FLAMENT FRANCOIS MARS 2005 Les disques durs

Présentation: 1)Petit historique. 2)Partie mécanique des disques durs. 3)Stockage de l’information. 4)Les types de connexion. 5)Les types de disques durs. 6)Le formatage. 7)La technologie raid. 8)Conclusion.

Petit historique Les ancêtres des disques durs étaient des cartes perforées et des bandes magnétiques. -les cartes perforées : breveté par IBM, ces cartes étaient dites à 80 colonnes. Il s’agissait d une feuille de bristol de forme rectangulaire où les caractères étaient traduits par des perforations rectangulaires. La lecture de ces cartes se faisait à l’aide d’une aiguille qui passait en revue les lignes et les colonnes de la carte. De l’autre côté de la carte se trouvait un bac contenant du mercure. Quand l’aiguille touchait le mercure, le courant transmis dans l’aiguille passait et fermait le circuit, ce qui voulait dire qu il y avait présence d’un trou.

En 1956, IBM construisit le premier véritable disque dur, le RAMAC 305(= Random Access Method of Accounting and Control). Il n’était constitué que de 50 disques de 61 cm de diamètre et ne stockait que 5 mégaoctets de données.Son débit de transfert était de 8,8 kilooctets par seconde. De plus, il avait une taille équivalente à deux frigos. Plus tard, en 1973, IBM réussit à construire un autre type de disque dur dit de Winchester, où la tête planait au-dessus de la surface du disque sans la toucher. Mais c’est seulement 20 ans plus tard que la société Seagate proposait un disque dur de 5 mégaoctets aussi mais à un prix plus démocratique. De nos jours, on peut déjà trouver des disques de 80 ou 120 gigaoctets sur les marchés informatiques.

Deux photos de ramac 305.

Partie mécanique Divisé en deux parties: Le bloc bras-têtes Les plateaux

Le plateau. -sa fonction=le stockage des infos se fait en grande partie sur ceux-ci. -est fait en= aluminium ou en verre. -son diamètre est de= 3,5 ou 2,5 pouces. -fixés à un axe, pour augmenter la capacité du disque. -ces plateaux sont recouverts sur les deux faces d’oxyde de fer magnétisable.

-Ces plateaux sont divisés eux-mêmes en pistes qui sont encore divisées en secteur. -Beaucoup de pistes ont une capacité de stockage de 50000 octets. -Chaque secteur a une capacité de 512 octets et est numéroté en commençant par 1 contrairement aux têtes et aux cylindre qui eux sont numérotés à partir de 0. Attention à la capacité de stockage des secteur.(571 en réalité). De plus, ces secteurs sont définis par : -une zone de préfixe qui détermine le début du secteur ainsi que son numéro. -une zone de suffixe qui contient une somme de contrôle appelée CRC(=Cyclical Redundancy Clock) qui a pour rôle de garantir l’intégrité des données stockées

Le bloc bras-têtes. -Les plateaux du disque tourne à vitesse constante Le bloc bras-têtes. -Les plateaux du disque tourne à vitesse constante. Pour lire ou écrire, les têtes viennent se positionner au-dessus du plateaux. -Ces têtes sont fixées à un axe ce qui fait que le déplacement des têtes se fait simultanément. La vitesse des plateaux sont énormes. De l’ordre de millier de tours par minutes.  pas de poussières aussi non crash. -hauteur de vol des têtes est de 0,2 microns.

Les têtes de lecture. 1)ferrite : actuellement démodé, elle se présentait comme une sorte d’aimant en forme de U. 2)MIG : Il s’agit de l’abréviation de Metal-In-Grap. Egalement démodé, elle était malgré tout assez proche de la ferrite mais elle était constitué d’un alliage nettement plus sensible. 3)Tête dite inductive : celle-ci n’était constitué que d’un seul électroaimant. 4)MR : cela veut dire magnéto-résistive. Il s’agit en fait d’un modèle qui utilise deux têtes. Pour la lecture, on utilise une tête MR et pour l’écriture on utilise une tête inductive. 5)MGR : qui signifie Giant Magneto-résistive : ceci est une évolution des têtes précédentes.

