Lorsque l'ordinateur démarre, un ensemble de micrologiciels stockés dans Puce BIOS, vérifie l'équipement. Si tout va bien, il transfère le contrôle au chargeur de démarrage du système d'exploitation. Ensuite, le système d'exploitation se charge et vous commencez à utiliser l'ordinateur. Dans le même temps, où était stocké le système d’exploitation avant d’allumer l’ordinateur ? Comment votre essai, que vous avez écrit toute la nuit, est-il resté intact une fois le PC éteint ? Encore une fois, où est-il stocké ?

Bon, je suis probablement allé trop loin et vous savez tous très bien que les données informatiques sont stockées sur le disque dur. Cependant, tout le monde ne sait pas ce que c'est et comment cela fonctionne, et puisque vous êtes ici, nous concluons que nous aimerions le savoir. Eh bien, découvrons-le !

Qu'est-ce qu'un disque dur

Par tradition, regardons la définition d'un disque dur sur Wikipédia :

Disque dur (vis, disque dur, disque dur magnétique, disque dur, disque dur, HMDD) - un périphérique de stockage à accès aléatoire basé sur le principe de l'enregistrement magnétique.

Ils sont utilisés dans la grande majorité des ordinateurs, ainsi que comme périphériques connectés séparément pour stocker des copies de sauvegarde de données, comme stockage de fichiers, etc.

Voyons cela un peu. J'aime le terme " disque dur ". Ces cinq mots véhiculent l’essence. Le disque dur est un appareil dont le but est de stocker les données qui y sont enregistrées pendant une longue période. La base des disques durs est constituée de disques durs (en aluminium) dotés d'un revêtement spécial, sur lesquels les informations sont enregistrées à l'aide de têtes spéciales.

Je n'examinerai pas le processus d'enregistrement lui-même en détail - il s'agit essentiellement de la physique des dernières années d'école, et je suis sûr que vous n'avez aucune envie d'approfondir cela, et ce n'est pas du tout le sujet de l'article.

Faisons également attention à la phrase : « accès aléatoire « Ce qui, grosso modo, signifie que nous (l'ordinateur) pouvons lire à tout moment des informations provenant de n'importe quelle section de la voie ferrée.

Un fait important est que la mémoire du disque dur n'est pas volatile, c'est-à-dire que, que l'alimentation soit connectée ou non, les informations enregistrées sur l'appareil ne disparaîtront nulle part. Il s'agit d'une différence importante entre la mémoire permanente et la mémoire temporaire d'un ordinateur ().

En regardant le disque dur d'un ordinateur dans la vraie vie, vous ne verrez ni disques ni têtes, puisque tout cela est caché dans un boîtier scellé (zone hermétique). Extérieurement, le disque dur ressemble à ceci :

Pourquoi un ordinateur a-t-il besoin d’un disque dur ?

Regardons ce qu'est un disque dur dans un ordinateur, c'est-à-dire quel rôle il joue dans un PC. Il est clair qu'il stocke des données, mais comment et quoi. Nous soulignons ici les fonctions suivantes du disque dur :

• Stockage du système d'exploitation, des logiciels utilisateur et de leurs paramètres ;
• Stockage des fichiers utilisateur : musiques, vidéos, images, documents, etc. ;
• Utiliser une partie de l'espace du disque dur pour stocker des données qui ne rentrent pas dans la RAM (fichier d'échange) ou stocker du contenu mémoire vive lors de l'utilisation du mode veille ;

Comme vous pouvez le constater, le disque dur d’un ordinateur n’est pas seulement un stockage de photos, de musique et de vidéos. L'intégralité du système d'exploitation y est stockée et, de plus, le disque dur aide à faire face à la charge de la RAM, en assumant certaines de ses fonctions.

De quoi est composé un disque dur ?

Nous avons partiellement évoqué les composants d'un disque dur, nous allons maintenant y réfléchir plus en détail. Ainsi, les principaux composants du disque dur :

• Cadre — protège les mécanismes du disque dur de la poussière et de l'humidité. En règle générale, il est scellé afin que l'humidité et la poussière ne pénètrent pas à l'intérieur ;
• Disques (crêpes) - plaques constituées d'un certain alliage métallique, revêtues des deux côtés, sur lesquelles les données sont enregistrées. Le nombre de plaques peut être différent - de un (à options budgétaires), jusqu'à plusieurs ;
• Moteur — sur le fuseau duquel sont fixées les crêpes ;
• Bloc de tête - une conception de leviers (culbuteurs) et de têtes interconnectés. Partie du disque dur qui lit et écrit des informations. Pour une crêpe, une paire de têtes est utilisée, puisque les parties supérieure et inférieure fonctionnent ;
• Dispositif de positionnement (actionneur ) - un mécanisme qui entraîne le bloc de tête. Se compose d'une paire d'aimants permanents en néodyme et d'une bobine située à l'extrémité du bloc de tête ;
• Manette - puce électronique chef de chantier Disque dur ;
• Zone de stationnement - un endroit à l'intérieur du disque dur à côté des disques ou sur leur partie interne, où les têtes sont abaissées (garées) pendant les temps d'arrêt, afin de ne pas endommager la surface de travail des crêpes.

