Dysk twardy, dysk sztywny lub żargonowo
"twardziel" - hermetycznie zamknięty, składający się
z od 2 do 8 wirujących talerzy pokrytych bardzo
cienką warstwą magnetyczną, każdy posiada osobną
głowicę odczytującą-zapisującą, która unosi się nad
nim na cienkiej poduszce powietrznej. Dysk twardy
jest zwykle na stałe włączony do komputera i
przechowuje dane, które powinny być zawsze
dostępne, takie jak system operacyjny. Nowoczesne
dyski twarde posiadają bardzo dużą przepustowość
danych, niski czas dostępu do danych, obracają się z
prędkością kilku tysięcy obrotów na minutę, a ich
pojemność wynosi kilkanaście gigabajtów.

Dysk twardy znajduje się we wnętrzu obudowy komputera
lub w łatwo dostępnej szufladzie, tzw. kieszeni i służy do
przechowywania programów i danych. Dysk twardy został tak
nazwany, z powodu swej sztywnej konstrukcji, są one
umieszczone w odpowiednio skonstruowanym pyłoszczelnym
zespole napędowym, zwierającym ponadto układy sterowania
silnikiem napędu dysków, silnikiem przesuwu głowic
(pozycjonerem), układu sterownia zapisu, układu odczytu
oraz inne układy sterujące i kontrolne zespołu napędowego.
Większooć dysków twardych składa się następujących
komponentów: obudowy, pozycjonera głowicy, ram głowic,
głowic zapisu i odczytu, wirujących talerzy, układów
sterowania.

* Talerz (ang. plate) to magnetyczna
powierzchnia obracająca się ze stałą
prędkością umożliwiająca odczyt danych przez
głowicę odczytującą-zapisującą. Talerzem może
być zatem jedna z 2-8 wirujących z prędkością
kilku tysięcy obrotów na minutę części dysku
twardego, pokryta materiałem magnetycznym,
który może zostać zapisany/odczytany przez,
osobną dla każdego talerza, głowicę
odczytującą-zapisującą.

Każdemu dyskowi pamięci przyporządkowane są dwie
głowice (dla jego dolnej i górnej powierzchni). Głowice
utrzymywane są na sprężynujących ramionach, przy czym
wszystkie ramiona głowic są ze sobą połączone i poruszają
się synchronicznie, napędzane pozycjonerem. W stanie
spoczynku głowice znajdują się na ścieżce parkującej dysku.
W momencie, gdy dysk zaczyna wirować, poduszka
powietrzna wytworzona przy powierzchni, unosi głowice na
wysokości około 1 mikrometra (jedna dwudziesta włosa
ludzkiego).

Zadaniem pozycjonera jest przemieszczenie głowic na
wybrany cylinder. Pozycjonery zbudowane zostały w
oparciu o silnik liniowy, same parkują głowice po
wyłączeniu zasilania, gdyż sprężyna samoczynnie
odciąga je do położenia parkowania. Pozycjonery z
silnikiem krokowym wymagają zaparkowania głowic
za pomocą specjalnego programu.
Praca z twardym dyskiem jest możliwa dopiero wtedy,
gdy zostanie on sformatowany przez producenta lub
użytkownika.
Formatowanie polega na podziale dysku na ścieżki i
sektory, jest to tzw. Formatowanie niskiego poziomu
lub formatowanie fizyczne.

Na fizyczną strukturę twardego dysku składają sie cylindry,
głowice i sektory. Cylindry i głowice ponumerowane są
począwszy od zera zaś numeracja sektorów zaczyna sie od
cyfry 1. Informacje (dane) zapisywane są na okrągłych
nośnikach (talerzach), które pokryte są magnetyczną warstwą
i zamocowane jeden nad drugim na obracającej się osi. Po obu
stronach talerza na specjalnym ramieniu zwanym grzebieniem
zamocowane są głowice zapisu/odczytu. Powierzchnia nośnika
podzielona jest na idealnie okrągłe pierścienie tzw. ścieżki,
które swoją strukturą przypominają słoje drzewa. Z wzgledu
na to, iż ścieżka jest zbyt duża, aby zarządzać pojedynczym
kawałkiem informacji podzielona jest na sektory, które
wynoszą 512 bajtów.

