Dysk twardy (HDD)
Protoplastą współczesnego dysku twardego była opisana wcześniej pamięć bębnowa. Pierwszy w historii dysk twardy ukazał się w 1957 roku; był to produkt firmy IBM o nazwie RAMAC 350 (ang. Random Access Method of Accounting and Control). Składał się on z 50 dysków o średnicy 24 cali i miał niebywałą, jak na owe czasy, pojemność 5 MB. Los pamięci bębnowej był przesądzony.
Nieustannie prowadzone przez IBM prace rozwojowe zaowocowały w latach 70. pojawieniem się modelu 3340, nazwanego Winchester. Średnica dwóch dysków, z których każdy miał pojemność 30 MB, wynosiła 14 cali, głowice poruszały się na poduszce powietrznej w odległości około 0,016 cala od powierzchni nośnika, a talerze były umieszczone na wspólnej osi. Dysk Winchester, patrząc od strony konstrukcyjnej, jest dalekim krewnym współczesnych HDD.
Jak więc jest skonstruowany i jak działa współczesny dysk twardy, którego pojemność w przypadku niektórych modeli sięga 1000 GB, typowa wynosi 320 GB, a czas dostępu oscyluje w okolicy 10 ms?
Powyższe rysunki pokazują ogólną budowę HDD oraz jego głowicy zapisująco-odczytującej
Dysk twardy składa się z zamkniętego w obudowie, wirującego talerza (dysku) lub zespołu talerzy, wykonanych najczęściej ze stopów aluminium, o wypolerowanej powierzchni pokrytej materiałem magnetycznym (grubości kilku mikrometrów), oraz z głowic elektromagnetycznych umożliwiających zapis i odczyt danych. Na każdą powierzchnię talerza dysku przypada po jednej głowicy odczytu i zapisu. Głowice są umieszczone na elastycznych ramionach i w stanie spoczynku stykają się z talerzem blisko osi; w czasie pracy unoszą się, a ich odległość od talerza jest stabilizowana dzięki sile aerodynamicznej (głowica jest odpychana od talerza, podobnie jak skrzydło samolotu unosi maszynę), powstałej w wyniku szybkich obrotów talerza. Jest to najpopularniejsze obecnie rozwiązanie (są też inne sposoby prowadzenia głowic nad talerzami).
Ramię głowicy dysku ustawia głowice w odpowiedniej odległości od osi obrotu talerza w celu odczytu lub zapisu danych na odpowiednim cylindrze. Pierwsze konstrukcje (do ok. 200 MB) były wyposażone w silnik krokowy, stosowany również w stacjach dyskietek. Wzrost liczby cylindrów na dysku oraz konieczność zwiększenia szybkości dysków wymusił wprowadzenie innych rozwiązań. Najpopularniejszym obecnie jest tzw. voice coil, czyli cewka wzorowana na układzie magnetodynamicznym stosowanym w głośnikach. Umieszczona w silnym polu magnetycznym cewka porusza się i przyjmuje położenie zgodnie z przepływającym przez nią prądem, ustawiając ramię w odpowiedniej pozycji. Dzięki temu czas przejścia między kolejnymi ścieżkami może być krótszy niż milisekunda, a przy większych odległościach nie przekracza kilkudziesięciu milisekund. Układ regulujący zmienia natężenie prądu, tak by położenie głowicy ustabilizowało się jak najszybciej w zadanej odległości od środka talerza (nad wyznaczonym cylindrem).
Informacja jest zapisywana na dysk przez przesłanie strumienia elektromagnetycznego przez antenę albo głowicę zapisującą, która jest bardzo blisko magnetycznie polaryzowalnego materiału, zmieniającego swoją polaryzację (kierunek namagnesowania) wraz ze strumieniem magnetycznym. Informacja może zostać odczytana w odwrotny sposób, gdyż zmienne pole magnetyczne powoduje indukowanie napięcia elektrycznego w cewce głowicy lub zmianę oporu w głowicy magnetyczno-oporowej. Ramiona połączone są zworą i poruszają się razem. Zwora kieruje głowicami promieniowo po talerzach, a w miarę jak talerze się obracają, daje każdej głowicy dostęp do całości przyporządkowanego jej talerza.
Zintegrowana elektronika kontroluje ruch zwory i obroty dysku oraz przygotowuje odczyty i zapisy na polecenie kontrolera dysku. Niektóre nowoczesne układy elektroniczne są zdolne skutecznie szeregować odczyty i zapisy na przestrzeni dysku oraz remapować sektory dysku, które zawiodły.
Obudowa chroni części napędu od pyłu, pary wodnej i innych źródeł zanieczyszczenia. Jakiekolwiek zanieczyszczenie głowic lub talerzy może doprowadzić do uszkodzenia głowicy (ang. head crash) lub talerza, gdy głowica uszkadza go, ścierając cienką warstwę magnetyczną. Awarie głowicy mogą również być spowodowane przez błąd elektroniczny, zużycie, zniszczenie oraz błędy produkcyjne dysku.