在談完磁帶與軟碟之後，接下來站長打算介紹的是與磁帶、軟碟同樣採用磁性材料作為儲存媒介的硬碟，由於與硬碟相關的主題很多，內容也非常的廣泛，因此站長預計接下來會有四到六節的內容都和硬碟有關，而本節主要以介紹早期硬碟的發展過程為主，現代的硬碟設計與介面標準 (如 ATA、IDE、SATA、SCSI、SAS 等) 則留待下節介紹。
早期大型硬碟發展 (1956 – 1989)
在硬碟被發明之前，大多數電腦是使用打孔卡 (又稱為 Punch Card 或 Hollerith Card) 作為主要的資料儲存媒介，在使用電腦時人們得手動一張一張將記錄有組合語言程式碼的卡片逐一插入電腦中進行資料輸入，但這樣的作法有著需要耗費大量人力而且極為容易出錯的缺點 (只要卡片順序一出錯或是卡片發生缺漏就會造就大災難)。
從磁帶、磁鼓到硬碟
在打孔卡之後，磁帶系統在 1951 年被發明，但如同我們在上節當中曾經討論過的，磁帶系統受制其原理而有著隨機存取性能低落與困難度較高的問題，在日常以隨機存取為主的用途下性能並不理想，因此人們仍然迫切需要可以取代打孔卡系統的儲存裝置，所以在 1950 年代當中，有非常多種不同的儲存裝置被發明，例如在 1953 年隨 IBM 701 電腦系統所發佈的 IBM 731 磁鼓系統。
相較於磁帶系統與打孔卡來說，使用圓柱體高速轉動搭配移動式磁頭的磁鼓系統在隨機存取性能上有了飛躍性的成長，但由於圓柱形的磁鼓只使用了外表面進行資料儲存，因此單位體積的儲存密度上仍然相當低 (上圖中如此龐大的磁鼓機實際上只能儲存 81,920 位的數字，也就是大約 10 KB 的大小)，隨著電腦所需要處理與記載資料量日益增長，磁鼓系統很快便不敷使用。
最早的商用硬碟－IBM 350 (1956 年 – 1959 年)
隨著資料量的提升，磁鼓儲存密度的問題也顯得益發明顯，IBM 的工程師便開始思考要怎麼在磁鼓的基礎上創造一個兼具隨機存取性能與高儲存密度的儲存裝置，為了維持磁鼓所帶來的隨機存取性能提升，因此可轉動的磁性儲存媒介與可移動的磁頭即是 IBM 工程師發想的起點。
他們最後想到的解決方案是將磁性儲存媒介製成盤狀，如此一來便可維持可轉動的特性並且將可以用於儲存的面積大幅提升 (畢竟磁盤的正反兩面都能用來讀寫，而且盤狀的結構可以很容易進行堆疊)，而第一款採用此種設計的儲存裝置是 1956 年推出，用於搭配 IBM 305 RAMAC (RAMAC 是 Random Access Method of Accounting and Control，用於會計與控制的隨機存取方法之縮寫) 系統的 IBM 350。
IBM 350 本身由 50 枚 24 吋大小、以 1200 rpm 速度旋轉的磁盤組成，光是儲存裝置本身的體積就達到 152 公分長、74 公分寬與 172 公分高，大約是兩台大型冰箱的大小，重量甚至超過 1 公噸而必須以飛機和堆高機進行運送，但在如此龐大的體積下，IBM 350 的儲存容量其實也只有不到 3.75 MB 而已 (不過 3.75 MB 的容量已經是 IBM 731 磁鼓系統的數百倍了，因此在當時已經可以說是超級龐大的儲存容量，而在 1959 年，改進版的 IBM 350 被推出，容量翻倍提升至 7.5 MB)。
比較有意思的是，當年 IBM 是採用只租不賣的方式提供這款儲存系統，當年每月的租金高達 3,200 美金，若計入通貨膨脹的話，相當於是今天的三萬美金之譜，但當時這套系統對於耗費大量人力、時間、管理成本在抽換打孔卡片上的大型企業與需要即時運算交易的金融產業來說仍然有相當大的吸引力，而當年 IBM 的主管在這款系統發展的過程中也曾經一度因為害怕這款系統會威脅自家打孔卡片的市場而考慮是否取消這項研發計畫。
多重讀寫頭的發展－IBM 1301 DSU (1961 年 – 1970 年)
在 IBM 350 與其多款衍生產品獲得成功之後，IBM 在 1960 年代初期以 IBM 350 的設計為基礎發展了 IBM 1301 系列，這系列產品與 IBM 350 最大的差異出現在讀寫頭的部分，以往在 IBM 350 當中讀寫頭只由一組可移動的磁頭組成，因此當所需要的資料分佈在不同的磁盤面時，IBM 350 會需要將磁頭從目前所在的磁盤位置移出再滑至所要存取的磁盤之位置，這一來一往便造成時間上的嚴重浪費。
