Architecture (5) - DISQUES DURS -

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1 1/24 Introduction Structure des données Interfaces Architecture (5) - DISQUES DURS - Pierre Gançarski Université de Strasbourg IUT Robert Schuman DUT Informatique

2 2/24 Introduction Structure des données Interfaces Plan 1 Introduction Composants d'un disques dur Historique 2 Structure des données Cylindre, face et secteur Capacité d'un disque 3 Interfaces Types d'interfaces RAID

3 Introduction Structure des données Interfaces Composants d'un disques dur Plateaux Disque dur = un axe central autour duquel des plateaux tournent à une vitesse constante : les faces de ces plateaux (en aluminium) sont recouvertes d'une couche magnétique Source Wikipedia des têtes de lecture/écriture (reliées à une armature) permettent de lire et écrire des données (en binaire) sur la surface des plateaux 3/24

4 4/24 Introduction Structure des données Interfaces Composants d'un disques dur Têtes de lecture/ecriture une tête de lecture/écriture (par face) écrit ou lit suivant des cercles concentriques appelés pistes : nombre xé à la construction du disque une tête de lecture/écriture est une petite antenne très proches du matériau magnétique : elle peut modier le champ magnétique local pour écrire soit un 1, soit un 0. A l'inverse, le champ magnétique local génère sur la tête un potentiel électrique qui dépend de la valeur 0 ou 1. Source Wikipedia

5 Introduction Structure des données Interfaces Composants d'un disques dur Peigne Une armature (peigne) déplace radialement toutes les têtes en même temps et de la même façon. Source Wikipedia L'ensemble des pistes lues par une position du peigne forme un cylindre Un contrôleur intégré dans le disque va commander les déplacements du peigne et ordonner les écritures/lectures 5/24

6 6/24 Introduction Structure des données Interfaces Composants d'un disques dur Temps de transfert Le temps d'accès et le débit d'un disque dur permettent d'en mesurer les performances. Temps de transfert total = temps de réaction du contrôleur + temps de recherche (seek time) : temps que met la tête pour se déplacer jusqu'au cylindre choisi + temps de latence : temps que met la tête à se positionner sur la donnée (1/2 tour en moyenne) + temps de transfert : temps que vont mettre les données à être transférées entre le disque dur et l'ordinateur le débit va dépendre de ce temps et de la nature de l'interface de communication (largeur, protocole, etc.)

7 7/24 Introduction Structure des données Interfaces Historique Historique invention du disque dur : une seule tête venait s'insérer entre les plateaux pour lire les informations, mais devait se retirer complètement pour passer d'un plateau à un autre. Vitesse de rotation : tours par minute Débit de transfert : 8,8 Ko/s. Idée pour maintenir les têtes au-dessus de la surface des plateaux : injecter de l'air sous pression au travers de la tête de lecture commercialisation du 1 disque dur : RAMAC 305 (Random er Access Method of Accounting and Control) : 50 disques de 24 pouces de diamètre deux têtes de lecture/écriture qui pouvaient se déplacer d'un plateau à un autre en moins d'une seconde. La capacité totale : 5 Mo $ (de l'époque) par mégaoctet

8 8/24 Introduction Structure des données Interfaces Historique RAMAC 305 Source Google

9 9/24 Introduction Structure des données Interfaces Historique Historique commercialisation par IBM du premier disque dur de 25 gigaoctets (Deskstar 25 GP) : jugée par la presse comme disproportionné par rapport aux besoins réels des particuliers Evolution En 30 ans : la surface occupée par un bit d'information s'est réduite d'un facteur augmentation des capacités de stockage, des temps d'accès, de l'encombrement et du coût de stockage. En 55 ans : la capacité des disques durs a été multipliée par un facteur de : en 2010 un disque peut atteindre 2 To (Seagate vient de sortir un 4To) En 55 ans : le prix du mégaoctet a été divisé par environ 84 millions 1956 : $ par mégaoctet 1979 : Le Seagate ST-506 stocke 5 Mo de données et coûte à l'époque dollars, soit 300 $ par mégaoctet : Seagate Barracuda - 1 To : 120 $ soit environ 0,00012 $ par mégaoctet.

10 10/24 Plan 1 Introduction Composants d'un disques dur Historique 2 Structure des données Cylindre, face et secteur Capacité d'un disque 3 Interfaces Types d'interfaces RAID

11 11/24 Cylindre, face et secteur Cylindre Chaque plateau (possédant le plus souvent 2 surfaces utilisables) est composé de pistes concentriques séparées les unes des autres par une zone appelée espace interpiste Les pistes situées à une même distance de l'axe de rotation forment un cylindre. Piste Plateaux Cylindre

12 12/24 Cylindre, face et secteur Secteur Les pistes sont découpées en secteurs (généralement 512 octets) Secteur les pistes extérieures plus longues que les pistes intérieures : densité spatiale des infos. variable selon la piste. Depuis les années 1990 cette densité est constante variation du nombre de secteurs selon la piste.

