Chapitre – 2
Présentation des disques durs
introduction
Dans le monde informatique d'aujourd'hui, les disques durs se sont révélés être la partie la plus importante d'un ordinateur. Aujourd'hui, le disque dur est le principal périphérique de stockage le plus couramment utilisé pour stocker tous les types de données, ainsi que l'un des composants les plus intéressants de l'ordinateur.
Il sera très difficile pour les utilisateurs d'ordinateurs modernes d'imaginer ce que serait la vie d'un ordinateur sans disques durs, car la plupart d'entre nous stockent aujourd'hui des milliards d'octets d'informations dans nos ordinateurs.
Dans les tout premiers ordinateurs, il n'y avait pas de stockage du tout. Chaque fois que vous souhaitiez exécuter un programme, vous deviez entrer le programme manuellement. Plus encore, cela rendait la plupart de ce que nous considérons aujourd'hui comme de l'informatique impossible, car il n'y avait pas de moyen facile de faire fonctionner un ordinateur avec les mêmes données encore et encore. On s'est vite rendu compte qu'une sorte de stockage permanent était nécessaire pour que les ordinateurs deviennent des outils vraiment utiles.
Le premier support de stockage utilisé sur les ordinateurs était en fait le papier. Les programmes et les données ont été enregistrés à l'aide de trous percés dans des bandes de papier ou des cartes perforées. Un lecteur spécial utilisait un faisceau de lumière pour scanner les cartes ou la bande. Là où un trou a été trouvé, il a lu un "1", et là où le papier a bloqué le capteur, un "0" ou vice-versa.
Bien que ce soit une grande amélioration par rapport à rien, ces cartes étaient toujours très peu pratiques à utiliser. Vous deviez essentiellement écrire le programme entier à partir de zéro sur papier et le faire fonctionner dans votre esprit avant de commencer à essayer de le mettre sur des cartes, car si vous faisiez une erreur, vous deviez re-perforer de nombreuses cartes. Il était très difficile de visualiser avec quoi vous travailliez.
La prochaine grande avancée par rapport au papier a été la création de la bande magnétique. Enregistrant des informations de la même manière que l'audio est enregistré sur une bande, ces bandes magnétiques étaient beaucoup plus flexibles, durables et plus rapides que les bandes papier ou les cartes perforées.
Bien sûr, la bande est encore utilisée aujourd'hui sur les ordinateurs modernes, mais comme une forme de stockage hors ligne ou secondaire. Avant les disques durs, ils constituaient le stockage principal de certains ordinateurs. Leur principal inconvénient est qu'ils doivent être lus de manière linéaire ; le déplacement d'un bout à l'autre de la bande peut prendre quelques minutes, ce qui rend l'accès aléatoire impraticable.
Bon revenons à notre sujet. IBM a présenté le tout premier disque dur ce serait faisable pour le développement commercial. Ce n'était pas comme les lecteurs de disque qui sont utilisés de nos jours. Ils utilisaient des tambours cylindriques rotatifs, sur lesquels les modèles magnétiques de données étaient stockés. Les tambours étaient grands et difficiles à travailler. Les premiers vrais disques durs avaient les têtes du disque dur en contact avec la surface du disque. Cela a été fait pour permettre à l'électronique à faible sensibilité de l'époque de mieux lire les champs magnétiques à la surface du disque, mais les techniques de fabrication à cette époque n'étaient pas aussi sophistiquées qu'aujourd'hui, et ce n'était pas possible d'obtenir la surface du disque aussi lisse qu'il était nécessaire pour permettre à la tête de glisser en douceur sur la surface du disque à grande vitesse pendant qu'elle était en contact avec celui-ci. Au fil du temps, les têtes s'usaient ou usaient le revêtement magnétique à la surface du disque.
Comme une découverte critique de la nouvelle technologie d'IBM dans laquelle, le contact avec la surface du disque n'était pas nécessaire, a eu lieu, il est devenu la base des disques durs modernes. Le tout premier disque dur de ce type était l'IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) introduit le 13 septembre 1956. Ce disque dur pouvait stocker cinq millions de caractères d'environ cinq mégaoctets avec un taux de transfert de données de 8 800 octets. par seconde.
En 1962, IBM a lancé le modèle 1301 Advanced Disk File. L'avancée clé de ce lecteur de disque était la création de têtes qui flottaient ou volaient au-dessus de la surface du disque sur un palier à air en réduisant la distance entre les têtes et la surface des disques de 800 à 250 micropouces.
En 1973, IBM a introduit le lecteur de disque modèle 3340, qui est communément considéré comme le père du disque dur moderne qui avait deux broches séparées, l'une permanente et l'autre amovible, chacune d'une capacité de 30 Mo. Le modèle 3370 d'IBM introduit en 1979 a été le premier disque avec des têtes à couche mince. La même année, IBM a introduit le modèle 3310, qui est le premier lecteur de disque avec des plateaux de 8", une taille considérablement réduite par rapport au 14" qui était la norme depuis plus d'une décennie.
Le premier disque dur conçu dans le facteur de forme 5,25" utilisé dans les premiers PC était le Seagate ST-506. Il comportait quatre têtes et une capacité de 5 Mo. IBM a contourné le ST-506 et a choisi le ST-412- -un disque de 10 Mo dans le même facteur de forme--pour l'IBM PC/XT, ce qui en fait le premier disque dur largement utilisé dans le monde PC et compatible PC.
En 1983, Rodime a présenté le RO352, le premier lecteur de disque à utiliser le facteur de forme 3,5 pouces, qui est devenu l'un des standards les plus importants de l'industrie. En 1985, Quantum a présenté la Hardcard, un disque dur de 10,5 Mo monté sur un ISA carte d'extension pour les PC qui ont été construits à l'origine sans disque dur.
En 1986, Conner Peripherals a présenté le CP340. C'était le premier lecteur de disque à utiliser un actionneur à bobine mobile. En 1988, Conner Peripherals a introduit le CP3022, qui était le premier disque de 3,5" à utiliser la hauteur réduite de 1" maintenant appelée "profil bas" et la norme pour les disques modernes de 3,5". La même année, PrairieTek a introduit un disque utilisant 2,5" plateaux. En 1990, IBM a présenté le modèle 681 (Redwing), un lecteur de 857 Mo. Il a été le premier à utiliser des têtes MR et PRML.
Le disque central « Pacifica » d'IBM lancé en 1991 est le premier à remplacer le support d'oxyde par un support à couche mince sur la surface du plateau. La même année, le 1820 d'Integral Peripherals est le premier disque dur avec des plateaux de 1,8", utilisé plus tard pour les lecteurs de disque PC-Card. En 1992, Hewlett Packard a introduit le C3013A qui est le premier lecteur de 1,3".
Un certain nombre de développements ont eu lieu dans l'histoire des disques durs pour donner la conception, les performances et les capacités actuelles aux disques d'aujourd'hui. Ceux-ci sont difficiles à dénombrer en détail dans ce livre.
Composants du disque dur
Un disque dur contient les composants principaux suivants :
- Plateaux de disque et supports
- Têtes de lecture/écriture
- Curseurs de tête, bras et actionneur
- Moteur de broche de disque dur
- Connecteurs et cavaliers
- Carte logique
- Cache et circuits de cache
Composants du disque dur
Plateaux de disque et supports
Chaque disque dur utilise un ou plusieurs (généralement plus d'un) tour, disques plats appelés plateaux, recouverts des deux côtés d'un matériau de support spécial conçu pour stocker des informations sous forme de motifs magnétiques. Chaque surface de chaque plateau du disque peut contenir des milliards de bits de données.
Les plateaux sont composés de deux substances principales, un matériau de substrat qui forme la majeure partie du plateau et lui donne structure et rigidité, et un revêtement de support magnétique qui retient réellement les impulsions magnétiques qui représentent les données.
