Obligement - L'Amiga au maximum

Jeudi 18 octobre 2018 - 19:35  

Translate

En De Nl Nl
Es Pt It Nl


Rubriques

 · Accueil
 · A Propos
 · Articles
 · Galeries
 · Glossaire
 · Liens
 · Liste jeux Amiga
 · Quizz
 · Téléchargements
 · Trucs et astuces


Articles

 · Actualité (récente)
 · Actualité (archive)
 · Comparatifs
 · Dossiers
 · Entrevues
 · Matériel (tests)
 · Matériel (bidouilles)
 · Points de vue
 · En pratique
 · Programmation
 · Reportages
 · Tests de jeux
 · Tests de logiciels
 · Tests de compilations
 · Articles divers

 · Articles in english
 · Articles en d'autres langues


Twitter

Suivez-nous sur Twitter




Liens

 · Sites de téléchargements
 · Associations
 · Pages Personnelles
 · Matériel
 · Réparateurs
 · Revendeurs
 · Presse et médias
 · Programmation
 · Logiciels
 · Jeux
 · Scène démo
 · Divers


Jeux Amiga

0, A, B, C, D, E, F,
G, H, I, J, K, L, M,
N, O, P, Q, R, S, T,
U, V, W, X, Y, Z


Trucs et astuces

0, A, B, C, D, E, F,
G, H, I, J, K, L, M,
N, O, P, Q, R, S, T,
U, V, W, X, Y, Z


Glossaire

0, A, B, C, D, E, F,
G, H, I, J, K, L, M,
N, O, P, Q, R, S, T,
U, V, W, X, Y, Z


Partenaires

Annuaire Amiga

Amedia Computer

Relec

Hit Parade


Contact

David Brunet

Courriel

 


Dossier : Les disques durs
(Article écrit par divers auteurs et extrait de Wikipédia - juillet 2018)


Un disque dur, parfois abrégé DD, HD ou HDD, est une mémoire de masse magnétique utilisée principalement dans les ordinateurs, mais également dans des baladeurs numériques, des caméscopes, des lecteurs/enregistreurs de DVD de salon, des consoles de jeux vidéo, etc.

Inventé en 1956 par Reynold Johnson, le disque dur a fait l'objet d'évolutions de capacité et de performances considérables, tout en voyant son coût diminuer, ce qui a contribué à la généralisation de son utilisation, particulièrement, dans l'informatique.

Disque dur
Schéma d'un disque dur IDE

1. Historique

En 1956, le premier système de disque dur s'appelait l'IBM 350. Il était utilisé dans l'ordinateur RAMAC 305 ("Random Access Method of Accounting and Control"). Il fut dévoilé au public par IBM. La production commerciale commença en juin 1957 et, jusqu'en 1961, plus d'un millier d'unités furent vendues. Son prix était alors de 10 000 dollars (de l'époque) par mégaoctet. Le RAMAC 305 était constitué de 50 disques de 24 pouces de diamètre, deux têtes de lecture/écriture qui pouvaient se déplacer d'un plateau à un autre en moins d'une seconde. La capacité totale était de cinq millions de caractères.

Disque dur
Un ancien disque dur d'IBM

Le RAMAC avait déjà un concurrent : l'Univac File Computer, composé de dix tambours magnétiques chacun d'une capacité de 180 000 caractères. Bien que ce dernier avait une vitesse supérieure, c'est le RAMAC, qui pouvait stocker trois fois plus d'informations, qui avait le rapport coût/performance le plus intéressant pour le plus grand nombre d'applications.

En juin 1954, J. J. Hagopian, ingénieur IBM, eut l'idée de faire "voler" les têtes de lecture/écriture au-dessus de la surface des plateaux, sur un coussin d'air. Il proposa la conception de la forme de ces têtes. En septembre 1954, il dessina l'équivalent des disques durs actuels : des plateaux superposés et un axe sur lequel sont fixées les têtes de lecture/écriture. Cela deviendra un produit commercial en 1961 sous la dénomination "IBM 1301 Disk Storage".

En 1962, IBM sortit son périphérique de stockage à disque dur amovible modèle 1311, il faisait la taille d'une machine à laver et pouvait enregistrer jusqu'à deux millions de caractères sur une pile de disques. Les utilisateurs pouvaient acheter des paquets de disques supplémentaires et les échanger au besoin, un peu comme des bobines de bande magnétique. Les modèles ultérieurs d'unité d'entraînement pour piles de disques amovibles, d'IBM et d'autres, devinrent la norme dans la plupart des installations informatiques de l'époque. Ils atteignaient des capacités de 300 mégaoctets dans le début des années 1980. Les unités de disques durs non amovibles étaient appelés lecteur-enregistreurs de disques durs "fixes".

