S1C3 - Les disques

Les types de disques courants sont les suivants :

• disque dur magnétique,
• disque dur électronique ou SSD,
• disque amovible optique (CD, DVD, BlueRay);
• Clé USB et carte SD ou autres support amovible

Il existe aussi d'autres types de supports de données (bande, cartouches, cassette, disquettes, etc.. ) mais il sont obsolète ou en cours de recherche.

1. Disque dur magnétique classique

Un disque dur (HDD - hard disk drive), magnétique, est composé de plateaux sur lesquels des têtes de lecture magnétiques lisent ou écrivent des bits sous forme de magnétisation de la surface comme dnas les anciennes bandes magnétiques.

• Avantages : le coût d'achat, la durabilité du stockage et du fonctionnement,
• Inconvénients : la lenteur, la consommation électrique, la sensibilité aux chocs et vibrations.
  Les inconvénients font qu'ils disparaissent rapidement des PC portables et fixes conjointement à la diminution de la demande. Cependant, les avantages font qu'ils sont encore largement utilisés dans les centres de données (data centers) mais aussi dans les unités de sauvegarde et le faible coût d'achat les rend encore particulièrement concurrentiels aux disques SSD.

Noter que pour les disque externe (et portables), il vaut mieux utiliser un disque SSD.

Caractéristiques principales

Les principales sont :

• La marque : Seagate, Western Digital, Maxtor, IBM, etc. ...,
• La capacité : plusieurs terra bits (actuellement de 512Go à 8To)
  • le nombre de pistes ou cylindres (C)
  • le nombre de têtes ou de plateaux (H)
  • le nombre de secteurs (S)
  • le nombre d'octets par bloc (512, 1024, 2048 ou 4096 selon le formatage)
• La vitesse de communication,
• Le facteur de forme (3 et demi, 5 un quart, etc.),
• l'interface (SATA, SCSI, autre),

Les pistes sont séparées par une bande non structurée (non formatée), les blocs sont séparés par des séquences plusieurs zéros. Ce formatage de bas niveau se fait généralement en usine. Certains outils peuvent refaire cette magnétisation des surfaces afin de tenter récupérer des disques qui auraient été déteriorés.
Ce procédé fonctionne souvent avec un succès notable. Il est évident que les pistes et secteurs ne sont pas frcément alignés avec le formatage original et donc les données sont irrémédiablement perdues.

2. Disques SSD

Ces disques ne contiennent aucun élément mobile. Ils sont donc particulièrement robustes aux chocs et vibrations.
Mais les disques SSD sont plus chers à produire, surtout avec de grandes capacité et les SSD de plusieurs To sont comparativement encore plus chers que leur équivalent magnétique.

Ils sont souvent connectés normalement à la place des disques magnétiques et la récente connectivité SATA NVE est particulièrement adaptée aux ordinateurs portables et tablettes.

Cependant, la memoire flash dont ils sont fait ne supporte qu'un nomdre limité d'écritures ; autour de 100 000 écriture par bit, ce qui est déjà très bien. Ici, pas de notions de cylindre, tête et secteur. La capacité est donnée par la somme de chaque cellule de mémoire.

Caractéristiques principales

Les principales sont :

• La marque : Seagate, Western digital, Maxtor, IBM, la Cie, etc. ...,
• La capacité : plusieurs terra bits (actuellement de 512Go à 8To)
• La vitesse de communication,
• Le facteur de forme (3 et demi, 5 un quart, etc.),
• l'interface (SATA, SCSI, autre),

3. Disques optiques

CD, DVD, Mini-DVD, Blue-Ray, HD DVD, RAM-disc, Vidéodisk/LaserDisk ..., autant de disques optoélectroniques souvent amovibles et dont la particularité est que la lecture/écriture se fait de façon optique.
A l'origine pour diminuer le piratege logiciel (un support optique était impossible à copier, contrairement aux supports magnétiques) puis pour augmenter le stockage des sauvegardes, les CD ont été remplacés par les DVD faits pour concurrencer les cassette VHS et adapté au stockage des données.
Les disques Blue-Ray, comme le nom l'indique, utilisent des lasers bleus qui ont une fréquence supérieure au rouge, ce qui a permis d'augmenter la capacité des disques. Cependant, Blue-Ray étant aussi une marque, la diffusion a été plustôt restreinte pour les données et inls ne survivent plus que dans la vidéo familiale.

Quel avenir ? le HDV (Holographic Versatile Disc) ? Nono, aucun nouveau support n'est apparu depuis 2010.
Avec l'avènement des clé USB, des disques durs portables magnétique et SSD, NVE, et surtout avec le cloud et la vidéo à la demande, ces supports deviennet obsolètes et disparaissent petit à petit.

Cette disparition est encore accélérée du fait des difficultées à recycler les supports plastique de ces disques.

Fonctionnement

Lecture : un rayon laser rouge ou bleu détecte les aspérités, les "trous" qui ne réfléchissent pas la lumière pour les convertir en informations binaires.
Gravure (écriture) se fait par :

• brulage de la surface réfléchissante : disque inscriptible une seule fois (DVD-R ou RVR+R) ou gravé par matrice photo (DVD-ROM). La gravure se fait normalement par piste de données sauf pour les DVD-RAM qui permettent une gravure par fichier.
• chauffage et orientation de particules réfléchissante avec un champ magnétique ou optique : disque réinscriptible (DVD+RW ou -RW

Les données sont inscrites sur des pistes non structurées sur une partie du disque et une piste spécialisée (la zonne 'lead-in') contient les noms des fichier (toc - table of content) et la piste et l'index de début de chacun.

