• Le disque dur

    Le disque dur est l'organe de l'ordinateur servant à conserver les données de manière permanente, contrairement à la mémoire vive, qui s'efface à chaque redémarrage de l'ordinateur, c'est la raison pour laquelle on parle parfois de mémoire de masse pour désigner les disques durs.

    Le disque dur

    L’histoire du disque dur

    C’est en 1956 qu’IBM créé le tout premier disque dur baptisé RAMAC, pour Random Access Method Accounting & Control. Il s’agissait d’un disque dur d’une capacité de 5 Mo qui tenait d’ailleurs plus d’une machine que du disque dur tel qu’on le connaît aujourd’hui. Rendez-vous compte, l’ensemble pesait plus d’une tonne et disposait d’un total de 50 plateaux ! Le RAMAC se présentait comme une espèce de jukebox avec une seule tête de lecture et une tête d’écriture pour tous les plateaux. À cette époque IBM mettait à disposition ses solutions sous forme de leasing. Il en coûtait 50 000 dollars par an pour disposer d’un tel disque dur, soit le prix de 17 voitures entrées de gamme de l’époque pour un coût de stockage au mégaoctet de 10 000 dollars ! Malgré tout, IBM a pu installer un parc total d’environ 1000 systèmes. Avec des plateaux de 24 pouces de diamètre, soit environ 60 centimètres, ce disque n’était pas du tout inscrit dans l’ère du PC.

    Le disque dur

    Petit à petit, la technologie évolue et diverses avancées voient le jour : les roulements à billes font leur apparition et les matériaux utilisés pour les têtes de lecture changent également avec l’arrivée des premières têtes à base de ferrite. Au fil du temps, le disque dur continue donc de se développer au point de supplanter les technologies d’enregistrement sur cassette de l’époque. En 1973, IBM sort l’IBM 3340 : il s’agit d’un coffret en deux parties avec un plateau fixe et un disque amovible. Chaque partie avait une capacité de stockage de 30 Mo et les ingénieurs faisaient référence au 30/30 pour désigner ce disque. Pour l’anecdote, un parallèle a été fait à l’époque avec le fusil dit Winchester 30/30 ce qui a valu à l’IBM 3340 d’être surnommé Winchester. L’appellation a la vie dure puisqu’en Russie, un disque dur s’appelle toujours aujourd’hui Winchester !

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    Le disque dur de 1975 à 1991...

    Afin d’améliorer encore les temps d’accès des disques durs, les ingénieurs ont vite cherché à améliorer la distance entre le plateau (la surface sur laquelle les données sont écrites) et la tête (l’ustensile qui lit et écrit les données sur le plateau). À la période des disques Winchester, il était question d’une altitude de tête de 18 microinches. Six ans après l’IBM 3340, soit en 1979, les avancées technologiques permettent aux fabricants de réduire l’altitude à 330 nanomètres. Ce fut pour l’époque un défi technologique certain qui revenait, nous dit-on, à faire voler un 747 à 1 mm du sol. Aujourd’hui l’épaisseur entre le plateau et la tête est généralement comprise entre 8 et 12 nanomètres.

    Parallèlement aux changements de matériaux, les disques durs se miniaturisent. Si les plateaux du RAMAC mesuraient 24 pouces, le 3340 étaient doté de plateaux de 14 pouces. En 1979, sort le premier disque dur utilisant des plateaux de 8 pouces de diamètre, soit environ 20 centimètres. Cette réduction constante du diamètre des plateaux permet de faire passer le disque dur de l’ère de l’ordinateur central, ou mainframe, à celle du PC. Car dans le même temps, International Business Machine sort son tout premier micro-ordinateur. C’était en 1975 et à l’époque la machine ne disposait pas de disque dur. Il faudra attendre 1983 pour que le premier PC soit pourvu d’un disque dur.

    Entre 1975 et 1991, l’industrie du disque dur suit la loi de Moore alors que le coût financier des disques est divisé par cinq. Durant cette période, la densité des disques est multipliée par deux tous les 18 mois. En 1982, Hitachi lance un disque dur assez exceptionnel pour l’époque : le H8598. Il s’agit du tout premier disque dur à atteindre le gigaoctet avec une capacité de 1,2 Go. Le H8598 est à l’époque composé de dix plateaux de 14 pouces et de deux têtes de lecture/écriture. Deux années auparavant, le premier disque dur 5"1/4 faisait son apparition et offrait un espace de stockage de 5 Mo ! Il faudra attendre 1985 pour voir apparaître le premier disque dur au format 3"1/2 qui aujourd’hui encore reste le format standard. À cette époque, la capacité moyenne des disques durs est de 10 Mo. Quelques années plus tard, en 1991, apparaissent les premiers disques durs 2"1/2 avec la naissance du marché des ordinateurs portables.