Il s’agit d’un simple disque dur. Il a été créé il y a de nombreuses années et aucun changement fondamental n'y a été apporté depuis longtemps. Et nous passons à autre chose.

Comment fonctionne un disque dur ?

Une fois le disque dur alimenté, le moteur, sur la broche duquel les crêpes sont fixées, commence à tourner. Ayant atteint la vitesse à laquelle un flux d'air constant se forme à la surface des disques, les têtes commencent à bouger.

Cette séquence (d'abord les disques tournent, puis les têtes commencent à fonctionner) est nécessaire pour que, grâce au flux d'air qui en résulte, les têtes flottent au-dessus des plaques. Oui, ils ne touchent jamais la surface des disques, sinon ces derniers seraient instantanément endommagés. Cependant, la distance entre la surface des plaques magnétiques et les têtes est si petite (~ 10 nm) qu’elle n’est pas visible à l’œil nu.

Après le démarrage, tout d'abord, les informations de service sur état de rigide disque et d'autres informations nécessaires à ce sujet, situées sur la piste dite zéro. Ce n’est qu’à ce moment-là que commence le travail avec les données.

Les informations sur le disque dur d'un ordinateur sont enregistrées sur des pistes, elles-mêmes divisées en secteurs (comme une pizza coupée en morceaux). Pour écrire des fichiers, plusieurs secteurs sont combinés en un cluster, qui est le plus petit endroit où un fichier peut être écrit.

En plus de cette partition de disque « horizontale », il existe également une partition « verticale » classique. Toutes les têtes étant regroupées, elles sont toujours positionnées au dessus du même numéro de piste, chacune au dessus de son propre disque. Ainsi, lors du fonctionnement du disque dur, les têtes semblent dessiner un cylindre :

Pendant que le disque dur fonctionne, il exécute essentiellement deux commandes : lire et écrire. Lorsqu'il est nécessaire d'exécuter une commande d'écriture, on calcule la zone du disque où elle sera exécutée, puis les têtes sont positionnées et, en fait, la commande est exécutée. Le résultat est ensuite vérifié. En plus d'écrire les données directement sur le disque, les informations se retrouvent également dans son cache.

Si le contrôleur reçoit une commande de lecture, il vérifie d'abord si les informations requises se trouvent dans le cache. Si ce n'est pas le cas, les coordonnées de positionnement des têtes sont recalculées, puis les têtes sont positionnées et les données sont lues.

Une fois les travaux terminés, lorsque l'alimentation du disque dur est coupée, les têtes sont automatiquement garées dans la zone de stationnement.

C’est essentiellement ainsi que fonctionne le disque dur d’un ordinateur. En réalité, tout est bien plus compliqué, mais à l'utilisateur moyen, très probablement, de tels détails ne sont pas nécessaires, terminons donc cette section et passons à autre chose.

Types de disques durs et leurs fabricants

Aujourd'hui, il existe en réalité trois principaux fabricants de disques durs sur le marché : Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Ils couvrent entièrement la demande d'appareils de tous types et de toutes exigences. Les sociétés restantes ont fait faillite, ont été absorbées par l’une des trois principales ou ont été reconverties.

Si nous parlons des types de disques durs, ils peuvent être divisés comme suit :

1. Pour les ordinateurs portables, le paramètre principal est la taille de l'appareil de 2,5 pouces. Cela leur permet d'être placés de manière compacte dans le corps de l'ordinateur portable ;
2. Pour PC - dans ce cas, il est également possible d'utiliser des disques durs de 2,5", mais en règle générale, des disques de 3,5" sont utilisés ;
3. Externe disques durs- des appareils connectés séparément à un PC/ordinateur portable, servant le plus souvent de stockage de fichiers.

Il y a aussi un spécial type dur disques - pour les serveurs. Ils sont identiques à ceux des PC classiques, mais peuvent différer par leurs interfaces de connexion et leurs performances supérieures.

