Festplatte

Eine Festplatte ( HDD ), auch Festplatte oder Festplatte genannt ^{[ a ],} ist ein elektromechanisches Datenspeichergerät , das digitale Daten mithilfe magnetischer Speicherung auf einer oder mehreren starren, schnell rotierenden, mit magnetischem Material beschichteten Platten speichert und abruft . Die Platten sind mit Magnetköpfen gekoppelt , die üblicherweise auf einem beweglichen Aktuatorarm angeordnet sind und Daten auf die Plattenoberflächen schreiben und lesen. ^{[ 1 ]} Der Datenzugriff erfolgt wahlfrei , d. h. einzelne Datenblöcke können in beliebiger Reihenfolge gespeichert und abgerufen werden. HDDs sind nichtflüchtige Speichermedien und behalten die gespeicherten Daten auch nach dem Ausschalten. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} Moderne HDDs haben typischerweise die Form eines kleinen, rechteckigen Gehäuses, das für den mobilen Einsatz gegebenenfalls in einem Festplattengehäuse untergebracht ist. Im Gegensatz zu den in den 1960er- und 1970er-Jahren üblichen Festplatten verfügen moderne HDDs nicht über Wechseldatenträger. ^{[ b ]}

IBM brachte 1956 mit der 350 das erste Festplattenlaufwerk für den 305 RAMAC auf den Markt ^{[ 5 ]} . Festplatten waren ab den frühen 1960er-Jahren das dominierende Sekundärspeichermedium für Allzweckrechner . HDDs behielten diese Position bis in die moderne Ära der Server und PCs , obwohl in großen Stückzahlen produzierte Endgeräte wie Mobiltelefone und Tablets auf Flash-Speicher setzen . Über 224 Unternehmen produzierten in der Vergangenheit HDDs , doch nach einer umfassenden Konsolidierung der Branche werden die meisten Geräte heute von Seagate , Toshiba und Western Digital hergestellt . HDDs dominieren das Produktionsvolumen ( Exabyte pro Jahr) für Server. Obwohl die Produktion langsam wächst (gemessen an ausgelieferten Exabyte ^{[ 6 ]} ), sinken Umsatz und Stückzahlen, da Solid-State-Drives (SSDs) höhere Datenübertragungsraten, eine höhere Speicherdichte, eine etwas bessere Zuverlässigkeit ^{[ 7 ] [ 8 ]} sowie deutlich geringere Latenz- und Zugriffszeiten bieten. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

Die Umsätze mit SSDs, die größtenteils NAND-Flash-Speicher verwenden , übertrafen 2018 die von HDDs leicht. ^{[ 13 ]} Flash-Speicherprodukte erzielten 2017 mehr als doppelt so hohe Umsätze wie Festplatten. ^{[ 14 ]} Obwohl SSDs vier- bis neunmal höhere Kosten pro Bit aufweisen, ^{[ 15 ] [ 16 ]} ersetzen sie HDDs in Anwendungen, bei denen Geschwindigkeit, Stromverbrauch, geringe Größe, hohe Kapazität und Langlebigkeit wichtig sind. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Seit 2017 sinken die Kosten pro Bit bei SSDs, und der Preisaufschlag gegenüber HDDs verringert sich. ^{[ 16 ]}

Die wichtigsten Merkmale einer Festplatte (HDD) sind ihre Speicherkapazität und Leistung . Die Kapazität wird in Einheiten angegeben , die Zehnerpotenzen entsprechen: Eine 1- Terabyte -Festplatte (TB) hat eine Kapazität von 1.000 Gigabyte , wobei 1 Gigabyte = 1.000 Megabyte = 1.000.000 Kilobyte (1 Million) = 1.000.000.000 Byte (1 Milliarde) entspricht. Typischerweise steht dem Benutzer ein Teil der Festplattenkapazität nicht zur Verfügung, da er vom Dateisystem und dem Betriebssystem des Computers sowie möglicherweise von der integrierten Redundanz zur Fehlerkorrektur und -wiederherstellung genutzt wird. Es kann zu Verwirrung bezüglich der Speicherkapazität kommen, da Festplattenhersteller die Kapazität in dezimalen Gigabyte (Zehnerpotenzen) angeben, während die gängigsten Betriebssysteme die Kapazität in Zehnerpotenzen von 1024 anzeigen, was zu einem geringeren Wert als dem beworbenen führt. Die Leistung wird angegeben als die Zeit, die benötigt wird, um die Köpfe zu einer Spur oder einem Zylinder zu bewegen (durchschnittliche Zugriffszeit), die Zeit, die der gewünschte Sektor benötigt, um sich unter dem Kopf zu bewegen (durchschnittliche Latenz , die eine Funktion der physikalischen Drehzahl in Umdrehungen pro Minute ist ), und schließlich die Geschwindigkeit, mit der die Daten übertragen werden (Datenrate).

Die beiden gängigsten Bauformen für moderne Festplatten sind 3,5 Zoll für Desktop-Computer und 2,5 Zoll, hauptsächlich für Laptops und Server. Festplatten werden über Standard- Schnittstellenkabel wie SATA (Serial ATA), USB , SAS ( Serial Attached SCSI ) oder PATA (Parallel ATA) mit Systemen verbunden.

Die erste in Serie gefertigte IBM-Festplatte, die IBM 350 , wurde 1957 als Komponente des IBM 305 RAMAC-Systems ausgeliefert. Sie war etwa so groß wie zwei große Kühlschränke und speicherte fünf Millionen 6-Bit-Zeichen (3,75 Megabyte ) ^{[ 18 ]} auf einem Stapel von 52 Platten (100 Plattenoberflächen). ^{[ 28 ]} Die IBM 350 besaß einen einzelnen Arm mit zwei Lese-/Schreibköpfen, einer nach oben und einer nach unten gerichtet. Dieser bewegte sich sowohl horizontal zwischen zwei benachbarten Platten als auch vertikal von einem Plattenpaar zu einem zweiten. ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]} Varianten der IBM 350 waren die IBM 355 , die IBM 7300 und die IBM 1405 .

1961 kündigte IBM die IBM 1301 an, die 1962 ausgeliefert wurde. ^{[ 32 ]} Sie löste die IBM 350 und ähnliche Laufwerke ab. Die 1301 bestand aus einem (Modell 1) oder zwei (Modell 2) Modulen mit jeweils 25 Platten. Jede Platte war etwa 3,2 mm dick und hatte einen Durchmesser von 610 mm. ^{[ 33 ]} Während die früheren IBM-Festplattenlaufwerke nur zwei Lese-/Schreibköpfe pro Arm verwendeten, nutzte die 1301 ein Array von 48 ^{Köpfen ( Kamm} ). Jedes Array bewegte sich horizontal als Einheit, wobei pro Oberfläche ein Kopf verwendet wurde. Zylinderbasierte Lese-/Schreibvorgänge wurden unterstützt, und die Köpfe flogen etwa 6 µm über der Plattenoberfläche. Die Bewegung des Kopf-Arrays erfolgte über ein binäres Addiersystem aus hydraulischen Aktuatoren, das eine wiederholgenaue Positionierung gewährleistete. Der 1301-Schrank hatte etwa die Größe von drei nebeneinander stehenden großen Kühlschränken und speicherte pro Modul umgerechnet etwa 21 Millionen Acht-Bit-Bytes. Die Zugriffszeit betrug etwa eine Viertelsekunde.

Ebenfalls 1962 stellte IBM das Festplattenlaufwerk Modell 1311 vor, das etwa so groß wie eine Waschmaschine war und zwei Millionen Zeichen auf einer austauschbaren Diskette speichern konnte . Benutzer konnten zusätzliche Disketten erwerben und diese je nach Bedarf austauschen, ähnlich wie bei Magnetbändern . Spätere Modelle von Festplattenlaufwerken mit Wechseldatenträgern, von IBM und anderen Herstellern, wurden in den meisten Computerinstallationen zum Standard und erreichten Anfang der 1980er-Jahre Kapazitäten von 300 Megabyte. Nicht austauschbare Festplatten wurden als „Festplattenlaufwerke“ bezeichnet.

1963 stellte IBM die 1302 vor ^{[ 34 ]} , die die doppelte Spurkapazität und doppelt so viele Spuren pro Zylinder wie die 1301 aufwies. Die 1302 hatte ein (für Modell 1) oder zwei (für Modell 2) Module, die jeweils einen separaten Kamm für die ersten 250 Spuren und die letzten 250 Spuren enthielten.

Einige Hochleistungs-HDDs wurden mit einem Lesekopf pro Spur gefertigt, z. B. die Burroughs B-475 von 1964 und die IBM 2305 von 1970. Dadurch entfiel der Zeitverlust durch das physische Bewegen der Leseköpfe zu den Spuren, und die einzige Latenzzeit bestand in der Zeit, die der gewünschte Datenblock benötigte, um unter dem Lesekopf in Position zu gelangen. ^{[ 35 ]} Diese Bauart wird als Fixed-Head- oder Fixed-Head-HDD bezeichnet.Festplattenlaufwerke mit einem Lesekopf pro Spur waren sehr teuer und werden nicht mehr hergestellt. ^{[ 36 ]}

1973 führte IBM eine neue Festplattenart mit dem Codenamen „ Winchester “ ein. Ihr Hauptmerkmal war, dass die Leseköpfe beim Abschalten des Laufwerks nicht vollständig aus dem Plattenstapel zurückgezogen wurden. Stattdessen konnten die Köpfe beim Herunterfahren auf einem speziellen Bereich der Plattenoberfläche aufsetzen und hoben beim Einschalten wieder ab. Dies reduzierte die Kosten des Aktuators erheblich, verhinderte aber, dass die Platten wie damals üblich einzeln aus dem Laufwerk entnommen werden konnten. Die ersten Modelle der „Winchester-Technologie“ verfügten daher über ein austauschbares Plattenmodul, das sowohl den Plattenstapel als auch die Lesekopfeinheit enthielt, wobei der Aktuatormotor beim Ausbau im Laufwerk verblieb. Spätere „Winchester“-Laufwerke verzichteten auf das Konzept des Wechselmediums und verwendeten wieder fest verbaute Platten.