而 IBM 1301 磁碟儲存裝置則是為每個磁盤都準備了獨立專屬的磁頭吊臂與磁頭組，因此磁頭不再需要再各個磁盤之間進行移動，再加上磁頭因為不會經常被移出，大多數時候磁頭需要移動的距離也連帶跟著大幅縮短，因此隨機存取性能進一步獲得了大幅的提升，同時這也是近代所有硬碟都具備的特性。
首次採用卡匣設計－IBM 1311 (1962 年 – 1975 年)
在 IBM 1301 推出後隔年，IBM 又進一步推出了 IBM 1311，相較於 IBM 1301 來說，IBM 1311 的體積明顯縮小了許多 (從兩台冰箱的大小縮小為一台立式洗衣機的大小)，但實際上 IBM 1311 與 IBM 1301 最大的差異在於 IBM 1311 首次引入了可替換磁碟卡匣的概念。
以 IBM 1311 所使用的磁碟卡匣 (IBM 1316) 來說，每個卡匣重達 4.5 公斤，內部由六片 14 吋磁盤所組成 (或許是基於可靠度的考量，最上與最下兩片磁盤各有兩面是不使用的，因此一共有 10 個盤面可用來儲存資料)，可以儲存至多 7.25 MB 的資料，比起需要使用起重機才能搬運的 IBM 1301 來說，體積和重量上都可以說是劃時代的進步，此外，當年更換磁碟卡匣的方式其實也蠻有趣的，在取下卡匣保護蓋之後，將整個卡匣塞入硬碟機的卡槽中，之後旋轉上蓋上的固定鎖後，上蓋會在卡匣鎖緊後跟著脫落 (可以參考下方的影片)。
Table of Contents
初見現代硬碟雛形－IBM 3340 (1973 年 – 1984 年)
時序進入 1970 年代之後，人們開始追求更高的硬碟資料傳輸速度，為了提高速度，勢必得提高磁碟的旋轉速度或是磁頭的移動速度，但隨著磁碟旋轉速度的提升，與碟盤直接接觸的磁頭對磁碟碟盤所造成的磨損問題也就益發嚴重，這對硬碟的可靠度帶來了極大的挑戰。
為了解決這項問題，IBM 的工程師在 1973 年設計出了 IBM 3340 硬碟機 (又名溫徹斯特 Winchester，由來是一種同名的來福槍，取 IBM 3340 硬碟機由兩個 30 MB 磁碟卡匣組成，與當年溫徹斯特來福槍的 30 吋長槍管與 .30 子彈口徑有著相同的數字之涵義)，與先前介紹的幾款硬碟機相比，IBM 3340 所帶來的最大革新是磁頭從此不再直接與磁盤接觸了，IBM 的工程師從飛機飛行的原理發想，運用磁盤高速轉動時會擾動卡匣內的空氣，進而為磁頭產生浮力而使得磁頭得以懸浮在磁盤上方的原理，有效解決了磁盤容易被磁頭磨損的問題。
由於懸浮式的磁頭設計對於卡匣內空氣懸浮微粒的數量與顆粒大小以及磁頭的穩定性有著非常高的要求 (雖然磁頭不再直接接觸磁盤，但磁頭離磁盤仍非常近，若出現不穩定或是較大的灰塵顆粒還是很有可能會對高速轉動的磁盤造成嚴重的刮傷)，因此從 IBM 3340 開始，磁頭與磁盤被封裝在同一個組件中並且首次採用了密封設計，同時也正式確立了現代硬碟所使用的基礎結構 (下圖為 IBM 3340 所使用的 IBM 3348 資料模組)。
容量遽增的開始－IBM 3370 (1979 年－1986 年)
從 1956 年到 1975 年這二十年間，硬碟的容量僅僅從 IBM 350 的 3.75 MB 提升到 IBM 3340 的 60 MB，單位體積容量的成長也不是那麼明顯，直到 1979 年 IBM 3370 推出之後，硬碟的單位體積容量才開始真正起飛。
相較於 IBM 3350，IBM 3370 的容量從原先的 317.5 MB 明顯提升為 571 MB，而 IBM 3370 之所以可以大幅提升硬碟單位體積容量的關鍵，在於 IBM 3370 首次採用了薄膜式磁頭技術 (Thin-Film Head Technology)，這種新式磁頭採用了類似積體電路製造時所使用的精密加工與光刻技術搭配鐵－鎳材料取代傳統的磁性氧化物工藝磁頭。
由於製造工藝變得更加精密，這種磁頭得以在更靠近磁盤的位置穩定工作 (距離比 IBM 3340 還要縮短約 30%)，進而將資料寫入的最小密度一口氣提高為原先的兩倍 (每平方英吋可達 7.7 MB)，此後 IBM 更持續針對此種磁頭進行改良，這使得在接下來的十年內硬碟的儲存密度得以經歷的數次的倍增，並啟發了後來各種現代磁頭的發展，最重要的是，這種磁頭的發明使得後來硬碟體積的急遽縮小與單位體積容量的飆升成為可能。
