硬盘内部结构示意图

随着科技的发展与进步，社会中的信息总量呈现出井喷的发展态势，为了加强对日益膨胀信息的管理与控制，人们大力发展了基于磁存储技术的硬盘驱动器。它又名温彻斯特式硬盘，英文名为Hard Disc Drive（简称HDD），具有成本低、容量大、能耗小、寿命长、以及抗磁场干扰等优点。因此，在商业、金融业、军事、科学教育、政府管理、娱乐业以及个人信息管理等诸多领域，都发挥着十分重要的作用。第一个真正意义上的磁盘，当属IBM于1956年9月生产的IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control），它开创了硬盘器件历史发展的纪元。1973年，IBM又推出了Winchester（温氏）硬盘，它的特点是：“工作时，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触，使用时，磁头沿高速旋转的盘片上做径向移动”，从而拉开现代硬盘发展的序幕。。今天高端硬盘容量虽然高达TB量级，但都没有脱离“温彻斯特”的运作模式。

为了使大家对硬盘有一个更加直观的认识，我们绘制了简单的硬盘结构示意图，希望能够加深我们的理解。硬盘主要的组成部件包括：盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等。首先，3~5个完全平行的盘片被固定在一个旋转主轴上，每个盘片的存储面上都安置一个磁头，磁头与盘片的间距比发丝直径还小。所有磁头连在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的径向移动。在工作过程中，盘片将以主轴为中心高速旋转，如此磁头就可以实现对盘片上任一指定位置的数据读写操作。而且，在对硬盘进行格式化的时候，制造商一般会在盘片上划分出300~1024个同心圆，我们称之为磁道，每个盘片的同一磁道则构成一个柱面。此外，每个磁道又被细分成不同的扇区，每个扇区可存放512字节的数据。由此，我们可以计算得出：

硬盘的总容量=盘面数×柱面数×扇区数×512（字节）

每个字节的读取，是由几十到几百个~nm的磁性颗粒（CoPt或FePt合金）直接参与的，磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变为电脑可以识别的数据。写入过程与此正好相反。接口包括了电源接口插座和数据接口插座两部份，其中电源插座与主机电源相连接，为硬盘正常工作提供电力保证。数据接口插座则是硬盘数据与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道，使用时是用一根数据电缆将其与主板IDE接口或与其它控制适配器的接口相连接。同时，数据接口可以分成IDE接口和SCSI接口两大派系。硬盘控制电路总得来说可以分为如下几个部份：主控制芯片、数据传输芯片、高速数据缓存芯片等，其中主控制芯片负责硬盘数据读写指令等工作。在主控芯片附近，会有一个长方形的芯片，这种芯片与内存芯片相近，主要负责给数据提供暂存空间，提高硬盘的读写效率，这就是我们常说的缓存。此外，鉴于硬盘的高度精密特性，对它来说尘埃是其大敌，所以必须完全密封。

尽管，硬盘的基本运行模式没有发生改变，但是经过半个世纪的发展，硬盘的整体性能却有了突飞猛进式的进步，它正朝着更轻巧、高效、稳定、环保的方向发展。首先，硬盘的体积趋于减小，目前较为流行的硬盘尺寸分有三种，分别为3.5英寸、2.5英寸和1.8英寸。一般情况下，硬盘尺寸越大则实际转速则越快，如3.5英寸硬盘对应7200 或10000 RPM，而2.5英寸的硬盘转速只有5400 RPM，转速决定了数据的提取速率。缓存容量同样决定着硬盘的性能，目前常见缓存芯片的容量有8 MB、16 MB、32 MB和64 MB。此外，单颗硬盘的最高容量可达3 TB，容量的提升源于盘片数的增加以及存储面密度的提高，现在市场上磁存储面密度记录为328 Mbit/in2。不过，由于盘片数的增加与密度的提高，都会对数据的稳定性造成影响，因此二者一般不会同时进行。