Technologies du Génie Électrique

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1 Technologies du Génie Électrique TECHNOLOGIE DE L ELECTRONIQUE INDUSTRIELLE (243.06) OPTION : ÉLECTRODINAMIQUE Principe des micro-ordinateurs Recherche Le disque dur Par : Pierrot Michaud Remis à Mr. Mario Michaud 10 septembre 2002

2 Table des matières Introduction.1 Développement : Définition du disque.. 2 Structure physique du disque dur... 3 Structure logique du disque dur..6 Les secteurs...7 Formatage du disque dur...8 La capacité du disque dur..11 Conclusion..12 Médiagraphie..13

3 DÉFINITION DU DISQUE DUR Le disque dur constitue la pièce maîtresse dans un ordinateur. Le premier modèle fut présenté en septembre Celui-ci ne disposait que de 5 Mo et était disponible pour la magnifique somme de 3 500$. Depuis les temps on bien changé! Voici donc quelques caractéristiques de ce premier disque dur : Capacité formatée 5 Mo Surface de stockage 4 Tête par surface 1 Piste par surface 153 Taille d'un bloc 532 octets secteurs par piste 16 Octet par secteurs 532 Temps moyen de positionnement Vitesse de rotation Délai avant fonctionnement 95 ms 3600 tours/ minute 1 minute Tout d abord, nous retrouvons dans la constitution du disque dur plusieurs plateaux de forme circulaire fabriqués soit d aluminium ou de verre. Plus la quantité de plateau sur un disque est élevée, plus celui-ci aura une capacité de stockage élevée. La puissance de votre ordinateur dépend donc de la rapidité de votre disque dur.

4 Ceux-ci ne sont absolument pas flexibles ce qui leur donnent leur qualificatif de disque dur. La plupart de ces disques sont inamovibles, c est-à-dire qu il ne peut être déplacé. Cependant, certains disques dur peuvent être amovibles mais ne sont pas de taille standard. Le premier indicateur de performance utilisé par les fabricants est la densité en bits par pouce carré. Exprimé en mégabits par pouce carré, celle-ci sert à mesurer l efficacité de la technologie d enregistrement utilisé par les disques durs. Suite à l évolution technologique, cette densité des disques durs doublent tous les deux ans environ. À l intérieur d un seul plateau de 2 ½ pouces, nous pouvons, à ce jour, stocker des données d environ 20 Go.

5 LA STRUCTURE PHYSIQUE DU DISQUE DUR Suite à l image présenté ci haut, nous tenterons de vous définir quelques composantes du disque dur. Les Plateaux : Comme nous l avons déjà mentionné plus tôt, des disques parfaitement plats fabriqués d aluminium ou de verre et recouverts d un alliage magnétisable. C est sur ceci que les données sont stockées. Il est donc très important que ceux-ci soit d une très bonne qualité car ils sont soumis à de très grandes forces de frottement et un très grand échauffement généré par leur rotation. Plus il y a de plateau sur un disque dur, plus sa capacité de stockage est élevée. Ces plateaux sont divisés a leur tour en différentes couches que l on nomme piste. Ceux-ci sont réparties de manière homogène sur tous les plateaux du disque. Une même piste s étend sur l ensemble des plateaux. Les pistes situées à la périphérie contiennent davantage de secteurs que celle situé à l intérieur car elles sont plus longues. Vous pouvez vous représenter cette division sous la forme de corps cylindrique emboîtés, constitués par les piste situées l une au-dessus de l autre dans la pile de disque, un peu comme l image suivante.

6 Ces pistes sont ensuite divisées en secteurs qui facilite la répartition des données. Ceux-ci seront définit plus longuement un peu plus loin au cours de ce texte. Le Verrin : Celui-ci est très important car il est responsable de la vitesse de déplacement du bras plaçant les têtes de lecture-écriture en face des pistes et secteurs souhaités. Commentaire : Beaucoup de fautes d'orthographes Les Interfaces : Schématiquement elles sont de deux types et déterminent la bande passante du disque dur. Plus la bande passante est élevée, plus la qualité de données transitants par unité de temps à travers l interface est élevé. L interface ATA est la plus populaire. Elle est utilisé par la majorité des ordinateurs familiaux et ceux de bureau. Les têtes de lecture-écriture : Ces têtes servent essentiellement à l écriture de données sur le disque dur ainsi qu à la lecture de ces mêmes données. Celles-ci n entrent jamais en contact avec le disque car il y a toujours un léger espace entre celui-ci et le disque. Une tête lie les données sur le plateau en détectant la polarité des particules qui ont été auparavant alignées durant le processus d écriture. Une fois la polarité déterminée, le système converti alors le signal en un état