Zatem każda ścieżka podzielona jest na wiele sektorów.
Liczba sektorów jest różna dla różnych dysków twardych. Na
ścieżkach dysków może być od 17 do 64 sektorów. Ścieżki i
sektory tworzone są podczas formatowania dysku. Gdy dysk
nie pracuje lub gdy prędkość obrotowa jest zbyt mała,
głowice znajdują się w pozycji spoczynkowej, wycofane poza
obręb pakietu. Dopiero po osiągnięciu wymaganej prędkości
obrotowej następuje ich gwałtowne wysunięcie nad
powierzchnie dysku i ustawienie nad cylindrem zerowym.
Podczas pracy głowice unoszą się na tzw. poduszce
powietrznej wytworzonej przez obracające się dyski.

Standardowe głowice zapisująco-odczytujące (zwane też
głowicami cienkowarstwowymi) posiadają miniaturową cewkę,
która umożliwia zapis danych na płycie magnetycznej lub ich
odczyt. Gdy na twardym dysku zapisywane są dane, specjalny
układ elektroniczny wysyła impulsy elektryczne do cewki. W
ten sposób powstaje pole magnetyczne, które porządkuje
poszczególne cząstki na powierzchni dysku. W przypadku
odczytu danych następuje procedura odwrotna.
Namagnesowana powierzchnia dysku indukuje prąd w cewce,
który jest następnie przetwarzany przez układ elektroniczny
napędu. Coraz większe zapotrzebowanie na pojemniejsze dyski
twarde a w konsekwencji ich rozwój spowodowało zwiększenie
gęstości zapisu, który nie pozwala jednak na współpracę z
tradycyjnymi głowicami z powodu zbyt gęstego ułożenia
sektorów.

Nowoczesne dyski twarde wyposażone są więc w
dodatkową głowicę magnetorezystywną (MR),
umożliwiającą odczytywanie danych z powierzchni
nośnika. Głowica zawiera pewną domieszkę
specjalnego stopu żelaza i niklu, który pod
wpływem pola magnetycznego zmienia swój opór
elektryczny. Do zapisu danych jest natomiast w
dalszym ciągu wykorzystywana głowica
cienkowarstwowa. Zasadniczą zaletą takiego
rozwiązania jest fakt, że głowica MR potrafi
prawidłowo rozpoznawać dane także wtedy, gdy
dysk obraca się z dużą prędkością, a sektory
ułożone są bardzo gęsto.

Bardzo ważnym elementem w pracy dysku jest mechanizm
pozycjonowania głowicy tzn. aby głowica zapisu/odczytu
znajdowała się zawsze dokładnie nad środkiem ścieżki.
Wystarczy mianowicie niewielkie przesunięcie, a zamiast
porządanych informacji, otrzymamy zwykłe "śmieci". Nie jest to
wcale łatwe zadanie, gdyż pod wpływem ciepła materiał, z
którego wykonane są talerze dysku, może ulegać
zniekształceniom. Mechanizmem stosowanym w nowoczesnych
dyskach jest technika Embedded Servo. W odróżnieniu od
tradycyjnej techniki Servo, przy której głowica musiała
regularnie korzystać ze ścieżki sterującej, aby zoptymalizpwać
swoją pozycję, mechanizm Embedded Servo wykorzystuje
informacje zapisane na każdej ścieżce. Głowice zapisująco-
odczytujące mogą więc korzystać z nich przez cały czas, co
umożliwia dokładniejsze pozycjonowanie i szybszą pracę
napędu. Technika ta działa na podobnej zasadzie, jak
automatyczny pilot, który nieprzerwanie dba o utrzymywanie
właściwego toru lotu. W poprzedniej technice tzw. okresowej
kalibracji głowicy dysku następowały dodatkowe przerwy w
transmisji danych.