Speicherkapazität

Die Speicherkapazität einer Festplatte berechnet sich aus der Größe eines Datenblocks (256, 512, 2048 oder 4096 Byte) multipliziert mit der Anzahl der verfügbaren Blöcke. Die Größe der ersten Festplatten wurde in Megabyte angegeben, ab etwa 1997 in Gigabyte, seit etwa 2008 gibt es Platten im Terabyte-Bereich.

War die Art und Weise der Speicherung der Daten der ersten Platten noch „von außen sichtbar“ (dem Festplattencontroller, der Firmware wie etwa beim IBM-PC-kompatiblen Computer das BIOS, und dem Betriebssystem mussten die Sektoren pro Spur, Anzahl der Spuren, Anzahl der Köpfe, MFM- oder RLL-Modulation bekannt sein), so änderte sich dies mit Einführung der IDE-Platten Anfang der 1990er-Jahre. Es war immer weniger zu sehen, wie die Daten intern gespeichert werden; das Ansprechen der Platte erfolgt über eine Schnittstelle, die Interna nach außen verbirgt. Mitunter meldete die Festplatte „falsche“ Informationen für die Anzahl an Spuren, Sektoren und Köpfen, um Systembegrenzungen zu umgehen: Firmware und Betriebssystem arbeiteten auf Basis dieser „falschen“ Werte, die Festplattenlogik rechnete sie dann in interne, der eigenen Geometrie tatsächlich entsprechende Werte um.

Die zeitliche Entwicklung der maximalen Festplattenkapazität zeigt einen annähernd exponentiellen Verlauf, vergleichbar mit der Entwicklung der Rechenleistung nach dem Mooreschen Gesetz. Die Kapazität hat sich bei leicht sinkenden Preisen etwa alle 16 Monate verdoppelt, wobei sich der Kapazitätszuwachs seit etwa 2005 verringerte (Januar 2007: 1 Terabyte,^[4] September 2011: 4 Terabyte, Dezember 2019: 16 Terabyte^[5]).

Die Hersteller von Festplatten verwenden bei Speicherkapazitäten Präfixe in ihrer SI-konformen dezimalen Bedeutung. Eine Kapazitätsangabe von einem Terabyte bezeichnet hiernach eine Kapazität von 10¹² Byte. Das Microsoft-Betriebssystem Windows und einige andere ältere Betriebssysteme verwenden bei der Kapazitätsangabe von Festplatten zwar die gleichen Präfixe, allerdings – historischem Usus folgend, jedoch entgegen seit 1998 geltender IEC-Normierung – in ihrer binären Bedeutung. Dies führt zu einem scheinbaren Widerspruch zwischen der Größenangabe des Herstellers und der des Betriebssystems. Beispielsweise gibt das Betriebssystem bei einer Festplatte mit einer vom Hersteller angegebenen Kapazität von einem Terabyte als Kapazität nur 931 „Gigabyte“ an, da ein „Terabyte“ dort 2⁴⁰ Byte bezeichnet (die IEC-konforme Bezeichnung für 2⁴⁰ Byte ist Tebibyte). Unter den IEC-konformen Systemen OS X (ab Version 10.6) und Unix bzw. den meisten Unix-artigen Betriebssystemen tritt dieser Effekt nicht auf.

Baugrößen (mechanisch)

Die Abmessungen von Festplatten werden traditionell in Zoll angegeben. Dabei handelt es sich um keine exakten Größenangaben, sondern um einen Formfaktor. Übliche Formfaktoren für die Breite sind 5,25″, 3,5″, 2,5″ und 1,8″, für die Höhe z. B. 1″, ¹⁄₂″ und ³⁄₈″. Die Zollangaben entsprechen meist in etwa dem Durchmesser der Platter, nicht der Breite des Laufwerkgehäuses. Teilweise werden jedoch kleinere Platter verwendet, um höhere Drehzahlen zu ermöglichen.^[6]

Im Zuge der technischen Weiterentwicklung wurden immer wieder Baugrößen zugunsten kleinerer eingestellt, da diese neben dem geringeren Platzbedarf weniger anfällig gegen Erschütterungen sind und eine geringere Leistungsaufnahme aufweisen. Zwar bedeutet weniger Platz zunächst, dass ein Laufwerk kleinere Platter hat und damit weniger Speicherplatz zur Verfügung stellt. Die schnelle Technologieentwicklung in Richtung höherer Datendichten kompensiert diese Einschränkung jedoch erfahrungsgemäß kurzfristig.

Das erste Festplattenlaufwerk IBM 350 von 1956 war ein Schrank mit einem 24″-Plattenstapel. Mitte der 1970er Jahre kamen Modelle mit einer Größe von 8″ auf, die relativ schnell durch wesentlich handlichere und vor allem leichtere 5,25″-Festplattenlaufwerke abgelöst wurden. Zwischenzeitlich gab es noch Größen von 14″ und 9″.

5,25″-Festplatten wurden 1980 von (Shugart Technology) Seagate eingeführt, ihre Scheiben sind in etwa so groß wie eine CD/DVD/Blu-Ray. Seit 1997 wird diese Größe nicht mehr hergestellt. Einige SCSI-Server-Laufwerke sowie das LowCost-ATA-Laufwerk BigFoot von Quantum sind die letzten Vertreter dieses Formats. Die Baugröße dieser Laufwerke orientiert sich an der von 5,25″-Diskettenlaufwerken: Die Breite dieser Laufwerke beträgt 5 ³⁄₄″ (146 mm), die Höhe bei Laufwerken mit voller Höhe 3 ¹⁄₄″ (82,6 mm), bei Laufwerken mit halber Höhe 1 ⁵⁄₈″ (41,3 mm). Es gab Modelle mit noch geringerer Bauhöhe: die Modelle der BigFoot-Serie hatten eine Bauhöhe von ³⁄₄″ (19 mm) und 1″ (25,4 mm). Die Tiefe von 5,25″-Festplatten ist nicht festgelegt, sollte aber nicht wesentlich oberhalb von 200 mm liegen.

3,5″-Festplatten wurden 1987 von IBM mit der Baureihe PS/2 eingeführt und waren lange Zeit Standard in Desktop-Computern. Die Baugröße dieser Laufwerke orientiert sich an der von 3,5″-Diskettenlaufwerken: Die Breite dieser Laufwerke beträgt 4″ (101,6 mm), die Höhe meist 1″ (25,4 mm). Seagate brachte mit der ST1181677 eine Festplatte mit zwölf Scheiben und 1,6″ (40,64 mm) Höhe heraus; auch Fujitsu bot Laufwerke dieser Höhe an.^[7] Die Tiefe von 3,5″-Festplatten beträgt 5¾″ (146 mm).

In vielen Bereichen wurden 3,5″-Festplatten zum großen Teil durch 2,5″-Modelle oder SSDs abgelöst.

