LE STOCKAGE DE L'INFORMATION
Le disque dur
Description
Le tout premier disque dur, appelé́ mémoire de masse magnétique, a été́ créé le 13 septembre 1956 par un pionnier de l'informatique embauché par l'entreprise IBM, Reynold Johnson.
Nous allons commencer par présenter la composition d’un disque dur.
Il est formé d’un ensemble de plateaux circulaires coaxiaux, recouverts d’une couche de matériau magnétique qui permet l’enregistrement des données. Le nombre de plateaux varie en fonction de la capacité de stockage, de 1 à 8, ces plateaux tournent à plusieurs milliers de tours par minute, ses têtes de lecture/écriture se déplacent à la surface des plateaux sur un coussin d’air d’épaisseur comprise entre 0,2 et 0,5 µ. (micromètre). Les plateaux et le mécanisme de lecture sont enfermés dans une coque étanche qui les isole de la poussière ambiante, car la moindre particule peut venir détériorer l’état de la surface du disque.
Afin de pouvoir accéder à l’ensemble des plateaux et d’optimiser les transferts de donnés, il y a dans chaque disque dur autant de tête que de plateaux. L’ensemble des têtes est dirigé par un « bras électro-magnétique » qui contrôle et fait pointer au bon endroit les têtes d’écriture et de lecture afin qu’elle puisse effectuer des opérations sur l’ensemble du rayon des plateaux.
Grâce à un moteur rotatif, qui fait tourner plus ou moins vite les plateaux sur eux-mêmes, les têtes peuvent ainsi intervenir sur l’ensemble de la surface de stockage.
Les composants sont enfermés dans un boitier fermé hermétiquement (1a et 1b).
Les principaux constituants d’un disque dur sont les plateaux (ici, leur nombre est de 4) (2a, 2b, 2c et 2d), ceux-ci sont reliés à l’axe moteur (5).
Les bras de lecteurs (3), au bout desquels se trouvent les têtes de lecture/écriture, sont reliés aux plateaux grâce à un actionneur de tête ou actuateur (6) marchant via l’aimant (4).
Les connecteurs (7) sont les ports permettant la connexion à l’ordinateur et ainsi de l’alimentation et de l’interface. Pour finir, les jumpers (8) permettent la configuration de secours du disque dur (« hardware »).
Intérieur du disque dur
Fonctionnement et organisation
Pour stocker des données, les disques durs ont utilisé une méthode d'organisation identique qui est restée inchangé depuis leur apparition. Un disque dur contient donc un certain nombre de plateaux qui se caractérisent par un ensemble de pistes, qui stockent elles-mêmes des milliers de secteurs appelés Clusters (généralement de 512 octets). Cette organisation est complétée par une notion appelée "Cylindre". Un cylindre correspond à l'alignement de l'ensemble des têtes, qui rappelons le, sont indissociables du bras électro-magnétique, au niveau d'une même piste pour chaque plateau. Ainsi, si la première tête a besoin d'aller chercher des informations sur le 1er plateau / piste 14, les têtes placées au dessus des plateaux 2 et 3 seront également alignées sur cette même 14ème piste.
Pour finir il existe une dernière unité, baptisée "Clusters » qui vient compléter cette organisation. Sous ce nom se cache la plus petite unité qui pourra être utilisée pour stocker un fichier. La taille d'un cluster, qui est en fait ni plus, ni moins qu'un ensemble de secteurs, est déterminée par deux facteurs : la taille du disque et surtout par le système de fichier utilisé.
Schéma de l’organisation des plateaux
Schéma d'un plateau
Un disque dur se constitue donc de plusieurs plateaux appelés aussi disques rigides. Auparavant ces disques étaient en aluminium ou en zinc alors qu’ aujourd’hui on utilise plus le métal et le verre, qui sont tout deux traités par diverses couches dont une ferromagnétique qui est elle-même recouverte d’une couche de protection.
Les disques rigides tournent autour d’un axe sur un roulement. Il y a deux types de roulements pour les disques durs : à billes et à huile. Les roulements à billes sont formés d’une bague de 7mm de largueur et de 22mm de diamètre et sont composés de sept billes de 4mm de diamètre environ. Les roulements à huile sont composés d’une fine couche d’huile. Ils permettent de faire garder les disques parallèles entre eux pour ne pas les entrechoquer. Niveau qualité et prix, les roulements à huile sont plus silencieux et meilleur marché que les roulements à billes pourtant plus rapides.
Un moteur électrique maintient cet axe en mouvement, c’est pour cela que l’électricité est nécessaire au fonctionnement d’un disque dur. Par ailleurs, la vitesse de rotation d’un plateau est comprise entre 3600 et 15 000 tours par minutes (l’échelle typique des vitesses est de 3600, 4200, 5400, 7200, 10 000 et 15 000 tours par minutes). La rotation des disques est maintenue à une vitesse constante pendant la recherche de l’information et l’état de sa surface doit être la meilleure possible pour favoriser cette vitesse. Le moteur entrainant les disques doit être capable de fournir des accélérations et des décélérations très importantes et rapides pour que la tête se positionne sur le bon cylindre contenant l’information. En effet, un des algorithmes de contrôle des mouvements permet de planifier ainsi le mouvement pour un trajet le plus rapide.
Des têtes de lecture/écriture sont situés d’une part et d’autre à chacun des plateaux ce qui permet la lecture et l’écriture. En effet, si une des têtes s’occupe de la lecture, celle opposée s’occupe de l’écriture. Ces têtes sont fixées au bout d’un bras, elles sont solidaires ce qui permet de les faire pivoter en arc de cercles à la surface des plateaux. Ces têtes (situées à 15 nm de la surface et séparée par une couche d’air provoqué par la rotation des plateaux) sont des électroaimants qui se baissent et se soulèvent permettant l’écriture ou la lecture de l’information.
Puis, les connecteurs sont les prises permettant l’alimentation du disque dur en électricité et permet la réception des instructions du contrôleur de disque.
Quand au jumpers, ils permettent de configurer le disque dur en mode « maître » c'est-à-dire sans échec et donc en cas de problème avec les logiciels de configuration basiques pour disque dur.
Propriétés
Un disque dur possède une très grande capacité afin d'être capable de stocker nos données, le système et les logiciels. Pour rappel, l'unité de grandeur de capacité en informatique est l'octet.
Aujourd'hui un disque dur atteint plusieurs To (Téra Octets) soit 1000 Go (Giga Octets). On trouve des disques durs généralement entre 500Go et 2To. C'est une capacité énorme qui nous permettra de stocker des centaines d'heure de vidéo et plusieurs milliers d'heure de musique, et quelques milliards de documents texte.
La capacité d’un disque dur peut être calculée ainsi : nombre de cylindres × nombre de têtes × nombre de secteurs par piste × nombre d’octets par secteur (généralement 512).
Le temps d’accès et le débit d’un disque dur permettent d’en mesurer les performances. Les facteurs principaux à prendre en compte sont :
le temps de latence est le facteur de la vitesse de rotation des plateaux, il représente le temps entre lequel le disque a trouvé la piste et où il trouve les données. Plus votre disque a une vitesse de rotation élevée plus le temps de latence est court.
Le temps de recherche est le temps que met la tête pour se déplacer jusqu’au cylindre choisi. C’est une moyenne entre le temps piste à piste. Elle doit être la plus petite possible.
le temps de transfert est le temps que vont mettre les données à être transférées entre le disque dur et l’ordinateur par le biais de son interface.
L'avantage du disque dur se trouve donc dans sa grande capacité de stockage et une vitesse d’accès importante.