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Round-up: Aktuelle Festplatten mit 3 TB im Vergleich

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Seite 2: Das 3-TB-Adressierungsproblem

Alle Festplatten mit Kapazitäten oberhalb von  2,2 Terabyte haben ein gemeinsames Problem: Sie sind unter Verwendung der MBR-Partitionierung mit 512-Byte-Blöcken nicht vollständig adressierbar, aber unter Nutzung von GPT oder 4k-Sektoren nicht unter allen Betriebssystemen ohne Schwierigkeiten lauffähig. Das erste Problem der Adressierung ist historisch begründet und liegt an der damaligen Definition von Partitionsgrößen und logischen Speicheradressen. Das zweite Problem der Inkompatibilität wurde teilweise durch Design-Annahmen seitens der Betriebssystem-Schmieden hervorgerufen und durch nachträgliche Patches eingeschränkt. Jedoch: Einige Systemkonfigurationen (bzw. ausgewählte Betriebssysteme) bleiben aber dauerhaft inkompatibel zu 3-TB-Festplatten.

Doch beginnen wir am Anfang:

Jede Festplatte besteht aus Schreib-/Leseköpfen, die über unterschiedliche viele Magnetscheiben ("Platter") fliegen. Jede dieser Magnetscheiben besitzt eine feste Anzahl an Spuren ("Tracks"). Diese Tracks sind nichts anderes als konzentrische „Fahrspuren“ auf den Scheiben. Je mehr man sich dabei dem Mittelpunkt nähert, desto kürzer werden die Tracks. Doch es geht noch weiter: Jeder Track ist wiederum unterteilt in unterschiedlich viele Sektoren, wobei aber jeder Sektor eine festgelegte Bytegröße besitzt. Die Mehrzahl der aktuell im Einsatz befindlichen Festplatten ist mit einer Sektorgröße von 512 Byte ausgestattet. Festplatten mit größeren Sektoren (Stichwort „4K“) sind auch schon im Handel und kurz- bis mittelfristig werden die Exemplare mit 512 Byte auslaufen.

Dies hängt unter anderem damit zusammen, dass jeder Sektor einen eigenen Initialisierungs-, Adress- und Fehlerkorrektur-Bereich besitzt, was zwangsläufig Overhead und damit Speicherplatzverlust bedeutet. Je mehr Sektoren also eingesetzt werden, desto mehr Kapazität geht für die Verwaltung/Fehlerkorrektur etc. verloren. Um also den physischen Platz möglichst effizient zu nutzen, haben sich die Hersteller gemeinsam darauf verständigt die Sektorgröße um dem Faktor 8 auf 4096 Byte anzuheben. Damit schrumpft nicht nur die Anzahl der erwähnten Korrektur- und Initialisierungs-Bytes deutlich, sondern auch die Anzahl der benötigten Sektoren für eine feste Kapazität.

Doch was hat das mit dem Adressierungsproblem bei 3 TB zu tun?

Die oben erwähnten physischen Informationen einer Festplatte müssen für das Betriebssystem auf logische Bereiche umgesetzt werden. Dies geschieht mittels LBA ("Logical Block Adressing"). Hier erhält jeder physische Sektor der Festplatte eine logische fortlaufende Blocknummer, über die er seitens des Betriebssystems unmittelbar ansprechbar ist. Von diesen LBA-Adressen kann es aber nur 2^32 viele geben, weil das entsprechende Adress-Feld einer MBR-Partition auf eine Länge von 32 Bit beschränkt ist. Dies bedeutet: Hat eine Festplatte eine Kapazität von mehr als 2,2 Terabyte (2.199.023.255.552 Byte) unter Verwendung von 512-Byte-Sektoren, ist der Zahlenvorrat aufgebraucht. Einer Datenpartition oberhalb dieser Grenze kann dann kein weiterer Block zugewiesen werden, da das Feld für die Blocknummern schlicht ausgeschöpft ist.

Damit sind wir auch gleich am Kern des Problems, nämlich der MBR-Partitionierung. Die damalige Definition entstammte aus Zeiten, wo Speicherplatz ein rares Gut war und eine Festplattengröße der Kategorie Terabyte erschien undenkbar (man erinnere sich an an zweistellige Jahreswerte für ein Datum und 5,25-Zoll-Disketten). Deswegen wurde für LBA nur ein 32-Bit-Feld vorgesehen, sodass mit „normalen“ 512-Byte-Sektoren maximal 2,2 TB adressierbar sind.

Gilt diese Limitierung auch für Platten mit 4k-Sektoren?

Ja und nein: Die maximale Blockanzahl bleibt unter Verwendung einer MBR-Partition natürlich erhalten und auf 32 Bit beschränkt, allerdings steigt der zur Verfügung stehende Speicherplatz durch die erhöhte Sektorgröße: Nutzt man die bereitstehenden maximal 2^32 Blocknummern mit 4k-Sektoren, lässt sich bei gleichbleibender Blockanzahl das 8-fache an physischem Speicherplatz adressieren. Einziger Wermutstropfen: HDDs mit 4k-Sektoren können nicht ohne Weiteres unter älteren Windows-Systemen (XP, Server 2003, Home Server) als Boot-Laufwerke eingesetzt werden: Hier müssen Hersteller-spezifische Alignment-Tools (WD Align, Hitachi Align Tool, Seagate DiscWizard) zum Einsatz kommen, damit die MBR-Blocknummern für das jeweilige OS „richtig“ nummeriert werden. Dieses Umschieben der Adressen hängt mit den Windows-spezifischen Boot-Informationen zusammen, die seitens Microsoft immer bei festen LBA-Blocknummern erwartet werden.

