硬碟驅動器（，縮寫：），簡稱硬碟或硬驅，又稱 機械硬碟 或 傳統硬碟，是電腦上使用堅硬的旋轉磁性碟片為基礎的非依電性儲存器，它在平整的磁性表面儲存和檢索數字資料，資料透過離磁性表面很近的磁頭由電磁流來改變極性的方式被寫入到磁碟上，資料可以透過碟片被讀取，原理是磁頭經過碟片的上方時碟片本身的磁場導致讀取線圈中電氣訊號改變。硬碟的讀寫是採用半隨機存取的方式，可以以任意順序讀取硬碟中的資料，但讀取不同位置的資料速度不相同。硬碟包括一至數片高速轉動的碟片以及放在執行器懸臂上的磁頭。 早期的硬碟儲存介質是可替換的，不過現在硬碟的儲存介質一般不能更換，碟片與磁頭是一起被密封在硬碟驅動器內。硬碟有一個有著過濾措施的氣孔，用來平衡工作時產生的熱量導致的硬碟內外的氣壓差。 硬碟是由 IBM 在 1956 年開始使用，在 1960 年代初成為通用式電腦中主要的，隨著技術的進步，硬碟也成為伺服器及個人電腦的主要元件。 介面 資料介面 thumb 硬碟讀取狀態 硬碟按資料介面不同，大致分為 ATA（又稱 IDE）和 SATA 以及 SCSI 和 SAS。介面速度不是實際硬碟資料傳輸的速度，目前普通硬碟的實際資料傳輸速度一般不超過 300MBs。 ATA 全稱 Advanced Technology Attachment，是用傳統的 40pin 並口資料線連線主機板與硬碟的，介面速度最大為 133MBs，因為並口線的抗干擾性太差，且排線佔用空間較大，不利電腦內部散熱，已被 SATA 所取代。 SATA 全稱 Serial ATA，也就是使用序列埠的 ATA 介面，特點是抗干擾性強，對資料線的要求比 ATA 低很多，且支援熱插拔等功能。SATAII 的介面速度為 300MiBs，而新的 SATAIII 標準可達到 600MiBs 的傳輸速度。SATA 的資料線也比 ATA 的細得多，有利於機箱內的空氣流通，整理線材也比較方便。 SCSI 全稱 Small Computer System Interface（zhhans 小型機系統介面；zhtw 小型電腦系統介面），經歷多代的發展，從早期的 SCSIII，到目前的 Ultra320 SCSI 以及 FiberChannel（光纖通道），介面型式也多種多樣。SCSI 硬碟廣為工作站級個人電腦以及伺服器所使用，因此會使用較為先進的技術，如碟片轉速 15000rpm 的高轉速，且資料傳輸時 CPU 佔用率較低，但是單價也比相同容量的 ATA 及 SATA 硬碟更加昂貴。 SAS 全稱 Serial Attached SCSI，是新一代的 SCSI 技術，可相容 SATA 硬碟，同樣支援熱插拔，採用序列式技術以獲得更高的傳輸速度，可達到 12Gbs，碟片轉速也較快。而較小的連線線，可改善系統內部空間空氣流通。通常應用於伺服器等企業級產品。 此外，由於 SAS 硬碟可以與 SATA 硬碟共享同樣的背板，因此在同一個 SAS 儲存系統中，可以用 SATA 硬碟來取代部分昂貴的 SAS 硬碟，節省整體的儲存成本。但 SATA 儲存系統並不能連線 SAS 硬碟。 FC 全稱 Fibre Channel（光纖通道介面），擁有此介面的硬碟在使用光纖聯接時具有熱插拔性、高速頻寬（4Gbs 或 8Gbs 或 16Gbs）、遠端連線等特點；內部傳輸速率也比普通硬碟更高。但其價格高昂，因此 FC 介面通常只用於高階伺服器領域。 電源介面 35 寸桌上型電腦硬碟：ATA 介面的硬碟一般使用 D 形 4 針電源介面（俗稱 大 4pin），由 Molex 公司設計並持有專利；SATA 硬碟則使用 SATA 電源線。 25 寸的筆記型電腦硬碟，可直接由 zhhans 資料口；zhtw 資料介面 供電，不需要額外的電源介面。