La qualité des plateaux et en particulier de leur revêtement de support est essentielle. La taille des plateaux du disque dur est le principal déterminant de ses dimensions physiques globales, également généralement appelées facteur de forme du lecteur ; la plupart des disques sont produits dans l'un des différents facteurs de forme de disque dur standard.
Parfois, les disques durs sont désignés par une spécification de taille. Si quelqu'un a un disque dur de 3,5 pouces, cela signifie qu'il fait généralement référence au facteur de forme du disque, et normalement, le facteur de forme est nommé en fonction de la taille du plateau. Les premiers disques durs avaient une taille nominale de 5,25 pouces, mais aujourd'hui, la taille de plateau de disque dur la plus courante est de 3,5 pouces.
Les disques durs des ordinateurs portables sont généralement plus petits, en raison de leur petite taille et de leur poids moindre. Les plateaux de ces disques mesurent généralement 2,5" de diamètre ou moins ; 2,5" est le facteur de forme standard, mais les disques avec des plateaux de 1,8" et même 1,0" sont de plus en plus courants dans les équipements mobiles.
Bien que les disques étendent les plateaux autant que possible sur la largeur du package de disques physiques, afin de maximiser la quantité de stockage qu'ils peuvent contenir dans le disque, la tendance générale est aux plateaux plus petits. Il existe les principales raisons pour lesquelles les entreprises optent pour des plateaux plus petits, même pour les unités de bureau :
Les plateaux rigides et rigides sont plus résistants aux chocs et aux vibrations, et sont mieux adaptés pour être couplés avec des broches à plus grande vitesse et d'autres matériels hautes performances. Réduire le diamètre du plateau du disque dur par un facteur de deux quadruple approximativement sa rigidité.
La taille réduite des plateaux réduit la distance sur laquelle l'actionneur de tête doit déplacer les têtes d'un côté à l'autre pour effectuer des recherches aléatoires. Cela améliore le temps de recherche et accélère les lectures et écritures aléatoires.
Les dernières broches de disque dur augmentent pour des raisons de performances de vitesse. Les plateaux plus petits sont plus faciles à faire tourner et nécessitent des moteurs moins puissants ainsi qu'une vitesse de rotation plus rapide à partir d'une position arrêtée.
La plus petite taille de plateau de disque dur disponible aujourd'hui est de 1 pouce de diamètre. L'incroyable Micro Drive d'IBM possède un seul plateau et est conçu pour s'adapter aux appareils photo numériques, aux organiseurs personnels et à d'autres petits équipements. La petite taille des plateaux permet le Micro-lecteur pour épuiser la batterie, ralentir et redémarrer en moins d'une seconde.
D'un point de vue technique, plus de plateaux signifie également plus de masse et donc une réponse plus lente aux commandes de démarrage ou d'arrêt du lecteur. Il peut être compensé par un moteur de broche plus puissant, mais cela entraîne d'autres compromis.
En fait, la tendance actuelle est aux disques avec moins de bras de tête et de plateaux, pas plus. La densité surfacique continue d'augmenter, permettant la création de grands disques sans utiliser beaucoup de plateaux. Cela permet aux fabricants de réduire le nombre de plateaux pour améliorer le temps de recherche sans créer de disques trop petits pour le marché.
Le facteur de forme du disque dur a également une grande influence sur le nombre de plateaux dans un lecteur. Plusieurs facteurs sont liés au nombre de plateaux utilisés dans le disque. Les disques avec de nombreux plateaux sont plus difficiles à concevoir en raison de la masse accrue de l'unité de broche, de la nécessité d'aligner parfaitement tous les disques et de la plus grande difficulté à contrôler le bruit et les vibrations.
Même alors, bien que les ingénieurs du disque dur aient voulu mettre beaucoup de plateaux dans un modèle particulier, le facteur de forme standard du disque dur "slimline" est limité à 1 pouce de hauteur, ce qui limite le nombre de plateaux qui peuvent être mis dans un seule unité. Bien entendu, les ingénieurs s'efforcent constamment de réduire le dégagement requis entre les plateaux, afin d'augmenter le nombre de plateaux dans les disques d'une hauteur donnée.
Les motifs magnétiques qui composent vos données sont enregistrés dans une très fine couche de support sur les surfaces des plateaux du disque dur ; la majeure partie du matériau du plateau s'appelle le substrat et ne fait que supporter la couche média. Pour être approprié, un matériau de substrat doit être rigide, facile à travailler, léger, stable, magnétiquement inerte, peu coûteux et facilement disponible. Le matériau le plus couramment utilisé pour fabriquer des plateaux est traditionnellement un alliage d'aluminium, qui répond à tous ces critères.
En raison de la façon dont les plateaux tournent avec les têtes de lecture/écriture flottant juste au-dessus d'eux, les plateaux doivent être extrêmement lisses et plats. C'est pourquoi des alternatives à l'aluminium, telles que le verre, les composites de verre et les alliages de magnésium ont été proposées. Il semble maintenant de plus en plus probable que le verre et les composites à base de verre seront la prochaine norme pour le substrat du plateau. Par rapport aux plateaux en aluminium, les plateaux en verre présentent plusieurs avantages :
- Meilleure qualité :
- Ridité améliorée :
- Plateaux plus fins :
- Stabilité thermique :
L'un des inconvénients du verre par rapport à l'aluminium est sa fragilité, en particulier lorsqu'il est très fin.
Le matériau de substrat dont sont faits les plateaux forme la base sur laquelle le support d'enregistrement réel est déposé. La couche média est une très fine couche de matériau magnétique où les données réelles sont stockées. Il ne mesure généralement que quelques millionièmes de pouce d'épaisseur.
Les anciens disques durs utilisaient des supports d'oxyde. Les supports d'oxyde sont peu coûteux à utiliser, mais présentent également plusieurs inconvénients importants. La première est qu'il s'agit d'un matériau souple et facilement endommagé par le contact d'une tête de lecture/écriture. La seconde est qu'il n'est utile que pour le stockage à relativement faible densité. Cela fonctionnait bien pour les disques durs plus anciens avec une densité de données relativement faible, mais comme les fabricants cherchaient à regrouper de plus en plus de données dans le même espace, l'oxyde n'était pas à la hauteur de la tâche : les particules d'oxyde devenaient trop grosses pour les petits champs magnétiques des conceptions plus récentes. .
Les disques durs d'aujourd'hui utilisent des supports à couche mince. Le support à couche mince consiste en une très fine couche de matériau magnétique appliquée à la surface des plateaux. Des techniques de fabrication spéciales sont utilisées pour déposer le matériel multimédia sur les plateaux.
Par rapport aux supports oxydes, les supports à couches minces sont beaucoup plus uniformes et lisses. Il possède également des propriétés magnétiques bien supérieures, ce qui lui permet de contenir beaucoup plus de données dans le même espace. Après l'application du support magnétique, la surface de chaque plateau est généralement recouverte d'une fine couche protectrice en carbone. À cela s'ajoute une couche lubrifiante super fine. Ces matériaux sont utilisés pour protéger le disque contre les dommages causés par un contact accidentel des têtes ou d'autres corps étrangers qui pourraient pénétrer dans le lecteur.
Têtes de lecture/écriture
Les têtes sont l'interface de lecture/écriture avec le support physique magnétique sur lequel les données sont stockées sur un disque dur. Les têtes convertissent les bits en impulsions magnétiques et les stockent sur les plateaux, puis inversent le processus lorsque les données doivent être relues. Les têtes sont l'une des parties les plus coûteuses du disque dur pour permettre d'augmenter les densités surfaciques et les vitesses de rotation du disque.