2,5″-Festplatten wurden ursprünglich für Notebooks entwickelt, fanden dann v. a. in Servern und Spezialgeräten (Multimedia-Playern, USB-Festplatten) Verwendung; mittlerweile sind sie weit verbreitet. Die Breite beträgt 70 mm, die Tiefe 100 mm. Die traditionelle Bauhöhe war ¹⁄₂″ (12,7 mm); mittlerweile gibt es Bauhöhen zwischen 5 mm und 15 mm, verbreitet sind 5 mm, 7 mm und 9,5 mm. Die erlaubte Bauhöhe hängt vom Gerät ab, in das die Festplatte eingebaut werden soll. Der Interface-Anschluss ist gegenüber den größeren Bauformen modifiziert; bei ATA ist der Abstand der Pins von 2,54 mm auf 2 mm verringert. Es kommen weiterhin vier Pins dazu (insgesamt 43 Pins), die den separaten Stromversorgungsstecker der größeren Modelle ersetzen. 2,5″-Festplatten benötigen nur eine Betriebsspannung von 5 V; die bei größeren Platten notwendige zweite Betriebsspannung von 12 V entfällt. 2,5″-SATA-Festplatten haben die gleichen Anschlüsse wie die 3,5″-Laufwerke, nur die 5 mm hohen Laufwerke haben wegen der geringen zur Verfügung stehenden Höhe teilweise einen speziellen SFF-8784-Anschluss.^[8]

Seit 2006 bieten Seagate, Toshiba, Hitachi und Fujitsu 2,5″-Festplattenlaufwerke für den Einsatz in Servern an. Seit April 2008 wird von Western Digital mit der Velociraptor ein 2,5″-Festplattenlaufwerk (mit 15 mm Bauhöhe) mit 3,5″-Einbaurahmen als Desktop-Festplattenlaufwerk vermarktet.^[9]

1,8″-Festplatten werden seit 2003 bei Subnotebooks, diversen Industrieanwendungen sowie in großen MP3-Playern verwendet. Die Breite beträgt 54 mm, die Tiefe zwischen 71 und 78,5 mm, die Höhe 8 mm.

Noch kleinere Baugrößen mit 1,3″, 1″ und 0,85″ spielen kaum eine Rolle. Eine Ausnahme waren Microdrives in der Anfangszeit der digitalen Fotografie – sie ermöglichten mit einer Baugröße von 1″ vergleichsweise hochkapazitive und günstige Speicherkarten im CompactFlash-Typ-II-Format für Digitalkameras, wurden aber inzwischen durch Flash-Speicher verdrängt. 2005 gab es von Toshiba Festplattenlaufwerke mit einer Baugröße von 0,85″ und einer Kapazität von 4 Gigabyte für Anwendungen wie MP3-Player.

Physischer Aufbau der Einheit

Eine Festplatte besteht aus folgenden Baugruppen:

• eine oder mehrere rotierbar befestigte Scheiben (engl.: Platter, plural: Platters),
• einer Achse, auch Spindel genannt, auf der die Scheiben übereinander montiert sind,
• einem Elektromotor als Antrieb für die Spindel (und somit die Scheibe(n)),
• beweglichen Schreib-Lese-Köpfen (Heads),
• jeweils einem Lager für die Spindel (meistens hydrodynamische Gleitlager) sowie für die Aktorachse (und somit die Schreib-Lese-Köpfe) (auch Magnetlager),
• einem Antrieb für die Aktorachse (und somit für die Schreib-Lese-Köpfe) (engl.: Actuator, deutsch: Aktor),
• der Steuerelektronik für Motor- und Kopfsteuerung,
• einem DSP für Verwaltung, Bedienung des Interfaces, Steuerung der Schreib/Leseköpfe. Modulation und Demodulation der Signale der Schreiblese-Köpfe erfolgt dabei durch integrierte Spezialhardware und wird nicht direkt vom DSP durchgeführt. Die benötigte Verarbeitungsleistung der Demodulation liegt im Bereich ~10⁷ MIPS.
• (Flash-)ROM und DDR-RAM für Firmware, temporäre Daten und Festplattencache. Üblich sind derzeit 2 bis 64 MiB.
• der Schnittstelle zum Ansprechen der Festplatte von außen und
• einem stabilen Gehäuse.

Die Schreib-Lese-Kopf-Einheit

Der Schreib-Lese-Kopf (Magnetkopf) des Schreibfingers, im Prinzip ein winziger Elektromagnet, magnetisiert winzige Bereiche der Scheibenoberfläche unterschiedlich und schreibt somit die Daten auf die Festplatte. Aufgrund eines Luftpolsters, das durch die Reibung der Luft an der rotierenden Scheibenoberfläche erzeugt wird, schweben die Schreib-Lese-Köpfe (vgl. Bodeneffekt). Die Schwebehöhe lag 2000 im Bereich von etwa 20 nm. Aufgrund dieser geringen Distanz darf die Luft innerhalb des Festplattengehäuses keinerlei Verunreinigungen enthalten. Bei neueren Festplatten mit Perpendicular-Recording-Technik schrumpft dieser Abstand auf 5 bis 6 nm. Aktuell angekündigte Platten (2011) mit 1 Terabyte/Scheibe erlauben noch Flughöhen von maximal 3 nm, damit das Signal durch Abstandsverluste nicht zu stark geschwächt wird. Die Herstellung von Festplatten erfolgt deshalb wie die von Halbleitern in Reinräumen. Der Bodeneffekt ist in diesem Zusammenhang sehr nützlich zur Einhaltung der richtigen Flughöhe des Schreib-Lese-Kopfes über der rotierenden Scheibe.

Die Daten wurden bis etwa 1994 durch die Induktionswirkung des Magnetfeldes der magnetisierten Fläche der Datenträgeroberfläche in der Spule des Schreib-Lese-Kopfes ausgelesen. Über die Jahre wurden jedoch aufgrund der steigenden Datendichte die Flächen, auf denen einzelne Bits gespeichert werden, immer kleiner. Um diese Daten auszulesen, wurden kleinere und empfindlichere Leseköpfe benötigt. Diese wurden nach 1994 entwickelt: MR-Leseköpfe sowie einige Jahre später GMR-Leseköpfe (Riesenmagnetowiderstand). Der GMR-Lesekopf ist eine Anwendung der Spintronik.

