Ordinateur - Disque dur

Le rôle du disque dur

Le disque dur est l'organe servant à conserver les données de manière permanente, contrairement à la mémoire vive, qui s'efface à chaque redémarrage de l'ordinateur, c'est la raison pour laquelle on parle parfois de mémoire de masse pour désigner les disques durs.

Le disque dur est relié à la carte-mère par l'intermédiaire d'un contrôleur de disque dur faisant l'interface entre le processeur et le disque dur. Le contrôleur de disque dur gère les disques qui lui sont reliés, interprête les commandes envoyées par le processeur et les achemine au disque concerné. On distingue généralement les interfaces suivantes :

• IDE
• SCSI
• Serial ATA

Avec l'apparition de la norme USB, des boîtiers externes permettant de connecter un disque dur sur un port USB ont fait leur apparition, rendant le disque dur facile à installer et permettant de rajouter de la capacité de stockage pour faire des sauvegardes. On parle ainsi de disque dur externe par opposition aux disques durs internes branchés directement sur la carte mère, mais il s'agit bien des mêmes disques, si ce n'est qu'ils sont connectés à l'ordinateur par l'intermédiaire d'un boîtier branché sur un port USB.

Structure

Un disque dur est constitué non pas d'un seul disque, mais de plusieurs disques rigides (en anglais hard disk signifie disque dur) en métal, en verre ou en céramique, empilés à une très faible distance les uns des autres et appelés plateaux (en anglais platters).

Les disques tournent très rapidement autour d'un axe (à plusieurs milliers de tours par minute actuellement) dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Un ordinateur fonctionne de manière binaire, c'est-à-dire que les données sont stockées sous forme de 0 et de 1 (appelés bits). Il existe sur les disques durs des millions de ces bits, stockés très proches les uns des autres sur une fine couche magnétique de quelques microns d'épaisseur, elle-même recouverte d'un film protecteur.

La lecture et l'écriture se fait grâce à des têtes de lecture (en anglais heads) situées de part et d'autre de chacun des plateaux. Ces têtes sont des électro-aimants qui se baissent et se soulèvent pour pouvoir lire l'information ou l'écrire. Les têtes ne sont qu'à quelques microns de la surface, séparées par une couche d'air provoquée par la rotation des disques qui crée un vent d'environ 250km/h ! De plus ces têtes sont mobiles latéralement afin de pouvoir balayer l'ensemble de la surface du disque.

Cependant, les têtes sont liées entre elles et seulement une seule tête peut lire ou écrire à un moment donné. On parle donc de cylindre pour désigner l'ensemble des données stockées verticalement sur la totalité des disques.

L'ensemble de cette mécanique de précision est contenu dans un boîtier totalement hermétique, car la moindre particule peut détériorer la surface du disque. Vous pouvez donc voir sur un disque des opercules permettant l'étanchéité, et la mention "Warranty void if removed" qui signifie littéralement "la garantie expire si retiré" car seuls les constructeurs de disques durs peuvent les ouvrir (dans des salles blanches, exemptes de particules).

Fonctionnement

Les têtes de lecture/écriture sont dites « inductives », c'est-à-dire qu'elles sont capables de générer un champ magnétique. C'est notamment le cas lors de l'écriture : les têtes, en créant des champs positifs ou négatifs, viennent polariser la surface du disque en une très petite zone, ce qui se traduira lors du passage en lecture par des changements de polarité induisant un courant dans la tête de lecture, qui sera ensuite transformé par un convertisseur analogique numérique (CAN) en 0 et en 1 compréhensibles par l'ordinateur.

Les têtes commencent à inscrire des données à la périphérie du disque (piste 0), puis avancent vers le centre. Les données sont organisées en cercles concentriques appelés « pistes », créées par le formatage de bas niveau.

Les pistes sont séparées en quartiers (entre deux rayons) que l'on appelle secteurs, contenant les données (au minimum 512 octets par secteur en général).

On appelle cylindre l'ensemble des données situées sur une même piste sur des plateaux différents (c'est-à-dire à la verticale les unes des autres) car cela forme dans l'espace un "cylindre" de données.

On appelle enfin cluster (ou en français unité d'allocation) la zone minimale que peut occuper un fichier sur le disque. En effet le système d'exploitation exploite des blocs qui sont en fait plusieurs secteurs (entre 1 et 16 secteurs). Un fichier minuscule devra donc occuper plusieurs secteurs (un cluster).

Sur les anciens disques durs, l'adressage se faisait ainsi de manière physique en définissant la position de la donnée par les coordonnées cylindre / tête / secteur (en anglais CHS pour Cylinder / Head / Sector).

