Chapitre – 2
Introduction aux disques durs
Introduction
Dans le monde informatique moderne, les disques durs se sont avérés être l’élément le plus important d’un ordinateur. De nos jours, le disque dur est le périphérique de stockage principal le plus couramment utilisé pour stocker tous les types de données et constitue également l’un des composants les plus intéressants d’un ordinateur.
Il serait très difficile pour les utilisateurs d’ordinateurs modernes d’imaginer à quoi ressemblerait la vie informatique sans disques durs, puisque la plupart d’entre nous stockons aujourd’hui des milliards d’octets d’informations sur nos ordinateurs.
Les premiers ordinateurs n’avaient aucune mémoire. Chaque fois que vous vouliez exécuter un programme, vous deviez le saisir manuellement. Cela a également rendu impossible une grande partie de ce que nous considérons aujourd’hui comme de l’informatique, car il n’existait aucun moyen simple de faire fonctionner un ordinateur sur les mêmes données encore et encore. Il est vite devenu évident que pour que les ordinateurs deviennent des outils véritablement utiles, une sorte de stockage permanent était nécessaire.
Le premier support de stockage utilisé dans les ordinateurs était le papier. Les programmes et les données étaient enregistrés à l’aide de trous percés dans des bandes de papier ou des cartes perforées. Un lecteur spécial utilisait un faisceau lumineux pour lire les cartes ou la bande. Là où il y avait un trou, on lisait « 1 », et là où le papier bloquait le capteur, on lisait « 0 », ou vice versa.
Bien qu’il s’agisse d’une amélioration significative, ces cartes étaient encore très difficiles à utiliser. En gros, vous deviez écrire l'intégralité du programme à partir de zéro sur papier et l'exécuter dans votre tête avant même de pouvoir commencer à essayer de le porter sur les cartes, car si vous faisiez une erreur, vous deviez re-percer beaucoup de cartes. Il était très difficile de visualiser avec quoi vous travailliez.
L’avancée majeure suivante dans le domaine du papier fut la création de la bande magnétique. Enregistrant les informations de manière similaire à la façon dont le son est enregistré sur une bande, ces bandes magnétiques étaient beaucoup plus flexibles, durables et plus rapides que les bandes papier ou les cartes perforées.
Bien sûr, la bande est toujours utilisée dans les ordinateurs modernes, mais comme forme de stockage hors ligne ou secondaire. Avant l’avènement des disques durs, ils constituaient le principal support de stockage de certains ordinateurs. Leur principal inconvénient est qu’ils doivent être lus de manière linéaire ; Le passage d’une extrémité à l’autre de la bande peut prendre plusieurs minutes, ce qui rend l’accès aléatoire peu pratique.
Bon, revenons à notre sujet. IBM a présenté le premier disque dur adapté au développement commercial. Ce n’était pas comme les lecteurs de disque que nous utilisons aujourd’hui. Ils utilisaient des tambours cylindriques rotatifs qui stockaient des modèles magnétiques de données. Les tambours étaient gros et difficiles à manipuler. Les premiers vrais disques durs avaient leurs têtes en contact avec la surface du disque. Cela a été fait pour permettre à l'électronique à faible sensibilité de l'époque de mieux lire les champs magnétiques à la surface du disque, mais les technologies de fabrication de l'époque n'étaient pas aussi sophistiquées que celles d'aujourd'hui et il était impossible de rendre la surface du disque suffisamment lisse pour permettre à la tête de glisser en douceur sur la surface du disque à grande vitesse tout en étant en contact avec lui. Au fil du temps, les têtes ou le revêtement magnétique à la surface du disque s'usent.
En tant qu'avancée clé dans la nouvelle technologie d'IBM, qui ne nécessitait aucun contact avec la surface du disque, elle est devenue la base des disques durs modernes. Le premier disque dur de ce type fut l'IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control), introduit le 13 septembre 1956. Ce disque dur pouvait stocker cinq millions de caractères, soit environ cinq mégaoctets, avec un taux de transfert de données de 8 800 octets par seconde.
En 1962, IBM a introduit l'Advanced Disk File 1301. Le résultat le plus significatif de cette innovation a été la création de têtes qui flottaient ou volaient au-dessus de la surface du disque sur un coussin d'air, réduisant ainsi la distance entre les têtes et la surface du disque de 800 à 250 micropouces.
En 1973, IBM a présenté le disque dur 3340, généralement considéré comme le père du disque dur moderne, doté de deux disques séparés, l'un permanent et l'autre amovible, chacun d'une capacité de 30 Mo. Le modèle 3370 d'IBM, introduit en 1979, était le premier lecteur de disque avec des têtes à couche mince. La même année, IBM a présenté le modèle 3310, le premier lecteur avec des plateaux de 8 pouces, une réduction significative de la taille des plateaux de 14 pouces qui étaient la norme depuis plus d'une décennie.
Le premier disque dur conçu au format 5,25" utilisé dans les premiers PC était le Seagate ST-506. Il avait quatre têtes et une capacité de 5 Mo. IBM a ignoré le ST-506 et a choisi le ST-412, un disque de 10 Mo au même format, pour l'IBM PC/XT, ce qui en fait le premier disque dur largement utilisé dans le monde des PC et des PC compatibles.
En 1983, Rodime a présenté le modèle RO352, le premier disque dur à utiliser le format 3,5 pouces, qui est devenu l'une des normes les plus importantes de l'industrie. En 1985, Quantum a présenté le Hardcard, un disque dur de 10,5 Mo qui pouvait être installé sur une carte d'extension ISA pour les PC commercialisés à l'origine sans disque dur.
En 1986, Conner Peripherals a présenté le CP340. Il s'agissait du premier lecteur de disque à utiliser un entraînement à bobine mobile. En 1988, Conner Peripherals a présenté le CP3022, le premier lecteur 3,5 pouces à utiliser la hauteur réduite de 1 pouce désormais appelée « profil bas » et standard pour les lecteurs 3,5 pouces modernes. La même année, PrairieTek a introduit un lecteur utilisant des plateaux de 2,5 pouces. En 1990, IBM a introduit le lecteur de disquette 681 (Redwing) d'une capacité de 857 Mo. Il a été le premier à utiliser à la fois des têtes MR et PRML.
Lancé en 1991, le lecteur de disque dur central Pacifica d'IBM a été le premier à remplacer les supports en oxyde par des supports en couche mince sur la surface du plateau. La même année, le 1820 d'Integral Peripherals devient le premier disque dur avec des plateaux de 1,8", utilisé plus tard pour les lecteurs de cartes PC. En 1992, Hewlett Packard présente le C3013A, qui devient le premier lecteur de 1,3".
Tout au long de l'histoire des disques durs, de nombreux développements ont donné aux disques d'aujourd'hui leur conception, leur forme, leurs performances et leur capacité modernes. Il est difficile de les énumérer en détail dans ce livre.
Composants du disque dur
Un disque dur est composé des principaux éléments suivants :
- Plateaux et supports pour disques
- Têtes de lecture/écriture
- Curseur de tête, leviers et entraînement
- Moteur de broche de disque dur
- Connecteurs et cavaliers
- Carte logique
- Cache et disposition du cache
Composants du disque dur
Plateaux et supports pour disques
Chaque disque dur utilise un ou plusieurs (généralement plus d'un) disques plats et ronds appelés plateaux , recouverts des deux côtés d'un matériau de support spécial conçu pour stocker des informations sous forme de motifs magnétiques. Chaque surface de chaque plateau du disque peut contenir des milliards de bits de données.
Les plateaux sont constitués de deux substances principales : un matériau de substrat qui constitue la majeure partie du plateau et lui donne structure et rigidité, et un revêtement magnétique qui retient réellement les impulsions magnétiques qui représentent les données.
