＜ハードディスクドライブの知識＞
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2007/11/18 日記<ハードディスクドライブ>
ハードディスクドライブ
ハードディスクドライブ (Hard disk drive) は、磁性体を塗布した円盤に磁気ヘッドを用いて情報を記録、または読み出す記憶装置。円盤がガラスやアルミニウム等固い素材で作られていることから硬い円盤の意味でハードディスクと呼ばれる。英語表記からHDDとも略されるほか、固定ディスク、Fixed disk やWinchesterdiskとも呼ばれる。かつてパーソナルコンピュータ用の補助記憶装置として主流の位置を占めていたフロッピーディスク|フロッピーディスクドライブと比較した場合、遥かにそれを上回る記憶容量を持ち、アクセス速度も非常に高速である。現在市販されているハードディスクドライブは金属製の筐体で密閉されているため、密閉型ハードディスクドライブとも呼ばれている。
概要
主に、汎用コンピュータの補助記憶装置として利用される他、大容量のランダムアクセス記録を必要とする業務用専用装置に用いられる。2000年代に入り家庭電化製品のデジタル化が進み、音声映像等のデータをデジタルデータとして記録する用途が生じてきたことから一般の家電製品での利用も増え始めた。
容量単位の価格が安価で大容量、ランダムアクセスが可能で、下記のRAMディスクには劣るがアクセス速度も比較的速く、さらに書き換え可能という特性を生かし、2003年以降、特にビデオ信号記録装置|ハードディスクビデオレコーダーやデジタルオーディオプレーヤー|携帯音楽再生装置といった用途での搭載が増加している他、カーナビゲーションにも搭載され、地図情報の保存等に利用されている。2005年現在、上記家電製品やパーソナルコンピュータ等での使用においては、筐体内に内蔵する方式が主流であるが、本体とは別の専用の筐体に収めUniversal Serial Bus|USBやIEEE 1394等の汎用バスを用いて接続して利用する方式も広く用いられている。また、ネットワーク上で特定コンピュータ装置に従属しない独立した記憶装置として利用出来るような製品も存在する。ハードディスクドライブは半導体メモリと比較して読出・書込には時間が掛かる。そのためオペレーティングシステム|OSから見てハードディスクドライブと同様のオペレーションで、より高速なアクセスを実現するための工夫もされてきた。RAMディスクは、コンピュータ上に搭載されたRandom Access Memory|RAMの一部を、デバイスドライバ等によりディスクドライブであるかのように見せかける仕組みで、古く（パソコンではCP/MやMS-DOSの頃）から利用されている。また、汎用ハードディスクドライブ等のディスクドライブと同様に操作出来るメモリディスク装置（電子ディスク装置）が汎用機（メインフレーム）用として1980年代から使用されているが、半導体メモリの価格低下に伴い一般向け装置も登場し、普及して来ている。また、不揮発性フラッシュメモリとHDDのメリット、デメリットを補うためにメモリーとHDDを一緒にしたハイブリッドHDDが登場した。これにより消費電力の節約とともに、読み書き速度の向上、衝撃にも強くなったと言われるが、高価なため流通量は少ない。なお、ハードディスクドライブはその構造上、耐久性に問題の多い記憶装置であり、経年変化や衝撃などの理由により障害（クラッシュ）が高頻度で発生する。何の前触れも無く動作不能に陥ることもあるため、重要なデータが入っている場合は定期的にバックアップを取るなどの対策が必要である。また、最近では環境問題への配慮から、3.5インチタイプに比べ消費電力が小さい2.5インチタイプのものへ主流が移りつつあるとも言われている。実際Sony Play Stationに搭載されるハードディスクドライブはPS-2では3.5インチタイプであったがPS-3からは2.5インチタイプへ変更となっている。世界初のハードディスクをシステムに含むコンピューターが登場したのは1956年のことである。IBMよりIBM RAMAC 305が発表された。RAMACの最初のハードディスクシステムIBM 350 disk storage unitの直径は24インチ（約60cm）のディスクを50枚も重ねたもので、ドライブユニットのサイズは大型冷蔵庫2個分程もあるが、約4.8MB（原稿用紙5000枚以上）の記憶容量しかなかった現在では富士通、東芝の日系HDDメーカーに加えIBMの実質的な後継メーカーである日立グローバルストレージテクノロジーズ (Hitachi Global Storage Technologies) やシーゲイト・テクノロジー (Seagate) ・ウェスタン・デジタル (Western Digital) といった米国系メーカが主流である。デジタル化が進む今日HDDは消耗品であり、経年劣化により正常に作動しなくなることもある。通常でも欠陥率が0.5%とも言われている。 企業や個人レベルでも重要データ、思い出のデータをデジタル保存する中で、データが消えたときにデータ復旧サービスを利用するユーザーが増え続けている。
構造
ハードディスクドライブの基本構造はレコードプレーヤーに類似している。レコード盤に当たる物がディスク、針に当たる物がヘッド、およびヘッドを駆動するアーム等から成り立つ。アームは円盤上を1秒間に最高100回程度の速度で往復でき、これによって円盤のどの位置に記録されたデータへも瞬時にヘッドを移動して読み取り、書き込みが可能である。コンピュータ製品に関わる他のディスク装置は、ヘッドを円盤回転軸の中心へ垂直に走査するのに対し、ハードディスクドライブのみこの方式でない点は興味深い（ディスクパックから密閉型／サーボ面サーボからデータ面サーボに移行する 1970年代後半から1980年代初頭に、リニアアクチュエータ＋ステップモータからスイングアーム＋ボイスコイルに変化した。）。ガラスやアルミニウム等の硬い円板（ディスク）に磁性体を蒸着等の方法により塗布し、データを記録しているのでハードディスクという。また、この円板部分をプラッタと呼ぶ。さらに、プラッタの各面のことをサーフェスと呼ぶ。