Les mémoires de masse

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1 Les mémoires de masse Comme nous l'avons vu, la mémoire RAM joue un rôle essentiel dans le traitement de l'information. Cette mémoire a une capacité limitée et d'autre part elle perd toute information si il y a rupture d'alimentation (notamment quand on éteint l'ordinateur). Il faut donc compléter cette mémoire vive par de la mémoire de masse. C'est le premier rôle qui a été donné à la bande magnétique puis à la disquette. De nos jour on rencontre tout un ensemble de périphériques, avec des technologies parfois très différentes, pour jouer ce rôle de mémoire de masse. Ils ont chacun leurs avantages et leurs inconvénients, il faut donc bien les connaître pour choisir le bon support au bon moment. 1. Caractéristiques et critères de choix d'un support d'enregistrement Prix au Mo Type d'interface nécessaire Coût de l'interface éventuelle Coût du lecteur / enregistreur Coût du support amovible éventuel Temps d'accès à l'information (latence, temps d'accès moyen, temps d'accès piste à piste) Débit d'écriture / lecture Fiabilité ( mtbf), garantie et services Pourcentage d'occupation du processeur Facilité d'utilisation Standard 2. Les interfaces Interface IDE, EIDE, ATAPI, ATA, ultra ATA ou ultradma Cette interface a d'abord pour premier avantage d'être incluse à la carte mère, donc ne nécessite aucune dépense supplémentaire. Elle peut contrôler jusqu'à 4 appareils en interne, disques durs, CDRom, graveur de CDR et DVDR, RW etc. Ce maximum de 4 est un inconvénient car il peut être très vite atteint. Cette interface offre un débit théorique de : - 16,6 Mo/s pour l' ATA - 33,3 Mo/s pour l'ultra DMA/33-66,6 Mo/s pour l'ultra DMA/ Mo/s pour l' ATA Mo/s pour l ATA 133 (PATA) Mo/s pour le serial ATA (SATA1) Mo/s pour le serial ATA (SATA2) En pratique, avec l'interface PATA133 les disques durs obtiennent des débits ne dépassant pas les 20 Mo/s sous Windows, devraient atteindre les 30 Mo/s avec le SATA1 et 60 à 70 Mo/s avec le SATA2 1

2 Interface SCSI, Wide SCSI, UltraWide SCSI, Ultra2Wide SCSI, Ultra 160 SCSI et ultra 320 SCSI Cette interface est en général indépendante de la carte mère et doit être achetée en plus de l'équipement standard. Suivant le modèle choisi, l'interface coûte de 100 F à 800. Elle est aussi utilisée pour de nombreux périphériques : magnéto optique, CDROM, graveur de CD, DVDRom, DVDRam, sauvegardes à bande, scanners et surtout les disques durs très rapides. Suivant le modèle on peut y connecter 7 ou 15 périphériques. Ils peuvent être interne ou externes. L'activité de cette interface occupe bien moins le processeur que celle de l'interface EIDE. Cette interface offre un débit théorique de : - 10 Mo/s pour le SCSI - 20 Mo/s pour l'ultra SCSI - 40 Mo/s pour l'ultra Wide SCSI - 80 Mo/s pour l' ultra 2 WIDE SCSI Mo/s pour l'ultra160 SCSI - on trouve aussi maintenant :320 Mo/s et 640 Mo/s Mo/s ou 600 Mo/s pour le serial SCSI = SAS interface souvent utilisée sur les serveurs. Apparition des interfaces USB et FireWire Le port USB2 (480 Mbps) est maintenant utilisé par les disques durs et d' autres périphériques de sauvegarde (clé USB, graveurs, caméscopes numériques ). Les débits seront donc très en dessous des interfaces précédentes, mais avec l'avantage de l'usb (branchement à chaud, disponibilité sur tous les PC récents). Le port USB 2.0 qui permet maintenant un débit pratique de 20 à 25 Mo/sec. Pour la norme USB 1.1 le taux de transfert de l'interface est de 12MBits/sec. Pour la norme USB 1.1 le taux de transfert de données est de 0,9Mo/sec. Pour la norme USB 2.0 le taux de transfert de l'interface est de 480MBits/sec. Pour la norme USB 2.0 le taux de transfert de données est de 15,9Mo/sec. L'interface Firewire avec son débit maxi théorique de 50 Mo/s est une solution intéressante pour des périphériques de sauvegarde. Malheureusement cette interface n'est livrée en standard que sur les Mac. Elle permet notamment dans le cas des disques durs de copier le contenu d'une cassette de caméscopes directement sur le disque dur, sans intervention d'un ordinateur. L USB2 peut le faire maintenant avec la version spéciale «on the go» 3. Les disques durs En interne ils utilisent les familles d'interface ATA ou SCSI. Famille ATA 2

