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Festplatten - Die unentbehrlichen Massenspeicher

In den vergangenen Jahren sind die Preise für Festplatten rapide gesunken, die Speicherkapazitäten enorm gewachsen und neue Technologien haben den Markt erobert. Solid State Drives, besser bekannt als SSD-Laufwerke, sind vor allem wegen ihrer Schnelligkeit in aller Munde. Dennoch sind sie nicht immer die optimale Wahl. Vor allem zur Speicherung großer Datenmengen sind sie trotz fallender Preise noch immer zu teuer und daher nicht unbedingt zu empfehlen. Optimal sind SSD-Festplatten dagegen als Systemlaufwerk. Der Start des Betriebssystems wird  extrem beschleunigt und auch Dateioperationen wie Kopieren oder Speichern werden schneller ausgeführt. Ideal ist ein Mix aus SSD-Festplatte für das Betriebssystem und herkömmlicher Festplatte zur Speicherung der Daten.

Intern oder extern?

Für die Wahl der passenden Festplatte muss zunächst die Verwendung geklärt werden. Soll sie in einen Computer montiert werden, dann ist eine interne Festplatte die erste Wahl. Zur mobilen Datenspeicherung oder zum Transport von Daten sind externe Festplatten optimal. Sollen verschiedene Nutzer im Unternehmen auf die Daten der Festplatte zugreifen, dann sollte zu einer Netzwerkfestplatte, einem NAS-System, gegriffen werden.

Das „Innenleben“ – Festplatten mit unterschiedlichem Aufbau

Alle Festplatten haben eines gemeinsam: auf ihnen können Daten gespeichert werden. Je nach Art unterscheiden sich Aufbau und Funktionsweise einer Festplatte aber erheblich. Diese Unterschiede spiegeln sich dann zum Beispiel in der Datenübertragungsrate, dem Gewicht oder der Größe wieder.

Magnetische/mechanische Festplatten

Das sind die derzeit noch am weitesten verbreiteten Festplatten. In einem sehr stabilen Gehäuse sind eine oder mehrere drehbare Magnetscheiben gelagert, die von einem Elektromotor angetrieben werden. Bewegliche Schreib-/Leseköpfe magnetisieren die Oberfläche der Scheiben und lesen bzw. schreiben so die entsprechenden Daten. Wird zum Beispiel eine Datei geöffnet, dann sucht ein Lesekopf den entsprechenden Bereich auf den Magnetscheiben, positioniert sich und liest die zugehörigen Sektoren aus, ohne die Scheiben dabei zu berühren. Kommt es zu einem direkten Kontakt zwischen Scheibe und Lese-/Schreibkopf kann das zu einem Defekt und zu Datenverlusten führen. Darum sind herkömmliche Festplatten auch besonders stoßempfindlich.

SSD (Solid State Drive)

Bei diesen Festplatten werden die Daten nicht auf magnetischen Elementen, sondern in elektronischen Halbleiterelementen wie Flash-Speichern oder SDRAM-Speicherchips gespeichert. Die Vorteile sind zum einen die Robustheit, da keine mechanischen und beweglichen Bauteile vorhanden sind, die hohe Zugriffsgeschwindigkeit, da es keinen Lesekopf gibt, der positioniert werden muss und der geräuschlose Betrieb. Obwohl SSD-Festplatten massiv den Markt erobern, sind sie im Vergleich zu herkömmlichen Festplatten noch immer recht teuer. Als reine Speicherlösung, z.B. in Festplatten-Arrays, sind sie daher nicht immer allererste Wahl.

Hybrid-Festplatten

Bei diesen Geräten handelt es sich um eine Kombination aus einer herkömmlichen, magnetischen und einer elektronischen SSD-Festplatte. Derzeit wird der Flash-Speicher dabei vorrangig als Datenpuffer für den Schreib- und Lesevorgang eingesetzt, was schnellere Zugriffszeiten ermöglicht. Gleichzeitig wird vor allem bei mobilen Geräten der Akku geschont, weil der Zugriff auf den Flash-Speicher weniger Energie verbraucht.

Externe Festplatten

Bei externen Festplatten handelt es sich um von einem stabilen Gehäuse umgebene mechanische oder elektronische Varianten. Der Hauptvorteil liegt in der Mobilität. Über diverse Schnittstellen können die externen Festplatten an verschiedenen Computern betrieben werden und sind so ideal für den Transport großer Datenmengen geeignet. Je nach Gerät können auch mehrere Festplatten integriert sein, die als verschiedene Laufwerke oder ein großer Datenspeicher (RAID-System) angezeigt werden.