La qualité des plaques et notamment du revêtement de leur support est fondamentale. La taille des plateaux d'un disque dur est le principal facteur déterminant de ses dimensions physiques globales, également généralement appelées facteur de forme du disque ; La plupart des disques durs sont fabriqués dans l’un des nombreux formats de disque dur standard.
Les disques durs sont parfois désignés par une spécification de taille. Si quelqu'un possède un disque dur de 3,5 pouces, cela signifie généralement le facteur de forme du lecteur, et le facteur de forme est généralement nommé en fonction de la taille du plateau. Les premiers disques durs avaient une taille nominale de 5,25", mais de nos jours, la taille de plateau de disque dur la plus courante est de 3,5" .
Les disques durs des ordinateurs portables sont généralement plus petits, en raison de leur taille plus petite et de leur poids plus léger. Les plateaux de ces disques ont généralement un diamètre de 2,5 pouces ou moins ; 2,5 pouces est le format standard, mais les disques avec des plateaux de 1,8 pouce et même de 1 pouce deviennent de plus en plus courants dans les équipements mobiles.
Bien que les disques étendent les plateaux sur la plus grande partie possible de la largeur du package de disque physique, pour maximiser la quantité de stockage qu'ils peuvent contenir sur le disque, la tendance générale est vers des plateaux plus petits. Voici les principales raisons pour lesquelles les entreprises se tournent vers des plateaux plus petits, même pour les disques de bureau :
Les plateaux rigides sont plus résistants aux chocs et aux vibrations et sont mieux adaptés à l'accouplement avec des broches à grande vitesse et d'autres matériels hautes performances. Réduire le diamètre d’un plateau de disque dur d’un facteur deux quadruple environ sa rigidité.
La taille plus petite des plateaux réduit la distance que l'actionneur de tête doit parcourir pour déplacer les têtes d'un côté à l'autre afin d'effectuer des recherches aléatoires. Cela améliore le temps de recherche et accélère les lectures et écritures aléatoires.
Les derniers disques durs augmentent leur vitesse pour des raisons de performances. Les plateaux plus petits sont plus faciles à faire tourner et nécessitent des moteurs moins puissants, tout en étant plus rapides à faire tourner à grande vitesse à partir d'une position stationnaire.
Le plus petit plateau de disque dur disponible aujourd'hui mesure 1" de diamètre. L'incroyable disque Micro d'IBM possède un seul plateau et est conçu pour s'adapter aux appareils photo numériques, aux agendas personnels et à d'autres petits appareils. La petite taille des plateaux permet au disque Micro de fonctionner sur batterie, de ralentir et de redémarrer en moins d'une seconde.
D'un point de vue technique, plus il y a de plateaux, plus la masse est importante et donc plus la réponse aux commandes de démarrage ou d'arrêt du lecteur est lente. Cela peut être compensé par un moteur de broche plus puissant, mais cela implique d'autres compromis.
En fait, la tendance récente est d’avoir des unités avec moins de bras de lecture et de plateaux, et non plus. La densité surfacique continue d'augmenter, permettant la création de grandes unités sans utiliser de nombreuses plaques. Cela permet aux fabricants de réduire le nombre de plaques pour améliorer le temps de recherche sans créer des unités trop petites pour le marché.
Le facteur de forme du disque dur a également une grande influence sur le nombre de plateaux d'un lecteur. Plusieurs facteurs sont liés au nombre de plateaux utilisés dans le disque. Les unités multi-plateaux sont plus difficiles à concevoir en raison de la masse accrue de l'unité de broche, de la nécessité d'aligner parfaitement toutes les unités et de la difficulté accrue de contrôler le bruit et les vibrations.
Même à l'époque, bien que les ingénieurs en disques durs souhaitaient intégrer un grand nombre de plateaux dans un modèle particulier, le format standard des disques durs « slimline » est limité à 1 pouce de hauteur, ce qui limite le nombre de plateaux pouvant être placés dans un seul disque. Bien entendu, les ingénieurs travaillent constamment à réduire la quantité d’espace libre nécessaire entre les plateaux, afin de pouvoir augmenter le nombre de plateaux dans les unités d’une hauteur donnée.
Les motifs magnétiques qui composent vos données sont enregistrés dans une très fine couche de support sur les surfaces des plateaux du disque dur ; La majeure partie du matériau du plateau est appelée substrat et ne fait rien de plus que soutenir la couche de support. Pour être adapté, un matériau de substrat doit être rigide, facile à travailler, léger, stable, magnétiquement inerte, peu coûteux et facilement disponible. Le matériau le plus couramment utilisé pour la fabrication de cymbales est traditionnellement un alliage d'aluminium, qui répond à tous ces critères.
En raison de la façon dont les plateaux tournent avec les têtes de lecture/écriture flottant juste au-dessus d'eux, les plateaux doivent être extrêmement lisses et plats, c'est pourquoi des alternatives à l'aluminium ont été proposées, telles que le verre, les composites de verre et les alliages de magnésium. Il semble désormais de plus en plus probable que le verre et les composites à base de verre seront la prochaine norme pour le substrat de parabole. Par rapport aux plaques d'aluminium, les plaques de verre présentent plusieurs avantages :
- Meilleure qualité :
- Rigidité améliorée :
- Plats plus fins :
- Stabilité thermique :
Un inconvénient du verre par rapport à l’aluminium est sa fragilité, surtout s’il est très fin.
Le matériau du substrat à partir duquel les plateaux sont fabriqués constitue la base sur laquelle le support d'enregistrement réel est déposé. La couche média est un revêtement très fin de matériau magnétique où les données réelles sont stockées. Son épaisseur est généralement de quelques millionièmes de pouce seulement.
Les disques durs plus anciens utilisaient des supports en oxyde. Les milieux à base d’oxyde sont peu coûteux à utiliser, mais ils présentent également plusieurs défauts majeurs. La première est qu’il s’agit d’un matériau souple et facilement endommagé par le contact avec une tête de lecture/écriture. La deuxième est qu’elle n’est utile que pour un stockage à densité relativement faible. Cela fonctionnait bien pour les disques durs plus anciens avec des densités de données relativement faibles, mais à mesure que les fabricants essayaient de regrouper de plus en plus de données dans le même espace, l'oxyde n'était pas à la hauteur de la tâche : les particules d'oxyde devenaient trop grosses pour les petits champs magnétiques des nouvelles conceptions.
Les disques durs actuels utilisent des supports à couche mince. Les supports à couche mince sont constitués d’une très fine couche de matériau magnétique appliquée sur la surface des plateaux. Des techniques de fabrication spéciales sont utilisées pour déposer le matériau de support sur les plaques.
Comparés aux substrats en oxyde, les substrats en couches minces sont beaucoup plus uniformes et lisses. Ils possèdent également des propriétés magnétiques nettement supérieures, leur permettant de contenir beaucoup plus de données dans le même espace. Après l'application du support magnétique, la surface de chaque plateau est généralement recouverte d'une fine couche protectrice de carbone. Sur le dessus, une couche lubrifiante ultra fine est ajoutée. Ces matériaux sont utilisés pour protéger le disque des dommages causés par un contact accidentel avec les têtes ou d'autres objets étrangers qui pourraient pénétrer dans le lecteur.
Têtes de lecture/écriture
Les têtes sont l'interface de lecture/écriture du support physique magnétique sur lequel les données sont stockées dans un disque dur. Les têtes effectuent le travail de conversion des bits en impulsions magnétiques et de leur stockage sur les plateaux, puis inversent le processus lorsque les données doivent être relues. Les têtes sont l'un des éléments les plus coûteux du disque dur pour permettre d'augmenter les densités surfaciques et les vitesses de rotation du disque.
