Grundlagen moderner Speichertechnik

Festplatten – solide Basis auf Abruf

22.01.2007 | Autor / Redakteur: Hartmut Wiehr / Rainer Graefen

Ursprünglich wurden Computerdaten auf Tape gespeichert. Erst einige Jahre später traten Festplatten ihren Siegeszug als Primary Storage an. Das lag vor allem an einem entscheidenden Vorteil: ihren direkten Write- und Read-Möglichkeiten. Ein Nachteil wirkt sich allerdings bis auf den heutigen Tag aus: Sie halten zwar anders als der flüchtige Arbeitsspeicher RAM (Random Access Memory) Daten verlässlich fest, ihre Speicherleistung ist aber letztlich genauso hinfällig. Ein Crash oder Datenverlust sind jederzeit möglich, und der Lebenszyklus von Festplatten ist nur von begrenzter Dauer.

Überträgt man diesen Gedanken auf die Hardware und hier besonders auf die Festplattentechnologie, so muss man feststellen, dass Disks tatsächlich schon länger in Real Time arbeiten: Write- und Readfunktionen erfolgen in direkter Abhängigkeit von den jeweiligen Softwareaufgaben, und RAID und Redundanz sorgen unmittelbar für zusätzliche Datensicherheit.

Das war nicht immer so. In den Anfangsjahren des Computings wurden Magnetbänder als externe Datenspeicher verwendet. IBM führte 1952 die Magnetbandeinheit 726 ein, die auf einem 12-Zoll-Rollenband mit einer Länge von 720 Metern die damals beachtliche Menge von 1,4 Megabyte aufzeichnete und für militärische Zwecke eingesetzt wurde. Vier Jahre später lancierte IBM mit der RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) die erste Platten-Speichereinheit. Der damals verwendete Plattenstapel bestand aus 51 Platten mit einem Durchmesser von 24 Zoll mit einer maximalen Kapazität von fünf Megabyte. Die wesentlichen Vorteile gegenüber der Bandtechnologie bestanden in der im Rechner selbst integrierten Steuerungseinheit, der genauen Positionierung des Schreib-/Lesekopfes und vor allem dem Übertragen der Daten in beide Richtungen – Schreiben und Lesen.

Inzwischen ist es selbstverständlich geworden, digitale Informationen zunächst auf Festplatte und erst anschliessend auf sekundären Datenträgern zu speichern. Festplattenausfälle und von Spezialfirmen angebotene Rettungsdienste für solche Notfälle haben es in Vergessenheit geraten lassen, dass Daten dennoch gar nicht so einfach von einer Platte unwiederbringlich zu löschen sind. So genügt keinesfalls das Überschreiben von Nullen oder Zufalls-Bits, um eine Festplatte sicher zu löschen, sondern die einzig definitive Methode besteht darin, ein starkes Magnetfeld einzusetzen, das auch die Servospuren löscht.

Festplatten im Definitionsstrudel

Die noch immer nicht zu einem Ende gekommene Technologie der Magnetplattenspeicher hat zu einer Vielfalt von Disktypen geführt, deren Details selbst vielen Administratoren und Spezialisten nur selten geläufig sind. Mehr als 20 Jahre lang war die SCSI-Schnittstelle (Small Computer System Interface) der durchgesetzte Standard für den Anschluss von Server-Festplatten oder Bandlaufwerken. Doch bei Übertragungsgeschwindigkeiten und Kabellängen war der SCSI-Standard allmählich ausgereizt.

Fibre Channel und iSCSI eignen sich dagegen dafür, grössere Entfernungen zwischen Servern und Speichergeräten zu überbrücken. Aus der Kombination von SATA und SCSI ergab sich die neue Schnittstelle SAS (Serial Attached SCSI). Insbesondere die Datenübertragungsrat konnte auf bis zu 3 GBit/sec erhöht werden, geplant sind für die Zukunft 6 bzw. 12 GBit/sec.

IDE- und SATA-Festplatten wurden ursprünglich für die Benützung an Desktop-Systemen entwickelt. Ihre Zugriffszeiten sind im Vergleich zu Server-Festplatten mit SCSI-, FC- oder SAS-Schnittstelle weniger schnell und verfügen auch über geringere Laufzeiten. Allerdings sind sie deutlich billiger.

Für RAID- und Backup-Systeme, bei denen es weniger auf schnelle Zugriffszeiten, sondern auf hohe Transferraten und Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb ankommt, werden inzwischen besonders getestete IDE- und SATA-Platten eingesetzt. Sie sind preisgünstiger als die herkömmlichen Servermodelle und speichern bis zu 750 GByte pro Platte. Diese ehemaligen Desktop-Platten werden in der Regel für eine MTBF (Mean Time Between Failures) von etwa 600.000 Stunden spezifiziert, liegen damit aber immer noch unter der MTBF von Server-Platten, die auf über eine Million Stunden angelegt sind.

SCSI-, FC- und SAS-Festplatten verfügen allerdings noch immer über einen höheren zulässigen Duty Cycle, höhere Umdrehungsgeschwindigkeiten und höhere Power-on-Hours-Angaben.

Verbesserter Datentransport

Ein weiterer technologischer Schub ist mit der Verbreitung von Infiniband (IB) zu erwarten. „Infiniband“ steht dabei für „Infinite Bandwith“, genauer ein neues Transport-Protokoll, das Server- und Speichereinheiten sowie ganze Netzwerke von Rechenzentren verbinden kann. Der neue Standard ist seit Herbst 2005 verfügbar, nachdem er sich schon seit 1999 in der Ausarbeitung befand. Zu der Infiniband Trade Association, die sich um das neue Protokoll kümmerte, gehörten damals die Hersteller Compaq, Dell, Hewlett-Packard, IBM, Intel, Microsoft und Sun.

Mit Infiniband ist es nun möglich, LAN-, SAN- und NAS-Infrastrukturen in einem einzigen universellen Netzwerk zu vereinen. Angebunden werden können auch Interprocessor-Communication-Infrastrukturen (IPC). Besonders geeignet ist Infiniband für die Anbindung von Speichersystemen an grosse Cluster, Anwendungen für Remote Direct Memory Access und solche, die keine hohen I/O-Latenzzeiten vertragen. Infiniband eignet sich nicht für die Verbindung von zwei getrennten SANs.

Die schnelle Entwicklung der Technologie von 1956 bis 2006, der sehr viele Plattenhersteller zum Opfer gefallen sind, lässt sich auch in dem kontinuierlichen Preisverfall für ein gespeichertes Megabyte ablesen:

Jahr Euro/Megabyte

1956 900 €

1964 690 €

1975 70 €

1987 12 €

1991 9 €

1997 1 €

2000 0,25 €

2006 0,015 €

(Quelle: IBM)

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