Parken der Köpfe

Zum Schutz der Scheiben-Oberflächen vor dem Aufsetzen der Schreib-Lese-Köpfe (dem sogenannten Head-Crash) fahren diese, noch bevor sich beim Ausschalten der Festplatte die Umdrehungsgeschwindigkeit merklich verringert hat, in die Landezone (engl. „landing zone“), in der sie fixiert werden. Beim plötzlichen Wegfall der Versorgungsspannung wird der Antrieb als Generator geschaltet und mit der so gewonnenen Energie ein Schwenkimpuls für den Kopfarm erzeugt. Dieses Parken erhöht die Stoßfestigkeit der Festplatten für einen Transport oder Umbau. Die Parkposition kann sich außerhalb der Scheiben oder im Innenbereich der Platten befinden. Dabei setzt der Schreib-Lese-Kopf auf einem vordefinierten Bereich der Festplatte auf, der keine Daten enthält. Die Oberfläche dieses Bereichs ist besonders vorbehandelt, um ein Festkleben des Kopfes zu vermeiden, und so einen späteren Wiederanlauf der Festplatte zu ermöglichen. Die Fixierung geschieht beispielsweise über einen Magneten, der den Lesekopf festhält.

Bei älteren Festplatten wurden die Schreib-Lese-Köpfe bei fast allen Modellen aus dem Plattenstapel herausgefahren. Später (1990er, 2000er) wurde zunehmend eine Parkposition im Innenbereich bevorzugt. 2008 kommen beide Varianten vor. Bei Notebook-Platten bietet die Parkposition außerhalb des Plattenstapels zusätzlichen Schutz vor Beschädigung der Oberflächen der Scheiben bei Transport (Erschütterung) der Festplatte.

Bei älteren Festplatten mussten die Köpfe vor dem Ausschalten explizit per Befehl vom Betriebssystem geparkt werden – Schrittmotoren benötigten viele koordinierte Impulse zum Parken, die sich nach einem Wegfall der Versorgungsspannung nur sehr schwer oder gar nicht generieren ließen. Auch die Köpfe moderner Festplatten können explizit geparkt werden, da der beschriebene automatische Parkmechanismus nach dem Wegfall der Versorgungsspannung zu einem erhöhten Verschleiß führen kann.^[15] Der Parkbefehl wird heute automatisch beim Herunterfahren des Systems vom Gerätetreiber abgesetzt.

Bei modernen Laptops sorgt ein Beschleunigungssensor für das Parken des Festplattenfingers noch während eines eventuellen freien Falls, um so den Schaden beim Sturz eines Rechners zu begrenzen.

Festplatten-Gehäuse

Das Gehäuse einer Festplatte ist sehr massiv. Meist ist es ein aus einer Aluminiumlegierung bestehendes Gussteil und mit einem Edelstahl-Blechdeckel versehen. Wird eine Festplatte in normaler, nicht gereinigter Luft geöffnet, können bereits kleinste Staub- bzw. Rauchpartikel, Fingerabdrücke usw. zu irreparablen Beschädigungen der Plattenoberflächen und der Schreib-Lese-Köpfe führen.

Das Gehäuse ist staubdicht, aber bei luftgefüllten Laufwerken üblicherweise nicht luftdicht abgeschlossen. Durch eine mit einem Filter versehene kleine Öffnung kann bei Luftdruckschwankungen (wie sie etwa bei Temperaturänderungen oder Änderungen des atmosphärischen Luftdrucks auftreten) Luft ein- oder austreten, um so die Druckunterschiede auszugleichen. Diese Öffnung – siehe nebenstehende Abbildung – darf nicht verschlossen werden. Da der Luftdruck im Gehäuse mit zunehmender Höhe über dem Meeresspiegel abnimmt, zum Betrieb aber ein Mindestdruck erforderlich ist, dürfen diese Festplatten nur bis zu einer bestimmten maximalen Meereshöhe betrieben werden. Diese ist in der Regel im zugehörigen Datenblatt vermerkt. Die Luft ist erforderlich, um die direkte Berührung von Schreib-Lese-Kopf und Datenträgeroberfläche (Head-Crash) zu verhindern; siehe auch Abschnitt Die Schreib-Lese-Kopf-Einheit weiter oben. Bei neueren Laufwerken wird statt des Filters eine elastische Membran eingesetzt, die das System durch Aufwölben in die eine oder andere Richtung an wechselnde Druckverhältnisse anpassen kann.

Einige Festplattenmodelle sind mit Helium gefüllt und im Gegensatz zu den luftgefüllten Laufwerken hermetisch verschlossen. Helium verfügt im Vergleich zu Luft über eine geringere Dichte und eine höhere Wärmeleitfähigkeit. Durch die geringere Dichte von Helium entstehen geringere störende Strömungseffekte, die zu reduzierten Kräften führen, die auf den Motor wirken. Auch Vibrationen, die durch die Positionierung der Trägerarme entstehen, werden verringert. Dadurch können die Abstände zwischen den einzelnen Scheiben verkleinert und mehr davon bei gleicher Bauhöhe integriert werden, was zu einer höheren Speicherdichte dieser Plattenlaufwerke führt.^[16]

Speichern und Lesen von Bits

Die Scheibe mit der Magnetschicht, in der die Informationen gespeichert sind, rotiert an den Schreib-Lese-Köpfen (s. o.) vorbei. Beim Lesen verursachen dabei Änderungen in der Magnetisierung der Oberfläche durch elektromagnetische Induktion einen Spannungsimpuls im Lesekopf. Bis zum Anfang des 21. Jahrhunderts wurde dabei fast ausschließlich die longitudinale Aufzeichnung verwendet, erst dann wurde auch die senkrechte Aufzeichnung eingeführt, die wesentlich höhere Schreibdichten erlaubt, aber kleinere Signale beim Lesen bewirkt, wodurch sie schwieriger zu beherrschen ist. Beim Schreiben dient derselbe Kopf zum Einschreiben der Information in die Magnetschicht. Zum Lesen sollte ein Magnetkopf anders ausgelegt sein als zum Schreiben, beispielsweise was die Breite des Magnetspalts betrifft; wird er für beides verwendet, müssen Kompromisse eingegangen werden, die die Leistung wieder begrenzen. Es gibt dazu neuere Ansätze durch spezielle Geometrien und Spulenwicklungen, diese Kompromisse effizienter zu gestalten.

Ein Leseimpuls entsteht also nur bei einer Änderung der Magnetisierung (mathematisch: Der Lesekopf „sieht“ sozusagen nur die Ableitung der Magnetisierung nach der Ortskoordinate). Diese Impulse bilden einen seriellen Datenstrom, der wie bei einer seriellen Schnittstelle von der Leseelektronik ausgewertet wird. Wenn beispielsweise Daten vorliegen, die zufällig über lange Strecken nur den logischen Pegel „0“ aufweisen, tritt solange keinerlei Änderung auf, also auch kein Signal am Lesekopf. Dann kann die Leseelektronik aus dem Takt kommen und falsche Werte lesen. Zur Abhilfe werden verschiedene Verfahren eingesetzt, die zusätzliche umgekehrt gepolte Bits in den Datenstrom einfügen, um eine zu lange Strecke einheitlicher Magnetisierung zu vermeiden. Beispiele dieser Verfahren sind MFM und RLL, die allgemeine Technik wird unter Leitungscode erläutert.

