PDF    Le disque dur

Présentation générale:

Le disque dur est un appareil qui permet de stocker de l'information sous forme de signaux binaires. L'extérieur du boîtier du disque dur comporte des faces en aluminium, une face avec de l'électronique, et une face qui permet de brancher et commander le disque. On y trouve le port d'interface, où circulent les données, des "Jumpers" qui permettent de configurer le disque dur, et un port d'alimentation 4 broches (5V/12V).

Mais la partie la plus intéressante de cet appareil est naturellement l'intérieur. Cependant, il faudra sacrifier un disque pour le découvrir car en effet, l'intérieur est dépourvu de toute imperfection. L'assemblage étant effectué en salle blanche, il est donc strictement déconseillé d'ouvrir un disque dur au risque de ne plus fonctionner plus correctement.

On constate en effet la présence de plateaux aux surfaces miroitées. Ce sont ces plateaux, recouverts d'une substance magnétique, qui vont réellement "garder" les informations. Ces plateaux sont tous fixés sur un même axe, lui même fixé sur le moteur qui permet de faire tourner cet ensemble à des milliers de tours par minute.

L'autre élément mobile du disque dur est l'ensemble axe de lecture/bras/ tête de lecture, celui ci tourne sur un axe qui a un certain angle de liberté et possède de grandes capacités d'accélération . Cette rapidité est obtenue grâce à un aimant superpuissant formé par des bobines, situées dans le vérin.

Grâce à la rotation des plateaux, et à celle du bras, la tête de lecture peut ainsi se positionner n'importe où sur le disque. A noter bien évidement qu'il y a une tête de lecture par surface de plateau, donc 2 têtes de lecture par bras mobile.

En fait, les plateaux sont la banque de données, la tête de lecture est comme un agent qui doit récupérer les informations qu'on lui demande. Tout cela est géré par la carte électronique du disque dur, elle même reliée à un ordinateur par exemple. Tout d'abord, l'ordinateur envoie une requête au disque dur, la carte traduit l'ordre et demande à la tête de lecture de se positionner et d'attendre que le plateau soit dans la bonne position, puis lit l'information, et la retourne à la carte, qui la transmet à l'ordinateur. Pour l'écriture, c'est le même principe sauf que la tête de lecture écrit sur le disque grâce à son pouvoir inductif.

Bien évidemment, en réalité les choses sont bien plus complexes que cela, il y a une organisation bien stricte des bits sur les plateaux, un algorithme très complexe étudié pour répondre le plus rapidement possible aux requêtes.

Introduction:

Le premier ordinateur est sorti des usines dans les années 1940, depuis ce temps il se pose un problème en constante évolution : le stockage des fichiers. Une constante évolution certes, mais qui nous le verrons a été et est toujours freinée par la mécanique. Si capacité et taille ont nettement été modifiées, le moyen d’écriture en lui-même : stockage sur disques magnétiques lui, n’a pas été changé. C'est donc sur les disques durs que va porter notre sujet.

Les grandes avancées ont été jusqu’à aujourd’hui:

La réduction de taille : De 19 pouces pour les anciens disques à interface SMD, la majeure partie aujourd’hui sont de 3,5 pouces, mais le 1,8 pouces existe pour les lecteur MP3 et disque durs externes ainsi que ( et c’est le record actuel ) le 1 pouce pour les micro drives.

L’augmentation de la capacité : De quelque Kilo-octet ( Ko ) pour les tous premiers disques durs, les disques durs actuels sont en majeurs partie de 80 Giga-octet ( Go ). Pour exemple, en 1996, les disques durs étaient majoritairement de 10 Méga-octet ( Mo ) et en 2003, soit 7 ans plus tard, les 512 Go sortaient, donc en 7 ans, la capacité du 10 Mo a été augmenté de 50 000 fois. Ceci dit, à l’heure actuelle, le disque dur de 1 Téraoctet (1 000 Go) existe.

Le graphe suivant montre l’évolution de la capacité et de la taille.

Et cette photo montre l’évolution de la taille.

