Le stockage magnétique

Présentation au sujet: "Le stockage magnétique"— Transcription de la présentation:

1 Le stockage magnétique
Une invention toujours en constante évolution Ma présentation s’intitule : Le stockage magnétique, une invention toujours en constante évolution …

2 Plan de la présentation
Histoire du disque dur : 1 - Les ancêtres du disque dur Chp 1 : La mécanique du disque dur : 2 - Schéma du disque dur 3 - Composition du plateau 4 - Détail du plateau 5 - Les particule électromagnétique 6 - Le CRASH et la zone d’atterrissage 7 - Têtes et allocation des bits 8 - Les 3 types de stockage Chp 2 : Le plan comportera 3 chapitres le 1er … Stockage de l’information : Le codage 10 - Les algorithmes d’ordonnance 11 - Performances et rapidité des BUS 12 - NTFS et FAT Chp 3 :

3 Histoire du Disque Dur Histoire du Disque Dur

4 Les ancêtres du disque dur :
• Bande magnétique au D.D Disque Dur 305 Ramac • Grosse armoire pour une capacité de 5 Mo Les disquettes • Arriver du premier disque dur de SEAGATE Le premier disque dur a vu le jour en 1956 dans les laboratoires d'IBM. Il est le fruit de recherches pour pallier l'inconvénient majeur des bandes magnétiques à savoir l'accès séquentiel. Cet ancêtre du disque dur s'appelait le 305 Ramac, il occupait le volume d'une grosse armoire pour une capacité de 5 Mo et un prix de 38109€. Cependant, il révolutionna l'industrie informatique. Un peu plus de vingt ans après, en 1979, la société Seagate (fondé par Alan Shugart, un des concepteurs du Ramac) proposait un disque dur d'également 5 Mo mais au prix de 3048€ et d’une toute autre taille. Aujourd'hui, un disque dur de 20 Go s'achète moins de 60€ et peut atteindre des stockage allant jusqu’ à plusieurs Terrât. La capacité d'un disque dur peut être calculée ainsi : nombre de plateau X nombre de têtes X nombre de secteurs par piste X nombre d'octets par secteur (généralement 512).

5 La mécanique du Disque Dur
Nous allons voir dans ce chapitre minutieusement ce qu’est un disque dur et savoir comment il peut procéder aux stockages des informations renvoyé par le système de l’ordinateur …

6 Schéma du disque dur : • Ensemble de technologie mécanique et électronique • Stockage de l’information Servocommande • Plateaux et les têtes • l’axe de rotation bras Le disque dur est un des rares composants de l'ordinateur où l'électronique doit cohabiter avec la mécanique. De façon schématique, la mécanique du disque dur peut être comparée à celle d'un tourne-disque allié à une précision d'horloger. La partie électronique du disque dur, quant à elle, assure la communication entre la mécanique et le système d’exploitation(c'est l'interface). Tout le reste sert donc au stockage de l’information par le verrin servant à placer la tête de lecture sur les différentes pistes du plateau circulaire que l’on verra un peu plus loin en fonction de la rotation de l’axe tournant à une vitesse plus ou moins rapide allant de 3600 tr/min à 15 000 tr/min. axe

7 Composition du plateau :
• Le support • La couche magnétique Le plateau circulaire est l’élément principale du disque dur. Il est constitué d’un support soit de verre ou plus généralement d’aluminium étant les matériaux chauffant le moins et n’influant pas sur la couche magnétique. La couche magnétique placé sur le dessus se compose d’une première couche de 0,5 à 0,75 micron d’oxyde de fer et d’une seconde couche de 0,05 à 1 micron d’un mélange de phospohore/nickel ou Cobalt. C’est cette couche qui permettra de maintenir les particules électromagnétiques dans une position voulu ; devenant l’expression d’une suite d’allocation d’information s’exprimant en bit que l’on verra par la suite.

8 Détail du plateau : • Complexité du plateau • Les pistes
• les secteurs • Le déplacement La constitution du plateau d’un point de vue détaillé est très complexe. Elle est constitué d’une multitude de piste qui comprend elle même différent secteur. C’est grâce à ça que la têtes du disque dur peut ce déplacer en écriture ou en lecture. La tête de d’écriture suivant les algorithmes d’ordonnance que l’on verra plus bas débute par la piste 0, ( pouvant atteindre le nombre de 1000 selon les différent modèle de disque dur ) se situe vers l’extérieur du plateau à partir du secteur 1. Les secteurs permettent quand à eux de se déplacer plus rapidement dans la piste et contient un nombre fixe d’octet impliquant une densité d’enregistrement accrue au fur et à mesure que l’on ce rapproche vers le centre du plateau.