在插上外接的行動式硬碟盒之後，由計算機外部的 USB 介面提供電力來源，而單個 USB 介面供電約為 45V 500mA，若行動硬碟盒用電需求較高，有時需要接上兩個 USB 接口才能使用，否則，需要外接電源供電。但如今多數新型硬碟盒（使用 25 寸或以下硬碟）已可方便地使用單個 USB 口供電。 結構 物理結構 硬碟的物理結構一般由磁頭與碟片、電動機、主控晶片與排線等部件組成；當主電動機帶動碟片旋轉時，副電動機帶動一組（磁頭）到相對應的碟片上並確定讀取正面還是反面的碟面，磁頭懸浮在碟面上畫出一個與碟片同心的圓形軌道（磁軌或稱柱面），這時由磁頭的磁感線圈感應碟面上的磁性與使用硬碟廠商指定的讀取時間或資料間隔定位扇區，從而得到該扇區的資料內容； 磁軌 當磁碟旋轉時，磁頭若保持在一個位置上，則每個磁頭都會在磁碟表面劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁軌（Track）。資料儲存手段從 LMR 進展到 PMR 這中又有 CMR、SMR 等技術。 柱面 在有多個碟片構成的盤組中，由不同碟片的面，但處於同一半徑圓的多個磁軌組成的一個圓柱面（Cylinder）。 磁區 磁碟上的每個磁軌被等分為若干個弧段，這些弧段便是硬碟的磁區（Sector）。硬碟的第一個磁區，叫做 zhhans 引導扇區；zhhant 開機磁區。 避免故障 硬碟碟片轉速極快，與碟片的距離極小；因此硬碟內部是無塵狀態，硬碟有過濾器過濾進入硬碟的空氣。為了避免磁頭碰撞碟片，廠商設計出各種保護方法；目前硬碟對於地震有很好的防護力（1990 年代的一些硬碟，若在使用中碰到略大的地震，就很可能損壞），防摔能力也大幅進步，電源關閉及遇到較大震動時磁頭會立刻移到安全區（近期的硬碟也開始防範突然斷電的情況）；而許多筆記型電腦廠商也開發出各種筆記型電腦結構來加強硬碟的防摔性。但硬碟在通電時耐摔度會降低（旋轉逆動性）、也只能溫和的移動，許多人也已經養成在關閉硬碟後 30 秒至一分鐘內、不會移動硬碟（及筆記型電腦）的習慣。 2010 年後氦氣封裝技術量產，以往的硬碟填充介質為空氣，不過容易受到空氣影響，因此碟片之間距離不能進一步縮小，而氦氣的密度比起空氣小上許多，而且性質穩定，使用它來當介質，使盤體和磁頭的阻力和震動相對變小，因此碟片之間的距離能進一步縮小，所以同樣的空間下能夠裝下更多的碟片，採用氦氣封裝的好處除了容量變大外，溫度和耗電能夠再降低，因此耐用度和穩定效能夠再提升。但如果內部氣體發生洩漏，會導致磁碟更容易地損壞和難以常規性的修復（非原廠的資料恢復無法提供氦氣的重新封裝及元件修復）。 邏輯結構 作業系統對硬碟進行讀寫時需要用到檔案系統把硬碟的扇區組合成簇，並建立檔案和樹形目錄制度，使作業系統對其存取和查詢變得容易，這是因為作業系統直接對數目眾多的扇區進行定址會十分麻煩。 MBR 和 GPT 主開機紀錄（Master Boot Record，縮寫：MBR），又叫做主引導磁區，是電腦開機後存取硬碟時所必須要讀取的首個磁區，主引導磁區記錄著硬碟本身的相關訊息以及硬碟各個分割的大小及位置訊息，是資料訊息的重要入口。如果它受到破壞，硬碟上的基本資料結構訊息將會遺失，需要用繁瑣的方式試探性的重建資料結構訊息後才可能重新存取原先的資料，對於那些磁區為 512 位元組的磁碟，MBR 分割表不支援容量大於 22TB（221012 位元組）的磁區。 全域性唯一標識分割槽表（GUID Partition Table，縮寫：GPT）是一個實體硬碟的分割槽表的結構佈局的標準。它是可擴充套件韌體介面（EFI）標準（被 Intel 用於替代個人計算機的 BIOS）的一部分。GPT 分配 64bits 給邏輯塊地址，因而使得最大分割槽大小為 2641 個扇區。