Disque dur (mémoire dur)

Comme je le disais avant, la mémoire vive est à mettre en opposition à la mémoire de masse. Cette dernière est non-volatile (les données persistent même sans alimentation électrique) et bien plus lente que la RAM. Son représentant le plus courant est bien sûr le disque dur, que l’on abrège très souvent HDD.Le disque dur sert ainsi de mémoire « à long terme » des données contenues dans l’ordinateur. C’est lui qui stocke vos documents, photos, musiques, vidéos, etc. Il contient également les fichiers systèmes de votre OS (système d’exploitation).

Structure et fonctionnement d’un disque dur

Structure globale

Un disque dur est composé de plusieurs plateaux superposés, tournant autour d’un même axe. Les données sont stockées sur l’une des deux faces de chaque plateau ou bien sur les deux selon les modèles. Pour lire ou écrire sur ces plateaux, le disque est équipé de têtes de lecture/écriture, une par face de plateau utilisée. S’il y a trois plateaux double-faces par exemple, il y aura donc six têtes.

Les têtes se déplacent sur un arc de cercle à la surface des plateaux. Ce mouvement combiné à celui de la rotation des plateaux permet aux têtes d’accéder à la totalité de la surface inscriptible.

L’espace entre une tête de lecture et son plateau est extrêmement petite : environs 10 nanomètres (soit  mètre). Pour vous donner un ordre d’idée, un cheveu a un diamètre d’environ 50 micromètres (soit  mètre). Un cheveu est donc environ 5000 fois plus épais que l’espace entre une tête et son plateau ! Vous imaginez donc bien l’effet dévastateur d’une poussière qui se promènerait sur un plateau… Mais pas d’inquiétude, les disques durs sont protégés et hermétiques. Ils restent fragiles bien sûr, mais on peut tout de même les manipuler normalement sans aucun problème.

Pistes, secteurs, cylindres et clusters

Les têtes ne sont pas indépendantes les unes des autres. Elles se déplacent toutes en même temps, sur le même arc de cercle, et sont ainsi toujours superposées les unes aux autres.

Tout simplement parce que les données sont inscrites sur le disque d’une façon tout à fait particulière, un petit morceau de fichier sur chaque plateau. Pour bien comprendre, je dois vous présenter la façon dont sont découpés les plateaux du disque.

Tout d’abord, chaque plateau est composé de pistes, que l’ont peut considérer comme des cercles concentriques. Chaque piste est à son tour divisée en petites sections, appelées secteurs, que l’on peut voir cette fois comme des arcs de cercle.

Voilà pour le découpage d’un plateau. Mais comme nous l’avons vu tout à l’heure, un disque contient plusieurs plateaux superposés. Je fais donc appel à vos souvenirs de géométrie et vous pose la question : que forment des cercles empilés les uns au-dessus des autres ? Vous avez trouvé ? Des cylindres bien sûr ! C’est ainsi qu’on appelle la section d’un disque dur formée par les pistes « voisines » (en hauteur) sur les différents plateaux.

Le regroupement d’un certain nombre de secteurs forme ce qu’on appelle un cluster (ou bloc). Ce nombre dépend du système de fichier utilisé pour formater le disque dur (ou une partition de celui-ci).

Le bloc est la plus petite unité de stockage d’un système de fichier. Autrement dit, du point de vue du système de fichiers, un fichier enregistré sur le disque occupe nécessairement au moins un bloc, même s’il est plus petit que la taille d’un bloc.

Prenons l’exemple d’un système de fichiers quelconque dont la taille de bloc serait de 4 ko. Un fichier de 13 ko occupera alors quatre blocs :

• trois blocs « pleins » (4 ko chacun) ;
• et un bloc « partiellement rempli » (1 ko sur les 4 possibles).

Au final, nos 13 ko sont répartis sur les 16 ko disponibles, 3 ko sont donc perdus. Cette perte est normale et est fort heureusement négligeable à l’usage grâce aux algorithmes des systèmes de fichiers actuels, mais il est toujours bon de la connaître.

 

Caractéristiques importantes

Tournent les plateaux !

La structure d’un disque dur est impressionnante. Elle l’est d’autant plus quand on sait que tout cela est en rotation à une vitesse très élevée ! En effet, les plateaux sont en continuelle rotation lors du fonctionnement d’un disque dur. Ils le sont à une vitesse constante, appelée vitesse de rotation, exprimée en tours par minute (tpm ou rpm, c’est la même chose).

Cette vitesse est une des caractéristiques les plus importantes des disques durs car plus elle est élevée, plus l’accès aux données (en lecture ou en écriture) sera rapide. En effet, les têtes de lecture/écriture doivent régulièrement « attendre » que les plateaux arrivent dans la bonne position pour pouvoir accéder aux données. S’ils tournent plus vite, les têtes attendent moins longtemps. Logique.

Aujourd’hui, on distingue principalement deux vitesses de rotation : 5400 ou 7200 tours par minutes. Les disques en 7200 rpm sont bien sûr à privilégier pour des accès plus rapides.

Attention cependant à un point : qui dit vitesse de rotation plus élevée dit aussi usure plus rapide. Un disque en 7200 rpm risque donc (même si c’est à relativiser bien évidemment) de tomber en panne plus rapidement qu’un 5400 rpm. Si votre disque doit contenir des données importantes, il peut être préférable d’opter pour un disque moins rapide mais plus robuste. Quoi qu’il en soit, faire des sauvegardes est toujours nécessaire !

