[FAQ] Probleme mit 2,5 TB+ Festplatten

Madnex

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Vorwort:

Ich bitte um tatkräftige Mithilfe diese FAQ auszubauen und zu verbessern. Wer weitere Abschnitte beisteuern, bestehende Abschnitte verbessern oder anderweitig einen Beitrag leisten kann und möchte, der soll das bitte tun. Auch Verbesserungsvorschläge zur Rechtschreibung, Grammatik, Formulierung oder zu inhaltlichen Fehlern sind ausdrücklich erwünscht.

Inhaltsverzeichnis:

  1. Einleitung
  2. Eine kurze Erläuterung zur logischen Blockadressierung (bitte lesen)
  3. MBR- oder GPT-Datenträger
  4. Es lassen sich nur 2 TiB partitionieren, Rest kann nicht zugeordnet werden
  5. Eine 2,5 TB+ Festplatte wird mit einer wesentlich geringeren Kapazität erkannt

1. Einleitung:

Bei Festplatten mit mehr als 2 TiB bzw. 2,2 TB gibt es einiges zu beachten. So ist zum Beispiel ein häufig anzutreffendes Problem, dass größere Festplatten unter Windows mit einer wesentlich geringeren Kapazität erkannt werden und/oder plötzlich alle Daten verlieren und der Speicherplatz in der Datenträgerverwaltung als "Nicht zugeordnet" angezeigt wird. Unter anderem auf diese Problemfälle - in Verbindung mit 2 TiB+ Festplatten - wird in dieser FAQ eingegangen und es werden Ursachen sowie Lösungen dargestellt.

Selbst wer noch kein Problem mit seiner (z.B.) 3 TB Platte hat, sollte sich diese FAQ durchlesen, um nicht später eventuell doch noch in eine der zahlreichen Fallen zu tappen. Das Ergebnis ist meist totaler Datenverlust.


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2. Eine kurze Erläuterung zur logischen Blockadressierung (bitte lesen)

Um die Ursachen der Probleme verständlicher zu machen, muss ein wenig ausgeholt werden. Seit einiger Zeit kommt für die Ansteuerung der einzelnen Sektoren die sogenannte logische Blockadressierung (engl. Logical-Block-Addressing, kurz LBA) zum Einsatz. Dabei werden die Sektoren, beginnend mit 0, fortlaufend nummeriert. Jeder Sektor hat also eine eindeutige Adresse in Form einer Nummer. Der Platz für die Speicherung oder Übermittlung dieser Information ist an mehreren Stellen (teils unterschiedlich) begrenzt. In binärer Schreibweise (also mit einer Null oder Eins je Zeichen; 1 Zeichen = zwei mögliche Zustände = 1 Bit) ist dieser aktuell 32, 48 oder 64 Bit lang. Daher spricht man auch von einer 32-Bit-LBA, einer 48-Bit-LBA (auch BigLBA) oder einer 64-Bit-LBA (auch LongLBA).

Interessant für uns, ist momentan nur die Begrenzung, die mit der 32-Bit-LBA einhergeht. Denn die liegt genau bei 2 TiB (2³² = 4.294.967.296 darstellbare Adressen x 512 Bytes pro Sektor = 2.199.023.255.552 Bytes). Ist irgendeine an der Speicherplatzverwaltung oder Datenübertragung beteiligte Hardware- (z.B. Bridge-Chip) oder Softwarekomponenten (z.B. Treiber, MBR) auf eine 32-Bit-LBA beschränkt, gibt es Probleme in Verbindung mit der Nutzung von größeren Festplatten. Beispielsweise können nicht alle Sektoren einer 3 TB Festplatte mittels der 32-Bit-LBA angesprochen werden.


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3. MBR- oder GPT-Datenträger

Nur, wenn man eine (interne) Festplatte mit mehr als 2 TiB als GPT-Datenträger einrichtet, kann man den Speicherplatz vollständig nutzen. Als MBR-Datenträger können maximal 2 TiB angesprochen werden. Das liegt daran, dass die Partitionstabelle des MBRs mit 32-Bit Sektoradressen arbeitet (bei GPT sind es 64-Bit).