1974 führte IBM den Schwenkarmantrieb ein, der durch die optimale Funktion der Winchester-Aufnahmeköpfe bei schräger Ausrichtung zu den aufgezeichneten Spuren ermöglicht wurde. Das einfache Design des IBM GV (Gulliver)-Laufwerks ^{[ 37 ]} , entwickelt in den britischen Hursley Labs von IBM, wurde zur meistlizenzierten elektromechanischen Erfindung von IBM ^{[ 38 ]} aller Zeiten. Der Antrieb und das Filtersystem wurden in den 1980er-Jahren schließlich für alle Festplatten übernommen und sind auch über 50 Jahre und 10 Milliarden Laufwerksarme später noch weit verbreitet.

Wie die ersten Laufwerke mit austauschbaren Platten verwendeten auch die ersten „Winchester“-Laufwerke Platten mit einem Durchmesser von 14 Zoll (360 mm). 1978 stellte IBM das Schwenkarmlaufwerk IBM 0680 (Piccolo) mit 8-Zoll-Platten vor und untersuchte damit die Möglichkeit, dass kleinere Platten Vorteile bieten könnten. Weitere 8-Zoll-Laufwerke folgten, dann 5+1 / 4- Zoll-Laufwerke (130 mm), die die damals üblichen Diskettenlaufwerke  ersetzen sollten. Letztere waren primär für den damals noch jungen Markt der Personalcomputer (PCs) gedacht.

Mit der Zeit und der deutlichen Steigerung der Speicherdichte erwiesen sich weitere Reduzierungen des Plattendurchmessers auf 3,5" und 2,5" als optimal. Leistungsstarke Seltenerdmagnete wurden in dieser Zeit erschwinglich und ergänzten die Konstruktion des Schwenkarmantriebs, wodurch die kompakten Bauformen moderner Festplatten ermöglicht wurden.

1986 war 10 MB die gängigste Festplattengröße, und die meisten neuen Firmenrechner waren mit Festplatten ausgestattet. Die meisten Branchenkenner gingen davon aus, dass 20 MB bald zum neuen Standard werden würden. ^{[ 39 ]} Ende der 1980er-Jahre waren die Kosten so weit gesunken, dass Festplatten bis auf die billigsten Computer Standard waren.

Die meisten Festplatten wurden Anfang der 1980er-Jahre als externes Zusatzsystem an PC-Endnutzer verkauft. Dieses Zusatzsystem wurde nicht unter dem Namen des Festplattenherstellers, sondern unter dem Namen des Herstellers des Zusatzsystems (z. B. Corvus Systems und Tallgrass Technologies) oder unter dem Namen des PC-Systemherstellers (z. B. Apple ProFile ) vertrieben .

Der IBM PC XT von 1983 verfügte über eine interne 10-MB-Festplatte; bereits 1985 verkauften sich interne Festplatten für PCs besser als externe. Als IBM begann, den XT ohne Festplatte anzubieten, verkauften Festplattenhersteller, die zuvor nur an Erstausrüster (OEM) geliefert hatten , nun auch an Wiederverkäufer, die die XTs mit Festplatten anderer Hersteller bündelten. Festplatten wurden zu beliebten Upgrades für bestehende Computer. ^{[ 39 ]}

Externe Festplatten blieben auf dem Apple Macintosh deutlich länger beliebt . Viele Macintosh-Computer, die zwischen 1986 und 1998 hergestellt wurden, verfügten über einen SCSI- Anschluss an der Rückseite, was die externe Speichererweiterung vereinfachte. Ältere, kompakte Macintosh-Computer besaßen keine vom Benutzer zugänglichen Festplatteneinschübe (tatsächlich hatten der Macintosh 128K , der Macintosh 512K und der Macintosh Plus überhaupt keinen Festplatteneinschub), sodass bei diesen Modellen externe SCSI-Festplatten die einzig sinnvolle Möglichkeit zur Erweiterung des internen Speichers darstellten.

Die Verbesserungen bei Festplatten (HDDs) wurden durch die Erhöhung der Speicherdichte (siehe Tabelle oben) vorangetrieben . Die Anwendungsbereiche weiteten sich im Laufe der 2000er-Jahre aus, von den Großrechnern der späten 1950er-Jahre bis hin zu den meisten Massenspeicheranwendungen , darunter Computer und Verbraucheranwendungen wie die Speicherung von Unterhaltungsinhalten.

In den 2000er- und 2010er-Jahren begannen NAND-Flashspeicher, HDDs in Anwendungen mit hohen Anforderungen an Mobilität oder Leistung zu verdrängen. 2018 hatte die größte Festplatte eine Kapazität von 15 TB, während die größte SSD 100 TB bot. ^{[ 40 ]} Prognosen zufolge sollten HDDs um das Jahr 2025 eine Kapazität von 100 TB erreichen, ^{[ 41 ]} doch 2019 wurde die erwartete Steigerungsrate auf 50 TB bis 2026 reduziert. ^{[ 42 ]} Kleinere Bauformen (1,8 Zoll und kleiner) wurden um das Jahr 2010 eingestellt.

Die Kosten für Solid-State-Speicher (NAND), die dem Mooreschen Gesetz folgen , sinken schneller als die für HDDs. NAND weist eine höhere Preiselastizität der Nachfrage auf als HDDs, was das Marktwachstum antreibt. ^{[ 43 ]} Ende der 2000er und in den 2010er Jahren erreichte der Produktlebenszyklus von HDDs eine Reifephase, und rückläufige Verkaufszahlen könnten den Beginn der Abwärtsphase ankündigen. ^{[ 44 ]} In den 2020er Jahren hat sich die Verbreitung von NAND deutlich beschleunigt, nicht zuletzt aufgrund des zunehmenden Einsatzes der Technologie in der Unterhaltungselektronik, während sich ihre Leistung schneller verbessert hat als die von HDDs.

Die Überschwemmungen in Thailand im Jahr 2011 beschädigten die Produktionsanlagen und wirkten sich zwischen 2011 und 2013 negativ auf die Kosten von Festplatten aus. ^{[ 45 ]}

Im Jahr 2019 schloss Western Digital aufgrund sinkender Nachfrage sein letztes malaysisches Festplattenwerk, um sich auf die SSD-Produktion zu konzentrieren. ^{[ 46 ]} Alle drei verbleibenden Festplattenhersteller verzeichnen seit 2014 eine rückläufige Nachfrage nach ihren Festplatten. ^{[ 47 ]}

Videoübersicht zur Funktionsweise von Festplatten

Eine 3,5-Zoll- und eine 2,5-Zoll-Festplatte, deren Frontabdeckungen entfernt wurden, um ihr Innenleben zu zeigen.

Eine moderne Festplatte speichert Daten, indem sie eine dünne Schicht ferromagnetischen Materials ^{[ n ]} auf beiden Seiten der Scheibe magnetisiert. Sequenzielle Änderungen der Magnetisierungsrichtung repräsentieren binäre Datenbits . Die Daten werden von der Scheibe gelesen, indem die Magnetisierungsübergänge erkannt werden. Die Benutzerdaten werden mithilfe eines Codierungsverfahrens, wie z. B. der Lauflängenbegrenzungscodierung [o], kodiert, welches festlegt ^{, wie die} Daten durch die magnetischen Übergänge dargestellt werden.

Ein typisches HDD-Design besteht aus einemDie Spindel hält flache, kreisförmige Scheiben, sogenanntePlatten, auf denen die aufgezeichneten Daten gespeichert sind. Die Platten bestehen aus einem nichtmagnetischen Material, üblicherweiseeiner Aluminiumlegierung,GlasoderKeramik. Sie sind mit einer dünnen Schicht magnetischen Materials von typischerweise 10–20nmDicke beschichtet und mit einer schützenden Kohlenstoffschicht versehen. ^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]} Zum Vergleich: Ein Standardblatt Kopierpapier ist 0,07–0,18 mm (70.000–180.000 nm)dick. ^{[ 52 ]}

Die Platten in modernen Festplatten drehen sich mit Geschwindigkeiten, die von4200  U/min in energieeffizienten tragbaren Geräten bis hin zu 15.000 U/min für Hochleistungsserver. ^{[ 53 ]} Die ersten Festplatten (HDDs) drehten sich mit 1200 U/min ^{[ 5 ]} , und viele Jahre lang waren 3600 U/min Standard. ^{[ 54 ]} Stand November 2019 drehen sich die Platten in den meisten handelsüblichen Festplatten mit 5400 oder 7200 U/min.

Informationen werden auf eine rotierende Platte geschrieben und von ihr gelesen, während diese an sogenannten Lese- und Schreibköpfen vorbeiläuft. Diese Schreibköpfe arbeiten sehr nah an der magnetischen Oberfläche, ihre Flughöhe liegt oft im Bereich von wenigen zehn Nanometern. Der Lese- und Schreibkopf dient dazu, die Magnetisierung des direkt darunter vorbeiziehenden Materials zu erfassen und zu verändern.

Moderne Festplatten verfügen über je einen Lesekopf pro Magnetscheibenoberfläche auf der Spindel, die an einem gemeinsamen Arm montiert sind. Ein Betätigungsarm (oder Zugriffsarm) bewegt die Leseköpfe während der Rotation auf einem Bogen (annähernd radial) über die Scheiben, sodass jeder Kopf nahezu die gesamte Scheibenoberfläche abtasten kann. Der Arm wird mittels eines Schwingspulenantriebs oder, bei älteren Modellen, eines Schrittmotors bewegt . Frühe Festplatten schrieben Daten mit einer konstanten Bitrate, wodurch alle Spuren die gleiche Datenmenge enthielten. Moderne Festplatten (seit den 1990er-Jahren) nutzen hingegen die Zonenbitaufzeichnung . Dadurch erhöht sich die Schreibgeschwindigkeit von der inneren zur äußeren Zone, und es können mehr Daten pro Spur in den äußeren Zonen gespeichert werden.

