Zone Bit Recording

Zone Bit Recording (ZBR), Multiple Zone Recording (MZR) oder Zone Recording ist eine Aufzeichnungstechnik bei Festplattenlaufwerken seit den 1990er Jahren und überwiegend altertümlichen Diskettenformatierungen (ab 1979 für Diskettenlaufwerke von Commodore, des Sirius 1 und von Apple, s. Belege; FD32MB^[1] für 3½"-HD-Disketten). Es steigert die Speicherkapazität scheibenförmiger Datenträger bei gleicher Scheibengröße, indem mehr Sektoren in den äußeren Zylindern untergebracht sind als in den inneren.

Um ZBR zu implementieren, muss das Festplattenlaufwerk (vom Hersteller) entsprechend low-level-formatiert sein und der Festplattencontroller die Schreib- und Leserate so anpassen, dass auf die äußeren Datenspuren gleichermaßen schneller zugegriffen wird als auf die inneren; d. h. die maximale Datentransferrate kann infolge der mit einer Drehzahl angegebenen Constant Angular Velocity (CAV) des Scheibenstapels im Laufwerk ausschließlich auf den äußersten Spuren der Festplatte erreicht werden.

Dabei wird die Anzahl der Sektoren zonenweise größer, je weiter die Spurenzone von der Drehachse entfernt ist. Sie nimmt bei einer Zonenanzahl von ungefähr 20^[2] um wenige Sektoren je Zone zu, sodass die äußerste Zone ungefähr eineinhalb bis doppelt soviele Sektoren wie die innerste hat; entsprechend sind die Verhältnisse der (durchgehenden; beim Zugriff auf physisch aufeinanderfolgende Blöcke) Datenübertragungsgeschwindigkeiten zwischen Zugriffsköpfen und Festplattenpufferspeicher^[3]. Ist die Datenübertragung mindestens an der innersten Zone signifikant langsamer als die mit der eingestellten Betriebsart, z. B. UDMA 0 bis 7 oder 1,5 bis 6 Gb/s, an der Schnittstelle nach außen, z. B. IDE^[4] oder SATA^[5][6], höchstens erreichbare, wird das für den PC-Benutzer u. U. bemerkbar. Dann kann es helfen, häufig benutzte Daten, z. B. das vorrangige Betriebssystem, am Anfang des Festplattenspeichers und Daten, bei denen es wenig auf Zugriffsgeschwindigkeit ankommt, zu dessen Ende hin zu speichern. Seit Mitte der 1990er Jahre wurde die Datenübertragung von jeweils wenigen MB/s bis beispielhaft zu Lesegeschwindigkeiten von 142 außen und 67 MB/s innen im September 2009 beim ersten Festplattenlaufwerk mit SATA III, Seagates Barracuda XT 7200.12 mit 1863 GiB Speicherplatz,^[7] gesteigert; wobei das Höchstwerte hardware-naher Leistungsmessungen möglichst ohne verlangsamende Betriebssystemeinflüsse sind, tatsächliche Benutzung im Alltag ist teilweise beträchtlich langsamer^[8].

Für die näherungsweise Entfernung ${\displaystyle r}$ einer Datenspur von der Drehachse und die Anzahl der Sektoren der Datenspur ${\displaystyle s_{r}}$ veranschaulicht ${\displaystyle \textstyle {\frac {s_{r}}{2\pi r}}}$ die Datenmenge je Spur (auch wenn die Daten außer den Controllerinformationen nur aus 0-bits bestehen). Wächst auf einem ab ungefähr einem Drittelhalbmesser magnetbeschichteten etwas mehr als 3½ Zoll breiten Datenträger^[9] ${\displaystyle s_{r}}$ wie im obigen Unterabschnitt langsamer als ${\displaystyle r}$, schrumpft die Datendichte linear, aber weniger als wenn ${\displaystyle s_{r}}$ unveränderlich ist. So werden mit ZBR eine nach außen weniger sinkende Datendichte und eine bessere Ausnutzung der Datenträgeroberfläche erreicht.

