Жёсткий диск, также накопитель на жёстких магнитных ди́сках (НЖМД, ; ) — запоминающее устройство (устройство хранения информации, накопитель) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров, хотя в современных ноутбуках и неттопах, например, часто используются только SSD форм-фактора M.2 — NVMe и/или SATA M.2.
В отличие от гибкого диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) , покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего диоксида хрома, магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.
Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации, хотя существовали и жёсткие диски со сменными пакетами пластин, заключёнными в картриджи — таковыми были, например, системы Jaz и Rev от Iomega, не нашедшие популярности из-за дороговизны и низкой надёжности, при этом быстроходный синхронный двигатель, похожий на двигатель в обычном жёстком диске, блок головок с приводом и электроника являлись частью дисковода, а картриджи предполагалось использовать аналогично обычным дискетам.
Со второй половины 2000-х годов получили распространение более производительные твердотельные накопители, вытесняющие дисковые накопители из ряда применений несмотря на более высокую стоимость единицы хранения; жёсткие диски при этом, по состоянию на середину 2010-х годов, получили широкое распространение как недорогие и высокоёмкие устройства хранения как в потребительском сегменте, так и корпоративном.
Жёсткие диски оставались популярны в течение первого десятилетия XXI века, поскольку достойной замены им на тот момент не существовало: твердотельные накопители (SSD) тогда только развивались и потому стоили дорого, вмещая при этом совсем небольшие объёмы данных. В начале 2021 года продажи SSD в штучном выражении превышали HDD в соотношении 3:2 (99 млн против 64 млн.), тем не менее, по рынку объёма хранимой памяти, HDD сохраняют лидерство в соотношении 4,5:1 (288,3 ЭБ против 61,5 ЭБ у SSD). В начале 2022-х продолжающийся рост популярности SSD как более надёжных и быстрых накопителей привёл к тому, что поставки жёстких дисков в общемировом объёме упали на 15 % (по отношению к 2021 году)Мир объявил бойкот жестким дискам. Поставки HDD катастрофически обрушились // CNews, 17 Августа 2022.
История 1956 год — первый жёсткий диск в составе первого серийного компьютера , его разработала команда специалистов под руководством Рейнолда Джонсона. Накопитель занимал ящик размером с большой холодильник и имел вес 971 кг, а общий объём памяти 50 вращавшихся в нём покрытых чистым железом тонких дисков диаметром 610 мм составлял около 5 млн 6-битных слов (3,5 МБ в пересчёте на 8-битные слова — байты). Новый компьютер представили 14 сентябряMagnetic Materials: Fundamentals and Applications. / Nicola A. Spaldin. Cambridge University Press, 2010. P. 177. ISBN 1-139-49155-5. (по другим данным, 13)Karl Paulsen. Video recording, Servers, and Storage. National Association of Broadcasters Engineering Handbook. Routledge, 2017. P. 690. ISBN 1-317-39630-8.. 1961 год — в жёстком диске головки чтения/записи впервые были установлены для каждого диска; 28 МБ. 1973 год — в жёстком диске , названном Winchester, впервые были применены лёгкие головки чтения/записи, парящие над вращающимся диском под действием аэродинамических сил, что позволило значительно уменьшить воздушный зазор между диском и головкой. Также впервые пластины и головки были упакованы в гермокамеры, что исключило внешние воздействия на механизм; 30 МБ. 1979 год — в жёстком диске впервые магнитные головки были изготовлены по тонкоплёночной технологии, разрабатываемой с конца 1960-х годов. Благодаря этому плотность записи увеличилась до 7,53 Мбит на дюйм. Тонкоплёночные головки чтения/записи производились до 1991 года, после чего их заменили магниторезистивные головки. 1980 год — первый 5,25-дюймовый Winchester, Shugart ST-506; 5 МБ (промышленные накопители IBM достигали ёмкости в 1 ГБ). Жёсткие диски типоразмера 5,25" производились до 1998 года. 1981 год — 5,25-дюймовый Shugart ST-412; 10 МБ. 1983 год — первый 3,5-дюймовый жёсткий диск, выпущенный небольшой шотландской компанией ; 10 МБ. Данный форм-фактор был запатентован Rodime как собственное изобретение. 1985 год — стандарт ESDI, доработанный стандарт ST-412. 1986 год — стандарты SCSI, ATA (IDE). 1990 год — максимальная ёмкость 320 МБ. 1991 год — IBM выпускает первый 2,5-дюймовый жёсткий диск Tamba-1 ёмкостью 63 МБ и весом чуть более 200 грамм. 1992 год — первый жёсткий диск со скоростью вращения шпинделя 7200 об./мин.; 2,1 ГБ. 1995 год — максимальная ёмкость 2 ГБ. 1996 год — первый жёсткий диск со скоростью вращения шпинделя 10 000 об./мин., Seagate Cheetah. 1996 год — максимальная ёмкость Seagate Elite 23 ГБ. 1998 год — стандарты и ATAPI. 1999 год — IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 МБ. 2000 год — IBM выпускает Microdrive ёмкостью 500 МБ и 1 ГБ. В этом же году появились первые жёсткие диски со скоростью вращения шпинделя 15 000 оборотов в минуту, выпущенные Seagate и IBM. На этом гонка скоростей вращения прекратилась. 