Beim Schreibvorgang wird je nach Logikpegel des Bits ein Strom unterschiedlicher Polung in die Magnetspule des Schreibkopfs gespeist (gegensätzliche Polung, jedoch gleiche Stärke). Der Strom bewirkt ein Magnetfeld, das Feld wird vom Magnetkern des Kopfs gebündelt und geführt. Im Spalt des Schreibkopfs treten die Magnetfeldlinien dann in die Oberfläche der Festplatte über und magnetisieren sie dabei in die gewünschte Richtung.

Speichern und Lesen von Byte-organisierten Daten

Heutige magnetische Festplatten organisieren ihre Daten – im Gegensatz zu Direktzugriffsspeichern (der sie in Bytes oder in kleinen Gruppen von 2 bis 8 Byte anordnet) – in Datenblöcken (wie z. B. 512, 2048 oder 4096 Byte), weshalb dieses Verfahren blockbasierte Adressierung genannt wird. Dabei können seitens der Schnittstelle immer nur ganze Datenblöcke oder Sektoren gelesen und geschrieben werden. (Bei früheren SCSI-Festplatten ermöglichte die Laufwerkselektronik einen byteweisen Zugriff.)^[17]

Das Lesen von Blöcken erfolgt durch Angabe der linearen Sektornummer. Die Festplatte „weiß“, wo sich dieser Block befindet, und liest beziehungsweise schreibt ihn auf Anforderung.

Beim Schreiben von Blöcken:

• werden diese zuerst mit Fehlerkorrekturinformationen (Vorwärtsfehlerkorrektur) versehen,
• werden sie einer Modulation unterzogen: Früher waren GCR, MFM, RLL üblich, heutzutage haben PRML und neuerdings EPRML diese abgelöst, dann
• wird der Schreib-Lese-Kopf-Träger in die Nähe der Spur gefahren, die beschrieben werden soll,
• liest der Schreib-Lese-Kopf, welcher der informationtragenden Oberfläche zugeordnet ist, das Spursignal und führt die Feinpositionierung durch. Dazu gehört zum einen, die richtige Spur zu finden, zum anderen diese Spur auch genau mittig zu treffen.
• Ist der Schreiblesekopf stabil auf der Spur und befindet sich der richtige Sektor unter dem Schreiblesekopf, wird die Blockmodulation geschrieben.
• Bei vermuteter Fehlposition ist der Schreibvorgang sofort abzubrechen, damit keine Nachbarspuren (teilweise irreparabel) zerstört werden.

Beim Lesen werden diese Schritte umgekehrt ausgeführt:

• Schreib-Lese-Kopf-Träger in die Nähe der Spur fahren, die gelesen werden soll.
• der Schreib-Lese-Kopf, welcher der informationstragenden Oberfläche zugeordnet ist, liest das Spursignal und führt die Feinpositionierung durch.
• Nun wird die Spur so lange (oder etwas länger) gelesen, bis der gewünschte Sektor erfolgreich gefunden wurde.
• Bei diesem Vorgang gefundene Sektoren werden zuerst demoduliert und dann mittels der beim Schreiben erzeugten Vorwärtsfehlerkorrekturinformationen einer Fehlerkorrektur unterzogen.
• Üblicherweise werden meist weitaus mehr Sektoren als der angeforderte Sektor gelesen. Diese landen normalerweise im Festplattencache (wenn nicht schon vorhanden), da die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass sie in Kürze noch benötigt werden.
• War ein Sektor schlecht lesbar (mehrere Leseversuche notwendig, Fehlerkorrektur zeigte etliche korrigierbare Fehler auf), wird er üblicherweise neu zugeordnet, d. h. an einer anderen Stelle gespeichert.
• War der Sektor nicht mehr lesbar, wird ein sogenannter CRC-Fehler gemeldet.

Logische Struktur der Scheiben

Die Magnetisierung der Beschichtung der Scheiben ist der eigentliche Informationsträger. Sie wird vom Schreib-Lese-Kopf auf kreisförmigen, konzentrischen Spuren erzeugt, während die Scheibe rotiert. Eine Scheibe enthält typischerweise einige tausend solcher Spuren, meist auf beiden Seiten. Die Gesamtheit aller gleichen, d. h. übereinander befindlichen Spuren der einzelnen Platten(oberflächen) nennt man Zylinder. Jede Spur ist in kleine logische Einheiten unterteilt, die man Blöcke nennt. Ein Block enthält traditionell 512 Byte an Nutzdaten. Jeder Block verfügt dabei über Kontrollinformationen (Prüfsummen), über die sichergestellt wird, dass die Information korrekt geschrieben oder gelesen wurde. Die Gesamtheit aller Blöcke, welche die gleichen Winkelkoordinaten auf den Platten haben, nannte man Sektor (bei MFM). Der Aufbau eines speziellen Festplattentyps, d. h. die Anzahl der Zylinder (Spuren je Oberfläche), Köpfe (Oberflächen) und Sektoren, wird als Festplattengeometrie bezeichnet.

Bei der Einteilung in Sektoren steht für deren innere Blöcke nur wenig Magnetschicht-Fläche zur Verfügung, die jedoch zum Speichern eines Datenblocks ausreicht. Die äußeren Blöcke sind jedoch viel größer, und verbrauchen viel mehr Magnetschicht-Fläche als notwendig wäre. Seit RLL wird dieser Platz im Außenbereich nicht mehr verschwendet, die Daten werden dort ebenso dicht geschrieben wie im Innenbereich – eine Spur im Außenbereich beinhaltet nun mehr Blöcke als im Innenbereich, eine Sektoreinteilung ist daher nicht mehr möglich. Bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit kann und muss die Festplattenelektronik im Außenbereich schneller lesen und schreiben als im Innenbereich. Durch diese Entwicklung verlor der Begriff Sektor seine ursprüngliche Wichtigkeit und wird heute vielfach (entgegen seiner eigentlichen Bedeutung) synonym für Block verwendet.

Da – als die Nummerierung der Blöcke bei steigenden Festplattenkapazitäten die Wortgrenze (16 Bit) überstieg – manche Betriebssysteme zu früh an Grenzen stießen, wurden Cluster eingeführt. Das sind Gruppen von jeweils einer festen Anzahl an Blöcken (z. B. 32), die sinnvollerweise physisch benachbart sind. Das Betriebssystem spricht dann nicht mehr einzelne Blöcke an, sondern verwendet auf seiner (höheren) Ebene als kleinste Zuordnungseinheit diese Cluster. Erst auf Hardwaretreiber-Ebene wird dieser Zusammenhang aufgelöst.