Schnittstellen

Ganz wichtig sind zudem die verfügbaren und integrierten Schnittstellen zum Anschluss an die vorhandene Hardware bzw. zur Integration in die bestehende IT-Umgebung. In aktuellen PC-Systemen sind derzeit größtenteils interne Festplatten mit SATA-Schnittstelle integriert. IDE-Schnittstellen sind kaum noch verbreitet und auch das SCSI-System wird immer mehr vom „heimlichen“ Nachfolger SAS abgelöst. Möchten Sie eine defekte Festplatte ersetzen, orientieren Sie sich am besten an der Schnittstelle der bereits integrierten Hardware, um das passende Modell zu finden. Bei einer externen Festplatte sollten Sie die Wahl der Schnittstellen von den Geräten abhängig machen, an die sie angeschlossen werden soll. Ein Modell mit FireWire-Schnittstelle nützt nichts, wenn der Computer, an den es angeschlossen werden soll, keinen derartigen Anschluss besitzt. Auf Nummer sicher gehen Sie aber prinzipiell, wenn Sie eine Festplatte mit USB-Schnittstelle wählen. Diese sollte den aktuellen USB 3.0-Standard besitzen, der theoretische Datenübertragungsraten von bis zu 640 Mbyte/s ermöglicht. Je nach Festplattenart sind folgende Schnittstellen üblich:

Interne Festplatten

SATA

Festplatten mit dieser Schnittstelle sind derzeit am weitesten verbreitet und in den gängigen PC-Systemen integriert. Dieser Standard ermöglicht u.a. den Austausch von Geräten im laufenden Betrieb (Hot-Swap). Die theoretische Datenübertragungsrate liegt derzeit bei 600 MB/s, die aber von mechanischen Festplatten (außer SSD) nicht annähernd erreicht wird. SATA-Festplatten sind ideal für den Einsatz in Unternehmen geeignet

SAS

Der serielle Nachfolger der parallelen SCSI-Schnittstelle. SAS-Festplatten bieten neben der gesteigerten Schnelligkeit eine höhere Zuverlässigkeit, die Hot-Plug-Fähigkeit und sind zudem kompatibel zu SATA, so dass sich an einem SAS-Hostadapter SAS- und SATA-Laufwerke parallel betreiben lassen. Die theoretisch erreichbare  Datenübertragungsrate beträgt beim SAS-2-Standard 600 MB/s, beim SAS-3-Standard 1200 MB/s. SAS-Geräte werden größtenteils in Rechenzentren und Hochleistungsservern eingesetzt.

FC (Fibre Channel)

Diese Schnittstelle ist hauptsächlich für die Hochgeschwindigkeitsübertragung von sehr großen Datenmengen entwickelt worden. Das Haupteinsatzgebiet liegt daher auch vorrangig in Rechenzentren und in Speichernetzwerken (Storage Area Networks). Fibre Channel ermöglicht die Datenübertragung via Glasfaserkabel auf einer Länge von bis zu 10 km. Die theoretische Datenübertragungsrate beträgt bis zu 1,6 GB/s.  

SCSI

Der Vorgänger der SAS-Schnittstelle ist größtenteils nur noch in älteren Geräten zu finden. Der große Vorteil von SCSI war, dass mehr als 2 Geräte angeschlossen werden konnten. Im 2002 eingeführten SCSI Ultra-320-Standard beträgt die theoretische Datenübertragungsrate 320 MB/s.

IDE (ATA)

IDE-Festplatten als Vorgänger der SATA-Schnittstelle werden mittlerweile kaum noch in PC-Systemen verwendet. Entsprechende Geräte sind an den breiten Anschlusskabeln und an den so genannten Jumpern zu erkennen. Mit diesen muss bei jeder Festplatte das Device (Master/Slave) eingestellt werden. Die theoretische Datenübertragungsrate beträgt beim ATA-7-Standard 133 MB/s.

