硬碟（a hard disk drive）
/ HDD /
想像一台老式點唱機或唱片機，只不過在同一根主軸上疊著好幾張閃亮的唱片，全部一起飛快旋轉。一根小小的臂帶著唱針，能擺進任何一條音軌，讀出刻在上面的音樂。硬碟運作的構想一模一樣，只是那些「唱片」是鍍了磁性薄膜的光滑金屬磁片，「音樂」是你以微小磁化點存下的資料，而唱針則是一顆懸浮在表面上方僅一髮之距的讀寫頭。
具體來說，密封外殼裡有一片或多片裝在主軸上、持續旋轉的剛性磁片（常見為每分鐘 5400 或 7200 轉）。每個磁片表面被劃分成一圈圈同心圓，稱為磁軌，每條磁軌又分成一段段小弧形，稱為磁區（傳統上 512 位元組，現在常為 4 KB），磁區是硬碟讀寫的最小單位。每個表面各有一顆讀寫頭，全都裝在同一支會移動的臂上。要讀取某個磁區，硬碟必須依序做三件事：移動臂讓讀寫頭落在正確的磁軌上（搜尋時間）、等旋轉的磁片把想要的磁區轉到讀寫頭下方（旋轉延遲），再趁位元經過時讀出它們（傳輸時間）。因為所有讀寫頭一起移動，在同一個臂位置上、橫跨所有磁片的對應磁軌構成一個垂直集合，稱為磁柱。
為什麼重要：硬碟是機械式的，所以它的速度由實體移動主導，而非電子運作。一次需要長距搜尋加上等半圈旋轉的隨機存取，可能耗時約 10 毫秒——對 CPU 而言宛如永恆。正是這一個事實，造就了磁碟排程演算法（用來減少臂的總移動量）的存在，也讓硬碟上的循序存取遠快於隨機存取，並使得大量的作業系統設計都在設法避免去碰硬碟。沒有活動零件的 SSD 徹底改變了這套盤算。
一顆 7200 RPM 的硬碟每約 8.3 毫秒轉一圈，所以它的平均旋轉延遲（半圈）約為 4.2 毫秒。再加上約 9 毫秒的平均搜尋，一次隨機讀取就要花約 13 毫秒——在這同樣的時間裡，一顆 3 GHz 的 CPU 早已執行了數千萬條指令。
決定硬碟步調的是機械移動，而不是電子運作。
一個常見的誤解是硬碟的容量和速度是綁在一起的。並非如此：一顆巨大的硬碟可能很慢，因為不論它存了多少位元組，隨機存取仍要付出同樣的機械搜尋與旋轉代價。