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Festplattengeometrie 1 TB

#16 Mitglied ist offline   RalphS 

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geschrieben 28. Oktober 2016 - 23:47

Nicht gar zu sehr alles durcheinanderwerfen. :)

Aber zugegeben, jeder nennt das alles irgendwie anders. Also so sieht es in etwa aus:

Cylinder: das ist ein ringförmiger Bereich auf dem Platter, mit einem definierten Innenabstand vom Mittelpunkt und einen definierten Außenabstand dazu. Oder, wegen mir, einem definierten Abstand von innen und einer definierten Breite. Also bildlich gesprochen eine Scheibe mit konzentrischen Kreisen drauf.

Sektoren: Kuchenstücke der Scheibe. ZB wie beim Dartbrett.

Köpfe fallen raus, die sind keine Plattereigenschaft, sondern halt "soviele Köpfe gibt es" am bzw an den Lese/Schreibarm(en) (ich hab grad noch zwei pro Platte im Hinterstübel, aber keine Gewähr).

Das Segment, was durch CHS beschrieben wird, ist ein Cluster. Die gibt es physikalisch - das ist der bewußte Bereich auf der Festplatte, mit Abstand C vom Mittelpunkt, und im Tortenstück S -- und logisch - das ist eine Eigenschaft des verwendeten Dateisystems, welche Zuordnungseinheiten auf den logischen Clustern abbildet. Üblicherweise sind diese logischen Sektoren 4kB groß (schon länger; das hat NICHTS mit "Advanced Format zu tun).

Bei LBA ist das anders. Hier gibt es nur die logischen und physischen Cluster (wie gesagt, "logisch" hat mit Festplatten nix mehr zu tun), die eine definierte Länge haben, mehr aber nicht. Diese waren bisher wie ihre CHS-Pendants 512B lang, sodaß ein logischer Cluster 8 physikalische Cluster belegt hat (8*512B=4KB).

Irgendwann hat man sich dann gefragt, warum denn jetzt 8x512 wenn man auch 1x1 hätte haben können; ursprünglich hieß das Gegenargument "Platzverlust wegen Teilauslastung" (Cluster können nur(!) als Ganzes geschrieben werden) aber die Datenmengen heute sind in keiner Form mit den Datenmengen mehr von damals™ zu vergleichen.

Plus, die MBR-Grenze. Die liegt NICHT bei "2 Terabyte", sondern sie liegt bei 2^32 Clustern, die adressierbar sein müssen, und das macht "banal" formuliert "4T mal 512 Bytes", also 2TB total.

Was auch nichts anderes heißt, daß wenn man 4Kn-Platten hat (die -e fallen raus, weil die Verwaltung durchgereicht werden muß), daß man nun 2^32 Cluster mal 4kB per Cluster hat, womit wir dann ein ganz paar mehr TB mit MBR adressieren können. Das war einer der treibenden Gründe fürs Advanced Format.

Die Begrenzung von MBR stammt dann auch daher, daß die Partitionsbereiche per Anfang und Ende als LBA-Wert in den MBR geschrieben werden müssen und dafür ist in der Spezifikation ein 32bit-Wort vorgesehen. Mehr paßt dort schlicht nicht rein.


Bei SSDs siehts übrigens wieder ganz anders aus. Hier gibt es gar keine physikalischen Cluster mehr, dafür aber verschiedene Ebenen von logischen Clustern, die auch mal anders geschaltet werden können (Stichwort Wear leveling). SSD-Cluster sind üblicherweise 1MB groß - also 8 Megabit -- und bezeichnen das, was so eine SSD in einem Rutsch schreiben kann, OHNE daß es ewig lahm wird -- SSDs sind ebenso wie RAM nicht in der Lage, vollperformant auf Bits zuzugreifen, sondern nur auf Speicherzeilen, und da hat sich halt das MB als Einheit durchgesetzt. (Das ist aber kein Standard, jedem Hersteller steht es frei, andere Clustergrößen zu wählen und das dann per Controller so anzupassen, daß dem Betriebssystem doch wieder "512B" oder "4KB pro Cluster" vorgespielt werden. Der Controller auf der SSD ist dann dafür zuständig, kleinere Lese- und Schreibvorgänge vom Interface abzufangen und zu puffern und so zusammenzufassen, daß wir wieder bei einem MB total sind (bzw natürlich Vielfachen davon, sollte auf der Hand liegen).