13 13/24 Capacité d'un disque Capacité d'un disque C = nombre de cylindres nombre de têtes nombre de secteurs par piste nombre d'octets par secteur. Exemple de deux générations de disque : DEC RP07 (1980) - Maxtor Atlas 15k (2002)

14 14/24 Capacité d'un disque DEC RP07 (1980) - Maxtor Atlas 15k (2002)

15 15/24 Capacité d'un disque Capacité d'un disque DD : DEC RP07 Maxtor Atlas 15k H x L(cm) 118 X 67,3 2,6 X 10,1 Profondeur (cm) 83,8 14,7 Masse (kg) 181 0,81 Nombre de plateaux 9 4 Nombre de faces 16 8 Nombre de cylindres Secteur/piste Octets/secteur Capacité 516 Mo 73 Go Vitesse de rotation (tr/min) Nombre de têtes Temps de latence moyen (ms) 8,3 2 Seek time piste à piste (ms) 5 0,3/0,5 Seek time moyen 23 3,4/3,8 Taux de transfert maximum (Mo/s) 2,1 100

16 16/24 Capacité d'un disque Accélération des accès Ordonnancement des déplacements des têtes Utilisation de plusieurs têtes par bras : sous-ensemble de cylindres par sous-ensemble de têtes Entrelacement des secteurs Utilisation de cache : sur le disque mais aussi en MC : accès direct du contrôleur à la MC Disque SDD : mémoire ash

17 17/24 Plan 1 Introduction Composants d'un disques dur Historique 2 Structure des données Cylindre, face et secteur Capacité d'un disque 3 Interfaces Types d'interfaces RAID

18 18/24 Types d'interfaces Trois interfaces possibles : IDE, SATA et SCSI. Interface IDE Permet de connecter jusqu'à 4 unités simultanément Bus parallèle (jusqu'à 80 ls) Temps d'accès : 8 ms Taux de transfert max : 133 Mo par seconde les disques durs se répartissent 133 Mo/s (2 disques en raid 0 saturent l'interface). Avantage Moins chère des 3 interfaces à capacité égale Inconvénient Taux de transfert instable et temps d'accès trop important.

19 19/24 Types d'interfaces Interface (S)ATA Évolution de l'ide Transmission des données par un bus série (7 ls) et non parallèle, Taux de transfert max : 300 Mo par seconde (Sata II) Hot plug

20 20/24 Types d'interfaces Interface SCSI Créée en 1965 pour prendre en charge un nombre plus important d'unités (disques durs, CD-ROM, etc.) que l'ide. Forte stabilité du taux de transfert Une carte adaptatrice (bus PCI ou ISA) se charge de la gestion et du transfert des données Le processeur central est déchargé de toute commande : lui permet de faire autre chose en attendant la donnée. Normes SCSI actuelles : Ultra Wide SCSI-2 : 40 Mo/s maximum Ultra2 Wide SCSI : 80 Mo/s maximum Ultra3 SCSI : 160 Mo/s maximum Ultra320 SCSI : 320 Mo/s maximum

21 21/24 RAID Principe RAID (Redundant Array of Independent Disks) : apparition en 1987 Principe : Rassembler plusieurs disques durs physiques en une seule unité logique Objectif : Permettre d'additionner des capacités de petits disques en un seul disque d'obtenir un disque (virtuel) plus performant de sécuriser au maximum les données d'augmenter la capacité, les performances et la sécurité en même temps : nécessite plus de disques

22 22/24 RAID Niveaux RAID 0 (stripping) Rassemble des disques durs en un seul de capacité égale à celle du plus petit multiplié par le nombre de disques présents Les chiers sont découpés en bandes sur plusieurs disques Avantage : accès rapide aux chiers (lecture/écriture en parallèle) Inconvénient : la perte d'un disque entraîne la perte de toutes les données RAID 1 (mirroring) Duplique de façon synchrone les infos sur deux disques Avantage : sécurise les données en cas de panne d'un disque, l'autre contient toutes les infos Inconvénient : la capacité totale est égale à celle d'un seul disque

23 23/24 RAID Niveaux RAID 5 Combine la méthode des bandes (RAID 0) à une parité répartie circulairement sur les N disques (souvent N = 3) : chaque bande est constituée de (N-1) blocs de données et d'un bloc de parité On peut calculer le contenu d'un bloc à partir des N - 2 autres blocs de données et du bloc de parité Avantage : l'intégrité des données de chaque bande est préservée. De plus, on peut reconstruire le disque après son remplacement. Inconvénient : perte d'un 1/N de la capacité et temps de reconstruction important (plusieurs heures) utilisation d'un disque de spare.

24 24/24 RAID Niveaux RAID 01 : disques en Raid 0 deux par deux. RAID 10 : disques en Raid 1 pour ne former qu'une unité en Raid 0 capacité égale aux deux disques Raid 1 si ceux ci ont la même capacité. Raid 50 : ensemble Raid 5 monté ensuite en Raid 0.

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