9 Les particules électromagnétiques :
• Nano- technologie • Vitesse d’écriture et de lecture • Les grains magnétique L’information comme on peut le constater se fait de manière très précise et est exprimé en nm. Une particule correspond donc à un bit (1 ou 0) qui mesure en moyenne 200 nm. On pourrait donc se poser la question suivante ! Comment en fonction de la vitesse et de l’écriture ou de la lecture de ses particules l’information ne s’ébranle pas car il pourrait y avoir une surchauffe des différente matière … ? C’est donc ce que l’on va voir plus bas !

10 Le CRASH et la Zone d’atterrissage :
• Vitesse de du plateau Têtes • Pbm d’échauffement • Solution d’air Il est donc important de répondre à la question vu plus haut ! Plus la vitesse de rotation est rapide plus l’écriture et la lecture est rapide. Comme on l’a vu, la rotation du plateau étant de plusieurs milliers de tours par minutes, la têtes de L/E ne doit en aucun cas entrer en contact avec le plateau. Si tel était le cas, il risquerai d’y avoir un échauffement et donc une destruction du revêtement de la couche magnétique. Pour qu’il n’y ai pas ce type de problème les tête injecte un flux d’air au dessus du plateau ( appelé communément coussin d’air ). La hauteur de vol de la têtes est d'environ 0,2 microns alors qu'une simple empreinte digitale, ou une poussière mesure plus de 0,5 microns. Le disque dur doit être alors à l’abri du monde extérieur et se fabrique dans des salle blanche protégé d’un boitier étanche. Seul un petit évent permet d'échanger un air soigneusement filtré avec l'extérieur afin d'équilibrer les pressions. Lors de l'arrêt de la rotation du disque dur, le coussin d'air diminue progressivement et les têtes se posent en douceur sur une piste qui leur est réservée : c'est la zone d’atterrissage.

11 Têtes et allocation des bits :
• La têtes inductive • La têtes MR • La têtes GMR On a parlé plus haut des tête. Il existe en effet différent types de têtes servant à lire et écrire : La têtes inductive : Elle est constitué d’un seul électroaimant faisant office de lecture et d’écriture. La lecture se fait grâce à un courant électrique dans le bobinage en fonction de la polarisation des grains de particules. Pour écrire l’information la tête renvoi une charge négative ou positive afin de placer les grains correctement. La tête MR ( magnéto-résistive ) : Elle se constitue de deux têtes différentes. La tête magnéto-résistive sert seulement à lire. En présence d’un champ magnétique sa résistance magnétique se retrouve inversé. Pour écrire, c’est une autre tête la tête inductive que l’on a déjà vu. La têtes GMR ( tête magnéto-géante ) : Elle se constitue exactement comme la tête magnéto-résistive, Mais à une fonctionnalité d’efficacité beaucoup plus grande. En effet le dispositif met en œuvre des matériaux beaucoup plus mince octroyant des réponse par le changement des tentions ( négative ou positive ) beaucoup plus forte et précise. Le dispositif étant plus sensible, on peut exploiter des traces magnétiques beaucoup plus petites sur le disque

12 Les 3 types de stockage : • Enregistrement Longitudinal
• Enregistrement Transversal • Enregistrement vertical Enregistrement longitudinal : Les particules aimantées sont orientées dans le plan de la couche, tangentiellement à la piste. C'est la méthode la plus utilisé actuellement. enregistrement transversal : L'aimantation se fait toujours dans le plan de la couche mais perpendiculairement à la piste. enregistrement vertical : Ce type d'enregistrement autorise des densités beaucoup plus importante. L'aimantation s'effectue perpendiculairement au plan de la couche.

13 Stockage de l’information
Maintenant que nous avons vu l´aspect mécanique du disque dur nous allons nous intéresser à la manière dont le système gère les accès au disque.

14 Le codage : • La modulation de fréquence
• La modulation de fréquence modifié • La modulation de fréquence et longueur de traitement limité FM (Frequency Modulation) : Cette technique de codage est aujourd'hui abandonnée. Elle s'appliquait aux disques de faible capacité et elle est plus connue sous le nom d'enregistrement faible densité. Son principe est simple : deux signaux différents sont utilisés pour coder un "0" et un "1" et il y a changement de polarisation à chaque nouveau bit. MFM (Modified Frequency Modulation) : Dans cette technique, il y a polarisation au milieu du temps de base pour une information de type "1" et au signal d'horloge si deux "0" se suivent. Cette méthode, plus connue sous le nom de double densité, a pour avantage de diminuer le nombre de transitions. RLL (Run Length Limited) : C'est le système de codage le plus efficace. Il permet d'augmenter de 50% la densité d'information, sans augmenter le nombre de transitions.