Fin 1969, trois ingénieurs réfléchissirent à ce qui pourrait être pour eux le système disque idéal. Ils tombèrent d'accord sur un modèle composé de deux disques de 30 Mo chacun, l'un amovible, l'autre fixe. On le nomma "30 - 30", nom qui était aussi celui d'un modèle de carabine Winchester. Le nom resta, et encore aujourd'hui un disque "Winchester" désigne un disque dur non amovible (soit quasiment tous les disques internes depuis les années 1990).

Dans les années 1970, Hewlett-Packard sortit ses premiers disques à têtes mobiles ; d'abord le HP-7900A, suivi des HP-79054 suivi des HP-7920 et 79255, tous ces disques possèdaient des cartouches amovibles.

À la même époque, il existait des disques durs à têtes fixes : un certain nombre de têtes permettaient un accès piste-à-piste très rapide avec, certes, une capacité inférieure aux disques à têtes mobiles mais moins fragiles mécaniquement ; ils étaient utilisés pour les applications embarquées, notamment en sismique réflexion.

À cette époque, le disque dur remplaça efficacement les tambours et les bandes, reléguant peu à peu ces dernières à des applications d'archivage et de sauvegarde dans les années 1990.

Dans les années 1980, Hewlett-Packard sortit de nouveaux disques, plus performants, les HP-7933 et HP-7935 à pack amovible.

À cette époque sont apparus des disques reliés directement sur les réseaux NAS et SAN, suivis par d'autres applications dans lesquelles le disque dur trouva son utilité : stockage d'information de caméscopes, de lecteurs/enregistreurs de DVD de salon, de consoles de jeux vidéo, etc.

Au cours des années 1990, la taille des disques durs put être considérablement réduite grâce aux travaux d'Albert Fert et de Peter Grünberg sur la magnétorésistance géante. Leur prix se démocratisa et tous les ordinateurs personnels furent équipés d'un disque dur, et non plus seulement de lecteurs de disquette.

Disque dur
Disque de 1990 avec avancement des têtes de lecture par mouvement tangentiel

En 1998, année de la commémoration du centenaire de l'enregistrement magnétique (inventé par le Danois Valdemar Poulsen), IBM commercialisa le premier disque dur de 25 gigaoctets (Deskstar 25 GP), capacité présentée à l'époque par la presse comme disproportionnée par rapport aux besoins réels des particuliers. En effet : ils n'avaient pas encore accès en masse à Internet et au téléchargement de fichiers volumineux.

Dans les années 2000, la baisse du coût au gigaoctet des disques durs se poursuivit, tout comme sa plus grande commodité d'accès ; vers la fin de cette même décennie, il commença à être remplacé lui-même comme mémoire de masse, pour les petites capacités (4 à 32 Go), par des stockages à mémoire flash qui, bien que plus onéreux, n'imposaient pas le délai de latence dû à la rotation des plateaux.

En 2011, le besoin du marché en disques durs était évalué à 700 millions d'unités par an.

Au quatrième trimestre 2011, des inondations en Thaïlande provoquèrent une pénurie de disques durs en rendant inopérantes plusieurs usines, ce qui provoqua une augmentation importante des prix. Certains modèles virent leur prix doubler, voire tripler.

2. Évolution en termes de prix ou de capacité

2.1 Prix

Entre 1980, date de sortie du ST-506 d'une capacité de 5 Mo, et 2008, la surface moyenne occupée par un octet d'information sur le disque s'est vue réduite d'un facteur de plus de 100 000 (5 Mo pour un plateau en 1980 et 500 Go en 2008, soit une densité 100 000 fois supérieure).

Dans le même temps, le prix du mégaoctet a été divisé par plus d'un million, sans tenir compte de l'inflation :
  • En 1980, le ST-506 coûtait 1500 dollars, soit 300 $ par mégaoctet.
  • En 2008, le mégaoctet d'un disque dur ne coûtait plus qu'environ 0,00022 $.
2.2 Capacité de stockage

Les disques durs ayant les capacités les plus importantes sur le marché dépassèrent les 2 To en 2010 et 3 To en 2011. La capacité des disques durs augmenta beaucoup plus vite que leur rapidité, limitée par la mécanique. Le temps d'accès en lecture est lié à la vitesse de rotation du disque et au temps de positionnement des têtes de lecture. En revanche, le débit d'information ensuite est d'autant meilleur que la densité du disque et la vitesse de rotation sont élevées.
  • En 1997, le standard pour les ordinateurs de bureau était de 2 Go pour les disques durs de 3,5 pouces.
  • Vers 2002, les disques durs de 40 Go étaient courants pour des ordinateurs de bureau.
  • En 2009, le standard pour les ordinateurs de bureau était de 1 To et de 500 Go pour les ordinateurs portables.
  • En 2010, 1,5 To à 2 To devinrent courants. Pour les "faibles capacités" de moins de 100 Go environ, ils furent remplacés, de plus en plus, par des mémoires électroniques de type carte SD ou "disques" SSD.
Disque dur
Évolution de la capacité de stockage