     

    De 1991 à nos jours : toujours plus gros mais toujours plus petits !

    Afin d’accompagner la miniaturisation des disques, de nouvelles têtes de lecture/écriture dites magnétorésistives apparaissent en 1991 pour permettre d’augmenter la densité sans toucher au format du disque. Elles seront remplacées plus tard par les têtes GMR, Giant MagnetoResistive. C’est une fois de plus IBM qui met en place cette technologie, et ce, dès 1997, avec pour résultat la poursuite de la course à la densité. Grâce aux GMR, l’industrie du disque dur dépasse la loi de Moore, avec un doublement de la densité tous les 12 mois.

    En 1999 IBM, encore lui, sort le MicroDrive : il s’agit du premier disque dur dont le diamètre est de 1 pouce. Plus petit qu’une boîte d’allumettes, le MicroDrive stockait à l’époque 340 Mo. Mois après mois, IBM a fait évoluer son MicroDrive afin de corriger son principal défaut, sa fragilité. Les ingénieurs de la firme inversent ainsi la position du plateau pour améliorer la résistance aux chocs tout en améliorant la densité et en réduisant la consommation électrique. En rachetant l’activité disque dur d’IBM, le Nippon Hitachi a poursuivi les efforts engagés dans le développement des MicroDrive et ceux-ci atteignent aujourd’hui une capacité de 8 Go.

    La double accélération de la densité et de la miniaturisation contribue à faire passer l’industrie du disque dur de l’ère du PC à celle de l’électronique grand public. De nouvelles applications sont en effet rendues possibles avec les caméscopes, les lecteurs MP3, les platines enregistreurs de salon, etc. Toutefois dans le cas des baladeurs MP3, Nicolas Frapard d’Hitachi Global Storage reconnaît volontiers qu’une partie du marché a été prise par la mémoire flash. Si Hitachi avait six ans d’avance technologique sur ses concurrents avec le MicroDrive, l’explosion des mémoires flash lui a fait du tort. En revanche, le très profitable marché des baladeurs vidéos reste sur des disques 1 pouce ou 1,8 pouce, une bonne nouvelle pour Hitachi et les autres fabricants du secteur.

     

    Et demain ?

    En quelque cinquante années d’existence, le disque dur a vu sa capacité passer de 5 Mo à 500 Go alors que le coût au mégaoctet a été divisé par dix millions ! La tendance n’est apparemment pas prête de s’inverser, les analystes prédisant que dans les 5 prochaines années il se vendra plus de disques durs que sur les 50 dernières. En 2009, le cabinet IDC estime qu’un disque dur sur quatre sera vendu pour une autre application que l’informatique pure et dure. Hitachi annonce d’ailleurs qu’il travaille avec deux des quatre acteurs majeurs de la télévision numérique en France.

    Pour Nicolas Frapard d’Hitachi Global Storage, nous sommes en pleine période de révolution technologique. Si la plupart des disques utilisent encore la technologie d’enregistrement LMR (Longitudinal Magnetic Recording) celle-ci atteint ses limites et l’avenir est au PMR (Perpendicular Magnetic Recording) également appelé P-Recording. Avec cette technologie, la surface occupée par chaque bit de données sur le plateau du disque dur est réduite ce qui permet in fine d’augmenter encore la densité. Hitachi évoque pour ses produits une densité surfacique de 345 Gigabits par pouce carré, mais certains acteurs comme InPhase en seraient déjà à 515 Gigabits par pouce carré, soit environ 64,375 Go ! Mais la division stockage d’Hitachi en est toutefois à ses tous premiers pas en matière d’enregistrement perpendiculaire, Seagate semblant en avance. Ainsi, il n’existe qu’un seul disque dur de type PMR chez Hitachi, un modèle 2"1/2 pouces. Le fabricant prévoit toutefois de proposer cette technologie sur ses disques durs 3"1/2 pouces et 1 pouce.