Bei modernen Festplatten ist normalerweise die wahre Geometrie, also die Anzahl an Sektoren, Köpfen und Zylindern, die vom Festplatten-Controller verwaltet werden, nach außen (d. h. für den Computer bzw. den Festplattentreiber) nicht sichtbar. Früher wurde dem Computer dann eine virtuelle Festplatte vorgespielt, die völlig andere Geometriedaten aufwies, um Begrenzungen der PC-kompatiblen Hardware zu überwinden. Zum Beispiel konnte eine Festplatte, die real nur vier Köpfe aufwies, vom Computer mit 255 Köpfen gesehen werden. Heute meldet eine Festplatte meist einfach die Anzahl ihrer Blöcke im LBA-Modus.

Heute übliche Festplatten teilen intern die Zylinder radial in Zonen ein, wobei die Zahl der Blöcke pro Spur innerhalb einer Zone gleich ist, beim Wechsel der Zone von innen nach außen aber zunimmt (Zone Bit Recording). Die innerste Zone hat die wenigsten Blöcke pro Spur, die äußerste Zone die meisten, weshalb die kontinuierliche Übertragungsrate beim Zonenwechsel von außen nach innen abnimmt.

Der Festplatten-Controller kann defekte Blöcke in die sogenannte Hot-Fix-Area ausblenden, um dann einen Block aus einem Reserve-Bereich einzublenden. Für den Computer scheint es dann immer so, als wären alle Blöcke defektfrei und nutzbar. Dieser Vorgang lässt sich jedoch per S.M.A.R.T. über den Parameter Reallocated Sector Count nachvollziehen. Eine Festplatte, deren RSC-Wert in kurzer Zeit merklich ansteigt, wird in Kürze ausfallen.

ATA (IDE)

Bei einer ATA-Festplatte wird durch Jumper festgelegt, ob sie das Laufwerk mit Adresse 0 oder 1 der ATA-Schnittstelle ist (Device 0 beziehungsweise 1, oft mit Master beziehungsweise Slave bezeichnet). Manche Modelle erlauben eine Beschränkung der an das Betriebssystem beziehungsweise BIOS gemeldeten Kapazität des Laufwerks, wodurch die Festplatte im Falle von Inkompatibilitäten dennoch in Betrieb genommen werden kann; allerdings wird dabei der nicht gemeldete Plattenplatz verschenkt.

Durch die Festlegung der ATA-Bus-Adresse können zwei Festplatten an einer ATA-Schnittstelle des Mainboards angeschlossen werden. Die meisten Mainboards haben zwei ATA-Schnittstellen, genannt primary ATA und secondary ATA, also „erste“ und „zweite ATA-Schnittstelle“. Daher können insgesamt bis zu vier Festplatten an beide ATA-Schnittstellen der Hauptplatine angeschlossen werden. Ältere BIOS von Hauptplatinen erlauben es nur, den Computer von der ersten ATA-Schnittstelle zu starten, und auch nur, wenn die Festplatte als Master gejumpert ist.

Die ATA-Schnittstellen werden jedoch nicht nur von Festplatten, sondern auch von CD-ROM- und DVD-Laufwerken genutzt. Somit ist (ohne Zusatzkarte) die Gesamtzahl von Festplatten plus ladbaren Laufwerken (CD-ROM, DVD) auf vier begrenzt (Diskettenlaufwerke haben eine andere Schnittstelle). CompactFlash-Karten können per Adapter angeschlossen und wie eine Festplatte verwendet werden.

Bei Erweiterungen sind einige Dinge zu beachten:

• Das erste Laufwerk ist als „Master“ zu jumpern – in der Regel die Voreinstellung von Laufwerken; erst ein eventuell zweites Laufwerk an einem Kabel wird auf „Slave“ gejumpert. Einige Laufwerke haben noch die dritte Option „Single Drive“. Diese wird dann benutzt, wenn das Laufwerk alleine am Kabel hängt; kommt ein „Slave“-Laufwerk dazu, muss man das erste als „Master“ jumpern. Diese Option heißt dann zur Erläuterung oftmals „Master with Slave present“.
• Wo Master oder Slave sitzen (am Ende des Kabels oder „mittendrin“), spielt keine Rolle (außer, beide Laufwerke sind auf Cable Select gejumpert). „Slave allein“ funktioniert zwar meistens, gilt aber nicht als sauber konfiguriert und ist oft störanfällig. Ausnahme: Bei den neueren 80-poligen Kabeln sollte der Slave in der Mitte angeschlossen werden; die Stecker sind dementsprechend beschriftet.

Die ideale Verteilung der Laufwerke auf die einzelnen Anschlüsse ist disputabel. Zu beachten ist, dass sich traditionell zwei Geräte am selben Kabel die Geschwindigkeit teilen und dass das langsamere Gerät den Bus länger belegt und somit das schnellere bremsen kann. Bei der gängigen Konfiguration mit einer Festplatte und einem CD/DVD-Laufwerk ist es daher von Vorteil, jedes dieser beiden Geräte mit einem eigenen Kabel zu einer Schnittstelle auf der Hauptplatine zu verwenden. Neben den Jumpern existiert ein automatischer Modus für die Bestimmung der Adressen („Cable-Select“), der jedoch geeignete Anschlusskabel erfordert, die früher wenig verbreitet waren, aber seit ATA-5 (80-polige Kabel) Standard sind.

ESDI

Parallel SCSI

Die Adresse von Parallel-SCSI-Festplatten kann nicht wie IDE-Festplatten nur zwischen zwei, sondern je nach verwendetem Controller zwischen 7 bzw. 15 Adressen ausgewählt werden. Dafür befinden sich an älteren SCSI-Laufwerken drei bzw. vier Jumper zur Festlegung der Adresse – SCSI-ID-Nummer genannt –, die es erlauben, bis 7 bzw. 15 Geräte pro SCSI-Bus einzeln zu adressieren. Die Anzahl der maximal möglichen Geräte ergibt sich aus der Anzahl der ID-Bits (drei bei SCSI bzw. vier bei Wide-SCSI) unter Berücksichtigung der vom Controller selbst belegten Adresse #0. Neben Jumpern fand man selten die Adresseinstellung auch durch einen kleinen Drehschalter. Bei modernen Systemen werden die IDs automatisch vergeben (nach der Reihenfolge am Kabel), und die Jumper sind nur noch relevant, wenn diese Vergabe beeinflusst werden soll.

Dazu kommen noch andere Jumper wie der (optionale) Schreibschutzjumper, der es erlaubt, eine Festplatte gegen Beschreiben zu sperren. Weiterhin können je nach Modell Einschaltverzögerungen oder das Startverhalten beeinflusst werden.