Bei modernen Festplattenlaufwerken birgt die geringe Größe der magnetischen Bereiche die Gefahr, dass deren magnetischer Zustand durch thermische Effekte verloren geht – eine thermisch induzierte magnetische Instabilität, die gemeinhin als „ superparamagnetische Grenze “ bekannt ist. Um dem entgegenzuwirken, sind die Platten mit zwei parallelen Magnetschichten beschichtet, die durch eine dreiatomige Schicht des nichtmagnetischen Elements Ruthenium getrennt sind . Die beiden Schichten sind entgegengesetzt magnetisiert und verstärken sich dadurch gegenseitig. ^{[ 55 ]} Eine weitere Technologie zur Überwindung thermischer Effekte und zur Ermöglichung höherer Aufzeichnungsdichten ist die senkrechte Aufzeichnung (PMR). Sie wurde erstmals 2005 ausgeliefert ^{[ 56 ]} und wird seit 2007 in bestimmten Festplatten verwendet. ^{[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]} Die senkrechte Aufzeichnung kann mit Änderungen in der Herstellung der Lese-/Schreibköpfe einhergehen, um die Stärke des von den Köpfen erzeugten Magnetfelds zu erhöhen. ^{[ 60 ]}

Im Jahr 2004 wurde ein Speichermedium mit höherer Speicherdichte eingeführt, das aus gekoppelten weichen und harten magnetischen Schichten besteht. Die sogenannte Exchange-Spring-Medium -Magnetspeichertechnologie, auch bekannt als Exchange Coupled Composite Media (ECM) , ermöglicht dank der schreibunterstützenden Eigenschaften der weichen Schicht eine gute Beschreibbarkeit. Die thermische Stabilität wird jedoch ausschließlich durch die härteste Schicht bestimmt und nicht von der weichen Schicht beeinflusst. ^{[ 61 ] [ 62 ]}

Flux Control MAMR (FC-MAMR) ermöglicht eine höhere Speicherkapazität von Festplatten, ohne dass neue Materialien für die Festplattenplatten benötigt werden. MAMR-Festplatten verfügen über einen Mikrowellen erzeugenden Spin-Torque-Generator (STO) an den Lese-/Schreibköpfen. Dieser ermöglicht das Schreiben kleinerer Bits auf die Platten und erhöht so die Speicherdichte. Normalerweise besitzen Festplatten-Schreibköpfe einen Pol, den sogenannten Hauptpol, der zum Schreiben auf die Platten verwendet wird. Angrenzend an diesen Pol befinden sich ein Luftspalt und eine Abschirmung. Die Schreibspule des Kopfes umschließt den Pol. Der STO ist im Luftspalt zwischen Pol und Abschirmung platziert, um die Stärke des vom Pol erzeugten Magnetfelds zu erhöhen. FC-MAMR verwendet technisch gesehen keine Mikrowellen, sondern die in MAMR eingesetzte Technologie. Der STO besteht aus einer Feldgenerierungsschicht (FGL) und einer Spin-Injektionsschicht (SIL). Die FGL erzeugt ein Magnetfeld mithilfe von spinpolarisierten Elektronen aus der SIL, die eine Form von Spin-Torque-Energie darstellen. ^{[ 63 ]}

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  Magnetischer Querschnitt und frequenzmodulierte kodierte Binärdaten
• Festplatte mit abgenommener Frontabdeckung zur Demonstration ihrer Funktionsweise
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  Aufzeichnung einzelner Magnetisierungen von Bits auf einer 200 MB HDD-Platte (Aufzeichnung sichtbar gemacht mit CMOS-MagView) ^{[ 64 ]}
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  Längsaufzeichnung (Standard) & Diagramm für senkrechte Aufzeichnung

DerDer Aktor ist einPermanentmagnet-Schwingspulenmotor,der die Köpfe in die gewünschte Position schwenkt. Der Kopfstützarm ist sehr leicht, aber dennoch steif; bei modernen Antrieben erreicht die Beschleunigung am Kopf 550 g . Eine Metallplatte trägt einen kompaktenNeodym-Eisen-Bor-Magneten(NIB) mit hoher Flussdichte. Unter dieser Platte befindet sich die Schwingspule, diein Analogie zur Spule inLautsprechern oft auch als Schwingspule bezeichnet wird . Sie ist an der Aktornabe befestigt, und darunter wiederum ein zweiter NIB-Magnet, der auf der Bodenplatte des Motors montiert ist (manche Antriebe haben nur einen Magneten).

Die Schwingspule selbst ist pfeilspitzenförmig und besteht aus doppelt beschichtetem Kupferdraht . Die innere Schicht dient der Isolierung, die äußere aus thermoplastischem Material, das die Spule nach dem Aufwickeln auf einen Formkörper zusammenhält und ihr so ​​Selbsthaltung verleiht. Die Spulenabschnitte an den beiden Seiten der Pfeilspitze (die zum Mittelpunkt des Aktuatorlagers zeigen) interagieren mit dem Magnetfeld des feststehenden Magneten. Ein radial nach außen und radial nach innen fließender Strom erzeugt die Tangentialkraft auf der einen Seite der Pfeilspitze und auf der anderen Seite. Wäre das Magnetfeld homogen, würden sich die Kräfte auf beiden Seiten gegenseitig aufheben. Daher besteht die Oberfläche des Magneten zur Hälfte aus Nord- und Südpol, wobei die radiale Trennlinie in der Mitte verläuft. Dadurch wirken auf die beiden Spulenseiten entgegengesetzte Magnetfelder, die Kräfte erzeugen, die sich addieren, anstatt sich aufzuheben. Die Ströme an der Ober- und Unterseite der Spule erzeugen Radialkräfte, die den Kopf nicht drehen.

Die Elektronik der Festplatte steuert die Bewegung des Aktuators und die Rotation der Scheibe und überträgt Daten an bzw. von einem Festplattencontroller . Die Rückmeldung der Laufwerkselektronik erfolgt über spezielle Segmente der Scheibe, die der Servo- Rückmeldung dienen. Diese sind entweder vollständig konzentrische Kreise (bei dedizierter Servo-Technologie) oder Segmente, die mit realen Daten durchsetzt sind (bei eingebetteter Servo-Technologie, auch Sektor-Servo-Technologie genannt). Die Servo-Rückmeldung optimiert das Signal-Rausch-Verhältnis der GMR-Sensoren, indem sie den Schwingspulenmotor zur Rotation des Arms anpasst. Modernere Servosysteme verwenden zudem Milli- oder Mikroaktuatoren, um die Lese-/Schreibköpfe präziser zu positionieren. ^{[ 65 ]} Die Rotation der Scheiben erfolgt über flüssigkeitsgelagerte Spindelmotoren. Moderne Festplatten-Firmware kann Lese- und Schreibvorgänge auf den Plattenoberflächen effizient planen und fehlerhafte Sektoren des Speichermediums neu zuordnen.

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  Diagramm mit Beschriftung der Hauptkomponenten einer Computerfestplatte
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  Eine Festplatte, deren Festplatten und Motornabe entfernt wurden. Darunter befinden sich kupferfarbene Statorspulen, die ein Lager in der Mitte des Spindelmotors umgeben. Der orangefarbene Streifen an der Seite des Arms ist ein dünnes Leiterbahnkabel. Das Spindellager befindet sich in der Mitte, der Aktor oben links.
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  Leiterplatte einer 2,5-Zoll-Samsung-Festplatte MP0402H.
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  Kopfblock mit einer Aktuatorspule auf der linken Seite und Lese-/Schreibköpfen auf der rechten Seite
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  Nahaufnahme eines einzelnen Lese-/Schreibkopfes , die die der Plattenzugewandte Seite zeigt.
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  Die Leiterplatte einer Western Digital-Festplatte, die an ihrem Gehäuse befestigt ist.
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  Der Lese-/Schreibarm

Moderne Festplatten nutzen Fehlerkorrekturcodes (ECCs), insbesondere die Reed-Solomon-Fehlerkorrektur . Diese Verfahren speichern für jeden Datenblock zusätzliche Bits, deren Anzahl durch mathematische Formeln bestimmt wird. Durch diese zusätzlichen Bits können viele Fehler unbemerkt korrigiert werden. Die zusätzlichen Bits selbst belegen Speicherplatz auf der Festplatte, ermöglichen aber höhere Aufzeichnungsdichten ohne nicht korrigierbare Fehler, was zu einer deutlich höheren Speicherkapazität führt. ^{[ 66 ]} Beispielsweise bietet eine typische 1-  TB -Festplatte mit 512-Byte-Sektoren zusätzliche Kapazität von etwa 93  GB für die ECC- Daten. ^{[ 67 ]}

Bei den neuesten Laufwerken (Stand 2009) ^{[ 68 ]} wurden Reed-Solomon-Codes durch LDPC -Codes (Low-Density Parity-Check Codes ) ersetzt; LDPC-Codes ermöglichen eine Leistung nahe der Shannon-Grenze und bieten somit die höchste verfügbare Speicherdichte. ^{[ 68 ] [ 69 ]}

Typische Festplatten versuchen, die Daten eines defekten physischen Sektors in einen Ersatzsektor des Reservepools umzuleiten ^{[ 70 ].} Dabei wird die Fehlerkorrektur (ECC) eingesetzt, um gespeicherte Daten wiederherzustellen, solange die Anzahl der Fehler in einem defekten Sektor noch gering ist. Die SMART-Funktion ( Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology ) zählt die Gesamtzahl der durch ECC behobenen Fehler auf der gesamten Festplatte (allerdings nicht bei allen Festplatten, da die zugehörigen SMART-Attribute „Hardware ECC Recovered“ und „Soft ECC Correction“ nicht durchgängig unterstützt werden) sowie die Gesamtzahl der durchgeführten Sektorumleitungen. Das Auftreten vieler solcher Fehler kann nämlich auf einen Festplattenausfall hindeuten .