    Sur les dix prochaines années, la technologie PMR devrait permettre de multiplier par 50 la capacité de stockage. Hitachi évoque des disques de 25 Téraoctets pour 2016. Naturellement le PMR ne sera pas la seule technologie mise en œuvre pour atteindre une telle capacité... Les ingénieurs du groupe planchent en effet sur le Pattern Media qui consisterait à utiliser 1 ou 2 grains magnétiques pour stocker un bit contre 100 actuellement. Il s’agirait également d’isoler les bits pour éviter les problèmes de polarisation : en les encapsulant, on améliore la densité sans trop de problèmes thermiques. L’autre technologie en cours de développement chez Hitachi est le Thermally Assisted Recording qui consiste à chauffer le plateau, via un laser, au moment de l’écriture afin de fixer la polarisation et d’augmenter encore la densité. Selon Hitachi, la technologie Pattern Media sera mise en place avant le Thermally Assisted Recording, car elle est économiquement plus viable.

    Sources

     

    Les différents disques durs

    Disque dur USB

    Avec l'apparition de la norme USB, des boîtiers externes permettant de connecter un disque dur sur un port USB ont fait leur apparition, rendant le disque dur facile à installer et permettant de rajouter de la capacité de stockage pour faire des sauvegardes. On parle ainsi de disque dur externe par opposition aux disques durs internes branchés directement sur la carte mère, mais il s'agit bien des mêmes disques, si ce n'est qu'ils sont connectés à l'ordinateur par l'intermédiaire d'un boîtier branché sur un port USB.

    Le disque dur

     

    Le disque virtuel (Ram Disque)

    Le disque virtuel est un artifice qui permet d’émuler une partition d'un disque dur à partir d’un espace alloué en mémoire centrale. Sa création, son effacement et son accès se font par le biais d’appels systèmes (le noyau doit contenir les pilotes adéquats). Les temps d’accès sont extrêmement rapides, en revanche, par nature, la capacité d'un tel disque virtuel ne peut excéder la taille de la mémoire centrale.

    Les données étant perdues si la mémoire n’est plus alimentée électriquement, on écrit en général sur un disque virtuel des fichiers en lecture seule, copies de données sur disque, ou des fichiers intermédiaires dont la perte importe peu.

     

    Microdrive

    Le microdrive a été créé par IBM. Il a été développé puis commercialisé en 1999 pour répondre aux besoins des baladeurs numériques et surtout de la photographie numérique.

    Le disque dur

    Le microdrive a les dimensions d’une carte mémoire CompactFlash et est utilisé de la même manière. Sa capacité varie de 170 Mo à 8 Go. Ce disque a une capacité supérieure à une carte mémoire, mais est plus cher (mécanique de précision avec systèmes antichocs), plus fragile et consomme davantage d’électricité à cause de son micromoteur.

    Ce disque est principalement utilisé dans les appareils photos professionnels et dans certains lecteurs MP3 en raison de sa capacité importante.

    Depuis environ 2007, ce type de disque dur est en concurrence frontale avec les mémoires flash, qui sont moins sensibles aux chocs, car faites d’électronique pure et dont le prix diminue sans cesse.

     

    Les concurrents du disque dur classique

    Le Solid State Drive

    Un SSD (pour Solid State Drive) a extérieurement l’apparence d’un disque dur classique, y compris l’interface, mais est 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 inférieure36, mais lors de leur introduction, 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, 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 2009, on trouve des modèles de 128 Go à des prix d’environ 350 $ ce qui reste nettement plus cher qu’un disque dur,
    • Mi 2011, on trouve des SSD de 128 Go à moins de 200 euros, et la capacité des SSD disponibles dépasse désormais 1 To.
    • Fin 2012, on trouve des SSD de 128 Go aux alentours des 75 euros.

     

    Le disque dur hybride

    À mi-chemin entre le disque dur et le SSD, les disques durs hybrides sont des disques magnétiques classiques accompagnés d’un petit module de mémoire Flash et d'une mémoire "tampon" (8, 16, 32, 64 mégas...).

    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.

    Lorsqu’un ordinateur portable équipé d’un disque hybride a besoin de stocker des données, en fait, il les range temporairement dans la mémoire Flash ce qui évite aux pièces mécaniques de se mettre en route.