Doch ist dieser Trick keine finale Patentlösung: Zur Behebung der limitierenden MBR-Partitionen wurde eine neue Spezifikation namens GPT (GUID Partition Table) entworfen, die bis zu 9,4 Zettabyte (9,4*10^21 bzw. 1 Milliarde Terabyte) hinsichtlich ihrer verfügbaren Blocknummern adressieren kann. Hiermit stellen die verhältnisweise „mageren“ 3 TB nun überhaupt kein Problem mehr dar. Dafür bringt GPT allerdings eigene Kompatibilitätsprobleme mit sich (ggf. EFI-BIOS nötig und entsprechendes Betriebssystem), die wir hier aber nicht weiter im Detail vertiefen möchten.

Fakt ist: Wer eine Festplatte mit einer Kapazität von 3 TB in vollem Umfang und uneingeschränkt nutzen möchte, der sollte sie per GPT betreiben und benötigt zusätzlich ein 64-Bit-Betriebssystem (oder alternativ ein 32-Bit-System mit einem entsprechenden Patch-Stand). Die Verwendung unter älteren Systemen halten wir aufgrund der gegebenen Einschränkungen und zu beachtenden Umstände eher für unpraktisch, zumal sich dort auch die Frage stellt, wofür die Kapazität eingesetzt werden soll.

Doch nun genug der Technik, weiter geht’s mit den eigentlichen Akteuren dieses Artikels!

 

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Kommentare (3)

#1
Registriert seit: 25.05.2012

Gefreiter
Beiträge: 54
Hallo,

sorry, dass nun doch jemand diesen "alten" Test kommentiert, aber ich habe eine Frage, die hierzu sehr gut passt und im Internet konnte ich mittels Google nichts Richtiges bzw. oft Gegenteiliges finden. So...und zwar:

Ich habe einen PC mit einem ASUS P8H77-I (Mainboard), welches ja UEFI unterstützt. Ich habe Windows 7 Home Premium 64-Bit aber nicht mittels UEFI, sondern "normal" installiert. Das Betriebssystem liegt also demnach auf einer MBR-Platte mit einer Partition. Nun meine eigentliche Frage: Kann ich eine 3TB HDD (ob intern mittels SATA oder extern mittels USB, müsste ja egal sein) installieren und erkennt das Betriebssystem die vollen 3TB, sodass ich sie als GPT formatieren kann, um alles nutzen zu können oder kann ich nur in MBR formatieren und nur 2,2TB verwenden?

Ich hoffe, dass diese Konstellation vorkommt und mir jemand die Frage, vielleicht sogar aus eigener Erfahrung, beantworten kann. Bitte keine Halbwissen. ;)

Beste Grüße
Beryus
#2
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Admiral
Beiträge: 12194
@Beryus
Ein UEFI und die alternative Installationsmethode ist nur notwendig, wenn du von einer Festplatte mit mehr als 2 TiB Gesamtkapazität ein Windows OS booten möchtest. Ist das Laufwerk, auf das Windows installiert werden soll, kleiner als 2 TiB kann und sollte man als Partitionsschema MBR wählen und Windows ganz normal installieren. 2 TiB+ Festplatten, die zusätzlich im System installiert sind oder extern angeschlossen werden, können unabhängig von dem Systemlaufwerk als GPT-Datenträger formatiert werden, wodurch man die gesamte Kapazität dieser Laufwerke nutzen kann.

Achten solltest du allerdings darauf, dass der AHCI-Treiber aktuell ist, sofern du den proprietären des SATA-Controllerherstellers verwenden möchtest, oder, dass der Standard-AHCI-Treiber von Windows genutzt wird. Einige proprietäre AHCI-Treiber (so auch der von Intel) haben in älteren Versionen einen Bug, der dazu führt, dass beim Überschreiten der 2 TiB Marke es zu totalem Datenverlust auf diesem Laufwerk kommt. Der Standard-Treiber hat diesen Bug nicht.
#3
Registriert seit: 25.05.2012

Gefreiter
Beiträge: 54
@ Madnex
Vielen Dank für die sehr aufschlussreiche Antwort. :hail: Dann steht ja dem hemmungslosen Datensammeln nichts mehr im Wege. :d

zum Test:
Um dem Test noch etwas Aktualität zu erhalten, sei erwähnt, dass die WD30EZRX nun 3 Platter mit jeweils 1TB hat, was sie wiederum etwas leiser, schneller und stromsparender macht. Man sollte jedoch darauf achten das Modell WD30EZRX-00DC0B0 (3 Platter/6 Lese-/Schreibköpfe) zu erhalten und nicht bspw. das ältere/schlechtere Modell WD30EZRX-00MMMB0 (4 Platter, da 750GB je Platter/8 Lese-/Schreibköpfe). [Quelle]

Was ich bei den HDD-Tests von HW aber immer vermisse, ist eine vernünftige Messung der Lautstärke oder zumindest ein Ranking der HDDs nach der Lautstärke.
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