Podręcznik

Na rysunku 11 przedstawione są podstawowe komponenty dysku twardego. Podstawowym elementem każdego dysku twardego są talerze magnetyczne. Zwykle są one połączone w sztywny sposób po kilka. Materiał magnetyczny jest naniesiony na górną i dolną powierzchnię talerza. Talerze są przymocowane do obudowy za pośrednictwem łożyska hydrodynamicznego. Dane są zapisywane i odczytywane z użyciem głowic. Każda powierzchnia magnetyczna dysku ma dedykowana jedną głowicę. Głowice są połączone ze sobą tak, że mogą się poruszać tylko wszystkie razem. W danej chwili jest aktywna tylko jedna głowica. Głowice są poruszane nad talerzem przez specjalny silnik, wykorzystujący pole magnetyczne. Z drugiej strony dysku, pod obudową (Rys. 12) umieszczony jest kontroler dysku twardego. Jest to dość skomplikowany układ, który steruje zapisem i odczytem danych, ale również pośredniczy w wymianie danych z komputerem. Całość spina sztywna obudowa, która powinna również być na tyle szczelna, by nie dopuścić cząstek kurzu do talerzy.  
Początkowo talerze dysków były dość duże. Zostało stworzonych kilka standardów rozmiaru talerzy. Starsze dyski mają rozmiar 5.25”. Później pojawiły się dyski o talerzach 3.5” i 2.5”. Obecnie takie rozmiary są najpowszechniejsze. Standard CompactFlash używał dysków o średnicy 1”. Były to najmniejsze produkowane dyski magnetyczne. Obecnie zostały całkowicie wyparte przez karty oparte o pamięci flash. Stosowanie talerzy o mniejszych rozmiarach może się wydawać nieekonomiczne. Na większych talerzach można przecież zmieścić więcej danych. Dyski byłyby pojemniejsze. Obecnie jednak pojemność dysku nie jest problemem priorytetowym. Mniejszy rozmiar talerzy zapewnia:
•    większą sztywność – odporność na drgania i wibracje,
•    mniejszą masę,
•    mniejsze zużycie energii przez dysk twardy,
•    redukcję hałasu i wydzielanego ciepła,
•    krótsze czasy wyszukiwania danych na dysku.

 
Rys. 11. Budowa dysku twardego [źródło: https://en.wikipedia.org/wiki/Hard_disk_drive]
https://pl.wikipedia.org/wiki/Dysk_twardy

 
Rys. 12. Kontroler dysku twardego umieszczony na dole obudowy [źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Dysk_twardy]

Dyski z mniejszymi talerzami są przez to łatwiejsze w produkcji. Podobnie jest z liczbą talerzy. Wcześniejsze dyski nierzadko miały ich nawet 10. Obecnie najczęściej stosuje się jeden, bądź dwa talerze. Jest to związane z wielkością dysku, zapewnieniem odpowiedniej sztywności, a także łatwością wykonania takiego układu. Talerze dysków mogą wirować z różnymi prędkościami. Tu również mamy zdefiniowane pewne standardy prędkości: 5400 rpm, 7200 rpm, 10000 rpm, 15 000 rpm. Oczywiście im szybciej dysk wiruje, tym szybszy jest odczyt/zapis i dostęp do danych. Standardem obecnie jest prędkość 7200 rpm. Przy wyższych prędkościach obrotowych pojawiają się problemy z tłumieniem drgań, a także z hałasem, który powstaje podczas pracy dysku. Dlatego prędkości 10 000 rpm i 15 000 rpm są w zasadzie zarezerwowane dla dysków serwerowych, gdzie ma znaczenie wydajność, ale hałas nie jest brany pod uwagą.
Talerze dysków twardych dawniej wykonywano z materiałów, których podstawowym składnikiem było aluminium. Takie stopy były lekkie i dość sztywne. Obecnie, jako materiał do wytwarzania talerzy dysków twardych stosuje się pewne odmiany szkła. Szkło jest co prawda bardziej kruche, ale i tak zapewnia lepszą jakość wykonania talerzy (Rys. 13). 

 
Rys. 13. Mikroskopowe zdjęcie powierzchni dysku twardego z lewej talerz z aluminium, z prawej talerz ze szkła [źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Dysk_twardy]

Przede wszystkim szkło jest gładsze. Zapewnia też większą sztywność. Talerze mogą być cieńsze. Co więcej, szkło zapewnia większą stabilność termalną. Materiał ten w mniejszym stopniu rozszerza się i kurczy przy zmianach temperatury. Oczywiście, żeby dane mogły być przechowywane na talerzach, jego powierzchnia musi być pokryta materiałem magnetycznym. Na początku był stosowany tlenek żelaza. Jednak talerze nim pokryte charakteryzowały się dość dużą chropowatością. Gęstość zapisu danych była mała. Poszukiwano innych materiałów magnetycznych, o lepszych właściwościach. Ponieważ użytkowa warstwa nowych materiałów magnetycznych była sporo cieńsza niż warstwa tlenku żelaza, nazwano je materiałami cienkowarstwowymi. Obecnie jako materiały magnetyczne stosuje się specjalne powłoki z tzw. sprzężeniem antyferromagnetycznym (dwie warstwy ferromagnetyka oddzielone warstwą rutenu o grubości pojedynczych atomów). 
Głowica odczytująco-zapisująca dysku jest układem dość złożonym (Rys. 14). Głowica zapisująca jest stosunkowo duża. Jest to tradycyjna głowica, w której przepływ prądu generuje pole magnetyczne, które z kolei odpowiednio ustawia domeny magnetyczne na powierzchni dysku twardego. Natomiast głowica odczytująca, dużo mniejsza, jest zbudowana z materiału zmieniającego swoją rezystancję pod wpływem zmian pola magnetycznego. Wykorzystywany jest efekt gigantycznej magnetorezystywności. Pozwala on wykryć bardzo niewielkie zmiany pola magnetycznego. Zatem domeny mogą być również bardzo małe. Pozostałe elementy głowicy stanowią ekrany magnetyczne. W trakcie pracy dysku głowice unoszą się w bardzo niewielkiej odległości od talerzy na poduszce powietrznej. Nie stykają się więc z powierzchnią magnetyczną, w ten sposób eliminując jej niszczenie poprzez tarcie. 

 
Rys. 14. Budowa głowicy odczytująco-zapisującej dysku twardego

Obudowa dysku twardego powinna zapewnić odporność na wstrząsy i uderzenia, a także tłumienie drgań. Do talerzy dysku nie mogą się przedostać żadne zanieczyszczenia z powietrza, stąd obudowa jest uszczelniona, a do środka powietrze może się przedostać tylko przez specjalne filtry. Dyski magnetyczne pozostają nadal urządzeniami bardzo delikatnymi. Dysk magnetyczny wymaga szczególnej uwagi, gdy pracujemy z komputerem na dużej wysokości. Powietrze jest tam rozrzedzone, poduszka powietrzna jest tym samym cieńsza, dużo łatwiej jest doprowadzić do styku głowicy z materiałem magnetycznym spowodowanym gwałtownym wstrząsem.