Toutes les autres divisions des disques durs en types proviennent de leurs caractéristiques, alors considérons-les.

Spécifications du disque dur

Donc les principaux caractéristiques du dur disque informatique :

• Volume — un indicateur de la quantité maximale possible de données pouvant être stockées sur le disque. La première chose qu'ils regardent habituellement quand choisir le disque dur. Ce chiffre peut atteindre 10 To, même si pour un PC domestique, ils choisissent souvent 500 Go - 1 To ;
• Facteur de forme — taille du disque dur. Les plus courants sont 3,5 et 2,5 pouces. Comme mentionné ci-dessus, 2,5″ sont installés dans la plupart des cas dans les ordinateurs portables. Ils sont également utilisés dans disques durs externes. 3.5″ est installé sur les PC et les serveurs. Le facteur de forme affecte également le volume, puisque disque plus grand peut contenir plus de données ;
• Vitesse de broche — à quelle vitesse tournent les crêpes ? Les plus courants sont 4 200, 5 400, 7 200 et 10 000 tr/min. Cette caractéristique affecte directement les performances, ainsi que le prix de l'appareil. Plus la vitesse est élevée, plus les deux valeurs sont élevées ;
• Interface — méthode (type de connecteur) de connexion du disque dur à l'ordinateur. L'interface la plus populaire pour les disques durs internes aujourd'hui est SATA (les anciens ordinateurs utilisaient l'IDE). Les disques durs externes sont généralement connectés via USB ou FireWire. En plus de celles répertoriées, il existe également des interfaces telles que SCSI, SAS ;
• Volume tampon (mémoire cache) - un type de mémoire rapide (comme la RAM) installée sur le contrôleur de disque dur, conçue pour le stockage temporaire des données les plus souvent consultées. La taille du tampon peut être de 16, 32 ou 64 Mo ;
• Temps d'accès aléatoire — le temps pendant lequel le disque dur est garanti d'écrire ou de lire à partir de n'importe quelle partie du disque. Varie de 3 à 15 ms ;

En plus des caractéristiques ci-dessus, vous pouvez également trouver des indicateurs tels que :

À quoi ressemble un disque dur (HDD) moderne à l’intérieur ? Comment le démonter ? Comment s'appellent les parties et quelles fonctions remplissent-elles dans le mécanisme général de stockage des informations ? Les réponses à ces questions et à d’autres se trouvent ci-dessous. De plus, nous montrerons la relation entre les terminologies russes et anglaises décrivant les composants des disques durs.

Pour plus de clarté, regardons un disque SATA de 3,5 pouces. Il s'agira d'un tout nouveau téraoctet Seagate ST31000333AS. Examinons notre cobaye.

La plaque verte fixée avec des vis avec un motif de trace visible, des connecteurs d'alimentation et SATA est appelée carte électronique ou carte de contrôle (carte de circuit imprimé, PCB). Il remplit les fonctions de contrôle électronique du disque dur. Son travail peut être comparé à la mise en empreintes magnétiques de données numériques et à leur reconnaissance à la demande. Par exemple, comme un scribe assidu avec des textes sur papier. Le boîtier en aluminium noir et son contenu sont appelés ensemble tête et disque (HDA). Parmi les spécialistes, il est d’usage de l’appeler une « canette ». Le boîtier lui-même sans contenu est également appelé bloc hermétique (base).

Retirons maintenant le circuit imprimé (vous aurez besoin d'un tournevis étoile T-6) et examinons les composants placés dessus.

La première chose qui attire votre attention est la grande puce située au milieu – le System On Chip (SOC). Il contient deux éléments majeurs :

1. Le processeur central qui effectue tous les calculs (Central Processor Unit, CPU). Le processeur dispose de ports d'entrée/sortie (ports IO) pour contrôler d'autres composants situés sur le circuit imprimé et transmettre des données via l'interface SATA.
2. Canal de lecture/écriture - un dispositif qui convertit le signal analogique provenant des têtes en données numériques lors d'une opération de lecture et code les données numériques en signal analogique lors de l'écriture. Il surveille également le positionnement des têtes. En d’autres termes, il crée des images magnétiques lors de l’écriture et les reconnaît lors de la lecture.