Historique des capacités des disques durs

Capacité Date Fabricant Modèle Taille
5 Mo 1956 IBM 350 Ramac 24"
28 Mo 1962 IBM modèle 1301
1,02 Go 1982 Hitachi H8598 14"
25 Go 1998 IBM Deskstar 25 GP 3,5"
500 Go 2005 Hitachi 3,5"
1 To 2007 Hitachi Deskstar 7K1000 3,5"
2 To 2009 Western Digital Caviar Green WD20EADS 3,5"
3 To 2010 Seagate 3,5"
4 To 2011 Hitachi 7K4000 3,5"
6 To 2013 HGST WD Red Pro 3,5"
8 To 2014 Seagate Archive HDD 3,5"
10 To 2015 HGST Ultrastar He10 3,5"

En 2,5"
  • Premier disque 200 Go 2,5" sur un seul plateau en avril 2007 (Toshiba).
  • Premier disque 1 To 2,5" en août 2009 (Western Digital Scorpio Blue WD10TEVT).
3. Principe de fonctionnement

On trouvait dans un disque dur, dès 1956, des plateaux rigides en rotation. Chaque plateau est constitué d'un disque réalisé généralement en aluminium, qui a les avantages d'être léger, facilement usinable et paramagnétique. À partir de 1990, de nouvelles techniques utilisent le verre ou la céramique, qui permettent des états de surface encore plus lisses que ceux de l'aluminium. Les faces de ces plateaux sont recouvertes d'une couche magnétique, sur laquelle sont stockées les données. Ces données sont écrites en code binaire (0 et 1) sur le disque grâce à une tête de lecture/écriture, petite antenne très proche du matériau magnétique. Suivant le courant électrique qui la traverse, cette tête modifie le champ magnétique local pour écrire soit un 1, soit un 0, à la surface du disque. Pour lire, le même matériel est utilisé, mais dans l'autre sens : le mouvement du champ magnétique local engendre aux bornes de la tête un potentiel électrique qui dépend de la valeur précédemment écrite, on peut ainsi lire un 1 ou un 0.

Disque dur
L'intérieur d'un disque dur dont le plateau a été retiré

Un disque dur typique contient un axe central autour duquel les plateaux tournent à une vitesse de rotation constante. Toutes les têtes de lecture/écriture sont reliées à une armature qui se déplace à la surface des plateaux, avec une ou deux têtes par plateau (une tête par face utilisée). L'armature déplace les têtes radialement à travers les plateaux pendant qu'ils tournent, permettant ainsi d'accéder à la totalité de leur surface.

Le disque peut-être positionné horizontalement ou verticalement selon le boîtier.

L'électronique associée contrôle le mouvement de l'armature ainsi que la rotation des plateaux, et réalise les lectures et les écritures suivant les requêtes reçues. Les firmwares des disques durs récents sont capables d'organiser les requêtes de manière à minimiser le temps d'accès aux données, et donc à maximiser les performances du disque.

3.1 Mécanique

3.1.1 Plateaux

Les plateaux sont solidaires d'un axe sur roulements à billes ou à huile. Cet axe est maintenu en mouvement par un moteur électrique. La vitesse de rotation est comprise entre 3600 et 15 000 tours par minute (les valeurs typiques des vitesses sont 3600, 4200, 5400, 7200, 10 000 et 15 000 tr/min). La vitesse de rotation est maintenue constante sur tous les modèles, en dépit parfois de spécifications floues suggérant le contraire. En effet, suivant l'augmentation des préoccupations environnementales, les constructeurs ont produit des disques visant l'économie d'énergie, souvent dénommés "Green" ; ceux-ci sont annoncés comme ayant une vitesse de rotation variable (la vitesse de rotation n'est pas variable, mais l'électronique du disque arrête complètement la rotation quand le disque n'est pas utilisé pendant une longue période ; d'autres disques récents non dénommés "Green" font de même avec, semble-t-il, un délai de mise en veille moins court), laissant donc supposer qu'au repos ils tourneraient plus lentement en réduisant leur consommation électrique, et augmenteraient cette vitesse en cas de sollicitations. Il a cependant été confirmé (notamment par des tests acoustiques) que cette information était erronée : ces disques fonctionnent bien à vitesse constante, plus basse que la vitesse standard de 7200 tr/min (soit 5400 tr/min pour Western Digital et 5900 tr/min pour Seagate).

Disque dur
Structure d'un disque dur à plusieurs plateaux

Les disques sont composés d'un substrat, autrefois en aluminium (ou en zinc), de plus en plus souvent en verre, traité par diverses couches dont une ferromagnétique recouverte d'une couche de protection.

L'état de surface doit être le meilleur possible.

Note : contrairement aux CD/DVD, ce sont d'abord les pistes périphériques (c'est-à-dire les plus éloignées du centre du plateau) qui sont écrites en premier (et reconnues comme "début du disque"), car c'est à cet endroit que les performances sont maximales : la vitesse linéaire d'un point du disque est plus élevée à l'extérieur du disque (à vitesse de rotation constante) donc la tête de lecture/écriture couvre une plus longue série de données en un tour qu'au milieu du disque.

