miniatuur|Een harde schijf van Maxtor. miniatuur|Opengewerkte schijf van Quantum. Een harde schijf (HDD van het Engelse hard disk drive) is een vorm van extern geheugen, een elektromechanisch computeronderdeel waarop gegevens bewaard kunnen worden. Met de aanduiding harde schijf kan men de eigenlijke draaiende schijf bedoelen, waarop in de vorm van magnetische polarisatie de gegevens zijn geschreven, maar meestal bedoelt men het hele apparaat met schijven, lees- en schrijfkoppen en besturingselektronica, samen in een behuizing. In IT-documentatie wordt de term vaste schijf gebruikt, omdat de schijf vast in de computer gemonteerd wordt. De gegevens zijn permanent, in tegenstelling tot het vluchtige random-access memory (RAM), en blijven ook bewaard als de computer uit staat. Een harde schijf is tegenwoordig altijd voorzien van een besturingseenheid, de controller. Dit is een elektronische schakeling die de toegang tot de data op de schijf regelt.
Anno 2018 zijn er wereldwijd slechts drie grote fabrikanten van harde schijven, dit zijn Seagate (40%), Western Digital (37%) en Toshiba (23%).
Geschiedenis miniatuur|De RAMAC buiten zijn behuizing, was de eerste harde schijf, door IBM geproduceerd. thumb|Video van een opengewerkte werkende harde schijf van Western Digital.
Het gebruik van ferromagnetisme voor het opslaan van geluid, de voorloper van de latere magneetbanden, was al uitgevonden in 1898 (telegrafoon); maar pas in 1947 kreeg magnetisch computergeheugen enige aandacht. Een van de eerste voorbeelden was een trommelgeheugen, ontwikkeld aan de Universiteit van Californië te Berkeley. De trommel bestond uit een aluminiumbuis van 20 cm diameter en 50 cm lang, bedekt met een dun laagje ijzeroxide, verticaal gemonteerd en rechtstreeks gekoppeld aan een elektromotor van 3600 omwentelingen per minuut. Langs de cilinder waren 50 lees/schrijfkoppen gemonteerd, wat een totale capaciteit van ongeveer 500.000 bits opleverde., "Hardware Components and Computer Design" in en (reds.), "The First Computers - History and Architectures," MIT Press 2000.
Vanaf de jaren 1950 won de ringkern (een ring van ferriet) de voorkeur als geheugenelement. Wegens de persistentie van ferromagnetisme was er daarbij geen onderscheid tussen intern en secundair computergeheugen. Pas na de beschikbaarheid van goedkope transistoren werd magnetisch geheugen verdrongen naar de rol van secundair, permanent geheugen.
De ontwikkeling van de harde schijf kwam in een stroomversnelling toen IBM in mei 1955 een product aankondigde met de ongehoorde capaciteit van 5 miljoen karakters van 7 bits. Een belangrijk nadeel van dit ontwerp was dat de lees/schrijfkoppen in contact stonden met de schijven, wat zowel de kop als de schijf deed slijten. Reeds tussen 1952 en 1954 was een ingenieursteam onder leiding van R. Johnson tot het besef gekomen dat, mits het juiste ontwerp, de koppen op een afstand van de schijf konden opgehangen worden.Paragraaf 1.2 Historical Development in et al., "Hard Disk Drive Servo Systems," 2de uitgave, Springer 2006.
Op 13 september 1956 introduceerde IBM dan de eerste harde schijf met contactloze koppen: Random Access Method of Accounting and Control. De RAMAC bestond uit 50 gestapelde magnetische schijven met een diameter van 61 cm. Er waren twee speelkoppen. De totale capaciteit van deze schijf was 5 MB.
Sinds de introductie van de RAMAC groeide elk jaar de opslagcapaciteit van harde schijven, terwijl ze steeds kleiner werden.
