Les disques durs

Le disque dur

Le disque dur, tout le monde en a déjà entendu parler. Il permet de stocker le système d'exploitation, les applications et les données. La majorité des utilisateurs ne considèrent le disque dur que pour sa capacité de stockage. Pourtant, le disque dur est un élément bien plus complexe qu'il n'y paraît au premier abord. Les plus avertis savent par exemple que la vitesse de rotation a un rôle important dans les performances et que la quantité de mémoire cache intervient également dans le confort d'utilisation. Le disque dur est un boîtier sous vide qui contient des plateaux sur lesquels sont stockées des données. Elles sont écrites et lues par les têtes qui se déplacent à leur surface. Ces données sont ensuite converties par le contrôleur du disque dur (les dernières sont conservées dans la mémoire cache) puis échangées avec celui de la carte mère.

Utilité du disque dur

Aujourd'hui, personne ne conçoit plus un ordinateur dans lequel il faudrait charger le système d'exploitation depuis une disquette. Après le démarrage des différents éléments hardwares de la machine, le BIOS passe la main au périphérique de BOOT pour le démarrage de la partie software. Dans la majorité des cas, le périphérique de BOOT est le disque dur. Il lance le chargement d'un système d'exploitation comme Windows, Linux, etc. Un des rôles du disque dur est de contenir le système d'exploitation. Ensuite, l'utilisateur aura besoin de programmes pour écrire une lettre, créer une image, surfer, etc. C'est une fois de plus le rôle du disque dur. Un autre rôle connu du disque est le stockage des données. Mais ce n'est pas le dernier ! Quand le système d'exploitation ne dispose plus de mémoire vive pour traiter des données, il utilise le disque dur comme une mémoire virtuelle. Sachant que les accès mémoire se chiffrent en nano secondes avec des taux de transferts de plusieurs Go/s, le disque dur offre un temps d'accès d'une dizaine de milli secondes et ne transfère que des Mo/s. Le temps d'accès est donc 2 000 000 fois plus long et le taux de transfert 50 fois plus faible !

Les composants internes

Le disque dur se compose de l'ensemble interne têtes et plateaux. Ils sont logés dans le carter du disque sous vide.

·  Le disque dur est composé de plateaux en rotation recouverts d'un matériau ferromagnétique. En fonction de l'alignement des particules, une valeur binaire (0 ou 1) est codée. Les plateaux sont caractérisés par le nombre de Go qu'ils peuvent contenir. Actuellement, un disque contient 80Go (40Go sur chaque face). Les disques sont également caractérisés par leur vitesse de rotation : 4200rpm (portable uniquement), 5400rpm, 7200rpm, 10000rpm (Serial ATA et SCSI) et 15000rpm (SCSI). Les constructeurs essayent continuellement de produire des plateaux plus legers avec toujours plus de densité par cm².  Les têtes jouent un double rôle : lecture et écriture. En lecture, elles analysent simplement la surface du disque et envoient les signaux vers le contrôleur. Lors de l'écriture, elles créent un champ magnétique qui modifie l'état du matériau ferromagnétique. Tous les disques actuels utilisent des têtes GMR (Giant MagnetoResistive). Le terme Giant ne vient pas de la taille des têtes de lectures soient grosses mais du ''giant magnetoresistive effect''.

Les têtes se déplacent à la surface du disque en rotation. Etant donné que la surface du disque comporte toujours le même nombre d'informations par cm², le taux de transfert n'est pas constant. Il est plus important à la périphérie du disque. Pour un même déplacement du disque, plus la tête est éloignée du centre, plus elle survole d'informations.

Les éléments externes

Les têtes de lecture sont reliées à un ensemble de circuits qui convertissent les signaux envoyés par les têtes de lecture. Parmi ces puces, certaines sont élaborées par le constructeur du disque alors que d'autres sont génériques. Les données sont alors envoyées dans le contrôleur d'interface. La mémoire cache se trouve sur le PCB externe. Elle joue un rôle de tampon. Lors de la demande d'informations, le circuit de pilotage des têtes anticipe la lecture des informations et les place dans le cache du disque dur. Si les données sont utilisées une seconde fois, il ne sera plus nécessaire de demander aux têtes de réaliser une lecture. Les informations viendront directement du cache. Le cache est une puce de mémoire vive au même titre que celle qui se trouve sur un module de mémoire. Lors d'une phase d'écriture, la mémoire cache conserve les données le temps que les têtes (composants mécaniques et donc lents) réalisent l'écriture proprement dite.