通常、ハードディスクドライブは1枚以上のプラッタが取り付けられていて、プラッタの両面または片面に読み書きする。ハードディスクドライブには、磁性体の上にライナーと呼ばれる潤滑剤が塗布されている。ディスク停止時には磁気ヘッドとプラッタは接触しているが（この際の磁気ヘッド位置をシッピングゾーンと呼ぶ）、このライナーの上をヘッドが滑り、回転数が上がるにつれ、プラッタ表面近傍のプラッタと共に回転する空気によってヘッドが極わずか（後述#記録密度参照）に浮き上がる。このライナーが劣化すると、ヘッドが磁性面に引っかかる形で衝突し、ヘッドクラッシュという現象を起こす。一般に、このライナーの寿命がハードディスクドライブそのものの寿命となる。このため、密閉式のハードディスクドライブは準消耗品的な扱いを受ける場合が多い。ただし、メーカー・製品によっては、シッピングゾーンをプラッタの外に設ける場合もある。古い時代（1980年代）のハードディスクドライブは、停止命令を送ると（日本電気|NECのPC-9800シリーズでは「STOP」キーを押す）、ヘッドをプラッタから引き上げ、退避位置に移動させるようになっていた。しかし、部品点数削減と停止命令を送らないオペレーティングシステム|OS（MS-DOS等）の普及等から、ヘッドはプラッタの上に放置される様になった。この仕様変更以降、互いに鏡面加工された物体が接触した状態で放置されると、そこで接着されてしまう「はりつき」と呼ばれる現象が発生するようになった。これは、ハードディスクドライブが起動しなくなる深刻な障害で、回復させるために様々な方法が考案された（バケツの水を回す様にハードディスクドライブ筐体を電源を入れながら回転させる、クッションに包んでハードディスクドライブを床に落として衝撃を与える、筐体を分解してディスクを手で強制的に回転させる等）。後にプラッターの一部に凹凸を付けた領域を設け、電源が切られた場合、強制的にそこへ移動させる様になり、「はりつき」の悲劇は解消された。現在のOSは、ハードディスクドライブに停止命令や電源オフ命令を送る様になり、特に耐衝撃性能が要求される携帯機器向けのハードディスクドライブでは、ヘッドを退避領域に戻す機構（ドロップ・センサー機能）が復活している。内部は、埃の侵入を防ぐため密閉されており、フロッピーディスク装置とは違い記録メディアとドライブ、コントローラ、インターフェース|インターフェイスが一体となっている。基本的に金属製の筐体は開けられないようになっており、開けてしまうと埃が内部に付着して壊れてしまう。ただし、完全に密閉されている訳ではなく、使用時の温度変化に伴うドライブ内の空気圧の変化に対応するため、1箇所だけ小さな空気取り入れ口が存在する。磁気ヘッド自体が空気分子により磁性面より幾分浮き上がっているので、温度変化は磁気ヘッドと磁性面の間隔を左右する要素である。空気取り入れ口はこの圧力を一定に保つ役割を持つ。
モーター
ハードディスクドライブの機能を実現している電気部品のうち、駆動系に関わるのはモーターである。ハードディスクドライブに関わる電動機は2つあり、1つは円盤部分を回転させるモーター（スピンドルモーター）、もう1つはヘッドをシークさせるアームを駆動するモーター（ボイスコイルモーター）である。円盤部分を回転させるモーターはダイレクトドライブ方式であり、4,200・5,400・7,200・10,000・15,000rpm (単位)|rpmが主立った回転数である。アームの駆動モーターは通常のモーターの形ではなくリニアモーターであり、2枚の強力な磁石（主にネオジム磁石を使う）の間にコイルを置き、このコイルの動きがそのままアームの動きとなる。このようなアームのシーク方式は1993年頃から一般化したが、それ以前のハードディスクドライブには、ステッピングモーターの回転をアームの動きへと変換するリンク構造が用いられていた。この方式はハードディスクドライブ全体の小型化やシークタイムの微小化に不向きであり、現在そのような方式が用いられることはない。スピンドルモーターやアーム駆動モーターは、サーボ機構|サーボ制御によってコントロールされている。スピンドルモーターにホール素子を取り付け、回転数を制御している。この方式は、現在も変わっていない。アーム駆動モーターの位置決めは、古くはステッピングモーターが初期位置を確定すれば絶対座標で制御できることから、サーボ制御は行われていなかった。しかしボイスコイルモーターになった時、アームの正しい位置を知る必要が生じた。初期の頃は、プラッターの1面をサーボ制御情報取得専用に用い、この面から読み取られた座標情報をもとにアームの位置決めを行っていた。現在はアドレス情報を記録データと混在させることにより、アームの熱変形の影響を抑え、さらにプラッターのサーボ制御専用面を廃した。ハードディスクドライブは起動時にサーボ情報を収集するキャリブレーションと、定期的にサーボ情報を補正するリキャリブレーションを行う。いずれもサーボ情報をメモリに保持し、ヘッドの動作速度を向上させるための動作である。時にこのリキャブレーションが問題となることがあった。Windowsなどで使われたコンシューマー用ハードディスクはサーボ情報収集中、ドライブへのアクセスを待機させても支障は無かった。しかし、FreeBSDなど一部のOSではこの待たされている間にタイムアウトが発生してドライブが切り離され、場合によってはOSがクラッシュするという事態が生じた。このため両者はそれぞれ改良を行い、サーボ情報収集中にアクセスがあった場合にはリキャリブレーション動作を中断してアクセスを受け入れ、またOSはリキャリブレーション動作の可能性を含めたタイムアウト時間を設定した。近年のハードディスクドライブは一度にサーボ情報を読むのではなく、定期的に通常のディスクI/Oに1トラック/1秒程度の間隔で割り込ませ、サーボ情報の補正を行っている製品が多い。アクセスの少ない深夜などで、ハードディスクドライブが「コツコツコツコツ」という音を立てることがあるのはこのためである。
軸受
ハードディスクドライブには2つの軸受が必要である。1つは円盤下部においてモーター内部の軸を支える軸受、もう1つはヘッドをシークするアームの台座となる部分である。