3 Les disques durs qui sont montés d'origine en interne sur les PC classiques sont en général ATA100, ATA133 et surtout serial ATA1 ou serial ATA 2. Les disques intègrent de la mémoire cache de 2, 8, 16, 32 ou 64 Mo. Les vitesses de rotation sont de 5400 t/mn ou 7200 t/mn.ils permettent en pratique des débits allant de 20 Mo/sec à 70 Mo/s. le temps d'accès varie de 25 ms à 10ms. Les capacités courantes vont de 120 Go à 2 To. Famille SCSI Ces disques durs sont plus coûteux et nécessitent l'achat d'une interface si elle n'est pas présente. Ils sont très utilisés dans les serveurs et les stations de montage vidéo. D'une plus grande robustesse et avec des caractéristiques les plus élevées pour le matériel haut de gamme. Ils peuvent être internes ou externes. Les vitesses de rotation sont de 5400 t/mn, 7200 t/mn, t/mn et même t/mn. Ils permettent en pratique des débits de 20 Mo/s à 100 Mo/s avec des temps d'accès de 20 à 3 ms. Les capacités courantes sont de 73 Go, 146 Go, 320 Go, 750 Go et 1 To Comparatif débit disque dur SCSI et IDE Atlas scsi 10000t/mn Diamond Max EIDE 7200 t/mn 3

4 En externe on trouve les solutions SATA, USB2 et Firewire : Disques durs sur port SATA On va utiliser une prise externe qui correspond au contrôleur SATA interne du PC utilisé par le(s) disque(s) dur(s) interne(s) et qui peut aussi contrôler les disques durs externes quand la prise externe est disponible. Disques durs sur port USB On voit apparaître des disques durs externes 7200 t/mn sur port 2.0. Ces disques durs sont disponibles avec des capacités jusqu à 4000 Go. Débits pratiques 16 à 25 Mo/s en Hi-Speed USB Disques sur port Firewire L'interface Firewire permet à des disques durs d'égaler les possibilités des autres disques durs externes de moyenne performance. Voir annexe débits pratiques : 30 Mo/s, 32 Mo/s 4. Les systèmes de sauvegarde optiques Famille des CD 3 grandes familles : Les CD et les DVD et Blu-ray DVD = BD CD Digital Audio (CD-DA) Note: "µm" signifie micromètre (10-6 m) Technologie introduite en 1980 par Philips et Sony (Red Book) Quelques paramètres physiques : diamètre : 12 cm, épaisseur : 1,2 mm densité : environ 20 Gbit pour 86 cm 2 utiles piste en spirale de spires (longueur totale : 5 km) lecture à vitesse linéaire constante (1,2 m/s), donc vitesse de rotation variable selon la position de l'information (entre 530 tours/mn à l'intérieur et 200 tours/mn à l'extérieur) durée minimale : 74 mn, soit une capacité utile minimale de 74 x 60 x = bits = 6,265 Gbit = 747 Mo (équivalent de 500 disquettes ou de pages A4 de texte) zone Lead-in contenant principalement la table des matières (TOC) du CD-DA : nombre de morceaux (tracks), emplacement et durée de chaque morceau zone Lead-out indiquant la fin de la zone utile 4