So, nun aber genug exkurst. Wie gesagt, die älteren Platten erfordern schon noch eine Angabe der Geometrie; und bei aktuellen Platten kann man immer noch auf Dateisystemebene die Größe der logischen Cluster definieren mit dem Caveat, daß dann bei kleinen Clustern die Verwaltung aufwendiger und damit langsamer wird und bei größeren Clustern der Verschnitt wächst, weil jede Datei nur in Segmenten von der Größe eines Clusters abgespeichert werden kann und dann eine leere Textdatei halt 4K auf der Platte belegt, wenn das die logische Clustergröße war, oder 1MB, wenn DAS die logische Clustergröße war, oder halt 512 Bytes (entsprechend); dasselbe aber auch, wenn die Datei auch nur ein einziges Bit länger war als so ein Cluster aufnehmen kann, dann wird ein zweiter "angefangen" und der ist dann auch komplett weg.

Und weil auf so einer Platte nicht 'icke dette kieke ma' steht, sondern nur 0 und 1, und diese Information je nach Clustergröße unterschiedlich interpretierbar wäre, kann man halt bei TD noch sagen, was die Clustergröße IST. Besonders, wenn die Information aus den Metainformationen der Partion nicht mehr lesbar war; die Idee von TD ist ja die Restauration von Partitionsinformationen.

Oder anders gesagt, wenn man TD auf eine Platte losläßt und die wurde mit 8K großen Clustern formatiert (oder 64K) und TD kann das aber nicht und sagt pauschal "is eh alles 4K" dann klappt das nicht mit der Datenrestauration, ebensowenig wie wenn die Originalclustergröße stattdessen 1K oder 2K oder eben 512B war.

Dieser Beitrag wurde von RalphS bearbeitet: 28. Oktober 2016 - 23:58

"If you give a man a fish he is hungry again in an hour. If you teach him to catch a fish you do him a good turn."-- Anne Isabella Thackeray Ritchie

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#17 Mitglied ist offline   Stefan_der_held 

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geschrieben 29. Oktober 2016 - 04:46

Danke... jetzt hab ich Hunger du Tortenstück ;D

Na sehr gute Erklärung.
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#18 Mitglied ist offline   SurgeonX1 

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geschrieben 29. Oktober 2016 - 05:36

Ich brauche da erst mal 2 Kannen Kaffee, null Torte !
Also macht TD das nur virtuell, um auf eine Platte zuzugreifen, wenn man Daten retten will.

Das Andere Thema ist ddie Foramtierung einer Platte mit 512, 4K etc pp
Aber das Thema hat sich heute wohl erledigt bei der Größe der Platten / Platzverlust durch Art der Formatierung,
da die Platten eben sehr groß sind.
Und an der Geschwindigkeit wird die Art der Formatierung wohl auch nicht mehr viel ändern.

Sonst würde ich eine Platte mal mit 512 Bytes formatieren, und dann mal mit dem maximal größten Wert, und dann sehen, ob es die Geschwindigkeit beeinflusst,
bei großen oder eben kleinen Dateien.
Der Verlust von Moral ist das erste Anzeichen von Schwachsinn (Erich Fromm).
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#19 Mitglied ist offline   Mahatma.Pech 

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geschrieben 07. November 2016 - 00:40

Beitrag anzeigenZitat (SurgeonX1: 28. Oktober 2016 - 14:11)

Beitrag anzeigenZitat (Mahatma.Pech: 25. Oktober 2016 - 11:03)

zweiter Absatz: streiche X Y Z und setze CHS in korrekter Reihenfolge S H C.

CHS steht ja für Cylinder, Head, Sector, da muß man nicht drei andere Buchstaben als Variablen erfinden.


Es heisst CHS und SHC !


@SurgeonX1

Soll das heißen "... und nicht SHC !" ?

Ich weis das schon, aber mein Vorredner RalphS hat es so umgemodelt, dass ich meinen Post daran angeglichen habe. ist dir das nicht aufgefallen?
0

#20 Mitglied ist offline   SurgeonX1 

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geschrieben 07. November 2016 - 06:53

Beitrag anzeigenZitat (Mahatma.Pech: 07. November 2016 - 00:40)

@SurgeonX1

Soll das heißen "... und nicht SHC !" ?

Ich weis das schon, aber mein Vorredner RalphS hat es so umgemodelt, dass ich meinen Post daran angeglichen habe. ist dir das nicht aufgefallen?


Ja; = nicht SHC !

Ralph hat im Text die Reihenfolge mit XYZ umgedreht, aber das ist wohl eher akademisch,
jeder weiß was gemeint ist !

Dieser Beitrag wurde von SurgeonX1 bearbeitet: 07. November 2016 - 07:04

Der Verlust von Moral ist das erste Anzeichen von Schwachsinn (Erich Fromm).
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#21 Mitglied ist offline   Madnex 

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geschrieben 31. Dezember 2016 - 19:00

@RalphS
Deine Mühe in allen Ehren, aber so ganz richtig sind deine Definitionen und Ausführungen auch nicht.