La puce mémoire est une DDR ordinaire Mémoire SDRAM. La quantité de mémoire détermine la taille du cache du disque dur. Ce circuit imprimé dispose de 32 Mo de mémoire Samsung DDR installés, ce qui donne en théorie au disque un cache de 32 Mo (et c'est exactement la quantité indiquée dans les spécifications techniques du disque dur), mais ce n'est pas tout à fait vrai. Le fait est que la mémoire est logiquement divisée en mémoire tampon (cache) et mémoire du firmware. Le processeur nécessite une certaine quantité de mémoire pour charger les modules du micrologiciel. À notre connaissance, seul le fabricant HGST indique la taille réelle du cache dans la description des spécifications techniques ; Concernant les autres disques, nous ne pouvons que deviner la taille réelle du cache. Dans la spécification ATA, les rédacteurs n'ont pas étendu la limite fixée dans les versions précédentes, égale à 16 mégaoctets. Par conséquent, les programmes ne peuvent pas afficher un volume supérieur au maximum.

La puce suivante est un contrôleur de moteur de broche et de commande de bobine mobile qui déplace l'unité principale (contrôleur de moteur de bobine vocale et de moteur de broche, contrôleur VCM&SM). Dans le jargon des spécialistes, il s’agit d’un « twist ». De plus, cette puce contrôle les alimentations secondaires situées sur la carte, qui alimentent le processeur et la puce préamplificateur-commutateur (préamplificateur, préampli), située dans le HDA. C'est le principal consommateur d'énergie du circuit imprimé. Il contrôle la rotation de la broche et le mouvement des têtes. De plus, lorsque l'alimentation est coupée, il fait passer le moteur arrêté en mode génération et fournit l'énergie résultante à la bobine mobile pour un stationnement en douceur des têtes magnétiques. Le cœur du contrôleur VCM peut fonctionner même à des températures de 100°C.

Une partie du programme de contrôle du disque (firmware) est stockée dans la mémoire flash (indiquée sur la figure : Flash). Lorsque le disque est mis sous tension, le microcontrôleur charge d'abord une petite ROM de démarrage à l'intérieur de lui-même, puis réécrit le contenu de la puce flash en mémoire et commence à exécuter le code à partir de la RAM. Sans code correctement chargé, le disque ne voudra même pas démarrer le moteur. S'il n'y a pas de puce flash sur la carte, cela signifie qu'elle est intégrée au microcontrôleur. Sur lecteurs modernes(à partir d'environ 2004 et plus récent, mais l'exception est difficile Disques Samsung et ils ont aussi des autocollants de Seagate), la mémoire flash contient des tableaux avec des codes de réglages de la mécanique et des têtes, qui sont uniques pour un HDA donné et ne conviendront pas à un autre. Par conséquent, l'opération « commutateur de contrôleur » se termine toujours soit par le disque « non détecté dans le BIOS », soit déterminé par le nom interne d'usine, mais ne donne toujours pas accès aux données. Pour le disque Seagate 7200.11 en question, la perte du contenu original de la mémoire flash entraîne une perte totale d'accès aux informations, puisqu'il ne sera pas possible de sélectionner ou de deviner les paramètres (en tout cas, une telle technique n'est pas connu de l'auteur).

Sur la chaîne YouTube de R.Lab, il existe plusieurs exemples de réorganisation d'une carte avec ressoudage d'un microcircuit d'une carte défectueuse à une carte fonctionnelle :
Changement de carte PCB du disque dur PC-3000 Toshiba MK2555GSX
PC-3000 HDD Samsung HD103SJ Changement PCB

Le capteur de choc réagit aux secousses dangereuses pour le disque et envoie un signal à ce sujet au contrôleur VCM. Le VCM gare immédiatement les têtes et peut arrêter la rotation du disque. Théoriquement, un tel mécanisme devrait protéger le disque des dégâts supplémentaires, mais cela ne fonctionne pas en pratique, alors ne laissez pas tomber les disques. Même si vous tombez, le moteur de broche peut se bloquer, mais nous en reparlerons plus tard. Sur certains disques, le capteur de vibrations est très sensible, réagissant aux moindres vibrations mécaniques. Les données reçues du capteur permettent au contrôleur VCM de corriger le mouvement des têtes. En plus du principal, ces disques sont équipés de deux capteurs de vibrations supplémentaires. Sur notre tableau capteurs supplémentaires pas soudé, mais il y a des emplacements pour eux - indiqués sur la figure comme « Capteur de vibrations ».

Il y en a un de plus au tableau dispositif de protection– Suppression des tensions transitoires (TVS). Il protège la carte des surtensions. En cas de surtension, le TVS grille, créant un court-circuit à la terre. Cette carte dispose de deux TVS, 5 et 12 volts.

L'électronique des anciens disques était moins intégrée, chaque fonction étant divisée en une ou plusieurs puces.