Externe Festplatten

USB

Die USB-Festplatte ist die am weitesten verbreitete Schnittstelle zur Verbindung externer Geräte oder Speichermedien mit einem Computer. Die größten Vorteile sind die Hot-Swap-Unterstützung, die Möglichkeit der Stromversorgung der angeschlossenen Geräte und die – je nach Betriebssystem -  automatische Erkennung des Gerätes.Der aktuelle USB 3.0-Standard ermöglicht eine theoretische Datenübertragungsrate von 600 MB/s. Die Länge des Anschlusskabels sollte 3 Meter nicht überschreiten.

eSATA

Eine leicht abgewandelte Schnittstelle, die den Anschluss von externen SATA-Geräten an einen Computer ermöglicht. Sie ist besonders für den Anschluss von Massenspeichergeräten geeignet. Zwei Dinge sollten dabei beachtet werden: eine Stromversorgung der externen Geräte ist über das eSATA-Kabel nicht möglich und auch die Hot-Swap-Fähigkeit ist nur eingeschränkt. Externe Geräte können dadurch in den meisten Fällen nicht – wie z.B. bei einer USB-Schnittstelle - direkt nach dem Anschluss genutzt werden. Die theoretische Datenübertragungsrate beträgt 300 MB/s. Die Kabellänge sollte 1 Meter nicht überschreiten.

FireWire

Die FireWire Schnittstelle ist auch unter den Namen i-LINK oder IEEE 1394 bekannt. Sie wurde anfangs zur Verbindung von Video- und Audiogeräten entwickelt. Inzwischen gibt es zahlreiche Geräte, darunter auch Massenspeicher, die über eine FireWire-Schnittstelle verfügen. Zu den Vorteilen gehören die Hot-Swap-Fähigkeit, die integrierte Stromversorgung der angeschlossenen Geräte und die mögliche Kabellänge von bis zu 4,5 Metern. Die theoretische Übertragungsrate im Standard „FireWire S3200“ beträgt 400 MB/s.  

Thunderbolt

Der heimliche, aber noch nicht so weit verbreitete „Star“ unter den Schnittstellen. Thunderbolt vereint die Verbindungsart „DisplayPort“ mit einer PCI-Express-Schnittstelle. Da Daten- und Video-Informationen gleichzeitig übertragen werden, ist die Schnittstelle auch für den Anschluss von Monitoren oder TV-Geräten an einen Computer geeignet. Die maximale theoretische Datenübertragungsrate beträgt 1,25 GB/s. Im Standard „Thunderbolt 2“ sollen 2,5 GB/s möglich sein.

LAN/W-LAN/WiFi

Diese Schnittstellen bieten die Möglichkeit, den Datenspeicher in ein (lokales) Netzwerk einzubinden. Dadurch können viele Personen auf das Gerät und die entsprechenden Daten zugreifen. Massenspeicher mit diesen Schnittstellen werden häufig auch als  „NAS“, „NAS-Server“ oder „Netzwerkfestplatte“ bezeichnet.

Größe/ Formfaktor

Festplatten und SSDs werden vorrangig in drei verschiedenen Größen eingesetzt. Für die Integration in kleineren Servern und Desktop-Computern kommen in der Regel Massenspeicher im 8,9 cm-Formfaktor (3,5 Zoll) zum Einsatz. Notebooks und auch immer mehr Serversysteme in Rechenzentren, wo möglichst viel Speicherkapazität auf möglichst wenig Raum zur Verfügung gestellt werden muss, sind mit den kleineren Festplatten in 6,4 cm Baugröße (2,5 Zoll) ausgestattet. Netbooks oder auch kleine Subnotebooks, in deren Gehäusen noch weniger Platz vorhanden ist als in handelsüblichen Notebooks, werden meist mit noch kleineren Massenspeichern in der Größe von 4,6 cm (1,8 Zoll) ausgeliefert, wobei es sich hierbei überwiegend um SSDs handelt.

Geschwindigkeit

Bei herkömmlichen Festplatten hängt die Schreib- und Lesegeschwindigkeit signifikant von ihrer Rotationsgeschwindigkeit ab. Während für Desktop-Computer meist Festplatten mit 7.200 U/min. verwendet werden, sind in Notebooks solche mit 5.200, 5.400 und 7.200 U/min. im Einsatz. In Serversystemen und Rechenzentren werden oft Hochleistungsfestplatten mit 10.000 oder gar 15.000 U/min. genutzt. Diese erlauben kürzeste Zugriffszeiten und einen konstant hohen Datendurchsatz, erzeugen jedoch mehr Lärm und auch deutlich mehr Abwärme, so dass eine extrem gute Kühlung dieser Systeme vorhanden sein muss.
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