Un disque dur, parfois abrégé DD, HD ou HDD, est une mémoire de masse magnétique utilisée principalement dans les ordinateurs, mais également dans les baladeurs numériques, les caméscopes, les lecteurs/enregistreurs de DVD de salon, les consoles de jeux vidéo, etc.
Inventé en 1956, le premier système de disque dur s’appelle l’IBM 350. Il est utilisé dans le RAMAC (Ramac pour « Random Access Method of Accounting and Control »).
le disque dur a fait l’objet d’évolutions de capacité et de performances considérables, tout en voyant son coût diminuer, ce qui a contribué à la généralisation de son utilisation, particulièrement, dans l’informatique.
En 2011, le besoin du marché en disques durs était évalué à 700 millions d’unités par an.
Capacité de stockage
Les disques durs ayant les capacités les plus importantes sur le marché dépassent les 2 To (téraoctets) (2010) et 3 To en 2011. La capacité des disques durs a augmenté beaucoup plus vite que leur rapidité, limitée par la mécanique. Le temps d’accès en lecture est lié à la vitesse de rotation du disque et au temps de positionnement des têtes de lectures. En revanche le débit d’informations est d’autant meilleur que la densité du disque et la vitesse de rotation sont élevées.
Premier disque de 200 Go 2,5″ sur un seul plateau en avril 2007 (Toshiba) ;
Premier disque de 1 To 2,5″ en août 2009 (Western Digital Scorpio Blue WD10TEVT).
En 2015, 10 To sur un disque 3.5″ (HGST Ultrastar He 10)
Mécanique et Tête de lecture/écriture
Un disque dur typique contient un axe central autour duquel les plateaux tournent à une vitesse de rotation constante. Toutes les têtes de lecture/écriture sont reliées à une armature qui se déplace à la surface des plateaux, avec une ou deux têtes par plateau (une tête par face utilisée). L’armature déplace les têtes radialement à travers les plateaux pendant qu’ils tournent, permettant ainsi d’accéder à la totalité de leur surface.
Les disques fonctionnent à vitesse constante, plus basse que la vitesse standard de 7 200 tr/min (soit 5 400 tr/min pour Western Digital et 5 900 tr/min pour Seagate).
Les disques sont composés d’un substrat, autrefois en aluminium (ou en zinc), de plus en plus souvent en verre, traité par diverses couches dont une ferromagnétique recouverte d’une couche de protection.
Les Plateaux
Les plateaux sont solidaires d’un axe sur roulements à billes ou à huile. Cet axe est maintenu en mouvement par un moteur électrique. La vitesse de rotation est actuellement (2013) comprise entre 3 600 et 15 000 tours par minute (les valeurs typiques des vitesses sont3 600, 4 200, 5 400, 7 200, 10 000 et 15 000 tr/min).
Cces disques fonctionnent bien à vitesse constante, plus basse que la vitesse standard de 7 200 tr/min (soit 5 400 tr/min pour Western Digital et 5 900 tr/min pour Seagate). L’état de surface doit être le meilleur possible.
Tête de lecture/écriture
Fixées au bout d’un bras, elles sont solidaires d’un second axe qui permet de les faire pivoter en arc de cercle sur la surface des plateaux. Toutes les têtes pivotent donc en même temps. Il y a une tête par surface. Leur géométrie leur permet de voler au-dessus de la surface du plateau sans le toucher : elles reposent sur un coussin d’air créé par la rotation des plateaux. En 1997, les têtes volaient à 25 nanomètres de la surface des plateaux ; en 2006, cette valeur est d’environ 10 nanomètres.
Le moteur qui les entraîne doit être capable de fournir des accélérations et décélérations très fortes. Un des algorithmes de contrôle des mouvements du bras porte-tête est d’accélérer au maximum puis de freiner au maximum pour que la tête se positionne sur le bon cylindre. À l’arrêt, les têtes doivent être parquées, soit sur une zone spéciale (la plus proche du centre, il n’y a alors pas de données à cet endroit), soit en dehors des plateaux.