SATA

Seit 2002 werden Festplatten mit Serial ATA (S-ATA oder SATA)-Schnittstelle angeboten. Die Vorteile gegenüber ATA sind der höhere mögliche Datendurchsatz und die vereinfachte Kabelführung. Erweiterte Versionen von SATA verfügen über weitere, vor allem für professionelle Anwendungen relevante, Funktionen, wie etwa die Fähigkeit zum Austausch von Datenträgern im laufenden Betrieb (Hot-Plug). Inzwischen hat sich SATA praktisch durchgesetzt, die neuesten Festplatten werden nicht mehr als IDE-Versionen angeboten, seit die bei IDE theoretisch möglichen Transferraten nahezu erreicht sind.

Im Jahr 2005 wurden erste Festplatten mit Serial Attached SCSI (SAS) als potentieller Nachfolger von SCSI für den Server- und Storagebereich vorgestellt. Dieser Standard ist teilweise zu SATA abwärtskompatibel.

Serial Attached SCSI (SAS)

Die SAS-Technik basiert auf der etablierten SCSI-Technik, sendet die Daten jedoch seriell und verbindet die Geräte nicht über einen gemeinsamen Bus, sondern einzeln über dedizierte Ports (oder Port Multiplier). Neben der höheren Geschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlicher SCSI-Technik können theoretisch über 16.000 Geräte in einem Verbund angesprochen werden. Ein weiterer Vorteil ist die maximale Kabellänge von 10 Metern. Die Steckverbindungen von SATA sind zu SAS kompatibel, ebenso SATA-Festplatten; SAS-Festplatten benötigen jedoch einen SAS-Controller.

Fibre-Channel-Interface

Die Kommunikation via Fibre-Channel-Interface ist noch leistungsfähiger und ursprünglich vor allem für die Verwendung in Speichersubsystemen entwickelt. Die Festplatten werden, wie bei USB, nicht direkt angesprochen, sondern über einen FC-Controller, FC-HUBs oder FC-Switches.

Queuing im SCSI-, SATA oder SAS-Datentransfer

Vor allem bei SCSI-Platten und bei neueren SATA-Festplatten werden sogenannte Queues (Warteschlangen) eingesetzt. Das sind Software-Verfahren als Teil der Firmware, die die Daten zwischen dem Anfordern von Computerseite und physikalischem Zugriff auf die Speicherscheibe verwalten und ggf. zwischenspeichern. Beim Queuing reihen sie die Anfragen an den Datenträger in eine Liste und sortieren sie entsprechend der physikalischen Position auf der Scheibe und der aktuellen Position der Schreibköpfe, um so möglichst viele Daten mit möglichst wenigen Umdrehungen und Kopfpositionierungen zu lesen. Der festplatteneigene Cache spielt hier eine große Rolle, da die Queues in diesem abgelegt werden (siehe auch: Tagged Command Queuing, Native Command Queuing).

Vorläufer der seriellen High-Speed-Schnittstellen

Die ersten verbreiteten seriellen Schnittstellen für Festplatten waren SSA (Serial Storage Architecture, von IBM entwickelt) und Fibre Channel in der Variante FC-AL (Fibre Channel-Arbitrated Loop). SSA-Festplatten werden heute praktisch nicht mehr hergestellt, aber Fibre-Channel-Festplatten werden weiterhin für den Einsatz in großen Speichersystemen gebaut. Fibre Channel bezeichnet dabei das verwendete Protokoll, nicht das Übertragungsmedium. Deshalb haben diese Festplatten trotz ihres Namens keine optische, sondern eine elektrische Schnittstelle.

Verschlüsselung

Daten können seitens des Betriebssystems verschlüsselt werden oder direkt durch das Laufwerk (Microsoft eDrive, Self-Encrypting Drive). Typische Speicherorte des Kryptoschlüssels sind USB-Stick oder Smartcard. Bei Speicherung innerhalb des Computersystems (auf der Festplatte, im Plattencontroller, in einem Trusted Platform Module) wird der eigentliche Zugriffsschlüssel erst durch Kombination mit einem einzugebenden Passwort o. ä. (Passphrase) generiert.

Schadprogramme (Viren) können dem Benutzer durch Verschlüsselung bzw. Setzen des Hardware-Passworts auf einen unbekannten Wert massiv schaden. Es besteht dann für den Benutzer keine Möglichkeit mehr, auf den Inhalt der Festplatte zuzugreifen, ohne das Passwort zu kennen – für dessen (vermeintliche) Übermittlung wird meist Lösegeld gefordert (Ransomware).

Zugriffskontrolle

Verschiedene Festplatten bieten die Möglichkeit an, den kompletten Festplatteninhalt per Passwort direkt auf Hardwareebene zu schützen. Diese im Grunde nützliche Eigenschaft ist jedoch kaum bekannt. Für den Zugriff auf eine Festplatte kann ein ATA-Passwort vergeben werden.

Ausfallursachen und Lebensdauer

Zu den typischen Ausfallursachen gehören:

• Die Anfälligkeit von Festplatten ist besonders bei den neuen, sehr schnell drehenden Systemen vorwiegend auf thermische Probleme zurückzuführen.
• Beim mechanischen Aufsetzen des Schreib-Lese-Kopfes kann die Festplatte beschädigt werden (Head-Crash). Der Kopf schwebt im Betrieb auf einem Luftpolster über der Platte und wird nur durch dieses Polster daran gehindert, aufzusetzen. Im laufenden Betrieb sollte die Festplatte daher möglichst nicht bewegt werden und keinen Erschütterungen ausgesetzt sein.

• Äußere Magnetfelder können die Sektorierung der Festplatte beeinträchtigen und sogar zerstören.^[22]
• Fehler in der Steuerelektronik oder Verschleiß der Mechanik führen zu Ausfällen.
• Umgekehrt kann auch längerer Stillstand dazu führen, dass die Mechanik in Schmierstoffen stecken bleibt und die Platte gar nicht erst anläuft („sticky disk“).

Die durchschnittliche Zahl an Betriebsstunden, bevor eine Festplatte ausfällt, wird bei irreparablen Platten als MTTF (Mean Time To Failure) bezeichnet. Bei Festplatten, die repariert werden können, wird ein MTBF-Wert (Mean Time Between Failures) angegeben. Alle Angaben zur Haltbarkeit sind ausschließlich statistische Werte. Die Lebensdauer einer Festplatte kann daher nicht im Einzelfall vorhergesagt werden, denn sie hängt von vielen Faktoren ab:

