1. Fysieke opslag:

* Schotels: Het hart van de HDD is een stapel ronde, stijve platters gemaakt van aluminium of glas bedekt met magnetisch materiaal. Gegevens worden op deze platters opgeslagen in de vorm van kleine magnetische domeinen. Elke schotel heeft twee oppervlakken en elk oppervlak is verdeeld in concentrische cirkels die sporen worden genoemd. Tracks zijn verder onderverdeeld in sectoren, de kleinste adresseerbare eenheden voor gegevensopslag.

* Lees-/schrijfkoppen: Een lees-/schrijfkop, gemonteerd op een actuatorarm, zweeft ongelooflijk dicht bij het oppervlak van elke schotel (een paar nanometer). Het is in staat om kleine gebieden op de platters te magnetiseren (schrijven) of de magnetisatie te detecteren (lezen), wat binaire gegevens (0s en 1s) vertegenwoordigt.

* Actuatorarm: Deze arm beweegt de lees-/schrijfkoppen over de oppervlakken van de platters en positioneert ze boven het gewenste nummer. Het maakt gebruik van een spreekspoelactuator, een soort elektromagneet, voor nauwkeurige en snelle beweging.

2. Gegevensorganisatie en toegang:

* Cilinders: Een cilinder is een stel sporen op dezelfde positie over alle schotels. Toegang tot gegevens in dezelfde cilinder gaat sneller omdat de lees-/schrijfkoppen niet radiaal hoeven te bewegen.

* Logische adressering: Het besturingssysteem abstraheert de fysieke lay-out van sporen en sectoren in een logisch adresseringsschema. Hierdoor kunnen bestanden in niet-aaneengesloten sectoren op de schijf worden opgeslagen zonder dat de gebruiker zich zorgen hoeft te maken over de fysieke locatie. Een bestandstoewijzingstabel (FAT) of een soortgelijke structuur beheert deze toewijzing.

* Zoektijd: De tijd die de actuatorarm nodig heeft om de lees-/schrijfkoppen naar het juiste spoor te bewegen, wordt zoektijd genoemd. Dit is een belangrijke factor in de toegangssnelheid.

* Rotatielatentie: Zodra de koppen zich op het juiste spoor bevinden, moet de drive wachten tot de gewenste sector onder de lees-/schrijfkop draait. Dit is de rotatielatentie, afhankelijk van de rotatiesnelheid van de schijf (bijvoorbeeld 5400 RPM of 7200 RPM).

* Gegevensoverdrachtssnelheid: Nadat de sector onder de kop is, worden de gegevens elektronisch overgedragen met een specifieke gegevensoverdrachtsnelheid.

3. Efficiëntiemechanismen:

* Caching: HDD's bevatten vaak een cache (buffergeheugen) om vaak gebruikte gegevens op te slaan. Dit versnelt de toegang omdat het ophalen van gegevens uit de cache veel sneller gaat dan toegang vanaf de schotel.

* Zonebitopname (ZBR): Moderne HDD's gebruiken ZBR, waardoor ze meer gegevens kunnen opslaan in de buitenste sporen (die een grotere omtrek hebben) dan de binnenste sporen.

* Geavanceerde opmaaktechnieken: Technieken zoals Advanced Format (AF) en 512e (emulatie) optimaliseren de manier waarop gegevens naar de schijf worden geschreven, waardoor de efficiëntie en betrouwbaarheid worden verbeterd.

* Foutcorrectiecodes (ECC): HDD's maken gebruik van ECC om fouten te detecteren en te corrigeren die kunnen optreden tijdens lees- en schrijfbewerkingen als gevolg van defecten of omgevingsfactoren.

Samengevat: HDD's bereiken efficiënte opslag en ophalen van gegevens door een combinatie van snelle mechanische beweging, efficiënte gegevensorganisatie (cilinders, sporen, sectoren), geoptimaliseerde formattering, caching en foutcorrectie, waardoor de zoektijd en rotatielatentie zoveel mogelijk worden geminimaliseerd binnen de beperkingen van mechanische beweging. Hoewel solid-state drives (SSD's) sneller zijn, bieden HDD's nog steeds een hoge capaciteit-kostenverhouding, waardoor ze een haalbare optie zijn voor grootschalige gegevensopslag.