Cependant, les têtes GMR sont les plus courantes dans les disques durs actuels, mais plusieurs technologies de têtes de lecture/écriture ont été proposées :
- Têtes de ferrite
- Têtes de soudage à l'arc métallique (MIG)
- Têtes à couche mince (TF)
- Têtes magnétorésistives anisotropes (AMR/MR)
- Têtes magnétorésistives géantes (GMR)
- Têtes magnétorésistives colossales (CMR)
Les têtes de lecture/écriture sont un composant extrêmement important pour déterminer les performances globales de votre disque dur, car elles jouent un rôle essentiel dans le stockage et la récupération des données. Les nouvelles technologies de tête sont souvent à l'origine de l'augmentation de la vitesse et de la taille des disques durs modernes. Les têtes de lecture/écriture sont donc la partie la plus sophistiquée du disque dur, ce qui constitue en soi une merveille technologique.
Chaque bit de données à stocker est enregistré sur le disque dur à l'aide d'une méthode de codage spéciale qui traduit les zéros et les uns en modèles d'inversions de flux magnétique. Chaque plateau de disque dur possède deux surfaces utilisées généralement pour stocker des données et il y a normalement une tête pour chaque surface utilisée sur le disque. Étant donné que la plupart des disques durs possèdent un à quatre plateaux, la plupart des disques durs possèdent entre deux et huit têtes. Certains disques plus grands peuvent avoir 20 têtes ou plus. Une seule tête peut lire ou écrire sur le disque dur à un moment donné. Un circuit spécial est utilisé pour contrôler quelle tête est active à un moment donné.
La tête flotte au-dessus de la surface du disque et fait tout son travail sans jamais toucher physiquement les plateaux. La quantité d'espace entre les têtes et les plateaux est appelée hauteur de flotteur ou hauteur de vol ou espace de tête. Les ensembles de têtes de lecture/écriture sont à ressort à l'aide d'acier à ressort dans les bras de la tête, ce qui amène les curseurs à appuyer contre les plateaux lorsque le disque est stationnaire.
Cela est fait pour garantir que les têtes ne s'éloignent pas des plateaux, donc maintenir une hauteur de flotteur précise est essentiel pour un fonctionnement correct. Lorsque le disque tourne jusqu'à atteindre sa vitesse de fonctionnement, la vitesse élevée provoque un écoulement de l'air sous les curseurs et les soulève de la surface du disque. La distance entre les plateaux et les têtes est un paramètre de conception spécifique qui est strictement contrôlé par les fabricants.
Un disque dur moderne a une hauteur flottante de 0,5 micro-pouce, et même les cheveux humains ont une épaisseur de plus de 2 000 micro-pouces, c'est pourquoi il est si important de garder la saleté hors de votre disque dur. C'est en fait assez surprenant de voir à quel point les têtes volent près de la surface des disques sans se toucher. Les particules de poussière, les empreintes digitales et même une particule de fumée constituent un gros problème pour une tête de disque dur.
Structure de lecture et d'écriture du disque dur
Lorsque la densité surfacique d'un lecteur est augmentée pour améliorer la capacité et les performances, les champs magnétiques deviennent plus petits et plus faibles. Pour compenser, il faut rendre les têtes plus sensibles ou réduire la hauteur de flottement.
Chaque fois que la hauteur flottante est réduite, les aspects mécaniques du lecteur doivent être ajustés pour garantir que les plateaux sont plus plats, que l'alignement de l'ensemble des plateaux et des têtes de lecture/écriture est parfait et qu'il n'y a pas de poussière ou de saleté sur la surface des plateaux. Les vibrations et les chocs deviennent également plus préoccupants et doivent être compensés.
C’est l’une des raisons pour lesquelles les fabricants se tournent vers des plaques plus petites, ainsi que vers l’utilisation de substrats en plaques de verre. Les têtes plus récentes comme la GMR sont préférées car elles permettent une hauteur de vol plus grande que les têtes plus anciennes et moins sensibles, toutes choses étant égales par ailleurs.
Un choc à la tête
Étant donné que les têtes de lecture/écriture d'un disque dur flottent sur une couche d'air microscopique au-dessus des plateaux du disque, il est possible que les têtes entrent en contact avec le support du disque dur dans certaines circonstances. Normalement, les têtes n'entrent en contact avec la surface que lorsque le lecteur démarre ou s'arrête.
Un disque dur moderne tourne 100 fois par seconde. Si les têtes touchent la surface du disque alors qu'il est à vitesse de fonctionnement, le résultat peut être une perte de données, des dommages aux têtes, des dommages à la surface du disque ou les trois. C'est ce qu'on appelle généralement un crash cérébral, deux des mots les plus effrayants pour tout utilisateur d'ordinateur. Les causes les plus courantes de pannes de tête sont la contamination coincée dans l'espace mince entre la tête et le disque et le choc appliqué au disque dur pendant son fonctionnement.
Stationnement de la tête
Lorsque les plateaux ne tournent pas, les têtes reposent sur la surface du disque. Lorsque les plateaux tournent, les têtes frottent le long de la surface des plateaux jusqu'à ce qu'elles atteignent suffisamment de vitesse pour décoller et flotter sur leur coussin d'air. Lorsque l’unité tourne, le processus se répète en sens inverse. Dans les deux cas, pendant un certain temps, les têtes entrent en contact avec la surface du disque alors que celui-ci est en mouvement.
Bien que les plateaux et les têtes soient conçus avec ce contact à l'esprit, il est toujours judicieux d'éviter que cela se produise sur une zone du disque où des données sont présentes.
Pour cette raison, la plupart des disques réservent une piste spéciale destinée à accueillir les têtes lors des décollages et des atterrissages. Cette zone est appelée zone d'atterrissage et aucune donnée n'y est placée. Le processus de déplacement des têtes vers cette zone désignée est appelé stationnement des têtes.
Presque tous les nouveaux systèmes d’exploitation disposent d’une fonction intégrée permettant de garer automatiquement la tête en cas de besoin. La plupart des premiers disques durs qui utilisaient des moteurs pas à pas ne garaient pas automatiquement les têtes de lecture. Par mesure de sécurité, de nombreux petits utilitaires ont donc été écrits et l'utilisateur devait les exécuter avant d'éteindre le PC de l'époque. L'utilitaire demanderait au disque de déplacer ses têtes vers la zone d'atterrissage, puis le PC pourrait être arrêté en toute sécurité.
Un paramètre dans la configuration du BIOS pour le disque dur indique au système quelle piste était la zone d'atterrissage pour le modèle de disque dur particulier. En règle générale, c'était la piste numérotée consécutivement au-dessus de la piste portant le plus grand numéro qui était réellement utilisée pour les données. Les disques durs modernes à bobine mobile sont tous auto-stationnés. Il n’est désormais plus nécessaire de garer manuellement les têtes des disques durs modernes.
Curseurs de tête, bras et actionneurs
Lors de l'accès aux plateaux de disque dur pour des opérations de lecture et d'écriture à l'aide de têtes de lecture/écriture montées sur les surfaces supérieure et inférieure de chaque plateau, il est évident que les têtes de lecture/écriture ne flottent pas simplement dans l'espace. Ils doivent être maintenus dans une position exacte par rapport aux surfaces qu'ils lisent et doivent également être déplacés d'une piste à l'autre pour permettre l'accès à toute la surface du disque.
Les têtes sont montées sur une structure qui facilite ce processus, souvent appelée ensemble tête ou ensemble actionneur ou ensemble tête-actionneur. Il est composé de plusieurs parties. Les têtes elles-mêmes sont montées sur des curseurs de tête. Les curseurs sont suspendus au-dessus de la surface du disque aux extrémités des bras de la tête. Les bras de tête sont tous moulés mécaniquement dans une structure unique qui est déplacée sur la surface du disque par l'actionneur.
Curseur de tête
Chaque tête de disque dur est montée sur un dispositif spécial appelé curseur de tête ou simplement curseur en abrégé. La fonction du curseur est de soutenir physiquement la tête et de la maintenir dans la bonne position par rapport au plateau pendant que la tête flotte sur sa surface. Les têtes de lecture/écriture du disque dur sont trop petites pour être utilisées sans être connectées à un disque plus grand.