Das von IBM Mitte der 1990er Jahre entwickelte „No-ID-Format“ enthält Informationen darüber, welche Sektoren fehlerhaft sind und wo neu zugeordnete Sektoren lokalisiert wurden. ^{[ 71 ]}

Nur ein winziger Bruchteil der erkannten Fehler lässt sich letztendlich nicht korrigieren. Beispiele für spezifizierte, unkorrigierte Bitlesefehlerraten sind:

• Die Spezifikationen von 2013 für Enterprise-SAS-Festplatten geben eine Fehlerrate von einem unkorrigierten Bitlesefehler pro 10^¹⁶ gelesenen Bits an. ^{[ 72 ] [ 73 ]}
• Die Spezifikationen von 2018 für SATA-Festplatten für Endverbraucher geben eine Fehlerrate von einem unkorrigierten Bit-Lesefehler pro 10^¹⁴ Bits an. ^{[ 74 ] [ 75 ]}

Innerhalb eines bestimmten Herstellermodells ist die unkorrigierte Bitfehlerrate typischerweise unabhängig von der Kapazität des Laufwerks gleich. ^{[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ]}

Die schwerwiegendsten Fehler sind stille Datenbeschädigungen , die von der Festplatten-Firmware oder dem Host-Betriebssystem nicht erkannt werden; einige dieser Fehler können durch Fehlfunktionen des Festplattenlaufwerks verursacht werden, während andere ihren Ursprung an anderer Stelle in der Verbindung zwischen Laufwerk und Host haben. ^{[ 76 ]}

Die Zunahme der Flächendichte entsprach bis 2010 weitgehend dem Mooreschen Gesetz (Verdopplung alle zwei Jahre): 60 % pro Jahr in den Jahren 1988–1996, 100 % in den Jahren 1996–2003 und 30 % in den Jahren 2003–2010. ^{[ 78 ]} Gordon Moore bezeichnete diesen Anstieg 1997 als „verblüffend“ ^{[ 79 ]} , merkte aber später an, dass das Wachstum nicht ewig anhalten könne. ^{[ 80 ]} Die Preisverbesserung verlangsamte sich in den Jahren 2010–2017 auf −12 % pro Jahr ^{[ 81 ]} , da sich das Wachstum der Flächendichte verlangsamte. Die Zunahmerate der Flächendichte sank in den Jahren 2010–2016 auf 10 % pro Jahr ^{[ 82 ]} , und die Umstellung von der senkrechten Aufzeichnung auf neuere Technologien gestaltete sich schwierig. ^{[ 83 ]}

Mit abnehmender Bitzellengröße können mehr Daten auf einer einzelnen Festplattenplatte gespeichert werden. Im Jahr 2013 hätte eine serienmäßige 3-TB-Desktop-Festplatte (mit vier Platten) eine Flächendichte von etwa 500 Gbit/in² aufgewiesen, ^was einer Bitzelle von etwa 18 magnetischen Körnern (11 × 1,6 Körner) entsprochen hätte. ^{[ 84 ]} Seit Mitte der 2000er-Jahre wird der Fortschritt bei der Flächendichte durch ein superparamagnetisches Trilemma beeinträchtigt, das die Korngröße, die magnetische Feldstärke der Körner und die Schreibfähigkeit des Schreibkopfes betrifft. ^{[ 85 ]} Um ein akzeptables Signal-Rausch-Verhältnis zu gewährleisten, sind kleinere Körner erforderlich. Kleinere Körner können sich selbst umkehren ( elektrothermische Instabilität ), wenn ihre magnetische Feldstärke nicht erhöht wird. Bekannte Materialien für Schreibköpfe sind jedoch nicht in der Lage, ein ausreichend starkes Magnetfeld zu erzeugen, um das Medium in dem immer kleiner werdenden Raum, den die Körner einnehmen, zu beschreiben.

Um dieses Trilemma zu lösen und mit Flash-Speicher -basierten Solid-State-Drives (SSDs) zu konkurrieren, werden magnetische Speichertechnologien entwickelt. 2013 führte Seagate Shingled Magnetic Recording (SMR) ein ^{[ 86 ]} , eine Art Übergangstechnologie zwischen PMR und Seagates geplantem Nachfolger Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR). SMR nutzt überlappende Spuren für eine höhere Datendichte, allerdings auf Kosten einer komplexeren Konstruktion und geringerer Datenzugriffsgeschwindigkeiten (insbesondere Schreibgeschwindigkeiten und 4K- Random-Access- Geschwindigkeiten). ^{[ 87 ] [ 88 ]}

Im Gegensatz dazu konzentrierte sich HGST (heute Teil von Western Digital ) auf die Entwicklung von Verfahren zur Abdichtung von heliumgefüllten Laufwerken anstelle der üblicherweise verwendeten gefilterten Luft. Durch die Reduzierung von Turbulenzen und Reibung lassen sich dank geringerer Spurbreite höhere Speicherdichten erzielen, und auch die durch Reibung verlorene Energie ist geringer, was zu einem niedrigeren Stromverbrauch führt. Darüber hinaus können mehr Platten im gleichen Gehäuse untergebracht werden, obwohl das Entweichen von Heliumgas bekanntermaßen schwierig ist. ^{[ 89 ]} Helium-Laufwerke sind daher vollständig abgedichtet und verfügen im Gegensatz zu ihren luftgefüllten Pendants über keine Entlüftungsöffnung.

Andere Aufzeichnungstechnologien, darunter Seagates Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR), werden entweder erforscht oder sind bereits kommerziell im Einsatz, um die Speicherdichte zu erhöhen. HAMR erfordert eine andere Architektur mit neu entwickelten Speichermedien und Lese-/Schreibköpfen, neuen Lasern und neuen optischen Nahfeldwandlern. ^{[ 90 ]} HAMR wurde Anfang 2024 kommerziell ausgeliefert ^{[ 91 ]} , nachdem technische Probleme die Einführung um mehr als ein Jahrzehnt verzögert hatten – ursprünglich war ein Marktstart bereits für 2009 geplant. ^{[ 92 ] [ 93 ] [ 94 ] [ 95 ]} Der geplante Nachfolger von HAMR, Bit Patterned Recording (BPR), ^{[ 96 ]} wurde aus den Roadmaps von Western Digital und Seagate gestrichen. ^{[ 97 ]} Western Digitals mikrowellenunterstützte magnetische Aufzeichnung (MAMR), ^{[ 98 ] [ 99 ]} auch als energieunterstützte magnetische Aufzeichnung (EAMR) bezeichnet, wurde 2020 erstmals eingesetzt. Das erste EAMR-Laufwerk, die Ultrastar HC550, wurde Ende 2020 ausgeliefert. ^{[ 100 ] [ 101 ] [ 102 ]} Zweidimensionale magnetische Aufzeichnung (TDMR) ^{[ 84 ] [ 103 ]} und „Strom senkrecht zur Ebene“ Riesenmagnetowiderstandsköpfe (CPP/GMR) wurden in Forschungsarbeiten vorgestellt. ^{[ 104 ] [ 105 ] [ 106 ]}

Einige Laufwerke verwenden zwei unabhängige Aktuatorarme, um die Lese-/Schreibgeschwindigkeiten zu erhöhen und mit SSDs konkurrieren zu können. ^{[ 107 ]} Ein Konzept für ein 3D-Vakuum-Laufwerk (3DHD) ^{[ 108 ]} und 3D-Magnetaufzeichnung wurden vorgeschlagen. ^{[ 109 ]}

Unter Berücksichtigung der Annahmen zur Machbarkeit und zum Zeitpunkt der Einführung dieser Technologien prognostiziert Seagate ein jährliches Wachstum der Flächendichte von 20 % im Zeitraum 2020–2034. ^{[ 42 ]}

Die ab 2025 im Handel erhältlichen Festplatten mit der höchsten Speicherkapazität haben eine Kapazität von 36 TB. ^{[ 20 ]}

Die vom Betriebssystem dem Endbenutzer angezeigte Kapazität einer Festplatte ist aus verschiedenen Gründen geringer als die vom Hersteller angegebene. Beispielsweise belegt das Betriebssystem Speicherplatz, ebenso wie Datenredundanz und Dateisystemstrukturen. Auch die Verwechslung von Dezimal- und Binärpräfixen kann zu Fehlern führen.

Moderne Festplattenlaufwerke erscheinen ihrem Host-Controller als zusammenhängende logische Blöcke. Die Bruttokapazität des Laufwerks berechnet sich durch Multiplikation der Blockanzahl mit der Blockgröße. Diese Information ist in den Produktspezifikationen des Herstellers und vom Laufwerk selbst über Betriebssystemfunktionen, die Low-Level-Befehle des Laufwerks aufrufen, verfügbar. ^{[ 110 ] [ 111 ]} Ältere IBM- und kompatible Laufwerke, z. B. IBM 3390 mit dem CKD- Datensatzformat, verwenden Datensätze variabler Länge; bei der Berechnung der Laufwerkskapazität müssen die Eigenschaften dieser Datensätze berücksichtigt werden. Einige neuere DASD simulieren CKD, und es gelten dieselben Formeln zur Kapazitätsberechnung.

Die Bruttokapazität älterer sektororientierter Festplatten berechnet sich aus dem Produkt der Zylinderanzahl pro Aufzeichnungszone, der Byteanzahl pro Sektor (meist 512) und der Anzahl der Zonen . Einige moderne SATA-Festplatten geben auch die Zylinder-Kopf-Sektor- Kapazität (CHS) an, diese ist jedoch kein physikalischer Parameter, da die angegebenen Werte durch ältere Betriebssystemschnittstellen eingeschränkt sind. Das CHS-Schema wurde durch die logische Blockadressierung (LBA) ersetzt, ein einfaches lineares Adressierungsverfahren, das Blöcke anhand eines ganzzahligen Index lokalisiert, der für den ersten Block bei LBA 0 beginnt und sich danach inkrementiert. ^{[ 112 ]} Bei der Verwendung der CHS-Methode zur Beschreibung moderner großer Festplatten wird die Anzahl der Köpfe oft auf 64 gesetzt, obwohl eine typische moderne Festplatte zwischen einer und vier Platten besitzt. Bei modernen Festplatten ist die Reservekapazität für die Fehlerbehandlung nicht in der angegebenen Kapazität enthalten; bei vielen älteren Festplatten war jedoch eine bestimmte Anzahl von Sektoren als Reserve reserviert, wodurch die dem Betriebssystem zur Verfügung stehende Kapazität reduziert wurde. Darüber hinaus speichern viele HDDs ihre Firmware in einer reservierten Servicezone, die in der Regel für den Benutzer nicht zugänglich ist und bei der Kapazitätsberechnung nicht berücksichtigt wird.

