データの書き込み・保存を行うハードディスク

ハードディスクとは、パソコンのデータを保存する部品です。別名:HDD、ハードディスクドライブ。

パソコン以外でも外付けのハードディスク、ネットワークディスク、サーバー、家電のHDDレコーダー、ゲーム機などで幅広く使われています。

コンピューターでは 補助記憶を担当します。

パソコンでは主に、OSやアプリケーションがインストールされた システムドライブ、作成したデータなどを保存する データドライブとして使われています。

大きさ・規格

ハードディスクは大きさとして、主に3.5インチ2.5インチがあります。また接続の規格として IDEとSATAがありますが、近年のハードディスクはSATAが使われています。

3.5インチハードディスク(左)と2.5インチハードディスク(右)。

ハードディスク

3.5インチや2.5インチというのは、ハードディスクに入っている磁気ディスクの直径の長さを表しています。3.5インチは約9cm、2.5インチは約6.4cmです。

3.5インチ SATA ハードディスク。主にデスクトップパソコンなどで使用されています。

3.5インチ SATA ハードディスク

2.5インチ SATA ハードディスク。主にノートパソコンで使われています。高さが9.5mmのものと7mmのものとがあります。

2.5インチ SATA ハードディスク

主にデスクトップパソコンで使われるハードディスク用の電源ケーブルとSATAケーブル。ハードディスクとケーブルのコネクターは、L字型になっているのが特徴です。

電源ケーブルとSATAケーブル

パソコンには、ハードディスクではなくSSDを搭載していることもあるため、必ずしもすべてのパソコンにハードディスクが内蔵されているというわけではありません。

補助記憶

ハードディスクのデータは、パソコンの電源をOFFにしても消えることはありません。不揮発性のデバイスです。

コンピューターでは、OSやプログラムの起動時に データがハードディスクからメモリーに読み込まれ、CPUによって処理されます。

例えば WordやExcelなどで「名前を付けて保存」としたときに、メモリー上にある作業中のデータがハードディスクに書き込まれます。

容量を示す単位は、MB(メガバイト)、GB(ギガバイト)、TB(テラバイト)。

1024MBで1GB、1024GBで1TBになります。1MBは 1024KB、1024KBは 1024byte、1byteは8bit、1bitが0と1のコンピューターで扱う最小単位です。

つまりハードディスクの容量は、0と1で表現するデジタルデータをどれだけ記憶できるかということを示しています。内蔵しているハードディスクの容量や空き領域は、PCから確認することができます。

仕組み

ハードディスクの内部は複数の部品によって構成され 精密に作られています。

内部ハードディスク内部。


部品磁気ディスク(水色)
アーム(黄)
磁気ヘッド(緑)
スピンドルモーター(赤)

磁気ディスクは高速に回転します。


磁気ディスクとヘッドの間は、わずかな隙間しかありません。ハードディスクにとって衝撃や落下が故障につながるのはこうした理由です。

ハードディスクは、磁気ヘッドがN極・S極を使い 磁気ディスク上の領域を磁化することで、電圧・電流の変化をつくり、0と1のデジタルデータを作り出します。

回転数

ハードディスクには、回転数(rpm)というものがあります。これは磁気ディスクが1分間にどれぐらい回転するかというものです。

主な回転数には、5400回転7200回転があります。

全体的な傾向として、5400回転はノートパソコンの2.5インチ ハードディスク、7200回転はデスクトップ用の3.5インチのハードディスクや一部の2.5インチ ハードディスクで使用されています。

どちらにせよ1分間での回転数であり、相当な速度で動作していることが分かります。

プラッタ

ハードディスクの中にある磁気ディスクのことをプラッタといいます。1枚~2枚が一般的で、容量の大きいハードディスクは3枚や4枚入っていることもあります。

プラッタ例:3枚のプラッタ。

ハードディスクのプラッタ数や容量は、ハードディスクのメーカーや型番によって異なります。


最近では容量の大きいハードディスクでも1枚や2枚などになってきています。それだけ高密度化しているということです。

容量は 年々増加しており、Windowsがインストールされている システムドライブとして500GB~2TB、データを保管するデータドライブとして1TB~4TBのものが主に使われています。8TBや16TBのハードディスクもあります。