Types et capacités

• CD : Obsolète, "Compact Disk" (en opposition aux disque vinyl), jusqu'à 700Mo par disque.
• DVD : Obsolète, "Digital Versatile Disk" ou "Digital Video Disk", environ 4.7Go en simple couche et 8,5Go en double couche (DL : Dual Layer), les DVD-RAM peuvent contenir jusqu'à 9,4Go.
• Blue-ray : en cours d'obsolescence, utilisé encore en vidéo, environ 25Go/couche/face
• LaserDisk : obsolète et collector, utilisé pour de la vidéo avec un son numérique et la vidéo analogique, disque de grande dimension (30cm de diamètre contre 12 pour le format classique)

Certains DVD-18 peuvent contenir jusqu'à17Go en double face et double couches.

Caractéristiques principales

• type : CD, DVD, Blue-ray
• capacité
• couleur de surface (or ou argent)
• format : 12 ou 8cm de diamètre
• Nombre de faces
• Nombre de couches
• Nombre de pistes : 1 piste par face et par couche

4. Disques "flash"

Les disques flash (clé USB, carte SD, disques SSd externes) sont essentiellement des disques SSD de petite taille. Se référer au chapitre concerné plus haut.
Le formatage de ces disques est surtout en FAT 32.

1. Le partitionnement et les systèmes de fichiers

Le partitionnement est une opération qui inscrit une structure de rangement des données sur un disque. Il est fait juste avant le formatage.
Il existe deux types de partitions "physiques" (dont les adresses sont écrites directement dans la table des partitions primaires) :

• primaire : partition "physique", bootable mais de taille maxi limitée (surtout pour les disques MBR : 2To),
• secondaire : partition physique non formatable mais contenant une ou plusieurs partitions logiques décrites de la même façon mais pouvant être plus grandes, non bootables.

Lors du partitionnement, on définit :

• Le type de disque : MBR, GPT (protect MBR),
• Un espace où sont stockées les informations sur la structure du disque (boot record, table des partitions, etc.),
• Des marqueurs de début et de fin des partitions primaires.

A cette occasion, le système écrit souvent (disques GPT) :

• une partition de service, non accessible, au début du disque servant à stocker des données temporairement écartées de la RAM :

	- la partition de Swap Linux ou 
	- la partition contenant le fichier d'échange Windows et d'autres informations système,

• les partitions primaires
• une partition à la fin du disque contenant des informations d'historisation des données ou des mirroirs de récupération des tables qui référencent les fichiers, etc. ...

Voir la doc en ligne pour plus de détails.

2. Les systèmes de fichier

Le système de fichier comprend trois niveaux de description.

• Formatage de bas niveau : découpage de la surface du disque en blocs, secteur, pistes et cylindres (voir disque magnétiques plus haut),
• Formatage : délimitation de zones fonctionnelles des disques, dépend du système de fichier,
• système de fichier : gestion des fichier écrits sur les disques.

Pour certains OS (operating system = systèmes d'exploitation), il est possible de gérer des système de fichier virtuels et donc plusisuers disques peuvent y être considéré comme un seul espace continue de stockage.

1. FAT : l'ancien

FAT :File Allocation Table.
Encore utilisé dans les supports amovibles, ce FS a tendance à disparaître du fait que les systèmes d'exploitation deviennent capables de lire tous les FS.

Caractéristiques

• Avantages : léger, universellement lu
• Inconvénients : statique sur le disque (surtout les disques flash => usure prononcée), aucune sécurité réelle, aucune historisation, taille limitée des partitions, des fichiers

Système largement géré par tous de OS.

Caractéristiques

• consructeur : Microsoft, Windows
• sécurité correcte voire très efficace (trop ?)
• grands fichiers et grandes partitions
• adapté aux disques SSD et flash, la MFT (master files table) est répartie et déplacée ragulièrement pour assurer un lissage des écritures,
• numérotation des disques par des lettres, chaque disque possède son système de fichiers.

Répertoires principaux (W10 et +)

c:\ +- $recycle.bin ## la corbeille
    +- ProgramData  ## données de fontionnement des programmes
    +- ProgramFiles ## répertoire d'installation des logiciels et applications (2 versions 32 et 62bits)	
    +- Recovery     ## répertoire de sauvegarde système en cas de plantage de l'OS	
    +- Systen volume information ## données de journalisation partielle de la partition	
    +- Users        ## répertoire contenant les comptes utilisateurs	
    +- Windows      ## répertoire système	
    +- 	

Système de fichier Linux et Apple, faiblement utilisé dans le monde Microsoft.

Caractéristiques

• initiateurs : Linux, Apple
• sécurité assez basique à correcte
• grands fichiers et grandes partitions
• adapté aux disques SSD et flash,
• système de fichier unifié sous une seule racine, les arborescence des disque étant montées (rattachées) au FS partant de l'unique racine.

Répertoires principaux (Linux)

  / +- etc
    +- home
    +- root
    +- var
    +- dev
    +- 

Vous trouverez ici des liens de documentations et de référence conrecnant ce chapitre.

• Article généraliste assez précis : Les processeurs (Wiki) ; bonne base de départ.
• Comparer toutes les caractéristiques des processeurs Intel : Caractéristiques des processeurs Intel (ARK)
• éléments explicatifs pour commencer à aller plus loin sur les processeurs graphiques (Wiki)