Als Zylinder bezeichnet man die Spuren, die auf allen Magnetscheiben und Magnetscheibenseiten direkt übereinander liegen. Hat eine HDD zwei Platter verbaut, die beide mit ihrer Ober- und Unterseite genutzt werden, besteht ein Zylinder also aus vier Spuren, die auf der y-Achse direkt übereinander sind. Hat eine Festplatte z.B. 1000 Spuren pro Magnetscheibenseite, so hat sie auch 1000 Zylinder.

Als Sektor bezeichnet man bei Speichergeräten heutzutage die kleinste Speichereinheit des Laufwerks; z.B. 512 Byte. Historisch gesehen magst du mit deinem Kuchenstück recht haben, aber spätestens mit der Einführung von Zone-Bit-Recording funktionierte diese Zuordnung nicht mehr. Da durch ZBR jede Spur (genauer gesagt Zone, bei der jede einzelne aus einer gewissen Anzahl von Zylindern besteht) eine andere Anzahl von z.B. 512-Byte-Einheiten hat, ist innerhalb dieses Kuchenstücks die Anzahl dieser kleinstmöglichen Speichereinheiten bei jeder Spur bzw. Zone unterschiedlich. Das "Kuchenstück" wird schließlich immer breiter je weiter es an den äußeren Randbereich der Platter geht. Mit Sektor meint man somit nicht mehr das Kuchenstück, sondern die kleinste adressierbare Speichereinheit der Platte (je Spur). Punkt. Ein Cluster ist was anderes, aber dazu komme ich gleich.

Über die Köpfe hat man im übrigen gesteuert auf welche Magnetscheibe zugegriffen werden soll. Die sind nicht unwichtig und fallen auch nicht raus. Die Nummer des Zylinders besagt welche Spur angesteuert und die Nummer des Sektors gibt an auf welchen Datenbereich innerhalb der Spur zugegriffen werden soll. Sind mehrere Magnetscheiben verbaut weiß die Festplatte aber immer noch nicht auf welche dieser Scheiben und auf welcher Seite dieser Scheibe sie zugreifen soll. Hier kommt nun die Nummer des Kopfes dieser Magnetscheibe ins Spiel. Wenn die Ober- und die Unterseite einer Magnetscheibe genutzt wird (was nicht immer der Fall ist), so hat sie zwei Köpfe. Einen für die Oberseite und einen für die Unterseite.

Soweit erst mal zu physischen Geometrie, die bei uralten Festplatten 1:1 für die Adressierung zum Einsatz kam. Heutzutage unterscheidet man zwischen physischer Festplattengeometrie, also dem tatsächlichen Aufbau der Platte aus S-/L-Köpfen und Magnetscheiben, die in Spuren und Sektoren unterteilt sind, und der logischen Geometrie. Die logische Geometrie wurde wohl unter anderem aufgrund der Einführung von ZBR (die einzelnen Spuren haben unterschiedlich viele Sektoren) erdacht, durch die die klassische CHS-Adressierung nicht mehr anwendbar wurde. Mit dem einher ging dann auch die Einführung der geometry translation, also der Übersetzung von der logischen Festplattengeometrie zur physischen und umgekehrt. Schließlich hat und hatte nie eine Festplatte wirklich 255 Köpfe, was 128 verbaute Magnetscheiben entspräche.

So, nun zum Cluster. Mit Cluster ist in der Informatik eigentlich immer eine Bündelung/ein Verbund von einzelnen Bestandteilen gemeint. In Bezug auf Datenträger und Dateisystemen bezeichnet ein Cluster den Zusammenschluss von mehreren Sektoren zu einer logischen Einheit. Das ist die kleinste Zuordnungseinheit des Dateisystems und nichts anderes. Diese kann auch nur aus einem Sektor bestehen. In diesem Fall wäre die Bezeichnung Cluster eigentlich falsch, wird aber trotzdem dann auch noch verwendet. Dementsprechend wird auch nicht zwischen physischen und logischen Clustern unterschieden. RalphS, hier hast du einiges durcheinander geworfen.

Die Unterscheidung zwischen physisch und logisch wird bei einem Sektor gemacht aber nicht bei einem Cluster. Die tatsächliche, hardwareseitige Sektorgröße einer aktuellen AF-HDD bezeichnet man als physische Sektorgröße, die derzeit 4 KiB beträgt. Nutzt die Festplatte noch die 512-Byte-Sektoremulation aus Kompatibilitätsgründen (was die allermeisten heutigen AF-HDDs tun), so handelt es sich hierbei um die logische Sektorgröße.