軸受の種類としてはモーターの回転軸の軸受部にボールを使用した玉軸受（ボールベアリング）と流体動圧軸受（Fluid Dynamic Bearing;FDB）がある。流体動圧軸受はモーターの軸と軸受の間が潤滑油で満たされている。非回転時は軸と軸受が接しているが、回転時に動圧が発生し軸と軸受が非接触状態となる。そのため回転抵抗が非常に低く静音でモーターの寿命も延長できるため、最近は流体軸受の方が主流である。
潤滑油が漏れるのではないか？といった懸念が一部にあるようだが、オイルシール部は撥油膜（潤滑油をはじく）で被われており、大きな衝撃を加えない限りは潤滑油は飛散しない。流体軸受は潤滑油の粘性により、擦動面に設けられた溝を流れる際に生じる圧力よって軸を軸受から浮上させる。従って、温度が下がって潤滑油の粘性が高く、かつ擦動面が接触している始動時、大きな起動トルクが必要となる。このため、流体軸受を採用したドライブの最大消費電力はボールベアリングを採用したドライブよりも高めになる。
モーターを構成する永久磁石は経年劣化により磁力が弱まり、場合によっては必要な起動トルクを発揮できなくなってしまうことがある。こうなってしまうと、ハードディスクドライブは電源を維持している限りは動作するが、一度電源を落とすと二度と起動しなくなってしまう。この現象は流体軸受を採用しているドライブに顕著だが、ボールベアリング式のドライブでも、ベアリングのレール面が劣化してやはり起動トルクが大きくなってしまった場合に見られる。
サーバーなど長期運用する装置のメンテナンスを行う場合には、このような事態に備えて事前にバックアップを取ることが推奨される。
記録密度
プラッタ上の記録密度は、1平方インチ辺り最大で垂直記録で178.8ギガビット毎平方インチ#ギガビット毎平方インチ|Gbit（2006年6月現在）、面内記録で120Gbitの物が製品化されている（2006年2月現在）。このような超高密度になったハードディスクドライブでは、ディスク回転時のプラッタとヘッドの距離は1 E-8 m|10nm〜30nmであり、1 E-7 m|タバコの煙の粒子より狭いため、ハードディスクドライブ内部は半導体製造工場並みの無塵度が求められる。ヘッドとプラッタは、記録密度を支配するハードディスクドライブの主役である。かつてヘッドは、磁気テープ用ヘッドと同様の構造をした、ごく小さな点にギャップを持つ磁気回路に巻き付けられたコイルであった。そして、コイルそのものをエッチングによって微小領域に構成した薄膜ヘッド、そして磁気抵抗効果を利用したMRヘッド、さらに、現在（2006年8月時点）巨大磁気抵抗効果を利用したGMRヘッドから、トンネル磁気抵抗効果を利用したTMRヘッドへと移行しつつある。さらなる技術開発により、クーロンブロッケード異方性磁気抵抗効果が日立製作所より発表された。これは1平方インチ当たりの記録密度を現在の5倍、1テラビット毎平方インチ#テラビット毎平方インチ|Tbitに引き上げるものとされる。プラッタは様々な表面処理技術によって進化している（その多くは半導体プロセス技術の進歩の恩恵を受けている）。その応用例の一つとして、IBMが発明したPixie Dust技術（反強磁性結合メディア、AFCメディア）がある。これはディスク表面の磁性体の上にルテニウム原子を3個コーティングして、さらに磁性体でコーティングしてサンドイッチにした物である。この技術は2001年、1平方インチあたりの記録密度を100Gbitに高める可能性を示し、同技術の改良版によって2002年100Gbitに達する製品を実際に発売した。その他に、2002年に富士通がディスク表面に微細な凸凹（テクスチャ）を施し磁性体の表面積を大きくし、記録密度を高める技術を発表した。東北大学の岩崎俊一博士（現東北工業大学学長）が1977年に発明した垂直磁化記録方式は、理論上では水平磁化記録方式よりも安定して高密度化できるが、いくつかの技術的困難があった。2005年に東芝が実用化し、今日の超高密度記録を実現している。さらに東芝では、この垂直磁化記録方式のプラッタに溝を加えることにより磁気の相互干渉を抑えてさらなる記録密度向上を狙ったディスクリートトラックレコーディング(DTR)技術が2007年に開発された。現在実用化に向けて研究されている。ヘッドとプラッタのテクノロジは二人三脚であり、各メーカーが新技術開発へ向けて研鑽している。ムーアの法則には及ばないが、それでも指数関数的に記憶容量は大容量化し、アクセス速度はより高速になっている。
インターフェース
ハードディスクドライブの内蔵インターフェースとしては、現在大きく分けてAdvanced Technology Attachment|ATAとSmall Computer System Interface|SCSIの2種類が用いられている。外付けインタフェースとしては、古くから使われているSCSIの他にUniversal Serial Bus|USBやIEEE 1394で接続するのが一般的となってきているが、ハードディスクドライブ本体のインターフェースはATAやSCSIであり、ハードディスクドライブケースに内蔵された変換基板により相互変換されている。外付けインターフェースの一種として、コンピュータネットワーク|ネットワークからTCP/IP接続出来る様にしたネットワークアタッチトストレージ|NASも徐々に普及してきているが、これもハードディスクドライブ本体にはATAまたはSCSIのものが使われる。現在、コンシューマー市場の主流は、内蔵用ハードディスクドライブで、ATAインターフェースを採用した製品である。SCSIインターフェースは機能面は豊富であったがそれに伴い非常に高価であったのに対し、ATAは低コストで製造できたため急速に普及し、PC/AT互換機に標準搭載されることでデファクトスタンダードとしての地位が決定的となり、後には、PC/AT互換機で一般的に使われるチップセットにはATAコントローラーが含まれるようになった。そして、これらの効果により生産量が増えたATAハードディスクドライブが量産効果によって更に安価になっていった。