-Contrôle des plateaux : -La mise en rotation des disques durs se fait par l’intermédiaire d’un moteur à aimant, autopiloté grâce à des capteurs magnétiques. Pour un meilleur gain de place, il est intégré à l’intérieur de l’empilement de disques. -En 2004, la vitesse moyenne de rotation par minute sur certains disques durs était de 7200 tours/min, pouvant atteindre 10000 voire 15000 tours/min sur certains disques durs.  Les roulements sont fait de paliers hydrodynamiques, qui permettent d’avoir une mise en rotation sans contact : il n ' y a donc plus d’usure ni d’échauffement et le bruit a été réduit.

Déplacement des têtes de lecture La tête ou plutôt les têtes sont fixées au bout d’un bras qui se déplace au-dessus de la surface des plateaux. Le bras est guidé en rotation grâce à un roulement à billes. Il est mis en mouvement par un vérin électromagnétique. Quand le disque est à l’arrêt, les têtes reposent sur la surface des plateaux dans une zone inutilisée qui s’appelle le parcage.

-Enregistrement des données : enregistrement transversal  :

 Enregistrement longitudinal

 Enregistrement vertical

Stockage de l’information mode de codage : a) FM ou frequency modulation: -deux signaux étaient utilisés pour coder un 0 ou un 1. b) MFM ou modified frequency modulation: -polarisation au milieu du temps de base pour une information de type 1 et au signal de l’horloge si deux 0 se suivent c) RLL ou run lenght limited.

Algorithmes d'ordonnancement. 1.Ordonnancement dans l'ordre d'arrivée. FIFO -les demandes dans l'ordre d'arrivée

2.Ordonnancement suivant le plus court temps de recherche . PCTR -regrouper les requêtes concernant des pistes proches.

3.Ordonnancement par balayage. SCAN -parcourt toutes les pistes dans une direction donnée.

4.Ordonnancement réduisant le temps de latence. PCTL -sélectionne les requêtes concernant le secteur le plus proche de la position courante de la tête, en tenant compte du sens de rotation. à chaque secteur d´un même cylindre est associée une file d´attente des requêtes pour ce secteur. les requêtes sont traitées dans le même ordre que celui du défilement des secteurs concernés sous la tête, indépendament de leur ordre d´arrivée.

-Echelle et abréviation des capacités de stockage : ABREVIATION FORME DEVELOPPEE EQUIVALENCE CORRESPONDANCE BINAIRE VALEUR Ko Kilo-octets 1 Ko= 1024 octets 1024 210 Mo Mega-octets 1 Mo=1024 Ko 1 048 576 220 Go Giga-octets 1 Go= 1024 Mo 1 073 741 824 230 To Téra-octets 1 To= 1024 Go 1 099 511 627 776 240 Po Péta-octets 1 Po= 1024 To 1 125 899 906 842 624 250 Eo Exa-octets 1 Eo= 1024 Po 1 152 921 504 606 846 976 260

Type de connexion. la connexion "IDE" : couramment utilisée par les disques durs. mais aussi pour les lecteurs de cd-rom,dvd-rom et autres périphiques de stockage.

-la connexion "SCSI" : Small Computer System Interface. -plus rapide que l'IDE. -exige l'installation d'une carte spéciale dans l'ordinateur. -plusieurs types de SCSI. Par exemple:le Fast SCSI (parfois appelé SCSI-2), le Wide SCSI, etc.

la connexion "IEEE 1394" : Institute of Electrical and Electronics Engineers 1394. -prend en charge des taux de transfert beaucoup plus élevés que l'IDE et le SCSI. -sera le standard utilisé dans le futur.

