wenn der Festplattencontroller schnell genug ist, was bei heutigem Stand der Technik kein Problem darstellt).

Drehzahl	Anwendung	Anmerkung
3600 rpm	Billig-(E)IDE HDDs	nicht mehr zeitgemäß
4500 rpm	Standard bei EIDE	zunehmend von 5400 rpm verdrängt
5400 rpm	bessere EIDE/SCSI HDDs	merklich lauter als 4500 rpm
7200 rpm	Hochleistungs-HDDs	meist laut, unangenehmes Pfeifen
10000 rpm	Hochleistungs-HDDs	meist laut, unangenehmes Pfeifen

Die Speicherkapazität einer Festplatte kann nach folgender Formel berechnet werden:

Speicherkapazität = Anzahl der Zylinder * Sektoren pro Spur * Bytes pro Sektor * Anzahl der Köpfe

Nachteile der höheren Drehzahlen:

Sie erzeugen ein lautes und unangenehmes Pfeifen, weshalb Platten mit hohen Drehzahlen selten auf Arbeitsplatzrechnern verwendet werden. Aber nicht nur der Geräuschpegel steigt, sondern auch die Temperatur der Platten steigt an. Deshalb sollte man solche Festplatten aktiv (mit Lüfter) oder passiv (Kühlrippen) kühlen. Achtet man nicht auf eine anständige Kühlung, sinkt die MTBF (Mean Time Between Failure (Mittlere Zeit bis zum Defekt)).

Cache

Der in einer Festplatte eingebaute Cache dient dazu, das Lesen und zum Teil auch schreiben einer Festplatte zu beschleunigen. Es werden häufig benötigte Dateien nicht immer von der Festplatte nachgeladen, sondern in den Cache geschrieben und wieder gelesen.

Obwohl der Cache im Verhältnis zu mancher Festplatte sehr klein ist, beschleunigt er die Vorgänge erheblich.

Einige Hersteller geben statt der wirklichen Cachegröße den gesamten 'Arbeitsspeicher' der Festplatte an. Im Falle der Quantum Fireball werden von 128 kB 'Cache' ca. 45 kB für die BIOS Routinen abgezweigt, so daß effektiv nur 83 kB Cache zur Verfügung stehen.

SCSI-Platten bieten eine Besonderheit: Sie besitzen einen Schreibcache, der sich per Software ein- und ausschalten läßt.

Diese Software ist z.B. In der c't-Mailbox und auf dem ftp-Server des Heise Verlages unter dem Namen "aspiid15.zip" erhältlich.

Deaktiviert man den Schreibcache, so hat dies zwar eine niedrige Geschwindigkeit, dafür aber eine höhere Datensicherheit zur Folge, da, im Falle eines Absturzes, die Daten im Cache nicht verlorengehen, sondern immer noch auf der Platte vorhanden sind.

Aktuelle Cachegrößen sind: 128/256/512/1024/2048/4096 kByte, wobei 2048/4096kbyte in der Regel nur bei SCSI Hochleistungsplatten auftreten.

Alle Betriebsysteme bieten einen zusätzlichen Softwarecache, der die Festplattenaktivität noch mal beschleunigt. Bei DOS war dies Smartdrive, man konnte aber auch zu anderen Programmen greifen, die nicht aus dem Haus Microsoft kamen. Windows 95 verwaltet seinen Softwarecache selbständig und man hat nur wenig Eingriffmöglichkeiten.

Für Poweruser und für Netzwerkserver ist ein Softwarecache nicht ausreichend. Hier werden gern Cachecontroller verwendet, bei denen ein separater Prozessor auf einer Steckkarte (meist PCI) den Cache verwaltet. Der Cache wird auch auf diesem Controller installiert, ist also unabhängig vom Arbeitsspeicher. Neben der Entlastung der CPU von der Cacheverwaltung verwalten Cachecontroller diesen auch besser.