3.1.2 Tête de lecture/écriture

Fixées au bout d'un bras, elles sont solidaires d'un second axe qui permet de les faire pivoter en arc de cercle sur la surface des plateaux. Toutes les têtes pivotent donc en même temps. Il y a une tête par surface. Leur géométrie leur permet de voler au-dessus de la surface du plateau sans le toucher : elles reposent sur un coussin d'air créé par la rotation des plateaux. En 1997, les têtes volaient à 25 nanomètres de la surface des plateaux ; en 2006, cette valeur était d'environ 10 nanomètres.

Le moteur qui les entraîne doit être capable de fournir des accélérations et décélérations très fortes. Un des algorithmes de contrôle des mouvements du bras porte-tête est d'accélérer au maximum puis de freiner au maximum pour que la tête se positionne sur le bon cylindre. Il faudra ensuite attendre un court instant pour que les vibrations engendrées par ce freinage s'estompent.

Disque dur
Bras supportant deux têtes de lecture/écriture

À l'arrêt, les têtes doivent être parquées, soit sur une zone spéciale (la plus proche du centre, il n'y a alors pas de données à cet endroit), soit en dehors des plateaux.

Si une ou plusieurs têtes entrent en contact avec la surface des plateaux, cela s'appelle un "atterrissage" et provoque le plus souvent la destruction des informations situées à cet endroit. Une imperfection sur la surface telle qu'une poussière aura le même effet. La mécanique des disques durs est donc assemblée en salle blanche et toutes les précautions (joints, etc.) sont prises pour qu'aucune impureté ne puisse pénétrer à l'intérieur du boîtier (appelé "HDA" pour "Head Disk Assembly" en anglais).

Les techniques pour la conception des têtes sont :
  • Tête inductive.
  • Tête MR - MagnétoRésistive.
  • Tête GMR - Giant MagnétoRésistive.
3.2 Électronique

Elle est composée d'une partie dédiée à l'asservissement des moteurs et d'une autre à l'exploitation des informations électriques issues de l'interaction électromagnétique entre les têtes de lecture et les surfaces des plateaux. Une partie plus informatique va faire l'interface avec l'extérieur et la traduction de l'adresse absolue d'un bloc en coordonnées à trois dimensions (tête, cylindre, bloc).

L'électronique permet également de corriger les erreurs logicielles (erreur d'écriture).

3.2.1 Contrôleur de disque

Un contrôleur de disque est l'ensemble électronique qui contrôle la mécanique d'un disque dur. Le rôle de cet ensemble est de piloter les moteurs de rotation, de positionner les têtes de lecture/enregistrement, et d'interpréter les signaux électriques reçus de ces têtes pour les convertir en données exploitables ou d'enregistrer des données à un emplacement particulier de la surface des disques composant le disque dur.

Sur les premiers disques durs, par exemple le ST-506, ces fonctions étaient réalisées par une carte électronique indépendante de l'ensemble mécanique. Le volumineux câblage d'interconnexion a rapidement favorisé la recherche d'une solution plus compacte : le contrôleur de disque se trouva alors accolé au disque, donnant naissance aux standards SCSI, IDE puis SATA.

L'appellation "Contrôleur de disque" est souvent employée par approximation en remplacement de "Contrôleur ATA" ou "Contrôleur SCSI". "Contrôleur de disque" est une appellation générique qui convient également à d'autres types de périphériques ou matériels de stockage : disque dur donc, mais aussi lecteur de CD, dérouleur de bande magnétique, scanner, etc.

Disque dur
Disque dur avec sa carte contrôleur IDE

3.3 Alimentation électrique

Dans un ordinateur personnel, l'alimentation électrique d'un disque dur à interface IDE est reçue à travers un connecteur Molex. Certains disques durs à interface Serial ATA utilisaient dans un premier temps ce même connecteur Molex pour être compatible avec les alimentations existantes, mais ils ont progressivement tous migré vers une prise spécifique longue et plate (alimentation SATA).

3.4 Géométrie

Chaque plateau (possédant le plus souvent deux surfaces utilisables) est composé de pistes concentriques séparées les unes des autres par une zone appelée "espace interpiste". Les pistes situées à une même distance de l'axe de rotation forment un cylindre.

La piste est divisée en secteurs (aussi appelés blocs) contenant les données.

Disque dur
Géométrie d'une surface

En adressage CHS, il faut donc trois coordonnées pour accéder à un bloc (ou secteur) de disque :
  • Le numéro de la piste (détermine la position du bras portant l'ensemble des têtes).
  • Le numéro de la tête de lecture (choix de la surface).
  • Le numéro du bloc (ou secteur) sur cette piste (détermine à partir de quel endroit il faut commencer à lire les données).
Cette conversion est faite le plus souvent par le contrôleur du disque à partir d'une adresse absolue de bloc appelée LBA (un numéro compris entre 0 et le nombre total de blocs du disque diminué de 1).

