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HDD(ハードディスク・ドライブ)~補助記憶装置

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補助記憶装置(ストレージ)とは~HDDの構造解説

補助記憶装置(ストレージ)とは、情報を長期的に保存するための記憶装置。電源を切っても情報が消えず、大容量をバックアップできる特長を持ちます。ただし、主記憶装置(メインメモリ)よりも動作が遥かに遅い。
主記憶装置は通電しないと情報が消えてしまうため、データ処理時には補助記憶装置から必要な情報を引き出してCPUに橋渡しします。

HDDの構造~磁気ディスクと磁気ヘッドの構成

HDD分解画像
補助記憶装置(ストレージ)の代表格がHDD(ハードディスク・ドライブ)。主に磁気ディスク(プラッタ)と磁気ヘッドから構成される記憶装置です。

HDDの名称
プラッタを回転させるのがスピンドルモーター、磁気ヘッドを動かすのがステッピングモーターです。

磁気ディスク(プラッタ)

磁気ディスクことプラッタともいいますが、磁性体を塗布した円盤で、実際にデータが記録される部品。プラッタとは大皿とか円盤という意味を含んだ単語です。見た目は鏡そのもの。

HDDの磁気ディスクことプラッタ
素材はアルミニウムかガラスであり、硬い素材であることからハードディスクの名前の由来になっています。

HDDの管理アドバイス!プラッタ編~磁気には気をつけよう

プラッタには磁気で記録しているので、電源供給されなくてもデータが保存され続けます。そのかわり、強力な磁気に触れるとデータは消失・損壊します。

HDD選びのポイント!プラッタ編~少ない枚数がお得

できればチェックしたいのがプラッタの枚数。(枚数が公開されているHDD製品があります)。できるだけ少ない枚数がお勧めで、1枚が理想です。枚数が少ないほうが駆動にかかる負担が少なく、発熱しにくい特長があります。また、記録密度が高いと、磁気ヘッドの動く距離が短かくてアクセスが速いです。
HDDの容量拡大には単純にプラッタの枚数を増やした場合と、技術革新で1枚あたりの記録密度を高めた場合とがあります。もちろん、後者のがお勧めです。(例えば、同じ250GBのHDD製品と比べるとしましょう。125GB × 2枚と、250GB × 1枚の製品だと後者のほうがお得です。)

プラッタの枚数
プラッタ4枚のHDD製品はちょっと避けたい。けれどもこの写真のHDDは7年間稼働してくれました。

HDD選びのポイント!プラッタ編~もっとも流通している容量を選ぼう

HDDの容量選びですが、まずどれだけの容量が必要なのかが第一優先。そしてコストパフォーマンス重視の選び方として、1GBあたりの単価が安いHDDをチェックしましょう。その面で、もっとも流通している容量のHDDがお買い得です。

年代別、主流となった容量(ざっくりと観察していた範囲で判断)
デスクトップ用(3.5インチHDD) ノートパソコン(2.5インチHDD)
2005年 80GB~160GB 40GB~60GB
2006年 160GB~250GB 60GB~80GB
2007年 250GB~320GB 80GB~120GB
2008年 320GB~500GB 120GB~250GB
2009年 500GB~1.5TB 250GB~500GB
2010年 500GB~2TB 320GB~640GB
2011年 1TB~2TB 500GB~750GB
2012年 1TB~2TB 500GB~1TB
2013年 ~4TB ~2TB

HDDサイズ

サイズは3.5インチと2.5インチ
基本的にはデスクトップPCでは3.5インチHDD、ノートPCが2.5インチHDDを用いるのが一般的。希少サイズでは1.8インチも存在します。

小型ほど1GBあたりの単価が高く低速傾向ですが、低発熱のメリットがあります。市場では2.5インチが最も多い出荷量で、ノートパソコンのほうがデスクトップパソコンより出荷台数が多いことと、デスクトップ用に使用しても充分な大容量になったことが背景にあるようです。

2.5インチHDDの厚み

薄型として7mm厚HDD
2.5インチのHDDやSSDでは、9.5mm厚が一般的。薄型として7mm厚も存在します。
スピンドルモータの設計を薄くすることで、2010年ごろに7mm厚のHDDが市場に出回るようになりました。

7mm厚のケース
もともと9.5mm厚で設計されている機器に7mm厚を搭載すると、隙間ができてしまいます。そのため接続ができても、振動などの衝撃でコネクタを傷めてしまうリスクがあります。それぞれの厚みにあった機器に搭載する必要があります。