Bei RAID- Subsystemen reduzieren die Anforderungen an Datenintegrität und Fehlertoleranz die nutzbare Kapazität. Beispielsweise verfügt ein RAID-1-Array aufgrund der Datenspiegelung nur über etwa die Hälfte der Gesamtkapazität, während ein RAID-5-Array mit n Laufwerken durch die Speicherung von Paritätsinformationen 1/n der Kapazität (entspricht der Kapazität eines einzelnen Laufwerks) verliert. RAID-Subsysteme bestehen aus mehreren Laufwerken, die dem Benutzer als ein oder mehrere Laufwerke erscheinen, aber Fehlertoleranz bieten. Die meisten RAID-Anbieter verwenden Prüfsummen , um die Datenintegrität auf Blockebene zu verbessern. Einige Anbieter verwenden Festplatten mit 520-Byte-Sektoren, die 512 Byte Benutzerdaten und acht Prüfsummenbytes enthalten, oder separate 512-Byte-Sektoren für die Prüfsummendaten. ^{[ 113 ]}

Manche Systeme verwenden versteckte Partitionen für die Systemwiederherstellung, wodurch die dem Endbenutzer zur Verfügung stehende Kapazität reduziert wird, sofern dieser keine Kenntnisse über spezielle Festplattenpartitionierungsprogramme wie diskpart unter Windows besitzt . ^{[ 114 ]}

Daten werden auf einer Festplatte in logischen Blöcken gespeichert. Jeder Block ist durch Markierungen für Anfang und Ende, Informationen zur Fehlererkennung und -korrektur sowie durch Leerzeichen zwischen den Blöcken zur Kompensation geringfügiger Timing-Schwankungen abgegrenzt. Diese Blöcke enthielten häufig 512 Byte nutzbare Daten, es wurden aber auch andere Größen verwendet. Mit zunehmender Speicherdichte wurde durch das Advanced Format die Blockgröße auf 4096 Byte nutzbare Daten erweitert, was zu einer deutlichen Reduzierung des für Blockheader, Fehlerprüfungsdaten und Leerzeichen benötigten Speicherplatzes führte.

Das Initialisieren dieser logischen Blöcke auf den physischen Festplatten wird als Low-Level-Formatierung bezeichnet . Diese wird üblicherweise im Werk durchgeführt und im Betrieb normalerweise nicht verändert. ^{[ 115 ]} Die High-Level-Formatierung schreibt Datenstrukturen, die vom Betriebssystem zur Organisation von Datendateien auf der Festplatte verwendet werden. Dies umfasst das Schreiben von Partitions- und Dateisystemstrukturen in ausgewählte logische Blöcke. Beispielsweise wird ein Teil des Speicherplatzes für ein Verzeichnis mit Dateinamen und eine Liste der zu einer bestimmten Datei gehörenden logischen Blöcke verwendet.

Beispiele für Partitionierungsschemata sind der Master Boot Record (MBR) und die GUID-Partitionstabelle (GPT). Beispiele für Datenstrukturen, die auf der Festplatte gespeichert werden, um Dateien abzurufen, sind die Dateizuordnungstabelle (FAT) im MS-DOS- Dateisystem und Inodes in vielen UNIX- Dateisystemen sowie andere Betriebssystem-Datenstrukturen (auch Metadaten genannt ). Daher steht nicht der gesamte Speicherplatz einer Festplatte für Benutzerdateien zur Verfügung, dieser Systemaufwand ist jedoch im Vergleich zu den Benutzerdaten in der Regel gering.

In den Anfängen der Computertechnik wurde die Gesamtkapazität von Festplatten (HDDs) mit sieben bis neun Dezimalstellen angegeben, oft mit der Redewendung „ Millionen“ . ^{[ 118 ] [ 34 ]} Ab den 1970er-Jahren verwendeten die Hersteller SI- Dezimalpräfixe wie Megabyte (1 MB = 1.000.000 Byte), Gigabyte (1 GB = 1.000.000.000 Byte) und Terabyte (1 TB = 1.000.000.000.000 Byte). ^{[ 116 ] [ 119 ] [ 120 ] [ 121 ]} Speicherkapazitäten werden jedoch üblicherweise binär , also mit Potenzen von 1024 statt 1000, angegeben .

Software gibt die Festplatten- oder Speicherkapazität in unterschiedlichen Formaten an, entweder mit dezimalen oder binären Präfixen. Die Microsoft Windows- Betriebssystemfamilie verwendet die binäre Konvention zur Angabe der Speicherkapazität. Eine vom Hersteller als 1-TB-Festplatte angebotene Festplatte wird von diesen Betriebssystemen als 931-GB-Festplatte angezeigt. Mac OS X 10.6 („ Snow Leopard “) verwendet die dezimale Konvention zur Angabe der Festplattenkapazität. ^{[ 122 ]} Das Standardverhalten des Befehlszeilenprogramms „df“ unter Linux ist die Angabe der Festplattenkapazität in Einheiten von 1024 Byte. ^{[ 123 ]}

Der Unterschied zwischen der Interpretation von Dezimal- und Binärpräfixen führte zu Verwirrung bei den Verbrauchern und zu Sammelklagen gegen Festplattenhersteller . Die Kläger argumentierten, die Verwendung von Dezimalpräfixen habe die Verbraucher irregeführt, während die Beklagten jegliches Fehlverhalten und jegliche Haftung bestritten und behaupteten, ihre Marketing- und Werbemaßnahmen seien in jeder Hinsicht gesetzeskonform gewesen und keinem Mitglied der Sammelklage sei ein Schaden entstanden. ^{[ 124 ] [ 125 ] [ 126 ]} Im Jahr 2020 entschied ein kalifornisches Gericht, dass die Verwendung von Dezimalpräfixen mit Dezimalbedeutung nicht irreführend sei. ^{[ 127 ]}

IBMs erste Festplatte, die IBM 350 , nutzte einen Stapel von fünfzig 24-Zoll-Platten, speicherte 3,75 MB Daten (etwa die Größe eines modernen Digitalfotos) und war so groß wie zwei große Kühlschränke. 1962 brachte IBM die IBM 1311 auf den Markt , die sechs 14-Zoll-Platten (Nenngröße) in einem herausnehmbaren Gehäuse verwendete und ungefähr die Größe einer Waschmaschine hatte. Dies wurde für viele Jahre zum Standard für Plattengrößen und wurde auch von anderen Herstellern verwendet. ^{[ 128 ]} Die IBM 2314 nutzte Platten gleicher Größe in einem elffach übereinander angeordneten Gehäuse und führte das „Laufwerk-in-der-Schublade“-Layout ein, das manchmal auch als „Pizzaofen“ bezeichnet wurde, obwohl die „Schublade“ nicht das gesamte Laufwerk umfasste. Bis in die 1970er-Jahre wurden Festplatten in eigenständigen Gehäusen unterschiedlicher Größe angeboten, die ein bis vier Festplatten enthielten.

Ab Ende der 1960er-Jahre wurden Festplatten angeboten, die vollständig in ein Gehäuse passten, das in ein 19-Zoll-Rack eingebaut werden konnte . Die Digital-Modelle RK05 und RL01 waren frühe Beispiele mit einzelnen 14-Zoll-Platten in herausnehmbaren Gehäusen. Die gesamte Festplatte passte in einen 10,5 Zoll hohen Rackeinschub (sechs Höheneinheiten). Mitte bis Ende der 1980er-Jahre war die ähnlich große Fujitsu Eagle , die (zufällig) ebenfalls 10,5-Zoll-Platten verwendete, ein beliebtes Produkt.

Mit steigenden Verkaufszahlen von Mikrocomputern mit eingebauten Diskettenlaufwerken (FDDs) wurden Festplatten (HDDs), die in die FDD-Einschübe passten, immer gefragter. Beginnend mit dem Shugart Associates SA1000 orientierten sich die Formfaktoren der Festplatten zunächst an denen von 8-Zoll- und 5-Zoll -Festplatten.+1/4 Zoll und 3​+1 / 2 -Zoll-Diskettenlaufwerke. Obwohl sie mit diesen Nenngrößen bezeichnet werden, betragen die tatsächlichen Abmessungen dieser drei Laufwerke 9,5 Zoll, 5,75 Zoll bzw. 4 Zoll Breite. Da es keine kleineren Diskettenlaufwerke gab, wurden kleinere Festplattenformfaktoren wie 2-Zoll -Diskettenlaufwerke verwendet.+1 / 2- Zoll-Antriebe (tatsächlich 2,75 Zoll breit), die aus Produktangeboten oder Industriestandards entwickelt wurden.

Ab 2025, 2+1/2 Zoll und 3​+1 / 2- Zoll-Festplatten sind die gängigste Größe. Bis 2009 hatten alle Hersteller die Entwicklung neuer Produkte für die Formfaktoren 1,3 Zoll, 1 Zoll und 0,85 Zoll aufgrund sinkender Preise für Flash-Speicher eingestellt , ^{da diese keine beweglichen Teile enthalten [ 129 ] [ 130 ]} . ​​Die Nennmaße werden in Zoll angegeben, die tatsächlichen Abmessungen jedoch in Millimetern.

Festplatten für Endverbraucher werden üblicherweise in Gehäusen verkauft , die die Festplatte schützen und den Anschluss über gängige Schnittstellen wie USB ermöglichen. Dadurch bleibt die Festplatte vom Computer getrennt und ist portabel. Diese Gehäuse variieren stark in der Größe, da sie in der Regel nicht als fester Bestandteil eines Systems vorgesehen sind. Sie können auch mehrere Festplatten im RAID-Verbund enthalten .

Die Faktoren, die die Zugriffszeit auf Daten einer Festplatte begrenzen, hängen hauptsächlich mit der mechanischen Beschaffenheit der rotierenden Scheiben und der beweglichen Köpfe zusammen, darunter:

• Die Suchzeit ist ein Maß dafür, wie lange der Lesekopf benötigt, um zu der Spur der Festplatte zu gelangen, die die Daten enthält.
• Rotationsverzögerungen entstehen, weil sich der gewünschte Festplattensektor zum Zeitpunkt der Datenübertragung möglicherweise nicht direkt unter dem Lesekopf befindet. Die durchschnittliche Rotationsverzögerung ist in der Tabelle aufgeführt und basiert auf der statistischen Beziehung, dass die durchschnittliche Verzögerung der Hälfte der Rotationsperiode entspricht.
• Die Bitrate bzw. Datenübertragungsrate (sobald sich der Lesekopf in der richtigen Position befindet) erzeugt eine Verzögerung, die von der Anzahl der übertragenen Blöcke abhängt; typischerweise ist sie relativ gering, kann aber bei der Übertragung großer zusammenhängender Dateien recht lang sein.