5 (Source : Disctronics Manufacturing) Source laser longueur d'onde : 780 nm (entre 770 et 830 nm) largeur du faisceau : env. 1 µm distance source - surface : env. 1 mm Séquences d'éléments binaires de 3 à 11 bits, le codage étant tel qu'un 1 débute toute séquence formant un creux (pit) ou un plat (land) longueur : entre 0,834 et 3,058 µm (0,278 µm par bit) largeur d'un creux : env. 0,5 µm profondeur d'un creux : env. 0,2 µm (1/4 de longueur d'onde) distance entre spires : 1,6 µm Protection contre les erreurs objectif : taux d'erreur maximal = 10-8 information organisée en trames de 24 octets utiles (6 échantillons stéréo) code CIRC (Cross Interleave Reed Solomon Code) : 8 octets ajoutés pour 24 octets utiles données réparties (entrelacées) sur plusieurs trames pour diluer l'effet d'erreurs groupées code capable de corriger jusqu'à 4000 bits consécutifs et de compenser (interpolation ou silence) jusqu'à bits en erreur Représentation de l'information conventions : le passage d'un creux à un plat ou inversement correspond au codage d'un 1 après le 1, un creux ou un plat comprend de 2 à 10 zéros consécutifs utilisation d'un codage à 14 bits EFM (Eight-to-Fourteen Modulation) et ajout de 3 bits supplémentaires, soit 17 bits par octet utile. Exemple : octet représenté par le mot de code EFM précédé des bits 100 trames de 588 bits comprenant 24 octets utiles (192 bits), les octets de protection (CIRC) et divers bits de contrôle et de synchronisation, soit un débit total de 4,3218 Mbit/s (pour un débit utile de 1,4112 Mbit/s ou 176 Ko/sec) secteurs (ou blocs) de 98 trames (soit 98 x 24 = 2352 octets utiles) correspondant à 1/75 de seconde de son : plus petites unités adressables sur un CD-DA CD-DA composé de 1 à 99 morceaux (tracks), chacun incluant au moins 300 secteurs CD-ROM et CD-ROM/XA Spécifications définies en 1984 par Philips et Sony (Yellow Book), et étendues en 1988 avec l'architecture CD-ROM/XA (Philips, Sony, Microsoft) 5

6 Réutilisation de la technologie CD-DA pour le stockage de données informatiques Morceaux (tracks) comportant des secteurs de 2352 octets À vitesse normale (1x), 75 secteurs sont lus par seconde, donc à un débit de 75 x 2352 x 8 = bit/s = 1,4112 Mbit/s. Capacité brute : 74 minutes à vitesse normale, soit 74 x 60 x 75 x 2352 x 8 = bits = 747 Mo. ATTENTION : une partie de ces octets va servir au renforcement de la correction d erreur. CD-ROM Dans ce standard, un morceau peut contenir des données (secteurs en Mode 1) ou de l'information d'autres média (audio, par exemple), les secteurs correspondant étant définis en Mode 2 Tous les secteurs d'un morceau sont définis dans le même mode Un CD-ROM comportant les deux types de morceaux est dit "en mode mixte" (Mixed Mode) En Mode 1, la technique CD-DA de protection contre les erreurs n'est pas suffisante (objectif : ) Format d'un secteur en Mode 1 Sync Header reserved Data ECC EDC Synchronisation : 12 octets Entête : 4 octets (numéro de secteur, mode...) Réserve : 8 octets Données : 2048 octets ECC (Error Correction Code) : 276 octets (similaire au code CIRC) EDC (Error Detection Code) : 4 octets (code CRC) Débit de données à vitesse normale (1x) : 75 x 2048 x 8 = bit/s = 150 Ko/s Capacité utile : 74 x 60 x 75 x 2048 = octets = 650 Mo Format d'un secteur en Mode 2 Sync Header Data Ce mode, principalement utilisé pour l'audio, sert de base à l'architecture CD- ROM/XA CD-ROM/XA Définition de deux formes du format des secteurs en Mode 2 (Forme 1, Forme 2) Addition d'un sous-entête par secteur, permettant le multiplexage de secteurs de média différents dans un même morceau Format d'un secteur en Mode 2 Forme 1 Sync Header Subheader Data ECC EDC 6