Disque dur
Géométrie d'un disque dur

Puisque les pistes sont circulaires (leur circonférence est fonction du rayon - c = 2 × pi × r), les pistes extérieures ont une plus grande longueur que les pistes intérieures (leur circonférence est plus grande). Le fait que la vitesse de rotation des disques soit constante quelle que soit la piste lue/écrite par la tête est donc problématique. Sur les premiers disques durs (ST-506 par exemple) le nombre de secteurs par rotation était indépendant du numéro de piste (donc les informations étaient stockées avec une densité spatiale variable selon la piste). Depuis les années 1990 et la généralisation de la "zone bit recording", la densité d'enregistrement est devenue constante, avec une variation du nombre de secteurs selon la piste.

Sur les premiers disques, une surface était formatée en usine et contenait les informations permettant au système de se synchroniser (de savoir quelle était la position des têtes à tout moment). Cette surface était dénommée "servo". Par la suite, ces zones de synchronisation ont été insérées entre les blocs de données, mais elles sont toujours formatées en usine (dans la norme SCSI, il existe une commande FORMAT qui réenregistre intégralement toutes les informations de toutes les surfaces, elle n'est pas nécessairement mise en oeuvre sur tous les disques). Typiquement donc, on trouvera sur chaque piste une succession de :
  • Un petit espace "blanc" (gap) : il laisse à la logique du contrôleur de disque une zone inutilisée de cette piste du disque pendant le temps nécessaire au basculement du mode lecture au mode écriture et inversement (cela permet également de compenser de légères dérives de la vitesse de rotation des surfaces de disque).
  • Une zone servo : elle contient des "tops" permettant de synchroniser la logique du contrôleur de disque avec les données qui vont défiler sous la tête de lecture juste après.
  • Une en-tête contenant le numéro du bloc qui va suivre : il permet au contrôleur du disque de déterminer le numéro de secteur que la tête de lecture va lire juste après (et par là de déterminer également si le bras portant les têtes est positionné sur la bonne piste).
  • Les données : ce qui est véritablement stocké par l'utilisateur du disque.
  • Une somme de contrôle permettant de détecter/corriger des erreurs : cela fournit également un moyen de mesurer le vieillissement du disque dur (il perd petit à petit de sa fiabilité).
Disque dur
Format d'un secteur. Il ne contient pas que les données stockées, mais aussi un
préambule permettant de synchroniser le système d'asservissement du disque, une en-tête avec l'identifiant
du bloc et enfin une somme de contrôle (E) permettant de détecter d'éventuelles erreurs.


4. Types d'interface des disques durs

Les interfaces des disques durs ont largement évolué avec le temps dans un souci de simplicité et d'augmentation des performances. Voici quelques interfaces possibles :
  • Storage Module Device (SMD), très utilisée dans les années 1980, elle était principalement réservée pour les disques de grande capacité installés sur des serveurs.
  • SA1000, un bus utilisé en micro-informatique et dont le ST-506 est un dérivé.
  • ST-506, très utilisée au début de la micro-informatique dans les années 1980.
  • ESDI (Enhanced Small Device Interface), a succédé au ST-506, qu'elle améliore.
  • IDE (ou PATA par opposition au SATA, voir plus loin), la plus courante dans les machines personnelles jusqu'à 2005, appelée aussi ATA (AT Attachment), à ne pas confondre avec SATA, cette dernière l'ayant remplacée.
  • SCSI (Small Computer System Interface), plus chère que l'IDE mais offrant généralement des performances supérieures. Régulièrement améliorée (passage de 8 à 16 bits notamment et augmentation de la vitesse de transfert : normes SCSI-1, SCSI-2, SCSI-3). Cependant, un disque dur SCSI est limité à 16 partitions au maximum (contre 63 pour l'IDE26). Désormais très peu utilisée dans les machines grand public.
  • Serial ATA (ou SATA), est une interface série, peu coûteuse et plus rapide qu'ATA (normes SATA, SATA II et SATA III), c'est la plus courante pour le grand public.
  • SAS (Serial Attached SCSI), qui combine les avantages du SCSI avec ceux du Serial ATA et est compatible avec cette dernière, plus fiable et principalement utilisé sur les serveurs.
  • Fibre-Channel (FC-AL), est un successeur du SCSI. La liaison est sérielle et peut utiliser une connectique fibre optique ou cuivre. Principalement utilisée sur les serveurs.
5. Boîtiers adaptateurs (disques durs externes)

L'USB et le FireWire/IEEE 1394 (ainsi que les connectiques réseau) ne sont pas des interfaces de disque dur : les disques durs externes amovibles USB ou FireWire sont équipés en interne d'un adaptateur d'interface USB/SATA ou FireWire/SATA. Ces disques existent en trois formats : 1,3, 1,8 et 2,5 pouces mais on trouve aussi des boîtiers permettant de transformer des disques internes en disques externes, avec leur alimentation séparée et leur interface, généralement USB.

