HDDとは何ですか？

HDD（ハードディスクドライブ）は、磁気フィルムで覆われた固体のプラッターを使用してデータを保存するストレージデバイスです。この名称の「ハードディスク」という部分は、この構造に由来しています。これらのストレージデバイスは1950年代からコンピュータで使用されてきました。現在も使用されていますが、消費者のデバイスでは過去数十年と比べてはるかに小規模な用途に限定されています。これは、より高速な代替技術としてソリッドステートドライブ（SSD）が普及したためです。

ハードディスクは非揮発性デバイスであり、電源が切れていてもデータを保存できます。これは、PCメモリ（DRAM）のような揮発性デバイスとは対照的で、DRAMはデータを保存するために電源が必要です。

HDDの主要な構成要素は、データが記録された磁気フィルムで覆われた金属またはセラミック製のプラッタと、プラッタの表面上を浮遊し、ホストシステムとの間でデータをやり取りする読み書きヘッドです。これらの読み書きヘッドはハードドライブのすべてのプラッタ表面で使用されるため、通常はプラッタの両面に配置されています。したがって、10プラッタのドライブの場合、通常は20個の読み書きヘッドが搭載されています。これらの小さな読み書きヘッドは、ドライブのベース部分からプラッタの上に伸びるアクチュエーターアームに固定されており、小さなモーターがその動作を制御しています。磁気化されたプラッターは、データを保存できるため「メディア」と呼ばれます。

ハードディスクドライブ（HDD）の最大の利点は、非常に低コストで大量のデータを保存できる点です。この特性により、過去60年以上にわたりコンピュータの事実上の標準的なストレージ方式として普及してきました。現在でも世界中で広く使用されていますが、特にデータセンターやサーバーなどのエンタープライズ環境において、ソリッドステートドライブ（SSD）と比べて非常に低コストで大量のデータを保存できるため、その利用がますます拡大しています。

ホストシステムからデータが要求されると（例えば、ユーザーがフォルダーに移動してファイルやフォルダーをダブルクリックする場合など）、読み取り/書き込みヘッドを備えたアクチュエーターアームが、その特定のデータが格納されている回転するプラッターの上部に移動し、ドライブによってその小さなデータが読み取られ、ホストシステムに送信されます。

データがドライブに書き込まれる際、プロセスは逆になります。アームが空の領域に移動し、読み取り/書き込みヘッドがディスクに新しいデータを追加するか、削除がマークされたデータを上書きします。

プラッタ上のデータは「ビット」と呼ばれる単位で保存されています。このビットは、マイクロスコピックな米粒のような形状をしています。読み書きヘッドは、プラッタ上のビットと磁場を発生させ、ビットの一端を北極、もう一端を南極として磁極を配置します。この磁極の向きが、ディスク上の各ビットの二進状態を表しています。読み書きヘッドは、ビットの磁場を検出し、使用可能なデータに変換します。データが書き込まれる際、読み書きヘッドはディスクの特定の領域を磁化させ、ビットを上下の状態に反転させます。これにより、すべてのデータの二進数の基盤が形成されます。

ビットはハードドライブ上のデータの基本単位です。8ビットで1バイトを構成し、1,000バイトで1キロバイト、1,000キロバイトで1メガバイト、1,000メガバイトで1ギガバイトとなり、この単位の組み合わせでギガバイト、テラバイト、ペタバイトと続きます。これらを総称して、ハードドライブの総容量を測定する単位となり、現在ではテラバイト単位で表されます。

ハードディスクは、ソリッドステートドライブ（SSD）の登場により、消費者向けデバイスでの人気が低下しています。SSDは名前の通り、可動部品を一切含まないためです。この可動部品の absence により、回転するプラッタを備えたドライブよりもはるかに高速です。読み書きヘッドが位置に到達するのを待つ必要がなく、ヘッドの再配置に要する「シーク時間」も、可動部品がないため存在しません。

ハードドライブの設計上存在するほとんどのパフォーマンスのボトルネックはSSDには存在しないため、SSDはHDDよりもはるかに高速であり、また、読み書きヘッドがプラッターに衝突する「クラッシュ」の心配がないため、はるかに信頼性が高いです。一方、SSDはHDDに比べて依然としてはるかに高価であるため、データセンターやサーバーでは、SSDで大量のデータを保存することはコスト面で現実的ではないため、依然としてHDDに依存しています。

SSDの多様な利点により、現在では消費者向けデバイスでハードディスクがほとんど使用されなくなっていますが、それでもハードディスクは現代工学の驚異的な成果です。例えば、読み書きヘッドは回転するプラッタの上を浮遊し、決して触れることなく、ディスク上のデータを操作できるほど近づく必要があります。そのため、ヘッドとプラッタの間の距離はおよそ3～5ナノメートルで、人間の指紋の厚さと同じくらい薄く、人間のDNAの鎖を数本重ねた高さにも相当します。参考までに、人間の髪の毛の太さは80,000ナノメートルです。

さらに驚くべきことは、プラッタの回転がヘッドがプラッタの上を「浮遊」するための気流を生み出している点です。この気流により、ヘッドはプラッタの直下で発生する乱流にもかかわらず、信じられないほど小さな距離で浮遊することが可能です。この乱流は、通常分速7,200回転（秒間120回転）の速度で回転するディスクによって引き起こされています。

現代のハードドライブは比較的遅い性能ですが、その設計と精密さは、私たちのような技術オタク（そしてもしかしたらあなたも）にとって、息をのむほど驚異的です。