跨入 GB 時代－IBM 3380 (1980 年 – 1996 年)
在 IBM 3370 首次導入薄膜式磁頭之後，IBM 在隔年推出的 IBM 3380 中正式將其特性發揚光大，相較於 IBM 3370 而言，IBM 3380 的單台容量足足是 IBM 3370 的四倍，來到了 2.52 GB 之譜 (單台 IBM 3380 中包含了兩套磁碟系統，每組磁碟系統下有兩組磁盤，每組磁盤所能儲存的資料量為 630 MB)。
約莫在這個時間點，小型電腦的發展開始逐漸脫離電子玩家圈走向家用市場，個人電腦的概念也開始逐漸成為主流，隨著大型硬碟機的容量已經遠遠超過當時一般人日常所需，人們也開始思考是不是能夠將大型硬碟機縮小到能夠搭配個人電腦系統使用，於是硬碟的發展至此正式進入了一個全新的時期。
隨著時間發展，在小型硬碟機的容量與可靠性也足以滿足高階電腦的需求之後，成本高昂、體積龐大且配置彈性差的大型硬碟機也就隨之逐漸退出市場了 (取而代之的則是使用多枚小型硬碟機搭配組合而成的 RAID 磁碟陣列系統，之後會有專節介紹)，1989 年 IBM 所推出的 IBM 3390 (上圖) 便是 IBM 最後一款大型硬碟系統。
早期個人電腦硬碟 (1980 年 – 1985 年)
最初的個人電腦用戶資料儲存裝置只有軟碟機 (例如可攜式電腦的開山鼻祖 IBM 5100 與第一台 IBM PC 都是如此)，但隨著個人電腦用途的成長，要處理的資料也隨之增加，容量相當有限的軟碟逐漸顯得不敷使用，在硬碟技術提升的同時，將硬碟體積縮小以搭配個人電腦使用便理所當然成為工程師努力的目標。
還記得我們在上節曾經談過的 Alan Shugart 嗎？這位在 1960 年代曾任職 IBM Direct Access Storage 部門的產品經理除了帶領 IBM DAS 部門的工程團隊發明了軟碟、在 1970 年代創辦 Shugart Associates 之外，其實他真正知名的是其在硬碟領域的發展，Shugart Associates 公司後來在軟碟機方面的成就反而與他關係並不是那麼大。
要談這段故事得從 1973 年 Alan Shugart 創辦 Shugart Associates 時開始談起，當年 Alan Shugart 創業其實想做的是類似 IBM 3740 這種全套商用系統的競爭產品，但搞了好一陣子都沒甚麼成果，最初募集來的創投資金也差不多快燒光了，當時公司董事會希望 Alan Shugart 放棄製造全套商用系統的計畫，改為專注於磁碟機的發展上 (畢竟實際上這才是他的本業) 但 Alan Shugart 並不願意妥協，因此在 1974 年 10 月 Alan Shugart 便離開了 Shugart Associates，所以後來 Shugart Associates 公司在軟碟市場取得的成就基本上與 Alan Shugart 本人其實沒有太大的關係。
隨後在 1979 年，Finis Conner 與 Alan Shugart 認為 IBM 發展出來的 8 吋硬碟仍然太大 (IBM 3380 內部其實就是使用此種硬碟所組成)，希望能將硬碟縮小至 Shugart Associates 當時所生產的 SA-400 的大小 (也就是 5.25 吋) 以滿足個人電腦的需求，於是兩人便決定合作開設一間新公司－Shugart Technology (名稱和 Shugart Associates 很像沒錯，當時其實他們知道這個名稱很有可能會引來當時實際擁有 Shugart Associates 的 Xerox 所提出的訴訟，但他們認為這樣可以讓這間新創公司快速取得一點知名度，於是便決定先使用這個名稱，等待訴訟威脅正式到來時再改名)，在未來的幾十年裡，這間公司將是硬碟產業當中影響力最大也最深遠的公司之一。
首款 5.25 吋硬碟－ST-506 (1980 年)、ST-412 (1981 年)