Les différents types de disques durs. les disques durs IDE. les disques:SCSI:-plus chers -offre de meilleurs perfomances stabilité -surtout utilisé sur les serveurs professionels. 3) les disques durs pour portable. 4) Le Serial ATA (ou S-ATA ou SATA):-évolution du IDE -plus rapide que l’IDE. -moins de cable.

Le formatage Il existe trois phases: -formatage de bas niveau  se fait à l’usine. -le partionnement  se fait par l’utilisateur. -formatage de haut niveau  se fait par l’utilisateur. FORMATAGE DE BAS NIVEAU: -les pistes du disque sont divisées en un nombre donné de secteurs. -consiste à enregistrer le préfixe et le suffixe de chaque secteur. - seule fois où l'utilisateur doit effectuer un formatage de bas niveau  des secteurs défectueux sur son disque.

L’ENREGISTREMENT PAR ZONE. -permet également d'accroître de manière plus ou moins sensible la vitesse de transfert . -impossible à réaliser avec les anciens disques durs car il n'existait pas de moyen de communication standard permettant au disque dur de transmettre au contrôleur les informations relatives aux zones. -Avec les IDE et SCISI possible. Car un contrôleur intégré leur permet de connaître parfaitement les différents types de zones utilisées. -permet aux fabricants d'accroître la capacité des disques durs de 20 à 50 %

PARTIONNEMENT DU DISQUE. -permet de diviser le disque dur en plusieurs zones appelées partitions pouvant chacune contenir leur propre système d'exploitation. -Les systèmes d'exploitation actuels utilisent trois types de systèmes de fichiers: 1°)La FAT  File Allocation Table est une structure contenant la liste des clusters utilisés et non utilisés. Cette table est dupliquée afin de protéger les données. lors de la création de la un fichier ou un sous répertoire, les informations sont stockées dans le répertoire racine sous la forme d'une structure contenant le nom et la taille du fichier, la date et l'heure de sa dernière modification, le numéro de cluster de départ et l'attribut ( Archive, Caché, Système ...).

2°)Le HPFS. trie les répertoires sur la base des noms de fichier et utilise une structure plus efficace pour organiser les répertoires.  L'accès au fichier est plus rapide qu'en FAT. 3°)Le NTFS. NTFS dispose d'une table des fichiers la MFT (Master File Table ).  stocke plusieurs copies des parties critique de cette table, ce qui permet de récupérer facilement des données.

Le système FAT est de loin le plus répandu.  L’inconvénient est que l'espace du disque est utilisé sous forme de groupes de secteurs appelés unités d'allocation ou clusters. Sur les volumes importants, la taille la plus importante nécessaire pour les clusters provoque une mauvaise utilisation de l'espace disque. Le HPFS et le NTFS organisent toujours l'espace disque sous forme d'incréments de secteurs et ils n'entraînent par conséquent pas de gaspillage d'espace quand les volumes sont importants. inconvénients:pratiquement impossible de récupérer les données, et il est alors impératif de disposer de sauvegardes sur support externe fiables FORMATAGE DE HAUT NIVEAU =le système d'exploitation écrit les structures nécessaires pour gérer les fichiers et les données. =II correspond à la création d'une table des matières du disque.

La technologie RAID =Array of Inexpensive Disk  matrices redondantes de disques peu coûteux. Principe: -faire coopérer des disques durs produits en masse pour produire des performances de haut niveau. -de plus, une sécurité et une disponibilité qui en cas de panne n'empêche pas le système de fonctionner. -Les différents niveaux raid : Niveau 0: appelé stripping Niveau 1: appelé mirroring, shadowing ou duplexing Niveau 2: appelé striping with parity (obsolète) Niveau 3: appelé disk array with bit-interleaved data Niveau 4: appelé disk array with block-interleaved data Niveau 5: appelé disk array with block-interleaved distributed parity Niveau 6: appelé disk array with block-interleaved distributed parity

RAID niveau 0 : Mode " STRIPING " -la donnée à stocker est répartie sur différents disques synchronisés et aucune information de redondance n’est stockée ce qui en résulte une vitesse de transfert importante. la moindre panne de disque  perte irrémédiable de données. Nombre minimum de disques requis : 2.