Les curseurs ont une forme spéciale pour leur permettre de glisser avec précision sur la plaque. À mesure que la taille des têtes de lecture/écriture des disques durs a diminué, les curseurs qui les prennent en charge ont également diminué. Le principal avantage de l’utilisation de petits curseurs est qu’ils réduisent le poids qui doit être traîné sur la surface des cymbales, améliorant ainsi à la fois la vitesse et la précision du positionnement. Les curseurs plus petits ont également moins de surface pour potentiellement entrer en contact avec la surface du disque. Chaque curseur est monté sur un bras de poupée pour lui permettre de se déplacer sur la surface du plateau auquel il est couplé.
Tête Bras
Les bras de tête sont de fines pièces de métal, généralement de forme triangulaire, sur lesquelles sont montés les curseurs de tête qui portent les têtes de lecture/écriture. Il y a un bras de tête de lecture/écriture et ils sont tous alignés et montés sur l'actionneur de tête pour former une seule unité.
Cela signifie que lorsque l'actionneur se déplace, toutes les têtes se déplacent ensemble de manière synchronisée. Les bras eux-mêmes sont constitués d'un matériau fin et léger, pour permettre leur déplacement rapide de l'intérieur vers l'extérieur de l'unité. Les conceptions plus récentes ont remplacé les bras solides par des formes structurelles pour réduire le poids et améliorer les performances.
Les nouveaux variateurs atteignent des temps de recherche plus rapides en partie grâce à l'utilisation d'actionneurs plus rapides et plus intelligents et de bras de poupée plus légers et plus rigides, ce qui permet de réduire le temps de commutation des pistes. Une tendance récente dans l’industrie des disques durs a été la réduction du nombre de plateaux dans différentes familles de disques. Même certains appareils phares de certains foyers ne disposent désormais que de trois, voire de deux antennes paraboliques, alors que quatre ou cinq étaient la norme il y a un an environ.
L’une des raisons de cette tendance est qu’avoir un grand nombre de bras de tête rend difficile l’obtention d’un guidage avec une précision suffisamment élevée pour permettre un positionnement très rapide lors de recherches aléatoires. Cela est dû au poids accru de l'ensemble de l'actionneur dû aux bras supplémentaires et également aux problèmes d'alignement de toutes les têtes.
Actionneur de tête
L'actionneur est une partie très importante du disque dur, car le changement de piste d'une piste à une autre est la seule opération sur le disque dur qui nécessite un mouvement actif. Le changement de tête est une fonction électronique et le changement de secteur implique d'attendre que le bon numéro de secteur tourne et se trouve sous la tête. Changer de piste implique de déplacer les têtes. Il est donc primordial de s'assurer que ce mouvement peut être effectué rapidement et avec précision.
L'actionneur est le dispositif utilisé pour positionner les bras de la poupée sur différentes pistes sur la surface du plateau sur différents cylindres, puisque tous les bras de la poupée sont déplacés comme une unité synchrone, de sorte que chaque bras se déplace sur le même numéro de piste de sa surface respective. Les actionneurs de tête sont disponibles en deux variétés générales :
- Moteurs pas à pas
- Bobines mobiles
La principale différence entre les deux conceptions est que le moteur pas à pas est un système de positionnement absolu, tandis que la bobine mobile est un système de positionnement relatif.
Tous les disques durs modernes utilisent des actionneurs à bobine mobile. L'actionneur à bobine mobile est non seulement beaucoup plus adaptable et insensible aux problèmes thermiques. C'est beaucoup plus rapide et plus fiable qu'un moteur pas à pas. Le positionnement de l'actionneur est dynamique et basé sur le retour d'information provenant de l'examen de la position réelle des pistes. Ce système de rétroaction en boucle fermée est également parfois appelé servomoteur ou système de positionnement servo et est couramment utilisé dans des milliers d'applications différentes où un positionnement précis est important.
Moteur à broche
Le moteur de broche ou l'arbre de broche est responsable de la rotation des plateaux du disque dur, permettant au disque dur de fonctionner. Un moteur de broche doit fournir une puissance de rotation stable, fiable et constante pendant des milliers d'heures d'utilisation souvent continue pour permettre au disque dur de fonctionner correctement, car de nombreuses pannes de disque sont en fait des pannes de moteur de broche et non des pannes de stockage de données.
Un moteur de broche de disque dur doit avoir les qualités suivantes pour durer longtemps et garder vos données en sécurité pendant longtemps :
- Il doit être de haute qualité, afin qu'il puisse fonctionner pendant des milliers d'heures et tolérer des milliers de cycles de démarrage-arrêt sans se casser.
- Il doit fonctionner en douceur et avec un minimum de vibrations, en raison des tolérances serrées des plateaux et des têtes à l'intérieur de l'unité.
- Il ne doit pas générer de quantités excessives de chaleur ou de bruit.
- Cela ne devrait pas consommer trop d’énergie.
- Sa vitesse doit être réglée pour qu'il tourne à la bonne vitesse.
Pour répondre à ces besoins, tous les disques durs de PC utilisent des moteurs à broche CC servocommandés. Les moteurs de broche du disque dur sont configurés pour une connexion directe. Aucune courroie ni engrenage n'est utilisé pour les connecter à l'axe du plateau du disque dur. L'axe sur lequel sont montés les plateaux est relié directement à l'arbre du moteur.
Les plateaux sont usinés avec un alésage de la taille exacte du mandrin et sont positionnés sur le mandrin avec des bagues d'espacement entre eux pour maintenir la bonne distance et fournir un espace libre pour les bras de la poupée. La quantité de travail que le moteur de broche doit effectuer dépend des facteurs suivants :
Taille et nombre de plateaux : des plateaux plus grands et plus de plateaux dans un lecteur signifient plus de masse pour que le moteur puisse tourner, donc des moteurs plus puissants sont nécessaires. Il en va de même pour les disques à grande vitesse.
o Gestion de l'alimentation : De nos jours, les utilisateurs souhaitent de plus en plus des disques durs capables de passer rapidement de la vitesse de veille à la vitesse de fonctionnement, ce qui nécessite également des moteurs plus rapides ou plus puissants.
La vitesse de rotation étant considérée comme un facteur important dans les disques durs plus récents, il est également devenu essentiel de contrôler la quantité de bruit, de chaleur et de vibrations générées par les disques durs en raison de la vitesse de rotation élevée.
Certaines unités plus récentes, en particulier les modèles 7 200 et 10 000 tr/min, peuvent générer beaucoup de bruit lorsqu'elles fonctionnent. Si possible, c'est une bonne idée de tester un disque dur en état de marche avant de l'acheter, pour évaluer son niveau de bruit et voir s'il vous dérange ; Cela varie considérablement d’un individu à l’autre. Le bruit produit varie également dans une certaine mesure en fonction de l'unité individuelle, même au sein d'un même foyer. La chaleur créée par le moteur de la broche peut éventuellement endommager le disque dur, c'est pourquoi les lecteurs et disques durs plus récents accordent plus d'attention à leur refroidissement.
Connecteurs et cavaliers
Il existe plusieurs connecteurs et cavaliers sur un disque dur qui sont utilisés pour configurer le disque dur et le connecter au reste du système. Le nombre et les types de connecteurs sur votre disque dur dépendent de l'interface de données qu'il utilise pour se connecter à votre système, du fabricant du disque et des éventuelles fonctionnalités spéciales du disque.
Les instructions pour le réglage des cavaliers communs sont généralement imprimées directement sur l'appareil. Les disques durs utilisent une fiche mâle standard à 4 broches qui prend l'un des connecteurs d'alimentation provenant de l'alimentation. Ce connecteur en plastique à 4 fils fournit une tension +5 et +12 au disque dur.
