Современный винчестер (англ. HDD - Hard Disk Drive) представляет собой единое электронно-механическое устройство предназначенное для постоянного хранения программ и базы данных. Винчестер или накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД)– важнейший элемент современного компьютера. От его надежности зависит стабильность операционной системы компьютера и сохранность базы данных. Внешне это небольшая прямоугольная коробочка с металлической крышкой сверху и электронной платой с микросхемами снизу. На узкой стороне этого устройства расположены 4-pin разьем питания, сигнальный разьем (IDE или SATA) и четыре пары контактов для установки джамперов(перемычка устанавливающая приоритет винчестера в компьютере). Стандартный винчестер состоит из герметичного моноблока (HDA - Head Disk Assembly) и электронной платы контроллера. В состав блока HDA входят шасси, магнитные диски, механизм привода с двигателями. На электронной плате контроллера находится вся электроника управляющая механизмом винчестера и процессом чтения/записи в устройство. Исключение составляют предварительные усилители сигнала магнитных головок, которые расположены внутри герметичного блока вблизи самих головок и соединяются с платой контроллера с помощью гибкого шлейфа.

Основными элементами конструкции современного винчестера (HDD) являются:
- Магнитные диски;
- Головки чтения/записи;
- Механизм привода головок;
- Двигатель привода дисков;
- Печатная плата с электронной схемой управления;
- Разъемы, элементы конфигурирования и монтажа.

Внутри винчестера находятся несколько дисков накопителя с зеркальной поверхностью установленных на единой оси и набор магнитных головок с приводами управления. Диски представляют собой пластины из алюминия, стекла или керамики с нанесенным на них слоем высококачественного ферромагнетика. Состав магнитного покрытия достаточно сложен - оно, как правило, наносится путем напыления или вакуумного осаждения. В первых дисках использовалось покрытие из оксида железа, сегодня в качестве материалов для магнитного покрытия используются как материалы на основе железа и его окислов, так и пленки других магнитных металлов. Покрытия на основе окислов железа и бариевых ферритов являются достаточно мягкими, поэтому их использование в новых разработках почти прекратилось. Металлические пленочные покрытия обеспечивают более высокую плотность записи и прочность поверхности диска. Прочность покрытия особенно важна при использовании дисков в переносных компьютерах, где велика вероятность ударов. После нанесения покрытия диски подвергаются специальной обработке для обеспечения высококачественной поверхности. Обработанные диски собирают в один пакет от 2 до 12 дисков и закрепляют на оси привода. У каждого диска две рабочих поверхности, однако в некоторых устройствах внешние поверхности крайних дисков пакета не используются из конструктивных соображений. Для надежной и качественной работы винчестера важно обеспечить отсутствие пыли в корпусе блока дисков и головок, для чего широко используются барометрические фильтры, выравнивающие давление внутри и снаружи блока дисков.

Скорость вращения магнитных дисков накопителя соответствует 3600 об/мин в первых устройствах, 5400 об/мин и 7200 об/мин. в современных винчестерах. Повышение скорости вращения обеспечивает более высокую скорость чтения/записи винчестера. Рост скорости вращения ограничен механической прочностью, качеством и точностью балансировки дисков.

Информация на магнитных дисках винчестера храниться в секторах расположенных на обеих поверхностях дисков. Сектора в свою очередь располагаются на дорожках (цилиндрах), которых на одной дорожке может быть от 17 до 150 и выше. В начале каждого сектора записывается его заголовок (префикс), по которому определяется начало и номер сектора. В конце каждого сектора записывается заключение (суффикс) содержащее контрольную сумму для проверки целостности данных. Префикс и суффикс являются необходимой служебной информацией, которая записывается при форматировании, данные располагаются между ними. 

Данные и служебная информация на диски записывается с помощью магнитных головок. Принцип действия головок винчестера аналогичный головкам обычного магнитофона, однако требования к ним предъявляются значительно более жесткие. Отличаются головки дисковых накопителей и своими малыми размерами. 