• Vibrationen und Stöße: Starke Erschütterungen können zu einem vorzeitigen (Lager-)Verschleiß führen und sollten daher vermieden werden.
• Unterschiede zwischen verschiedenen Modellreihen eines Herstellers: Abhängig vom jeweiligen Modell lassen sich bestimmte Baureihen ausmachen, die als besonders zuverlässig oder fehleranfällig gelten. Um statistisch genau Angaben zu der Zuverlässigkeit machen zu können, sind eine große Anzahl von baugleichen Platten notwendig, die unter ähnlichen Bedingungen betrieben werden. Systemadministratoren, die viele Systeme betreuen, können so im Laufe der Jahre durchaus einige Erfahrungen sammeln, welche Festplatten eher zu auffälligem Verhalten und damit vorzeitigem Ausfall neigen.
• Anzahl der Zugriffe (Lesekopfbewegungen): Durch häufige Zugriffe verschleißt die Mechanik schneller, als wenn die Platte nicht genutzt wird und sich nur der Plattenstapel dreht. Dieser Einfluss ist jedoch nur gering.^[23]
• Wenn die Festplatte über der vom Hersteller genannten Betriebstemperatur, meist 40–55 °C, betrieben wird, leidet die Lebensdauer. Nach einer Studie des Unternehmens Google Inc. (welches interne Festplattenausfälle analysierte) gibt es am oberen Ende des zulässigen Bereiches keine vermehrten Ausfälle.^[23]

Allgemein sind schnelldrehende Server-Festplatten für eine höhere MTTF ausgelegt als typische Desktop-Festplatten, so dass sie theoretisch eine höhere Lebensdauer erwarten lassen. Dauerbetrieb und häufige Zugriffe können jedoch dazu führen, dass sich das relativiert und die Festplatten nach wenigen Jahren ausgetauscht werden müssen.

Notebook-Festplatten werden durch die häufigen Transporte besonders beansprucht und sind dementsprechend trotz robusterer Bauart mit einer kleineren MTTF als Desktop-Festplatten spezifiziert.

Eine genaue Haltbarkeit der gespeicherten Daten wird von den Herstellern nicht angegeben. Lediglich magneto-optische Verfahren erreichen eine Persistenz von 50 Jahren und mehr.

Vorbeugende Maßnahmen gegen Datenverlust

Als vorbeugende Maßnahmen gegen Datenverlust werden daher häufig folgende Maßnahmen ergriffen:

• Von wichtigen Daten sollte immer eine Sicherungskopie (Backup) auf einem anderen Datenträger (beachte den Hinweis zum Ausfall oben unter Partitionierung) existieren.
• Systeme, die zwingend hochverfügbar sein müssen und bei denen ein Festplattenfehler keine Betriebsunterbrechung und Datenverlust verursachen darf, verfügen meistens über RAID. Eine Konfiguration ist zum Beispiel das Mirrorset (RAID 1), bei dem die Daten auf zwei Festplatten gespiegelt werden und sich somit die Ausfallsicherheit erhöht. Effizientere Konfigurationen sind RAID 5 und höher. Ein Stripeset (RAID 0) aus zwei Festplatten erhöht zwar die Geschwindigkeit, jedoch steigt das Ausfallrisiko. RAID 0 ist deshalb keine Maßnahme, um Datenverlust zu verhindern oder die Verfügbarkeit des Systems zu erhöhen.
• ATA-Festplatten verfügen seit circa Ende der 1990er-Jahre über S.M.A.R.T., eine interne Überwachung der Festplatte auf Zuverlässigkeit. Der Status kann von außen abgefragt werden. Ein Nachteil ist, dass S.M.A.R.T. kein Standard ist. Jeder Hersteller definiert seine Fehlertoleranz selbst, d. h. S.M.A.R.T. ist nur als allgemeines Richtmittel anzusehen. Außerdem gibt es Festplatten, deren S.M.A.R.T.-Funktion selbst dann noch nicht vor Problemen warnt, wenn diese sich bereits im Betrieb durch nicht mehr lesbare Blöcke bemerkbar gemacht haben.
• Die meisten Festplatten können in beliebiger Lage montiert werden, im Zweifelsfall sollte die Spezifikation des Herstellers beachtet werden. Des Weiteren ist die Festplatte fest zu verschrauben, um Eigenschwingung zu unterbinden.
• Während des Einbaus sollten Maßnahmen zum Schutz vor ESD getroffen werden.

Zuverlässiges Löschen

Unabhängig vom verwendeten Speichermedium (in diesem Fall eine Festplatte) wird beim Löschen einer Datei zumeist lediglich im Dateisystem vermerkt, dass der entsprechende Datenbereich nun frei ist. Die Daten selbst verbleiben jedoch physisch auf der Festplatte, bis der entsprechende Bereich mit neuen Daten überschrieben wird. Mit Datenrettungsprogrammen können gelöschte Daten daher oft zumindest zum Teil wiederhergestellt werden. Das wird häufig in der Beweissicherung zum Beispiel bei den Ermittlungsbehörden (Polizei usw.) eingesetzt.

Beim Partitionieren oder (Schnell-)Formatieren wird der Datenbereich nicht überschrieben, sondern lediglich die Partitionstabelle oder die Beschreibungsstruktur des Dateisystems. Formatierungstools bieten im Allgemeinen zusätzlich an, den Datenträger komplett zu überschreiben.

Um ein sicheres Löschen von sensiblen Daten zu garantieren, bieten verschiedene Hersteller Software an, sogenannte Eraser, die beim Löschen den Datenbereich mehrfach überschreiben kann. Bereits das einmalige Überschreiben hinterlässt jedoch keine verwertbaren Informationen.^[24] Alternativ kann auf eine der zahlreichen, direkt von CD startbaren kostenlosen Unix-Distributionen zurückgegriffen werden (z. B. Knoppix). Es gibt für diesen Zweck neben universellen Programmen wie dd und shred speziell für das Löschen verschiedene Open-Source-Programme, beispielsweise Darik’s Boot and Nuke (DBAN). In Apples Mac OS X sind entsprechende Funktionen („Papierkorb sicher löschen“ und „Volume mit Nullen überschreiben“) bereits enthalten. Es kann auch der komplette freie Speicher der Festplatte überschrieben werden, um so zu verhindern, dass gelöschte, aber nicht überschriebene Daten (oder Fragmente oder Kopien davon) wiederhergestellt werden können. Um zu verhindern, dass sich Daten mit Spezialhardware z. B. von Datenwiederherstellungsunternehmen oder Behörden wiederherstellen lassen, wurde 1996 ein Verfahren vorgestellt (die „Gutmann-Methode“), um ein sicheres Löschen der Daten durch mehrmaliges Überschreiben zu garantieren. Jedoch genügt bei heutigen Festplatten bereits das einmalige Überschreiben.^[24]

Alternativ bietet sich bei der Verschrottung des Computers die mechanische Vernichtung der Festplatte beziehungsweise der Scheiben an, eine Methode, die das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik empfiehlt.^[25] Deshalb werden in manchen Unternehmen beim Umstieg auf eine neue Computergeneration alle Festplatten in einem Schredder in kleine Teile zermahlen und die Daten so vernichtet.

Ist die gesamte Festplatte wirksam verschlüsselt, so ist das wirksame Verwerfen des Zugriffsschlüssels einer Löschung weitgehend gleichzusetzen.