RAID niveau 1 : Mode " Mirroring " et " Duplexing " Donnée intégralement dupliquer d’un disque sur un autre une redondance importante en cas de panne d’un disque. Les performances sont supérieures à un disque seul. INCONVENIENT: le coût du Méga octet est très élevé. Nombre de disque nécessaire : min 2 disques.

RAID niveau 2 : Code ECC de HAMMING RESSEMBLE AU RAID 0 ET RAID 1 MAIS un seul des disques est sollicité lors des opérations de lecture. -Ils écrivent tous, mais lors de la lecture d’un disque les autres se reposent. ameliore leur fiabilité. -Chaque bit des données est stocké sur un ou plusieurs disques et un code de correction d’erreur est stocké sur un ou plusieurs disques. Ce dispositif nécessite en général une carte spécialeRAID-2 n’est pratiquement plus utilisé

RAID niveau 3 : Transfert parallèle avec gestion de parité -la donnée répartie  en octets sur différents disques synchronisés de données le système génère et stocke une parité sur un seul disque de parité. taux de transfert très importants en lecture mais aussi en écriture. La panne d’un disque de données a très peu d’impact sur la performance nombre de disques nécessaires : 3.

RAID niveau 4 : Disques de données indépendants avec gestion de parité partagée - block entier de données est stocké sur un seul disque. le système génère et stocke une parité de plusieurs blocks provenant de différents disques de données sur seul disque de parité. Les taux de transferts sont très grands en lecture de larges fichiers peu performant en écriture. partage de la parité sur des blocks entiers de données la reconstruction des données peut s’avérer difficile en cas de panne d’un disque. La panne d’un disque a un impact moyen sur les performances du système. disques de données sont indépendants.

RAID niveau 5 : Disques de données indépendants avec gestion de parité partagée et distribuée la parité est générée et est stockée de façon distribuée sur les disques de données. -Les performances sont importantes pour la lecture de larges fichiers Les performances sontbonnes pour la lecture de petits fichiers et en mode écriture. du fait du partage distribué de la parité sur des blocks entiers de données, la reconstruction des données peut s’avérer difficile en cas de panne d’un disque. La panne d’un disque a un impact moyen sur les performances. Dans ce mode, les disques de données sont indépendants -Nombre de disques nécessaires : minimum 3.

RAID niveau 6  similaire au mode 5.  mais utilise plusieurs disques de parité. Le mode 6 admet de perdre plus d’un disque de données et de continuer à fonctionner en mode dégradé. INCONVENIENT : est peu disponible commercialement.

RAID niveau 7 : -AVANTAGE : supporte la perte de plusieurs disques durs utilise une carte microprocesseur qui contrôle toutes les opérations de calcul de la parité, du cache et de la surveillance des disques. performances accrues de 1 à 6 fois celle des autres modes RAID. Ce mode supporte jusqu’à 48 disques connectés.

RAPPEL : NIVEAU AVANTAGES INCONVENIENTS RAID 1 Les meilleures performances Grand espace disque utilisé pour redondance RAID 3 - Débit important - Petit espace disque utilisé pour redondance Performances faibles en entrées-sorties RAID 5 - Entrées / Sorties performantes Performances faibles en écriture RAID 6 - Disponibilité > RAID 5 - Entrées / Sorties Performances faibles en écriture performantes

CONCLUSION Le raid est la technologie du futur. Pourquoi? - car elle offre des perfomances supérieures - ne coûtent pas cher. - s’avère très utile pour les réseaux. Mais nos disques durs évolueront aussi. Nouvelles têtes de lecture. Exemple : CPP MGR, pour Current-Perpendicular-to-Plane mode Giant Magneto-Resistive nouveaux revêtements : le AFC