Estrutura de um Disco magnético

Figura 1: Vista superior e circuito da eletrônica de um HD

Disco rígido, disco duro, ou HD (do inglês Hard Disk) é a parte do computador onde são armazenadas as informações, ou seja, é a “memória permanente” propriamente dita (não confundir com “memória RAM”). É caracterizado como memória física, não-volátil, que é aquela na qual as informações não são perdidas quando o computador é desligado. O disco rígido é um sistema lacrado contendo discos de metal recobertos por material magnético onde os dados são gravados através de cabeças, e revestido externamente por uma proteção metálica que é presa ao gabinete do computador por parafusos. É nele que normalmente gravamos dados (informações) e a partir dele lançamos e executamos nossos programas mais usados.
Este sistema é necessário porque o conteúdo da memória RAM é apagado quando o computador é desligado. Desta forma, temos um meio de executar novamente programas e carregar arquivos contendo os dados da próxima vez em que o computador for ligado. O disco rígido é também chamado de memória de massa ou ainda de memória secundária. Nos sistemas operacionais o disco rígido é também utilizado para expandir a memória RAM,através da gestão de memória virtual.

Disco rígido – Wikipédia
Recomendo a leitura da versão em Inglês da Wikipédia sobre discos.

Disco magnético

Figura 2: Estrutura de gravação em um disco magnético

Um disco rígido possui uma ou várias superfícies de gravação/leitura com uma estrutura de gravação composta por cilindros, trilhas e setores.

Cilindro: definido como sendo um conjunto de
Trilhas verticalmente alinhadas e com mesmo diâmetro e compostas por
Setores que são as unidades físicas de gravação

Custo de acesso ao disco

Registros que pertencem a um mesmo cilindro não requerem deslocamento do mecanismo de acesso
Tempo de busca (seek time): tempo de deslocamento do mecanismo de acesso de uma trilha para outra
Latência rotacional: tempo para que o inicio do bloco que contenha o registro a ser lido passe pelo cabeçote de leitura/gravação
Tempo de transferência: quantidade de tempo necessário para que um bloco (ou setor) seja transferido para um buffer de memória

Os discos magnéticos de um disco rígido são recobertos por uma camada magnética extremamente fina. Na verdade, quanto mais fina for a camada de gravação, maior será sua sensibilidade, e consequentemente maior será a densidade de gravação permitida por ela. Poderemos então armazenar mais dados num disco do mesmo tamanho, criando HDs de maior capacidade.

Disco rígido – Wikipédia
(GNU Free Documentation License)