Qu'est ce qu'un disque dur ?
Le disque dur ou HDD (Hard Disk Drive en anglais) a été conçus dans les années 60 mais popularisé dans les années 80 par IBM, avant que les gens n'utilisent le lecteur de disquettes sur leur ordinateur. Il s'agit d'un dispositif de stockage qui permet de stocker/extraire des données
Nous pouvons donc écrire des données sur un disque et les lire plus tard. Le disque dur est un dispositif de stockage magnétique qui peut stocker et récupérer des informations numériques. Il utilise un disque magnétique rotatif sur lequel les données sont stockées. Les disques durs modernes de grande capacité de stockage sont de nos jours très compacts et peuvent stocker plusieurs téraoctets de données.
Historiquement, plus de 200 entreprises fabriquaient des disques durs, mais à l'heure actuelle, il n'y a plus que trois fabricants de disques durs, à savoir Western Digital, Seagate et Toshiba.
La taille du disque dur d'un ordinateur de bureau est généralement de 3,5 pouces, alors que celle d'un ordinateur portable est de 2,5 pouces.
A l'intérieur d'un disque dur ?
Le disque dur est un dispositif de stockage magnétique, il stocke les données sur un disque magnétique appelé Platter (plateau), ce(s) plateau(x) sont réalisés principalement en verre recouvert d'un substrat magnétique.
Le principal fabricant de plateau est la société japonaise SDK
Ce disque tourne grâce à un moteur d'entraînement appelé Spindle (moteur pas à pas). Juste au-dessus du disque se trouve un bras métallique qui se déplace latéralement (gauche-droite), ce bras est appelé Actuator Arm (bras d'actionnement). Ce bras est relié à l'actionneur qui contrôle son mouvement.
La tête de lecture/écriture lit ou écrit les données sur le plateau du disque. Le bras positionne la tête au bon niveau du disque en la faisant tourner elle-même à partir de l'axe de l'actionneur. L'actionneur contrôle donc la position de la tête de lecture/écriture, qu'elle se déplace vers le centre du disque ou vers l'extérieur (comme un tourne disque !) À son extrémité arrière se trouve un connecteur où sont fixés les câbles interfaces.
Comment le disque stocke et récupère les données ?
Le disque dur est un dispositif de stockage non volatil, c'est-à-dire que les données qui y sont stockées ne seront pas effacées même si l'alimentation est coupée. Les mémoires volatiles comme la ROM ou la RAM effacent les données une fois que l'alimentation est coupée. Le disque dur stocke les données sous forme binaire, c'est-à-dire que pendant l'opération d'écriture, il convertit tout type de données en une séquence de 1 et 0, puis les stocke sur le disque dur. Ensuite, pendant la lecture, il encode les données de la séquence 1 & 0 au format approprié par un algorithme d'encodage.
Un mince film magnétique est présent sur le plateau (réalisé en verre de nos jours, en aluminium dans le passé). Lorsque nous écrivons des données sur un disque dur, la tête de lecture/écriture arrive à un endroit du disque magnétique où aucune donnée n'est présente, c'est-à-dire un endroit vide.
La tête de lecture/écriture impose alors un fort champ magnétique sur le disque. Le champ magnétique de la tête de lecture/écriture modifie la polarisation magnétique de chaque bit du disque magnétique en fonction de lla donnée à stocker. Ainsi, la tête de lecture/écriture écrit des données sur le plateau en changeant la polarisation magnétique de chaque bit du plateau.
Plus tard, elle lit les données sur le plateau en détectant le modèle de polarisation dans le disque magnétique. Ce processus de lecture/écriture est sans erreur et très rapide. Le plateau d'un disque dur tourne à une vitesse de 4 500 à 15 000 tr/min. L'opération s'effectue donc de manière synchrone avec cette vitesse.
Vue éclatée des composants d'un disque dur
(Crédit: Toshiba)
Comment les données sont organisées ?
Les données sont organisées sur des cercles concentriques, inscrits au niveau des plateaux, appelés « pistes ». Les têtes débutent l'écriture des données sur la piste externe d'un plateau (piste 0), puis progressent vers le centre.
On appelle « cylindre » l'ensemble des données situées sur une même piste mais sur des plateaux différents : en effet la figure géométrique formée représente un cylindre. Un cylindre représente donc toutes les données de pistes situés au même niveau sur les différents plateaux du disque dur.
Enfin, on appelle « cluster » la zone la plus petite que peut occuper un ensemble de données (eg. fichier etc.) sur le disque. En effet, le système d'exploitation exploite des blocs qui sont en fait composés de plusieurs secteurs. Avant 2010, ces derniers étaient d'une taille de 512 octets. Les constructeurs font progressivement évolué la taille des secteurs à 4.096 octets (secteurs 4K). L'augmentation permet surtout de fiabiliser la lecture des données, cependant les secteurs 512 octets sont gérés par une emulation logicielle au niveau du disque (512e)
Quelles sont les caractéristiques d'un disque dur ?
Le taux de transfert ou débit représente le volume de données qui peuvent être lues ou écrites sur le disque en un temps donné. Il s'exprime généralement en mégaoctets par seconde (Mo/s ou MB/s en notation anglosaxone)
La latence représente le temps entre le moment où le disque a identifié la piste et celui où il récupère les données.
Le temps d'accès (en millisecondes) est le temps que l'unité de stockage met pour répondre à une requête de lecture ou d'écriture en provenance de l'OS.
La mémoire cache conserve les données auxquelles le disque accède le plus régulièrement afin d'améliorer les performances. Dans le cas particulier du SMR, cette mémoire sert à bufferiser les données en écriture afin de libérer l'OS qui est en attente du disque.
La densité et le nombre de plateaux. Plus un disque est doté d'une capacité importante et plus sa densité est élevée. Les têtes de lecture vont parcourir moins de surface pour lire plus de données. Elles peuvent aussi être réparties sur plusieurs plateaux.
La capacité brute/utile Brute: tout simplement la "taille" du disque annoncée par le fabricant ... mais la capacité utile une fois formatée est inférieure de 5 à 10% environ suivant la taille des secteurs.
La vitesse de rotation (rpm, rotation par minutes) les plateaux des disques dur grand publics évoluent à 7.200 rotations/mn ou 5.400 rotations/mn. Cependant on tiendra compte qu'au final c'est le débit qui est le plus important en termes de performances (parfois des disques 5400rpm ont un meilleur débit que des 7200rpm à capacité équivalente ...). Les disques durs professionnels à destination des datacenters ou serveurs hautes-performances existent en 10,000 12,000 voir 15,000rpm.
La norme de la connectique. Aujourd'hui, la norme grand public est le Sata. Le Sata 1 offrait un débit de 192 Mo/s. Le Sata 2 a doublé ce débit théorique et la norme actuelle Sata 3 le fait passer à 768 Mo/s en théorie. Pour les disques durs haut de gamme, la norme actuelle est le SAS, qui remplace le SCSI, l'interface SAS procure des débit beaucoup plus conséquent au niveau des disques, mais aussi des bus de données avec des versions 6 et 12Go/s.
Pour un disque externe, la norme est l'USB. Actuellement, l'USB 3 et 3.1 sont largement disponibles. Ils proposent un débit théorique respectif de 600 Mo/s et 1,2 Go/s. Ils sont cependant contraint par le connecteur Sata sur lequel est branché le disque dur, ou un connecteur à la norme USB 2 sur l'ordinateur. D'autres standards existent comme le Thunderbolt, ou le FireWire ; tous restent bridés par l'interface Sata native du disque dur, donc aucun ne dépassera les 768 Mo/s utile du SATA3.