システムドライブにSSDが使われ始めていますが、ハードディスクがデータを保管するストレージとしての主要な役割を担っているのは変わりありません。

システムディスクタスクマネージャー→パフォーマンス、ディスク。

種類にHDDとあれば ハードディスク。システムディスクに「はい」とあればシステムドライブ、「いいえ」とあればデータドライブ。


近年のパソコンは、システムドライブに読み書きの高速なSSD、データドライブに容量の大きいHDDという構成になっているものも増えてきています。

ハードディスクがデータドライブとして内蔵されている場合は、パソコンのスペック表などでセカンドドライブと表記されていることもあります。

キャッシュ

CPUにキャッシュメモリがあるように、ハードディスクにも一時的な記憶ができるキャッシュメモリがあります。

キャッシュ、あるいは ディスクキャッシュともいいます。

わずかではありますが、ハードディスクに搭載されているメモリーで、容量は 16MB、32MB、64MB、128MB、256MBなどがあります。キャッシュも年々増加している傾向があります。

基本的にキャッシュの容量が大きいほど パフォーマンスは上がりますが、回転数やプラッタ数、1プラッタあたりの容量なども関係しているため、一概にはいえません。

シーク、サーチ、データ転送

ハードディスクの読み書きは、シーク→サーチ→データ転送の流れで行われています。

ハードディスクは、トラックと呼ばれる同心円で分かれています。図では水色部分がトラック。また、磁気ディスクが複数ある場合は、それぞれのディスクの同一半径上 同じ場所にあるトラックをあわせてシリンダといいます。

ヘッドとトラック

シーク

アームが動くことにより、ヘッドは内周・外周を行き来しています。データ読み書きをする場合は、まず目的のトラックへ移動します。

サーチ

それぞれのトラックにセクタと呼ばれる 最小の単位である区画があります。ヘッドは、トラック上の目的のセクタが ヘッドの下まで回って来るまで待機します。

データ転送

セクタに書き込まれている必要なデータを読み込んだり、書き込みを行います。ハードディスクは こうした動きを何度も繰り返しています。

セクタ

ハードディスクの最小の区画が、セクタです。円を区切ると扇形になることから セクタといいます。

セクタにどれくらいの情報が書き込めるかを表すサイズを、セクタサイズといいます。

以前は512バイトでしたが、近年のハードディスクは、4Kバイト(4096バイト)が多くなっています。4Kセクタともいいます。それだけ多くの情報が書き込めるようになり、プラッタの高密度化と並びハードディスクの大容量化が進んだ要因となっています。

正常に読み書きができなくなったセクタを、不良セクタといいます。

ハードディスクの寿命は、不良セクタの数や、物理的なハードディスクの故障によって決まります。使用しているうちに不良セクタが増加したり、熱や衝撃あるいは経年の劣化でハードディスクが故障することもあります。

パーティション

ハードディスクは、パーティションで区切られていることがあります。

例えば コンピューターを開いて CドライブとDドライブがあるとします。このような場合、大抵 1つの物理的なハードディスクがパーティションによって区切られて 2つのドライブに分けられています。

このように物理的には存在しないものの、OS上で仮想的に存在するドライブを論理的なドライブともいいます。

ただ一部のパソコンでは、SSDとハードディスク、あるいはハードディスクを2つ以上内蔵しているものがあり、Cドライブ、Dドライブが論理的なドライブではなく 別々のドライブになっていることもあります。

内蔵されているハードディスクの台数やパーティションの構成は、ディスクの管理から知ることができます。

断片化

データやアプリケーションが、連続したセクタではなく、別々のトラックのセクタ上に断片化して書き込まれていることを、ファイルの断片化、フラグメンテーションといいます。

パソコンを使用する期間が長くなればなるほど、断片化は起きやすくなります。

読み込むデータが連続したセクタにあるなら、ヘッドの動きは少なくて済みます。一方、不連続なセクタに書き込まれていると、読み込むためにヘッドは何度も動かなくてはなりません。

ファイルの断片化が進むと動作が遅くなる、シーク音が目立つということが起きやすくなります。このような断片化を解消するものとして、デフラグという作業があります。

外付けハードディスク

パソコンに内蔵されているハードディスクは、内蔵ハードディスクといい、USBなどで接続して使うハードディスクを 外付けハードディスクといいます。主にバックアップ用途として使われます。

内蔵のハードディスクと同じハードディスクであり、3.5インチのハードディスクか2.5インチのハードディスクが使われています。

外付けハードディスク消費電力が異なることから、概ね 3.5インチタイプのものは、電源を直接コンセントからとる セルフパワー、2.5インチタイプのものは、USBから電源をとる バスパワーで動作します。

2.5インチタイプは 持ち運びで使うこともあることから、ポータブルディスクともいいます。


USB接続以外では、ネットワークで複数のパソコンからアクセスできるネットワークディスクがあります。ネットワークディスクでは、主に3.5インチのハードディスクが使われています。