7 Débit de données à vitesse normale (1x) : 75 x 2048 x 8 = bit/s = 150 Ko/s 650 Mo utiles Format d'un secteur en Mode 2 Forme 2 Sync Header Subheader Data EDC Débit de données à vitesse normale (1x) : 75 x 2324 x 8 = bit/s = 170 Ko/s Forme 2 utilisable en particulier pour les images MPEG (Vidéo CD) ou pour le son audio comprimé (ADPCM) 740 Mo utiles CD-R (Recordable CD), CD-RW Spécifications définies en 1991 par Philips et Sony (Orange Book) Possibilité d'enregistrer directement un CD-R en une fois (single-session) en plusieurs fois (multi-session) Capacité : environ 650 Mo, 700 Mo, 800 Mo (74mn, 80 mn, 90 mn) (base 1024) Technologie : piste en spirale préparée comme un "plat" (land) continu couche d'absorption entre le substrat et la couche réfléchissante (dorée) modification des caractéristiques de la couche d'absorption par écriture laser, formant des "creux" (pits) CD-R lisible comme un CD-ROM normal Problème de la constitution de la table des matières pour un CD-R multi-session : la TOC dans la zone Lead-in ne peut pas être modifiée à chaque session Solution : lors de chaque session (théoriquement, 99 sessions sont possibles), le graveur de CD-R écrit une table des matières partielle dans une zone PMA (Program Memory Area) qui appartient à la session. Chaque zone PMA contient un pointeur vers la suivante. REMARQUE :Graver avec la norme ISO 9660 Photo CD développé par Kodak et Philips en 1990 système de compression spécifique de Kodak pixels codés sur 24 bits (1 octet pour la luminance, 2 octets pour la chrominance) plusieurs formats : Photo CD Master (100 photos) Pro Photo CD (25 photos) Photo CD Catalogue (6000 photos) lisible comme un CD-ROM/XA Mode 2 Forme 1 également lisible comme un CD-I (c'est donc un disque CD-I Bridge) 7

8 VCD (Video CD) codage vidéo et audio MPEG-1 durée : 74 mn de vidéo résolution : 352 x 240 x 30 (NTSC) 352 x 280 x 25 (PAL/SECAM) Un VCD est un disque CD-I Bridge Caractéristiques des lecteurs ce CDRom, CDR, CDRW On entend parler des caractéristiques générales d'un lecteur CD par le terme 32X, 40X etc Cela correspond en principe à la vitesse de rotation maximum pouvant être atteinte par le lecteur. En réalité le lecteur, lorsqu'il cherche différents fichiers, change de vitesse en permanence - accélérations, ralentissements. Globalement ce qui nous intéresse c'est le temps d'accès et le débit moyen continu. Temps d'accès : Lacie BlueCD Firewire: 131ms, Plextor : 161 ms Sony : 97 ms Kenwood True52x : 95 ms Taux de transfert variable : Lacie BlueCD: 1,7Mo/s à 3,4 Mo/s Plextor : 2,2Mo/s à 4,58 Mo/s Sony : 2,2 Mo/s à 4,58 Mo/s Kenwood True 52x: 6,8 Mo/s à 7,7 Mo/s Les interfaces : EIDE, SCSI, USB, Firewire DVD (Digital Versatile Disk) Technologie dérivée de la technologie CD (compatibilité avec les média CD courants) Mêmes dimensions physiques (12 cm de diamètre, 1,2 mm d'épaisseur), mais avec deux substrats de 0,6 mm Options : 1 ou 2 couches, 1 ou 2 faces Géométrie réduite : espacement des spires : 0,74 µm (au lieu de 1,6 µm) taille minimale d'un creux : 0,4 µm (au lieu de 0,83 µm) Vitesse de lecture : 3,5 m/s (au lieu de 1,2 m/s) Longueur d'onde de la source laser : nm Formats: DVD-ROM : 4,7 Go (DVD-5) : 1 couche, 1 face 4,37 Go base 1024 (Gio) 8,54 Go (DVD-9) : 2 couches, 1 face 7,91 Go 9,4 Go (DVD-10) : 1 couche, 2 faces 8,76 Go 17,08 Go (DVD-18) : 2 couches, 2 faces 15,8 Go DVD-Video : vidéo encodée en MPEG-2(9,8 Mbps maxi), 3 à 5 canaux de son audio (qualité CD), 4 à 6 canaux de sous-titrage 8