En plus de la compatibilité de la connectique, l'utilisation de disques de technologie récente peut nécessiter un boîtier adaptateur capable de gérer cette technologie nouvelle. Par ailleurs, certains disques durs externes ne peuvent être dissociés de leur adaptateur car ils forment un tout (circuit imprimé commun) ; dans ce cas, le disque dur ne peut pas être extrait pour être monté sur un ordinateur personnel.

6. Capacité

6.1 Nominale

La capacité d'un disque dur peut être calculée ainsi : nombre de cylindres × nombre de têtes × nombre de secteurs par piste × nombre d'octets par secteur (généralement 512).

Cependant, les nombres de cylindres, têtes et secteurs sont faux pour les disques utilisant la "zone bit recording" (enregistrement à densité constante), ou la translation d'adresses LBA. Sur les disques ATA de taille supérieure à 8 Go, les valeurs sont fixées à 255 têtes, 63 secteurs et un nombre de cylindres dépendant de la capacité réelle du disque afin de maintenir la compatibilité avec les systèmes d'exploitation plus anciens.

Par exemple avec un disque dur SATA Hitachi de fin 2005 : 63 secteurs × 255 têtes × 10 011 cylindres × 512 octets/secteur = 82 343 278 080 octets soit 76,688 Gio (ou 82,343 Go).

6.2 Compression

La compression de disque est une technique qui augmente la quantité d'informations pouvant être stockées sur un disque dur.

Les utilitaires de compression de disque étaient populaires au début des années 1990, lorsque les disques durs des micro-ordinateurs étaient encore relativement petits (20 à 80 mégaoctets) et assez coûteux (environ 10 $ par mégaoctet). Les utilitaires de compression de disque permettaient alors d'augmenter pour un faible coût la capacité d'un disque dur, coût qui compensait alors largement la différence avec un disque de plus grande capacité. Un bon utilitaire de compression de disque pouvait, en moyenne, doubler l'espace disponible pour une perte de vitesse négligeable.

La compression de disque est tombée en désuétude à partir du milieu des années 1990, lorsque les progrès de la technologie et de fabrication des disques durs ont entraîné une augmentation des capacités, une baisse des prix, et que les systèmes d'exploitation majeurs de l'époque ont intégré en standard cette fonctionnalité. Néanmoins, cela continue a être utilisé sur certains disques durs externes et même SSD.

7. Performances

Le temps d'accès et le débit d'un disque dur permettent d'en mesurer les performances. Les facteurs principaux à prendre en compte sont :
  • Le temps de latence. Facteur de la vitesse de rotation des plateaux. Le temps de latence (en secondes) est égal à 60 divisé par la vitesse de rotation en tours par minute. Le temps de latence moyen est égal au temps de latence divisé par deux (car on estime que statistiquement les données sont à un demi-tour près des têtes). Dans les premiers disques durs, jusqu'en 1970, le temps de latence était d'un tour : on devait en effet attendre que se présente la home address, rayon origine (1/2 tour) devant les têtes, puis on cherchait le ou les secteurs concernés à partir de cette home address (1/2 tour). IBM munit des disques 3033 d'une piste fixe entière destinée à l'adressage, et qui éliminait le besoin de "home address".
  • Le temps de recherche. Temps que met la tête pour atteindre le cylindre choisi. C'est une moyenne entre le temps piste à piste, et le plus long possible.
  • Le temps de transfert. C'est le temps que vont mettre les données à être transférées entre le disque dur et l'ordinateur par le biais de son interface.
Pour estimer le temps de transfert total, on additionne les trois temps précédents.

On peut rajouter le temps de réponse du contrôleur, etc. Il faut souvent faire attention aux spécifications des constructeurs, ceux-ci auront tendance à communiquer les valeurs de pointe au lieu des valeurs soutenues (par exemple pour les débits).

L'ajout de mémoire vive sur le contrôleur du disque permet d'augmenter les performances. Cette mémoire sera remplie par les blocs qui suivent le bloc demandé, en espérant que l'accès aux données sera séquentiel. En écriture, le disque peut informer l'hôte qui a initié le transfert que celui-ci est terminé alors que les données ne sont pas encore écrites sur le média lui-même. Comme tout système de cache, cela pose un problème de cohérence des données.

8. Sécurité

L'évolution rapide des systèmes conduisant à remplacer périodiquement les matériels, de nombreux disques durs recyclés contiennent des informations qui peuvent être confidentielles (comptes bancaires, informations personnelles...). Des guides concernant l'effacement des supports magnétiques sont disponibles sur www.ssi.gouv.fr.

Le contenu des disques durs est de plus en plus souvent chiffré pour obtenir de meilleures conditions de sécurité. Le chiffrement peut être logiciel (géré par le système d'exploitation) ou géré par une puce intégrée au disque dur.