Problème:la capacité des disques durs a augmenté beaucoup plus vite que leur rapidité, la cause en est simple : la mécanique. En effet, la vitesse de transfert est limitée par la mécanique lors de la lecture de l’information : plateaux qui tournent, tête de lecture qui se déplace … en sont responsables. Si il y a des recherches en cours, c’est bien sur ce problème là qu’elles se concentrent

Le disque dur n’est pas seulement un objet physique sur lequel on stocke images, vidéos ou textes, c’est toute une industrie et une économie qui emploie des milliers de personnes. Les concurrents font leurs recherches, ils s’achètent, se rachètent, c’est une vraie économie mondiale qui s’est développées depuis la commercialisation des technologies informatiques, un marché fructueux qui engendre des milliards de dollars.

Tous les problèmes sont posés, les affirmations données ont été traitées et vous sont retranscrites par l’intermédiaire de ce site Web. Vous pouvez consulter notre plan afin de parcourir le dossier plus facilement.

Composants et techniques du disque dur

A) Tête de lecture

La tête de lecture est la partie du disque dur qui demande le plus de

précision. Fixée sur un glisseur, qui lui-même est fixé à un bras et commandé par un moteur. La tête de lecture doit pouvoir aller d’une extrême vitesse d’un point à un autre, pour chercher l’information sur le plateau. Au fils des années, les têtes de lectures s’améliorent en sensibilité, ce qui leur permet de décrypter de plus en plus facilement les informations binaires contenues sur la surface du plateau. Ainsi, les secteurs du plateau peuvent entrer dans une optique de minimalisation, ce qui permet d’avoir des densités d’information beaucoup plus grande, et bien sur, cela va de soi, des disques de plus en plus aptes à stocker des grandes quantités de données !

B) Plateaux

Les plateaux sont les composants les plus importants du disque dur car ce sont eux qui stockent réellement l'information. Ils forment un ensemble mobile qui peut tourner à 7200tr/min, voir plus. On peut en trouver dans des tailles ou en nombres différents par disque durs, et ces choix devront satisfaire des critères tels que la fiabilité les performances. Les plateaux possèdent une structure bien particulière, qui organise et regroupe les bits, différemment en fonction du système de fichier. Cette structure permet une optimisation des performance en facilitant plus ou moins l'accès aux bits au système.

C) Carte et connectique du disque dur

La carte électronique du disque dur est l'élément qui gère le fonctionnement du disque dur. C'est elle qui commande la tête de lecture, qui satisfait les requêtes par des algorithmes de plus en plus complexes. La carte va également déterminer le type de connectique à utiliser pour connecter le disque à un ordinateur par exemple, comme le SCSI ou le ATA-IDE. De plus la mémoire cache est l'élément qui amortit le retard créé par la différence de vitesse de traitement de l'information, entre un disque dur et un processeur.

D) Taille des boîtiers

On trouve des disques durs de tailles prédéfinis, qui permettent de les classer en fonction de leur domaine d'utilisation. On trouvera les disques durs adaptés aux serveurs, donc de gros volume et de grosse capacité. Mais aussi des disques durs plus petits pour un emploi sur des appareils mobiles.

E) Système de fichier

Pour organiser les données sur les disques durs, les systèmes d’exploitations utilisent des systèmes de fichier qui leurs sont propres : les FAT16 et FAT32 ainsi que le NTFS pour Windows, les ext, ext2, ext3 et bien d’autres pour Linux, le HFS et HFS+ pour Mac, le UFS pour Unix, Sun ou encore FreeBSD,…

Ainsi le Système de Fichier est par définition l’entité regroupant les fichiers mémorisés sur un disque dur ainsi que des informations techniques correspondantes. Bien que tous les systèmes de fichier soient différents, ils fonctionnent tous sur la même base. Le choix du système de fichier se fait en fonction du système d’exploitation utilisé.

Economie du disque dur

A) Les débuts du disque dur et son évolution

En 1953, la société IBM invente le premier disque dur d'une capacité de 5Mo. En un peu plus de 50 ans, le disque dur a connu une évolution phénoménale. On a réussit à réduire considérablement sa taille physique et augmenter sa mémoire de façon impressionnante. En effet, de nos jours, il existe des disques durs ayant une capacité de 750 Go!

B)Les grands producteurs

De nombreux producteurs ont fait leur apparition sur le marché avec plus ou moins de réussite. Le leader actuel est Seagate avec 28.7% des parts de marché. Ce dernier est en cours de rachat d'un autre producteur en perte :Maxtor. Seagate est suivi par d'autres concurrents assez distancés comme Western Digital, Hitachi, Toshiba ,Samsung , et enfin Fujitsu.