L'interface

L'interface du disque dur sert à assurer le transfert des données entre le disque lui-même et son contrôleur qui assure la liaison avec le bus (PCI par exemple). Anciennement, le contrôleur de disque dur se trouvait sur une carte d'extension à brancher sur la carte mère. Il est à présent intégré dans le southbridge, un composant du chipset soudé directement sur la carte mère. Il existe trois interfaces :

·  Le SCSI (Small Computer System Interface) est décliné en pas moins de 7 versions supportant des taux de transferts de 20Mo/s à 320Mo/s. Le SCSI permet de gérer des fonctions RAID et supporte jusqu'à 16 périphériques (le contrôleur lui-même étant considéré comme un périphérique. Il demande un contrôleur spécifique rarement inclus sur la carte mère.

·  L'ATA est lui aussi décliné en plusieurs versions : 33, 66, 100 et 133. Le chiffre représente le débit maximum supporté par la norme. L'ATA-133 permet le transfert de 133Mo/s au maximum. L'avantage des normes ATA est qu'il est possible de brancher un vieux disque ATA-33 sur un récent contrôleur ATA-133. Inversement, un disque dur récent peut également être connecté à un ancien contrôleur ATA-33. Mais avec certaines limitations… Le contrôleur ATA-100 ou ATA-133 est intégré à la majorité des cartes mères.

·  Le Serial ATA est une nouvelle norme. Dans sa définition actuelle, elle supporte un transfert de 150Mo/s entre le disque et le contrôleur. Le Serial ATA-150 permet de s'affranchir de certaines limitations comme la taille maximale du disque dur. Cette nouvelle norme supporte également le branchement à chaud.

Les limites 1/2

Le disque dur idéal doit tourner très vite, avoir une capacité par plateau la plus élevée possible, une mémoire cache importante et une interface capable de soutenir de très hauts débits. Plus facile à écrire qu'à réaliser. En pratique, les disques durs tournent à 7200rpm et disposent d'un cache de 2Mo. Beaucoup de gens aimeraient savoir quel gain apporte le passage de 5400rpm à 7200rpm, quels sont les avantages de 8Mo sur seulement 2Mo de cache, est-il intéressant d'exploiter une interface ATA-133 au lieu de l'ATA-66 ? Il n'est pas possible d'apporter des réponses exactes pour la simple et bonne raison qu'il n'existe aucun disque décliné en modèles 5400rpm et 7200rpm, 2Mo et 8Mo, ATA-100 et ATA-133. Il est par contre possible d'expliquer l'intérêt de chacun d'eux.

·  Vitesse de rotation : Admettons que tous les éléments sont identiques à l'exception de la vitesse de rotation. Avec une vitesse de 5400rpm, la tête parcourt 90 fois le disque en une seconde. Si la rotation est de 7200rpm, le disque fait 120 tours en une seconde, soit 33% de plus. Ceci se traduit dans notre exemple par un taux de transfert 33% plus important. Autre point intéressant lié à la vitesse de rotation : le temps de latence. Si la tête vient de passer au delà de l'information, il faudra attendre que le disque fasse une rotation complète avant d'y revenir. Ce temps est de 4.16ms pour un disque 7200rpm et de 5.55ms pour un 5400rpm. Le temps d'accès dépend partiellement de la vitesse de rotation, plus elle est élevée, plus la tête peut se repositionner rapidement au bon endroit.

·  Taille des disques : En théorie, des disques très larges devraient offrir de bien meilleurs taux de transfert surtout au plus loin du centre. En pratique, plus le disque est grand, plus il faut un moteur puissant pour le faire tourner et plus il chauffe. Dans les disques à 10000rpm ou 15000rpm, le disque lui-même fait à peine plus de 2 pouces…

Les limites 2/2

·  Mémoire cache : Si deux disques SATA-150 sont identiques à l'exception du cache, celui qui dispose de la plus grande mémoire sera plus ''confortable''. Si nous ouvrons un fichier de 6Mo, la première fois, les disques mettront probablement le même temps d'ouverture soit .1s (en considérant un taux de transfert de 60Mo/s). Lors de la seconde lecture, le disque équipé de 8Mo contiendra le fichier complet dans son cache. Il sera capable de renvoyer les informations immédiatement alors que le modèle 2Mo reverra 2Mo directement mais devra ensuite relancer une lecture pour les 4Mo restants. Avec 8Mo de cache : 6Mo à 150Mo/s = .040s. Avec 2Mo de cache : 2Mo à 150Mo/s + 4Mo à 60Mo/s = .013s + 0.67s = 0.80s. Le fichier s'ouvre ici deux fois plus vite. Dans le cas d'un gros fichier, le gain lié cache devient anecdotique. Que représentent les .053s sur un transfert de 300Mo qui dure 3 secondes ? Plus grand chose…