Format, densité surfacique et nombre de plateaux

S’il y a une caractéristique simple concernant les disques durs, c’est bien le format ! Il n’y a pas trente-six solutions mais principalement deux : 2,5 pouces; ou 3,5 pouces; (le format se mesure en pouces). Les disques durs 2,5 pouces; sont destinés aux ordinateurs portables alors que leurs grands frères sont utilisés pour les PC de bureau. On trouve également des disques de 1,8 pouces; mais ils sont utilisés dans des cas bien particuliers (tels que les baladeurs). Bref, les disques les plus petits pour les appareils les plus petits, c’est logique, c’est simple.

Une autre caractéristique importante est indirectement liée au format : la densité surfacique. Cette dernière détermine la quantité de données par unité de surface. Autrement dit, plus la densité surfacique est élevée, moins les têtes de lecture/écriture ont besoin de se déplacer pour accéder aux données. Il faut donc qu’elle soit le plus élevée possible.

La densité surfacique est donc le ratio entre la quantité de données et la surface de disque. À format et capacité égaux, on pourrait donc imaginer que la densité surfacique est constante selon les disques. Mais c’est sans compter un paramètre souvent oublié : le nombre de plateaux. En effet (toujours à format et capacité égaux), plus le nombre de plateaux sera élevé, plus la densité surfacique sera faible. Les données sont d’avantages « éparpillées » sur le disque s’il dispose de trois plateaux, plutôt que de deux. Cela implique que les têtes ont plus de travail et que par conséquent, le disque est moins rapide.

Mémoire cache

Mais même avec une densité surfacique très élevée, le disque dur reste un élément mécanique et par conséquent très lent. Cela est fortement pénalisant, notamment pour le fonctionnement du système d’exploitation qui accède en permanence à plusieurs petits fichiers. Faire se déplacer les têtes de lectures pour ces fichiers à chaque fois qu’ils sont sollicités rendrait le système trop peu réactif. Pour pallier à ce problème, la plupart des disques durs possèdent une petite mémoire cache, capable de stocker les données les plus souvent utilisées.

Cette mémoire est électronique (ce n’est donc pas la tête de lecture qui s’en occupe) et donc très rapide. Ainsi, les petits fichiers fréquemment utilisés sont toujours sous le coude du disque dur, qui peut laisser les têtes de lecture vaquer à leurs occupations. Aujourd’hui, la plupart des disques durs possèdent une mémoire cache de 32 Mo, voir 64 Mo. Dans les faits, au-delà de 16 Mo, le gain de réactivité est négligeable. Ce n’est donc pas un critère de la plus haute importance lorsque l’on choisit son disque dur.

Capacité

Enfin (et surtout), la capacité du disque dur est bien sûr un critère important. 250 Go, 500 Go, 1 To (soit 1000 Go)… vous trouverez des disques durs de toutes les tailles ! Bien sûr, au sein d’une même gamme, le prix augmente avec la capacité. Attention tout de même, au-delà de 3 To, à ce que votre système d’exploitation soit capable de gérer une telle quantité de mémoire (avec Windows, il vous faudra par exemple Vista au minimum).

 

Connectiques et débits

Comment SATA aujourd’hui ?

Nous en parlions dans le chapitre sur la carte mère, deux connecteurs principaux existent pour brancher un disque dur : IDE (également appelé ATA ou PATA) et SATA. Les ports IDE impliquent la présence de larges nappes gênant la circulation de l’air dans l’unité centrale (et donc limitant le refroidissement des composants). De plus, leur débit théorique est plus faible que celui des ports SATA. Tout cela fait donc que l’on assiste aujourd’hui à une disparition progressive des ports IDE au profit des ports SATA.

Il existe principalement trois normes SATA, sobrement nommées SATA I, SATA II et SATA III. Ce sont des évolutions successives de la norme, ayant pour but (entre autres) d’améliorer le débit, c’est-à-dire la quantité de données pouvant être lue ou écrite par seconde.

Norme	Débit théorique / débit réel (Mo/s)
SATA I	187 / 150
SATA II	350 / 300
SATA III	700 / 600

Pour information, le débit théorique maximum en IDE (ATA-7, dernière norme en date) était de seulement 133 Mo/s. Vous voyez la différence. Plus rares, on trouve également des disques durs en SCSI (débits jusqu’à 64 Mo/s) ou SAS(jusqu’à 600 Mo/s).

Alimentation électrique

Pour fonctionner, un disque dur a besoin d’une alimentation électrique. Celle-ci est assurée par le boîtier d’alimentation, que nous verrons dans un prochain chapitre. Pour l’instant, nous allons nous contenter de voir les connecteurs utilisés pour alimenter le disque dur.

Pour les disques en IDE, on utilise une prise MOLEX, branchée à côté du port IDE :

Pour les disques en SATA, l’alimentation électrique est faite en… SATA. Oui, les ports utilisés pour les données et l’alimentation sont définis par la même norme et ont ainsi le même nom. Pour les différencier, le port d’alimentation est plus large que celui des données. Voici un petit schéma résumant les choses :

Certains disques en SATA disposent également d’une prise MOLEX, comme on peut le voir ci-dessus, afin de pouvoir être utilisés avec un boîtier d’alimentation ne proposant que des connecteurs MOLEX. Il existe toutefois des adaptateurs MOLEX → SATA si besoin.