在 Shugart Technlogy 成立後的隔年，Shugart Technology 便推出了世界上第一款 5.25 吋大小的小型硬碟機－ST-506，這款定價高達 1,500 美元的硬碟有著 5 MB 的容量，雖然從帳面數字上看起來的確並不怎麼樣 (畢竟同期的 IBM 3380 早已登上 GB 量級)，但就其體積而言可說是徹底撼動了整個硬碟產業，個人電腦硬碟也正是由此正式開始發展。
前面曾提到 Shugart Technology 其實是冒著被 Shugart Associates 告的風險取名，實際上當年 Shugart Associates 一開始並沒有打算對 Shugart Technology 提起訴訟，因為 Shugart Associates 當年其實根本不認為 Shugart Technology 會搞出甚麼名堂 (至少一點也不相信他們會在公司創立一年左右就能成功推出產品)，但 ST506 的橫空出世著實讓他們與世界都跌破了眼鏡。
在 ST-506 發佈之後不久，Shugart Technology 就收到了來自 Shugart Associates 的律師函，警告他們必須改名否則將面臨各種訴訟，但對於 Shugart Technology 陣營來說，他們要的目的其實早就達成了，而新產品正獲得熱烈迴響的當下其實正是改名的最佳時機。
而 Alan Shugart 當時所想到並採用的新公司名其實就是現在大家所熟知的 Seagate Technology (眼尖的讀者或許剛剛就已經注意到 ST-506 上面有著與 Seagate 早期 Logo 一模一樣的圖案了吧)，在當年誰會想到這間公司在多年以後竟成了世界上最大的硬碟製造商呢？據說這個名稱想法的起源和當時正好甚囂塵上的水門案有一點關係 (或許有一點關聯吧，但實際上主要是從 Shugart 姓氏當中取了 S、G、T 三個字母而來)，當時 Shugart 的主要合夥人還一度認為 Alan Shugart 肯定是瘋了才會想把公司名稱和當時正甚囂塵上的水門案扯上關係 (水門案之後美國人就經常將各種醜聞稱為各種門，例如 iPhone 4 的天線門之類的)。
在 ST-506 推出後隔年，Seagate 又推出了採用相同架構但容量加倍的 ST-412，並且同時藉此取得了 IBM PC XT 的 OEM 供應訂單 (IBM PC XT 是第一款出廠時就內建硬碟的 IBM 個人電腦，初代 IBM PC 由於供電上的不足與缺乏預留空間因此需要透過外設擴充盒的方式來進行擴充，下圖中的大箱子就是用於初代 IBM PC Model 5150 的外設擴充盒)，而此款硬碟的流行同時也帶動了其他硬碟廠商開始生產採用與 ST-506/ST-412 相似設計之相容硬碟產品，從此 Seagate 正式登上了硬體界的龍頭霸主之位。
首款 3.5 吋硬碟－Rodime RO-351/RO-352 (1983 年)
在 ST-506 問世三年後，一間名叫 Rodime 的蘇格蘭公司 (創立於 1979 年，一開始主要以生產與 ST-506 相容的 5.25 吋硬碟為主要業務) 推出了全世界第一款 3.5 吋大小的個人電腦硬碟 RO-351/RO-352 (最大容量為 10 MB，要價 1,895 美金)，不過與 ST-506 迅速獲得市場廣泛接受不同，當時人們認為 Seagate 主推的 5.25 吋硬碟體積已經「夠小」，進一步將硬碟機的大小縮小到 3.5 吋並沒有太高的成本效益，反而只會導致單位價格所能購買的容量大幅跌落，因此 RO-351/RO-352 的銷售情況一直都不太理想。
而後來這間公司在 3.5 吋硬碟機好不容易開始流行時又未能跟上競爭對手的速度推出改良版產品，因此在同時面臨自家 3.5 吋硬碟機逐漸失去競爭力、5.25 吋硬碟機又逐漸被淘汰的狀況下，Rodime 在 1989 年便面臨財務危機，並在 1991 年宣布破產，幾乎可以說是生不逢時的典型案例 (不過這間公司在破產之後轉為專利控股公司，與 Seagate 與 Quantum 等主要硬碟廠商爭訟專利數年之後，以專利訴訟勝訴所獲得的賠償金與出售專利所獲得的款項買下 Littlewoods 的部分產業之後改行從事博弈產業，後改名為 Sportech 又存續至今，是一間發展過程非常有意思的公司)。