HDD内部構造:各部の連携により精密機器が稼働します。

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ハードディスク内部構造

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ハードディスク内部構造

データは回転するディスクの記録面(プラッター)上に記録され、そのデータは「磁気ヘッド」を介して読み書きされます。磁気ヘッドはアーム部分の先に取り付けられ、磁気ヘッドを適度にディスク面に押し当てる「サスペンション」が付属しています。
磁気ヘッド、サスペンション、アームの三つが一体となった「ヘッド・アセンブリ」が弧を描くように動作して、ディスク上の目的地にヘッドを動かし、そこに記録されたデータにアクセスします。

ハードディスク内部構造

プラッターの表面は木の年輪のように同心円状にトラックという領域に分割され、さらに中心から放射状に均等分された最小単位であるセクターと呼ばれる領域を持ち、そこにデータが記録されます。通常、1つのセクターには512バイトのデータを記録できます。
プラッターが複数枚あると、ヘッドが同時にアクセスする1つ1つのトラックが重なり仮想的な円筒状になりますがこの部分はシリンダーと呼ばれます。

ハードディスクにデータを記録できるようにするためには、 物理フォーマットおよび論理フォーマットを行う必要があります。
まっ白な紙(ディスク)に、文字(データ)を書いていくとすると、物理フォーマットはそこに罫線を引くように、データを記録するための土台を築く作業です。通常この処理は工場生産時に行われるため意識されることはありません。エンドユーザー側で任意に再フォーマットする場合は全て論理フォーマットを指します。(データを全て0で上書きするゼロフィルという処理をさしてローレベルフォーマット、物理フォーマットと言うことがあり、一般にその表現が広く定着していますがここで説明している物理フォーマットは異なります。) 物理フォーマットが終わり、データが書き込める状態になっても、それだけでは書き込んだデータを探すためにはHDD内のデータを先頭から全て読み出して行く必要があります。それでは後半部分に記録されたデータのアクセスまでには膨大な時間がかかるため、そのデータがどこに記録されているのかをインデックス(索引)という形で記録し、書き込んだデータがすぐに見つかるようにしておく必要があります。
その準備作業を論理フォーマットといいます。論理フォーマットが行われた時点でインデックスを再度作成し直すため、データが記録されている状態でフォーマットを行うとデータはすべて消えてしまいます。

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ハードディスクの構成部品

ハードディスクは約 300個の部品で組み立てられていますが、ここでは代表的な部品のいくつかを紹介します。

ハードディスク部品

1.プラッター(Platter)

HDDの中には何枚かの円盤(ディスク)が収められており、その記録面のことをプラッターと言います。プラッターは磁性体と呼ばれる磁気情報を保持することができる膜でコーディングが施されており、アルミニウムやガラスなどの素材で作られています。ハードディスクの容量はプラッターの枚数も重要ですが記録密度によって大幅に増減します。
この記憶密度が向上すると、プラッター1枚当たりに記録できるデータ量が多くなり、大容量HDDが実現できます。プラッターには裏表があり、片面実装のものと、両面実装のものがあります。

2.ハードディスクドライブ (Hard disk drive)

ハードディスクドライブ (Hard disk drive)は、軟らかい素材に磁性体が塗布されたフロッピーディスクに対して、円盤(ディスク)がアルミニウムやガラス等硬い(ハード)素材で作られていることからハードディスクドライブと呼ばれるようになりました。プラッターを含む組み上げられた部品全体を指します。

3.スピンドルモーター

プラッターを回転させるためのパーツがスピンドルモーターです。HDDによって回転数が異なり一般に高速回転が可能なものほどアクセスが早くなりますが、同時により精密な機構を求められます。
HDDには1分間にプラッタが何回転するかを表す指標があり、rpm(randing per minuites)という単位が用いられます。

4.磁気ヘッド

プラッターにあるデータを読み出したり書き込んだりするパーツを磁気ヘッドといいます。
プラッターをレコードと考えるとレコード盤の針にあたる部品です。磁気ヘッドの先にはプラッターに保存されたデータを読み書きする機能が備え付けられており、プラッターあたり1つを利用するので、片面実装のプラッタでは1個、両面実装のプラッタではヘッドを2個、スタックさせた状態で利用します。

5.アクチュエータ(Actuator位置決め装置)

磁気ヘッドを任意のトラック上で半径方向に移動するための動力で、素早く精密な動きを実現します。ハードディスクはモーターにより高速回転していることに加え、記録密度が高く数ミリのズレで全く違うデータの上に移動してしまうことから正確な動作が求められる部品です。

6.回路基板(PCB)

PCBには、電源用のコネクタ、信号用コネクタ、BIOS、 control chip、 buffer memory、 LEDなど多くの部品が取り付けられています。回路基板は、耐熱性と修理などを目的に露出された形が多いため、操作中に金属物に接触させたり、水をこぼしてしまったりした場合は、故障しやすい部分です。また雷サージや異なるACアダプターの接続によって過電流が流れたり、不良により発熱して煙が出るなど典型的な症状を呈して壊れることが多い部品です。

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ハードディスク容量の謎

こんな経験ありませんか?160GB の ハードディスクを買ってきて、PCにつなげてみたら容量が149GBしか認識されない。自分が間違って買ってきたのかと疑ったり、「容量の一部がシステムなどに使われていて、実際に使える容量は減ってるのかな?などと思っていたこと。
それは、ハードディスクメーカーの表記(10進数)と実際コンピュータが扱う値の違いによるものです。例えば、メーカーではバイト容量を 1GB = 1,000,000,000 バイトで計算し表記します。しかし、実際にはコンピュータは2進数で処理するため、1GB=1,073,741,824 バイトで計算しています。

160GB を10進数で計算してみると
160GB→  160,000,000,000 / 1,000,000,000 = 160GB バイトになります。
これを2進数で計算してみると、
160GB→ 160,000,000,000 / 1,073,741,824 ≒ 149GB バイトになるわけです。

メーカー表記 実質容量 差分
250GB 約233GB 約-17GB
300GB 約280GB 約-20GB
320GB 約298GB 約-22GB
400GB 約373GB 約-27GB
500GB 約466GB 約-34GB
1.0TB 約932GB 約-68GB

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