Kommen allerdings größere Sektoren zum Einsatz verschiebt sich diese Grenze entsprechend nach oben. Manche Bridge-Chips von externen USB-Festplattengehäusen emulieren eine Sektorgröße von 4 KiB. Dadurch erhöht sich der verwaltbare Speicherplatz durch das MBR-Partitionsschema auf 16 TiB (was aber auch andere Nachteile hat). Momentan melden alle internen oder per eSATA angeschlossenen SATA-Festplatten dem System eine Sektorgröße von 512 Bytes, auch wenn sie (bei Advanced-Format-Festplatten) tatsächlich 4096 Bytes beträgt.

Wer eine 3 TB Festplatte intern oder per eSATA vollständig nutzen möchte, muss also auf den MBR-Nachfolger GUID-Partition-Table setzen und die Festplatte als GPT-Datenträger einrichten.

Windows XP unterstützt GPT nicht und ist somit faktisch auf 2 TiB als maximale Festplattengröße beschränkt. Es gibt allerdings einen kommerziellen Treiber von Paragon, der die GPT-Unterstützung in Windows XP nachrüstet. Auch bieten manche Mainboard-Hersteller (z.B. Asus, AsRock und Gigabyte) für bestimmte Modelle eine sogenannte 3TB+-Unlock-Software an (diese Lösungen sind mit Vorsicht zu genießen). Zudem ermöglicht die bereits erwähnte 4-KiB-Sektoremulation mancher USB-Festplattengehäuse die Nutzung so großer Festplatte unter Windows XP mittels dem MBR-Partitionsschema als externes Laufwerk. Zu Beachten ist hierbei, sollte der Bridge-Chip des externen Festplattengehäuses mal den Löffel abgeben, ist der Zugriff auf die Daten schwierig. Auch kann man die Festplatte zwecks Datenrettung (z.B.) nicht mal einfach so intern anschließen.

Unter Windows Vista (und neuer) sind solche Spielereien nicht notwendig und auch nicht empfehlenswert. Diese Windows Versionen unterstützen von Haus aus GPT und haben keine Probleme große Festplatten als reines Datenlaufwerk vollständig zu nutzen.

Möchte man von einem als GPT-Datenträger eingerichteten Laufwerk booten, ist weiteres zu beachten. Folgende Voraussetzungen müssen dafür erfüllt sein:

  • Das Mainboard muss eine UEFI-Firmware besitzen, das klassische BIOS ist dazu nicht in der Lage
  • Nur die 64-Bit Versionen von Windows können von einem GPT-Datenträger booten
  • Windows muss im UEFI-Modus installiert werden
Die 32-Bit Versinen von Windows können nicht von so großen Festplatten booten.

Um ein 64-Bit Windows im UEFI-Modus zu installieren, muss die Installations-DVD im UEFI-Modus gestartet werden. Das macht man, indem man das Bootmenü seines Mainboards aufruft und statt der Bezeichnung des Optischen Laufwerks den Punkt "UEFI: 'Bezeichnung des optischen Laufwerks'" wählt.


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4. Es lassen sich nur 2 TiB partitionieren, Rest kann nicht zugeordnet werden

Ursache:

Die Festplatte wurde als MBR-Datenträger initialisiert. Das MBR-Partitionierungsschema unterstützt (bei 512-Byte-Sektoren) maximal 2 TiB pro Laufwerk.

Lösung:

Die Festplatte muss als GPT-Datenträger initialisiert werden. In der Datenträgerverwaltung von Windows kann man einen MBR-Datenträger zu einen GPT-Datenträger konvertieren. Dazu müssen vorher alle Partitionen auf der Platte gelöscht werden. Mit den Bordmitteln von Windows ist das also nicht ohne Datenverlust möglich.

Eine Anleitung dazu ist hier zu finden.


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5. Eine 2,5 TB+ Festplatte wird mit einer wesentlich geringeren Kapazität erkannt

Die falsch erkannte Kapazität beträgt bei Festplatten mit:

2,5 TB -> 301 GB (280 GiB)
3,0 TB -> 801 GB (746 GiB)
4,0 TB -> 1802 GB (1678 GiB)
5,0 TB -> 602 GB (561 GiB) - vermutlich
6,0 TB -> 1603 GB (1493 GiB) - vermutlich

Ursache:

Der Treiber zur Ansteuerung der Festplatte unterstützt nur eine 32-Bit-LBA (meist ein veralteter proprietärer AHCI-Treiber des SATA-Controllerherstellers).

