원리적으로, 컴퓨터에 저장되는 모든 데이터는 0,1 두 디지털 신호에 의해 이루어진다. 하드 디스크의 경우 이러한 디지털 신호를 원반형태의 플래터에 기록한다. 디지털 신호의 기록은 자기장의 밀도 변화를 이용해 기록한다. 좀더 자세하게 말하면, 자기장의 밀도 변화를 측정하는 바늘(헤드)가 플래터 위의 일정한 간격을 지나치는 동안 자기장의 극성이 변화하면 1, 그렇지 않으면 0으로 인식한다. (=2013년 현재 1회분의 신호는 20nm(10억분의 20미터)에 해당하는 간격마다 저장된다)
자기장을 이용한 기계적 구조로 구성된 하드 디스크는 반도체 기반의 저장 매체에 비해 진동, 충격, 자성등의 외부 환경에 취약하다. 또한, 하드 디스크 외부는 소음 발생과 외부의 먼지 유입을 최소화하기 위해서 최대한 밀폐적인 구조로 설계되어 있다. 하지만 하드디스크에는 내부의 기압을 대기압과 동등하게 해주는 작은 구멍이 뚫린 씰이 있어 외부 환경에 따라 먼지 등이 유입될 수 있기 때문에 외부 환경에 의한 수명 편차가 크다.
- 제어회로
- 하드 디스크를 제어하는 회로로 총괄적인 부분을 제어한다. 또한 제어회로에 있는 버퍼 메모리는 하드 디스크에 입출력될 데이터를 임시로 저장하게 된다. 또한S.M.A.R.T. 기술이 내장된 하드 디스크는 자가 문제 진단을 할 수 있으며, 문제를 발견시에는 부팅시에 사용자에게 보고하게 된다. 단 바이오스가 S.M.A.R.T. 기술을 지원하지 않거나 사용안함으로 설정된 경우에는 사용자에게 보고하지 않는다.
- 스핀들 모터 (Spindle Motor)
- 플래터의 회전을 담당한다. 브러시리스 모터를 이용하여 구동하기 때문에 모터의 제어회로가 따로 필요하게 된다. 초기에는 볼 베어링을 사용했지만 유체를 사용함으로써 볼의 마모로 인한 수명 문제가 개선된 동압 유체 베어링이 개발되면서 동압 유체 베어링으로 대체되었다. 동압 유체 베어링이 적용되면 거의 완전하게 원형 회전을 할 수 있어 트랙 밀도를 높일 수 있다.
- 플래터 (Platter)
- 데이터가 기록되는 부분이다. 플래터는 금속재질이지만, 거울과 같이 반사가 잘 될 정도로 래핑상태가 부드러우며, 데이터를 기록하기 위해 산화철등의 자성체로 코팅되어 있다. 하나의 하드 디스크에는 한개 또는 그 이상의 플래터가 장착되어 있다. 플래터 수가 많으면 더 큰 용량을 저장할 수 있지만, 안정성에는 문제가 생길 수 있다.
- 액추에이터(=액튜에이터) (Actuator)
- 헤드가 원하는 데이터를 읽을 수 있게 제어회로의 명령에 따라 액추에이터 암을 구동하는 역할을 한다. 구동을 위해 네오디뮴 자석이 있으며, 누설자속을 줄이기 위해 철과 같은 강자성체 재질로 된 자석 덮개가 있다. 액추에이터는 명령어 대기열(Command queuing) 기술을 통해 구동을 최소화하여 여러개의 파일을 효율적으로 입출력 할 수 있다. 단 명령어 대기열 기술을 사용할 때에는 하드 디스크와 ICH 칩셋이 모두 커맨드 큐잉 기술을 지원해야 사용이 가능하다. 초창기의 하드 디스크는 스테핑 모터로 액추에이터를 구동하여 데이터 손실을 방지하기 위해 헤드 파킹이 필요하였으나, 현재는 음성 코일 방식으로 액추에이터가 구동되어 하드 디스크의 전원 공급이 중단될 경우에는 스핀들 모터의 관성으로 헤드가 자동으로 제자리로 파킹되기 때문에 헤드 파킹은 더이상 필요하지 않다.[1]
- 액추에이터 암 (Actuator arm)
- 액추에이터를 통해 구동되며, 하나의 하드 디스크에는 여러 개의 암이 달려있다. 앞 뒷면을 모두 사용하기 때문에, 각 플래터 당 두 개의 암이 달려있다. 각 암의 끝에는 입출력을 위해 헤드가 달려 있다.
- 헤드 (Head)
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