Cependant, les têtes GMR sont les plus populaires dans le disque dur d'aujourd'hui, plusieurs technologies ont été proposées à plusieurs reprises pour les têtes de lecture/écriture :
- Têtes en ferrite
- Têtes MIG (Metal-In-Gap)
- Têtes à couche mince (TF)
- Têtes magnétorésistives anisotropes (AMR/MR)
- Têtes magnéto-résistives géantes (GMR)
- Têtes magnéto-résistives colossales (CMR)
Les têtes de lecture/écriture sont un composant extrêmement critique pour déterminer les performances globales du disque dur, car elles jouent un rôle si important dans le stockage et la récupération des données. Les nouvelles technologies de tête sont souvent le point de déclenchement de l'augmentation de la vitesse et de la taille des disques durs modernes. Les têtes de lecture/écriture sont donc la partie la plus sophistiquée du disque dur, qui est lui-même une merveille technologique.
Chaque bit de données à stocker est enregistré sur le disque dur à l'aide d'une méthode de codage spéciale qui traduit les zéros et les uns en modèles d'inversions de flux magnétique. Chaque plateau de disque dur a deux surfaces utilisées pour stocker les données en général et il y a normalement une tête pour chaque surface utilisée sur le lecteur. Étant donné que la plupart des disques durs ont un à quatre plateaux, la plupart des disques durs ont entre deux et huit têtes. Certains disques plus gros peuvent avoir 20 têtes ou plus. Une seule tête peut lire ou écrire sur le disque dur à un instant donné. Des circuits spéciaux sont utilisés pour contrôler quelle tête est active à un moment donné.
La tête flotte sur la surface du disque et fait tout son travail sans jamais toucher physiquement les plateaux. La quantité d'espace entre les têtes et les plateaux est appelée hauteur flottante ou hauteur de vol ou écart de tête. Les assemblages de tête de lecture/écriture sont à ressort à l'aide de l'acier à ressort des bras de tête, ce qui fait que les curseurs appuient contre les plateaux lorsque le disque est immobile.
Ceci est fait pour s'assurer que les têtes ne s'éloignent pas des plateaux. Par conséquent, le maintien d'une hauteur de flottement exacte est essentiel pour un fonctionnement correct. Lorsque le disque tourne jusqu'à la vitesse de fonctionnement, la vitesse élevée fait circuler l'air sous les curseurs et les soulève de la surface du disque. La distance entre les plateaux et les têtes est un paramètre de conception spécifique étroitement contrôlé par les fabricants.
Un disque dur moderne a une hauteur flottante de 0,5 micropouce et même les cheveux humains ont une épaisseur de plus de 2 000 micropouces, c'est pourquoi il est si important d'empêcher la saleté d'entrer sur le disque dur. Il est en fait assez étonnant de voir à quel point près de la surface des disques les têtes volent sans se toucher. Les particules de poussière, les empreintes digitales même une particule de fumée sont un gros problème pour la tête d'un disque dur.
Structure de lecture et d'écriture du disque dur
Lorsque la densité surfacique d'un disque est augmentée pour améliorer la capacité et les performances, les champs magnétiques sont rendus plus petits et plus faibles. Pour compenser, soit les têtes doivent être rendues plus sensibles, soit la hauteur flottante doit être diminuée.
Chaque fois que la hauteur flottante est diminuée, les aspects mécaniques du disque doivent être ajustés pour s'assurer que les plateaux sont plus plats, que l'alignement de l'ensemble plateau et des têtes de lecture/écriture est parfait, et qu'il n'y a pas de poussière ou saleté sur la surface des plateaux. Les vibrations et les chocs deviennent également plus préoccupants et doivent être compensés.
C'est l'une des raisons pour lesquelles les fabricants se tournent vers des plateaux plus petits, ainsi que vers l'utilisation de substrats de plateaux en verre. Les têtes plus récentes telles que GMR sont préférées car elles permettent une hauteur de vol plus élevée que les têtes plus anciennes et moins sensibles, toutes choses étant égales par ailleurs.
Coup de tête
Étant donné que les têtes de lecture/écriture d'un disque dur flottent sur une couche d'air microscopique au-dessus des plateaux de disque eux-mêmes, il est possible que les têtes entrent en contact avec le support du disque dur dans certaines circonstances. Normalement, les têtes n'entrent en contact avec la surface que lorsque le lecteur démarre ou s'arrête.
Un disque dur moderne tourne 100 fois par seconde. Si les têtes entrent en contact avec la surface du disque alors qu'il est à la vitesse de fonctionnement, le résultat peut être une perte de données, des dommages aux têtes, des dommages à la surface du disque ou les trois. C'est ce qu'on appelle généralement un accident de la tête, deux des mots les plus effrayants pour tout utilisateur d'ordinateur. Les causes les plus courantes de collisions de la tête sont la contamination qui se coince dans le mince espace entre la tête et le disque et les chocs appliqués au disque dur pendant son fonctionnement.
Stationnement principal
Lorsque les plateaux ne tournent pas, les têtes reposent sur la surface du disque. Lorsque les plateaux tournent, les têtes frottent le long de la surface des plateaux jusqu'à ce qu'une vitesse suffisante soit acquise pour qu'elles décollent et flottent sur leur coussin d'air. Lorsque le disque est arrêté, le processus est répété en sens inverse. Dans les deux cas, pendant un certain temps, les têtes entrent en contact avec la surface du disque en mouvement.
Bien que les plateaux et les têtes soient conçus en gardant à l'esprit que ce contact se produira, il est toujours logique d'éviter que cela se produise sur une zone du disque où se trouvent des données.
Pour cette raison, la plupart des disques réservent une piste spéciale désignée pour être là où les têtes seront placées pour les décollages et les atterrissages. Cette zone s'appelle la zone d'atterrissage et aucune donnée n'y est placée. Le processus de déplacement des têtes vers cette zone désignée s'appelle le stationnement des têtes.
Presque tous les nouveaux systèmes d'exploitation ont une fonction intégrée pour garer la tête automatiquement lorsque cela est nécessaire. La plupart des premiers disques durs qui utilisaient des moteurs pas à pas ne garaient pas automatiquement les têtes du lecteur. Par conséquent, par mesure de sécurité, de nombreux petits utilitaires ont été écrits que l'utilisateur exécuterait avant d'éteindre le PC de l'époque. L'utilitaire demanderait au disque de déplacer les têtes vers la zone d'atterrissage, puis le PC pourrait être éteint en toute sécurité.
Un paramètre dans la configuration du BIOS pour le disque dur indique au système quelle piste était la zone d'atterrissage pour le modèle particulier de disque dur. Habituellement, il s'agissait de la prochaine piste numérotée consécutivement au-dessus de la plus grande numérotée réellement utilisée pour les données. Les disques durs modernes actionnés par bobine mobile sont tous en stationnement automatique. Il n'est plus nécessaire maintenant de parquer manuellement les têtes des disques durs modernes.
Curseurs de tête, bras et actionneur
Lorsque les plateaux de disque dur sont accessibles pour des opérations de lecture et d'écriture à l'aide des têtes de lecture/écriture montées sur les surfaces supérieure et inférieure de chaque plateau, il est évident que les têtes de lecture/écriture ne flottent pas simplement dans l'espace. Ils doivent être maintenus dans une position exacte par rapport aux surfaces qu'ils lisent et aussi, ils doivent être déplacés de piste en piste pour permettre l'accès à toute la surface du disque.
Les têtes sont montées sur une structure qui facilite ce processus qui est souvent appelé ensemble de tête ou ensemble d'actionneur ou ensemble tête-actionneur. Il est composé de plusieurs parties différentes. Les têtes elles-mêmes sont montées sur des curseurs de tête. Les curseurs sont suspendus sur la surface du disque aux extrémités des bras de tête. Les bras de tête sont tous fusionnés mécaniquement en une seule structure qui est déplacée autour de la surface du disque par l'actionneur.
Curseurs de tête
Chaque tête de disque dur est montée sur un dispositif spécial appelé curseur de tête ou simplement curseur en abrégé. La fonction du curseur est de soutenir physiquement la tête et de la maintenir dans la bonne position par rapport au plateau lorsque la tête flotte sur sa surface. Les têtes de lecture/écriture du disque dur sont trop petites pour être utilisées sans les attacher à une unité plus grande.