Eine Verzögerung kann auch auftreten, wenn die Festplatten zur Energieeinsparung angehalten werden.

Die Defragmentierung ist ein Verfahren, das die Verzögerung beim Datenabruf minimiert, indem zusammengehörige Daten in physisch nahe beieinander liegende Bereiche der Festplatte verschoben werden. ^{[ 131 ]} Einige Betriebssysteme führen die Defragmentierung automatisch durch. Obwohl die automatische Defragmentierung die Zugriffszeiten verkürzen soll, wird die Leistung während des Vorgangs vorübergehend beeinträchtigt. ^{[ 132 ]}

Die Zugriffszeit auf Daten lässt sich durch Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit (und damit Verringerung der Latenz) oder durch Verkürzung der Suchzeiten verbessern. Eine höhere Speicherdichte steigert den Durchsatz durch höhere Datenraten und eine größere Datenmenge pro Lesekopf, wodurch potenziell die Suchaktivität für eine gegebene Datenmenge reduziert wird. Die Zugriffszeit hat mit dem gestiegenen Durchsatz nicht Schritt gehalten, der wiederum nicht mit dem Wachstum der Bitdichte und Speicherkapazität Schritt gehalten hat.

Stand 2010 erreichte eine typische Desktop-Festplatte mit 7.200 U/min eine kontinuierliche Datenübertragungsrate von bis zu 1.030 Mbit/s zwischen Festplatte und Pufferspeicher . ^{[ 133 ]} Diese Rate ist abhängig von der Position der Datenspuren: Sie ist höher für Daten auf den äußeren Spuren (wo sich mehr Datensektoren pro Umdrehung befinden) und niedriger zu den inneren Spuren hin (wo sich weniger Datensektoren pro Umdrehung befinden). Bei Festplatten mit 10.000 U/min ist die Rate in der Regel etwas höher. Ein aktueller, weit verbreiteter Standard für die Schnittstelle zwischen Pufferspeicher und Computer ist SATA mit 3,0 Gbit/s . Damit können etwa 300 Megabyte/s (10-Bit-Kodierung) vom Pufferspeicher zum Computer übertragen werden, was den heutigen Übertragungsraten zwischen Festplatte und Pufferspeicher immer noch deutlich überlegen ist. Die Datenübertragungsrate (Lesen/Schreiben) lässt sich messen, indem man eine große Datei mithilfe spezieller Dateigeneratoren auf die Festplatte schreibt und sie anschließend wieder ausliest. Die Übertragungsrate kann durch die Fragmentierung des Dateisystems und die Struktur der Dateien beeinflusst werden. ^{[ 131 ]}

Die Datenübertragungsrate von Festplatten hängt von der Drehzahl der Platten und der Datenspeicherdichte ab. Da Wärme und Vibrationen die Drehzahl begrenzen, ist die Erhöhung der Speicherdichte die wichtigste Methode zur Verbesserung der sequenziellen Übertragungsraten. Höhere Drehzahlen erfordern einen leistungsstärkeren Spindelmotor, der mehr Wärme erzeugt. Die Flächenspeicherdichte wird zwar durch Erhöhung sowohl der Anzahl der Spuren auf der Festplatte als auch der Anzahl der Sektoren pro Spur erhöht ^{[ 134 ]} , jedoch steigert nur Letztere die Datenübertragungsrate bei einer gegebenen Drehzahl. Da die Datenübertragungsrate nur einer der beiden Komponenten der Flächenspeicherdichte folgt, verbessert sie sich langsamer ^{[ 135 ] .}

Zu den weiteren Leistungsmerkmalen gehören der qualitätsbereinigte Preis , der Stromverbrauch, die Geräuschentwicklung sowie die Stoßfestigkeit im Betrieb und im Ruhezustand.

Moderne Festplatten werden über verschiedene Bustypen mit einem Computer verbunden , darunter Parallel ATA , Serial ATA , SCSI , Serial Attached SCSI (SAS) und Fibre Channel . Einige Festplatten, insbesondere externe tragbare Festplatten, verwenden IEEE 1394 oder USB . Alle diese Schnittstellen sind digital; die Elektronik der Festplatte verarbeitet die analogen Signale der Lese-/Schreibköpfe. Moderne Festplatten bieten eine einheitliche Schnittstelle zum restlichen Computer, unabhängig vom intern verwendeten Datenkodierungsverfahren und der Anzahl der im Laufwerk enthaltenen Datenträger und Köpfe.

Typischerweise empfängt ein DSP in der Elektronik des Laufwerks die rohen analogen Spannungen vom Lesekopf und dekodiert die Daten mithilfe von PRML und Reed-Solomon-Fehlerkorrektur ^{[ 136 ]} . Anschließend sendet er die Daten über die Standardschnittstelle. Dieser DSP überwacht außerdem die Fehlerrate, die durch Fehlererkennung und -korrektur ermittelt wird , und führt die Neuzuordnung defekter Sektoren , die Datenerfassung für die Selbstüberwachungs-, Analyse- und Berichtstechnologie sowie weitere interne Aufgaben durch.

Moderne Schnittstellen verbinden das Laufwerk mit der Host-Schnittstelle über ein einziges Daten-/Steuerkabel. Jedes Laufwerk verfügt außerdem über ein zusätzliches Stromkabel, das üblicherweise direkt mit dem Netzteil verbunden ist. Ältere Schnittstellen verwendeten separate Kabel für Datensignale und für Laufwerkssteuersignale.

• Small Computer System Interface (SCSI), ursprünglich SASI (Shugart Associates System Interface) genannt, war bis Mitte der 1990er-Jahre Standard bei Servern, Workstations, Commodore Amiga , Atari ST und Apple Macintosh Computern. Zu diesem Zeitpunkt waren die meisten Modelle bereits auf neuere Schnittstellen umgestellt. Die begrenzte Länge des Datenkabels ermöglicht den Anschluss externer SCSI-Geräte. Der SCSI-Befehlssatz wird auch in der moderneren SAS-Schnittstelle verwendet .
• Integrated Drive Electronics (IDE), später standardisiert unter dem Namen AT Attachment (ATA, mit dem nachträglich hinzugefügten Alias ​​PATA ( Parallel ATA ) bei Einführung von SATA), verlagerte den Festplattencontroller von der Schnittstellenkarte direkt zum Laufwerk. Dies trug zur Standardisierung der Host/Controller-Schnittstelle bei, reduzierte die Programmierkomplexität des Host-Gerätetreibers und senkte Systemkosten und -komplexität. Der 40-polige IDE/ATA-Anschluss überträgt jeweils 16 Bit Daten über das Datenkabel. Ursprünglich bestand das Datenkabel aus 40 Adern, spätere höhere Geschwindigkeitsanforderungen führten jedoch zu einem „Ultra DMA“ -Modus (UDMA) mit einem 80-adrigen Kabel und zusätzlichen Adern zur Reduzierung von Übersprechen bei hohen Geschwindigkeiten.
• EIDE war eine inoffizielle Weiterentwicklung (von Western Digital) des ursprünglichen IDE-Standards. Die wichtigste Verbesserung bestand in der Verwendung von Direct Memory Access (DMA) zur Datenübertragung zwischen Festplatte und Computer ohne Beteiligung der CPU – eine Verbesserung, die später in die offiziellen ATA-Standards übernommen wurde. Durch die direkte Datenübertragung zwischen Speicher und Festplatte entfällt bei DMA die Notwendigkeit, dass die CPU Byte für Byte kopiert. Dadurch kann sie während der Datenübertragung andere Aufgaben bearbeiten.
• Fibre Channel (FC) ist der Nachfolger der parallelen SCSI-Schnittstelle im Unternehmensbereich. Es handelt sich um ein serielles Protokoll. Bei Festplattenlaufwerken wird üblicherweise die Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL)-Verbindungstopologie verwendet. FC findet weitaus breitere Anwendung als reine Festplattenschnittstellen und ist die Grundlage von Storage Area Networks (SANs). In letzter Zeit wurden auch andere Protokolle für diesen Bereich entwickelt, wie iSCSI und ATA over Ethernet . Verwirrenderweise verwenden Laufwerke für Fibre Channel üblicherweise Kupfer- Twisted-Pair-Kabel und nicht Glasfaser. Letztere sind traditionell größeren Geräten wie Servern oder Festplatten-Array-Controllern vorbehalten .
• Serial Attached SCSI (SAS). SAS ist ein serielles Kommunikationsprotokoll der neuen Generation für Geräte, das deutlich höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten ermöglicht und mit SATA kompatibel ist. SAS verwendet einen mechanisch kompatiblen Daten- und Stromanschluss für Standard-3,5-Zoll-SATA1/SATA2-Festplatten. Viele serverorientierte SAS-RAID-Controller können auch SATA-Festplatten ansteuern. SAS nutzt serielle Kommunikation anstelle der parallelen Methode herkömmlicher SCSI-Geräte, verwendet aber weiterhin SCSI-Befehle.
• Serial ATA (SATA). Das SATA-Datenkabel verfügt, wie EIA-422 , über ein Datenpaar für die differentielle Datenübertragung zum Gerät und ein weiteres für den differentiellen Empfang vom Gerät . Daher müssen die Daten seriell übertragen werden. Ein ähnliches differentielles Signalübertragungssystem wird auch bei RS485 , LocalTalk , USB , FireWire und differentiellem SCSI verwendet . SATA I bis III sind mit einer Teilmenge der SAS-Befehle und kompatiblen Schnittstellen kompatibel und nutzen diese. Daher kann eine SATA-Festplatte an einen SAS-Festplattencontroller angeschlossen und von diesem gesteuert werden (mit wenigen Ausnahmen, z. B. bei Festplatten/Controllern mit eingeschränkter Kompatibilität). Umgekehrt ist dies jedoch nicht möglich – ein SATA-Controller kann nicht an eine SAS-Festplatte angeschlossen werden.