對於每個扇區大小為 512 位元組的磁碟，相當於 94ZB（94 x 1021 位元組）或 8 ZiB512 位元組（9444732965739290426880 位元組或 18446744073709551615（2641）個扇區 x 512（29）位元組每扇區）。 尺寸 硬碟機的尺寸和用途可分為： 085 英寸，多用於手機等便攜裝置中，目前已停產。 1 英寸（微型硬碟，MicroDrive），多用於數碼相機（CF type II 介面），目前已停產。 18 英寸，多用於筆記型電腦及外接硬碟盒中，目前已停產。 25 英寸，多用於筆記型電腦及外接硬碟盒中。採用 25 寸硬碟的外接硬碟盒一般不需外接電源。 35 英寸，多用於桌上型電腦中。但採用 35 硬碟的外接硬碟盒一般都需外接電源，因為耗電量超過 USB 的供電上限，且 35 寸硬碟需要 12v 電壓。 525 英寸，多為早期桌上型電腦使用，已停產。 105 英寸。 14 英寸，如 NEC DKU800。 主要引數 除了介面和尺寸以外，硬碟還有以下引數： 容量 硬碟最主要的引數，目前硬碟的容量有 36GB、40GB、45GB、60GB、75GB、80GB、120GB、150GB、160GB、200GB、250GB、256GB、300GB、320GB、400GB、500GB、640GB、750GB、1TB、15TB、2TB、25TB、3TB、4TB、5TB、6TB、8TB、10TB、12TB、14TB、16TB、18TB、22TB 等多種規格，但會有計算誤差，詳見檔案大小轉換。 轉速 硬碟每分鐘旋轉的圈數，單位是 rpm（Revolutions Per Minute，每分鐘的轉動數），有 4200rpm、5400rpm、5900rpm、7200rpm、10000rpm、15000rpm、18000rpm 等規格。一般來講轉速愈高通常資料傳輸速率愈好，但同時噪音、耗電量和發熱量也越高。 快取 主要有 2MB、8MB、16MB、32MB、64MB、128MB、256MB 等規格。 平均尋道時間 單位是 ms（毫秒），有 52ms、85ms、89ms、12ms 等。 內部傳輸速度 包括磁頭把資料從碟片讀入快取的速度，以及磁頭把資料從快取寫入碟片的速度。可用來評價硬碟的讀寫速度和整體效能。 除此之外還有電壓、電流等引數。固態硬碟還有主控、顆粒型別（SLC、MLC、TLC、QLC）等引數。 機械硬盤裡一般 35 寸硬碟需要 5V 和 12V 電壓，25 寸硬碟只需 5V 電壓，但因為有機械結構，因此功耗通常比固態硬碟要高；固態硬碟的電壓一般則為 5V 或 33V，同時固態硬碟功耗通常較低（功耗 25W 左右，電流 500mA 左右），相比機械硬碟更節能。 發展史 時間 發展內容 1956 年 IBM 的是現代硬碟的雛形，它相當於兩個冰箱的體積，不過其儲存容量只有 5MB。 1973 年 這一年 IBM 3340 問世，它擁有「溫徹斯特」這個綽號，來源於它的兩個 30MB 儲存單元，恰好是當時出名的「溫徹斯特來福槍」的口徑和填彈量。至此，硬碟的基本架構被確立。 1980 年 兩位前 IBM 員工創立的公司開發出 525 英寸規格的 5MB 硬碟 ST506，這是首款面向桌上型電腦的產品，而該公司正是希捷科技公司（Seagate）。 1980 年代末 IBM 推出 MR（Magneto Resistive 磁阻）技術令磁頭靈敏度大大提升，使碟片的儲存密度較之前的 20Mbpsi（bit 每平方英寸）提高數十倍，該技術為硬碟容量的巨大提升奠定基礎。1991 年，IBM 應用該技術推出首款 35 英寸的 1GB 硬碟。 