Les curseurs ont une forme spéciale pour leur permettre de rouler avec précision sur le plateau. Comme les têtes de lecture/écriture des disques durs ont diminué de taille, il en va de même pour les curseurs qui les portent. Le principal avantage de l'utilisation de petits curseurs est qu'il réduit le poids qui doit être tiré autour de la surface des plateaux, améliorant à la fois la vitesse et la précision du positionnement. Les curseurs plus petits ont également moins de surface pour potentiellement entrer en contact avec la surface du disque. Chaque curseur est monté sur un bras de tête pour lui permettre d'être déplacé sur la surface du plateau auquel il est accouplé.
Tête Bras
Les bras de tête sont de fines pièces de métal, généralement de forme triangulaire sur lesquelles sont montés les curseurs de tête portant les têtes de lecture/écriture. Il y a un bras par tête de lecture/écriture, et tous sont alignés et montés sur l'actionneur de tête pour former une seule unité.
Cela signifie que lorsque l'actionneur se déplace, toutes les têtes se déplacent ensemble de manière synchronisée. Les bras eux-mêmes sont faits d'un matériau léger et mince, pour leur permettre d'être déplacés rapidement de l'intérieur vers l'extérieur du lecteur. Les conceptions plus récentes ont remplacé les bras solides par des formes structurelles afin de réduire le poids et d'améliorer les performances.
Les nouveaux disques atteignent des temps de recherche plus rapides en partie en utilisant des actionneurs plus rapides et plus intelligents et des bras de tête plus légers et plus rigides, ce qui permet de réduire le temps de basculement entre les pistes. Une tendance récente dans l'industrie du disque dur a été la réduction du nombre de plateaux dans diverses familles de disques. Même certains disques phares de différentes familles n'ont plus que trois ou même deux plateaux, alors que quatre ou cinq étaient monnaie courante il y a environ un an.
L'une des raisons de cette tendance est que le fait d'avoir un grand nombre de bras de tête rend difficile la conduite avec une précision suffisamment élevée pour permettre un positionnement très rapide lors de recherches aléatoires. Cela est dû à l'augmentation du poids de l'ensemble de l'actionneur à cause des bras supplémentaires, ainsi qu'à des problèmes d'alignement de toutes les têtes.
Actionneur principal
L'actionneur est une partie très importante du disque dur, car le passage d'une piste à l'autre est la seule opération sur le disque dur qui nécessite un mouvement actif. Changer de tête est une fonction électronique, et changer de secteur implique d'attendre que le bon numéro de secteur tourne et passe sous la tête. Changer de piste signifie que les têtes doivent être décalées. Il est donc primordial de s'assurer que ce mouvement peut être effectué rapidement et avec précision.
L'actionneur est le dispositif utilisé pour positionner les bras de tête sur différentes pistes sur la surface du plateau sur différents cylindres, puisque tous les bras de tête sont déplacés comme une unité synchrone, de sorte que chaque bras se déplace vers le même numéro de piste de son respectif surface. Les actionneurs de tête se déclinent en deux variétés générales :
- Moteurs pas à pas
- Bobines vocales
La principale différence entre les deux conceptions est que le moteur pas à pas est un système de positionnement absolu, tandis que la bobine mobile est un système de positionnement relatif.
Tous les disques durs modernes utilisent des actionneurs à bobine mobile. L'actionneur à bobine mobile n'est pas seulement beaucoup plus adaptable et insensible aux problèmes thermiques. Il est beaucoup plus rapide et plus fiable qu'un moteur pas à pas. Le positionnement de l'actionneur est dynamique et est basé sur la rétroaction de l'examen de la position réelle des pistes. Ce système de rétroaction en boucle fermée est aussi parfois appelé servomoteur ou système de positionnement servo et est couramment utilisé dans des milliers d'applications différentes où un positionnement précis est important.
Moteur de broche
Le moteur de broche ou l'arbre de broche est responsable de la rotation des plateaux du disque dur, permettant au disque dur de fonctionner. Un moteur de broche doit fournir une puissance de rotation stable, fiable et constante pendant des milliers d'heures d'utilisation souvent continue, pour permettre au disque dur de fonctionner correctement, car de nombreuses pannes de disque sont en fait des pannes du moteur de broche, et non des systèmes de stockage de données.
Le moteur de broche d'un disque dur doit avoir les qualités suivantes pour vivre longtemps et conserver vos données en toute sécurité pendant longtemps :
- Il doit être de haute qualité, afin qu'il puisse fonctionner pendant des milliers d'heures et tolérer des milliers de cycles de démarrage et d'arrêt, sans défaillance.
- Il doit fonctionner en douceur et avec un minimum de vibrations, en raison des tolérances serrées des plateaux et des têtes à l'intérieur du lecteur.
- Il ne doit pas générer des quantités excessives de chaleur ou de bruit.
- Il ne doit pas consommer trop d'énergie.
- Il doit avoir sa vitesse gérée afin qu'il tourne à la bonne vitesse.
Pour répondre à ces exigences, tous les disques durs de PC utilisent des moteurs de broche CC asservis. Les moteurs de broche de disque dur sont configurés pour une connexion directe. Il n'y a pas de courroies ou d'engrenages qui sont utilisés pour les connecter à l'axe du plateau du disque dur. L'axe sur lequel les plateaux sont montés est fixé directement sur l'arbre du moteur.
Les plateaux sont usinés avec un trou de la taille exacte de la broche et sont placés sur la broche avec des anneaux séparateurs entre eux pour maintenir la bonne distance et laisser de la place pour les bras de tête. La quantité de travail que le moteur de broche doit effectuer dépend des facteurs suivants :
La taille et le nombre de plateaux : des plateaux plus grands et plus de plateaux dans un lecteur signifient plus de masse pour que le moteur tourne, donc des moteurs plus puissants sont nécessaires. Il en va de même pour les disques à grande vitesse.
o Gestion de l'alimentation : Aujourd'hui, les utilisateurs veulent de plus en plus des disques durs qui passeront rapidement d'une position arrêtée à une vitesse de fonctionnement, ce qui nécessite également des moteurs plus rapides ou plus puissants.
Comme dans les nouveaux disques durs, la vitesse de broche est censée être un problème important, elle est également devenue un point important dans les disques durs pour contrôler la quantité de bruit, de chaleur et de vibrations générées par les disques durs en raison de la vitesse de broche élevée.
Certains disques plus récents, en particulier les modèles 7 200 et 10 000 tr/min, peuvent faire beaucoup de bruit lorsqu'ils fonctionnent. Si possible, il est bon de vérifier un disque dur en fonctionnement avant de l'acheter, d'évaluer son niveau de bruit et de voir s'il vous dérange ; cela varie considérablement d'un individu à l'autre. Le bruit produit varie également dans une certaine mesure en fonction du lecteur individuel même dans la même famille. La chaleur créée par le moteur de broche peut éventuellement endommager le disque dur, c'est pourquoi les nouveaux disques durs accordent plus d'attention à leur refroidissement.
Connecteurs et Cavaliers
Il existe plusieurs connecteurs et cavaliers différents dans un disque dur qui sont utilisés pour configurer le disque dur et le connecter au reste du système. Le nombre et les types de connecteurs sur le disque dur dépendent de l'interface de données qu'il utilise pour se connecter au système, du fabricant du lecteur et de toutes les fonctionnalités spéciales que le lecteur peut posséder.
Les instructions de configuration des cavaliers communs sont généralement imprimées directement sur le lecteur. Les disques durs utilisent un connecteur mâle standard à 4 broches qui prend l'un des connecteurs d'alimentation provenant de l'alimentation.Ce connecteur en plastique à 4 fils fournit une tension de +5 et +12 au disque dur.
