Disque dur

Le disque dur est une unité de stockage numérique indispensable en informatique. En effet avant son apparition, la sauvegarde des données se faisait par l'intermédiaire de cartes perforées puis avec des bandes magnétiques. Ces supports posaient problème car ils ne fournissaient pas assez d'espace de stockage et étaient lents et fragiles. Depuis son invention il y a maintenant 45 ans, le disque dur a subi une spectaculaire évolution technologique et économique. De nos jours, il est utilisé par tout possesseur d'ordinateur. Avez-vouz déjà entendu parler des clusters?

Table of contents
1 Historique
2 Organisation des données sur le disque
3 Étude du système
4 Partie Mécanique du disque dur
5 Partie électronique du disque dur
6 Types de disques durs
7 Conclusion

Historique

En 1956, IBM a commercialisé le premier disque dur, le RAMAC 305 (Random Access Method of Accounting and Control). Il était constitué de 50 disques de 61 cm de diamètre, pouvait stocker 5 Mo de données et avait un débit de transfert de 8,8 Ko par seconde. Son volume total était équivalent à deux réfrigérateurs et son prix était de plus de 250 000 FF.

En 1973, IBM inventa le disque dur de type Winchester, c'est-à-dire où la tête plane au-dessus de la surface du disque sans la toucher, et où tous les composants du disque sont enfermés hermétiquement dans une même boîte (avant cette invention, les têtes de lecture frottaient contre les plateaux). Depuis cet instant, des modèles standards ont vu le jour, et c'est la capacité de stockage qui s'est mise à augmenter.

Organisation des données sur le disque

La partie exploitable pour stocker des données sur le disque dur est l'empilement de plateaux. Ces plateaux sont des disques parfaitement plats faits d’aluminium ou de verre recouvert d’un alliage magnétisable et d'une couche protectrice. Chacun de ces plateaux est divisé en pistes qui sont des cercles concentriques, eux-mêmes découpés en secteurs. Si l'on considère l'empilement de plateaux, toutes les pistes superposées forment un cylindre. Il faut savoir que les pistes se trouvant le plus à l'intérieur et le plus à l'extérieur du plateau ne sont pas utilisées pour de meilleures performances au niveau du temps d'accès aux données. Elles servent parfois aussi à faire atterrir les têtes lors de l'arrêt du disque.

Étude du système

Nous allons donc étudier dans deux parties Électronique et Mécanique les différentes fonctions du système :

Partie Mécanique du disque dur

Fonction contrôler les plateaux :

La mise en rotation des disques durs se fait par l'intermédiaire d'un moteur à aimant, autopiloté grâce à des capteurs magnétiques. Pour un meilleur gain de place, il est intégré à l'intérieur de l'empilement de disques.
Le guidage en rotation s'est fait jusqu'à maintenant grâce à un roulement à billes en acier et céramique. Ces derniers ont quelques défauts : de par leur utilisation intensive ils ont tendance à s'user et devenir moins précis. C'est assez dangereux pour un système comme le disque dur. Ensuite, les roulements à billes deviennent assez bruyants et chauffent à partir de 10000 tours par minute. Aujourd'hui la vitesse moyenne de rotation des plateaux d'un disque dur est de 7200 tours/min, elle peut atteindre 10000, voir 14000 tours par minute sur certains disques durs ! Les roulements ont donc tendance à être remplacés par des paliers hydrodynamiques, qui coûtent un peu plus cher mais qui permettent d'avoir une mise en rotation sans contact : il n'y a donc plus d'usure ni d'échauffement et le bruit a été réduit.

Fonction Déplacer la tête de lecture :

La tête, ou plutôt les têtes sont fixées au bout d'un bras qui se déplace au-dessus de la surface des plateaux, avec une précision extrême. Le bras est guidé en rotation grâce à un roulement à billes. Il est mis en mouvement grâce à un vérin électromagnétique.
Aucun jeu n'est toléré dans les bras, car il faut savoir que les têtes de lecture lorsque le disque dur est en fonctionnement frôlent la surface des plateaux à environ 15 ou 30 nanomètres grâce à une bille d'air générée par le mouvement. À l'arrêt, les têtes se reposent sur la surface des plateaux, souvent dans une zone inutilisée. Sachant que les têtes se déplacent à plus de 120 km/h sur les parties extrêmes des disques, un obstacle entraînerait un "crash" de la tête et une destruction partielle ou totale du système. C'est pourquoi tout est fermé hermétiquement.

Partie électronique du disque dur

Fonction Gérer le disque dur :

Le contrôle du disque se fait par l'intermédiaire de l'ordinateur, qui envoie des instructions sous forme numérique au circuit du disque dur qui les exploite, puis les convertit sous une forme exécutable pour lui (contrôle du vérin, mode lecture ou écriture...etc). Nous n'allons pas étudier ces conversions car elles diffèrent suivant chaque modèle et les constructeurs ne publient pas ces données.

Fonctions Lecture/Écriture :

Ce sont les têtes de lectures qui s'occupent de lire et écrire les données sur le support magnétique. Jusqu'à aujourd'hui, il y en a eu de trois types :

Tête MR - MagnétoRésistive
Tête GMR - Giant MagnétoRésistive

Types de disques durs

Il existe plusieurs types de disques durs :

Aux deux premières catégories, on peut aussi ajouter un sous-type : les disques durs externes. En effet, on peut trouver des disques durs Maxtor, en USB 2, d'une capacité de 250 Go (11/03).

Les disques durs pour PCs portables sont au format 2"1/2 (3"1/2 pour les PCs de bureau). Le connecteur est plus petit que pour les PCs de bureau et comprend en plus l'alimentation électrique. Il existe des câbles spéciaux pour pouvoir utiliser un disque 2"1/2 dans un PC de bureau). Ils mesurent moins d'un centimètre d'épaisseur. Leur type est IDE. Ils sont plus répandus en vitesse 4200 tours par minute, mais ils existent aussi en 5400 et récemment en 7200. Contrairement aux PCs de bureau, ils ne tournent pas en permanence. Cela permet de réduire leur consommation électrique et leur dégagement de chaleur. Ils sont très silencieux. Ils coûtent beaucoup plus cher que les disques IDE standards.

L'architecture RAID a été définie pour les disques dur, afin de garantir un certain niveau de performance et de sécurité aux pannes.

On trouve aujourd'hui (03/02) des disques durs de 20 Go à 100 Go dans les magasins de matériels informatiques.

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

Entre parenthèses se trouvent indiqués le mois et l'année où les informations ont été mises à jour pour la dernière fois

Conclusion

Les moyens mis en œuvre jusqu'à aujourd'hui pour améliorer les performances et la capacité de stockage des disques durs ont été l'augmentation de la vitesse de rotation des plateaux et la miniaturisation des pistes. Mais tout a une fin, la miniaturisation pose problème au niveau de la détection des données par la tête. Si les pistes sont trop rapprochées cela pose problème, il faudrait trouver un système de détection encore plus précis que GMR. Une technologie appelée EMR (extra-ordinary magnetoresistive) est actuellement (05/02) en développement afin d'atteindre et de dépasser des densités de l'ordre du tera-bit/cm2.

Pour ce qui est de l'augmentation de la vitesse de rotation des plateaux, on ne peut pas l'augmenter infiniment non plus car les têtes et leurs systèmes de détection des données ne peuvent pas traiter toutes les informations. Le disque dur, espace de stockage magnétique, va donc encore continuer de s'améliorer quelques années, mais va bientôt laisser place à des systèmes optiques de stockage, qui permettront d'avoir une densité de stockage encore meilleure et une rapidité digne de la lumière.


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