Il existe deux types d'interfaces, dont l'une est généralement utilisée par les disques durs modernes :
- IDE/ATA : Il dispose d'un connecteur rectangulaire à 40 broches.
- SCSI : un connecteur en forme de D à 50, 68 ou 80 broches. Ces trois numéros de broches représentent un type différent de disque SCSI tel que :
- Un connecteur à 50 broches indique que le périphérique est un SCSI étroit.
- 68 broches indiquent un SCSI large.
- 80 broches indiquent un SCSI large avec une connexion à connecteur unique (SCA).
Connecteurs et cavaliers
Les connecteurs sur les disques durs se présentent généralement sous la forme d'une grille rectangulaire de 2xN broches (où N est 20, 25, 34 ou 40 selon l'interface) . La plupart des connecteurs d'interface SCSI actuels sont codés pour éviter toute insertion incorrecte car ils sont en forme de D, ce qui n'est pas toujours le cas pour les autres interfaces.
Pour cette raison, il est important de s'assurer que le câble est correctement orienté avant de le connecter. Le câble a une bande rouge pour indiquer le fil 1, et le disque dur utilise des marqueurs d'une forme ou d'une autre pour indiquer la broche 1 correspondante.
Les disques durs IDE/ATA sont assez standards en termes de cavaliers. Il n'y a généralement que quelques réglages de cavaliers et ils ne varient pas beaucoup d'une unité à l'autre. Voici les paramètres de cavalier que vous trouverez généralement sur un disque dur :
Sélection de lecteur : il peut y avoir deux lecteurs, maître et esclave, sur le même canal IDE. Un cavalier est normalement utilisé pour indiquer à chaque lecteur s'il doit agir comme maître ou esclave sur le canal IDE.
Pour un seul lecteur sur un canal, la plupart des fabricants indiquent que le lecteur doit être configuré comme maître, tandis que certains fabricants, notamment Western Digital, ont un paramètre distinct pour un seul lecteur par rapport à un maître sur un canal avec un esclave. Les termes maître et esclave sont trompeurs car les lecteurs n'ont pas de relation opérationnelle réelle.
Esclave présent : certains lecteurs disposent d'un cavalier supplémentaire utilisé pour communiquer à un lecteur configuré comme maître qu'il existe également un lecteur esclave sur le canal ATA. Cela n'est nécessaire que pour certains disques plus anciens qui ne prennent pas en charge la signalisation standard du canal maître/esclave IDE.
Sélection de câble : certaines configurations utilisent un câble spécial pour déterminer quelle unité est maître et laquelle est esclave, et lors de l'utilisation de ce système, un cavalier de sélection de câble est normalement activé.
Cavalier de restriction de taille : certains disques durs plus grands ne fonctionnent pas correctement sur les ordinateurs plus anciens qui ne disposent pas d'un programme BIOS ou d'un support de disque dur de grande taille qui les reconnaît. Pour contourner ce problème, certains lecteurs disposent de cavaliers spéciaux qui, une fois définis, les feront apparaître plus petits que leur taille réelle dans le BIOS pour des raisons de compatibilité.
Par exemple, certains disques durs de 2,5 Go ont un cavalier qui les fera apparaître comme des disques durs de 2,1 Go sur un système qui ne prend pas en charge plus de 2,1 Go. Ceux-ci sont également appelés cavaliers de limite de capacité et varient d'un fabricant à l'autre.
Exemple de réglage d'un cavalier pour un modèle de disque dur Seagate Technology
Les disques durs SCSI ont des contrôleurs plus sophistiqués que les disques durs IDE/ATA, donc les disques SCSI ont généralement beaucoup plus de cavaliers qui peuvent être définis pour contrôler leur fonctionnement. Ils ont également tendance à varier beaucoup plus d'un fabricant à l'autre et d'un modèle à l'autre en termes de nombre et de types de cavaliers dont ils disposent.
Les cavaliers de lecteur SCSI les plus courants et les plus importants sont généralement les suivants :
ID de périphérique SCSI : chaque périphérique sur un bus SCSI doit être identifié de manière unique à des fins d'adressage. Les lecteurs SCSI étroits auront un ensemble de trois cavaliers qui peuvent être utilisés pour attribuer au disque un numéro d'identification de 0 à 7. Les lecteurs SCSI larges auront quatre cavaliers pour activer les numéros d'identification de 0 à 15. Certains systèmes n'utilisent pas de cavaliers pour configurer les identifiants de périphérique SCSI.
Cavaliers de lecteur SCSI
Activation de terminaison : les périphériques situés à chaque extrémité du bus SCSI doivent terminer le bus pour qu'il fonctionne correctement. Si le disque dur se trouve à l'extrémité du bus, la définition de ce cavalier entraînera la terminaison du bus pour un fonctionnement correct. Toutes les unités ne prennent pas en charge la terminaison.
Désactiver le démarrage automatique : s'il est présent, ce cavalier indique au lecteur de ne pas démarrer automatiquement lorsque l'alimentation est appliquée, mais plutôt d'attendre une commande de démarrage sur le bus SCSI. Habituellement, cela est fait pour éviter une charge de démarrage excessive sur l'alimentation. Certains fabricants inversent le sens de ce cavalier ; désactiver le démarrage par défaut et fournir un cavalier d'activation du démarrage automatique.
Retarder le démarrage automatique : ce cavalier demande au lecteur de démarrer automatiquement, mais d'attendre un nombre prédéfini de secondes après la mise sous tension. Il est également utilisé pour compenser la charge de démarrage du moteur sur les systèmes comportant de nombreux entraînements.
Décaler la rotation : lorsqu'un système doté de nombreux disques durs a cette option définie pour chaque lecteur, les disques décalent leur temps de démarrage en multipliant une constante définie par l'utilisateur par leur ID de périphérique SCSI. Cela garantit que deux disques sur le même canal SCSI ne peuvent pas être démarrés en même temps.
Étroit ou large : certaines unités disposent d'un cavalier permettant de contrôler si elles fonctionnent en mode étroit ou large.
Force SE : force les disques Ultra2, Wide Ultra2, Ultra160, Ultra160+ ou autres disques SCSI LVD à utiliser un fonctionnement à extrémité unique (SE) au lieu du différentiel basse tension (LVD).
Désactiver la parité : désactive la vérification de parité sur le bus SCSI, pour la compatibilité avec les adaptateurs hôtes qui ne prennent pas en charge cette fonctionnalité.
Mais ce n'est pas tout. De nombreux lecteurs SCSI disposent de fonctionnalités spéciales supplémentaires qui sont activées via plusieurs cavaliers. Certains lecteurs ont remplacé certains de leurs cavaliers par des commandes logicielles envoyées via l'interface SCSI.
Carte logique
De nouveaux disques durs ont été introduits avec de nombreuses fonctionnalités et des vitesses plus rapides et le développement est toujours en cours. Pour contrôler toutes ces fonctions et fournir les capacités de haute performance du disque de la manière avancée qu'elles sont attendues, tous les disques durs modernes sont fabriqués avec un circuit imprimé intelligent intégré au disque dur. Cette carte de circuit imprimé est appelée carte logique du disque dur. Une carte logique utilise les composants importants suivants pour fournir une variété de fonctions et de caractéristiques à un disque dur :
- Circuit de commande
- Circuits de détection, d'amplification et de conversion
- Interface matérielle
- Micrologiciel
- Contrôler et réorganiser plusieurs commandes
Les deux interfaces les plus courantes et les plus utilisées pour les disques durs de PC aujourd'hui, IDE (Integrated Drive Electronics) et SCSI (Small Computer Systems Interface), utilisent des contrôleurs intégrés . Le nom le plus correct pour l'interface IDE est AT Attachment ou ATA (Advanced Technology Attachment). Les disques durs modernes disposent d'une carte logique très sophistiquée qui contient plus de mémoire et des processeurs internes plus rapides qu'un PC entier, même à partir du milieu des années 1980.