7 électronique qui sera traité par l ordinateur. Le circuit logique : Chaque disque est pourvu d une carte possédant et un microprocesseur et de la mémoire tampon. Celle-ci permet de contrôler le verrin, les bras, la mémoire tâche. Les opérations de lecture-écriture, de contrôle d alimentation et beaucoup d autres. Le contrôleur de disque dur, qui reçoit les instructions du système d exploitation, envoi des instruction au circuit logique qui lui, par la suite, recueille la demande, la traite et mobilise les différentes parties mobiles pour faire son petit travail de précision. STRUCTURE LOGIQUE DU DISQUE DUR Le système d exploitation utilise une structure logique du disque sur la base de la structure physique. Le programme utilisé, FDISK, divise le disque dur en unité logique ou disque logique. Lorsque qu était utilisé l ancienne version de DOS, on ne pouvait gérer que 32 Mo dans une même partition. Par conséquent, les disque ayant une plus grande capacité devait être divisé en plusieurs lecteurs logiques même si, physiquement parlant, on ne possédait qu un seul disque dur, il était possible d accéder à plusieurs lecteurs(c :, D :, etc.). Cependant, avec l arrivée de la version 4.0 du DOS, les disque dur ayant une capacité de 2Go peuvent être gérer sous la forme d une seule partition, c est à-dire un seul disque logique. Par le fait même, il est donc nécessaire de subdiviser le disque dur en plusieurs

8 lecteurs logiques. Maintenant, avec la version actuelle de DOS ainsi que le windows 95, il est possible d installer plusieurs disques logiques sur un seul disque dur. Malheureusement, une des contraintes de FDISK n est pas réglé : les disques déclarés dans le bios selon le principe CHS n accepte comme taille maximale que 504 Mo. Les disques avec une plus grosse capacité sont ramener a cette valeur. DOS et windows 95 ne savent gérer que les valeurs maximales 1024,16 et 63. Sur la base de la première répartition de disque DOS, une structuration logique s effectue à l intérieur de chacun des disques à l aide du système d exploitation. Ces structures sont réalisées à l aide de la commande FORMAT du DOS. Celui-ci divise chaque disque logique en unité d allocation. Celle-ci porte aussi le nom de «clusters» et elles représentent la plus petite unité du disque dur accessible au système d exploitation. Chacun des disques logique contient une table d allocation des fichiers et chacun des fichiers créé sur le disque dur est affecté à l une au moins de ces unités d allocation. Ce procéder permet de reconstituer un fichier dont les données sont étendu un peu partout sur le disque. La structure logique du disque dur permet donc à l ordinateur de pouvoir enregistrer les données recueilli en ayant une très grande facilité d accès. Il est donc plus facile de retrouver rapidement les informations voulu à l aide de cette structuration.

9 Les secteurs Comme il fut possible de le voir plus haut, étant donné que les piste du disque dur sont d une taille trop importante pour permettre de stocker convenablement des données à elles seule, celle-ci sont divisées à leur tour en parties plus petites que l on nomme secteurs. Beaucoup de piste de données on une capacité de stockage de près de octes voir même plus, c est donc pour cette raison que celle-ci sont divisées en plusieurs sous-unités de stockage numérotées qui permettes une meilleure gestion des données. Ces secteurs représente une partie de la piste. Tout dépendant la densité des pistes, les différents disques donnent lieu à un découpage approprié. Les secteurs créés par la procédure de formatage standard d un PC ont une capacité de 512 octets mais cette capacité risque d être appelées à changer dans l avenir. Les secteurs de chacune des pistes sont numérotés en commençant par le chiffre 1, contrairement aux têtes et cylindres qui, eux, sont numérotés en commençant à partir de 0. Lorsque nous formatons le disque dur des zones supplémentaires sont formées. Celle-ci permettent au contrôleur de gérer la numérotation des secteurs et d identifier le début et la fin de chaque secteurs. Par le fait même, cette zone correspond de plus à l espace libre sur le disque une fois formaté.

10 Bien qu il est été dit que chaque secteurs de disque possède une taille de 512 octets, ce n est pas vraiment sa réel capacité technique. Chaque secteurs permet effectivement de 512 octets de données mais la zone de données ne constitue qu une portion du secteur. Chaque secteur de disque dur possède une capacité de 571 octets sur le disque mais seulement 512 octets sont utilisable pour stocker des données. Le nombre réel d octets peut varié d un disque à l autre mais celui-ci permet de donner une idée de la façon dont les secteurs sont constitués. Le plus bel exemple pour expliquer ce principe est sans aucun doute en comparant celui-ci avec un livre. Dans un livre chaque page contient du texte mais cette page n est pas entièrement recouverte de texte. On y retrouve aussi les marge du haut, du bas ainsi que celles de coté. Le formatage est donc un principe qui permet de remplis ces marges et donner un aspect logique aux données ainsi que de les écrire normalement. Formatage du disque Il existe pour le disque dur deux types de formatage : physique, de bas niveau, logique, ou de haut niveau. Afin d effectuer un formatage, vous devez effectuer ceux-ci séparément. Le formatage s effectue en trois niveau : formatage de bas niveau, partitionnement et finalement le formatage de haut niveau. Lorsque nous effectuons le formatage de bas niveau, les piste du disque sont divisées en un nombre de secteurs. Le préfixe ainsi que

