sam, 30/01/2010 - 13:37 par Dom
Type:
Le disque dur
Introduction
Dans un ordinateur, le disque dur est le composant constituant la mémoire dite morte, c'est à dire qui ne nécessite pas d'électricité pour fonctionner. Par analogie avec l'être humain, le disque dur de l'ordinateur est la mémoire à long terme, celle qui reste même si nous dormons, celle qui retient nos souvenirs d'enfance, nos joies et nos peines.Cette analogie, bien que restrainte par certains aspects, peut cependant être relativement poussée puisque même la suppression d'informations du disque n'est pas définitive et que par certains procédés (chez l'humain disons l'hypnose) il est possible de retrouver des données enfouies dans cette mémoire!
Du support physique à l'usage
Le disque dur est le support physique permettant l'enregistrement des données. Il se compose de plusieurs disques rigides appelés plateaux empilés serrés en alternance avec des têtes de lecture permettant de lire les données (les 0 et 1) qui y sont enregistrés magnétiquement. Elles se trouvent au dessus et au dessous de chaque plateau (double-face) et se déplacent à grandes vitesses entre les plateaux qui eux tournent de 3600 à 15000 tours par minutes. De fait, il circule à l'intérieur du disque dur des vents atteignant parfois 250km/h! Sur le schéma ci-contre, on retrouve 8 plateaux, soit 16 faces et donc 16 têtes de lecture.Si les plateaux étaient autrefois en aluminum, il sont de plus en plus fait en verre, dans tout les cas une matière non-ferreuse facile à usiner. Dessus, différentes couches ferromagnétiques sont appliqués, le tout sous une couche de protection. Et il faut être précis: les têtes de lectures actuelles survolent les plateaux à moins de 10 nanomètres de distance, soit une épaisseur 10000 fois plus petite qu'un cheveu!! Du coup, les plateaux doivent être extra-plats.
En plus, le tout doit être vraiment bien accroché! Imaginez les accélérations et décélération que l'intérieur du disque dur. La moindre vibration et les têtes s'écrasent à la surface du disque, le détruisant irrémédiablement. De même, la moindre poussière à l'intérieur est fatale, celle-ci étant 20 à 60 fois plus grosse que l'espace entre la tête et le disque. C'est pourquoi les disques durs sont fabriqués en salle blanche et sellés hermétiquement.
Chaque plateau (platter en anglais) est divisé en pistes concentriques elles-mêmes subdivisées en petites zones appelées secteurs (sector en anglais). Sur le schéma de gauche est représentée la piste la plus au bord de l'un des plateaux. Elle est subdivisée en secteurs, dont l'un est représenté en rouge. Le secteur est la plus petite unité de stockage physique du disque dur. Il vaut généralement 512 octets et ne peut pas être subdivisé. Du coup, 2 octets occupent tout de même un secteur complet. Il est possible de faire varier le nombre de secteurs et de pistes par un formatage de bas niveau.Il est enfin à noter que les secteurs sont considérés comme groupés selon une piste et verticalement à travers les plateaux. Les cylindres (en anglais cylinder) ainsi formés servent de coordonnées. Essayez sur la figure de droite: chaque secteur peut individuellement être repéré par trois coordonnées dites CHS: Cylinder/Header/Sector (n° cylindre/n° tête/n° secteur).
Rassurez-vous, nous n'auront pas besoin d'approfondir plus en détail l'architecture physique d'un disque dur!
Sur ce disque dur, des données peuvent être stockées, sous forme de 0 et de 1. L'air de rien, ces petits plateaux contiennent des centaines de milliards de bits: les fameux 0 et 1. Un octet, l'unité de base de l'informatique, c'est 8 bits, soit une suite de huit 0 ou 1. Du coup, 1 Go représente 1 milliards d'octets soit 8 milliards de bit. Imaginez donc le nombre de bits présents sur les disques dur de plusieurs centaines de giga, voir de plusieurs terras (1To=1000Go). Ce sont des chiffres énormes!
Illustrons le petit paquet de bit que représente une page complète de texte par cette petite bourse contenant la quantité de bit équivalente. Au vu de la taille de l'image qui pourtant paraît petite, considérez les choses suivantes.Admettons qu'une page entière de texte - 2Ko de données- se représente par la petite bourse ci-dessus: 1cm de hauteur. Alors :
- Une image comme votre fond d'écran, en moyenne 500Ko se représenterait donc par une bourse 250 fois plus grosse, soit 2,5m de haut!
- Une musique au format MP3, d'environ 3.5Mo soit 3500Ko nécessiterait une bourse de 17,5m de hauteur, soit un immeuble de 7 étages environ.
- Un film au format DivX, environ 700 Mo, serait représentée quand à elle par une bourse de 3500m de hauteur!
Je vous laisse imaginer la hauteur d'un film au format DVD: 4.2Go, ou mieux d'un film en haute définition!