Genaugenommen handelt es sich dabei um Zoned Constant Angular Velocity (ZCAV). Denn Vergrößerung der Datendichte mit ${\displaystyle r}$ schneller wachsendem ${\displaystyle s_{r}}$ ohne wesentliche Vergrößerung eines üblichen Verhältnisses von schnellster zu langsamster Zugriffsgeschwindigkeit wäre wegen nötiger Verkleinerung beim Auswärtsfahren des Schwenkarms, und umgekehrt, der sich in Festplattenlaufwerken in für Mikrocomputer üblichen Baugrößen aus der Beschaffenheit der Datenscheiben aus Leichtmetall oder Glas und ihrer Drehung in der Größenordnung von 100/s ergebenden Drehimpulse des Scheibenstapels und gleichzeitiger Unterbrechung des Lese- oder Schreibvorgangs nicht zweckmäßig, vgl. Lesevorgang in CD-ROM-Laufwerken.

Abweichend davon wurde in Diskettenlaufwerken auch Zoned Constant Linear Velocity (ZCLV) eingesetzt weil der Datenträger in Disketten eine dünne Scheibe aus Polyethylenterephthalat (PET) ist die in der Größenordnung von 5/s gedreht wird und die Datenübertragungsgeschwindigkeiten der Laufwerke von mehreren 10 KB/s vergleichsweise sehr klein sind. In diesem Fall ist die Sektoranzahl nach außen hin je Zone geringfügig größer, die Drehzahl wird beim Wechsel der Magnetköpfe auf eine Zone weiter innen vergrößert und anderstherum und die Zugriffsgeschwindigkeit bleibt annähernd gleich.

Ursprünglich wurden die Datenblöcke auf einem scheibenförmigen Datenträger nach Sektoren und (übereinander befindlichen) Spuren, gemäß dem CHS-Verfahren, angesteuert. Jede Spur war in gleich viele Sektoren aufgeteilt. Dagegen können die einzelnen Blöcke beim MZR nicht ohne weiteres mit CHS adressiert werden. Die Steuerelektronik des Laufwerks rechnet deshalb die anliegenden fiktiven CHS- oder logischen Blockadressen in interne Adressen um und nimmt damit eine eineindeutige Zuordnung der logischen auf die physischen Blöcke vor.

• Festplattengeometrie
• Umdrehungsgeschwindigkeiten von Laufwerken
• Commodore 1541
• Commodore 1571
• SuperDisk

• ITwissen.info: ZBR (zone bit recording)
• Stefan Luber: Was ist Zone Bit Recording […]? Storage Insider, 23. November 2023, abgerufen am 24. November 2023. 
• en.wikipedia.org: Diskettenformatierungen ab den 1970ern
• en.wikipedia.org: Commodore 4040 und Vorgänger 2040, 3040; als Einfachlaufwerke 2031, 3031, 4031.
• en.wikipedia.org: Personalcomputer Sirius 1
• en.wikipedia.org: externes 400- bzw. 800-KiB-Macintosh-Diskettenlaufwerk

1. ↑ Matsushita beschreibt normale Floppy mit 32 MByte. IDG Tech Media GmbH, 25. Oktober 2000, abgerufen am 4. Dezember 2023. 
2. ↑ Artem Rubcov: HDD inside: Tracks and Zones. HDDScan, abgerufen am 12. Dezember 2023. 
3. ↑ Rodney van Meter: Observing the Effects of Multi-Zone Disks. Informationswissenschaftliches Institut der Universität von Südkalifornien, 12. November 1996, abgerufen am 1. Dezember 2023.  ZBR wird darin ZCAV genannt.
4. ↑ Ralph Burmester: Maxtor DiamondMax Plus 9 im Test. Computer Base, 24. April 2003, abgerufen am 4. Dezember 2023. 
5. ↑ DiamondMax 10 80/100/120/160/200/250/300GB Serial ATA, Maxtor Corporation, 16. Februar 2006; Kapitel 4.
6. ↑ Michael Schmelzle: Produkttest: Samsung Spinpoint P120 SP2504C. IDG Tech Media GmbH, 10. November 2006, abgerufen am 6. Dezember 2023. 
7. ↑ Test - Seagate Barracuda XT mit SATA 6 Gb/s. IDG Tech Media GmbH, 18. April 2010, abgerufen am 9. Dezember 2023. 
8. ↑ Christian Helmiss: Die besten SATA-Festplatten. IDG Tech Media GmbH, 22. Dezember 2009, abgerufen am 5. Januar 2024. 
9. ↑ Henry Wong: Discovering Hard Disk Physical Geometry through Microbenchmarking. 6. September 2019, abgerufen am 12. Dezember 2023.