De eerste gestandardiseerde controllers (hier van Shugart, later Seagate) ... en een bijhorende harde schijf, de befaamde ST-506 Het inwendige van een ST-506 Het systeem om de koppen te bewegen is afgeleid van die van floppy drives Kop van een oude harde schijf.

Eerste foto: de eerste harde schijf had twee koppen en 50 plateau's.
De toegang tot data dat op een ander plateau gelegen was, was bijzonder traag.

Bijwerken van de vaste gegevens (adres van de klant) werd door middel van een mutatiebatch uitgevoerd: de mutatieponskaarten werden gesorteerd en dan samen met de band verwerkt: de eerste ponskaart werd gelezen, de tape werd vooruitgespoeld tot de overeenstemmende record, de data werd gelezen, de tape een record teruggespoeld, de data verwerkt en teruggeschreven. Het vooraf sorteren van de ponskaarten had tot gevolg dat de tape slechts relatief kleine stappen vooruit moest maken. Bij het tussenvoegen van records had men twee bandeenheden nodig. Ook mutaties gingen vlotter indien men over twee bandeenheden kon beschikken, omdat de band niet gestopt en teruggespoeld moest worden.

De data-indeling op de schijf werd dus bepaald door hoe de numerieke getallen door de computer verwerkt werden. Er werd gewerkt met woorden van 6 bits (in plaats van 8 bits tegenwoordig) en deze 6 bits werden aangevuld met één pariteitsbit. Een getalwaarde bestond uit een aantal woorden, dit was afhankelijk van het systeem. De programeertalen uit die tijd waren heel rudimentair en konden niet met tekst werken (de eerste FORTRAN versies bijvoorbeeld)

Pas later, toen er ook niet-numerieke data op schijf opgeslagen werd, voldeed deze indeling niet meer. Men ging werken met sectoren, eerst van 128 bytes, later van 512 bytes. Een record (bijvoorbeeld de klanteninformatie) bestond uit een of meerdere sectoren. Wat er in een sector geschreven werd, werd bepaald door het operating system: data (zowel getallen als tekst) of bestandsindeling (bijvoorbeeld een directory). Het werken met blokken met een vaste lengte is nu nog altijd een standaard.

De harde schijf was met de controller verbonden door middel van twee kabels. Op de harde schijf zelf zat er geen intelligentie. Er was wel enorm veel electronica aanwezig op de print van de schijf, maar dat waren gewoon registers, versterkers en passieve componenten.

Het systeem om de koppen naar het juiste spoor te brengen was afgeleid van die van floppy drives. De commando's waren trouwens identiek, wat de invoering van de harde schijf in de eerste home computers versnelde. Dit was de tijd van de stepper motor. Een stappenmotor kan enkel werken met discrete stappen. Door toleranties en slijtage kan het gebeuren dat de koppen niet meer terechtkomen over de sporen. De informatie kan niet meer gelezen worden. De enige mogelijkheid om de drive (maar niet de data!) te redden was een low level format uitvoeren, waarbij nieuwe sporen geschreven werden. Tot in de jaren '90 konden harde schijven door de gebruiker low level geformateerd worden.

Dat was ook de tijd van de interleave: hoewel de schijven van toen aan 3600 toeren draaiden, was de electronika verderop niet in staat de gelezen data snel genoeg te verwerken (datasnelheid van de harde schijf: 5Mbit/sec). Dat was voor de tijd van DMA (direct memory access) en de hoofdprocessor moest de data byte per byte van de controller naar het geheugen verplaatsen. De vorige blok (512 bytes) was nog niet verwerkt, of de nieuwe blok kwam al onder de leeskop, en de controller had maar een geheugen van 512 bytes! Lezen van meerdere blokken achter elkaar was niet echt snel, want de schijf moest dan een volledige omwenteling doen, vooralleer de te lezen blok opnieuw onder de kop kwam. Een bestand van 5000 bytes (10 opeenvolgende blokken) lezen duurde meer dan 200ms.