Aufgrund des extrem geringen Abstands zwischen den Leseköpfen und der Plattenoberfläche sind Festplatten anfällig für Schäden durch einen Head-Crash  – einen Festplattenausfall , bei dem der Lesekopf über die Plattenoberfläche schabt, oft die dünne Magnetschicht abträgt und so Datenverlust verursacht. Head-Crashes können durch elektronische Defekte, plötzliche Stromausfälle, Stöße, Verschmutzungen im Inneren des Laufwerks, Verschleiß, Korrosion oder fehlerhaft gefertigte Platten und Leseköpfe hervorgerufen werden.

Das Spindelsystem der Festplatte (HDD) benötigt die Luftdichte im Inneren des Gehäuses , um die Leseköpfe während der Rotation in der richtigen Höhe zu halten . HDDs benötigen einen bestimmten Bereich an Luftdichten für den ordnungsgemäßen Betrieb. Die Verbindung zur Umgebung und deren Dichte erfolgt über eine kleine Öffnung im Gehäuse (ca. 0,5 mm Durchmesser), üblicherweise mit einem innenliegenden Filter (dem Belüftungsfilter ). ^{[ 137 ]} Ist die Luftdichte zu gering, reicht der Auftrieb für den Lesekopf nicht aus. Dadurch gerät der Kopf zu nah an die Festplatte, was zu Head-Crashes und Datenverlust führen kann. Für einen zuverlässigen Betrieb in Höhen über ca. 3.000 m (9.800 ft) sind speziell gefertigte, gekapselte und druckbeaufschlagte Festplatten erforderlich. ^{[ 138 ]} Moderne Festplatten verfügen über Temperatursensoren und passen ihren Betrieb automatisch an die Umgebungsbedingungen an. Die meisten Festplattenlaufwerke verfügen über Belüftungsöffnungen, mit Ausnahme von hermetisch abgedichteten Laufwerken wie Helium-Festplatten. Bei diesen würde jeglicher Kontakt mit Außenluft zu einem Ausfall führen. Üblicherweise ist neben den Öffnungen ein Aufkleber angebracht, der den Benutzer davor warnt, diese abzudecken. Die Luft im Inneren des Laufwerks ist ständig in Bewegung und wird durch die Reibung an den rotierenden Platten verdrängt. Diese Luft durchströmt einen internen Umluftfilter, der Produktionsrückstände, eingedrungene Partikel oder Chemikalien sowie im normalen Betrieb entstehende Partikel und Ausgasungen entfernt. Sehr hohe Luftfeuchtigkeit über längere Zeiträume kann die Leseköpfe und Platten korrodieren lassen. Eine Ausnahme bilden hermetisch abgedichtete, heliumgefüllte Festplatten, die Umwelteinflüsse durch Luftfeuchtigkeit oder Luftdruckschwankungen weitgehend ausschließen. Solche Festplatten wurden 2013 von HGST in der ersten erfolgreichen Serienproduktion eingeführt.

Insbesondere bei GMR-Leseköpfen ( Giant Magnetoresistive ) führt ein kleinerer Head-Crash durch Verunreinigungen (der die magnetische Oberfläche der Festplatte nicht entfernt) dennoch zu einer vorübergehenden Überhitzung des Lesekopfes aufgrund der Reibung mit der Festplattenoberfläche und kann die Daten für kurze Zeit unlesbar machen, bis sich die Temperatur des Lesekopfes stabilisiert (sogenannte „thermische Rauheit“, ein Problem, das teilweise durch eine geeignete elektronische Filterung des Lesesignals behoben werden kann).

Wenn die Logikplatine einer Festplatte ausfällt, kann das Laufwerk oft wiederhergestellt und die Daten gerettet werden, indem die Platine durch die einer identischen Festplatte ersetzt wird. Bei Fehlern der Lese-/Schreibköpfe können diese mit Spezialwerkzeugen in einer staubfreien Umgebung ausgetauscht werden. Sind die Platten unbeschädigt, können sie in ein identisches Gehäuse eingesetzt und die Daten auf ein neues Laufwerk kopiert oder geklont werden. Bei Plattenausfällen kann eine Demontage und das Erstellen eines Images der Platten erforderlich sein. ^{[ 139 ]} Zur Datenrettung bei logischen Schäden an Dateisystemen stehen verschiedene Tools zur Verfügung, darunter fsck unter UNIX-ähnlichen Systemen und CHKDSK unter Windows . Die Wiederherstellung nach logischen Schäden kann das sogenannte File Carving erfordern .

Es wird allgemein erwartet, dass Festplatten, die für Server entwickelt und vermarktet werden, seltener ausfallen als die in Desktop-Computern üblicherweise verwendeten Festplatten für Endverbraucher. Zwei unabhängige Studien der Carnegie Mellon University ^{[ 140 ]} und von Google ^{[ 141 ]} ergaben jedoch, dass die „Qualitätsstufe“ einer Festplatte nicht mit ihrer Ausfallrate korreliert.

Eine 2011 von Tom's Hardware veröffentlichte Zusammenfassung von Forschungsergebnissen zu Ausfallmustern von SSDs und magnetischen Festplatten fasste die Forschungsergebnisse wie folgt zusammen: ^{[ 142 ]}

• Die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) ist kein Indikator für Zuverlässigkeit; die jährliche Ausfallrate (AFR) ist höher und in der Regel aussagekräftiger.
• Festplatten fallen in der Anfangsphase des Gebrauchs in der Regel nicht aus, und die Temperatur hat nur einen geringen Einfluss; stattdessen steigt die Ausfallrate mit zunehmendem Alter stetig an.
• SMART warnt zwar vor mechanischen Problemen, jedoch nicht vor anderen Problemen, die die Zuverlässigkeit beeinträchtigen, und ist daher kein zuverlässiger Indikator für den Zustand. ^{[ 143 ]}
• Die Ausfallraten von als „Enterprise“- und „Consumer“-Laufwerke verkauften Festplatten sind „sehr ähnlich“, obwohl diese Laufwerkstypen für ihre unterschiedlichen Betriebsumgebungen angepasst sind. ^{[ 144 ] [ 145 ]}
• In Festplattenverbünden erhöht der Ausfall einer Festplatte das kurzfristige Risiko eines Ausfalls einer zweiten Festplatte erheblich.

Backblaze, ein Speicheranbieter, berichtete 2019 von einer jährlichen Ausfallrate von zwei Prozent für ein Speichersystem mit 110.000 handelsüblichen Festplatten (HDDs). Die Zuverlässigkeit variierte dabei stark zwischen verschiedenen Modellen und Herstellern. ^{[ 146 ]} Im Jahr 2021 gab Backblaze an, dass die Ausfallrate für HDDs und SSDs gleichen Alters ähnlich sei. ^{[ 7 ]} Eine unabhängige, 2026 veröffentlichte, von Experten begutachtete Analyse der Backblaze-Daten ergab jedoch, dass auch nach Berücksichtigung von Alter, Kapazität, Formfaktor und Temperatur der Laufwerke weiterhin Unterschiede zwischen den Herstellern bestanden. ^{[ 147 ]}

Um die Kosten zu minimieren und Ausfälle einzelner Festplatten zu kompensieren, setzen Speichersystemanbieter auf redundante Festplattenarrays . Ausgefallene Festplatten werden fortlaufend ersetzt. ^{[ 146 ] [ 92 ]}

• 
  Nahaufnahme eines auf einer Festplattenplatte ruhenden Lesekopfes; seine Spiegelung ist auf der Plattenoberfläche sichtbar. Befindet sich der Lesekopf nicht auf einer vorgesehenen Auflagefläche, kann die Berührung der Platten während des Betriebs katastrophale Folgen haben.
• 
  HDD-Kopfkollision
• 
  Noch schlimmerer Unfall
• 
  Zerstörte Festplatte, Glasscheibe sichtbar

Desktop-Festplatten (HDDs) verfügen typischerweise über ein bis fünf interne Platten, rotieren mit 5.400 bis 10.000 U/min und erreichen eine Datenübertragungsrate von mindestens 0,5 Gbit/s (1 GB = ^10⁹ Byte; 1 Gbit/s = 10⁹ ^Bit /s ). Ältere Festplatten (aus den 1980er- und 1990er-Jahren) weisen tendenziell niedrigere Drehzahlen auf. Stand Januar 2025 boten die Desktop -Festplatten mit der höchsten Speicherkapazität 36 TB [ ^{148 ] [ 149 ] ,} wobei die Veröffentlichung von 50-TB-Festplatten für später im Jahr 2025 geplant war . ^{[ 150 ]} 36-TB-Festplatten wurden 2025 auf den Markt gebracht. Im Jahr 2016 lag die typische Drehzahl einer Festplatte in einem durchschnittlichen Desktop-Computer bei 7.200 U/min, während kostengünstige Desktop-Computer mit 5.900- oder 5.400-U/min-Festplatten ausgestattet sein konnten. In den 2000er und frühen 2010er Jahren verwendeten einige Desktop-Nutzer und Rechenzentren zeitweise auch 10.000-U/min-Festplatten wie die Western Digital Raptor , aber solche Festplatten sind seit 2016 (seit der Einstellung der WD VelociRaptor ) viel seltener geworden und werden heute nicht mehr häufig verwendet, da sie durch SSDs auf NAND-Flash-Basis ersetzt wurden.

Mobile HDDs sind kleiner als ihre Desktop- und Enterprise-Pendants, daher sind sie in der Regel langsamer und haben eine geringere Speicherkapazität. Sie besitzen typischerweise nur eine interne Platte und sind mit 2,5" oder 1,8" deutlich kleiner als die bei Desktop-PCs üblicheren 3,5"-Festplatten. Mobile HDDs arbeiten mit 4.200, 5.200, 5.400 oder 7.200 U/min, wobei 5.400 U/min am weitesten verbreitet sind. 7.200-U/min-Festplatten sind tendenziell teurer und haben eine geringere Speicherkapazität, während 4.200-U/min-Modelle früher in älteren Laptops und tragbaren Geräten verbaut wurden, heute aber veraltet sind. Aufgrund der kleineren Platten haben mobile HDDs im Allgemeinen eine geringere Speicherkapazität als Desktop-Festplatten.

Diese Antriebe drehen typischerweise mit 5400 U/min und umfassen:

• Videofestplatten , die manchmal auch als „ Überwachungsfestplatten “ bezeichnet werden, sind in digitale Videorekorder eingebaut und bieten eine garantierte Streaming-Kapazität, selbst bei Lese- und Schreibfehlern. ^{[ 151 ]}
• In Kraftfahrzeuge integrierte Antriebe ; sie sind typischerweise so konstruiert, dass sie größeren Stößen standhalten und in einem größeren Temperaturbereich funktionieren.

