Dyski twarde W stacjach dysków elastycznych głowica odczytu-zapisu jest przykładana bezpośrednio do wirującego dysku. Z tego też powodu, stosowane prędkości obrotowe są niewielkie, a więc i szybkości zapisu/odczytu są ograniczone. Dyski twarde zostały tak nazwane, z powodu swej sztywnej konstrukcji. Są one umieszczone w odpowiednio skonstruowanym pyłoszczelnym zespole napędowym, zawierającym ponadto układy sterowania silnikiem napędu dysków, silnikiem przesuwu głowic (pozycjonerem), układy sterowania głowicami zapisu, układy odczytu oraz inne układy sterujące i kontrolne zespołu napędowego. Na ogół nie ma tu możliwości wymiany dysków.

HDD / FDD - różnice Dysk twardy odróżniają od dysku elastycznego następujące cechy: głowica odczytu-zapisu, nie dotyka dysku w czasie pracy, jest bowiem utrzymywana w małej odległości od niego na poduszce powietrznej powstającej automatycznie na skutek ruchu obrotowego, prędkość obrotowa dysku twardego jest bardzo duża, dzięki temu osiąga się duże prędkości transmisji danych (kilkudziesięciu MB/s), ponieważ dysk twardy jest niewymiennym nośnikiem danych, można go dokładnie wycentrować i osiągnąć przy tym duża liczbę ścieżek, czyli dużą pojemność (rzędu kilkudziesięciu/kilkuset GB).

Parametry techniczne pojemność (od kilkuset MB do kilkuset GB), liczba głowic odczytu/zapisu (od kilkunastu do kilkudziesięciu), liczba cylindrów (kilka tysięcy) - ścieżki o tych samych numerach na powierzchniach roboczych dysków nazywane są cylindrami, średni czas dostępu (kilka milisekund) - (ang. Average Access Time) prędkość obrotowa dysku ([5400], 7200, 10000, [15000] obrotów na minutę), szybkość transmisji danych (kilkadziesiąt - kilkaset MB/s), zasilanie (+12 V, +5 V), moc pobierana (od kilku do kilkunastu watów).

Interfejs Napęd dysków twardych (ang. Hard Disk Drive, HDD) łączony jest z systemem mikroprocesorowym z płytą główną poprzez sterownik dysku twardego (ang. Hard Disk Controller, HDC) za pomocą interfejsu E-IDE, SCSI, SerialATA (w starszych komputerach mogły jeszcze występować interfejsy: IDE, ST-506/412 lub ESDI, dawno już nie produkowane). Oczywiście każdy z wymienionych tu interfejsów wymaga innego sterownika i innego dysku twardego.

Budowa Mechanizm dysku twardego składa się z następujących komponentów: obudowy, pozycjonera głowicy, ramion głowic, głowic odczytu/zapisu oraz kilku dysków. 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, napędzane pozycjonerem i poruszają się synchronicznie.

Budowa W stanie spoczynku głowice znajdują się na ścieżce parkującej dysku. W momencie, gdy dysk zaczyna wirować, poduszka powietrzna wytworzona przy powierzchni, unosi głowice na wysokość mniejszą niż 1 mikrometr. Zadaniem pozycjonera jest przemieszczenie głowic na wybrany cylinder. Pozycjonery same parkują głowice po wyłączeniu zasilania, gdyż sprężyna automatycznie odciąga je do położenia parkowania.

Formatowanie Dysk gotowy jest do pracy dopiero wtedy, gdy zostanie sformatowany przez producenta lub użytkownika. Formatowanie polega na podziale (logicznym) dysku na ścieżki i sektory. Jest to tzw. formatowanie niskiego poziomu lub formatowanie fizyczne.