Door een interleave waarde aan te geven bij de low level format, verschoven de opeenvolgende blokken op, zodat de computer de tijd had om de data te verwerken. Met een interleave faktor = 2 zag de struktuur op de schijf er zo uit:
1 - 9 - 2 - 10 - 3 - 11 - 4 - 12 - 5 - 13 - 6 - 14 - 7 - 15 - 8 - 16
(uitgaande van 16 sectoren per track).
Bij een interleave faktor van 3 was de layout van de blokken de volgende:
1 - 6 - 11 - 2 - 7 - 12 - 3 - 8 - 13 - 4 - 9 - 14 - 5 - 10 - 15
Na twee blokken was de computer opnieuw klaar om een blok te verwerken. Interleave 3 werd het vaakst gebruikt bij de "snellere" computers uit die tijd. llformat kon automatisch de beste interleave factor berekenen. Hoe sneller de computer de gegevens kon verwerken, hoe lager de interleave gekozen kon worden. Tegenwoordig wordt een interleave nooit meer gebruikt.

De stepper motor om de kop naar het juiste spoor te bewegen

Floppy disk drive, stepper motor rechts in beeld Zicht op de twee koppen De kop is verend gemonteerd

• Op iedere cylinder worden er een aantal sectoren geschreven (bijvoorbeeld 18)
• Per plateau zijn er gewoonlijk twee koppen (heads)
• Na het schrijven en lezen van een volledige cylinder (twee omwentelingen) schuift de kop naar een volgende cylinder en kan de operatie herbeginnen, totdat alle cylinders geschreven zijn. Er zijn bijvoorbeeld 80 cylinders

De capaciteit van de floppy hierboven is 18 sectoren × 2 koppen × 80 cylinders × 512 bytes = 1.474.560 bytes = 1.4MB. Ongeformateerd heeft dezelfde floppy een capaciteit van 2MB: dit zou het geval zijn indien men de sectoren tegen elkaar zou schrijven (zonder gap) en zonder controle-informatie.

Dankzij het gebruik van een spreekspoel en tracking-signalen moet een schijf nooit meer gecalibreerd worden.

Enkel de floppy drive gebruikt nog een stappenmotor om van track te wisselen. Deze is goed zichtbaar op de foto rechts. Met een wormwheel worden de koppen naar het juiste spoor (cylinder) gebracht.

Met de tijd is de capaciteit opgevoerd. De eerste harde schijven voor huishoudelijk gebruik hadden een capaciteit van 5MB, nu kan je zelfs geen harde schijf meer kopen met een duizendvoudige capaciteit (de minimale capaciteit van een nieuwe harde schijf in 2006 is 40GB!)

Een ander verschil is de overgang van een landingszone naar een load/unload systeem.

Een oude computer met “Multi IO kaart” en VGA kaart.

De computer werd uitgerust met "uitbreidingskaarten": een video-kaart met monochroom of VGA uitgang, een communicatiepoort (serieele en parallele interface) en natuurlijk een interface kaart voor de harde schijf, floppies en CD-ROM speler. De klok (RTC) zat vroeger zelfs op één van de kaarten!

De zogenaamde “multi IO kaart” combineerde meerdere funkties: printer- en modempoort en connectors voor de interface kabel naar floppy en harde schijf.

Nu probeert men zoveel mogelijk op het moederbord te zetten. Parallele en serieele interfaces bestaan niet meer, en ook de keyboard-en muis aansluitingen (PS-2) verdwijnen.

Harde schijven bestaan nu bijna uitsluitend nog in SATA interface. Dit is een snelle verbinding van 150MB/sec. SATA II gaat tot 300MB/sec en SATA III tot 600MB. Deze hoge doorvoersnelheid is nodig bij de huidige hoge capaciteit harde schijven. Ten gevolge van de hogere capaciteit zit de data dichter bij elkaar opeengepakt. De doorvoersnelheid is daardoor hoger geworden zonder dat de rotatiesnelheid daarvoor opgevoerd moest worden. De originele SATA interface werd uiteindelijk de beperkende factor.

De IDE-interface waarop twee apparaten aangesloten konden worden.

Bij een IDE interface kan slechts één van de twee schijven data versturen: bestanden overzetten van één schijf naar de andere via dezelfde kabel is dus niet zo snel. Indien de computer met twee schijven uitgerust is is het beter iedere schijf als master op iedere interface aan te sluiten (oudere computers die nog met de IDE interface werken hebben meestal twee aansluitingen op het moederbord). De CD of DVD ROM die in het algemeen minder gebruikt wordt, wordt dan aangesloten op de SLAVE interface van de drive die het minst gebruikt wordt (dus niet de opstartschijf).