15 Les algorithmes d'ordonnancement
Les algorithmes d’ordonnances sont des algorithmes servant à déplacer les têtes afin de pouvoir lire et écrire de l’information suivant un numéro de piste et un secteur. • Par ordre d'arrivée FIFO ( – ) • Suivant le plus court temps de recherche PCTR ( + ) • Par balayage C-SCAN ou C-LOOK ( ++ ) • Ordonnancement réduisant le temps de latence PCTL ( +++ ) Ordonnancement dans l'ordre d'arrivée : Comme pour la file d'attente de l'unité centrale ou d'une ressource quelconque, la stratégie la plus simple pour gérer la file d'attente d'une unité de disque consiste à traiter les demandes dans l'ordre d'arrivée (FIFO). Bien qu'il s'agisse d'une statégie équitable, les performances sont parfois très médiocres. Ordonnancement suivant le plus court temps de recherche (PCTR) : L'idée de regrouper les requêtes concernant des pistes proches conduit naturellement à l'algorithme d'ordonnancement suivant le plus court temps de recherche : la prochaine requête traitée est celle pour laquelle le déplacement de la tête est minimal, à partir de la position courante. Ordonnancement par balayage : L'algorithme d'ordonnancement par balayage a été introduit pour éviter ce dernier inconvénient. Il est particulièrement adapté aux systèmes dans lesquels les accès au disque sont très fréquents. Comme son nom l'indique, il parcourt toutes les pistes dans une direction donnée, par exemple vers l'intérieur, et traite au fur et à mesure les requêtes qu'il rencontre. Ensuite, la tête change de direction et balaie toutes les pistes vers l'extérieur. Bien entendu, les nouvelles requêtes qui sont arrivées après le passage de la tête de lecture-écriture doivent attendre le trajet retour pour être traitées. Cette version de base de l'algorithme, appelée SCAN, est implémentée de plusieurs façons. Par exemple, dans la version connue sous le nom de LOOK, la tête ne va pas jusqu'au bout des pistes mais repart dans l'autre sens dès qu'il n'y a plus de requêtes en attente. Ordonnancement réduisant le temps de latence : Lorsque les demandes sont très nombreuses, on trouve fréquemment plusieurs références à une même piste ou à un même cylindre. Les requêtes doivent alors être ordonnées suivant les secteurs qu´elles recherchent, de façon à réduire le temps de latence. L´algorithme PCTL (Plus Court Temps de Latence) sélectionne les requêtes concernant le secteur le plus proche de la position courante de la tête, en tenant compte du sens de rotation. Le fonctionnement est donc le suivant : à chaque secteur d´un même cylindre est associée une file d´attente des requêtes pour ce secteur. Lorsque la tête est positionnée sur une piste donnée, les requêtes sont traitées dans le même ordre que celui du défilement des secteurs concernés sous la tête, indépendament de leur ordre d´arrivée. Cette stratégie est relativement facile à implanter et on peut prouver que les performances sont assez proches de la valeur théorique optimale. FIFO PTCR C-SCAN ou C-LOOK et PTCL

16 Performances et rapidité des bus :
SCSI SATA et SATA2 IDE ou PATA Les bus jouent un rôle aussi important dans la lecture et l’écriture de l’information. C’est celui-ci qui permettra à l’utilisateur un accès plus ou moins rapide de l’interface machine aux stockages des informations présentent sur le disque dur. • SCSI : pour les serveurs, très rapide et surtout très cher • IDE ou PATA : 133Mo/s maximum, câble imposant (sauf pour les récents câbles ronds), 2 périphériques possibles par câble • SATA : 150Mo/s maximum, fin câble, 1 périphérique par câble • SATA 2 : 300Mo/s maximum, câble identique au SATA, possibilité de chaînage (mais ceci est en cours d'élaboration) Tous ces débits maximums sont bien sûr limités par le débit des disques durs qui plafonnent à 70Mo/s environ (sauf SCSI mais ça ne sert à rien d'en parler vu le prix).

17 NTFS et FAT / FAT 32 A la base il existait en 1989 un type d’enregistrement d’allocation des fichiers appeler HPFS avec Os2 qui avait pour objectif d’abandonner le FAT il a aujourd’hui subit des améliorations en ce qui concerne sa limitation de stockage et sa rapidité, utilisé pour les système OSX et LINUX. Microsoft voulant faire un système plus propre à eux, ont décidé de faire évoluer le FAT en FAT 12, FAT 16, et FAT 32. Ces derniers systèmes d’enregistrement des fichiers atteignaient leurs limite en terme de fonctionnalité et de performance. Microsoft a donc repris le modèle du HPFS pour en faire un système beaucoup plus performant et fonctionnel ainsi qu’en capacité de transfert limité non plus seulement qu’a « 3 GO » mais à « 32 GO » et maintenant « illimité »: Le NTFS apparu pour le système Windows NT à maintenant. On peut dire que le FAT est aujourd’hui obsolète compte tenu du fait qu’on traite de plus en plus d’information à grande capacité …

18 Fin de la présentation