Mais revenons à nos moutons: dans toute cette quantité de données, le système de gestion de fichier -le SGF- doit pouvoir s'y retrouver. Suivant la taille du disque et le formatage choisi (NTFS, FAT32, EXT3, etc..) le SGF va gérer son espace différemment. C'est comme deux personnes: Roger et Sophie ou encore NTFS et FAT32 disposant chacun d'un bureau identique. Leur mode de gestion de ce bureau sera différent: l'un placera les crayons dans un pot à crayons, l'autre dans le tiroir, etc...
Comme les secteurs sont très nombreux sur un disque dur, le SGF se construit sa propre unité de stockage: le cluster. Suivant le formatage et la taille du disque, les clusters auront une taille différente, mais une chose est certaine: la taille d'un cluster est toujours un multiple d'un nombre de secteurs puisque l'on a vu que ceux-ci sont indivisibles. Un cluster peut donc être un secteur, deux secteurs, 3 secteurs, etc... Le cluster est la plus petite unité logique de stockage: toute donnée utilise donc un nombre entier de cluster.
Analogie pour comprendre le cluster:
Imaginez que vous souhaitiez, comme un disque dur, stocker une grande quantité d'information: les relevés de compte des clients de votre banque. Pour cela vous achetez en prix de gros des cahiers de 96 pages. Un cahier par client. D'un point de vu physique, les cahiers sont faits de pages: ce sont les secteurs du disque dur. D'un point de vu logique en revanche, vous ne considérez pas les relevés des clients comme un ensemble de page, mais bien comme un cahier: c'est le cluster. Tous les clusters de votre disque dur, c'est à dire les cahiers de votre banques sont identiques: 96 pages taille A4. Même si vous avez deux clients qui n'utilisent chacun que deux pages, vous ne les regrouperez pas en un cahier. Les cahiers sont indivisibles: à chaque client son cahier!Lecture et écriture sur un disque dur
La tête de lecture/écriture est la partie la plus complexe et délicate du disque dur. N'hésitez pas à visionner ce reportage effectué chez le fabricant Seagate pour vous en rendre compte.
Placée au bout du bras, la tête a la taille d'une tête d'épingle. A l'origine en un seul morceau, on continue de désigner par tête de lecture la partie qui lis et celle qui écrit. Pourtant aujourd'hui, une tête se compose de trois parties essentielles, comme représentées sur le schéma ci-dessous. On retrouve successivement un écran magnétique, une tête de lecture et une tête d'écriture. Sur le schéma, les bits ont été représentés horizontalement sur la piste de lecture. L'orientation magnétique de ces bits - gauche pour le premier, droite pour le second bit du schéma - détermine leur état: 0 ou 1. Aujourd'hui, afin d'augmenter la densité de stockage, c'est à dire le nombre de bits sur le disque dur, ceux-ci sont placés verticalement.
Trois effets sont utilisés par la tête (de lecture-écriture) : l'induction, la magnéto-résitance et plus récement la magnéto-résistance géante, dite GMR. Sans entrer dans les détails, rappelons brièvement le principe de l'induction: de l'électricité dans une bobine crée un champ magnétique, (une force capable d'attirer des métaux ferreux) et vice-versa une bobine se déplaçant dans un champ magnétique crée un courant électrique.Dans la tête d'écriture, l'électricité introduite dans la bobine crée un champ magnétique canalisé par l'aimant en jaune. Suivant le sens du courant, le champ magnétique va être vers la gauche ou vers la droite. Cela va alors polariser (=diriger) le bit de donnée dans le sens voulu: un 0 ou un 1!
Pour la lecture, c'est l'inverse: la tête de lecture balaye le bit, celui-ci polarise la partie notée en verte sur le schéma et induit un courant électrique dans la tête de lecture. Suivant le sens de ce courant, on sait que le bit valait 1 ou 0. L'écran magnétique placé ici permet d'isoler les effets des autres bits qui sont tellement proches qu'ils produisent des interférences (le tout est vraiment tout petit, plusieurs milliers de fois plus petit qu'un cheveu).
A noter que le champ magnétique émit par un bit doit être suffisament fort pour pouvoir induire un courant dans la tête ; cela limitait la petitesse du bit. Heureusement, il a été découvert la magnéto-résistance, puis la magnéto-résistance géante, une mesure ne s'appuyant plus cette fois sur le champ magnétique mais sur une propriété quantique -le spin- qui possède deux états: haut et bas encore une fois 0 ou 1. Cette mesure est suffisament forte et précise pour permettre des bits encore plus petits.
Si l'on peut faire des disques durs de plusieurs dizaines, centaines et maintenant milliers de Giga-octets, c'est grâce à la physique quantique! Notons d'ailleurs que cet effet a été découvert par un français, prix Nobel de Physique en 2007: Albert Fret.
Pour comprendre comment l'ordinateur passe de la lecture bit à bit sur le disque aux différents fichiers que vous utilisez à l'écran, nous vous invitons à découvrir le système de gestion de fichier.
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