Le disque dur
Rappel : Les périphériques internes de stockage
Ce sont les périphériques de type mémoire de masse. On les appelle ainsi pour leur grande capacité de stockage permanent
Ces périphériques sont dotés d'un contrôleur permettant de les faire dialoguer avec le microprocesseur.
La capacité de stockage des périphériques s'exprime en octet (ou byte), aujourd'hui la capacité de stockage peut atteindre plusieurs Terra Bytes (TB).
Les disques durs sont capables de stocker des quantités impressionnantes d'informations, et surtout de les ordonner et de les retrouver rapidement.
Le disque dur est l'organe de l'ordinateur 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.
Remarque :
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, interprète les commandes envoyées par le processeur et les achemine au disque concerné. On distingue généralement les interfaces suivantes :
L'interface SATA (Serial ATA), elle apporte un gain de vitesse et la possibilité de se connecter à chaud (hot-plug)
L'interface SCSI (Small Computer System Interface) est un standard définissant un bus informatique permettant de relier une unité centrale à des périphériques.
L'interface SAS (Serial Attached SCSI).Le Serial Attached SCSI, constitue une évolution des bus SCSI en terme de performance et apporte le mode de transmission séries de l'interface SATA.
On ne trouve, à l'heure actuelle, l'interface SAS que sur des unités centrales pour lesquelles on exige un haut niveau de performance, en particulier sur des serveurs.
Interface qui devient obsolète : IDE (Integrated Drive Electronics) elle utilise le protocole ATA (Advanced Technology Attachment) et l'onconsidère bien souvent ATA et IDE comme des synonymes.
e-SATA ( external-SATA) est une adaptation du protocole SATA au branchement de périphériques externes. Le protocole est identique afin de pouvoir utiliser les mêmes équipements. La longueur maximale du câble est de 2 mètres.
L'interface USB (Universal Serial Bus) est utilisée exclusivement pour les disques durs externes.
L'interface USB est utilisée pour l'interconnexion de nombreux périphériques avec l'unité centrale. Elle est notamment extrêmement courante pour la liaison des disques durs externes.
Elle permet dans certains cas de fournir l'alimentation nécessaire au fonctionnement du disque (+5v mais pour courant inférieur à 500mA) et permet de s'affranchir d'une éventuelle alimentation supplémentaire.L'interface USB supporte le hot plug.
Structure interne : |
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Fondamental :
Disque à plateaux :
Un disque dur est constitué non pas d'un seul disque, mais de plusieurs disques rigides en métal, en verre ou en céramique, empilés à une très faible distance les uns des autres et
appelés plateaux.
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. 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.
Des têtes de lecture/écriture viennent lire ou écrire magnétiquement des informations binaires 0 ou 1 sur la surface d'un plateau métallique, verre ou céramique recouvert d'un substrat magnétique.
Contrairement à d'autres techniques d'enregistrements électromagnétiques, il n'y a pas de contacts entre les têtes et le substrat (plateau).
Les vitesses les plus courantes sont 5400 tr/mn, 7200 tr/mn, 10000 tr/mn et 15000 tr/mn.
Des têtes de lecture situées de chaque coté d'un plateau, à quelques nanomètres de sa surface, viennent lire ou écrire les données. Toutes les têtes de tous les plateaux se déplacent en même temps.
Les surfaces des disques sont divisées en pistes concentriques et en secteurs.
On appelle cylindre l'ensemble des données situées sur une même piste de plateaux différents (c'est-à-dire à la verticale les unes des autres). Le nombre de cylindres est égal au nombre de pistes sur une face d'un disque.
Le constructeur fournit fréquemment les caractéristiques CHS (Cylinders Heads Sectors) La taille d'un secteur étant de 512 octets, on peut alors calculer la capacité du disque dur
Capacité = Cylindres × Têtes × Secteurs × 512 octets
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).
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).
Méthode :
Le partitionnement du disque dur :
Le partitionnement d'un disque dur consiste à créer des zones sur le disque dont les données ne seront pas mélangées. Cela sert par exemple à installer des systèmes d'exploitation différents n'utilisant pas le même système de fichiers. Un autre objectif peut être la volonté de séparer le système d'exploitation des données stockées.
Depuis que le BIOS existe, nos disques utilisent la table de partitionnement du MBR (Master Boot Record). L'UEFI, le remplaçant du BIOS, change la donne et exige l'utilisation d'une nouvelle table de partitionnement : le GPT (GUID Partition Table).
Un disque a besoin d'être partitionné afin de pouvoir être utilisé : une ou plusieurs partitions doivent être créées dessus, c'est absolument indispensable. Si on prend l'exemple d'un disque où le système d'exploitation Windows 10 est installé, quatre partitions essentielles au fonctionnement de l'OS sont créées sur le disque :
une partition ESP (EFI System Partition) contenant les applications UEFI ;
une partition MSR (Microsoft Reserved Partition) ;
une partition Windows ;
une partition WinRE (Windows Recovery Environnment, l'environnement de récupération Windows).
Toutes ces partitions sont définies dans une table de partitionnement, inscrite sur le disque. C'est cette table qui contient toutes les informations concernant le découpage du disque en partitions.
Il existe deux tables de partitionnement différentes : celle du MBR (Master Boot Record) et le GPT (GUID Partition Table).