Aktuelle externe Festplatten werden typischerweise über USB-C angeschlossen ; ältere Modelle nutzen USB-B (manchmal mit zwei Ports für höhere Bandbreite) oder (selten) eSATA . Varianten mit USB-2.0-Schnittstelle weisen im Vergleich zu intern verbauten Festplatten mit SATA-Anschluss generell langsamere Datenübertragungsraten auf. Die Plug-and-Play -Funktionalität bietet Systemkompatibilität, große Speicherkapazitäten und ein portables Design. Im März 2015 reichten die verfügbaren Kapazitäten externer Festplatten von 500 GB bis 10 TB. ^{[ 152 ]} Externe Festplatten sind üblicherweise als Komplettsysteme erhältlich, können aber auch durch die Kombination eines externen Gehäuses (mit USB- oder anderer Schnittstelle) mit einer separat erworbenen Festplatte zusammengestellt werden. Sie sind in den Größen 2,5 Zoll und 3,5 Zoll verfügbar; 2,5-Zoll-Varianten werden üblicherweise als portable externe Festplatten bezeichnet , 3,5-Zoll-Varianten als Desktop-Festplatten . Portable Festplatten sind in kleineren und leichteren Gehäusen untergebracht als Desktop-Festplatten. Zusätzlich nutzen tragbare Festplatten die Stromversorgung über den USB-Anschluss, während Desktop-Festplatten ein externes Netzteil benötigen . Funktionen wie Verschlüsselung , WLAN- Konnektivität ^{[ 153 ]} , biometrische Sicherheit oder mehrere Schnittstellen (z. B. FireWire ) sind gegen Aufpreis erhältlich. ^{[ 154 ]} Es gibt vorkonfektionierte externe Festplatten, die nach dem Auspacken aufgrund der integrierten USB-Schnittstelle auf ihren Leiterplatten und dem Fehlen von SATA- (oder Parallel-ATA- )Schnittstellen nicht intern in einem Laptop oder Desktop-Computer verwendet werden können. ^{[ 155 ] [ 156 ]}

• 
  Zwei externe 2,5-Zoll-USB-Festplatten
• 
  Seagate-Festplatte mit Controller-Platine zur Umwandlung von SATA in USB, FireWire und eSATA

Server- und Workstation-Festplatten

Sie werden typischerweise auf Mehrbenutzerrechnern mit Unternehmenssoftware eingesetzt . Beispiele hierfür sind Transaktionsverarbeitungsdatenbanken, Internetinfrastruktur (E-Mail, Webserver, E-Commerce), wissenschaftliche Rechensoftware und Nearline-Speicherverwaltungssoftware. Enterprise-Laufwerke arbeiten üblicherweise im Dauerbetrieb („24/7“) in anspruchsvollen Umgebungen und liefern dabei höchste Leistung ohne Einbußen bei der Zuverlässigkeit. Maximale Speicherkapazität ist nicht das primäre Ziel, weshalb die Laufwerke oft mit im Verhältnis zu ihren Kosten relativ geringen Kapazitäten angeboten werden. ^{[ 157 ]}

Die schnellsten Enterprise-Festplatten arbeiten mit 10.000 oder 15.000 U/min und erreichen sequentielle Übertragungsgeschwindigkeiten von über 1,6 Gbit/s ^{[ 158 ]} sowie eine kontinuierliche Übertragungsrate von bis zu 1 Gbit/s . ^{[ 158 ]} Festplatten mit 10.000 oder 15.000 U/min verwenden kleinere Platten, um den höheren Stromverbrauch zu reduzieren (da sie einen geringeren Luftwiderstand aufweisen) und haben daher in der Regel eine geringere Kapazität als Desktop-Festplatten mit der höchsten Kapazität. Enterprise-Festplatten werden üblicherweise über Serial Attached SCSI (SAS) oder Fibre Channel (FC) angeschlossen . Einige unterstützen mehrere Ports und können daher an einen redundanten Hostbusadapter angeschlossen werden .

Enterprise-Festplatten können Sektorgrößen von mehr als 512 Byte aufweisen (häufig 520, 524, 528 oder 536 Byte). Der zusätzliche Speicherplatz pro Sektor kann von Hardware-RAID-Controllern oder Anwendungen zur Speicherung von DIF- ( Data Integrity Field ) oder DIX-Daten (Data Integrity Extensions) genutzt werden, was zu höherer Zuverlässigkeit und dem Schutz vor unbemerkten Datenbeschädigungen führt . ^{[ 159 ]}

Überwachungsfestplatten ;

In Netzwerk-Videorekordern verwendete Festplatten für Videoaufzeichnung. ^{[ 151 ]}

Der Preis pro Byte für Festplatten sank zwischen 1988 und 1996 um 40 %, zwischen 1996 und 2003 um 51 % und zwischen 2003 und 2010 um 34 % pro Jahr. ^{[ 160 ] [ 78 ]} Der Preisrückgang verlangsamte sich zwischen 2011 und 2014 auf 13 % pro Jahr, da das Wachstum der Speicherdichte nachließ und die Überschwemmungen in Thailand 2011 Produktionsanlagen beschädigten ^{[ 83 ]} . Zwischen 2010 und 2017 stagnierte der Preisrückgang bei 11 % pro Jahr. ^{[ 161 ]}

Die US-Notenbank (Federal Reserve Board) hat einen qualitätsbereinigten Preisindex für großflächige Unternehmensspeichersysteme veröffentlicht, der drei oder mehr Enterprise-Festplatten sowie zugehörige Controller, Racks und Kabel umfasst. Die Preise für diese großflächigen Speichersysteme sanken im Zeitraum 2004–2009 um 30 % pro Jahr und im Zeitraum 2009–2014 um 22 % pro Jahr. ^{[ 78 ]}

Im Laufe der Zeit haben über 200 Unternehmen Festplatten hergestellt, doch durch Zusammenschlüsse hat sich die Produktion heute auf nur drei Hersteller konzentriert: Western Digital , Seagate und Toshiba . Die Produktion findet hauptsächlich im pazifischen Raum statt.

Die Auslieferungen von Festplatten erreichten 2010 mit 651 Millionen Einheiten ihren Höhepunkt und sind seitdem auf 166 Millionen Einheiten im Jahr 2022 zurückgegangen. ^{[ 162 ]} Seagate hatte mit 43 % den größten Marktanteil. ^{[ 163 ]}

Festplatten (HDDs) werden in Märkten, in denen die höhere Geschwindigkeit (bis zu 7 Gigabyte pro Sekunde für M.2 (NGFF) NVMe- Laufwerke ^{[ 164 ]} und 2,5 Gigabyte pro Sekunde für PCIe- Erweiterungskarten-Laufwerke) ^{[ 165 ]} ), Robustheit und der geringere Stromverbrauch von SSDs wichtiger sind als der Preis, zunehmend durch SSDs ersetzt, da die Kosten pro Bit bei SSDs vier- bis neunmal höher sind als bei HDDs. ^{[ 16 ] [ 15 ]} Berichten zufolge lag die Ausfallrate von HDDs im Jahr 2016 bei 2–9 % pro Jahr, während SSDs deutlich weniger Ausfälle aufwiesen: 1–3 % pro Jahr. ^{[ 166 ]} Allerdings weisen SSDs mehr nicht korrigierbare Datenfehler auf als HDDs. ^{[ 166 ]}

SSDs sind mit größeren Kapazitäten (bis zu 100 TB) ^{[ 40 ]} als die größten HDDs erhältlich und bieten zudem höhere Speicherdichten (100-TB- und 30-TB-SSDs sind in 2,5-Zoll-HDD-Gehäusen mit der gleichen Höhe wie eine 3,5-Zoll-HDD untergebracht), ^{[ 167 ] [ 168 ] [ 169 ] [ 170 ] [ 171 ]} allerdings sind so große SSDs sehr teuer.

Eine Labordemonstration eines 1,33 TB großen 3D-NAND-Chips mit 96 Schichten (NAND, der üblicherweise in Solid-State-Drives (SSDs) verwendet wird) erreichte 2019 eine Speicherdichte von 5,5 Tbit/in² ^{[ 172 ] ,} während die maximale Speicherdichte von HDDs bei 1,5 Tbit/in² liegt ^. Die Speicherdichte von Flash-Speichern verdoppelt sich alle zwei Jahre, ähnlich dem Mooreschen Gesetz (40 % pro Jahr) und deutlich schneller als die 10–20 % pro Jahr bei HDDs. Im Jahr 2025 betrug die maximale Kapazität 36 Terabyte für eine HDD ^{[ 173 ]} und 100 Terabyte für eine SSD ^{[ 174 ]} . HDDs wurden 2016 in 70 % der produzierten Desktop- und Notebook-Computer verbaut, SSDs in 30 %. ^{[ 175 ]} Im Jahr 2025 werden HDDs in Laptops nur noch sehr selten zu finden sein, und die meisten Desktop-PCs werden ausschließlich mit einer SSD ausgestattet sein, obwohl einige noch mit einer SSD und einer HDD oder selten nur mit einer HDD konfiguriert sind.

Der Markt für Silizium-basierte Flash-Speicherchips (NAND), die in SSDs und anderen Anwendungen eingesetzt werden, wächst schneller als der für HDDs. Der weltweite Umsatz mit NAND-Speichern stieg im Zeitraum 2011–2017 um 16 % pro Jahr von 22 Milliarden US-Dollar auf 57 Milliarden US-Dollar, während die Produktion um 45 % pro Jahr von 19 Exabyte auf 175 Exabyte zunahm. ^{[ 176 ]}

• Automatische Akustiksteuerung
• Reinraum
• Klick des Todes
• Vergleich der Festplattenverschlüsselungssoftware
• Datenlöschung
• Laufwerkszuordnung
• Fehlerwiederherstellungskontrolle
• Leistungsmerkmale von Festplatten
• Hybridantrieb
• Microdrive
• Netzlaufwerk (Dateiserver, freigegebene Ressource )
• Objektspeicher
• Vorabkompensation schreiben