9 DVD-Audio : échantillonnage à 44,1/48/88,2/96/176,4/192 khz, quantification sur 16/20/24 bits DVD-R (Recordable) : 4,7 Go, 8,5 Go en double couche DVD-RW (Re-writable) : 4,7 Go DVD-RAM (Re-writable) : 4,7 Go par face DVD+RW : 4,7 Go DVD+R : 4,7 Go, 8,5 Go en double couche Caractéristiques: Le taux de transfert au départ de la norme DVD est de 11 Mbits/s, le temps d'accès 200ms. Ces valeurs sont donc prises en compte pour la création de produits comme le DVDVidéo où le débit total ne doit pas dépasser 9,8 Mbits/s, il est souvent autour de 7 Mbits/s. Bien sûr, le monde informatique augmenté ses possibilités en multipliant la vitesse de lecture (8X,10X ) On arrive à des débits pour un même lecteur (Pionneer 104S) de 5,5 Mo/s à 13 Mo/s avec un temps d'accès de 99 ms. Les caractéristiques à vérifier aussi : la compatibilité en lecture des CDR, CDR-W, DVDR, DVD+R,DVD+RW Les interfaces utilisées : IDE, SCSI, Firewire et USB 9

10 Disque Blu-Ray ( depuis février 2008 le concurrent HDDVD a été abandonné) Le disque Blu-ray ou Blu-ray disc (abréviation officielle BD, autre dénomination B-RD) est le support par lequel Sony veut remplacer le DVD. Il avait comme principal concurrent le HD DVD, lancé par Toshiba et soutenu par Microsoft, qui ont annoncé son abandon en février Il est basé sur un rayon laser bleu-violet (longueur d onde : 405 nm), d ouverture numérique élevée (0,85), d où le nom en anglais blue ray (rayon bleu) contracté en «Blu-ray» pour déposer la marque. Par comparaison avec le laser rouge (longueur d onde : 780 nm) d ouverture numérique 0,45 utilisé pour le CD et le laser orange (longueur d onde : 650/635 nm) d ouverture numérique 0,6 utilisé pour le DVD, il permet de stocker plus d informations sur la même surface grâce à un rayon plus fin (diamètre du spot laser : 290 nm) induisant des sillons de gravure plus petits et plus rapprochés (écart : 320 nm) et des alvéoles plus courtes (longueur minimale : 149 nm 135 nm pour le modèle 27 Go actuellement abandonné). Les premiers appareils grand public à utiliser cette technologie sont apparus fin 2006, notamment la PlayStation 3 en novembre au Japon puis aux États-Unis, et le 23 mars 2007 en France. Capacité et vitesse Un disque Blu-ray double couche contient 50 Go, soit 4h26 de vidéo HD (Haute-Définition) au format MPEG-4 AVC avec un débit binaire de 25 Mb/s, ou 22 heures de vidéo au format MPEG-2 avec un débit binaire de 5 Mb/s. Le taux de transfert est de 36 Mbits/sec (4,5 Mo/s) pour les lecteurs 1 et de 72 Mbits/sec (9 Mo/s) pour les lecteurs 2 actuellement disponibles sur le marché. Les standards BD-R (disque enregistrable), BD-RE (réinscriptible) et BD- ROM (lecture seule) font partie des spécifications Blu-ray 2.0. Les disques pré-enregistrés BD-ROM étaient disponibles début 2007 ; le premier BD-ROM a été gravé en novembre 2005 (Sony Pictures Home Entertainment). Le projet de faire des disques de 100 Go et 200 Go a finalement abouti ; le disque de 100 Go utilise des couches de 25 Go, tandis que celui de 200 Go utilise des couches de 33,3 Go. Pour le moment, seuls certains appareils, comme la PlayStation 3, peuvent lire ce format en simple et double couche. Il n existe actuellement aucun lecteur pour les disques de 100 et 200 GB (confirmé par Hitachi, créateur du BD 100 Go Prix d un graveur Blu Ray : 150 à 200 BD-R simple ou double couche BD-E BDRom Janvier 2010 Sony et Philips annonce le nouveau BluRay à 33 Go par couche. Le futur? le HVD Holographic Versatile Disc sortie courant ,6 To plus tard 3,9 To 10