Mode bloc

Le mode bloc et le transfert 32 bits permettent d'exploiter pleinement les performances de votre disque dur. Le mode bloc consiste à effectuer des transferts de données par bloc, c'est-à-dire par paquets de 512 octets généralement, ce qui évite au processeur d'avoir à traiter une multitude de minuscules paquets d'un bit. Le processeur a alors du "temps" pour effectuer d'autres opérations.
Ce mode de transfert des données n'a malheureusement une véritable utilité que sous d'anciens systèmes d'exploitation (tels que MS-DOS), car les systèmes d'exploitation récents utilisent leur propre gestionnaire de disque dur, ce qui rend ce gestionnaire obsolète.

Une option du BIOS (IDE HDD block mode ou Multi Sector Transfer) permet parfois de déterminer le nombre de blocs pouvant être gérés simultanément. Ce nombre se situe entre 2 et 32. Si vous ne le connaissez pas, plusieurs solutions s'offrent à vous :

• consulter la documentation de votre disque dur ;
• rechercher les caractéristiques du disque sur internet ;
• déterminer expérimentalement en effectuant des tests.

Le mode bloc peut toutefois générer des erreurs sous certains systèmes, à cause d'une redondance de gestionnaire de disque dur. La solution consiste alors à désactiver l'un des deux gestionnaires :

• la gestion logicielle du mode 32-bit sous le système d'exploitation ;
• le mode bloc dans le BIOS.

Mode 32 bits

Le mode 32 bits (par opposition au mode 16 bits) est caractérisé par un transfert des données sur 32 bits. Le transfert sur 32 bits correspond à 32 portes qui s'ouvrent et se ferment simultanément. En mode 32 bits, deux mots (ensemble de bits) de 16 bits sont transmis successivement, puis assemblés.

Le gain de performance lié au passage du mode 16 bits au mode 32 bits est généralement insignifiant. Quoiqu'il en soit il n'est la plupart du temps plus possible de choisir le mode, car la carte mère dértermine automatiquement le type de mode à adopter en fonction du type de disque dur.

La détermination automatique du mode 32 bits peut toutefois ralentir les lecteurs de CD-ROM IDE dont la vitesse est supérieure à 24x lorsqu'ils sont seuls sur une nappe IDE. En effet, dans le cas où le lecteur de CD-ROM est seul sur la nappe, le BIOS peut ne pas détecter sa compatibilité avec le mode 32 bits (puisqu'il cherche un disque dur), auquel cas il passe en mode 16 bits. La vitesse de transfert (appelée par abus de langage taux de transfert) est alors en dessous du taux de transfert annoncé par le constructeur.

La solution dans ce genre de cas consiste à brancher sur la même nappe que le lecteur de CD-ROM un disque dur supportant le mode 32 bits.

Caractéristiques techniques

• Capacité : volume de données pouvant être stockées sur le disque.
• Taux de transfert (ou débit) : quantité de données pouvant être lues ou écrites sur le disque par unité de temps. Il s'exprime en bits par seconde.
• Vitesse de rotation : vitesse à laquelle les plateaux tournent, exprimée en tours par minutes (notés rpm pour rotations par minute). La vitesse des disques durs est de l'ordre de 7200 à 15000 rpm. Plus la vitesse de rotation d'un disque est élevée meilleur est le débit du disque. En revanche, un disque possédant une vitesse de rotation élevé est généralement plus bruyant et chauffe plus facilement.
• Temps de latence (aussi appelé délai rotationnel) : temps écoulé entre le moment où le disque trouve la piste et le moment où il trouve les données.
• Temps d'accès moyen : temps moyen que met la tête pour se positionner sur la bonne piste et accéder à la donnée. Il représente donc le temps moyen que met le disque entre le moment où il a reçu l'ordre de fournir des données et le moment où il les fournit réellement. Il doit ainsi être le plus court possible.
• Densité radiale : nombre de pistes par pouce (tpi: Track per Inch).
• Densité linéaire : nombre de bits par pouce sur une piste donnée (bpi: Bit per Inch).
• Densité surfacique : rapport de la densité linéaire sur la densité radiale (s'exprime en bits par pouce carré).
• Mémoire cache (ou mémoire tampon) : quantité de mémoire embarquée sur le disque dur. La mémoire cache permet de conserver les données auxquelles le disque accède le plus souvent afin d'améliorer les performances globales ;
• Interface : il s'agit de la connectique du disque dur. Les principales interfaces pour disques durs sont les suivantes :
  • IDE/ATA ;
  • Serial ATA ;
  • SCSI ;
  • Il existe par ailleurs des boîtiers externes permettant de connecter des disques durs en USB ou firewire.

Ressources sur le même sujet

• Opinions de la communauté et caractéristiques de disques durs sur CommentcaMarche
• Formatage d'un disque dur
• Partitionnement d'un disque dur
• Récupération de données perdues
• Récupération de données sur disque
• Disque dur externe USB non reconnu
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