De prijs van harde schijven is in de loop der jaren drastisch gedaald. Ter illustratie, een advies van het Nederlandse Ministerie van OCW aan de Bibliotheekraad uit 1980 over automatisering van de gegevensopslag noemt een prijs van rond de 200 gulden (ongeveer 90 euro) per megabyte.Automatisering van catalogi en nationale bibliografie, Bibliotheekraad Rijswijk 1980, Eind 2013 kostte een harde schijf van 2 terabyte (2.000.000 megabyte) ongeveer 90 euro.WD harde schijf van 2 terabyte op Tweakers.net, geraadpleegd 27 november 2013
Toepassingen Meestal worden op de harde schijf van een computer het besturingssysteem, de programma's en de gegevens van de gebruiker bewaard. Daarnaast kan een computer de harde schijf tijdelijk als geheugen gebruiken, wanneer er geen RAM meer over is. Linux doet dit door middel van een speciale swap-partitie, terwijl Windows de "pagefile" op de systeemschijf zet (of op een door de gebruiker gedefinieerde partitie). In Windows bestaat eveneens een zogeheten hibernate/hibernation-bestand, dat wordt gebruikt wanneer het systeem in slaapstand gaat. Daarin worden de gegevens opgeslagen die weer gebruikt worden om het systeem snel uit de slaapstand te halen.
Constructie en interface miniatuur|Perpendiculaire (loodrechte) opname. De harde schijf heet hard omdat hij bestaat uit een of meer niet-flexibele ronde platen, in tegenstelling tot de flexibele floppy's die bij oudere minicomputers het enige opslagmedium waren. De platen zijn bedekt met een microndunne magnetiseerbare laag. Deze platen worden platters genoemd. Op een beweegbare arm, de actuator, zitten de lees- en schrijfkoppen. Die arm heeft een spoel die kan bewegen tussen sterke magneten. Door de spoel van meer en minder spanning (positief - negatief) te voorzien kan de arm zeer precies worden gestuurd. De informatie wordt met de koppen op de schijf gezet en weer teruggelezen. Omdat de kop hiervoor moet worden verplaatst en soms moet worden gewacht tot het juiste gedeelte van de schijf onder de kop doordraait, is de harde schijf een aantal ordes van grootte trager dan geheugen in geïntegreerde schakelingen. De opslagcapaciteit van harde schijven is de laatste decennia enorm toegenomen.
Vanwege de geringe omvang van de magnetische gebieden, ontstaat in moderne schijven het gevaar dat de magnetische toestand verloren kan gaan als gevolg van thermische effecten. Dit is een thermisch geïnduceerde magnetische instabiliteit, die bekendstaat als superparamagnetisme. Om dit tegen te gaan, worden de platters bedekt met twee parallelle magnetische lagen, gescheiden door een drieatoomlaag van het niet-magnetische element ruthenium. Daarnaast worden de twee lagen in tegengestelde richting magnetisch gemaakt, zodat een versterkend effect optreedt.American Scientist, Terabyte Territory, 2002. Een andere technologie die wordt gebruikt om thermische effecten tegen te gaan, en een hogere opslagdichtheid te krijgen, is perpendiculaire (loodrechte) opname. Deze technologie werd vanaf 2007 in veel harde schijven gebruikt.
In 2004 werd een nieuw concept geïntroduceerd om de opslagdichtheid verder te verhogen. Hiervoor wordt opnamemateriaal gebruikt dat bestaat uit een combinatie van harde en zachte magnetische lagen.Composiet media voor perpendiculaire magnetische opname, IEEE Trans. Mag. Mat., 2005
Aansluitmethoden miniatuur|90px|IDE-kabel miniatuur|90px|Serial ATA-kabel
De gebruikelijkste manieren om een harde schijf in een computer aan te sluiten zijn: ST-506, interface in de IBM PC XT en AT, hiervoor is een aparte harddiskcontrollerkaart nodig. Tot midden jaren 1990 in gebruik. Integrated Drive Electronics (IDE) of Parallel ATA (PATA). Dit is een verouderde standaard die tot 2004 werd gebruikt. Serial ATA (SATA). Vanaf 2004 wordt voornamelijk SATA gebruikt. SCSI. Dit is een verouderde standaard voor servers. Serial Attached SCSI (SAS). Dit wordt vanaf 2006 gebruikt in servers en is een verbeterde SCSI.