La carte logique remplit plusieurs fonctions plus importantes qu'auparavant. Les circuits logiques doivent donc être plus puissants pour gérer des changements tels que la translation géométrique, des fonctionnalités de fiabilité avancées, des technologies de tête plus complexes, des interfaces plus rapides et un streaming de données à bande passante plus élevée à partir du disque lui-même.
La carte logique interne d'un disque dur contient un microprocesseur et une mémoire interne, ainsi que d'autres structures et circuits qui contrôlent ce qui se passe à l'intérieur du disque. Certaines des fonctions les plus importantes du circuit de contrôle de l'unité sont les suivantes :
- Contrôle du moteur de broche, notamment pour s'assurer que la broche fonctionne à la bonne vitesse.
- Contrôle du mouvement de l'actionneur sur différentes pistes.
- Gestion de toutes les opérations de lecture et d'écriture.
- Implémentation de fonctionnalités de gestion de l'alimentation.
- Gestion de la traduction géométrique.
- Gestion du cache interne et fonctionnalités d'optimisation telles que la pré-extraction.
- Coordonner et intégrer d'autres fonctions mentionnées dans cette section, telles que le flux d'informations sur l'interface du disque dur, l'optimisation des requêtes multiples, la conversion des données vers et depuis le format requis par les têtes de lecture/écriture, etc.
- Implémentation de toutes les fonctionnalités avancées en termes de performances et de fiabilité.
Les disques durs modernes sont dotés de microprocesseurs internes et la plupart d’entre eux disposent également d’un logiciel interne qui les exécute. Ces routines exécutent la logique de contrôle et font fonctionner l'unité. En réalité, il ne s’agit pas vraiment d’un logiciel au sens conventionnel du terme, car ces instructions sont intégrées dans une mémoire en lecture seule. Ce code est analogue au BIOS système, des routines de contrôle matérielles de bas niveau intégrées à la ROM. On l'appelle généralement firmware.
C'est pourquoi le micrologiciel est parfois appelé le lien intermédiaire entre le matériel et le logiciel. Dans de nombreuses unités, le micrologiciel peut être mis à jour sous contrôle logiciel.
Cache et circuits de cache
La fonction du cache intégré (souvent également appelé tampon) d'un disque dur est d'agir comme tampon entre un périphérique relativement rapide et un périphérique relativement lent. Pour les disques durs, le cache est utilisé pour conserver les résultats des lectures récentes du disque et également pour pré-extraire les informations susceptibles d'être nécessaires dans un avenir proche, par exemple, le ou les secteurs suivant immédiatement celui qui vient d'être demandé.
Par conséquent, l’objectif de ce cache n’est pas différent des autres caches utilisés dans le PC, bien qu’il ne soit normalement pas considéré comme faisant partie de la hiérarchie de cache normale du PC. Vous devez toujours garder à l'esprit que lorsque quelqu'un parle de manière générique d'un cache de disque, il ne fait généralement pas référence à cette petite zone de mémoire à l'intérieur du disque dur, mais plutôt à un cache de mémoire système mis de côté pour mettre en mémoire tampon les accès système au disque.
L'utilisation du cache améliore les performances de tout disque dur en réduisant le nombre d'accès physiques au disque lors de lectures répétées et en permettant aux données de circuler depuis le disque sans interruption lorsque le bus est occupé. La plupart des disques durs modernes disposent d'une mémoire cache interne comprise entre 512 Ko et 2 Mo, et même certains disques SCSI hautes performances ont jusqu'à 16 Mo.
Le cache d'un disque dur est important en raison de la différence substantielle entre les vitesses du disque dur et celles de l'interface du disque dur. La recherche d'un élément de données sur le disque dur implique un placement aléatoire et entraîne une pénalité d'une milliseconde lorsque l'actionneur du disque dur est déplacé et que le disque tourne autour de l'axe. C'est pourquoi les disques durs ont des tampons internes.
Le principe de base du fonctionnement d’un cache simple est simple. La lecture des données du disque dur s'effectue généralement par blocs de différentes tailles, et non pas seulement par secteur de 512 octets à la fois. Le cache est divisé en segments ou morceaux, chacun pouvant contenir un bloc de données.
Lorsqu'une demande de données est effectuée à partir du disque dur, le circuit de cache est d'abord interrogé pour voir si les données sont présentes dans l'un des segments de cache. S'ils sont présents, ils sont fournis à la carte logique sans nécessiter d'accès aux plateaux du disque dur. Si les données ne sont pas dans le cache, elles sont lues à partir du disque dur, fournies au contrôleur, puis mises en cache au cas où elles seraient à nouveau demandées.
Étant donné que la taille du cache est limitée, le nombre de données pouvant être conservées est limité avant que les segments ne doivent être recyclés. En général, la donnée la plus ancienne est remplacée par la plus récente. C'est ce qu'on appelle la mise en cache circulaire, premier entré, premier sorti (FIFO) ou enveloppante.
Afin d'améliorer les performances, la plupart des fabricants de disques durs ont mis en œuvre des améliorations dans leurs circuits de gestion du cache, en particulier sur les disques SCSI haut de gamme :
Segmentation adaptative : les caches conventionnels sont divisés en un certain nombre de segments de taille égale. Étant donné que les requêtes peuvent être effectuées pour des blocs de données de différentes tailles, cela peut entraîner l'inutilisation d'un certain espace de stockage en cache dans certains segments, et donc son gaspillage. De nombreux disques plus récents redimensionnent dynamiquement les segments en fonction de la quantité d'espace requise pour chaque accès, afin de garantir une meilleure utilisation. Vous pouvez également modifier le nombre de segments. Cela est plus complexe à gérer que les segments de taille fixe et peut entraîner du gaspillage si l’espace n’est pas géré correctement.
Pré-extraction : la logique de cache d'un lecteur, basée sur l'analyse des modèles d'accès et d'utilisation du lecteur, tente de charger des données dans une partie du cache qui n'a pas encore été demandée mais qui devrait l'être prochainement. Habituellement, cela signifie charger des données supplémentaires en plus de ce qui vient d'être lu sur le disque, car il est statistiquement plus probable qu'elles soient demandées en premier. Si cela est fait correctement, cela améliorera les performances dans une certaine mesure.
Contrôle utilisateur : les disques durs haut de gamme ont implémenté un ensemble de commandes qui permettent à l'utilisateur de contrôler en détail le fonctionnement du cache du disque dur. Cela inclut le fait de permettre à l'utilisateur d'activer ou de désactiver la mise en cache, de définir les tailles de segment, d'activer ou de désactiver la segmentation adaptative et la pré-extraction, etc.
Bien que la mémoire tampon interne améliore évidemment les performances, elle présente également des limites. Cela n'aide pas beaucoup si vous avez beaucoup d'accès aléatoires aux données dans différentes parties du disque, car si le disque n'a pas chargé un élément de données récemment dans le passé, il ne sera pas dans le cache.
La mémoire tampon n'est pas non plus d'une grande utilité si vous lisez une grande quantité de données à partir du disque, car elle sera généralement très petite si vous copiez un fichier de 50 Mo. Par exemple, sur un disque classique avec une mémoire tampon de 512 octets, une très petite partie du fichier peut se trouver dans la mémoire tampon et le reste doit être lu à partir du disque lui-même.
En raison de ces limitations, le cache n’a pas un impact aussi important sur les performances globales du système qu’on pourrait le penser. Son utilité dépend dans une certaine mesure de sa taille, mais au moins autant de l’intelligence de ses circuits ; tout comme la logique globale du disque dur. Et tout comme la logique globale, il est difficile de déterminer dans de nombreux cas exactement à quoi ressemble la logique de cache sur un lecteur donné. Cependant, la taille du cache disque est importante pour son impact global sur l’amélioration des performances du système.