Sektory We współczesnych dyskach, dla efektywnego wykorzystania ich powierzchni, co wiąże się ze zwiększeniem pojemności, ścieżki zewnętrzne dzielone są na większą liczbę sektorów (np. 300 sektorów), gdyż mogą pomieścić większą ilość informacji (te ścieżki są po prostu dłuższe), a ścieżki leżące bliżej środka dysku zawierają mniej sektorów (np. 200). Stąd też na tych dyskach liczba sektorów na ścieżkę nie jest wartością stałą. Na systematyczny wzrost pojemności, produkowanych współcześnie dysków, ma wpływ coraz większa gęstość upakowania informacji na jednostkę powierzchni, dzięki coraz doskonalszym nośnikom magnetycznym, głowicom zapisu/odczytu oraz ciągle ulepszanym metodom kodowania zapisywanych danych.

Szybkość transmisji Szybkość transmisji jest funkcją prędkości obrotowej dysków, która osiąga we współczesnych konstrukcjach 7200 obrotów na minutę (chociaż są już dyski wirujące z szybkością 10000 rpm). Obliczmy chwilową szybkość transmisji dla hipotetycznego dysku wirującego z szybkością 5400 obr/min. (90 obr/s) i posiadającego 300 sektorów 512 bajtowych na zewnętrznej ścieżce: 90 (obr/sek) x 300 (sektorów) x 512 (bajtów) = 13,824 MB/s Dane odczytywane z dysku z tą szybkością, ładowane są do bufora, a następnie przesyłane za pomocą szyn interfejsu do pamięci operacyjnej komputera. Przepustowość interfejsu nie może być więc mniejsza, niż szybkość odczytu danych z dysku.

Szybkość transmisji Maks. szybkość transmisji danych zostaje rozstrzygnięta pomiędzy głowicą a powierzchnią dysku. Dane odczytane z dysku przesyłane są do bufora (pamięci cache), z którego powinny być przynajmniej z taką samą prędkością przesłane do pamięci operacyjnej – inaczej bufor się zapełni. Oczywiście w trakcie transmisji dane nie płyną ciągłym strumieniem, gdyż część czasu (ok. 50%) zajmuje przesyłanie rozkazów z procesora do sterownika dysku, dlatego też szybkość transmisji pomiędzy elektroniką dysku a pamięcią operacyjną, winna być zdecydowanie większa niż szybkość odczytu danych z powierzchni dysku.

Inne parametry Od prędkości obrotowej dysków zależy również opóźnienie (ang. latency) w dostępie do wybranego sektora. Im większa prędkość wirowania dysku tym krótsze opóźnienie rotacyjne. Ważnym parametrem jest czas przejścia głowicy ze ścieżki na ścieżkę, zwłaszcza przy transmisji dużych plików. Dlatego też konstruktorzy dysków nieznacznie opóźnili początki kolejnych ścieżek, tak by po przeczytaniu całej ścieżki głowica zdążyła przesunąć się na ścieżkę następną i trafić na jej początek.

Zarządzanie energią Współczesne dyski mają wbudowany system zarządzania poborem mocy (ang. Power Management), który powoduje wyłączenie silnika dysku i zaparkowanie głowic, po pewnym (określonym przez producenta) czasie od momentu ostatniej operacji we/wy wykonanej na dysku. Fakt przejścia dysku najpierw w stan jałowy (ang. Idle), a następnie uśpienia (ang. Sleep lub Standby) powoduje znaczące zmniejszenie poboru mocy. Producenci dysków różnie te stany definiują; faktem jest jednak, iż system Power Management powoduje nawet czterokrotne zmniejszenie poboru mocy przez nie używany dysk.

S.M.A.R.T. Większość współczesnych dysków dysponuje już nową funkcją, tzw. S.M.A.R.T. (ang. Self Monitoring Analysis and Reporting Technology) polegającą na tym, że elektronika dysku monitoruje i analizuje oraz raportuje stan urządzenia (np. wysokość lotu głowicy, czas uzyskania nominalnej prędkości obrotowej, itd.). Jeśli postępuje degradacja tych wielkości, układy kontroli wysyłają wtedy ostrzeżenie do użytkownika, że dysk może ulec uszkodzeniu.