Die Gesamtzahl der LBAs ist als ein 48-Bit-Wert im Laufwerk gespeichert (die SATA-Schnittstelle nutzt aktuell eine 48-Bit-LBA). Bei der Einrichtung einer noch unformatierten Festplatte wird diese Information abgerufen. Durch die 32-Bit-LBA-Begrenzung des Treibers können die vorderen 16 Bit nicht verarbeitet werden und kommen nie beim Programm an. Die Folge ist die Erkennung einer viel geringeren Kapazität, als die Festplatte haben sollte.

Die 3 TB Festplatte der Deskstar 7K4000 Serie von Hitachi (Modellbezeichnung: HDS724030ALE640) hat insgesamt 5.860.533.168 Sektoren (LBAs). Die Sektorgröße beträgt 512 Bytes (AF512e; physisch 4 KiB, nach außen hin 512 Bytes emuliert).

5.860.533.168 LBAs
x 512 Bytes pro Sektor
= 3.000.592.982.016 Bytes Kapazität
/ 1000³ bzw. / 1024³
= 3.000 GB bzw. 2.794 GiB

In binärer Schreibweise sieht die im Laufwerk hinterlegte Gesamtzahl an LBAs folgendermaßen aus:

000000000000000101011101010100001010001110110000 (48 Bit)

Der Treiber kann von den 48 Stellen aber nur die hinteren 32 Stellen verarbeiten:

0000000000000001 (- 16-Bit) | 01011101010100001010001110110000 (32-Bit)

Umgerechnet sind das 1.565.565.872 LBAs, die als insgesamt vorhandene Sektoren ausgelesen werden.

1.565.565.872 LBAs
x 512 Bytes pro Sektor
= 801.569.726.464 Bytes adressierbarer Speicherplatz
/ 1000³ bzw. / 1024³
= 801 GB bzw. 746 GiB

Windows erkennt also nur einen Bruchteil der Kapazität, da die Information zur Gesamtgröße der Festplatte unvollständig übertragen wurde.
Lösung:

Es muss auf den Standard-(AHCI-)Treiber von Windows gewechselt oder der proprietäre (AHCI-)Treiber aktualisiert werden.

Hinweis: Die Treiber, die die Mainboard- oder PC-Hersteller auf ihren Webseiten zum Download anbieten, sind in der Regel veraltet. Es ist daher meist besser sich die Treiber direkt von der Webseite des jeweiligen Chip-Herstellers zu besorgen, im speziellen gilt das für den Treiber des SATA-Controllers (sofern man nicht den Standard-Treiber von Windows verwenden möchte).

Für ältere Intel Chipsätze bzw. darauf basierende Mainboards wird oft nur der Intel-Matrix-Storage-Manager-Treiber (kurz IMSM) zum Download angeboten, der nie die Unterstützung für 2 TiB+ Festplatten erhalten hat. Abgelöst wurde der IMSM-Treiber durch den Rapid-Storage-Technologie-Treiber (kurz IRST), der auch mit älteren Intel Chipsätzen funktioniert. Der IRST-Treiber unterstützt im AHCI-Modus 2 TiB+ Festplatten ab der Version 10.1.0.1008. Im RAID-Modus hat Intel die Unterstützung erst ab der Version 10.5 oder 10.6 hinzugefügt, wobei bei einem RAID-Verbund von 2 TiB+ Festplatten auch die Version des RAID-Option-ROMs wichtig ist.

Man darf den Matrix-Storage-Manager-Treiber also nie in Verbindung mit so großen Festplatten verwenden!


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Danke an:
MountWalker



Changelog:
15.02.14 (v1)
Inhaltsverzeichnis mit Sprungmarken ausgestattet

27.09.13 (v1)
Kleinere Textänderungen, CkBpS Batch Skript im Anhang hinzugefügt

26.09.13 (v1)
Beispiel in Abschnitt 5 überarbeitet

25.09.13 (v2)
Text von MountWalker in Abschnitt 3 eingefügt.

