データの長期保存・書き込み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。

パソコンに内蔵されている記憶部品になります。別名:HDD。データを保管するストレージとしての役割があることから、内蔵ストレージともいいます。

パソコン以外でもネットワークディスク、サーバー、家電のHDDレーコダー、ゲーム機などで使われています。

コンピューターでは 補助記憶を担当します。

パソコンを動かすうえで欠かせないOS(Windows)、ワード・エクセルなどの各種ソフト、ユーザーが作成したデータなどすべてが格納されています。

容量の確認

コンピュータを開きます。

マイコンピュータ

四角の箱のような表示が、ハードディスクです。ローカルディスク(C:)、ボリューム(D:)など。Windowsがインストールされているハードディスクは Cドライブです。システムドライブともいいます。

ハードディスク

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アイコン上で右クリック

ハードディスクの使用領域、空き領域がどのくらいあるのか分かります。

使用領域と空き領域

大きさ・規格

ハードディスクは大きさとして、3.5インチ2.5インチ、1.8インチがあり、接続のタイプとしては IDE接続SATA接続(シリアルATA)などがあります。

IDEは古い規格であり、近年のハードディスクはSATAが使われています。

パソコンに内蔵されているハードディスク。左からデスクトップ用 3.5インチHDD、ノートパソコン用 2.5インチHDD、モバイルノートパソコンで主に使用される1.8インチHDD。

内蔵ハードディスク

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。

2.5インチ SATA

3.5インチ SATA ハードディスク。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

3.5インチ用、2.5インチ用のSATAケーブル。金属のラッチ(固定金具)がついたタイプもあります。

SATAケーブル

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。

コンピューター上では、ハードディスク上のプログラムやデータが メモリーに読み込まれ、CPUによって処理されます。

「名前を付けて保存」などとしたときに、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になります。

仕組み

ハードディスクはパソコンの他の部品に比べると精密に作られています。

内部磁気ディスク、アーム、磁気ヘッド、スピンドルモーターなどの部品で構成されています。

ハードディスクの3.5インチや2.5インチというのは磁気ディスクの直径の長さを表しています。


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)

磁気ディスクはプラッタともよばれ高速に回転します。


ヘッドと磁気ディスク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。ヘッドはディスクの回転の空気流でわずかに浮上します。

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。5400回転はノートパソコンの2.5インチ ハードディスクでよく使用されます。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。

プラッタ数

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枚入っています。

プラッタ磁気ディスク、プラッタ。

ここでは3枚のプラッタが見えます。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。


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。

容量は 年々増加しており、システム用として500GB~1TB、データ用として1TB~4TBのものがよく使われています。8TBや16TBのハードディスクも登場しています。

近年は、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。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。

図では水色部分がトラック。

ヘッドと磁気ディスク

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。

シーク

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

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、ハードディスクの大容量化が進んだということになります。

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。

キャッシュ

CPUにキャッシュメモリーがあるように、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ーがあります。

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、ハードディスクに付いているメモリーで、容量は 16MB、32MB、64MB、128MBなどがあります。

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。

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よくあります。

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。これを 論理ドライブともいいます。

ただ一部のパソコンでは、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ドライブが論理ドライブではなく 別々のハードディスク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は何台か?パーティションの構成はどのようになっているか?は、ディスクの管理から知ることができます。

ファイルの断片化

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バラバラ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、別々のトラックの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のはこうした理由です。

フラグメンテーションを解消する作業を、デフラグメンテーション、デフラグといいます。

シーケンシャルアクセスとランダムアクセス

ハードディスクの連続した領域・セクタに対する読み書きを、シーケンシャルアクセス、ランダムな領域・セクタに対する読み書きをランダムアクセスといいます。

性能を調べるベンチマークソフトなどでよく出てくる言葉です。

シーケンシャルアクセスとランダムアクセス

(図:ランダムアクセスの領域・セクタは、実際は分散しています。)

ハードディスクの物理的動作、ファイルの断片化ということからも分かるように、連続した領域とランダムな領域では、読み書きにかかる時間が異なります。

一般的にハードディスクは、シーケンシャルアクセスが速く、ランダムアクセスはやや遅くなります。

近年普及しているSSDは、ランダムアクセスも速いのが特徴です。

メンテナンス

ハードディスクは使用すればするほど、不要なファイルが蓄積したり、断片化が進んだり、時にはファイルの読み書きが正常にできないなどの論理障害も起こります。

ハードディスクのメンテナンスとして、Windowsにはディスククリーンアップ、チェックディスク、ディスクデフラグの3つが用意されています。

ディスククリーンアップは、不要なファイルを削除してハードディスクの空き領域を増やす作業、チェックディスクは不良セクタなどによって起きる問題を修復する作業、デフラグは、フラグメンテーションを解消する作業です。

寿命

ハードディスクの寿命は平均すると4年~5年といわれています。

メーカーやモデル、用途や使い方も様々なので個体差があるのが特徴です。10年使用できているものもあれば、1年未満に壊れるということもあります。

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壊れます。

ハードディスクが壊れても、必ずしもパソコンそのものが壊れたというわけではありません。新しいハードディスクに交換して使用できることもあります。

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。

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いうこともあります。

USB接続以外では、ネットワークでどのパソコンからもアクセスできるネットワークディスクでもハードディスクが用いられています。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。