NCQ Macierzyste kolejkowanie poleceń (ang. Native Command Queuing - NCQ). Mechanizm kolejkowania poleceń ma za zadanie zwiększyć wydajność i efektywność dysku twardego poprzez takie ustawianie zadań odczytu i zapisu na nośnik, aby głowice dysku twardego musiały wykonać jak najmniej skoków. W ten sposób można uzyskać nawet 10% wzrost wydajności i to raczej ze wskazaniem na serwery niż komputery biurkowe.

MTBF MTBF – ang. Mean Time Between Failures - Średni czas między awariami. Określany na podstawie badania statystycznego

Interfejs IDE (ATA) Interfejs IDE wprowadzono w połowie lat 80., po raz pierwszy w komputerach IBC PC AT. Standard ten, któremu nadano również nazwę ATA (Advanced Technology Attachment), wyposażono w 16-bitową szynę danych, z myślą o współpracy z magistralą ISA. Dyski z interfejsem IDE posiadają zintegrowaną z mechanizmem elektronikę: układy zapisu i odczytu danych oraz układy sterowania – stąd nazwa: Integrated Drive / Device / Disc Electronics. Dyski IDE/ATA pierwotnie mogły osiągnąć maksymalną pojemność równą 504MB (ograniczenie to powodował BIOS). Ze względu na niską przepustowość ISA, szybkość transmisji danych nie mogła być większa niż 8,33MB/s. Interfejs pozwalał dołączać do systemu dwa dyski twarde.

Interfejs E-IDE oraz ATAPI Standard E-IDE (Enhanced IDE) pozwala na obsługę dwóch kanałów IDE. Do każdego kanału może być podłączone jedno lub dwa urządzenia. ATAPI (ATA Packed Interface) umożliwia obsługę nie tylko dysków twardych, ale również innych urządzeń, np. CD-ROMu. LBA to tryb adresowania danych przechowywanych na dysku umożliwiający obsługę dysków o pojemności przekraczającej 512MB.

PIO i DMA Współczesne dyski, podobnie zresztą jak inne peryferia, mogą współpracować z pamięcią operacyjną na dwa sposoby: pod nadzorem procesora (PIO) oraz z bezpośrednim dostępem do pamięci (DMA). Dla dysków z interfejsem IDE opracowana wiele protokołów wymiany informacji z pamięcią operacyjną tzw. protokoły PIO i protokoły DMA.

UltraATA kontra UltraDMA Od momentu pojawienia się standardu Ultra DMA mode 2 istnieje tendencja do określania standardów interfejsów jako UltraATA/33, UltraATA/66, UltraATA/100, UltraATA133, gdzie liczba oznacza maks. transfer w MB/s. Zamiast UltraATA można posługiwać się wyrażeniem UltraDMA.

Kable IDE Interfejs IDE/ATA i późniejsze odmiany wyposażony jest/było w 40-stykowe złącze. Ze złącza tego po pewnym czasie usunięto styk nr 20, by chronić dysk przed nieprawidłowym podłączeniem kabla. Długość kabla interfejsu nie powinna przekroczyć 18 cali (czyli 45 cm). Z uwagi na bardzo dużą szybkość transmisji, od czasów Ultra ATA/66 należy stosować specjalny 80-żyłowy kabel łączący dysk z systemem, w którym 40 linii sygnałowych oddzielonych jest od siebie liniami uziemienia. Każda linia sygnałowa ma więc własny ekran, zapobiegający powstawaniu zakłóceń elektromagnetycznych. Kabel taki zakończony jest typowym dla interfejsu IDE, 40-stykowym złączem.

Kable IDE Przez wiele lat płyty główne wyposażane były w dwa kanały E-IDE (w dwa 40-stykowe złącza), do których można podłączyć po dwa urządzenia, które pracują w systemie Master i Slave (tryby konfigurowane zworkami). We współczesnych płytach znajdziemy przeważnie tylko jedno gniazdo IDE. Dysk wyposażony jest ponadto w 4-stykowe złącze zasilania.