Les lectures mises en cache du disque dur et les écritures mises en cache sur le disque dur sont similaires à certains égards, mais très différentes à d’autres. Ils sont identiques dans leur objectif global, qui est de découpler l’ordinateur rapide de la mécanique lente du disque dur. La principale différence est qu’une écriture provoque une modification sur le disque dur, tandis qu’une lecture ne le fait pas.
Sans cache d'écriture, chaque écriture sur le disque dur entraîne une baisse des performances car le système attend que le disque dur accède à l'emplacement correct sur le disque dur et écrive les données. Cela prend au moins 10 millisecondes sur la plupart des disques, ce qui est long dans le monde informatique et ralentit vraiment les performances pendant que le système attend le disque dur. Ce mode de fonctionnement est appelé cache à écriture directe.
Lorsque le cache d'écriture est activé et que le système envoie une écriture au disque dur, le circuit logique enregistre l'écriture dans son cache beaucoup plus rapidement, puis envoie immédiatement un accusé de réception au système d'exploitation pour terminer le processus. Le reste du système peut alors poursuivre son chemin sans avoir à attendre que l'actionneur se positionne, que le disque tourne, et ainsi de suite. C'est ce qu'on appelle la mise en cache en écriture différée, car les données sont mises en cache et ne sont réécrites sur les plateaux que plus tard. La fonction d’écriture différée améliore évidemment les performances.
La mémoire cache étant volatile, si une panne de courant se produit, son contenu est perdu. S'il y a des écritures en attente dans le cache qui n'ont pas encore été écrites sur le disque, elles sont perdues à jamais et le reste du système n'a aucun moyen de le savoir car elles sont communiquées par le disque dur comme terminées. Par conséquent, non seulement certaines données sont perdues, mais le système ne sait même pas quelles données, ni même ce qui s'est passé. Le résultat final peut être des problèmes de cohérence des fichiers, une corruption du système d’exploitation, etc. En raison de ce risque, dans certaines situations, la mise en cache d’écriture n’est pas du tout utilisée.
Cela est particulièrement vrai pour les applications où une intégrité élevée des données est essentielle. Cependant, en raison des améliorations de performances apportées par la mise en cache d’écriture, celle-ci est de plus en plus utilisée malgré le risque, et le risque est atténué grâce à l’utilisation de technologies supplémentaires.
La technique la plus courante consiste simplement à s’assurer que le courant ne soit pas coupé. Pour plus de tranquillité d'esprit, les meilleurs disques qui utilisent le cache d'écriture disposent d'une fonction de vidage d'écriture qui demande au disque d'écrire immédiatement sur le disque toutes les écritures en attente dans son cache. Il s'agit d'une commande qui serait généralement envoyée avant que les batteries de l'onduleur ne s'épuisent si le système détecte une panne de courant ou juste avant que le système ne soit arrêté pour toute autre raison.
Géométrie du disque dur de bas niveau
Lorsque nous parlons de la géométrie de bas niveau du disque dur, nous ne nous soucions pas beaucoup de connaître les circuits physiques du disque. Nous allons ici discuter des termes que nous allons traiter maintenant pour comprendre le dépannage du disque et la programmation de récupération de données mentionnés ci-dessus.
La géométrie du disque dur de bas niveau est généralement affectée par les termes suivants :
- Tracer
- Cylindre
- Secteur
- Tête ou côté
Géométrie du disque dur de bas niveau
Les plateaux d'un disque dur ont deux côtés pour l'enregistrement des données. Chaque surface du plateau comporte des cercles concentriques invisibles, qui sont écrits sur la surface sous forme d'informations magnétiques lorsque le disque dur est formaté. Ces cercles sont appelés pistes. Toutes les informations stockées sur un disque dur sont enregistrées sur des pistes. Les pistes sont numérotées, à partir de 0, en partant de l'extérieur du plateau et en augmentant au fur et à mesure que vous progressez vers l'intérieur.
Quant au nombre maximum de pistes et de cylindres, nous en parlerons en détail dans les prochains chapitres. Cependant, pour l'instant, nous pouvons obtenir des connaissances de géométrie physique de bas niveau sur le nombre maximal de cylindres, de pistes, de têtes (côtés) et de secteurs.
| Nom |
Commencer à partir de |
Limite finale |
Nombre total |
| Cylindres |
0 |
1023 |
1024 |
| Têtes |
0 |
255 |
256 |
| Secteurs |
1 |
63 |
63 |
Sur la surface d'un plateau de disque dur, les données sont accessibles en déplaçant les têtes de l'intérieur vers l'extérieur du disque. Cette organisation des données permet un accès facile à n'importe quelle partie du disque, c'est pourquoi les disques sont appelés périphériques de stockage à accès aléatoire.
Trace géométrique de bas niveau du disque dur
Chaque piste peut contenir des milliers d’octets de données, et cette capacité de stockage est généralement supérieure à 5 000 octets. Donc, si nous faisons d'une piste la plus petite unité de stockage sur le disque, ce sera un gaspillage d'espace disque, car cela entraînera que les petits fichiers inférieurs à 5 000 octets gaspilleront cette quantité d'espace, et vous pouvez généralement avoir un certain nombre de fichiers sur le disque qui sont bien plus petits que cette taille.
De cette façon, en faisant d'une piste la plus petite unité de stockage, les petits fichiers gaspilleront une grande quantité d'espace. Par conséquent, chaque piste est divisée en unités plus petites appelées secteurs. La taille de chaque secteur est de 512 octets, ce qui signifie qu'un secteur peut contenir 512 octets d'informations.
L'unité de base de stockage de données sur un disque dur est le secteur. Le nom secteur désigne une section angulaire en forme de tarte d'un cercle, délimitée sur deux côtés par des rayons et sur le troisième par le périmètre du cercle. Vous pouvez voir ci-dessous une figure logique représentant les secteurs sur une piste donnée.
Ainsi, sur un disque dur contenant des pistes circulaires concentriques, cette forme définirait un secteur de chaque piste sur la surface du plateau qu'elle intercepte. C'est ce qu'on appelle un secteur dans le monde du disque dur, c'est-à-dire un petit segment sur la longueur d'une piste.
En standard, chaque secteur d’un disque dur peut stocker 512 octets de données utilisateur. Mais en réalité, le secteur contient bien plus que 512 octets d’informations. Des octets supplémentaires sont nécessaires pour les structures de contrôle et d'autres informations nécessaires à la gestion du lecteur, à la localisation des données et à l'exécution d'autres fonctions de support.
Les détails exacts de la structure d’un secteur dépendent du modèle de lecteur et du fabricant. Cependant, le contenu d’un secteur comprend généralement les éléments généraux suivants :
Informations d'identification : Traditionnellement, un espace est laissé dans chaque secteur pour identifier le numéro et la position du secteur. Ceci est utilisé pour localiser le secteur sur le disque et inclut également des informations sur l'état du secteur dans cette zone. Par exemple, un bit est couramment utilisé pour indiquer si le secteur a été marqué comme défectueux et remappé.
Champs de synchronisation : ils sont utilisés en interne par le contrôleur de lecteur pour piloter le processus de lecture.
Données : Les données réelles du secteur.
Codes de correction d’erreur (ECC) : les codes de correction d’erreur sont utilisés pour garantir l’intégrité des données.
Espace : les espaces sont essentiellement un ou plusieurs espaceurs ajoutés selon les besoins pour séparer d'autres zones du secteur ou pour donner au contrôleur le temps de traiter ce qu'il a lu avant de lire d'autres bits.
En plus des secteurs contenant chacun les éléments décrits, l'espace sur chaque piste est également utilisé pour les informations d'asservissement. La quantité d'espace occupée par chaque secteur pour les éléments généraux est importante, car plus de bits sont utilisés pour cette gestion, moins de bits peuvent être utilisés pour les données.
