La structure physique du disque dur. Division physique sur la surface du disque dur








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La structure physique du disque dur.

Division physique sur la surface du disque dur.


Comme les disquettes, les disques durs doivent être formatés avant que le système d'exploitation puisse commencer à y écrire des données. Mais les disques durs subissent deux formatages: l'un physique et l'autre logique.

Au cours de cette préparation physique de la surface magnétique du disque, tous les plateaux du lecteur reçoivent des éléments de structure. Le principe de cette structure n'est pas le même pour tous les disques durs. Plus les disques sont compacts et performants, plus la subdivision des plateaux doit être fine et dense.

Le principe CHS [cylindres (Cylinder), les têtes (Heads) et les secteurs (Sectors)]


Au départ, la structure des disques durs est analogue à celle des disquettes. Dans le cas des disques durs, il s'agit de pistes, en fait des cercles concentriques. Ces pistes sont réparties de manière homogène sur tous les plateaux du disque. Une même piste s'étend sur l'ensemble des plateaux. Vous pouvez aussi vous représenter cette division sous la forme de corps cylindriques emboîtés, constitués par les pistes situées l'une au-dessus de l'autre dans la pile des disques. Le nombre de cylindres fréquemment évoqué correspond en fait au nombre de pistes.

Les pistes sont ensuite elles-mêmes divisées en secteurs. De cette manière, il est possible d'identifier sans ambiguïté une zone particulière du disque dur. Voici un exemple d'adresse possible: "cylindre (piste) 6, disque 2 face inférieure, secteur 8". Cela permet de définir un emplacement particulier à l'intérieur de la structure décrite. Le nombre de pistes (ou cylindres) est défini lors de la fabrication; de même, le nombre de faces de disques et de têtes est déterminé physiquement. Quant au nombre de secteurs résultant du formatage physique, il dépend essentiellement de la procédure d'inscription et donc de la densité de données que le disque dur est capable de recevoir. Il est clair que la qualité de la couche magnétique joue également un rôle dans ce contexte. C'est pourquoi on parle souvent de paramètres physiques.

C'est avec les paramètres physiques CHS que l'on déclare un disque dur dans le setup du BIOS. Si l'on connaît la taille d'un secteur - elle est en général de 512 octets - on peut également calculer la capacité totale du disque. C'est possible avec les anciens disques durs mais plus avec les nouveaux qui structurent la surface disponible de manière plus astucieuse.

La Fat


Pour être utilisé, un disque dur doit au préalable être préparé à recevoir des informations. La première commande DOS FDISK permet de partitionner le disque dur. Suit ensuit le formatage des différents disques durs. Attention, sur les anciens PC, une commande du BIOS permettait le formatage de bas niveau. Avec les nouveaux disques (486+), cette commande n'est plus nécessaire. Son utilisation fait même perdre une partie de la capacité dans certains cas. Elle est toute fois encore utilisée pour réparer un disque avec des clusters défectueux via un programme spécifique à la marque de disque dur. Renseignez-vous sur le site du constructeur.

La Fat est la manière de gérer les informations sur les disques durs. Elle représente la table de matière qui inclut les informations de saut. DOS 3.3 et inférieur gérait cette FAT de manière personnelle. Avec le DOS 4.0 début 1990, apparaissait également la FAT 16.

La Fat 16 permet des partitions de 2 GB maximum comme disque principal ou logique (nous parlerons de cette notion en atelier). La taille du cluster ou bloc (plus petite information possible) varie suivant la taille de la partition, mais également suivant le type de FAT. Elle a été modifiée en VFAT (Virtual FAT) pour accepter les noms longs et accepter une compatibilité avec les partitions DOS de Win95

La FAT 32 est apparue avec Win95 OSR2 (Win95B), elle n'est pas compatible avec la FAT 16. Si Win95B peuvent lire les FAT16, DOS ne peut lire les informations sur les disques partitionnés en FAT32. La partition maximum théorique en FAT 32 est de 2 Tétra Bytes (2000 GB)

D'autres types de partitions existent suivant le système d'exploitation. Elles ne sont pas toujours lisibles par les systèmes d'exploitation. OS2 utilisait une table d'allocation en 32 uniquement lisible par des machines OS2, mais lit les partitions en FAT 16. Windows NT 4.0 lit les partitions en FAT 16, mais pas les FAT32, et inclut des partitions en NTFS, pas lisibles par Win95-98 et limitée à 2,1 GB. Windows 2000 et XP accepte FAT 16, FAT 32 et NTFS sans limitations.

Une partition NTFS n'est plus basée sur les clusters mais sur une table de fichier maître qui se base sur un descriptif de fichiers (emplacement, attributs, droits d'accès utilisateurs, quota d'espace pour les utilisateurs, ...)  et permet de meilleures protections des fichiers au niveau accès utilisateurs. La taille des clusters est également fixe: 4 KB pour les partions 2000 et XP (limitée à 2 TeraByte en théorie) et 256 Tera-byte pour 2003.