Regardons maintenant le HDA.

Sous la planche se trouvent les contacts du moteur et des têtes. De plus, il y a un petit trou presque invisible sur le corps du disque (trou de respiration). Il sert à égaliser la pression. Beaucoup de gens pensent qu’il y a un vide à l’intérieur du disque dur. En fait, ce n'est pas vrai. L'air est nécessaire pour que les têtes décollent de manière aérodynamique au-dessus de la surface. Ce trou permet au disque d'égaliser la pression à l'intérieur et à l'extérieur de la zone de confinement. À l’intérieur, ce trou est recouvert d’un filtre respiratoire qui retient la poussière et les particules d’humidité.

Jetons maintenant un coup d'œil à l'intérieur de la zone de confinement. Retirez le cache du disque.

Le couvercle en lui-même n’a rien d’intéressant. C'est juste une plaque d'acier avec un joint en caoutchouc pour empêcher la poussière d'entrer. Intéressons-nous enfin au remplissage de la zone de confinement.

Les informations sont stockées sur des disques, également appelés « plateaux », surfaces ou plaques magnétiques. Les données sont enregistrées des deux côtés. Mais parfois, d'un côté, la tête n'est pas installée, ou la tête est physiquement présente, mais est désactivée en usine. Sur la photo, vous pouvez voir la plaque supérieure correspondant à la tête portant le numéro le plus élevé. Les plaques sont en aluminium poli ou en verre et sont recouvertes de plusieurs couches de compositions différentes, dont une substance ferromagnétique sur laquelle les données sont effectivement stockées. Entre les plaques, ainsi qu'au-dessus de celles-ci, nous voyons des inserts spéciaux appelés diviseurs ou séparateurs. Ils sont nécessaires pour égaliser les flux d'air et réduire le bruit acoustique. En règle générale, ils sont en aluminium ou en plastique. Les séparateurs en aluminium réussissent mieux à refroidir l’air à l’intérieur de la zone de confinement. Ci-dessous un exemple de modèle de passage du flux d'air à l'intérieur d'une unité hermétique.

Vue latérale des plaques et des séparateurs.

Les têtes de lecture-écriture (têtes) sont installées aux extrémités des supports de l'unité à tête magnétique, ou HSA (Head Stack Assembly, HSA). La zone de stationnement est la zone où doivent se trouver les têtes d'un disque sain si la broche est arrêtée. Pour ce disque, la zone de stationnement est située plus près de la broche, comme on peut le voir sur la photo.

Sur certains trajets, le stationnement s'effectue sur des aires de stationnement spéciales en plastique situées à l'extérieur des plaques.

Tapis de stationnement pour lecteur Western Digital 3,5"

Dans le cas du stationnement des têtes à l'intérieur des plaques, un outil spécial est nécessaire pour retirer le bloc de têtes magnétiques ; sans lui, il est très difficile de retirer le BMG sans dommage. Pour le stationnement extérieur, vous pouvez insérer des tubes en plastique de taille adaptée entre les têtes et retirer le bloc. Bien qu'il existe également des extracteurs pour ce cas, mais ils sont d'une conception plus simple.

Le disque dur est un mécanisme de positionnement de précision, et pour sa fonctionnement normal un air très pur est nécessaire. Lors de l'utilisation, des particules microscopiques de métal et de graisse peuvent se former à l'intérieur du disque dur. Pour nettoyer immédiatement l'air à l'intérieur du disque, il existe un filtre de recirculation. Il s’agit d’un appareil de haute technologie qui collecte et piège en permanence de minuscules particules. Le filtre est situé sur le trajet des flux d'air créés par la rotation des plaques

Retirons maintenant l'aimant supérieur et voyons ce qui est caché en dessous.

Les disques durs utilisent des aimants en néodyme très puissants. Ces aimants sont si puissants qu’ils peuvent soulever jusqu’à 1 300 fois leur propre poids. Vous ne devez donc pas mettre votre doigt entre l'aimant et du métal ou un autre aimant - le coup sera très sensible. Cette photo montre les limiteurs BMG. Leur tâche est de limiter le mouvement des têtes, en les laissant à la surface des plaques. Limiteurs BMG différents modèles sont conçus différemment, mais il y en a toujours deux, ils sont utilisés sur tous les disques durs modernes. Sur notre variateur, le deuxième limiteur est situé sur l'aimant inférieur.

Voici ce que vous pouvez y voir.