磁気ヘッド

磁気ヘッドは、プラッタにデータを記録したり読みだしたりする部品です。磁気ヘッドとプラッタは位置関係は非常にすれすれです。ヘッド浮上量は2nm(ナノメートル)ほどしかなく、それはなんとタバコの煙の粒子より短距離。そのためタバコを吸う環境でのパソコン使用は望ましくありません。衝撃により磁気ヘッドとプラッタが接触することを「ヘッドクラッシュ」といい、衝撃による故障の原因です。

HDDの磁気ヘッド
なおHDD製品によっては衝撃を察知するとヘッドを回避するシステムがあります。HDDは「モーター駆動であること」、「ヘッドクラッシュが置きやすい状況」から、物理的衝撃に弱いパソコンパーツです。

HDDの管理アドバイス!磁気ヘッド編~衝撃とタバコには注意

HDDが壊れやすいといわれる要因No1は、磁気ヘッドとプラッタの接触。特にアクセス時の物理的衝撃には注意しよう。また、タバコの煙やホコリの多い環境では使わないのがベスト。

スピンドルモーター

スピンドルモーターはプラッタを回転させるためのモーター。データが記憶されたプラッタを高速回転させるのですが、回転数が高いほどアクセスが速いHDD製品となります。ただし、回転数が高いほど発熱や消費電力の高さのリスクがあるので一概に「高速回転ほどいい」とは言えません。

HDDのスピンドルモーター
軸受け部分では、ベアリングではなく流動式の軸受けが多く採用され、静粛性が高められています。

HDD選びのポイント!スピンドルモーター編~回転数をチェック

HDDのスペック表記では1分間の回転数が表記されます。「例:5400回転 < 7200回転 < 10000回転」
また、revolution per minuteから回転をrpmと表記する場合があります。
3.5インチHDDなら7200回転、2.5インチHDDなら5400回転が基本ですが、冷却環境に自信があるならさらに高回転を選んで速度重視するといいでしょう。逆に回転数を抑えて低発熱・省エネに徹する方法もあります。
デスクトップ (3.5インチ型)
  • 一般的なのは、7200回転。
  • 速いタイプで10,000回転。
  • 遅いタイプで5400回転。
ノートパソコン (2.5インチ型)
  • 一般的なのは、5400回転。
  • 速いタイプで7200回転。

ステッピングモーター

ステッピングモーターは、指定されたトラックとセクター位置に磁気ヘッドを移動させるためのモーターで、精密さが求められます。HDDはこのようにモーター駆動なので発熱しやすい特性があります。

HDDのステッピングモータ
故障の兆候である「カタカタカタカタ」とか「カックンカックン」という音は、このステッピングモーターの老朽化によるものです。制御基板とケーブルでつながっています。

制御基板

HDDの裏面には制御基板が取り付けられており、「データの読み書きなどを制御するコントローラ」、「モーターを制御するコントローラ」、「キャッシュメモリ」、「ファームウエア格納のフラッシュメモリ」のチップが搭載されています。

HDDの基板写真
制御基板は熱に弱いため、制御基板のチップが焼損して故障につながることがあります。HDDはモーター駆動で発熱しやすいため、冷却面でも気を使わなければなりません。

制御基板の故障で起動できない場合、同製品の基板と交換すれば修理できると思われがちですが、ダメな例が多いようです。ROMチップに記録されている「固有の適合値」により、ディスクと基板との整合性がチェックされています。一致しないと基板ロックされ、業者による復旧すら難しくなるようです。※ただし半田でROM交換して直したユーザーがいるようです。

HDDの管理アドバイス!制御基板編~熱対策

発熱による基板損傷ということで、夏がもっとも故障しやすい時期です。HDDを複数台搭載しているなら、密集している状態は好ましくありません。密集せざるを得ない場合はパソコン内部の冷却をしっかりしましょう。

HDD選びのポイント!制御基板編~キャッシュメモリの容量

制御基板に搭載されているキャッシュメモリは通電中のみに記憶ができる揮発性メモリです。頻繁に使われるデータが一時的に保存され、高速アクセスができる工夫がされています。HDDのスペックとしてキャッシュ容量が2MB~64MBなどと表記されており、容量が多いほどいいです。ただ、体感で分かるほどの差はありません。

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