1970 年到 1991 年 硬碟碟片的儲存密度以每年 2530 的速度增長；從 1991 年開始增長到 60～80；至今，速度提升到 100 甚至是 200。從 1997 年開始的驚人速度提升得益於 IBM 的 GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻）技術，它使磁頭靈敏度進一步提升，進而提高儲存密度。 1993 年 康諾（Conner Peripherals）推出 CP30344 硬碟容量是 340MB。 1995 年 為了配合 Intel 的 LX 晶片組，昆騰與 Intel 攜手發布 UDMA 33 介面 EIDE 標準將原來介面資料傳輸率從 166MBs 提升到 33MBs 同年，希捷開發出液態軸承（FDB，Fluid Dynamic Bearing）馬達。所謂的 FDB 就是指將陀螺儀上的技術引進到硬碟生產中，用厚度相當於頭髮直徑十分之一的油膜取代金屬軸承，減輕硬碟噪音與發熱量。 1996 年 希捷收購康諾（Conner Peripherals）。 1998 年 2 月 UDMA 66 規格面世。 2000 年 10 月 邁拓（Maxtor）收購昆騰。 2003 年 1 月 日立宣佈完成 205 億美元的收購 IBM 硬碟事業部計畫，並成立日立環球儲存科技公司（Hitachi Global Storage Technologies Hitachi GST）。 2005 年 日立環儲和希捷都宣佈將開始大量採用磁碟垂直寫入技術（perpendicular recording），該原理是將平行於碟片的磁場方向改變為垂直（90 度），更充分地利用儲存空間。 2005 年 12 月 21 日 希捷宣佈收購邁拓（Maxtor）。 2007 年 1 月 日立環球儲存科技宣佈將會發售全球首隻 1Terabyte 的硬碟，比原先的預定時間遲了一年多。硬碟的售價為 399 美元，平均每美分可以購得 275MB 硬碟空間。 2011 年 3 月 威騰電子以 43 億美元的價格，收購日立環球儲存科技。 2011 年 4 月 希捷宣佈與三星強化策略夥伴關係，傳統的硬碟逐漸地被固態硬碟所取代。希捷宣佈與三星強化策略夥伴關係。 2011 年 12 月 希捷宣佈收購三星旗下的硬碟業務。 現存主要硬碟製造商 西部資料（Western Digital） 日立環球儲存科技：2011 年被西部資料收購，並改名為昱科環球儲存（HGST）。 IBM：2003 年硬碟部門被日立收購。 希捷（Seagate） 康諾（Conner）：1996 年被希捷收購。 邁拓（Maxtor）：2006 年被希捷收購。 昆騰（Quantum）：2000 年硬碟部門被邁拓收購。 三星電子（Samsung）：2013 年硬碟業務被希捷收購。 東芝（Toshiba） 富士通（Fujitsu）：2009 年 2 月 18 日硬碟部門被東芝收購。 參見 軟盤 光碟 zhhans 磁碟快取；zhtw 磁碟快取（Buffer） 硬碟分割槽 網路硬碟 固態硬碟 硬碟外接座 移動硬碟 PATA SATA 磁頭劃碰 磁碟陣列（RAID） 數位視訊錄影機 zhhans 淨室；zhtw 無塵室 微型硬碟 SMART 註釋 參考資料 外部連結 硬碟的讀寫原理和磁碟碎片的產生 硬碟壞軌的原理 硬碟製造商 Western Digital 威騰電子，提供桌上型電腦及筆記型電腦 IDE 介面硬碟 希捷，提供桌上型電腦及筆記型電腦 IDE 介面硬碟 Toshiba，提供筆記型電腦 IDE 介面硬碟 Category 美國發明 Category 電腦儲存 Category 電腦貯存裝置 Category 硬碟驅動器 Category20 世紀發明