Historique disque dur
L'organisation interne
Historique
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L'histoire du disque dur II

Après un petit historique sur les premiers disques durs (mémoires à tambour) nous passons maintenant à l'organisation interne.
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Organisation des données: mots et puis secteurs

A l'origine, l'organisation sur disque dépendait de l'organisation des données dans l'ordinateur: certains ordinateurs travaillaient avec des bus parallèles de 6 bits jusqu'à 32 bits. Chaque mot élémentaire (de 6 à 32 bits) était directement accessible sur le disque dur. La programmation était très élémentaire et la plupart des langages de programmation ne savaient pas travailler avec des structures complexes (les premières versions de FORTRAN, par exemple).

Quand on a commencé à stocker des valeurs non-numériques sur le disque dur, il a fallu changer l'organisation des données. Il n'était plus possible d'accéder à chaque mot individuellement (il y en avait trop). On est passé à l'adressage par secteurs, d'abord de 128 bytes, puis de 512 bytes (maintenant on en est à 4096 bytes). Chaque secteur formait une entité qui était lue en son entier. Un enregistrement (par exemple la fiche d'un client, avec son nom et son adresse) se composait d'un ou de plusieurs secteurs. Certains secteurs étaient réservés pour les informations techniques du système. Nous utilisons toujours ce système avec des blocs de longueur fixe.

Controlleur et disques standardisés

Le premier controlleur standardisé
(ici un Shugart, plus tard Seagate)


... et le disque dur adapté, le ST-506 bien connu


L'intérieur d'un ST-506


Le système pour le déplacement des têtes (moteur pas-à-pas) sera repris sur les lecteurs de floppies


Le moteur pas-à-pas pour déplacer la tête vers la piste voulue


La tête d'un disque dur


L'utilisation d'une bobine au lieu d'un moteur pas-à-pas permet d'éliminer le formatage low level

Low level Format

Les premiers disques durs utilisés dans les ordinateurs domestiques (PC) avaient un controlleur externe. En 1987, Western Digital fournissait un programme pour formater les disques dur avant la première utilisation: llformat. Le formatage low level devait se faire avec le même controlleur et le disque dur monté définitivement dans l'ordinateur. Modifier la position du disque dur après son formatage pouvait produire des erreurs plus tard.

Le disque dur communiquait avec le controlleur via deux cables plats. Le disque dur n'avait pas d'intelligence embarquée. Il y avait beaucoup d'électronique sur le circuit imprimé, mais cela était uniquement des amplificateurs pour le signal des têtes et des commandes des moteurs. Le controlleur était de type RLL ou MFM qui était une indication de la méthode utilisée pour enregistrer les données. Il n'était pas autorisé de brancher un controlleur MFM sur un disque RLL ou inversément.

Le système pour déplacer les têtes vers la piste correcte a été copié de celui des floppies. Les instructions élémentaires étaient identiques, ce qui a favorisé l'utilisation de disques durs: il ne fallait en effet pas modifier le système de gestion (operating system).

Moteurs pas-à-pas

C'était le temps des moteurs pas à pas. A chaque pas du moteur, la tête est déplacée vers la piste suivante. Au bout d'un certain temps, les têtes n'aboutissent plus parfaitement au dessus de la piste correcte à causes des tolérances et de l'usure. Il n'est plus possible de lire la piste. La seule solution pour récupérer le disque (mais pas les données qu'il contient!) est un nouveau formatage low level qui écrivait de nouvelles pistes. Les disques durs pouvaient être reformatés en low level jusque dans les années 1990.

Interleave

Il fallait prévoir un facteur d'interleave: les disques tournaient à une vitesse de 3600 tours, mais l'électronique qui suivait n'était pas en mesure de traiter l'information assez rapidement. La vitesse de transfer d'un disque dur était de 5Mbit par seconde. Le bloc précédent n'était pas encore traité que déjà le bloc suivant se pointait sous la tête de lecture. Lire plusieurs blocs à la suite l'un de l'autre signifiait qu'il fallait laisser filer le bloc suivant, pour le lire lors du passage suivant. Lire un fichier de 5000 bytes (10 blocs consécutifs) demandait plus de 200ms, soit le temps de 10 rotations.

On indiquait un facteur d'interleave (facteur d'entrelacement) lors du formatage low level. Chaque bloc successif était décalé d'une, de deux ou de plusieurs positions pour laisser le temps à l'unité centrale de traiter le bloc précédent. Voici la structure d'une piste pour un entrelacement de 2:
1 - 9 - 2 - 10 - 3 - 11 - 4 - 12 - 5 - 13 - 6 - 14 - 7 - 15 - 8 - 16
(se basant sur 16 secteurs par piste).
Avec un facteur d'entrelacement de 3:
1 - 6 - 11 - 2 - 7 - 12 - 3 - 8 - 13 - 4 - 9 - 14 - 5 - 10 - 15
Le facteur 3 était utilisé pour les ordinateurs "rapides" de l'époque. Le programme llformat était en mesure de calculer l'interleave optimal avant le formatage. Plus le facteur était bas, et plus le système était rapide. Maintenant on n'utilise plus de facteur d'entrelacement. Les disques actuels ont une mémoire tampon qui peut contenir toute une piste s'il le faut.

Bobine au lieu d'un moteur pas-à-pas:
Plus de formatage low level

Dès qu'on a utilisé une bobine pour le positionnement des têtes on a perdu la possibilité d'inscrire à nouveau les pistes, donc plus de low level format. La bobine qui fonctionne comme la bobine d'un haut parleur permet un positionnement en continu (et permet donc de rattraper les erreurs mecaniques). Des signaux de suivi sont enregistrés à l'usine avec des machines spéciales et ne sont plus jamais modifiés par après. Les signaux de suivi permettent un positionnement exact de la tête au milieu de la piste (asservissement).

Il n'y a plus que les disquettes qui utilisent un moteur pas-à-pas (et les disquettes sont en voie de disparition).

Le passage du moteur pas-à-pas au bobinage a permi une fonction "park" automatique. Plus besoin de donner une instruction DOS spécifique. Le disque dur détecte la coupure de courant et effectue une maneuvre de parking automatique en utilisant l'énergie cinétique des plateaux en rotation (qu'ils sont malins, ces petits ingénieurs). Evidemment le parquage classique avec une instruction spécifique est recommandé, car cette opération est alors effectuée en utilisant les servo systèmes. Quand il n'y a plus de courant, il n'y a plus d'asservissement pour produire un mouvement souple.

Avec les capacités de plus en plus importantes et les têtes de plus en plus petites, on est passé d'une zone d'atterrissage à un système où les têtes sont extraites du disque et parquées à l'extérieur. Il n'y a donc plus d'atterrissage de la tête, ce qui améliore la fiabilité à long terme. Ce sont les disques au format 2.5 inch qui on d'abord bénéficié de cette amélioration.

Nous continuons notre visite dans le temps avec les controleurs.

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