これに対して、SCSIハードディスクは、ハードディスク単体の値段の差もさることながら、多くの場合SCSIインターフェースボードを購入する分高コストになったため、一般用としてはあまり利用されず、現在では各種サーバー用途での利用が主である。しかし、ATAはもとより機能面での制約が厳しく、コマンド拡張技術のAdvanced Technology Attachment|ATAPIやアドレス拡張技術のLBAなどの拡張技術により何度も機能拡張を余儀なくされ、その度に互換性の問題や「容量の壁」と呼ばれる論理容量の限界が発生していた。また、ATAデバイスは多くのデータを並列して流せるが同期が必要不可欠なパラレル転送方式であり、速度向上を続けることでパラレル転送方式での転送速度向上が技術的に困難になっていた。これらの問題を整理し、更なる拡張を行うため、2000年にシリアルATAが誕生している。2007年現在は、パラレルATAからシリアルATAへの過渡期にあたり、パソコンショップの店頭に並ぶハードディスクドライブは、既にシリアルATAが大半を占めている。また、パラレルATAは規格上の制限から外付けには使えなかったが、シリアルATAを外付けドライブとして用いるための拡張規格として、シリアルATA|eSATAが規格化され製品化されている。現在ではパラレルATAのサポートを打ち切りシリアルATAのみをサポートしたチップセットが登場するなど、シリアルATAへの移行は急速に進んでいる。しかし、ハードディスクに比べ光学ドライブのシリアルATAへの移行が緩やかであるため、互換性の維持のためにパラレルATAを外部チップによりサポートするなど、しばらくは並行使用が続くと思われる。現在、SCSIハードディスクドライブが使用されるのは、エンタープライズ用途（サーバーや各種ストレージシステム）以外には自作PCユーザ層や自宅サーバーなど、わずかにとどまり、個人向けの市場では非常に少なくなったインタフェースではあるが、その時々の最新規格では常にATA系の規格を凌駕する高性能規格である。特に高信頼性を必要とする企業向けサーバや、ストレージシステムに用いられるハードディスクドライブの主力インターフェースとして広く採用されてきた。SCSIハードディスクドライブは高回転化（現行品は10,000rpmと15,000rpm）が進み、ランダムアクセス性能に秀でているが、高回転化ゆえにプラッタ径が小さくなり容量増大は緩やかである。なお、インターフェースの信頼性が高く、SCSIハードディスクドライブも高性能ではあるが、高信頼性の面ではgoogleやhttp://www.usenix.org/events/fast07/tech/schroeder/schroeder_html/
USENIX等で否定的な見解も示されている。一時期U1280まで計画されたパラレルSCSIは、U320を最後に打ち切られ、最新規格はATAとほぼ同時期にシリアル化されたSerial Attached SCSI（SAS）である。この規格では、SASのH/A（ホスト・バス・アダプタ：SCSIのコントロールカードは伝統的にこう呼ばれる）にSerial SCSIとSerial ATAの両方を接続可能としている。また、光ケーブル|光ファイバーケーブルを使ったファイバーチャネル (FC) もSCSIに属する規格であり、最近では様々なストレージエリアネットワーク（SAN）に利用されている。マルチメディア系のインターフェースとして一般に普及したIEEE 1394も、SCSI規格がベースとなっていることから、広義のSCSI規格に属する。
コントローラ
ヘッドにケーブル、もしくはフィルム基板の形で直結されているピックアップアンプからインターフェースまでの間に、コントローラ基板を搭載している（メインフレームの時代には別体であった時代もあった）。一般的にこの基板は、それ自体が独立したマイクロコントローラ|マイコンで、モーターやヘッドのサーボ機構|サーボ制御・位置決め・トラック位置に応じた書き込み電圧の制御・読み書きする際の変調・インターフェースとのデータの入出力・キャッシュメモリの制御等を行う。1990年頃から更にタグ付キューイングと遅延書き込みを担当し、OSの負荷を軽減した。1990年半ばからIDEハードディスクドライブでは、Direct Memory Access|DMA転送モードに対応し始めた。しかしAdvanced_Technology_Attachment#Ultra_DMA.E8.BB.A2.E9.80.81.E3.83.A2.E3.83.BC.E3.83.89|Ultra DMAの登場まで活用されなかった。高機能なコントローラ（主にSCSIで）は、ハードディスクドライブ間の通信をサポートしている。例えば、ファイルを別のハードディスクドライブにコピーする時、コントローラがセクタを読み取って別のハードディスクドライブに転送して書き込むといったことができる（ホストCPUのメモリにはアクセスしない。言い換えればその操作中CPUは別の仕事ができる）。また、他のハードディスクドライブのサーボ情報と連携を取り、複数のハードディスクドライブのスピンドルモーターの回転を同調することができる（スピンロック）。これはRAIDにおいてアクセス速度を向上させるのに役立ったが、近年のデータ読み書き速度の向上と、大容量のキャッシュメモリを備えること、Direct Memory Access|バスマスター転送による非同期I/Oの普及により、この機能は廃れている。この機能の廃止に伴いハードディスクドライブ同士の共振による振動がアクセス速度や信頼性に影響を与えることになったが、ハードディスクドライブメーカーは振動を検知して共振を打ち消すようにモーターを制御する技術をスピンロックに代わり提供するようになった。かつて、Shugart Associate System Interface|SASIインターフェースを備えたSASIハードディスクドライブが主流であった頃、コントローラは2種類のインターフェースを持っていた。一つはホストCPUとつながるためのSASIインターフェース、もう一つはスレーブコントローラ（ST-506仕様）を接続するための拡張インターフェースである。しかしベアドライブを除くスレーブとなる製品が市場にほとんど出回らなかったことから、SASIハードディスクドライブはホストCPUに一台しか繋がらなかった。