·  Interface : Les meilleurs disques durs transfèrent 80Mo/s, pas de quoi saturer les interfaces récentes ATA-100 ou ATA-133 et encore moins SATA-150. En d'autres mots, quand le disque dur vide sa mémoire cache, il peut envoyer 150Mo/s. Ce mode appelé burst ne dure que 0.053s pour un disque 8Mo et 0.013s pour un disque 2Mo (en SATA-150). Ensuite, le taux de transfert est limité par la mécanique et non plus par l'interface. L'intérêt de l'ATA-133 sur l'ATA-100 n'est pas totalement caduc. Sur un contrôleur ATA, il est possible de brancher deux disques. S'ils débitent chacun 60Mo/s, le débit sera limité à 100Mo/s alors qu'ils pourront délivrer 120Mo/s en ATA-133. Dans le SATA-150, le taux de transfert de 150Mo/s est garanti entre chaque disque et le contrôleur, chaque disque ayant une connexion directe au contrôleur.

Contourner les limites

Pour contourner certaines limites, il existe de nombreux contrôleurs/convertisseurs. Si votre carte mère est limitée à l'ATA-33 ou 66, vous pouvez acquérir un contrôleur PCI ATA-133 ou Serial ATA-150. A noter que ce dernier sera limité à 132Mo/s, la vitesse du bus PCI. Toutefois, un transfert de 150Mo/s est supporté lors du transfert entre deux disques (les données ne quittant pas le contrôleur).

Vous pouvez brancher un disque ATA-100 ou 133 sur un contrôleur SATA-150 via un adaptateur qui se place à l'arrière du disque dur. Nos mesures n'ont montré aucune perte (ni aucun gain) de performances lié au convertisseur .

Les réglages

·  Les disques SCSI sont assez simples à configurer car le contrôleur ou l'utilisateur attribue un ID différent à chaque périphérique.

·  Avec le SATA, chaque disque est branché directement au contrôleur. Aucun réglage n'est nécessaire.

·  En ATA, deux périphériques peuvent partager le même contrôleur en prenant place sur la même nappe. Il faut configurer un périphérique comme Master et le second comme SLAVE au moyen d'un petit jump.

Quelques questions

Les forums sont alimentés par de nombreuses discussions sur la manière dont il faut disposer les périphériques IDE. La majorité des cartes mères possèdent deux ports IDE pour un total de 4 unités. La bonne école veut que les disques durs se connectent sur le contrôleur principal (Master pour le disque de boot et slave pour un éventuel second disque) et que les lecteurs optiques prennent place sur le contrôleur secondaire (graveur en master et lecteur en slave). En pratique, n'importe quelle combinaison est viable et les performances ne changent pas. Les contrôleurs modernes pilotent chaque périphérique selon sa propre norme.
Avec les interfaces ATA-66 et supérieures, il faut utiliser des nappes 80 conducteurs. Il est recommandé de brancher le connecteur bleu au contrôleur, le noir au master et le gris au secondaire. Ici encore, nos tests n'ont montré aucune différences de performances en fonction du montage…

Les meilleurs choix

L'achat d'un disque dur est souvent lié à un manque de place sur celui livré avec la machine. En fonction de l'utilisation de la machine, il existe plusieurs alternatives :

·  La solution la plus simple et la plus économique consiste à acheter un disque de bonne capacité au meilleur prix (actuellement les 80Go). Exemple : IBM Disque dur IBM 180GXP 80Go, WESTERN DIGITAL Caviar 80Go ou Seagate Barracuda 80Go

·  Si vous êtes un fan de performances, la meilleurse solution est d'acheter un nouveau disque de très forte capacité. Avec un PC récent, autant passer directement au Serial ATA. Remplacer un disque âgé d'un an par un modèle flambant neuf apporte toujours un gain tangible. Exemple : Maxtor DiamondMaxPlus9 120Go, Maxtor DiamondMax Plus 9 - SATA - 200 Go - 7200 tr/mn - 8Mo cache (Excellent choix) ou Seagate Serial ATA 160 Go - 7200rpm - 8Mo (silencieux).

·  Tout le monde n'a pas besoin d'un espace supplémentaire extravagant et de performances de premier plan ! Il existe des disques de 40Go performants et largement suffisants pour un grand nombre d'utilisations proposés à un prix très agressif comme le Seagate Barracuda 40.8 Go - 7200 tr/min (le moins cher) ou Maxtor DiamondMaxPlus 40 Go - 7200rpm