Langzeitarchivierung

Chronologische Übersicht

• September 1956:^[26] IBM stellt das erste magnetische Festplattenlaufwerk mit der Bezeichnung „IBM 350“ vor (5 MB (1 Byte umfasst hier 6 bit, das Laufwerk mithin insgesamt 30 MBit ), 24 Zoll, 600 ms Zugriffszeit, 1200 min⁻¹, 500 kg, 10 kW). Die Schreib-Lese-Köpfe wurden elektronisch-pneumatisch gesteuert, weshalb die schrankgroße Einheit einen Druckluft-Kompressor enthielt.^[27] Das Laufwerk wurde nicht verkauft, sondern für 650 US-Dollar pro Monat vermietet.^[28] Ein Exemplar der IBM350 befindet sich im Museum des IBM-Clubs in Sindelfingen. An der Entwicklung wesentlich beteiligt am Forschungszentrum in San José (Leitung Reynold B. Johnson) waren Louis Stevens, William A. Goddard, John Lynott.
• 1973: IBM startet das „Winchester“-Projekt, das sich damit befasste, einen rotierenden Speicher mit einem fest montierten Medium zu entwickeln (IBM 3340, 30 MB Speicherkapazität, 30 ms Zugriffszeit). Beim Starten und Stoppen des Mediums sollten die Köpfe auf dem Medium aufliegen, was einen Lademechanismus überflüssig machte. Namensgeber war das Winchester-Gewehr.^[29] Diese Technik setzte sich in den folgenden Jahren durch. Bis in die 1990er-Jahre wurde deshalb für Festplatten gelegentlich die Bezeichnung Winchester-Laufwerk verwendet.^[30]
• 1979: Vorstellung der ersten 8″-Winchester-Laufwerke. Diese waren jedoch sehr schwer und teuer; trotzdem stieg der Absatz kontinuierlich.

• 

  1980: Verkauf der ersten 5,25″-Winchester-Laufwerke durch die Firma Seagate Technology („ST506“, 6 MB, 3600 min⁻¹, Verkaufspreis etwa 1000 US-Dollar). Diese Modellbezeichnung (ST506) wurde über viele Jahre hinaus der Name für diese neue angewendete Schnittstelle, die alle anderen Firmen als neuen Standard im PC-Bereich übernommen hatten. Zur gleichen Zeit kam neben den bereits bestehenden Apple-Microcomputern der erste PC von IBM auf den Markt, dadurch stieg die Nachfrage nach diesen – im Vergleich zu den Winchester-Laufwerken kompakten – Festplatten rasant an.
• 1986: Spezifikation von SCSI, eines der ersten standardisierten Protokolle für eine Festplattenschnittstelle.
• 1989: Standardisierung von IDE, auch bekannt als AT-Bus.
• 1991: erste 2,5-Zoll-Festplatte mit 100 MB Speicherkapazität^[31]
• 1997: Erster Einsatz des Riesen-Magnetowiderstands (englisch Giant Magnetoresistive Effect (GMR)) bei Festplatten, dadurch konnte die Speicherkapazität erheblich gesteigert werden. Eine der ersten Festplatten mit GMR-Leseköpfen brachte IBM im November 1997 heraus (IBM Deskstar 16GP DTTA-351680, 3,5″, 16,8 GB, 0,93 kg, 9,5 ms, 5400 min⁻¹).
• 2004: Erste SATA-Festplatten mit Native Command Queuing von Seagate.
• 2005: Prototyp einer 2,5-Zoll-Hybrid-Festplatte (Kurzbezeichnung H-HDD), die aus einem magnetisch-mechanischen Teil und einem zusätzlichen NAND-Flash-Speicher aufgebaut ist, der als Puffer für die Daten dient. Erst wenn der Puffer voll ist, werden die Daten aus dem Puffer auf das Magnetmedium der Festplatte geschrieben.
• 2006: Erste 2,5-Zoll-Notebook-Festplatte (Momentus 5400.3, 2,5″, 160 GB, 0,1 kg, 5,6 ms, 5400 min⁻¹, 2 Watt) von Seagate mit senkrechter Aufzeichnungstechnik (Perpendicular Recording). 3,5-Zoll-Festplatten erreichen mit derselben Aufzeichnungstechnik im April eine Kapazität von 750 GB.
• 2007: Die erste Terabyte-Festplatte von Hitachi.^[32] (3,5″, 1 TB, 0,7 kg, 8,5 ms, 7200 min⁻¹, 11 Watt)
• 2009: Erste 2-TB-Festplatte von Western Digital (Caviar Green, 5400 min⁻¹)
• 2010: Erste 3-TB-Festplatte von Western Digital (Caviar Green). Systeme ohne UEFI können diese Festplatte nicht ansprechen. WD liefert eine spezielle Controllerkarte mit, mit welcher die 2,5 TB und 3 TB großen Festplatten von PCs mit älterem Bios als sekundäre Platten voll angesprochen werden können. Seagate umgeht dieses Problem durch den Einsatz größerer Sektoren (Advanced Format).
• 2011: Überschwemmungen zerstörten etliche Fabriken in Thailand und machten die weltweiten Abhängigkeiten unter anderem der Festplattenindustrie deutlich: Lieferausfälle führten zur Knappheit von Bauelementen und die Preise für Festplatten auf dem Endverbrauchermarkt in Deutschland schnellten auf ein Mehrfaches in die Höhe. Hitachi GST beziehungsweise Western Digital liefert in kleinen Stückzahlen die ersten 4-TB-3,5″-Festplatten Deskstar 5K4000 (intern) beziehungsweise Touro Desk (externe USB-Variante) mit 1 TB pro Platter aus.^[33] Auch Samsung kündigt entsprechende Modelle mit einer Kapazität von 1 TB pro Platter an. Erste Modelle sollen die Spinpoint F6 mit 2 TB und 4 TB sein.
• 2014: Erste 6- und 8-TB-Festplatten mit Heliumfüllung von HGST.^[16]
• 2015: Erste 10-TB-Festplatte mit Heliumfüllung und Shingled Magnetic Recording von HGST.^[34]

Entwicklung der Speicherkapazitäten der verschiedenen Baugrößen

Anmerkungen:

• Die Kapazitätsangaben beziehen sich immer auf das im jeweiligen Jahr größte käuflich erhältliche Festplattenlaufwerk, unabhängig von seiner Drehzahl oder Schnittstelle.
• Die Hersteller von Festplatten verwenden bei Speicherkapazitäten SI-Präfixe (1000 B = 1 kB usw.). Das entspricht der Empfehlung der International Electrotechnical Commission (IEC), steht aber im Gegensatz zu mancher Software, wodurch es u. U. zu scheinbaren Größenunterschieden kommt. Für Details siehe Abschnitt Speicherkapazität.
• †: Baugröße veraltet; nicht mehr in Gebrauch
• *: unter Verwendung von Perpendicular Recording
• **: unter Verwendung von Shingled Magnetic Recording