On voit également ici une bobine mobile, qui fait partie de l'unité principale magnétique. La bobine et les aimants forment le lecteur VCM (Voice Coil Motor, VCM). L'entraînement et le bloc de têtes magnétiques forment un positionneur (actionneur) - un dispositif qui déplace les têtes.

La pièce en plastique noir de forme complexe est appelée loquet d'actionneur. Il existe en deux types : magnétique et à air. Le magnétique fonctionne comme un simple loquet magnétique. Le déclenchement s'effectue par application d'une impulsion électrique. Le loquet pneumatique libère le BMG une fois que le moteur de broche atteint une vitesse suffisante pour que la pression de l'air déplace le loquet hors du trajet de la bobine mobile. Le dispositif de retenue empêche les têtes de s'envoler dans la zone de travail. Si, pour une raison quelconque, le loquet ne remplit pas sa fonction (le disque est tombé ou a été heurté alors qu'il était allumé), les têtes resteront collées à la surface. Pour les disques 3,5", une activation ultérieure arrachera simplement les têtes en raison de la puissance du moteur plus élevée. Mais le 2,5" a moins de puissance moteur et les chances de récupérer des données en libérant les têtes d'origine de la captivité sont assez élevées.

Retirons maintenant le bloc de tête magnétique.

La précision et la fluidité du mouvement du BMG sont soutenues par un roulement de précision. La plus grande partie du BMG, en alliage d'aluminium, est généralement appelée support ou culbuteur (bras). À l'extrémité du culbuteur se trouvent des têtes sur une suspension à ressort (Heads Gimbal Assembly, HGA). Habituellement, les culasses et les culbuteurs eux-mêmes sont fournis différents fabricants. Un câble flexible (Flexible Imprimé Circuit, FPC) va au pad qui se connecte à la carte de commande.

Examinons de plus près les composants du BMG.

Une bobine reliée à un câble.

Palier.

La photo suivante montre les contacts BMG.

Le joint assure l'étanchéité de la connexion. Ainsi, l'air ne peut pénétrer dans l'unité avec les disques et les têtes que par le trou d'égalisation de pression. Ce disque possède des contacts recouverts d'une fine couche d'or pour éviter l'oxydation. Mais du côté de la carte électronique, une oxydation se produit souvent, ce qui entraîne un dysfonctionnement du disque dur. Vous pouvez éliminer l'oxydation des contacts avec une gomme.

Il s’agit d’une conception à bascule classique.

Les petites parties noires aux extrémités des suspensions à ressort sont appelées curseurs. De nombreuses sources indiquent que les curseurs et les têtes sont la même chose. En fait, le curseur permet de lire et d'écrire des informations en élevant la tête au-dessus de la surface. disques magnétiques. Sur les disques durs modernes, les têtes se déplacent à une distance de 5 à 10 nanomètres de la surface. A titre de comparaison, un cheveu humain a un diamètre d’environ 25 000 nanomètres. Si une particule pénètre sous le curseur, cela peut entraîner une surchauffe des têtes en raison du frottement et de leur défaillance. C'est pourquoi la propreté de l'air à l'intérieur de la zone de confinement est si importante. La poussière peut également provoquer des rayures. À partir d’eux se forment de nouvelles particules de poussière, mais désormais magnétiques, qui collent au disque magnétique et provoquent de nouvelles rayures. Cela conduit à ce que le disque soit rapidement rayé ou, dans le jargon, « scié ». Dans cet état, ni la fine couche magnétique ni les têtes magnétiques ne fonctionnent plus, et le disque dur cogne (clic de mort).

Les éléments de tête de lecture et d'écriture eux-mêmes sont situés à l'extrémité du curseur. Ils sont si petits qu’ils ne peuvent être vus qu’avec un bon microscope. Ci-dessous un exemple de photographie (à droite) au microscope et une représentation schématique (à gauche) de la position relative des éléments d'écriture et de lecture de la tête.

Regardons de plus près la surface du curseur.

Comme vous pouvez le constater, la surface du curseur n'est pas plane, elle présente des rainures aérodynamiques. Ils aident à stabiliser l'altitude de vol du curseur. L'air sous le curseur forme un coussin d'air (Air Bearing Surface, ABS). Le coussin d'air maintient le vol du curseur presque parallèle à la surface de la crêpe.

Voici une autre image du curseur.

Les contacts de tête sont clairement visibles ici.

Il s’agit d’une autre partie importante du BMG qui n’a pas encore été discutée. C'est ce qu'on appelle un préamplificateur (préampli). Un préamplificateur est une puce qui contrôle les têtes et amplifie le signal entrant ou sortant d'elles.