    L’utilisation de la mémoire Flash devrait permettre d’améliorer de 20 % les chargements et le temps de démarrage des PC. Les PC portables devraient quant à eux profiter d’une augmentation d’autonomie de 5 à 15 %, ce qui pourrait se traduire par un gain de 30 minutes sur les dernières générations de PC portables

     

    Structure du disque dur

    Un disque dur est constitué non pas d'un seul disque, mais de plusieurs disques rigides (en anglais hard disk signifie disque dur) en métal, en verre ou en céramique, empilés à une très faible distance les uns des autres et appelés plateaux (en anglais platters).

    Les disques tournent très rapidement autour d'un axe (à plusieurs milliers de tours par minute actuellement) dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Un ordinateur fonctionne de manière binaire, c'est-à-dire que les données sont stockées sous forme de 0 et de 1 (appelés bits). Il existe sur les disques durs des millions de ces bits, stockés très proches les uns des autres sur une fine couche magnétique de quelques microns d'épaisseur, elle-même recouverte d'un film protecteur.

    La lecture et l'écriture se fait grâce à des têtes de lecture (en anglais heads) situées de part et d'autre de chacun des plateaux. Ces têtes sont des électro-aimants qui se baissent et se soulèvent pour pouvoir lire l'information ou l'écrire. Les têtes ne sont qu'à quelques microns de la surface, séparées par une couche d'air provoquée par la rotation des disques qui crée un vent d'environ 250km/h ! De plus ces têtes sont mobiles latéralement afin de pouvoir balayer l'ensemble de la surface du disque.

    Cependant, les têtes sont liées entre elles et une tête seulement peut lire ou écrire à un moment donné. On parle donc de cylindre pour désigner l'ensemble des données stockées verticalement sur la totalité des disques.

    L'ensemble de cette mécanique de précision est contenu dans un boîtier totalement hermétique, car la moindre particule peut détériorer la surface du disque. Vous pouvez donc voir sur un disque des opercules permettant l'étanchéité, et la mention "Warranty void if removed" qui signifie littéralement "la garantie expire si retiré" car seuls les constructeurs de disques durs peuvent les ouvrir (dans des salles blanches, exemptes de particules).

     

    Formats

    Les dimensions des disques durs sont normalisées :

    Le disque dur

    • 19 pouces pour les anciens disques (à interface SMD) ;
    • 8 pouces : génération suivante, permettant de mettre deux disques sur une largeur de baie ;
    • 5,25 pouces : format apparu en 1980 avec le ST-506, on le trouve aussi en demi-hauteur ;
    • 3,5 pouces est la taille standard depuis de nombreuses années ;
    • 2,5 pouces pour les ordinateurs portables à l’origine et installé sur certains serveurs depuis 2006, et qui est le format des Solid-state drives ;
    • 1,8 pouce pour les baladeurs numériques, les ordinateurs ultraportables, certains disques durs externes.

    De plus petits disques existent mais entrent dans la catégorie des microdrives, avec une taille de 1 pouce.

    Les formats normalisés précédents sont définis d’après la taille des plateaux. Il existe aussi une normalisation de la taille des boîtiers pour permettre aux disques durs de tous les manufacturiers de s’insérer dans tous les ordinateurs.

     

    Fabricants

    Le nombre de fabricants de disques durs est assez limité de nos jours, en raison de divers rachats ou fusions d’entreprises, voire l’abandon par certaines entreprises de cette activité.

    Les fabricants mondiaux restant sont :

    • Western Digital,
    • Seagate,
    • Toshiba.

    Les fabricants historiques sont :

    • Samsung - activité disques dur rachetée par Seagate en avril 2011 pour un montant de 1,375 milliard de dollars,
    • Conner Peripherals,
    • Hewlett-Packard,
    • Hitachi GST, racheté par Western Digital en mars 2011,
    • IBM - l'activité disque dur IBM a été acquise par Hitachi en janvier 2003,
    • Maxtor - racheté par Seagate en décembre 2005,
    • Micropolis - La société a fermé en novembre 1997,
    • Miniscribe - Il fit faillite et racheté par Maxtor en 1990,
    • NEC,
    • Quantum - racheté par Maxtor en avril 2001,
    • Storage Technology,
    • Cornice - faillite en 2007,
    • Fujitsu - racheté par Toshiba en 2009.

     

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  • Commentaires

    1
    Jeudi 19 Mai 2016 à 12:24

    Article pertinent

     

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