Disque dur
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Définition :
Le disque dur est un périphérique de stockage magnétique. Il a remplacé efficacement les tambours (aujourd'hui obsolètes) et les bandes, seulement utilisées de nos jours pour l'archivage et la sauvegarde. Inventés dans les années 1950 par IBM, leur capacité augmente très rapidement tandis que leur encombrement se réduit.
Capacité de stockage :
Les capacités actuelles s'échelonnent entre 20 Go et 400 Go. La capacité des disques durs a augmenté beaucoup plus vite que leur rapidité, limitée par la mécanique.
Mécanique :
Plateaux
Les plateaux sont solidaires d'un axe sur roulements à billes. Cet axe est maintenu en mouvement par un moteur électrique. La vitesse de rotation est actuellement (2005) comprise entre 3 600 et 15 000 tours/minute (l'échelle typique des vitesses est 3 600, 4 200, 5 400, 7 200, 10 000 et 15 000 tours/minute). La vitesse de rotation est conservée constante.
Les plateaux sont composés d'un substrat, autrefois en aluminium, de plus en plus souvent en verre, traitées par diverses couches dont une ferromagnétique recouverte d'une couche de protection. L'état de surface doit être le meilleur possible.
Tête de lecture/écriture
Le bras supportant les deux têtes de lecture/écriture. Les rayures visibles sur la surface du plateau indiquent que le disque dur était en panne, victime d'un «atterrissage».
Fixées au bout d'un bras, elles sont solidaires d'un second axe qui permet de les faire pivoter en arc de cercle sur la surface des plateaux. Toutes les têtes pivotent donc en même temps. Il y a une tête par surface. Leur géométrie leur permet de voler au dessus de la surface du plateau sans le toucher : elles reposent sur un coussin d'air créé par la rotation des plateaux. En 1997 les têtes volaient à 25 nanomètres de la surface des plateaux, aujourd'hui (2005) cette valeur est d'environ 10 nanomètres.
Le moteur du bras, les deux parties blanches de part et d'autre de la bobine sont des aimants. Le couvercle contenant deux autres aimants a été retiré pour faire apparaître le pivot et la bobine.
Le moteur qui les entraîne doit être capable de fournir des accélérations et décélérations très importantes. Un des algorithmes de contrôle des mouvements du bras porte-tête est d'accélérer au maximum puis de freiner au maximum pour que la tête se positionne sur le bon cylindre. Il faudra ensuite attendre un court instant pour que les vibrations engendrées par le freinage s'estompent.
À l'arrêt les têtes doivent être parquées, soit sur une zone spéciale, soit en dehors des plateaux.
Si une ou plusieurs têtes entrent en contact avec la surface des plateaux, cela s'appelle un atterrissage et provoque la destruction des informations situées à cet endroit. La mécanique des disques durs est donc assemblée en salle blanche et toutes les précautions (joints etc.) sont prises pour qu'aucune impureté ne puisse pénétrer à l'intérieur du boîtier (appellé « HDA » pour « Head Disk Assembly » en anglais).
Électronique :
Elle est composée d'une partie dédiée à l'asservissement des moteurs et d'une autre à la l'exploitation des informations électriques issues de l'interaction électromagnétique entre les têtes de lecture et les surfaces des plateaux. Une partie plus informatique va faire l'interface avec l'extérieur et la traduction de l'adresse absolue d'un bloc en coordonnées à 3 dimensions (tête, cylindre, bloc).
L'électronique est aussi responsable de corriger les erreurs.
Types d'interfaces des disques durs :
Les interfaces des disques durs ont largement évolué avec le temps dans un souci de simplicité et d'augmentation des performances. Voici quelques interfaces possibles :
- SMD (Storage Module Device), très utilisé dans les années 1980, elle était principalement réservée pour les disques de large capacité installés sur des serveurs.
- ST506, très utilisé au début de la micro informatique dans les années 1980.
- ESDI (Enhanced Small Device Interface), a succédé au ST506, qu'il améliore.
- L'interface IDE (ou PATA par opposition au SATA, voir plus loin), les plus courants dans les machine personnelles, appelé aussi ATA (AT ATACHMENT), à ne pas confondre avec S-ATA
- SCSI (Small Computer System Interface), plus chère, mais offrant des performances supérieures. Toujours utilisée et améliorée (passage de 8 à 16 bits notamment, et augmentation de la vitesse de transfert, normes SCSI-1, SCSI-2, SCSI-3).
- Serial ATA (ou S-ATA), est une interface série, peu coûteuse et plus rapide (le serial-ATA est en cours de remplacement par le serial-ATA II).
- Fibre-Channel (FC-AL), est un successeur du SCSI. La liaison est série et peut utiliser une connectique fibre optique ou cuivre. Principalement utilisé sur les serveurs.
- Les disques durs nomades : format PCMCIA, ROM USB, SmartMedia, CompactFlash, etc. Utilisés pour la photo numérique par exemple.
Formats :
Les dimensions des disques durs sont normalisées :
- 19 pouces pour les anciens disques (à interface SMD).
- 8 pouces génération suivante, permettant de mettre deux disques sur une largeur de baie.
- 5 pouces 1/4 : format apparu dans les années 1980, exista aussi en demi-hauteur.
- 3 pouces ½ est la taille standard à ce jour (2005).
- 2 pouces ½ pour les ordinateurs portables.
- 1 pouce 8 pour les baladeurs mp3 et certains disques durs externes.
Les plus petits disques entrent dans la catégorie des microdrives, avec une taille de 1 pouce.
Fabricants :
Le nombre de fabricants de disques durs est assez limité de nos jours, en raison de divers rachats ou fusions d'entreprises, voire l'abandon par certaines entreprises de cette activité.
Constructeurs historiques :
- CDC (Imprimis)
- Conner
- Fujitsu
- Micropolis
- NEC
- Quantum
- Tandem
Émulation :
Parfois il est nécessaire d'avoir un périphérique en tout point similaire à un disque dur, mais avec des temps d'accès beaucoup plus rapides, au détriment de la capacité. Il y a deux façons d'atteindre ce but : soit par l'utilisation d'un disque SSD, soit par la création d'un disque virtuel, comme décrit ci-dessous.
La technologie SSD
SSD signifie Solid State Disque : extérieurement un disque SSD aura la même apparence qu'un disque dur classique, y compris pour son interface. Seulement, il ne contient aucun élément mécanique, les données sont stockés sur de la mémoire flash. Les temps d'accès sont très rapides, mais la capacité ne dépasse pas 16 Go à ce jour (2005). Cette technologie est utilisée principalement dans les environnements où les disques durs habituels ne peuvent fonctionner (vide, accélérations importantes...).
Les disques virtuels
Parfois aussi appelés RAM-disks. C'est un artifice qui permet d'émuler un disque dur à partir d'un espace alloué en mémoire centrale. Sa création, son effacement et son accès se font par le biais d'appels systèmes (le noyau peut contenir des pilotes adéquats). Les temps d'accès sont excessivement rapides, par contre la capacité ne peux excéder une fraction de la taille de la mémoire centrale. Les données sont perdues si la mémoire n'est plus alimentée électriquement.