Головка винчестера не касается поверхности диска, а всегда находится на некотором расстоянии (около 0.13мкм), обеспечиваемом за счет потока воздуха при быстром вращении диска (головка "летит"). Уменьшение зазора между головкой и поверхностью диска увеличивает сигнал при считывании и позволяет снизить ток записи, однако сильно снижает устойчивость устройства к вибрациям и ударам. Тем не менее, работы по уменьшению зазора между диском и головкой не прекращаются ведущими производителями винчестеров и по прогнозам в ближайшие пять лет зазор может быть уменьшен до 0.05мкм. При выключении питания компьютера головки винчестера "паркуются”, т.е. автоматически перемещаются за пределы рабочей зоны дисков во избежание повреждения поверхности диска или головки при их механическом контакте. В первых винчестерах для парковки головок при выключении компьютера запускалась специальная программа возвращающая головки в исходное положение. В современных компьютерах головки винчестера паркуются автоматически.

Головки винчестеров изготавливают по трем технологиям:
монолитные головки;
композитные головки;
тонкопленочные головки

Монолитные головки изготавливаются из ферритов. В новых разработках такая технология почти не используются. Композитные головки имеют меньшие размеры по сравнению с монолитными и выполнены из феррита на подложке из стекла или твердой керамики. Тонкопленочные головки создаются методом фотолитографии. Магнитный сердечник головки осаждается на керамическую поверхность, что позволяет создать головки с очень малым магнитным зазором. Такая технология дает самую высокую плотность записи и позволяет уменьшить ширину дорожек .

Важнейшим элементом устройства винчестера является привод магнитных головок. От типа привода зависит время позиционирования головок (seek time), а значит и производительность винчестера.
Для перемещения головок используются два типа привода: с шаговым двигателем и с подвижной катушкой.
У винчестеров с приводом на основе шагового двигателя среднее время доступа к данным значительно больше, чем у накопителей с приводом на подвижной катушке, поэтому такой привод применяется
в основном в дисководах для гибких магнитных дисков и в накопителях на жестких дисках малой (до 100 Мбайт) емкости. В таком приводе ротор шагового двигателя, механически связанный с блоком магнитных головок, поворачивается на дискретный угол и перемещает головки на следуюшую дорожку магнитного диска. Такой привод очень чувствительный к естественным температурным измнениям параметров дисков, что усложняет точность позиционирования головок. В отличие от систем с шаговыми двигателями, в приводе с подвижной катушкой применяется сигнал обратной связи для точного определения местоположения головок и коррекции их относительно дорожек. Такой механизм управления головками более точный, быстродействующий и не столь шумный, как привод с шаговым двигателем.

Механизмы привода головок с подвижной катушкой бывают двух типов: линейные и поворотные. Поворотный механизм привода с подвижной катушкой используется почти всеми фирмами- производителями накопителей на жестких дисках, т.к. эта конструкция очень легкая и обеспечивает более быстрое позиционирование головок на дорожки, а значит и высокую производительность винчестера.
При поворотном приводе головки перемещаются по дуге окружности как в обычном электропроигрывателе, линейный привод обеспечивает перемещение головок по радиусу диска (аналогично проигрывателям с тангенциальным тонармом).

Управляет всей работой механизма герметичного моноблока (HDA) контроллер, собранный на печатной плате, крепится снизу к моноблоку. Печатная плата контроллера, элементы конфигурации и монтажные детали съемные. На печатной плате монтируются электронные схемы управления шпиндельным двигателем и приводом головок, схема для обмена данными с контроллером.
В большинстве накопителей используются два напряжения питания (5В и 12В), а в малогабаритных портативных компьютерах - лишь 5В. Напряжение 12В необходимо для схемы управления шпиндельным двигателем и приводом магнитных головок. 
Для обеспечения идеальной чистоты воздуха внури моноблока винчестера применяются два воздушных фильтра: один из них - фильтр рециркуляции, второй - барометрический. Они не сменные, поэтому располагаются внутри HDA. Фильтр рециркуляции служит для очистки внутренней "воздуха” от небольших частиц и крошек магнитного слоя. Барометрический фильтр служит для выравнивания давления изнутри и снаружи гермоблока. Таким образом, HDA плотно закрыт, но не герметизирован. Через вентиляционные отверстия и фильтр также проникает и влага, появляющаяся в результате конденсации или испарения. Это приводит к необходимости акклиматизации носителей. Например, полная акклиматизация винчестера, принесенного с улицы при температуре -1°С занимает 15 часов.

Так устроен винчестер (HDD) – важнейшая составляющая современных компьютеров и ноутбуков.