Le préamplificateur est placé directement dans le BMG pour une raison très simple : le signal provenant des têtes est très faible. Sur les disques modernes, sa fréquence est supérieure à 1 GHz. Si vous déplacez le préamplificateur en dehors de la zone hermétique, signal faible s'atténuera considérablement sur le chemin du tableau de commande. Il est impossible d'installer l'amplificateur directement sur la tête, car il chauffe considérablement pendant le fonctionnement, ce qui rend impossible travaux possibles Un amplificateur à semi-conducteur, des amplificateurs à tube à vide de si petite taille n'ont pas encore été inventés.

Il y a plus de pistes menant du préampli aux têtes (à droite) qu'à la zone de confinement (à gauche). Le fait est qu'un disque dur ne peut pas fonctionner simultanément avec plus d'une tête (une paire d'éléments d'écriture et de lecture). Le disque dur envoie des signaux au préamplificateur et il sélectionne la tête à laquelle le disque dur accède actuellement.

Assez parlé des têtes, démontons davantage le disque. Retirez le séparateur supérieur.

Voilà à quoi il ressemble.

Sur la photo suivante, vous voyez la zone de confinement avec le séparateur supérieur et le bloc de tête retirés.

L'aimant inférieur est devenu visible.

Maintenant la bague de serrage (pince à plateaux).

Cet anneau maintient le bloc de plaques ensemble, les empêchant de bouger les unes par rapport aux autres.

Les crêpes sont enfilées sur un moyeu de broche.

Maintenant que plus rien ne retient les crêpes, retirez la crêpe du dessus. C'est ce qu'il y a en dessous.

Maintenant, il est clair comment l'espace est créé pour les têtes : il y a des anneaux d'espacement entre les crêpes. La photo montre la deuxième crêpe et le deuxième séparateur.

La bague entretoise est une pièce de haute précision constituée d'un alliage ou de polymères non magnétiques. Enlevons-le.

Retirons tout le reste du disque pour inspecter le fond du bloc hermétique.

Voici à quoi ressemble le trou d'égalisation de pression. Il est situé directement sous le filtre à air. Regardons de plus près le filtre.

L’air venant de l’extérieur contenant forcément des poussières, le filtre comporte plusieurs couches. Il est beaucoup plus épais que le filtre de circulation. Parfois, il contient des particules de gel de silice pour lutter contre l’humidité de l’air. Cependant, si le disque dur est placé dans l’eau, il pénétrera à l’intérieur via le filtre ! Et cela ne signifie pas du tout que l'eau qui pénètre à l'intérieur sera propre. Les sels cristallisent sur les surfaces magnétiques et du papier de verre est fourni à la place des plaques.

Un peu plus sur le moteur de broche. Sa conception est schématisée sur la figure.

Un aimant permanent est fixé à l'intérieur du moyeu de broche. Les enroulements du stator, modifiant le champ magnétique, font tourner le rotor.

Les moteurs sont de deux types, avec roulements à billes et avec roulements hydrodynamiques (Fluid Dynamic Bearing, FDB). Les stylos à bille ont cessé d'être utilisés il y a plus de 10 ans. Cela est dû au fait que leur rythme est élevé. Dans un roulement hydrodynamique, le faux-rond est beaucoup plus faible et il fonctionne beaucoup plus silencieusement. Mais il y a aussi quelques inconvénients. Premièrement, il peut se coincer. Ce phénomène ne s'est pas produit avec ceux à balle. Si les roulements à billes tombaient en panne, ils commençaient à faire du bruit, mais les informations étaient lisibles, au moins lentement. Désormais, dans le cas d'une cale de roulement, vous devez utiliser un outil spécial pour retirer tous les disques et les installer sur un moteur de broche en état de marche. L'opération est très complexe et conduit rarement à une récupération de données réussie. Un coin peut résulter d'un changement brusque de position dû à d'une grande importance Force de Coriolis agissant sur l'axe et conduisant à sa flexion. Par exemple, il y a des disques externes de 3,5 pouces dans une boîte. La boîte se tenait verticalement, elle la toucha et tomba horizontalement. Il semblerait qu’il n’ait pas volé loin ?! Mais non, le moteur est bloqué et aucune information ne peut être obtenue.

