ハードディスクの深層：役割と基本構造【備忘録-基本情報技術者試験対策 #30-1】

※2024/5/19更新

※ 本記事では、基本情報技術者試験の対策として私が勉強したことを備忘録的にまとめておきたいと思います。
少しでも参考になれば嬉しいです。

はじめに
ハードディスクとは何か？
ハードディスクの基本構造
ハードディスクの記憶容量
ハードディスクのデータアクセス時間
※おまけ
最後に
オススメ参考書 & Udemy講座
1. 過去問編
2. 知識網羅編

はじめに

さて今回は、基本情報技術者試験対策として、ハードディスクの役割と基本構造についてまとめたいと思います。

ハードディスクは、私たちの大切なデータを安全に保管し、必要なときにすぐに取り出せるようにしてくれる、コンピュータの心臓部とも言える存在です。しかし、その働きや構造について詳しく知る人は少ないのではないでしょうか？

この記事では、「ハードディスク」とその「構造」について、初心者でも理解できるように詳しく解説します。ハードディスクの基本的な役割から始め、その精巧な構造について解説していきたいと思います。

一緒に学んでいきましょう！

ちなみにpart2はハードディスクの記憶容量について、

ハードディスクの深層：ハードディスクの記憶容量【備忘録-基本情報技術者試験対策 #30-2】

基本情報対策として、ハードディスクとその構造について詳しく解説。フォーマット、セクタ・トラック・シリンダ、クラスタ等についてまとめています。記憶容量の計算方法もまとめていますので必ずマスターしましょう。

part3はデータアクセス時間と算出例についてまとめています。

ハードディスクの深層：データアクセス時間と算出例【備忘録-基本情報技術者試験対策 #30-3】

基本情報対策として、ハードディスクのアクセス時間についてまとめました。計算方法をマスターしましょう。

3部作なので是非最後までご覧ください～

リンク

ちなみに私はこの参考書を使って勉強してました。

漫画形式で読みやすく、分かりやすい内容になっているため、無理なく学習を進められると思います。

過去問を解きまくり、不明点があれば参考書で知識を補う、このサイクルで試験対策するのが私のオススメです！

リンク

最新版はこちらです。

少し内容が異なる部分もあるかもしれませんが、大まかには変わらないはずですので、安心して下さい。

ハードディスクとは何か？

ハードディスクの定義

ハードディスクは、コンピュータの主要なデータストレージデバイスであり、大量のデータを永続的に保存するために使用されます。ハードディスクは磁気記録媒体であり、データは磁気ディスク（プラッタ）上に記録されます。

ハードディスクの役割

ハードディスクの主な役割は、オペレーティングシステム、アプリケーションソフトウェア、およびユーザーの個人データを保存することです。これらの情報は、コンピュータが起動するときに読み込まれ、ユーザーが作業を行うために使用されます。また、ユーザーが新しいデータを作成したり、既存のデータを変更したりしたときには、その情報はハードディスクに書き込まれます。

ハードディスクの利点

ハードディスクには、以下のような利点があります。おさえておきましょう！

大容量：
ハードディスクは大量のデータを保存することができます。現在のハードディスクは数TB（テラバイト）の容量を持つものもあり、大量のファイルやアプリケーションを保存することが可能です。

コスト効率：
ハードディスクは、その容量に対するコストが比較的低いという利点があります。つまり、1GBあたりのコストが低いため、大量のデータを安価に保存することができます。

ランダムアクセス：
ハードディスクはランダムアクセス記憶装置（Random Access Memory）であり、データは非連続的に保存されます。これにより、必要な情報をディスク上の任意の位置から高速に読み取ることができます。

耐久性：
適切に取り扱われ、適切な環境条件下で使用される場合、ハードディスクは長期間にわたって信頼性の高いパフォーマンスを提供します。

互換性：
ハードディスクは多くのオペレーティングシステムと互換性があります。これにより、さまざまな種類のコンピュータやデバイスで使用することができます。

ハードディスクの基本構造

ディスク（プラッタ）

ディスク（プラッタ）は、ハードディスクの主要な部分であり、磁気材料で覆われた金属またはガラス製の円盤です。データはこれらのプラッタ上に磁気的に記録されます。プラッタはモーターによって高速に回転し、磁気ヘッドがその表面を飛び越えてデータを読み書きします。

めちゃくちゃ簡単にイメージするなら、磁石の板です。

プラッタの表面は数百万から数十億の微小な磁気領域に分割されており、各領域は1ビット（0または1）のデータを保存します。磁気ヘッドがプラッタ上の特定の位置に磁場を適用することで、データが書き込まれます。同様に、磁気ヘッドがプラッタ上の特定の位置を通過するとき、その位置で感じる磁場を検出してデータを読み取ります。

一般的に、プラッタの数が多いほど、ハードディスクの容量は大きくなります。また、プラッタが高速に回転するほど（回転数が高いほど）、データの読み書き速度も速くなります。

磁気ヘッド

磁気ヘッドは、ハードディスクのデータを読み書きするための重要な部分です。これは、非常に高速に回転するプラッタのすぐ上を飛び越え、プラッタ上の磁気領域を読み取ったり、新しい磁気領域を作成したりします。

磁気ヘッドがデータを書き込むとき、それはプラッタ上の特定の位置に磁場を適用します。この磁場は、プラッタの表面に記録され、ビット（0または1）として解釈されます。一方、磁気ヘッドがデータを読み取るとき、それはプラッタ上の特定の位置を通過し、その位置で感じる磁場を検出します。この磁場は電気信号に変換され、コンピュータが解釈できるビット（0または1）として送信されます。

ディスク（プラッタ）が磁石の板という話はしましたね？

データを読み込む際は、磁石のN極とS極を判断（引き付けられるか、はじかれるかを判断）し、データを書き込む際は、磁石のN極とS極を変えていくようなイメージです。

めちゃくちゃ簡単なイメージですけどね！

磁気ヘッドは非常に精密な装置であり、微細な位置調整が可能でなければなりません。このような微細な位置調整は、アクチュエータと呼ばれる装置によって制御されます。アクチュエータは磁気ヘッドを制御し、正確な位置に移動させるための装置です。