Il existe deux types d'interfaces dont les disques durs modernes utilisent généralement l'une d'entre elles :
- IDE/ATA : Il dispose d'un connecteur rectangulaire à 40 broches.
- SCSI : un connecteur en forme de D à 50, 68 ou 80 broches. Tous ces trois numéros de broches représentent un type différent de disque SCSI tel que :
- Un connecteur à 50 broches signifie que l'appareil est SCSI étroit.
- 68 broches signifie Wide SCSI.
- 80 broches signifie SCSI large utilisant une connexion à connecteur unique (SCA).
Connecteurs et Cavaliers
Les connecteurs des disques durs se présentent généralement sous la forme d'une grille rectangulaire de broches 2xN (où N vaut 20, 25, 34 ou 40 selon l'interface). La plupart des connecteurs d'interface SCSI actuels sont codés pour éviter une insertion incorrecte car ils sont en forme de D, ce qui n'est pas toujours le cas pour les autres interfaces.
Pour cette raison, il est important de s'assurer que le câble est orienté dans le bon sens avant de le brancher. Le câble a une bande rouge pour indiquer le fil 1 et le disque dur utilise des marqueurs d'une forme ou d'une autre pour indiquer le correspondant à la broche 1.
Les disques durs IDE/ATA sont assez standard en termes de cavaliers. Il n'y a généralement que quelques réglages de cavaliers et ils ne varient pas beaucoup d'un lecteur à l'autre. Voici les paramètres du cavalier que vous trouverez normalement sur un disque dur :
Drive Select : Il peut y avoir deux disques, maître et esclave sur le même canal IDE. Un cavalier est normalement utilisé pour dire à chaque disque s'il doit fonctionner comme maître ou esclave sur le canal IDE.
Pour un seul lecteur sur un canal, la plupart des fabricants demandent que le lecteur soit ponté en tant que maître, tandis que certains fabricants, notamment Western Digital, ont un réglage séparé pour un seul lecteur par opposition à un maître sur un canal avec un esclave. Les termes maître et esclave sont trompeurs puisque les disques n'ont vraiment aucune relation opérationnelle.
Esclave présent : Certains disques ont un cavalier supplémentaire qui est utilisé pour indiquer à un disque configuré comme maître qu'il y a aussi un disque esclave sur le canal ATA. Ceci n'est requis que pour certains disques plus anciens qui ne prennent pas en charge la signalisation de canal IDE maître/esclave standard.
Sélection de câble : Certaines configurations utilisent un câble spécial pour déterminer quel lecteur est maître et lequel est esclave, et lorsque ce système est utilisé, un cavalier de sélection de câble est normalement activé.
Cavalier de restriction de taille : certains disques durs plus grands ne fonctionnent pas correctement sur les ordinateurs plus anciens qui ne disposent pas d'un programme BIOS ou d'un support de disque dur de grande taille qui les reconnaît. Pour contourner ce problème, certains lecteurs ont des cavaliers spéciaux qui, lorsqu'ils sont définis, les feront apparaître comme une taille plus petite qu'ils ne le sont réellement dans le BIOS pour des raisons de compatibilité.
Par exemple, certains disques durs de 2,5 Go ont un cavalier qui les fera apparaître comme un disque dur de 2,1 Go sur un système qui ne prend pas en charge plus de 2,1 Go. Ceux-ci sont aussi parfois appelés cavaliers de limitation de capacité et varient d'un fabricant à l'autre.
Exemple de réglage des cavaliers d'un modèle de disque dur Seagate Technology
Les disques durs SCSI ont des contrôleurs plus sophistiqués que ceux des disques durs IDE/ATA. Par conséquent, SCSI a généralement beaucoup plus de cavaliers qui peuvent être réglés pour contrôler leur fonctionnement. Ils ont également tendance à varier beaucoup plus d'un fabricant à l'autre et d'un modèle à l'autre dans le nombre et les types de cavaliers dont ils disposent.
Généralement, les cavaliers suivants sont les plus courants et les plus importants pour les lecteurs SCSI :
ID de périphérique SCSI :Chaque périphérique sur un bus SCSI doit être identifié de manière unique à des fins d'adressage. Les disques Narrows SCSI auront un ensemble de trois cavaliers qui peuvent être utilisés pour attribuer au disque un numéro d'identification de 0 à 7. Les disques Wide SCSI auront quatre cavaliers pour activer les numéros d'identification de 0 à 15. Certains systèmes n'utilisent pas de cavaliers pour configurer les ID de périphérique SCSI.
Cavaliers des lecteurs SCSI
Activation de la terminaison : Les périphériques situés aux extrémités du bus SCSI doivent terminer le bus pour qu'il fonctionne correctement. Si le disque dur se trouve à la fin du bus, le réglage de ce cavalier entraînera la terminaison du bus pour un fonctionnement correct. Tous les lecteurs ne prennent pas en charge la terminaison.
Désactiver le démarrage automatique : S'il est présent, ce cavalier indiquera au disque de ne pas démarrer automatiquement lors de la mise sous tension, mais d'attendre à la place une commande de démarrage sur le bus SCSI. Ceci est généralement fait pour éviter une charge de démarrage excessive sur l'alimentation. Certains fabricants inversent le sens de ce cavalier ; ils désactivent le démarrage par défaut et fournissent un cavalier Activer le démarrage automatique.
Delay Auto Start : Ce cavalier indique au lecteur de démarrer automatiquement, mais d'attendre un nombre prédéfini de secondes à partir de la mise sous tension. Il est également utilisé pour compenser la charge de démarrage du moteur sur les systèmes comportant de nombreux variateurs.
Stagger Spin : Lorsqu'un système avec de nombreux disques durs a cette option définie pour chaque unité, les disques échelonnent leur temps de démarrage en multipliant une constante définie par l'utilisateur par leur ID de périphérique SCSI. Cela garantit que deux disques sur le même canal SCSI ne démarreront pas simultanément.
Étroit ou large : Certains disques disposent d'un cavalier pour contrôler s'ils fonctionneront en mode étroit ou large.
Force SE : Cela permet aux disques Ultra2, Wide Ultra2, Ultra160, Ultra160+ ou autres disques SCSI LVD d'être forcés à utiliser le fonctionnement asymétrique (SE) au lieu du LVD (différentiel basse tension).
Désactiver la parité : désactive la vérification de la parité sur le bus SCSI, pour assurer la compatibilité avec les adaptateurs hôtes qui ne prennent pas en charge les fonctionnalités.
Ce n'est pas tout. De nombreux lecteurs SCSI ont des fonctionnalités spéciales supplémentaires qui sont activées via plusieurs cavaliers. Certains lecteurs ont remplacé certains de leurs cavaliers par des commandes logicielles envoyées via l'interface SCSI.
Carte logique
Les nouveaux disques durs ont été introduits avec de nombreuses fonctionnalités et une vitesse plus rapide et le développement est toujours en cours. Pour contrôler toutes ces fonctions et fournir les caractéristiques de haute performance du disque de la manière avancée dont on s'attend à ce qu'elles soient, tous les disques durs modernes sont fabriqués avec une carte de circuit imprimé intelligente intégrée dans l'unité de disque dur. Ce circuit imprimé s'appelle Hard Disk Logic Board. Une carte logique utilise ses composants importants suivants pour fournir une variété de fonctions et de fonctionnalités à un disque dur :
- Circuit de contrôle
- Circuits de détection, d'amplification et de conversion
- Matériel d'interface
- Micrologiciel
- Contrôle de commandes multiples et réorganisation
Les deux interfaces les plus courantes aujourd'hui pour les disques durs PC IDE (Integrated Drive Electronics) et SCSI (Small Computer Systems Interface) utilisent des contrôleurs intégrés. Le nom le plus correct pour l'interface IDE est AT Attachment ou ATA (Advanced Technology Attachment). Les disques durs modernes ont une carte logique très sophistiquée qui contient plus de mémoire et des processeurs internes plus rapides qu'un PC entier, même au milieu des années 1980.