SASIハードディスクドライブは時代の変遷と共にその座をSCSIハードディスクドライブに譲った。時代的誤認が散見され、SASIの後継がIDEと認識されている場合があるが、SASIはSCSIの直接の先祖であり、電気的特性も近く、ソフトウエアで工夫することでSASIインターフェースをSCSIインターフェースとして動作させられるほど、この2者の関係は深い。特殊なコントローラとして、Enhanced Small Disk Interface|ESDIインターフェースとSCSI,SASI,IDEインターフェースを仲介する外付けコントローラが存在した。このコントローラは旧時代のESDIハードディスクドライブ・インターフェースと、近代的なハードディスクドライブ・インターフェースの橋渡し役として機能した（初期のSASI,SCSI,IDEハードディスクドライブはこのコントローラを内蔵していた）。SCSI/SASI/IDE→ESDIに変換するタイプのコントローラの中身は、現代のハードディスクドライブのコントローラそのものに近い。ESDIはそのベースとなったST-506を改良したインターフェースIDEが作られ、その座をIDEハードディスクドライブに譲った。
パーティション
ハードディスクドライブは1台で大容量を利用出来るため、利用方法に合わせて内部を区画（パーティション）に分割出来る。個々の区画を別々のオペレーティングシステム|OSで利用することも出来る。
サイズ
2005年現在のコンピュータで利用されているものは、ほとんどが3.5インチや2.5インチサイズのプラッタである。小さなものでは、コンパクトフラッシュメモリーカード|CFメモリーカードサイズのマイクロドライブ、iVDR (Information Versatile Disk for Removable usage) 等もある。小さいサイズのHDDは、2006年以降、急速に大容量・低価格化するフラッシュメモリと競合しており、小さい順に市場が縮小しつつある。外付けタイプ
製）
ハードディスクドライブはコンピュータの筐体に内蔵されるのみでなく、外部補助記憶装置としても利用されている。外付けハードディスクドライブはハードディスクドライブ本体を更に金属や樹脂の筐体に入れ、変換回路により端子を変換し、ケーブルによってコンピュータに接続出来る様にした物である。中には内蔵ハードディスクドライブを外付けハードディスクドライブとして利用出来るようにするハードディスクケースという専用のケースもある。これは低価格だが取り付けの手間がかかる内蔵ハードディスクドライブの利点と、手軽に使用出来るが高価な外付けハードディスクドライブの両方の利点を生かし、ハードディスクドライブを低価格で入手し、手軽に扱えるようになるものである。接続にはSmall Computer System Interface|SCSI、Universal Serial Bus|USB、IEEE 1394、ファイバーチャネル、シリアルATA#eSATA|eSATA、Ethernet等が用いられるが、Advanced Technology Attachment|ATA/ATAPI規格はケーブル長が46cm以内と制限されるため一般的には用いられない。これはATA/ATAPI規格はコンピュータ内部での補助記憶装置の接続に特化して開発されており、コンピュータ筐体外部まで配線を曳き回すことへのノイズ対策が講じられていないことによるものである。MacintoshはIEEE 1394|FireWireまたはSCSIで、他のMacintoshと接続することで、外付けハードディスクドライブとして利用できる（接続先から起動も可能）。その他にも、コンピュータと直接接続することによって、外付けハードディスクドライブと同様に使用できるハードディスクドライブを搭載したデジタルオーディオプレーヤー（iPodなど）や:Category:携帯可能なコンピュータ|モバイルコンピュータ等もある。ハードディスクドライブの論理的な記録構造を応用したものにRAIDという仕組みが存在する。これはハードディスクドライブの記憶領域を直列、または並列、もしくはその両方、といった形式に論理的な接続（ハードディスクドライブのインターフェイスとの接続は物理的である）を行い、体感上の速度を上げたり、同じデータが2つのハードディスクドライブに記録されるようにし、バックアップを常時取れるように改良する仕組みである。通常、こういった仕掛けは外付けタイプのハードディスクドライブで行われ、そのような装置を一般にRAIDディスクアレイ|アレイと呼ぶ。RAIDアレイは一般的なハードディスクドライブとは呼べず、大きさもさることながら価格も高価であることから、企業等のような団体や組織で使用される事例がほとんどである。
リムーバブルハードディスク
ディスクを取り外し可能なハードディスク。リムーバブルメディアにはフロッピー系（フロッピーディスク、Bernoulliディスク、ZIP (記憶媒体)|Zip等）、テープ系(デジタル・データ・ストレージ|DDS、Linear Tape Open|LTO等）、光磁気ディスク系（光磁気ディスク|MO、ミニディスク|MD等）、ハードディスク系等、様々な技術を用いた数多くの製品が今までに発売されて来たが、その内のハードディスク系のものの総称として、一般的にリムーバブルハードディスクと呼ぶ。ハードディスクドライブのディスク部のみをカートリッジに入れ、ヘッドや駆動部からなるドライブ本体から構成されており、フロッピーディスクやMOのように使うことが出来る。他のリムーバブルメディアと比較してハードディスク系は、大容量（フロッピー系、光磁気ディスクよりも）、読み書き速度が高速（フロッピー系、テープドライブ系、光磁気ディスクよりも）、低価格（米国においては光磁気ディスクよりも）という点で優れており、さらにハードディスクドライブの技術がそのまま転用出来るため、新技術の導入も早かった。1990年代前半までは、米国では広く使われていたリムーバブルメディア（日本ではMOが普及していたため、あまり使われなかったようである）であったが、構造上、埃や衝撃に弱いという欠点があり、また、以前は大容量の物を作るのが難しかったフロッピー系メディアでも、ZIP (記憶媒体)|Zipやスーパーディスクのような大容量で低価格な製品が登場したことにより、メディアの価格面で対抗出来ず、現在では存在が薄れている。