2001 год — Компанией Maxtor выпущен «DiamondMax D536X» — первый стандартный 3,5-дюймовый жёсткий диск с ёмкостью 100 ГБ. 2002 год — стандарт ATA/ATAPI-6 и накопители ёмкостью 137 ГБ. 2003 год — стандарт SATA. 2003 год — Hitachi выпускает Microdrive ёмкостью 2 ГБ. 2004 год — Seagate выпускает ST1 — аналог Microdrive ёмкостью 2,5 и 5 ГБ. 2005 год — Компанией Hitachi (HGST) выпущен «Hitachi Deskstar 7K500» — первый 3,5-дюймовый стандартный жёсткий диск с ёмкостью 500 ГБ. 2005 год — стандарты SATA II (Serial ATA 3G) и SAS (Serial Attached SCSI). 2005 год — Seagate выпускает — аналог Microdrive ёмкостью 8 ГБ. 2006 год — применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях. 2006 год — появление первых «гибридных» жёстких дисков, содержащих блок флеш-памяти. 2006 год — Seagate выпускает ST1 — аналог Microdrive ёмкостью 12 ГБ. 2007 год — Hitachi представляет первый коммерческий 3,5-дюймовый накопитель «Hitachi Deskstar 7K1000» ёмкостью 1 ТБ. 2009 год — на основе 500-гигабайтных пластин Western Digital, затем Seagate выпустили модели ёмкостью 2 ТБВыпущен двухтерабайтный винчестер Лента.ру. 2009 год — Samsung выпустила первые жёсткие диски с интерфейсом USB 2.0Samsung: 1.8" Spinpoint N3U HDD With Native USB . 2009 год — Western Digital объявила о создании 2,5-дюймовых HDD объёмом 1 ТБ (плотность записи — 333 ГБ на одной пластине)Western Digital Releases 1TB 2.5-inch Laptop Hard Drive. 2009 год — появление стандарта SATA III (SATA 6G). 2010 год — Seagate выпускает жёсткий диск объёмом 3 ТБ. 2010 год — Samsung выпускает жёсткий диск с пластинами, у которых плотность записи — 667 ГБ на одной пластине // Ф-Центр — Новости Hardware / . 2011 год — Western Digital выпустила первый диск на 750-гигабайтных пластинах. 2011 год — Hitachi и Seagate выпустили диски на 1-терабайтных пластинахжурнал «Компьютерная газета Хард Софт» 7/2013, стр.15. 2011 год — Seagate представила первый в мире 3,5-дюймовый диск объёмом 4 ТБ. 2013 год — Western Digital выпускает диск на 6 ТБ с 7 пластинами вместо 5Digital enlists helium for 6TB energy-efficient drives. 2014 год — в конце 2014 г. Seagate выпускает первый в мире жёсткий диск ёмкостью 8 ТБВыпущен самый большой в мире жесткий диск // CNews, 27 Августа 2014; Western Digital выпускает модель «Ultrastar He10» — первый в мире диск ёмкостью 10 ТБ с гелием вместо воздуха внутри корпуса, он имеет 7 пластин. 2017 год — Toshiba выпустила диск MG07ACA, ёмкость которого составляет 14 ТБ. 2018 год — используя технологию HAMR, Seagate выпустила первый в мире жёсткий диск объёмом 16 ТБ. 2020 год — WDC и Seagate выпускают жёсткие диски объёмом 20 Тбайт. 2022 год — Western Digital выпускают жёсткие диски объёмом 22 Тбайт. 2023 год — Western Digital представила самый быстрый HDD в мире со скоростью чтения/записи 582 Мбайт/с. Используется два независимых блока головок. 2023 год — Seagate начала поставки жёстких дисков ёмкостью более 30 Тбайт с термомагнитной записью. 2025 год — Seagate начала поставки жёстких дисков ёмкостью более 36 Тбайт с пластинами с плотностью записи 6 ТБУстановлен новый рекорд емкости жестких дисков. HDD на 36 ТБ уже в продаже. Опрос — CNews.
Название «винчестер» По одной из версийhttp://www.storagereview.com/guide/histEarly.html Reference Guide — Hard Disk Drives — Early Disk Drives, название «винчестер» () накопитель получил благодаря работавшему в фирме IBM Кеннету Хотону (), руководителю проекта, в результате в 1973 году был выпущен жёсткий диск модели , впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 мегабайт каждый, что по созвучию совпало с обозначением популярного охотничьего оружия — винтовки Winchester Model 1894, использующего винтовочный патрон .30-30 Winchester. Также существует версия, что название произошло исключительно из-за названия патрона, также выпускавшегося Winchester Repeating Arms Company, первого созданного в США боеприпаса для гражданского оружия «малого» калибра на бездымном порохе, который превосходил патроны старых поколений по всем показателям и немедленно завоевал широчайшую популярностьЖёсткий диск или винчестер? .
В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус, а в компьютерном сленге сократилось до слова «винт» (иногда — «винч»Елистратов В. С. Словарь русского арго. — Грамота.ру, 2002.).
Технологии записи данных
Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке за счёт электромагнитной индукции.
С конца 1990-х на рынке устройств хранения информации начали применяться головки на основе эффекта гигантского магнитного сопротивления (ГМС)Nanoelectronics and Photonics, p. 82..С начала 2000-х головки на основе эффекта ГМС стали заменяться на головки на основе туннельного магниторезистивного эффекта (в них изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления в зависимости от изменения напряжённости магнитного поля; подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации, особенно при больших плотностях записи информации). В 2007 году устройства на основе туннельного магниторезистивного эффекта с оксидом магния (эффект открыт в 2005 году) полностью заменили устройства на основе эффекта ГМС.