9. Gestions des secteurs défectueux

Les anciens disques durs utilisant l'interface Modified Frequency Modulation, par exemple le Maxtor XT-2190, disposaient d'une étiquette permettant de répertorier les secteurs défectueux. Lors du formatage et donc, en vue d'une préparation à l'utilisation, il était nécessaire de saisir manuellement cette liste de secteurs défectueux afin que le système d'exploitation n'y accède pas. Cette liste n'était pas forcément vierge au moment de l'achat.

Avec le temps, les contrôleurs électroniques des disques durs ont pris en charge matériellement les secteurs défectueux. Une zone du disque dur est réservée à la réallocation des secteurs défectueux. Les performances s'en trouvent réduites, mais le nombre de secteurs étant faible, l'effet est négligeable pour l'utilisateur.

L'usure de la couche magnétique, importante sur les premiers disques durs mais de plus en plus réduite, peut causer la perte de secteurs de données.

Le contrôleur électronique embarqué du disque dur gère la récupération des secteurs défectueux de façon transparente pour l'utilisateur, mais l'informe de son état avec le SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology). Dans la grande majorité des cas, le contrôleur ne tente pas une récupération des nouveaux secteurs défectueux, mais les marque simplement. Ils seront ré-alloués au prochain formatage bas niveau à des secteurs de remplacement parfaitement lisibles. Cependant, suivant le contrôleur et l'algorithme utilisé, la réallocation peut avoir lieu pendant le fonctionnement.

Les secteurs défectueux représentent une pierre d'achoppement des sauvegardes matérielles de disques durs en mode miroir (que ce soit au moyen de doubles docks possédant un dispositif de copie matérielle hors connexion), car ces secteurs peuvent exister sur un disque et non sur l'autre, ou encore être à des endroits différents sur chaque disque, rendant dès lors la copie matérielle imparfaite.

10. Formats

Les dimensions des disques durs sont normalisées :
  • 19 pouces (48,26 cm) pour les anciens disques (à interface SMD).
  • 8 pouces (20,32 cm) : génération suivante, permettant de mettre deux disques sur une largeur de baie.
  • 5,25 pouces (13,335 cm) : format apparu en 1980 avec le ST-506, on le trouve aussi en demi-hauteur.
  • 3,5 pouces (8,89 cm) est la taille standard depuis la fin des années 1980.
  • 2,5 pouces (6,35 cm) pour les ordinateurs portables à l'origine et installé sur certains serveurs depuis 2006, et qui est le format des Solid-state drives.
  • 1,8 pouces (4,572 cm) pour les baladeurs numériques, les ordinateurs ultraportables, certains disques durs externes.
De plus petits disques existent mais entrent dans la catégorie des Microdrives, avec une taille de 1 pouces (2,54 cm).

Disque dur
Disques durs 3,5" et 2,5"

Les formats normalisés précédents sont définis d'après la taille des plateaux. Il existe aussi une normalisation de la taille des boîtiers pour permettre aux disques durs de tous les manufacturiers de s'insérer dans tous les ordinateurs.

Tableau récapitulatif

Facteur de forme Largeur (pouce/mm) Longueur (pouce/mm) Hauteur (pouce/mm) Application
2,5" 19 mm de hauteur 2,75/70 3,94/100 0,75/19 Les plus hautes capacités de disques 2,5 pouces, utilisés dans les ordinateurs portables
2,5" 17 mm de hauteur 2,75/70 3,94/100 0,67/17 Disques de capacité moyenne utilisés dans certains systèmes d'ordinateurs portables
2,5" 12,5 mm de hauteur 2,75/70 3,94/100 0,49/12,5 Disques de faible capacité utilisés dans les ordinateurs portables de petite taille (notebooks)
2,5" 9,5 mm de hauteur 2,75/70 3,94/100 0,37/9,50 Disques de très basse capacité utilisés dans les ordinateurs portables de très petite taille (mini-notebooks)
3,5" demi-hauteur 4,0/101 5,75/146 1,63/41,5 Haut de gamme, disques durs haute capacité
3,5" profil bas 4,0/101 5,75/146 1,0/25,4 Disques industriels standards, forme la plus courante de disque dur

10.2 Microdrive

Le disque Microdrive a été créé en 1998 par IBM. Microdrive est une marque déposée pour un disque dur de très petite taille développé puis commercialisé à partir de 1999 pour répondre aux besoins des baladeurs numériques et surtout de la photographie numérique.

Disque dur
Microdrive de 1 Go

Le Microdrive emprunte les dimensions et la connectique d'une carte mémoire CompactFlash (CF type 2) et est utilisé de la même manière. Sa capacité varie de 170 Mo à 8 Go. Ce disque avait, à l'époque, une capacité supérieure aux cartes mémoire, mais était plus cher (mécanique de précision avec systèmes antichocs), plus fragile et consommait davantage d'électricité à cause de son micromoteur. Il était principalement utilisé dans les appareils photo professionnels et dans certains lecteurs MP3 en raison de sa capacité importante. Depuis environ 2007, ce type de disque dur est en concurrence frontale avec les cartes de mémoire flash, qui sont moins sensibles aux chocs, car faites d'électronique pure et dont le prix diminue sans cesse.