11 Les cartes pour ne plus perdre la mémoire Guide Techno La révolution numérique est une réalité pour tous, téléphones mobiles, appareils photos, lecteurs MP3, caméscopes, assistants personnels (PDA), ces produits souffrent tous du même besoin de mémoire. Sur un ordinateur, la mémoire ne constitue pas un problème majeur, si le disque dur devient trop étroit, il suffit d'ouvrir le boîtier et de le changer. Sur ces appareils nomades, la problématique est différente. Les données ne font que transiter, elles sont le plus souvent stockées sur un ordinateur et copiées en fonction des besoins. Le disque dur du PC conserve ainsi quelques dizaines, voire centaines de méga-octets. Mais ce type de périphérique de stockage, très gourmand en énergie, ne peut s'adapter sur un appareil fonctionnant sur une batterie. La mémoire utilisée pour les objets nomades est donc le plus souvent de type "Flash", c'està-dire ne nécessitant pas d'alimentation électrique permanente. Elle se matérialise par une puce à l'image de celles qui se trouvent sur les cartes bancaires. Si ces dernières sont toutes de petite taille, elles ne possèdent pas toutes les mêmes caractéristiques. Cinq type de cartes mémoire cohabitent: Smartmedia, Compact Flash (type I et II), Multimedia Card (MMC), Secure Digital (SD) et Memory Stick. Auxquels il faut ajouter le Microdrive d'ibm, semblable à une Compact Flash mais abritant en réalité un vrai disque dur. Plusieurs critères les différencient les unes des autres, au premier rang desquels figure le taux de transferts des données. Tableau comparatif des cartes "bas débit" Type de carte Smartmedia Memory Stick MMC Taux de transfert (Mo/s) 1 2,45 2,5 Taille (mm) 45 x 37 x0,76 21,5 x 50 x 2,8 32 x 24 x 1,4 Poids (g) Alimentation (V) 5 / 3,3 2,7 / 3,6 2 / 3,6 Nombre de contacts Carte mémoire / carte d'extension oui / non oui / oui (GPS, appareil photo) oui / non Protection anticopie non Uniquement sur "Magic Gate" non Usage type Appareil photos, lecteurs MP3 Appareils Sony PDA, appareil photos, lecteurs MP3, enregistreurs vocaux, caméscopes numériques 11

12 Tableau comparatif des cartes "haut débit" Type de carte Compact Flash type I et II IBM microdrive SD Taux de transfert (Mo/s) 7,62 11,1 10 Taille (mm) 43 x 36 x 3,3 (ou 5,5) 43 x 36,5 x 5 24 x 32 x 2,1 Poids (g) Alimentation (V) 3,3 / 5 3,3 / 5 2,7 / 3,6 Nombre de contacts Carte mémoire / carte d'extension oui / oui (modems, fonction réseau, Bluetooth) oui / non oui / oui (Bluetooth, appareil photo..) Protection anticopie non non oui Usage type PDA, appareil photos, lecteurs MP3, appareils photo, modems PDA ou appareil photos, PC portables PDA, appareil photos, lecteurs MP3, enregisteurs vocaux, camescopes numériques Voir les 2 fichiers pdf de DANALEC 12