LES DIFFERENTS SYSTEMES RAID (Redundant Array of Independant Disk).


Cette possibilité nécessite un contrôleur disque dur particulier et ... toujours un système d'exploitation spécifique réseau lourd (une fois de plus, évitez Win 95 / 98). Adaptec fournis des contrôleurs RAID IDE, mais ce n'est pas la majorité des cas pour des questions de performances. Certains systèmes d'exploitation réseau permettent également, dans une moindre mesure, d'effectuer du RAID logiciel. Ceci n'est pas conseillé puisque c'est le processeur qui remplace le travail des contrôleurs, d'où un ralentissement.

Le RAID permet d'associer plusieurs unités de disques durs de même type en une seule grappe. En cas de défaillance d'un disque, les versions de RAID autres que 0 permettent de reconstruire les données perdues à partir des autres unités de la grappe. L'implantation de cette technologie peut être de nature matérielle, logicielle ou passer par une combinaison des deux. Les solutions proposées peuvent être regroupées en six grandes familles, du Raid 0 au RAID 5.

RAID 0 (striping) 


Le RAID 0 n'apporte aucune sécurité des données, il augmente seulement le taux de transfert des informations. L'information est découpée à la suite de l'autre sur l'ensemble des disques durs (4 disques dans le cas ci-dessous mais plus généralement 2) L'unité qui regroupe les disques bénéficie de la somme des débits de chaque disque. Un accès (opération de lecture) ou un transfert (opération d'écriture) s'effectue en simultané sur l'ensemble de la grappe sur un mode parallèle. La panne d'un seul disque dur provoque la perte de toutes les données.



La capacité globale est équivalente à la somme des capacités de chaque disques durs (de capacités identiques).

RAID 1 (Mirroring)


Dans les liaisons RAID 1, les données sont dupliquées intégralement sur un second disque ou sur un second groupe de disques durs. Les performances en lecture sont doublées grâce à l'accès simultané aux deux disques (à condition d'avoir deux contrôleurs séparés). Cette méthode réduit néanmoins la capacité de stockage. Il correspond au Mode logiciel "Miroir" de Windows NT4 ou Windows 2000 Server.



Ecriture

Lecture




RAID 2


RAID 2 repose sur une grappe avec plusieurs disques de parité et une synchronisation des accès. Cette technologie est peu utilisée de par sa complexité et le surcoût qu'elle entraîne. Il est identique au RAID 0 avec un contrôle des données intégré. On utilise généralement 3 disques de contrôle pour 4 disques de données. La méthode de correction est l'ECC. Néanmoins, tous les disques durs SCSI incluent ce contrôle d'erreur, d'où le caractère anecdotique de ce mode. Cette technologie n'as pas été commercialisée de manière industrielle.


RAID 3


Le RAID 3 est basé sur des grappes de disques identiques avec une unité de stockage réservée au stockage du bit de parité. Si le disque de parité tombe en panne, on se retrouve en RAID 0. La sécurité des données est peu implantée. Attention, le disque de parité est 2 fois plus utilisé que les autres disques.


Le RAID 4


RAID 4 se différencie du RAID 3 par une gestion asynchrone des unités. Même si les accès fonctionnent en parallèle sur les différentes unités, le disque de parité est plus souvent sollicité. Ceci implique en RAID 3 un goulot d'étranglement. La seule différence avec le RAID 3 est la structure des données implantée sur les disques.



En écriture, les données sont décomposées en blocs de petite taille et répartis sur les différents disques composant le RAID 4. Simultanément, le contrôle de parité s'inscrit sur le disque dédié à cet effet.

Ecriture

Lecture :





Avantages :

Inconvénients :

  • Tolérance de panne et parité centralisée sur un disque dédié.

  • Parité : processus algorithmique permettant au système de reconstituer une donnée défectueuse ou manquante à partir de l'information de parité mémorisée au cours de l'écriture.

  • Un sous-système en RAID 4 présente un rapport capacité/ performance/ investissement intéressant.

  • Les performances en lecture des piles de disques de niveau RAID 4 sont excellentes (équivalentes au RAID 0).

  • Puisqu'il n'y a pas duplication des données, mais uniquement enregistrement des données de parité correspondantes, le coût par méga-octet d'une solution de niveau RAID mode 4 demeure raisonnable.

  • Le défaut majeure provient de la mise à jour des données de parité qui dégrade les performances de Raid 4. Pour cette raison, le RAID 5 est toujours préférés aux systèmes RAID de niveau 4.

Le RAID 5


RAID 5  s'apparente au RAID 4 avec un bit de parité distribué sur l'ensemble des unités de la grappe, supprimant ainsi le fameux goulot d'étranglement tout en bénéficiant des performances de la gestion asynchrone. Ce mode correspond à l'agrégat par bandes avec parité sous NT4 ou 2000 Server. Les disques travaillent tous autant. Lors d'un échange à chaud (hot plug) d'un disque dur, les données sont recréées à partir des autres disques durs.