11. Le disque dur amovible

Historiquement, le premier disque dur amovible à large diffusion commerciale fut un boîtier "rackable" contenant un disque dur et doté d'une interface IDE. Avec ce type de technologie, aucun branchement à chaud n'était possible. Les disques externes raccordables à chaud commercialisés par la suite furent principalement dotés d'un port FireWire, eSata ou USB.

Disque dur
Disque dur externe Toshiba

Les disques durs externes raccordés via un port USB sont de plus en plus abordables, et de plus en plus gros, concurrençant les disques durs à usage interne. Ils sont souvent utilisés pour un usage de sauvegarde de données volumineuses (photos, musiques, vidéos). L'interface est de type USB 2.0 ou USB 3.0, et elle sert aussi à l'alimentation électrique. Ils sont parfois dotés de deux prises USB, la deuxième permettant une meilleure alimentation en énergie, un port étant limité à 500 mA ; l'utilisation de deux ports permet d'atteindre 1 000 mA.

12. Les concurrents du disque dur classique

12.1 Le Solid State Drive

Un SSD (pour Solid State Drive) peut avoir extérieurement l'apparence d'un disque dur classique, y compris l'interface, ou avoir un format plus réduit (mSATA, mSATA demi-format) mais est dans tous les cas constitué de plusieurs puces de mémoire flash et ne contient aucun élément mécanique.

Disque dur
Disque SSD

Par rapport à un disque dur, les temps d'accès sont très rapides pour une consommation généralement inférieure, mais lors de leur lancement, leur capacité était encore limitée à 512 Mo et leur prix très élevé.

Depuis 2008, on vit la commercialisation d'ordinateur portable (généralement des ultra portables) équipés de SSD à la place du disque dur, par la plupart des grands constructeurs (Apple, Acer, Asus, Sony, Dell, Fujitsu, Toshiba, etc.). Ces modèles peuvent être utilisés par exemple dans un autobus, ce qui serait déconseillé pour un modèle à disque dur physique, la tête de lecture risquant alors d'entrer en contact avec le disque et d'endommager l'un et l'autre.

Comme toute nouvelle technologie, les caractéristiques évoluent très rapidement :
  • En 2009, on trouvait des modèles de 128 Go à des prix d'environ 350 $, ce qui restait nettement plus cher qu'un disque dur..
  • Mi-2011, on trouvait des SSD de 128 Go à moins de 200 euros, et la capacité des SSD disponibles dépassait désormais 1 To.
  • Fin 2012, on trouvait des SSD de 128 Go aux alentours de 75 euros.
  • Fin 2014, on trouvait des SSD de 240 Go aux alentours de 80 euros.
  • En 2017, on trouvait des SSD de 1 To pour moins de 300 euros.
12.2 Le disque dur hybride

À mi-chemin entre le disque dur et le SSD, les disques durs hybrides (SSHD) sont des disques magnétiques classiques accompagnés d'un petit module de mémoire Flash (8 à 64 Go selon le fabricant) et d'une mémoire cache (8 à 64 Mo selon le fabricant).

Développé en priorité pour les portables, l'avantage de ces disques réside dans le fait de réduire la consommation d'énergie, d'augmenter la vitesse de démarrage et d'augmenter la durée de vie du disque dur.

Lorsqu'un ordinateur portable équipé d'un disque hybride a besoin de stocker des données, il les range temporairement dans la mémoire Flash, ce qui évite aux pièces mécaniques de se mettre en route.

L'utilisation de la mémoire Flash devrait permettre d'améliorer de 20% les chargements et le temps de démarrage des ordinateurs. Les ordinateurs portables devraient, quant à eux, profiter d'une augmentation d'autonomie de 5 à 15%, ce qui pourrait se traduire par un gain de 30 minutes sur les dernières générations d'ordinateurs portables.

13. Fabricants

Le nombre de fabricants de disques durs est assez limité de nos jours, en raison de divers rachats ou fusions d'entreprises, voire l'abandon par certaines entreprises de cette activité.

Les fabricants mondiaux restants sont Seagate, Toshiba et Western Digital.

Les fabricants historiques sont :
  • Conner Peripherals.
  • Cornice (faillite en 2007).
  • Fujitsu (racheté par Toshiba en 2009).
  • Hewlett-Packard.
  • Hitachi GST (racheté par Western Digital en 2011).
  • IBM (activité disques durs rachetée par Hitachi en 2003).
  • Maxtor (racheté par Seagate en 2005).
  • Micropolis (a fermé en 1997).
  • MiniScribe (faillite puis racheté par Maxtor en 1990).
  • NEC.
  • Quantum (racheté par Maxtor en 2001).
  • Samsung (activité disques durs rachetée par Seagate en 2011 pour 1,375 milliard de dollars).
  • Storage Technology (racheté par Sun Microsystems en 2005).


[Retour en haut] / [Retour aux articles]