Úložiská sú zariadenia ktoré slúžia na trvalé uchovávanie informácií. Táto vlastnosť sa cudzím slovom označuje výrazom že sú non-volatile. Volatilná pamäť pri strate napájacieho napätia stratí aj svoj obsah. Nevolatilné paläte si uloženú informáciu uchovávajú aj po vypnutí.
Základom každého digitálneho úložiska je schopnosť reprezentovať a udržať dva stavy, ktoré zodpovedajú binárnym hodnotám 0 a 1. Tento proces sa realizuje pomocou rôznych fyzikálnych javov v závislosti od typu média.
Tento princíp využíva schopnosť feromagnetických materiálov udržať si smer magnetickej orientácie. Povrch pevného disku (platne) je pokrytý tenkou magnetickou vrstvou rozdelenou na mikroskopické domény.
Pri zápise vytvára čítacia/zápisová hlava (elektromagnet) magnetické pole, ktoré zorientuje doménu konkrétnym smerom. Pri čítaní sa nad týmito doménami pohybuje hlava, v ktorej sa vplyvom magnetického poľa indukuje elektrický prúd. Zmena polarity sa interpretuje ako logická jednotka, zatiaľ čo absencia zmeny ako nula.
Magnetorezistívna technológia predstavuje kľúčový zlom vo vývoji pevných diskov. Na rozdiel od klasických indukčných hláv, ktoré generovali elektrický prúd pohybom nad magnetickým poľom, magnetorezistívna hlava funguje ako premenlivý odpor. Tento senzor nevyhnutne potrebuje externé napájanie, pretože dáta neprodukuje, ale ich „pociťuje“ zmenou svojich vlastností.
Podstatou je jav zmeny elektrického odporu materiálu v závislosti od pôsobiaceho magnetického poľa. Čítacia hlava je tvorená špeciálnym materiálom, ktorým preteká konštantný prúd. Keď sa hlava priblíži k zmagnetizovanej doméne na povrchu disku (bitu), magnetické pole tejto domény ovplyvní smer magnetizácie vnútri materiálu hlavy.
Táto zmena orientácie spôsobí, že elektróny pretekajúce materiálom narážajú na väčší alebo menší odpor. Výsledkom je kolísanie napätia, ktoré elektronika disku okamžite vyhodnotí ako logickú 0 alebo 1. Tento spôsob je extrémne citlivý, čo umožnilo čítať oveľa menšie bity než kedykoľvek predtým.
Technológia sa postupne zdokonaľovala s cieľom dosiahnuť vyššiu citlivosť. Prelom nastal s objavom GMR (Giant Magnetoresistive) – obrovskej magnetorezistancie, ktorá využíva kvantové javy v niekoľkých ultratenkých vrstvách kovov. Tento objav umožnil zvýšiť hustotu dát na diskoch tisícnásobne.
Súčasné pevné disky využívajú ešte pokročilejší princíp TMR (Tunneling Magnetoresistive). V tomto prípade sú dve magnetické vrstvy oddelené extrémne tenkým izolantom. Elektróny cez tento izolant prechádzajú vďaka javu kvantového tunelovania. Odpor tejto „bariéry“ sa mení dramaticky podľa toho, ako sú zorientované magnetické polia v záznamovej vrstve disku.
Vďaka magnetorezistívnemu princípu bolo možné oddeliť čítaciu a zápisovú časť hlavy. Kým zápis sa stále vykonáva indukčnou cievkou, čítanie zabezpečuje tento mikroskopický MR senzor. To umožnilo inžinierom optimalizovať každú časť samostatne, čím sa dosiahla extrémna hustota stôp a kapacity v rádoch terabajtov na jeden disk.
Bez tohto fyzikálneho princípu by dnešné veľkokapacitné úložiská nemohli existovať, pretože magnetické polia jednotlivých bitov by boli príliš slabé na to, aby ich staršie typy hláv dokázali spoľahlivo zachytiť.
Moderné polovodičové úložiská uchovávajú dáta pomocou elektrického náboja uväzneného vo vnútri pamäťovej bunky. Najrozšírenejšou technológiou je NAND Flash.
Základným prvkom je tranzistor s takzvaným plávajúcim hradlom (Floating Gate). Toto hradlo je od okolia izolované vrstvou oxidu. Pomocou silného napätia sa do hradla "vstreknú" elektróny (proces tunelovania). Prítomnosť náboja v hradle mení elektrické vlastnosti tranzistora, čo sa pri čítaní vyhodnotí ako konkrétny bitový stav. Keďže je hradlo izolované, náboj v ňom zostáva aj po odpojení napájania.
Optické médiá využívajú na uchovanie informácií zmenu odrazivosti svetla na povrchu disku. Dáta sú zapísané v jedinej dlhej špirálovitej stope.
Povrch disku obsahuje mikroskopické priehlbiny nazývané pity a rovné plochy nazývané landy. Pri čítaní dopadá na rotujúci disk úzky laserový lúč. Svetlo dopadajúce na "land" sa odrazí priamo do svetlocitlivého senzora, zatiaľ čo na hrane "pitu" dochádza k rozptylu svetla. Elektronika následne premieňa tieto zmeny v intenzite odrazeného svetla na binárny signál.
Magnetické médiá sú náchylné na vonkajšie magnetické polia a mechanické otrasy. Elektronické pamäte (SSD) majú obmedzený počet cyklov zápisu, pretože izolačná vrstva sa postupne opotrebováva. Optické médiá sú najviac ohrozené fyzickým poškriabaním povrchu alebo degradáciou organickej vrstvy vplyvom UV žiarenia.