5インチ、3.5インチのディスクで、様々な容量の製品が発売されていて、代表的なものにSyQuestのSQ327, EZ135, EzFlyer, SparQ、SyJetや、アイオメガのJaz、Peerless、CASTLEWOOD社のORB等があった。一時はSyQuestやNomai社を中心に、PDC（Power Disk Cartridge）というメディアの統一規格策定の動きもあったが、普及する前にリムーバブルハードディスク自体の人気が下火になり、消失した。現在ではアイオメガから2.5インチ、MDほどの大きさのREV (記憶媒体)|REVが、アイオーデータや日立マクセルからiVDR（日立マクセルではiVという商品名を付けている）、TANDBERG DATAからRDX QuickStorが発売されている。
リムーバブルハードディスクドライブケース
一方で、内蔵ハードディスクドライブを専用のトレイに固定し、そのトレイをリムーバブルハードディスクドライブケース（リムーバブルケースと略される場合が多い。名称が長いため本項でも略語を用いる）と呼ばれる筐体に格納することで疑似的なリムーバブルハードディスクにしてしまう製品がある。これは前述のハードディスクドライブケースと内蔵ハードディスクドライブを用いた疑似外付けハードディスクドライブの利点に加え、取り外しが可能である点を活かして可搬性の向上と、ハードディスクドライブの入れ替えを容易にし、なおかつ省スペース、ケーブル類が少しで済む（単なる外付けではインターフェースケーブルや電源コードだらけになる）という特徴をもつ。前述のカートリッジタイプでは、ドライブの生産中止等によりメディアが使えなくなる場合があった。また、互換性のある上位機種が少ないため、メディア容量を増やしたい時は、ドライブとメディア全て他のものに買い換えねばならない場合が多かった。それに対してリムーバブルケースでは、ケースが手に入らなくなっても、他社の製品に中身のディスクドライブを入れ替えれば続けて使える。また逆に手持ちのケースの中身のディスクドライブを変えるだけで、容量の増加が簡単に行えるという長所がある。1998年〜2000年以前では、リムーバブルハードディスクというと、前述のハードディスクドライブの構造を持ったリムーバブルメディアのもののみを指していた。しかし、それらの製品群は、1998年〜2000年ごろには他メディアに押されて販売中止となる製品が続出し、陰の薄いものとなった。それに対し、このころに登場した後述のリムーバブルケースは登場と同時に爆発的に普及し、一般に広く知られるようになった。そのため、現在では後者のものを指すことが多くなった。2007年現在、1Uサイズからブレードサーバまで、SAS 2.5"ハードディスクドライブ用のリムーバブルハードディスクドライブケースを標準装備したサーバー機器が多数発売されている。SASではホットスワップ動作が規定されているので、稼動中の装置から容易にハードディスクドライブを取り出して交換する事ができる。一部の製品は、ソフト的にパラレルATA接続でのホットスワップが可能な物があった。ただし動作の安定性・確実性には難があり、さほど一般化することはなかった。
ハードディスクドライブそのものをカートリッジにした物
SCSIではSCAコネクタを採用した物で、ハードディスクドライブそのものをスロットに押し込んで使うシャーシがある（これは薄型RAIDでよく使われた）。汎用リムーバブルケースに比べて、カートリッジ化するための部品装着の手間が不要になる、ハードディスクドライブがシャーシに接触するので放熱効率が良い、実装密度を高くすることが出来るなどのメリットがある。デメリットとしてSCAコネクタを搭載したハードディスクドライブ自体が製造数の関係で安価ではない、大容量ドライブの入手性に難があるなどがあげられる。2.5インチハードディスクドライブはAdvanced Technology Attachment#パラレルATA|パラレルATAでも、Advanced Technology Attachment#ケーブル|40ピンATAのピンピッチを狭くしただけでなく、電源の4ピン分を含めた44ピンATAに、マスター/スレーブ設定ピンなどを含む50ピンATAとしてコネクタ位置が統一されている。コネクタの抜き差しも弱い力で済んだことから、ノートパソコンではハードディスクドライブそのものをスロットに押し込んで使う筐体も有った。安いベアドライブを簡単に入替えられ評判が良かったが、ノートパソコンの場合、ドライブを抜き差しする開口部を作ることすら厳しいこと、ドライブの高さが8mm/9mm/12mmと異なる高さの製品があったことから、実例は多くは無い（日立製作所|日立 FLORA、東芝DynaBook・ポルテジ・Libretto、IBM ThinkPadなどの一部のモデルが本体を分解しなくてもアクセス出来るスロットを備えた）。3.5インチIDEハードディスクドライブがシリアルATA化した際に、コネクタの位置が厳密に規定されたこと、コネクタ自体がこじらなくても抜き差しできる様になったことから、従来SCAコネクタハードディスクドライブが採用されていた市場・分野にシリアルATAハードディスクドライブが進出している。SCAコネクタハードディスクドライブの欠点であった、容量の問題、価格の問題も解決しており、コンシューマー向けの5インチベイに搭載するリムーバブルシャーシから、大規模ストレージまで幅広く使われる様になった。シリアルATAコネクタを搭載した高信頼性型ハードディスクドライブも登場している。
リムーバブルケースとカートリッジタイプの比較
前述の通りハードディスクドライブをリムーバブルにする技術は現在2種類ある。
以上の比較から、リムーバブルケースは大容量のデータをディスク毎に分類する目的に適し、持ち運びにはリムーバブルハードディスクドライブが最適と言える。また、高いパフォーマンスが必要であればリムーバブルケースが望ましい。
問題点
品質