C)Retour de disques durs

En analysant les chiffres de retours de disques durs en magasins, on peut se donner une idée concernant la fiabilité d'un disque dur. Dans cette course on retrouve toujours Seagate en tête au niveau fiabilité avec une faible moyenne de retour de disque dur.

D)La dynamique actuelle.

Ces derniers temps, de nombreuses technologies de pointe ont vu le jour dans le secteur du disque dur telles que le premier disque dur externe utilisant la technologie Wireless USB , le premier disque dur utilisant un système holographique. De nos jours, on trouve des disques durs un peu partout (téléphonie mobile, appareils photos numériques, Mp3) . L'année 2005 a été une année record pour les ventes mondiales de disques durs (376 millions d'unités vendues).

Les progrès futurs

Nous venons donc d’étudier en profondeur le moyen de stockage de masse le plus répandu. Ceci dit, il existe d’autres moyens de stockage qui, comme les disques durs, ont leurs avantages et leurs inconvénients.

Les disques durs virtuels ou RAM disk : Ce sont des artifices qui permettent d’émuler un disque dur à partir d’un espace réservé en mémoire centrale. Le temps d’accès y est extrêmement rapide, seulement quelques nanosecondes, seulement 2 inconvénients se posent : sa capacité de stockage ne peut dépasser la taille de la mémoire centrale (maximum de 8 Go actuellement) et c’est un disque dit volatile, c'est-à-dire que dès qu’il n’est plus alimenté, il perd toutes ses données. A chaque arrêt de la machine, tous les fichiers sont effacés.

Les cartes SMART Média sont des cartes mémoires basées sur des circuits de mémoire flash. Le temps d’accès y est aussi très rapide (25 microsecondes pour le 1er accès, puis 50 nanosecondes pour tous les autres accès). Une de ses caractéristiques principales est sa taille : 4,5 cm x 3,7 cm x 0,7 cm, un timbre poste qui pèse à peine 3 grammes. C’est donc une carte de stockage transportable, mais sa capacité de stockage y est faible aussi car il est difficile de dépasser les 3 Go.

L’utilisateur actuel est confronté à un choix en matière de stockage, il peut stocker beaucoup d’informations sur un disque dur physique, mais son temps d’accès sera de l’ordre de la milliseconde, alors qu’avec des mémoires virtuelles, de SMART Média, le temps d’accès y est 1 000 000 fois plus petit, de l’ordre de la nanoseconde, mais la capacité de stockage y est restreinte.

Résumons cela dans un tableau:

	Disque dur physique	Mémoire virtuelle RAM	SMART Média
Temps de réponse	Milliseconde	Nanoseconde	Nanoseconde
Capacité maximum	1 Téraoctet	8 Giga-octet	3 Giga-octet
Stockage	De masse (tout reste)	Volatile	De masse

Profitons de cette conclusion pour ouvrir un peu sur les évolutions futures à savoir le codage perpendiculaire et les disques holographiques

Codage parallèle:

Codage perpendiculaire:

Dans les disques durs actuels, il a été vu que les bits étaient codés parallèlement à la surface du plateau, les recherches se poursuivent et aboutissent pour mettre les spins codés perpendiculaires au plateau et la solution trouvée a été de rajouter une couche de transport magnétique au plateau comme le montre l’animation suivante

L'avantage du stockage perpendiculaire est que le champ de fuite du bit magnétique est plus fort, donc on peut réduire sa taille sans perdre en sensibilité au niveau de la tête de lecture. Le résultat global est que l'on peut stocker plus de bits au centimètre carré

Autre recherche qui se termine : le disque dur holographique qui devrait d’ici 2007 – 2008 révolutionner le disque dur actuelle. C'est un système d'écriture optique et donc le principe de fonctionnement de ce moyen de stockage est totalement différent de celui d'un disque dur magnétique, on inscrit un hologramme dans un matériau photosensible et relis l'information en éclairant ce matériau et en reconstruisant l'hologramme. Ce système de stockage dépasse donc largement les densités des disques magnétiques et atteint ainsi les 515 Go par pouce carré. Daewoo a même prévu d’atteindre un second palier à 800 Go et un troisième à 1,6 To dans les 2 prochaines années.

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