Le MBR (Master Boot Record)
Le MBR (Master Boot Record) est le premier secteur physique d'un disque. Pour rappel, un disque est divisé en plusieurs secteurs.
Le MBR d'un disque contient :
un code d'amorçage (Master Boot Code) : une fois exécuté, ce code lance le chargeur d'amorçage (bootloader) situé sur la partition marquée comme « active » (généralement Primary Partition (C:)) (sur un disque système Windows).
une table de partitionnement (Partition Table Entry) ;
une signature (0x55 AA) appelé aussi "marque de secteur exécutable".
La table de partitionnement du MBR possède des limitations, devenues de sérieux inconvénients à l'heure d'aujourd'hui :
4 partitions maximum ;
taille d'une partition limitée à 2,2 To.
Ces limitations ont poussé les fabricants à se tourner vers une nouvelle table de partitionnement plus performante, introduite par Intel : GPT (GUID Partition Table). Le GPT est d'ailleurs une spécification de l'UEFI.
Remarque :
Lorsque vous installez Windows en mode BIOS/MBR, l'installeur de Windows crée :
Une partition MSR (Microsoft Reserved Partition) ;
Une partition Windows ;
une partition WinRE (sur Windows 10 32 bits uniquement) ou une partition Recovery créée par le fabricant du PC pour restaurer l'ordinateur en configuration d'usine.
Le GPT (GUID Partition Table)
Le GPT (GUID Partition Table) est un nouveau standard pour décrire la table de partitionnement d'un disque. Il est amené à remplacer celle du MBR à cause des limitations que l'on a vues tout à l'heure. Les principaux avantages du GPT :
Jusqu'à 128 partitions par disque ;
Jusqu'à 256 To par partition.
Le GPT fait parti du standard UEFI, c'est-à-dire qu'un système d'exploitation UEFI ne peut démarrer que sur un disque utilisant la table de partitionnement GPT.
Lorsque vous installez Windows en mode UEFI/GPT, l'installeur de Windows crée :
une partition ESP (EFI System Partition) contenant les applications UEFI ;
une partition MSR (Microsoft Reserved Partition) ;
une partition Windows ;
une partition WinRE (Windows Recovery Environnment, l'environnement de récupération Windows).
Fondamental :
Disque sans plateaux ou le SOLID STATE DRIVE:
Le SSD, ou Solid State Drive, qui veut dire en français "lecteur à l'état solide" est une unité de stockage de donnée constituée de mémoire flash et non de plateaux. En effet un SSD à extérieurement l'apparence d'un disque dur classique, y compris l'interface, mais est constitué de plusieurs puces de mémoire flash et ne contient aucun élément mécanique. Il est pressenti pour être le successeur du disque dur mécanique.Il existe aussi des disques SSD bases sur de la DRAM (Dynamic RAM) au lieu de la mémoire flash.
Quelques avantages des SSD :
Pas d'usure mécanique pas de plateaux tournants ni de bras de lecture mobile.
Meilleure résistance aux chocs.
Silence de fonctionnement.
Temps d'accès inférieur à celui d'un disque dur traditionnel.
Faible consommation.
Insensible à la fragmentation des fichiers, responsable sur les disques traditionnels d'une dégradation des performances.
Remarque :
LE DISQUE DUR HYBRIDE
A mi-chemin entre le disque dur et le SSD, les disques durs hybrides sont des disques magnétiques classiques accompagnés d'un petit module de mémoire Flash.
Développé en priorité pour les portables, l'avantage de ces disques est de réduire la consommation d'énergie, d'augmenter la vitesse de démarrage et d'augmenter la durée de vie du disque dur.
L'utilisation de la mémoire Flash devrait permettre d'améliorer de 20 % les chargements et le temps de démarrage des PC. Les PC portables devraient 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 de PC portables.
Caractéristiques techniques : |
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Fondamental :
Principales caractéristiques d'un disque dur:
La taille : correspond à la taille physique, en pouces, du plateau interne au boîtier.
2.5 pouces pour les ordinateurs portables,
3.5 pouces pour les ordinateurs de bureau ou les serveurs.
Capacité : volume de données pouvant être stockées sur le disque.
Taux de transfert (ou débit) exprimé en bit par seconde (b/s) ou octet par seconde (B/s)
Vitesse de rotation des plateaux, exprimée en tours par minutes (rpm : rounds per minute). Plus la vitesse de rotation d'un disque est élevée meilleur est le débit. En revanche, un disque dont la vitesse de rotation est élevée sera généralement plus bruyant et chauffera plus facilement.
Temps d'accès moyen : temps moyen que met la tête pour se positionner sur la bonne piste et accéder à la donnée.
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.
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. En d'autres termes Le temps de latence correspond au temps moyen que met la tête pour se positionner sur la bonne piste et accéder à la donnée. Il se doit d'être le plus court possible. Il varie de 5 à 15 millisecondes environ.
Interface : il s'agit de la connectique du disque dur. En effet, pour assurer la connexion entre le disque dur et le processeur, il y a besoin d'un dispositif appelé le contrôleur qui contrôle le transfert des données.
Exemple : Caractéristiques d'un disque dur
Complément :
Vidéo :comment fonctionne en disque dur.