ハードディスクドライブは、その製造過程において高度なクリーンルームや良質の磁性体を必要とし、ドライブの品質は潤滑剤、制御基板等の品質に左右される。これらの事柄が要因となってドライブのロット不良を起こす場合がある。
製品寿命
ハードディスクドライブの寿命はSelf-Monitoring,_Analysis_and_Reporting_Technology|S.M.A.R.T.で計られ、MTBF（平均故障間隔）やMTTF（平均故障時間）として推測される。一般に温度が高いほど寿命は短くなると思われているが、Googleが行った長期の実験では、温度と故障率との関連性は認められていない。また、個人向けのIDEと企業のサーバ用途向けのSCSIでは設計時における耐久性に格差が存在し、IDEは一日8時間使用で3年・SCSIは24時間稼動で5年を目安にしているとされるが、実際の製品寿命を保証する物ではない。
5年以上故障を起こさないケースもあるし、半年もせずに壊れるケースもある。ハードディスクドライブの寿命は前述したように環境に依存しているため、定期的なバックアップの重要性は昔から絶えず言われ続けている。一般ユーザーレベルでのバックアップ先としては、昔からあるCD-RやDVD|DVD-R等の光メディアへの保存か、近年は容量などの面から外付けHDDへの保存が一般化している。またサーバー用途で一般的に使われているSCSIを使ったRAID構成は、この問題に対する一つの回答であるが、一般ユーザが構築・管理するのは現実的ではない。ドライブの製造期間は短い物で3ヶ月、長い物で1年程度である。かつて通商産業省の指導により性能部品等の保存期間を家電メーカーらが自主的に定め遂行した例（メーカーによる製造終了後の保守部品保持など）はあるが、コンピュータを含む通信機器メーカーはその対象ではなかった。このため、パソコンメーカー等では修理部品の確保が難しい場合が多く、修理作業自体にかかる手間やドライブの価格低下が激しい事情も合わせて、故障した製品の代替の製品と交換することで対応する例も珍しくない。故障したドライブの修復を行う専門業者も存在するが、かなり割高（軽症なら数千円〜重症だと十数万を軽く超えることも）な代金となることが多い。
衝撃
ハードディスクドライブは落下等の強い衝撃を受けた場合、ヘッドが円盤面に衝突して円盤に傷が付いたり、モーター内のベアリングが変形したりしてデータの読み書きが不能となる場合がある（これを一般的にヘッドクラッシュと呼称する）。特に動作中の落下で故障しやすいため、携帯用途で使用されるハードディスクドライブを内蔵した製品を扱う場合は強い衝撃を与えないように注意を払う必要がある。また、希に落下したあとでも正常に動作する場合、そこでできた傷がごみとなり、それがハードディスクドライブ全体に行き渡って破損するケースもある。輸送時などの衝撃による破損を防ぐため、ヘッドをディスクの安全な領域へリトラクト（収納退避）させることが重要になる。例えばPC-9800シリーズなどの場合、電源を切る前にSTOPキーを押して手動リトラクトする習慣を身につけることが、ユーザーにとって一種の通過儀礼となっていた。やがて、電源を切った際にハードディスクドライブが能動的にリトラクトするオートリトラクト機能を備えることが一般的となった。一部のハードディスクドライブではこれを発展させ、加速度センサーを内蔵し、自由落下を検出すると電源を切らずともオートリトラクトして破損を予防する機能が付加された。PowerBookなどではディスク外部に加速度センサーを設け，同様の機能を実現している。これらの発展によりハードディスクドライブの用途は大きく広がり、2006年には携帯電話への搭載も実現した。フラッシュメモリが主力となっている組み込み機器においても、何度でも書き込める・大容量である・容量辺りの単価が安い・汎用OSが使えるという利点から進出が期待されている。一方フラッシュメモリに比較すると、消費電力が多い、小容量ではコスト高になる、厚みがかさばるという難点もある。
制御基板
ハードディスク本体内部もさることながら、その制御基板の部品が焼損することなどで故障する例も多い。同一製品でも製造ロットごとに基板の部品構成が異なる例が多く、その場合はその基板を移植しても動作しないことが多いことや、メーカー側も基板交換の対応は行っていないことから、個人レベルでの対応は困難とされる。
データ漏洩
ハードディスクドライブはそのほとんどがコンピュータ内部に内蔵されているため、そのまま処分すると中身のデータを盗みとられてしまう危険性がある。特にOS上の削除操作を行ってもインデックス部の削除しか行わず、データ部はディスク内にそのまま残され、一般的なファイル復元ソフトによって容易に復元されてしまう。また通常のフォーマットもデータ部をクリアすることはしない為、復元される可能性がある。データ領域の残存データを消去するには、データ領域に他のデータを上書きするのが一般的。また1回の上書きではデータを上書きする際に、ドライブの回転等による振動で、磁気ヘッドと磁性体面との角度のずれによって僅かな磁気が残留する危険がある。そのため完全消去には、3回程度の上書きが必要とされる。ただし、この上書き後の残留磁気からデータを復旧することは、特殊な機材と専門知識を必要とする為、一般のユーザーや復旧業者に行えることではなく、"理屈の上では可能とされている"と言うのが実際である。そのため一般的な使用においては、売却・廃棄をする際は市販またはフリーウェアの消去ソフトで完全消去すると良い。またハードディスクドライブ自体が故障してデータ消去できない場合でも、故障箇所によっては修理によってデータ漏洩する危険がある。この場合には、ハードディスクドライブを修理不可能なまでに破壊する方法が確実である（コンピュータの故障の場合は、他のコンピュータに繋いで完全消去）。物理的に破壊するには、ハードディスクドライブ本体の隙間にドライバーなどを差し込んで本体をこじ開けて、中のプラッタを物理的に破壊する。プラッタは通常アルミ合金製（古いIBM製の一部はガラス製）であるため、面全体に傷を付けるのが理想的であるが、金属バサミで切ってしまうなどでも問題ない。外付けの場合は外装のボディを壊すと中に内蔵用のハードディスクと同じようなドライブが出てくる。またデータを暗号化しておけば、たとえデータを復元されても、復元されたデータが暗号化されているので安全である（盗難時にも有効）。ただこの場合でも、念のため完全消去することが薦められる。