Harde schijven kunnen ook extern op de computer worden aangesloten. De gebruikte verbindingen zijn: Universal Serial Bus (USB). FireWire-poort (ook wel IEEE 1394 genoemd). Een verouderde standaard en in 2011 opgevolgd door Thunderbolt. iLink. Dit is een propriëtaire interface van Sony en lijkt op Firewire maar is niet daarmee compatibel. eSATA (external Serial ATA). Dit is officieel niet precies hetzelfde als de gewone SATA, maar vaak wordt een gewone interne SATA-poort ook als externe SATA-poort gebruikt. Bij korte kabels geeft dat geen problemen. Network-attached storage (NAS). Een harde schijf (of ook vaak meerdere) in een netwerk. Dat kan ook een draadloze NAS zijn, waarbij de harde schijf via wifi benaderd wordt. Direct-attached storage (DAS). Een direct verbonden externe opslageenheid. Het verschil is dat een DAS niet via een netwerk gegevens uitwisselt, maar een directe verbinding met een computer heeft. Storage area network (SAN) wordt bij grotere systemen toegepast.
Solid state drives (SSD) kunnen ook SATA- en SAS-aansluitingen hebben, maar sinds 2009 worden voor SSD's steeds meer andere aansluitingen ontwikkeld.
Geschiedenis van aansluitmethoden De oorspronkelijke pc heeft geen aansluitingen voor harde schijven. Een ISA-insteekkaart kon worden gebruikt, met daarop de elektronica om de harde schijf te besturen. Die insteekkaart of controller hoort bij een bepaald type harde schijf zoals ST506 of ESDI. Hierbij worden twee flatcables gebruikt; een brede voor de besturing van de harddisk en een smalle voor de data-overdracht.
Korte tijd bestonden er ISA-insteekkaarten met daarop een kleine harde schijf gemonteerd. De zogenoemde harde kaart.
Als vervolg op de ST506 kwam de IDE-aansluiting. De IDE-aansluiting was lange tijd de standaard en maakte een einde aan de onduidelijkheden. Een enkele flatcable werd gebruikt voor de gegevensoverdracht, en een stekker met +5 V en +12 V zorgde voor de voeding. Bij een IDE-aansluiting konden op de brede kabel twee schijven worden aangesloten, een met het besturingsprogramma (Master), en een als Slave. Jumpers, kleine doorverbinders aan de achterzijde van de harddisk, gaven aan of de schijf dienstdeed als alleen master, master met slave present, single of master en cable select.
Omdat de IDE-verbinding voor servers traag was, werd in servers vaak SCSI gebruikt als verbinding.
Om de snelheid van data-overdracht te vergroten, werd SATA ontwikkeld. Bij de SATA-aansluiting hoeft geen master of slave ingesteld te worden. Toch kan in het BIOS een harde schijf nog steeds als master of als slave gezet worden, om compatibel te zijn met de software. Sommige desktop-computers hebben een slede voor een harde schijf. De verbinding is dan vaak een SATA-verbinding. Het voordeel daarvan is, dat gebruikers gemakkelijk van harde schijf kunnen wisselen, zonder de computerkast te hoeven openen.
In servers werd niet overgestapt naar SATA, maar werd de oude SCSI verbeterd en ook serieel gemaakt. Zo ontstond SAS. Er zijn wel uitzonderingen: Dell heeft servers die wel SATA ondersteunen. Hierbij is bijvoorbeeld te denken aan de Dell PowerEdge-servers (zoals de R200-serie).
Voor servers bestaan er verschillende systemen om meerdere harde schijven in rekken te plaatsen.
In 2009 waren er al harde schijven met een optische interface via een glasvezel, maar het is niet duidelijk of dat een standaard zal worden.
Memory in chip Fabrikanten van harde schijven slaan vaak gegevens over mechanische problemen van de harde schijf op in een electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) in de controller. Om dergelijke gegevens op te vragen is een standaard ontwikkeld die S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Reporting Technology) heet. Als gegevens nog leesbaar zijn, maar minder betrouwbaar, dan kan via S.M.A.R.T. een waarschuwing gegeven worden dat de harde schijf binnenkort stuk zou kunnen gaan.
Ook kunnen gegevens zijn opgeslagen zoals de maximale temperatuur die de schijf ooit heeft gehad.
Indeling op harddisk miniatuur|Diagram van een harde schijf. Een harde schijf is in de fabriek geformatteerd (het zogenoemde low-level format) en is verdeeld in cilinders of tracks en sectoren. De gebruikersgegevens worden opgeslagen als een lange rij bits. De mappenstructuur van de schijf wordt bepaald door het bestandssysteem dat de conversie tussen mappen en bestanden enerzijds en bits anderzijds verzorgt.