Si une ou plusieurs têtes entrent en contact avec la surface des plateaux, cela s’appelle un « atterrissage » et provoque le plus souvent la destruction des informations situées à cet endroit. Une imperfection sur la surface telle qu’une poussière aura le même effet. La mécanique des disques durs est donc assemblée en salle blanche et toutes les précautions (joints, etc.) sont prises pour qu’aucune impureté ne puisse pénétrer à l’intérieur du boîtier (appelé « HDA » pour « Head Disk Assembly » en anglais).
Électronique
Elle est composée d’une partie dédiée à l’asservissement des moteurs et d’une autre à l’exploitation des informations électriques issues de l’interaction électromagnétique entre les têtes de lecture et les surfaces des plateaux. L’électronique permet également de corriger les erreurs logicielles (erreur d’écriture).
Contrôleur de disque
Il s’agit de l’ensemble électronique qui contrôle la mécanique d’un disque dur. Son role est de piloter les moteurs de rotation, de positionner les têtes de lecture/enregistrement, et d’interpréter les signaux électriques reçus de ces têtes pour les convertir en données exploitables ou d’enregistrer des données à un emplacement particulier de la surface des disques composant le disque dur.
Performances
Le temps d’accès et le débit d’un disque dur permettent d’en mesurer les performances. Les facteurs principaux à prendre en compte sont :
le temps de latence : facteur de la vitesse de rotation des plateaux. Le temps de latence (en secondes) est égal à 60 divisé par la vitesse de rotation en tours par minute. Le temps de latence moyen est égal au temps de latence divisé par deux (car on estime que statistiquement les données sont à un demi-tour près des têtes).
le temps de recherche (en anglais seek time) : temps que met la tête pour atteindre le cylindre choisi. C’est une moyenne entre le temps piste à piste, et le plus long possible (full-stroke) ;
le temps de transfert : est le temps que vont mettre les données à être transférées entre le disque dur et l’ordinateur par le biais de son interface.
Pour estimer le temps de transfert total, on additionne les trois temps précédents.
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Les concurrents du disque dur classique
Le Solid State Drive
Un SSD (pour Solid State Drive) peut avoir extérieurement l’apparence d’un disque dur classique, y compris l’interface, ou avoir un format plus réduit (mSATA, mSATA half-size, autrement dit demi-format) mais est dans tous les cas constitué de plusieurs puces de mémoire flash et ne contient aucun élément mécanique.
Par rapport à un disque dur, les temps d’accès sont très rapides pour une consommation généralement inférieure, mais lors de leur lancement, leur capacité était encore limitée à 512 Mo et leur prix très élevé.
Depuis 2008, on voit la commercialisation d’ordinateur portable (généralement des ultra portables) équipés de SSD à la place du disque dur, par la plupart des grands constructeurs (Apple, Acer, Asus, Sony, Dell, Fujitsu, Toshiba, etc.). Ces modèles peuvent être utilisés par exemple dans un autobus, ce qui serait déconseillé pour un modèle à disque dur physique, la tête de lecture risquant alors d’entrer en contact avec le disque et d’endommager l’un et l’autre.
Comme toute nouvelle technologie les caractéristiques évoluent très rapidement : en 2017, on trouve des SSD de 1 To pour moins de 300 euros.
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À mi-chemin entre le disque dur et le SSD, les disques durs hybrides (SSHD) sont des disques magnétiques classiques accompagnés d’un petit module de mémoire Flash (8 à 64 Go selon le fabricant) et d’une mémoire cache (8 à 64 Mo selon le fabricant).
Développé en priorité pour les portables, l’avantage de ces disques réside dans le fait de réduire la consommation d’énergie, d’augmenter la vitesse de démarrage et d’augmenter, enfin, la durée de vie du disque dur.
Source du résumé
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