主な製造企業
現在製造を行っている主な企業
:サーバ向け3.5インチ型とモバイル向け2.5インチ型のメーカー。2001年まではデスクトップ向け3.5インチ型も製造しており、当時日本で唯一の総合HDDメーカーだった。しかし激しい価格競争で採算性が悪化したデスクトップ向け3.5インチ型（IDE）から撤退、採算が良く成長市場であるサーバ向け（SCSI）とモバイル向け2.5インチに特化した。このため、富士通がHDD事業から撤退したとの誤解が今でも散見されているが2005年にはサーバ向け3.5インチ、モバイル向け2.5インチで、それぞれ20%台のシェアで2位を獲得している日本最大のHDDメーカである。2.5インチでは世界初となる300GBドライブを販売している他、主要部品である磁気ヘッド、プラッタ（ディスク）を自社で製造する数少ないメーカーであり技術力に優れている。
:最大手のHDD専業メーカーで、3.5インチ型を主力とする。2005年暮れに当時の有力メーカーMaxtor（3.5インチ型のサーバ向け・デスクトップ向け共に3位）を19億ドルで買収、両社合わせると2005年はデスクトップ向け3.5インチ型で40%超、サーバ向け3.5インチ型では66%を占めた。2003年からはモバイル向け2.5インチにも再参入し、総合HDDメーカに返り咲いている。
:略称HGST。2003年1月に日立製作所とIBMのHDD事業部門が統合して誕生した総合HDDメーカー。日立も古くからSCSIを中心にHDDを製造していたが全体からすると微々たる量で、経営主体は日立であるが、実質的に旧IBMと言える。IBMが50保持していた50%超のシェアを受け継いでモバイル向け2.5インチ型ではトップシェアを維持しているが、2003年の統合当時61%あったシェアを現在では27%程度にまで落としている。
:デスクトップ向け3.5インチ型及びモバイル向け2.5インチ型を扱うメーカー。サーバ向け（SCSI）のラインナップが無く、近年の技術面でのリーダーシップではSeagateや旧Maxtor、旧IBM（現HGST）などの他の競合メーカーに譲っているが、ATAコントローラーの開発者であり、現在でもシリアルATAでは唯一1万回転のHDDとしてRaptorシリーズを販売している。2005年はデスクトップ向け3.5インチ型で旧Maxtorを抜いてシェア2位（約20%）に浮上した。
:モバイル向け専業メーカー、小型化技術に定評がある。モバイル向け1.8インチモデルはほぼ寡占状態。モバイル向け2.5インチでは富士通、HGST(IBM)と共に三強の一角を占めていたが、2007年は4位に甘んじている。
:2001年頃から参入したメーカー。ハードディスク分野では新興メーカーでありノウハウが少なく、ヘッドやプラッタなどの基幹部品を外部から購入しており、パフォーマンスや品質面で他社から大きく遅れをとっている。このため性能面、品質面よりも価格面での攻勢を行っており、デスクトップ向け3.5インチ型と2.5インチ型で同様の戦術を取るWDと競合しているが、品質面への不安感からか、自社サムスン電子を含めたメーカー製パソコンの内蔵用として採用されることはほとんどないといわれている。品質面への期待が比較的緩やかな外付けHDD製品で比較的多く使われており、日本ではアイ・オー・データ機器やバッファロー (企業)|バッファローなどが採用している。
:1994年から2002年までは旧Quantum社のOEM生産を一手に担っていた量産メーカー。一時HDDの生産が途絶したが、2003年に東芝と技術提携し、現在は東芝ブランドの2.5インチや1.8インチなど小型HDDの生産を行っている。ライナーの技術開発ではIBMが撤退した現在世界トップレベルにあり、メーカ各社にライナーのレシピをライセンス提供している。自社製ハードディスクドライブ開発は行っていない。
過去に製造を行っていた主な企業
:HDDドライブ等に用いられるIDEインタフェースをコンパック (Compaq) と共に開発したことでも知られる。1996年にシーゲイトに買収された。なお、Conner Technologyは、その後に設立された別企業。
:一時は世界シェア2位に君臨していた有力メーカー。HDD部門が2001年にマックストアと合併され、HDD事業から撤退。ストレージ関連企業としては存続している。
:技術力に定評があり、業界のリーダー的な地位にあった有力メーカー。シェア拡大を目指してQuantum社を買収したが、上記シーゲイトの項にあるとおり、2005年にシーゲイトに買収された。ATA100の次世代としてATA133規格の策定を主導したが、結局Maxtor社以外に採用されなかった。
:1956年に発売したRAMAC350 DiskStorageから現在のHDDの歴史が始まったと言われる老舗メーカー。以降、HDD技術の先導役を長らく務め、一般的なアルミニウム合金以外では唯一実用化されたガラス基盤を使ったHDDを開発したことでも知られる（イメージに反し、耐衝撃性ではアルミ合金より優れていた）。日立グローバルストレージテクノロジーズ(HGST)の項を参照。
:SASIハードディスクドライブメーカーとして、国産パソコン内蔵用にOEM提供していた。国産パソコン市場がPC/AT互換機により一掃されてしまったことにより、ハードディスクドライブ事業から撤退。後にセイコーと合併しプリンタ事業・電子デバイス事業に専念する。
関連項目
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◆ハードディスクドライブについてピックアップ 技術力に定評があり、業界のリーダー的な地位にあった有力メーカー。シェア拡大を目指してQuantum社を買収したが、上記シーゲイトの項にあるとおり、2005年にシーゲイトに買収された。ATA100の次世代としてATA133規格の策定を主導したが、結局Maxtor社以外に採用されなかった。 1956年に発売したRAMAC350 DiskStorageから現在のH... |