La carte logique remplit plusieurs fonctions importantes avant. Par conséquent, les circuits logiques doivent être plus puissants, pour gérer des changements tels que la traduction de la géométrie, des fonctionnalités de fiabilité avancées, des technologies de tête plus compliquées, des interfaces plus rapides et une plus grande bande passante de données en continu à partir du disque lui-même.
La carte logique interne d'un disque dur contient un microprocesseur et une mémoire interne, ainsi que d'autres structures et circuits qui contrôlent ce qui se passe à l'intérieur du lecteur. Certaines des fonctions les plus importantes du circuit de commande du variateur sont les suivantes :
- Contrôler le moteur de la broche, y compris s'assurer que la broche tourne à la bonne vitesse.
- Contrôler le mouvement de l'actionneur sur différentes pistes.
- Gestion de toutes les opérations de lecture et d'écriture
- Mise en œuvre des fonctionnalités de gestion de l'alimentation
- Gérer la traduction de la géométrie.
- Gestion du cache interne et des fonctionnalités d'optimisation telles que la prélecture
- Coordonner et intégrer les autres fonctions mentionnées dans cette section, telles que le flux d'informations sur l'interface du disque dur, l'optimisation de plusieurs requêtes, la conversion des données vers et depuis la forme requise par les têtes de lecture/écriture, etc.
- Mettre en œuvre toutes les fonctionnalités avancées de performances et de fiabilité.
Les disques durs modernes ont des microprocesseurs internes et la plupart d'entre eux ont également un logiciel interne qui les exécute. Ces routines exécutent la logique de commande et font fonctionner le variateur. En fait, ce n'est pas vraiment un logiciel au sens conventionnel du terme, car ces instructions sont intégrées dans une mémoire morte. Ce code est analogue au BIOS système, aux routines de contrôle matérielles de bas niveau, intégrées dans la ROM. Il est généralement appelé micrologiciel.
C'est la raison pour laquelle le micrologiciel est parfois appelé le lien intermédiaire entre le matériel et le logiciel. Dans de nombreux lecteurs, le micrologiciel peut être mis à jour sous contrôle logiciel.
Cache et circuits de cache
La fonction du cache intégré (également souvent appelé tampon) d'un disque dur est d'agir comme un tampon entre un périphérique relativement rapide et un périphérique relativement lent. Pour les disques durs, le cache est utilisé pour conserver les résultats des lectures récentes du disque, ainsi que pour pré-extraire les informations susceptibles d'être demandées dans un avenir proche, par exemple, le ou les secteurs immédiatement après celui qui vient d'être demandé. .
Ainsi, l'objectif de ce cache n'est pas différent des autres caches utilisés dans le PC, même s'il n'est normalement pas considéré comme faisant partie de la hiérarchie de cache PC habituelle. Vous devez toujours garder à l'esprit que lorsque quelqu'un parle de manière générique d'un cache disque, il ne fait généralement pas référence à cette petite zone de mémoire à l'intérieur du disque dur, mais plutôt à un cache de mémoire système mis de côté pour tamponner les accès au système de disque.
L'utilisation du cache améliore les performances de n'importe quel disque dur, en réduisant le nombre d'accès physiques au disque lors de lectures répétées et en permettant aux données de circuler à partir du disque sans interruption lorsque le bus est occupé. La plupart des disques durs modernes ont entre 512 Ko et 2 Mo de mémoire cache interne, même certains disques SCSI hautes performances ont jusqu'à 16 Mo également.
Le cache d'un disque dur est important en raison de la différence entre les vitesses du disque dur et l'interface du disque dur. La recherche d'une donnée sur le disque dur implique un positionnement aléatoire et entraîne une pénalité de quelques millisecondes lorsque l'actionneur du disque dur est déplacé et que le disque tourne autour de la broche. C'est pourquoi les disques durs ont des tampons internes.
Le principe de base du fonctionnement d'un cache simple est simple. La lecture des données du disque dur s'effectue généralement par blocs de différentes tailles et pas seulement par secteur de 512 octets à la fois. Le cache est divisé en segments ou morceaux dont chacun peut contenir un bloc de données.
Lorsqu'une demande est faite pour les données du disque dur, le circuit de cache est d'abord interrogé pour voir si les données sont présentes dans l'un des segments du cache. S'il est présent, il est fourni à la carte logique sans qu'il soit nécessaire d'accéder aux plateaux du disque dur. Si les données ne sont pas dans le cache, elles sont lues à partir du disque dur, fournies au contrôleur puis placées dans le cache au cas où elles seraient à nouveau demandées.
Étant donné que le cache est limité en taille, il n'y a qu'un certain nombre d'éléments de données qui peuvent être conservés avant que les segments ne doivent être recyclés. Généralement, la donnée la plus ancienne est remplacée par la plus récente. This is called circular, first-in, first-out (FIFO) or wrap-around caching.
Afin d'améliorer les performances, la plupart des fabricants de disques durs ont aujourd'hui amélioré leurs circuits de gestion de cache, en particulier sur les disques SCSI haut de gamme :
Segmentation adaptative : les caches conventionnels sont découpés en un certain nombre de segments de taille égale. Étant donné que des demandes peuvent être faites pour des blocs de données de tailles différentes, cela peut conduire à ce qu'une partie du stockage du cache dans certains segments soit laissée de côté et donc gaspillée. De nombreux disques plus récents redimensionnent dynamiquement les segments en fonction de l'espace requis pour chaque accès, afin d'assurer une meilleure utilisation. Il peut également modifier le nombre de segments. C'est plus complexe à gérer que les segments de taille fixe, et cela peut entraîner du gaspillage si l'espace n'est pas géré correctement.
Pré-extraction : la logique de cache d'un lecteur, basée sur l'analyse des modèles d'accès et d'utilisation du lecteur, tente de charger dans une partie du cache des données qui n'ont pas encore été demandées mais qui, selon elle, seront bientôt demandées. Habituellement, cela signifie charger des données supplémentaires au-delà de celles qui viennent d'être lues sur le disque, car elles sont statistiquement plus susceptibles d'être demandées ensuite. Lorsque cela est fait correctement, cela améliorera les performances dans une certaine mesure.
Contrôle de l'utilisateur : les disques haut de gamme ont implémenté un ensemble de commandes qui permet à l'utilisateur de contrôler en détail le fonctionnement du cache du disque. Cela inclut la possibilité pour l'utilisateur d'activer ou de désactiver la mise en cache, de définir la taille des segments, d'activer ou de désactiver la segmentation adaptative et la prélecture, etc.
Bien que le tampon interne améliore évidemment les performances, il a aussi des limites. Cela aide très peu si vous faites beaucoup d'accès aléatoires aux données dans différentes parties du disque, car si le disque n'a pas chargé une donnée récemment dans le passé, elle ne sera pas dans le cache.
Le tampon est également peu utile si vous lisez une grande quantité de données sur le disque car normalement il sera très petit si vous copiez un fichier de 50 Mo. Par exemple, sur un disque typique avec un tampon de 512 octets, une très petite partie du fichier peut se trouver dans le tampon et le reste doit être lu à partir du disque lui-même.
En raison de ces limitations, le cache n'a pas autant d'impact sur les performances globales du système que vous ne le pensez. Son aide dépend dans une certaine mesure de sa taille, mais au moins autant de l'intelligence de ses circuits ; tout comme la logique du disque dur dans son ensemble. Et tout comme la logique globale, il est difficile de déterminer dans de nombreux cas exactement à quoi ressemble la logique de cache sur un lecteur donné. Cependant, la taille du cache du disque est importante pour son impact global sur l'amélioration des performances du système.