25.09.13 (v1)
Release
 

Anhänge

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Freak-X

Gast
Sehr schöne und vollständige Anleitung für Festplatten-Neulinge/Anfänger ! :-)

Sicher in Zukunft immer wieder nützlich *Daumen hoch*

Nur diesen Teil hier
Die Gesamtzahl an LBAs bei einer 3 TB Platte in binärer Schreibweise:

000000000000000101011101010100001010001110110000 (48 Bit)

= 5860533168 LBAs x 512 Bytes pro Sektor = 3.000.592.982.016 Bytes


Ausgelesen bzw. verarbeitet werden:

0000000000000001 (- 16-Bit) | 01011101010100001010001110110000 (32-Bit)

= 1565565872 LBAs x 512 Bytes pro Sektor = 801.569.726.464 Bytes = 801 GB (/10004) bzw. 746 GiB (/10244)
finde ich zu detailliert beschrieben. Eine grobe Größenumrechnung der Brutto/Netto-Kapazität hätte es da auch getan. Denn sind wir mal ehrlich: Wer liest sich das ernsthaft durch bzw. versteht es auch wirklich?

Aber sonst wirklich super geschrieben! :-)
 
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Madnex

Vice Admiral
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@Freak-X
Die FAQ ist ja noch nicht fertig. Da gibt es weiteres, was behandelt werden kann oder muss. Ich hoffe auf die Mithilfe der anderen User, sodass ich nicht alles alleine schreiben muss.

Bezüglich dem Beispiel. Da geht es ja um die Ursache des Problems. Ich wollte halt darstellen, was da auf Hardware- oder Treiberebene schiefläuft. Mag sein, dass es etwas zu detailliert ausgefallen ist und nicht auf Anhieb verstanden wird. Vielleicht überarbeite ich das noch. Wer komplizierte Sachverhalte möglichst einfach erklären kann, darf mir dabei aber auch gerne unter die Arme greifen.
 

Holt

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Du solltest den Befehl wmic diskdrive get BytesPerSector,Model noch aufnehmen, wo es um die USB Gehäuse und deren 4k Emulation geht. Jeder der eine Platte über 2TB in einem USB Gehäuse verwendet, sollte den einmal ausführen um zu wissen, ob diese 4k Emulation von den Gehäuse gemacht wird, denn wenn das der Fall, sollte man die Platten bei eventuellen Problemen keineswegs intern einbaue, wie es oft geraten wird und wenn man ein Erkennungsproblem hat, kann man das eben auch nicht mehr einfach auslesen. Deshalb empfehle ich jedem, dies bei Zeiten zu prüfen und zu notieren.
 

MountWalker

Fleet Admiral
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Um Windows im UEFI-Modus zu installieren, muss die Installations-DVD im UEFI-Modus gestartet werden. Das macht man, indem man das Bootmenü seines Mainboards aufruft und statt der Bezeichnung des Optischen Laufwerks den Punkt "UEFI: 'Bezeichnung des optischen Laufwerks'" wählt.

Meine Formulierung könnte noch Feinschliff vertragen, aber ich spende mal ein Foto.IMAG0249.jpg
 

werkam

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Welches, das aus dem ersten Post oben? (Zip Datei) Das kannst Du auch einfach per cmd ausführen lassen, CMD als Admin starten:
wmic diskdrive get BytesPerSector, Model
 

Holt

Fleet Admiral
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Man braucht die cmd.exe nicht einmal als Administrator zu starten um wmic diskdrive get BytesPerSector, Model auszuführen.

Bei mir kommt raus:
BytesPerSector Model
512 M4-CT512M4SSD2
512 ST1000LM024 HN-M101MBB
4096 ST3000DM 001-1CH166 USB Device
Meine 3TB Seagate ist auch in einem USB Gehäuse das 4k Sektoren emuliert (CnMemory Fertiglösung). Das wurde mal eingeführt damit Platten mit mehr als 2TB auch weiterhin mit MBR partitioniert und die ganze Kapazität mit einer Partition genutzt werden kann, denn Windows XP unterstützt ja normalerweise kein GPT!
 

werkam

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Bin es wohl gewohnt CMD als Admin zu starten, deshalb nie probiert. :lol:
 

Holt

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Naddel_81, ja die Platte aus dem Trekstor würde bei Anschluss an einen SATA Port oder über USB ohne diese 4k Emulation als RAW erkannt und müsste dann nur partitioniert und formatiert werde, die Daten wären dann weg.
 