C'est pourquoi les fabricants de disques durs s'efforcent de réduire la quantité d'informations non utilisateur qui doivent être stockées sur le disque. Le pourcentage de bits sur chaque disque qui sont utilisés pour les données, par opposition à d'autres éléments décrits ci-dessus, est connu sous le nom d'efficacité de format. Par conséquent, une efficacité de formatage supérieure est une caractéristique attendue d'un lecteur.
Dans la dernière approche visant à obtenir une plus grande efficacité de format, les champs d'ID sont supprimés du format de secteur et, au lieu d'étiqueter chaque secteur dans l'en-tête de secteur, une carte de format est enregistrée en mémoire et utilisée comme référence lorsqu'un secteur doit être localisé.
Cette carte contient également des informations sur les secteurs qui ont été marqués comme défectueux et repositionnés en fonction de la position des secteurs par rapport aux informations du servo, etc. Cette approche améliore non seulement l’efficacité du format en permettant de stocker jusqu’à 10 % de données supplémentaires sur la surface de chaque plateau, mais améliore également les performances. Étant donné que ces informations de positionnement critiques sont présentes dans une mémoire à grande vitesse, elles sont accessibles beaucoup plus rapidement.
Structure physique du circuit des disques durs hd hdd
Chaque plateau de disque dur utilise deux têtes (sauf cas particuliers) pour enregistrer et lire les données, une pour le haut du plateau et une pour le bas. Les têtes qui accèdent aux plateaux sont verrouillées ensemble sur un ensemble de poupées, de sorte que toutes les têtes se déplacent vers l'intérieur et vers l'extérieur ensemble, de sorte que chaque tête est toujours physiquement positionnée sur le même numéro de piste.
C'est pourquoi vous ne pouvez pas avoir une tête sur la piste 0 et une autre sur la piste 1 000. En raison de cette disposition, la position de la piste de tête n'est souvent pas indiquée comme un numéro de piste mais plutôt comme un numéro de cylindre.
Un cylindre est essentiellement l'ensemble de toutes les pistes où se trouvent toutes les têtes. Si un disque possède quatre plateaux, il aura généralement huit têtes. Supposons maintenant qu'il possède un nombre de cylindres de 720.
Structure géométrique du circuit physique du cylindre des disques durs
Il serait composé de huit ensembles de pistes, un par surface du plateau avec des pistes numérotées 720. Le nom vient du fait que ces pistes forment un cylindre squelettique car ce sont des cercles de taille égale empilés les uns sur les autres dans l'espace, comme le montre la figure précédente.
L'adressage du disque se fait traditionnellement en faisant référence aux cylindres, têtes et secteurs (CHS).
Formatage
Chaque support de stockage doit être formaté avant de pouvoir être utilisé. Les utilitaires utilisés pour le formatage se comportent différemment lorsqu'ils fonctionnent sur des disques durs que lorsqu'ils sont utilisés sur des disquettes. Le formatage d’un disque dur implique les étapes suivantes :
Partitionnement :
Ce processus divise le disque en parties logiques qui attribuent différents volumes de disque dur ou lettres de lecteur.
Le partitionnement du disque dur est l’une des méthodes les plus efficaces disponibles pour organiser les disques durs. Les partitions offrent un niveau d'organisation plus général que les répertoires et les fichiers. Ils offrent également une plus grande sécurité en séparant les données des systèmes d’exploitation et des applications.
Les partitions vous permettent de séparer les fichiers de données, qui doivent être sauvegardés régulièrement, des fichiers de programme et du système d'exploitation. Le partitionnement devient une nécessité pour le disque dur si vous souhaitez charger plus d'un système d'exploitation sur le disque, sinon dans la plupart des cas vous risquez de perdre des données.
Le premier secteur de tout disque dur contient une table de partition. Cette table de partition ne peut décrire que quatre partitions. Celles-ci sont appelées partitions primaires. L’une de ces partitions principales peut pointer vers une chaîne de partitions supplémentaires. Chaque partition de cette chaîne est appelée partition logique. Nous discuterons en détail des bases des partitions logiques dans les prochains chapitres.
Formatage de haut niveau :
Il définit les structures logiques sur la partition et place tous les fichiers nécessaires du système d'exploitation au début du disque. Cette étape est également une commande au niveau du système d’exploitation.
La commande DOS FORMAT, ou FORMAT.COM , se comporte différemment lorsqu'elle est utilisée sur un disque dur que lorsqu'elle est utilisée sur une disquette. Les disquettes ont une géométrie simple et standard et ne peuvent pas être partitionnées. La commande FORMAT est donc conçue pour effectuer automatiquement un formatage de bas et de haut niveau sur une disquette si nécessaire, mais dans le cas des disques durs, FORMAT n'effectuera qu'un formatage de haut niveau.
Une fois le formatage de bas niveau terminé, nous avons un disque avec des pistes et des secteurs mais rien d'écrit dessus. Le formatage de haut niveau est le processus d'écriture des structures du système de fichiers sur le disque qui permettent au disque d'être utilisé pour stocker des programmes et des données.
Si vous utilisez DOS, la commande FORMAT (également appelée FORMAT.COM) fait le travail en écrivant des structures telles que les tables d'allocation de fichiers d'enregistrement de démarrage DOS et les répertoires racine sur le disque. Le formatage de haut niveau est effectué après le partitionnement du disque dur.
Capacité de stockage formatée et non formatée
La capacité totale d’un disque dur varie selon qu’il est formaté ou non formaté. Une partie de l'espace sur le disque dur est occupée par des informations de formatage, qui marquent le début et la fin des secteurs, des codes ECC (codes de correction d'erreur) et d'autres informations de service. C'est pour cette raison que la différence peut être assez importante.
Sur les disques plus anciens, généralement formatés de bas niveau par l'utilisateur, la taille était souvent indiquée en unités de capacité non formatées.
Prenons par exemple le Seagate ST-412, le premier disque utilisé dans l’IBM PC/XT original au début des années 1980. Le chiffre « 12 » dans ce modèle fait référence à la capacité non formatée du lecteur, qui est de 12,76 Mo. Le disque formaté a en réalité une capacité de 10,65 Mo.
La capacité non formatée d'un disque dur est généralement supérieure de 19 pour cent (19 %) à la capacité formatée. Étant donné que personne ne peut utiliser un lecteur non formaté, la seule chose qui compte est la capacité formatée, c'est pourquoi les lecteurs modernes sont toujours formatés de bas niveau par les fabricants.
La capacité du disque dur peut être exprimée des quatre manières suivantes :
- Capacité formatée en millions d'octets
- Capacité formatée en mégaoctets
- Capacité non formatée en millions d'octets
- Capacité non formatée en mégaoctets
Maintenant, si j'ai un disque dur avec C–H–S = 1024*63*63 (cela signifie que le lecteur a un nombre de cylindres = 1024, un nombre de têtes ou de côtés = 63, un nombre de secteurs par piste = 63) et chaque secteur a 512 octets. La formule qui calculera la taille du disque est la suivante :
Taille totale du disque (octets) = (cylindres) X (têtes) X (secteurs) X (octets par secteur) |
Selon cette formule, lorsque nous calculons la taille de ce disque dur en octets, elle sera égale à
Dimensions : 1024 × 63 × 63 × 512
= 2080899072 octets
Maintenant, si je calcule la taille de mon disque en millions d'octets, ce sera approximativement
= 2080.899072
~ 2081 millions d'octets
Traditionnellement, la taille en millions d'octets est indiquée par M. Ainsi, la taille de mon disque en millions d'octets est d'environ 2081 M.
Mais lorsque je précise la capacité de mon disque dur en mégaoctets, ce sera quelque chose comme 1985 et ce sera écrit 1985 Mo.
Ainsi, la formule générale pour calculer la capacité du disque en millions d’octets serait :
La formule générale pour calculer la capacité du disque en mégaoctets sera la suivante :