La mise en cache des lectures à partir du disque dur et la mise en cache des écritures sur le disque dur sont similaires à certains égards, mais très différentes à d'autres. Ils sont les mêmes dans leur objectif global qui est de découpler l'ordinateur rapide de la mécanique lente du disque dur. La principale différence est qu'une écriture implique un changement sur le disque dur alors qu'une lecture ne le fait pas.
En l'absence de mise en cache en écriture, chaque écriture sur le disque dur implique une baisse des performances pendant que le système attend que le disque dur accède à l'emplacement correct sur le disque dur et écrive les données. Cela prend au moins 10 millisecondes sur la plupart des lecteurs, ce qui est long dans le monde informatique et ralentit considérablement les performances lorsque le système attend le disque dur. Ce mode de fonctionnement est appelé mise en cache à écriture immédiate.
Lorsque la mise en cache en écriture est activée et que le système envoie une écriture sur le disque dur, le circuit logique enregistre l'écriture dans son cache beaucoup plus rapide, puis renvoie immédiatement un accusé de réception au système d'exploitation pour l'achèvement du processus. Le reste du système peut alors continuer son chemin sans avoir à attendre que l'actionneur se positionne et que le disque tourne, et ainsi de suite. C'est ce qu'on appelle la mise en cache à écriture différée, car les données sont stockées dans le cache et ne sont réécrites sur les plateaux que plus tard. La fonctionnalité de réécriture améliore bien sûr les performances.
Étant donné que la mémoire cache est volatile, en cas de coupure de courant, son contenu est perdu. S'il y avait des écritures en attente dans le cache qui n'ont pas encore été écrites sur le disque, elles sont perdues pour toujours et le reste du système n'a aucun moyen de le savoir car le disque dur l'indique comme l'achèvement. Par conséquent, non seulement certaines données sont perdues, mais le système ne sait même pas quelles données, ni même ce qui s'est passé. Le résultat final peut être des problèmes de cohérence des fichiers, une corruption du système d'exploitation, etc. En raison de ce risque, dans certaines situations, la mise en cache en écriture n'est pas du tout utilisée.
Cela est particulièrement vrai pour les applications où une intégrité élevée des données est essentielle. Cependant, en raison de l'amélioration des performances qu'offre la mise en cache en écriture, elle est de plus en plus utilisée malgré le risque, et le risque est atténué grâce à l'utilisation de technologies supplémentaires.
La technique la plus courante consiste simplement à s'assurer que l'alimentation ne s'éteint pas. Pour plus de tranquillité d'esprit, les meilleurs disques qui utilisent la mise en cache en écriture ont une fonction de vidage d'écriture qui indique au disque d'écrire immédiatement sur le disque toutes les écritures en attente dans son cache. Il s'agit d'une commande qui serait généralement envoyée avant que les batteries de l'onduleur ne soient épuisées si une coupure de courant était détectée par le système ou juste avant que le système ne soit arrêté pour toute autre raison.
Géométrie de bas niveau du disque dur
Lorsque nous parlons de géométrie de disque dur de bas niveau, nous ne nous sommes pas beaucoup préoccupés de connaître les circuits physiques du disque. Ici, nous allons discuter des termes avec lesquels nous allons traiter maintenant pour comprendre la programmation de dépannage de disque et de récupération de données ci-dessus par la suite.
La géométrie de bas niveau du disque dur est généralement concernée par les termes suivants :
- Suivre
- Cylindre
- Secteur
- Tête ou Côté
Géométrie de bas niveau du disque dur
Les plateaux d'un disque dur ont deux côtés pour enregistrer les données. Chaque surface du plateau comporte des cercles concentriques invisibles, qui sont écrits sur la surface sous forme d'informations magnétiques lors du formatage du disque dur. Ces cercles sont appelés pistes. Toutes les informations stockées sur un disque dur sont enregistrées dans des pistes. Les pistes sont numérotées, à partir de 0, en commençant à l'extérieur du plateau et en augmentant au fur et à mesure que vous entrez.
En ce qui concerne le nombre maximum de pistes et de cylindres, nous en discuterons en détail dans les prochains chapitres. Cependant, pour l'instant, nous pouvons obtenir la connaissance de la géométrie physique de bas niveau d'un nombre maximum de cylindres, de pistes, de têtes (côtés) et de secteurs.
| Name |
Start From |
End Limit |
Total Number |
| Cylinders |
0 |
1023 |
1024 |
| Heads |
0 |
255 |
256 |
| Sectors |
1 |
63 |
63 |
Sur la surface du plateau d'un disque dur, les données sont accessibles en déplaçant les têtes de l'intérieur vers l'extérieur du disque. Cette organisation des données permet un accès facile à n'importe quelle partie du disque, c'est pourquoi les disques sont appelés périphériques de stockage à accès aléatoire.
Piste de géométrie de disque dur de bas niveau
Chaque piste peut contenir des milliers d'octets de données et généralement ce stockage est supérieur à 5000 octets. Par conséquent, si nous faisons d'une piste la plus petite unité de stockage sur le disque, ce sera le gaspillage d'espace disque, car en faisant cela, les petits fichiers ayant une taille inférieure à 5000 octets gaspilleront la quantité d'espace et généralement il est tout à fait possible de avoir un certain nombre de fichiers sur le disque qui sont beaucoup plus petits que cette taille.
Ainsi, faire d'une piste la plus petite unité de stockage fera perdre aux petits fichiers une grande quantité d'espace. Par conséquent, chaque piste est divisée en unités plus petites appelées secteurs. La taille de chaque secteur est de 512 octets c'est-à-dire qu'un secteur peut contenir 512 octets d'informations.
Ainsi, l'unité de base de stockage de données sur un disque dur est le secteur. Le nom secteur fait référence à une section angulaire en forme de tarte d'un cercle, délimitée sur deux côtés par des rayons et le troisième par le périmètre du cercle. Vous pouvez voir une figure logique représentant des secteurs sur une piste donnée ensuite.
Ainsi, sur un disque dur contenant des pistes circulaires concentriques, cette forme définirait un secteur de chaque piste de la surface du plateau qu'elle intercepte. C'est ce qu'on appelle un secteur dans le monde du disque dur est un petit segment le long d'une piste.
Conformément à la norme, chaque secteur d'un disque dur peut stocker 512 octets de données utilisateur. Cependant, le secteur contient en réalité bien plus de 512 octets d'informations. Des octets supplémentaires sont nécessaires pour les structures de contrôle et d'autres informations nécessaires à la gestion du lecteur, à la localisation des données et à l'exécution d'autres fonctions de support.
Les détails exacts de la structure d'un secteur dépendent du modèle de disque et du fabricant. Cependant, le contenu d'un secteur comprend généralement les éléments généraux suivants :
Informations d'identification : conventionnellement, un espace est laissé dans chaque secteur pour identifier le numéro et l'emplacement du secteur. Ceci est utilisé pour localiser le secteur sur le disque et inclut également des informations d'état sur le secteur dans cette zone. Par exemple, un bit est couramment utilisé pour indiquer si le secteur a été marqué comme défectueux et remappé.
Champs de synchronisation : Ils sont utilisés en interne par le contrôleur de lecteur pour guider le processus de lecture.
Données : Les données réelles du secteur.
Codes de correction d'erreurs (ECC) : Les codes de correction d'erreurs sont utilisés pour garantir l'intégrité des données.
Gaps : Les gaps sont essentiellement un ou plusieurs espaceurs ajoutés si nécessaire pour séparer d'autres zones du secteur, ou donner le temps au contrôleur de traiter ce qu'il a lu avant de lire plus de bits.
En plus des secteurs, chacun contenant les éléments décrits, l'espace sur chaque piste est également utilisé pour les informations d'asservissement. La quantité d'espace occupé par chaque secteur pour les éléments généraux est importante, car plus il y a de bits utilisés pour cette gestion, moins il y en a globalement qui peuvent être utilisés pour les données.