Avantages:

Inconvénients:

  • Bonne tolérance aux erreurs

  • Enormément d'implantations commerciales

  • Hot-spare

  • Hot-plug

  • 3 disques au minimum

  • En cas de problème, remise en ordre assez lente

  • en cas de panne d'un disque dur, on revient en mode 0.

Applications:

    • Les applications qui utilisent les E/S de manière aléatoire sur de petits volumes

    • Typiquement les serveurs de bases de données

Orthogonal RAID 5


L'Orthogonal RAID 5, technique logicielle développée par IBM, ce mode utilise un contrôleur par disque. Dans le langage courant, il est assimilé à un RAID 5.

Les autres RAID


D'autres systèmes RAID sont proposés. Ce ne sont que des RAID 5 évolués. Ces modes restent rares du fait d'une architecture complexe et un coût élevé.

  • RAID 6 utilise une double parité. Ce système permet de travailler avec 2 disques durs défectueux, avec forcément une perte de performances.

  • RAID 7 met en jeux plusieurs disques de données couplé avec 1 ou plusieurs disques de parité. le contrôle des données et de la mémoire cache et le calcul de la parité se fait par un microcontrôleur. Ceci donne des performances jusque 50 % plus rapides que dans les autres modes RAID. Cette solution est une marque déposée de Storage Computer Corporation

  • RAID 10 implante le striping (RAID 0) couplé au Mirroring (RAID 1). Une excellente mais coûteuse solution de tolérance de panne. Ce système est le plus sûr et le plus rapide. Néanmoins, sa difficulté de mise en oeuvre et le prix le rendent peu utilisé.


LES PORTS


LE SCSI

SCSI, Small Computer System Interface en anglais, est un standard définissant un bus informatique permettant de relier un ordinateur à des périphériques ou bien même à un autre ordinateur.


Modes de transfert [
modifier]

Norme

Interface

Vitesse Bus (Mo/s)

Fréquence de bus (MHz)

Taille Bus (bits)

Longueur de câble SE
max. (mètres)


Longueur de câble LVD
max. (mètres)


Longueur de câble HVD
max. (mètres)


SCSI-1

SCSI

5

5

8

6

-

25

SCSI-2

Wide SCSI

10

5

16

3

-

25

Fast SCSI

10

10

8

3

-

25

Fast Wide SCSI

20

10

16

3

-

25

SCSI-3

Ultra SCSI

20

20

8

1,5

-

25

Ultra Wide SCSI

40

20

16

3

-

-

Ultra2 SCSI

40

40

8

-

12

25

Ultra2 Wide SCSI

80

40

16

-

12

25

Ultra3 SCSI

80

80

8

-

12

-

Ultra-160 SCSI (ou Ultra3 Wide SCSI)

160

80

16

-

12

-

Ultra-320 SCSI

320

160 (80MHz DDR)

16

-

12

-

Ultra-640 SCSI

640

320 (80MHz QDR)

16

-

12

-

LE SATA
Le Serial ATA (ou S-ATA ou SATA) est un bus informatique principalement conçu pour le transfert de données entre un ordinateur et un disque dur. C'est l'évolution du standard Advanced Technology Attachment (ATA ou IDE).


Le Serial ATA a de multiples avantages par rapport à son prédécesseur, les trois principaux étant sa vitesse, la gestion des câbles et le branchement à chaud (Hot-Plug). L'ancienne norme ATA est communément désignée sous le nom « Parallel ATA » (P-ATA) afin que les deux ne soient pas confondues.

Les premiers modèles de Serial ATA, apparus en
2003 permettent un débit théorique de 150 Mo par seconde mais il a été conçu pour aller bien plus vite. Le Serial ATA II double sa vitesse à 300 Mo/s puis les 600 Mo/s sont prévus pour 2007. Cependant à 150 Mo/s ce n'est que 17 Mo/s de plus que le plus rapide des Parallel ATA : l'ATA/133. Les bus parallèles ont maintenant des difficultés pour augmenter leurs vitesses à cause d'un problème de synchronisation des lignes de données. Le Serial ATA utilise le nouveau LVDS pour la signalisation. L'augmentation du débit de l'interface est sans grand intérêt lorsqu'un seul disque est utilisé, puisque ceux-ci ne permettent pas (en 2007) un débit supérieur à 100 Mo/s. La norme SATA II permet l'utilisation de multiplicateurs de ports, qui permettent d'utiliser plusieurs disques à partir d'un seul connecteur du contrôleur.

L’IDE

L' IDE (Integrated Drive Electronics), est le plus répandu des standards commerciaux d'interface de connexion pour mémoires de masses (disque dur, CDROM, DVD) en micro-informatique. Cette connexion s'appuie sur les standards ATA et ATAPI.









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