Dass die treibende Kraft hinter der Einführung von Advanced Format die Erweiterung des MBR-Limits war, glaube ich kaum. Viel wahrscheinlicher ist der Umstand, dass durch die größeren physischen Sektoren der Fehlerkorrekturcode, den jeder einzelne Sektor hat, deutlich effizienter ausgelegt werden konnte. Die Fehlerkorrektur arbeitet bei AF-Festplatten also besser als bei Festplatten mit nativen 512-Byte-Sektoren, was bei den heutigen Festplattenkapazitäten auch dringend notwendig ist. Dass als neue physische Sektorgröße 4 KiB gewählt wurde, hängt wohl damit zusammen, dass die kleinste Zuordnungseinheit (Cluster) verschiedener Dateisysteme standardmäßig 4 KiB beträgt.

Bei dem SSD-Beispiel heißen die "logischen Cluster" eigentlich Pages und Blöcke. Eine Page bildet dabei die kleinste Zuordnungseinheit, die gelesen oder geschrieben werden kann, und ist nur wenige KiB groß. Ein Block besteht aus einigen Pages und ist die Einheit, die nur als ganzes gelöscht werden kann.

Die logische Festplattengeometrie, die man in Testdisk einsehen und anpassen kann, hat erstmal nichts mit den Clustern des Dateisystems zu tun. Auch die Partitionstabelle weiß von Clustern nichts. Das ist einzig und allein Sache des Dateisystems. Und Testdisk muss die Clustergröße des Dateisystems nicht unbedingt kennen. Ob als Größe der Zuordnungseinheit beim Formatieren 4, 8, 16 oder nur 1 KiB ausgewählt wurde, bedeutet ja nur, dass mindesten so viele zusammenhängende Daten in einem Stück in den aufeinanderfolgenden Sektoren abgespeichert wurden.

@SurgeonX1
Die Clustergröße würde ich beim Formatieren einer Advanced-Format-Festplatte nicht kleiner als 4 KiB wählen. Die physische Sektorgröße bei diesen Laufwerken beträgt 4 KiB. Eine kleinere Clustergröße würde dir keinerlei Vorteile bringen, sondern nur Nachteile, insbesondere beim Schreiben von keinen Dateien. Angenommen, du hast bei der Formatierung eine Clustergröße von 512 Bytes eingestellt. Wenn nun ein physischer 4-KiB-Sektor, der so ja aus acht logischen 512-Byte-Sektionen besteht, zur Hälfte mit Daten gefüllt ist (also mit vier belegten Clustern) und nun weitere Cluster gefüllt werden sollen, so muss der gesamte physische Sektor gelesen, modifiziert und neu geschrieben werden anstatt einfach den nächsten freien Cluster zu befüllen. Und das kostet Zeit und somit Leistung.

Dieser Beitrag wurde von Madnex bearbeitet: 31. Dezember 2016 - 19:04

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#22 Mitglied ist offline   RalphS 

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geschrieben 31. Dezember 2016 - 22:44

Jau, ich hatte mich auch auf eine einzelne Scheibe konzentriert und nicht auf die gesamte Platte(als Blackbox, meine ich). Du hast natürlich Recht, daß 'H' in 'CHS' nicht obsolet ist. Sonst hätte man das ja auch "CS" nennen können. ;D

Ansonsten stell ich das auch gar nicht in Frage. Ich hatte das flink da hin gemalt ohne noch groß gegenzuprüfen, und ich wär der Letzte der behauptet daß das alles zu 100% seine Richtigkeit hat, inbesondere re: SSD und was da wie heißt (mein Hauptaugenmerk war da auch der Vergleich zur 'klassischen' HDD von der Adressierung her, also hab ich das einfach analog übernommen, um es nicht noch komplexer zu machen als es eh schon war). Daß SSDs keine HDDs sind und sich ganz anders verhalten bet ich eh schon immer wieder (scheinbar erfolglos) runter, da wollt ich nicht wieder hin. :wink:

Re: aktuelle HDD-Konfiguration mag ich mich eh nicht zu weit aus dem Fenster lehnen re: Spezifika insbesondere in bezug auf Addressierung und physisches Layout. Bin da auch nur tangential dran.


Worum es mir letztlich ging, und da sagst bzw schreibst Du zu mehr oder weniger 100% dasselbe wie ich, war, daß logisches Layout und physikalisches Layout miteinander nix zu tun haben und daß bezüglich TestDisk lediglich die Konfiguration bekannt gegeben werden muß, damit selbiges mit den Daten auch was anfangen kann.

Ändern kann man da aber nix. Wäre auch albern. Es geht ja schließlich darum, die Nullen und Einsen auf der Festplatte in ein verständliches Format zu überführen (sodaß man am Ende "seine Daten" -semantisch gesehen- wiederhat, egal was war) und wenn TD das nicht selber erkennen kann...

In jedem Fall danke Dir für den ergänzenden Post. :)
"If you give a man a fish he is hungry again in an hour. If you teach him to catch a fish you do him a good turn."-- Anne Isabella Thackeray Ritchie

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