C'est la raison pour laquelle les fabricants de disques durs s'efforcent de réduire la quantité d'informations de données non utilisateur qui doivent être stockées sur le disque. Le pourcentage de bits sur chaque disque qui sont utilisés pour les données, par opposition à d'autres éléments décrits précédemment, est appelé efficacité de format. Par conséquent, l'efficacité de formatage plus élevée est une caractéristique attendue d'un lecteur.
Dans la dernière approche pour obtenir une efficacité de format plus élevée de nos jours, les champs d'identification sont supprimés du format de secteur et au lieu d'étiqueter chaque secteur dans l'en-tête de secteur, une carte de format est stockée en mémoire et référencée lorsqu'un secteur doit être localisé .
Cette carte contient également des informations sur les secteurs qui ont été marqués comme défectueux et déplacés là où les secteurs sont relatifs à l'emplacement des informations d'asservissement, etc. Cette approche améliore non seulement l'efficacité du format permettant de stocker jusqu'à 10 % de données en plus sur la surface de chaque plateau, mais améliore également les performances. Étant donné que ces informations de positionnement critiques sont présentes dans la mémoire à grande vitesse, elles sont accessibles beaucoup plus rapidement.
Disque dur hdd hdd conduit la structure des circuits physiques
Chaque plateau du disque dur utilise deux têtes (sauf cas particuliers) pour enregistrer et lire les données, une pour le haut du plateau et une pour le bas. Les têtes qui accèdent aux plateaux sont verrouillées ensemble sur un assemblage de bras de tête, donc toutes les têtes entrent et sortent ensemble, de sorte que chaque tête est toujours physiquement située au même numéro de piste.
C'est la raison pour laquelle il n'est pas possible d'avoir une tête sur la piste 0 et une autre sur la piste 1 000. En raison de cette disposition, souvent l'emplacement de la piste des têtes n'est pas appelé numéro de piste mais plutôt numéro de cylindre.
Un cylindre est essentiellement l'ensemble de toutes les pistes sur lesquelles toutes les têtes sont actuellement situées. Si un disque a quatre plateaux, dans le cas général, il aurait huit têtes. Supposons maintenant qu'il ait le nombre de cylindres 720.
Structure géométrique des circuits physiques du cylindre des disques durs
Il serait composé des huit ensembles de pistes, une par surface de plateau avec les pistes numéro 720. Le nom vient du fait que ces pistes forment un cylindre squelettique car ce sont des cercles de taille égale empilés les uns sur les autres. autre dans l'espace, comme indiqué dans la figure donnée précédemment.
L'adressage des facteurs du disque se fait traditionnellement en se référant aux cylindres, têtes et secteurs (CHS).
Mise en page
Chaque support de stockage doit être formaté avant de pouvoir être utilisé. Les utilitaires utilisés pour le formatage se comportent différemment lorsqu'ils agissent sur des disques durs que lorsqu'ils sont utilisés pour des disquettes. Le formatage d'un disque dur implique les étapes suivantes :
Partitionnement:
Ce processus divise le disque en parties logiques qui attribuent différents volumes de disque dur ou lettres de lecteur.
Le partitionnement du disque dur est l'une des méthodes les plus efficaces disponibles pour organiser les disques durs. Les partitions fournissent un niveau d'organisation plus général que les répertoires et les fichiers. Ils offrent également une plus grande sécurité en séparant les données des systèmes d'exploitation et des applications.
Les partitions vous permettent de séparer les fichiers de données, qui doivent être sauvegardés régulièrement, des fichiers du programme et du système d'exploitation. Le partitionnement devient une nécessité pour le disque dur si vous êtes prêt à charger plus d'un système d'exploitation sur le disque, sinon dans la plupart des cas, il est possible que vous perdiez vos données.
Le premier secteur de tout disque dur contient une table de partition. Cette table de partition n'a de place que pour décrire quatre partitions. Celles-ci sont appelées partitions primaires. L'une de ces partitions principales peut pointer vers une chaîne de partitions supplémentaires. Chaque partition de cette chaîne est appelée une partition logique. Nous discuterons des bases de la partition avec une approche logique en détail, dans les prochains chapitres.
Formatage de haut niveau :
Il définit les structures logiques sur la partition et place au début du disque tous les fichiers du système d'exploitation nécessaires. Cette étape est également une commande au niveau du système d'exploitation.
La commande FORMAT du DOS, c'est-à-dire FORMAT.COM, se comporte différemment lorsqu'elle est utilisée sur un disque dur que lorsqu'elle est utilisée sur une disquette. Les disquettes ont une géométrie simple et standard et ne peuvent pas être partitionnées, de sorte que la commande FORMAT est programmée pour formater automatiquement une disquette de bas niveau et de haut niveau, si nécessaire, mais dans le cas de disques durs, FORMAT ne fera qu'un formatage de haut niveau. format.
Lorsque nous avons terminé le formatage de bas niveau, nous avons un disque avec des pistes et des secteurs mais rien d'écrit dessus. Le formatage de haut niveau est le processus d'écriture des structures du système de fichiers sur le disque qui permet au disque d'être utilisé pour stocker des programmes et des données.
Si vous utilisez DOS, la commande FORMAT (c'est-à-dire FORMAT.COM) effectue ce travail en écrivant des structures telles que les tables d'allocation des fichiers d'enregistrement de démarrage DOS et les répertoires racine sur le disque. Le formatage de haut niveau est effectué après le partitionnement du disque dur.
Capacité de stockage formatée et non formatée
Le stockage total d'un disque dur dépend de la capacité formatée ou non formatée. Une partie de l'espace sur un disque dur est occupée par les informations de formatage qui marquent le début et la fin des secteurs, ECC (Error Correction Codes) et d'autres informations supplémentaires. Pour cette raison, la différence peut être assez importante.
Les disques plus anciens qui étaient généralement formatés de bas niveau par l'utilisateur avaient souvent leur taille indiquée en termes de capacité non formatée.
Par exemple :Prenez le Seagate ST-412, le premier disque utilisé sur l'IBM PC/XT d'origine au début des années 1980. Le "12" dans ce numéro de modèle fait référence à la capacité non formatée du disque de 12,76 Mo. Formaté, il s'agit en fait d'un disque de 10,65 Mo.
La capacité non formatée d'un disque dur est généralement supérieure de 19 % (19 %) à sa capacité formatée. Étant donné que personne ne peut utiliser un disque non formaté, la seule chose qui compte est la capacité formatée et, par conséquent, les disques modernes sont toujours formatés de bas niveau par les fabricants.
La capacité d'un disque dur peut être exprimée des quatre manières suivantes :
- Capacité formatée en millions d'octets
- Capacité formatée en mégaoctets
- Capacité non formatée en millions d'octets
- Capacité non formatée en mégaoctets
Maintenant, si j'ai un disque dur avec C–H–S = 1024*63*63 (Cela signifie que le disque a un nombre de cylindres = 1024, un nombre de têtes ou de côtés = 63 un nombre de secteurs par piste = 63) et chaque secteur ayant 512 octets. La formule qui va calculer la taille du disque est la suivante :
Total Size of the Disk (Bytes) = (Cylinders) X (Heads) X (Sectors) X
(Bytes per Sector) |
Par cette formule, lorsque nous calculons la taille du disque dur donné en octets, ce sera
= 1024 X 63 X 63 X 512
= 2080899072 Bytes
Maintenant, si je calcule la taille de mon disque en millions d'octets, ce sera approximativement
= 2080.899072
~ 2081 millions of byte
Traditionnellement, la taille en millions d'octets est représentée par M. Par conséquent, la taille de mon disque en millions d'octets est d'environ 2 081 M.
Mais quand je dis la capacité de mon disque dur en mégaoctets, ce sera environ 1985 et s'écrira 1985 Meg.
Ainsi, la formule générale pour calculer la capacité du disque en millions d'octets sera la suivante :
Et la formule générale de calcul de la capacité du disque en mégaoctet sera donnée comme suit :
Page modifiée le: 09/03/2022
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