Holt

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Genau, ob der Wechsel von mit 4k Sektoremulation zu ohne oderumgekehrt stattfindet ist egal. Intern an SATA gibt es die 4k Sektoremulation niemals und meines Wissens auch nicht bei eSATA (das schleifen die Gehäuse wohl meist nur durch), aber wenn mir jemand das Gegenteil bei einem Gehäuse belegen kann, würde ich es mich nur schlauer machen und nicht zu sehr wundern. Aber nicht mit einer 4kn Platte (also solche HDDs mit 4k Sektoren ohne 512 Bytes Emulation auf dem Controller der HDD) schummeln :D

Die nativen 4k Sektoren gibt es aber bisher nur bei vergleichsweise teuren Enterprise HDDs, aber wenn das mal bis in die Bereiche von Heimanwenderplatten kommt, könnte es da noch einige Probleme geben, gerade auch wenn man die dann über USB betreiben möchte.
 

Madnex

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würde das skript gerne testen, aber entpacken ist weder mit winRAR, noch mit windows direkt möglich?!
Dann ist wohl bei dir beim Download was schiefgelaufen. Das Archiv kann ich problemlos mit WinRAR öffnen und das Skript direkt daraus ausführen. Es soll auch nur eine kleine Hilfe für Leute sein, die sich mit der Kommandozeile von Windows nicht so gut auskennen oder nicht wohl fühlen.

was haben diese nativen 4k platten denn für einen vorteil? größere übertragungsraten? und was würde passieren, wenn ich die in ein handelsübliches 4k emu-gehäuse packe? weltuntergang? oder gar nix. weil 4k zu 4k emuliert wird?
Was passieren würde, wenn man eine 4Kn-Platte in ein USB-Gehäuse mit 4K-Emu einbauen würde? Tja, das ist die große Frage. Mit Sicherheit sagen kann man das nur, nachdem das jemand (freiwillig oder nicht) mal ausprobiert hat. Auch kann das Verhalten, je nach Bridge-Chip bzw. Firmware, unterschiedlich sein. Kurz gesagt: Weiß man/ich (noch) nicht.

Ein Vorteil bei den Festplatten mit den nativen 4K-Sektoren ist der, dass eine Emulationsschicht weg fällt. Die allermeisten aktuellen Festplatten auf dem Markt haben eine physische Sektorgröße von 4096 Bytes, emulieren aber aus Kompatibilitätsgründen 512-Byte-Sektoren. Der Hauptvorteil von größeren Sektoren ist die effizientere Fehlerkorrektur. Jeder Sektor speichert neben den Nutzdaten auch Verwaltungs- und Fehlerkorrekturdaten. Der Platz, der für die Fehlerkorrekturdaten pro Sektor zur Verfügung steht, ist im Verhältnis gesehen bei den 4096-Byte-Sektoren deutlich größer als bei den 512-Byte-Sektoren. Dadurch lassen sich mehr Bit-Fehler ausbügeln als bei den kleineren Sektoren. Mit einer Leistungssteigerung haben die größeren Sektoren wenig zu tun. Als weiteren Vorteil könnte man sehen, dass Adressierungs/Kapazitätsgrenzen erweitert werden.

/Edit
Ich würde mich im Übrigen nach wie vor darüber freuen, wenn sich die Community an der FAQ beteiligen würde.
 
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Naddel_81

Banned
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mit aktuellem Winrar sagt er mir : "! C:\Users\Administrator\Downloads\CkBpS Batch Skript v1.2 - WMIC BytesPerSector Abfrage (6).zip: Unbekannte Methode in CkBpS.cmd.
! C:\Users\Administrator\Downloads\CkBpS Batch Skript v1.2 - WMIC BytesPerSector Abfrage (6).zip: Keine Dateien zum Entpacken.
"

egal, ob ich die zip mit dem firefox oder google chrome runterlade. :(
Ergänzung ()

edit: auch auf einem frischen Win7 kann es mit dem eingebauten zip entpacker nicht extrahiert werden. :(

UPDATE: neues winrar und nun scheint es zu gehen. seltsam: winrar 5.00 ist doch gar nicht so alt ?!
 
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Madnex

Vice Admiral
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Wie erwähnt, bei mir funktioniert es problemlos. Hab's eben, bevor ich meinen vorherigen Beitrag geschrieben habe, am Laptop (mit Win7 Pro und WinRAR) ausprobiert.

/Edit
Kann es vielleicht sein, dass dein Virenscanner was blockiert?
 
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