11 le suffixe que chaque secteur est enregistrer ainsi que les écarts d intersection et l écart entre les pistes. Le nombre de secteurs par piste dépend du disque dur et de l interface contrôleur. Les disques dur IDE et SCSI utilise une technique d enregistrement qui s appelle: enregistrement par zone. Ce principe est que le disque dur écrit un nombre variable de secteurs par piste. Les piste situé à la périphérie contiennent beaucoup plus de secteurs que ceux situé à l intérieur car la piste est plus long à l extérieur qu a l intérieur. Cependant le BIOS des ordinateur doivent se comporter comme si la piste avait le nombre fixe de secteurs. L algorithmes de conversion est donc utilisé par l ordinateur que nous trouvons dans le contrôleur. Pour augmenter la capacité d enregistrement, Il est possible de formater d avantage de secteur dans les pistes vers l extérieur des cylindre puisque que la piste est plus grande et peut contenir davantage de données enregistrable. Cependant si un disque dur n utilise pas l enregistrement par zone, il stockera le même nombre de données dans la piste de l extérieur même si elle mesure deux fois plus long que celle de l intérieur. Donc nous avons un gaspillage car toute les pistes sont limités par la capacité de densité de la piste qui se trouve à l intérieur. L enregistrement par zone découpe les cylindres en partie qui se nomme zone et c est donc par sa fonction que son nom fut déterminé. Tous les cylindre d une zone porte le même nombre de secteurs par piste mais le nombre de zone varie, lui, selon le type de disque. Chaque disque porte au moins dix zones. Cet enregistrement par

12 zone permet aussi d accroître la vitesse de transfert selon les données contenues puisque le disque contient plus de secteurs à la périphérie et que sa vitesse de rotation demeure la même. L enregistrement par zone à donc permis au fabricant d augmenter la capacité des disque dur d enregistrer des données de 20 à 50% de plus qu avec le procédé d enregistrement qui repose sur le nombre de secteurs par piste fixe. Finalement, il y a aussi le partitionnement du disque. Ce procédé permet de divisé le disque dur en différentes zones que l on nomme partitions et celle-ci peuvent contenir chacune leur propre système d exploitation. Les système d exploitation que nous retrouvons actuellement utilisent trois types de systèmes de fichiers : La FAT Le HPFS Le NTFS 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 lorsque les volumes sont importants. Le système de fichier FAT est le plus recommandé lui pour des raisons de compatibilité. Finalement, il y a le formatage de haut niveau. Lors de l exécution de ce type de formatage, le système d exploitation écrit les structures nécessaires pour gérer les fichiers et les données.

13 Ce type de formatage n est pas un vrai type de formatage. Nous pouvons le comparer à la création d une tables des matières à l intérieur du disque dur. Lors d un formatage de bas niveau, qui correspond au formatage réel, les pistes et les secteurs sont écrit sur le disque. Comme cela a été mentionné précédemment, la commende FORMAT de DOS peut effectuer tant un formatage de bas niveau qu un formatage de haut niveau lorsqu elle s applique à une disquette elle ne permet d effectuer un formatage de haut niveau sur un disque dur. La capacité du disque dur Quatre critères peuvent être utilisé pour mesurer la capacité d un disque dur : Avant formatage en millions d octets Après formatage en millions d octets Avant formatage en Mega-octets Après formatage en Mega-octets La plupart de fabricants n indique plus la capacité des disque après formatage car ceux-ci les livre préformatés. Il utilisé plutôt comme moyen de vente la capacité avant et après formatage car celle-ci permet d exprimer une valeur supérieur au valeur en mega-octets. Ces deux unités on toute fois la même abréviation soi Mo ce qui provoque donc comme problème une difficulté de savoir quel capacité elle indique. Cependant, les fabriquants utilisent l unité décimale car celle-ci permet d afficher des valeurs plus importante et donc plus impressionnante!

14 Le disque comporte en effet secteurs et 4 têtes physiques. Le nombre de secteurs du disque demeure toute fois le même quelque soit la méthode retenu pour convertir les données. Western digital n indique pas, dans ce cas précis, la capacité avant le formatage de son disque, mais cette capacité est généralement supérieur de 19% à la capacité après formatage. Si un jour vous comparer des capacité de données, et bien assurer vous de bien utiliser la même unité de mesure car autrement, vos comparaison n auront aucune valeur. Conclusion Le disque dur est en effet une composante de l ordinateur très complexe mais toute fois très importante. La totalité des information y sont enregistrer et ce, de façon logique et structuré afin de facilité l accès à ceux-ci. Sans cette partie importante de l ordinateur, il serait probablement impossible de faire tout ce que nous faisons aujourd hui avec celui-ci. Le disque dur est donc fondamentale au bon fonctionnement de l ordinateur. Cette recherche m a donc permis de mieux comprendre le principe du disque dur et de d être capable d analyser le fonctionnement de celui-ci sur plusieurs points.

15 Médiagraphie

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