Deuxièmement, du lubrifiant peut s'échapper d'un roulement hydrodynamique (il est liquide, il y en a beaucoup, contrairement au gel lubrifiant utilisé dans les roulements à billes) et pénétrer sur les plaques magnétiques. Pour empêcher le lubrifiant de pénétrer sur les surfaces magnétiques, utilisez un lubrifiant contenant des particules qui ont des propriétés magnétiques et capturez leurs pièges magnétiques. Ils utilisent également un anneau d’absorption autour du site d’une éventuelle fuite. La surchauffe du disque contribue aux fuites, il est donc important de surveiller conditions de température opération.

Le lien entre les terminologies russe et anglaise a été clarifié par Leonid Vorzhev.

Mise à jour 2018, Sergueï Yatsenko

La reproduction ou la citation est autorisée à condition que la référence à l’original soit conservée.

Instructions

Utilisez le gestionnaire de fichiers habituel de votre système d'exploitation comme outil si le lecteur optique est utilisé pour sauvegarder ou transférer des fichiers. Dans ce cas, la structure de stockage et les formats de fichiers ne présentent aucune fonctionnalité particulière. Dans le système d'exploitation Gestionnaire Windows fichiers (Explorateur) démarre automatiquement lorsque vous insérez un DVD dans le lecteur. Sélectionnez tous les objets nécessaires du disque source dans sa fenêtre et appuyez sur la combinaison Touches Ctrl+ C pour que le système d'exploitation se souvienne de la liste des éléments à copier. Accédez ensuite au lecteur et au dossier de votre ordinateur où vous souhaitez placer les informations, et appuyez sur la combinaison de touches Ctrl + V (commande Coller). Après cela, le processus de duplication du DVD démarre.

La procédure de copie d'un disque source ne différera pas de celle décrite dans la première étape même si les données qu'il contient sont enregistrées au format DVD et sans utiliser aucun système de protection. S'il existe une protection, vous devrez alors utiliser des programmes plus adaptés au travail avec des disques optiques qu'un gestionnaire de fichiers classique. Par exemple, il pourrait s'agir de l'application Slysoft CloneDVD ou Slysoft AnyDVD, DVD Mate, DVD Decrypter, etc. La séquence d'actions lors de leur utilisation est différente, mais le principe général est le même - dans les formulaires du programme, vous devez indiquer la source disque et l'emplacement où les informations sont enregistrées, et l'application fera le reste par elle-même.

Utilisez un logiciel d'imagerie disque si vous souhaitez utiliser des copies virtuelles du DVD original stocké sur votre ordinateur. De tels programmes, en plus de copier des informations, enregistrent dans un format spécial et tous les détails de leur placement sur un disque optique, puis peuvent effectuer la procédure inverse : reproduire virtuellement une copie exacte de l'original ou la graver sur un DVD vierge. Les applications de ce type les plus populaires aujourd'hui sont Alcohol 120%, Daemon Tools, Nero Burning ROM. Lors de l'utilisation de ces programmes, le principe général d'action est également le même : précisez le disque source et l'emplacement où enregistrer son image, et le programme fera le reste. Par exemple, dans l'application Daemon Tools, vous devez cliquer sur le bouton « Créer une image disque », dans la boîte de dialogue qui s'ouvre, assurez-vous que la valeur dans le champ « Lecteur » pointe vers le lecteur de DVD souhaité et, si nécessaire, modifiez l’adresse de sauvegarde dans le champ « Image de sortie ». De plus, vous pouvez cocher ici la case « Compresser les données d'image » si vous souhaitez économiser de l'espace sur votre disque dur. Après avoir cliqué sur le bouton « Démarrer », le processus lui-même commence, qui peut prendre plusieurs heures - la durée dépend de la quantité d'informations sur le disque et de la vitesse à laquelle elles sont lues dans votre lecteur de DVD.

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PARTIE I. Récupération de fichiers depuis votre disque dur

CHAPITRE 1. COMMENT FONCTIONNE UN DISQUE DUR ET COMMENT LES DONNÉES Y SONT STOCKÉES

Un peu sur la conception du disque dur. Périphérique HDD partagé

Qu'est-ce qu'un disque dur (à proprement parler, un disque dur) ? Si vous n’avez pas eu l’occasion de le voir, disons que de l’extérieur il ressemble à un simple bloc de métal. De plus, il est très résistant et complètement scellé. Le fait est que la technologie du disque est si délicate que même la plus petite particule étrangère pénétrant à l'intérieur peut complètement perturber son fonctionnement. De plus, pour éviter une situation de crise, un filtre de nettoyage a été placé sur le disque dur. Le boîtier du disque dur sert également de bouclier contre les interférences électriques. En fait, un disque dur se compose de deux parties principales : la mécanique et l’électronique. La base de la partie mécanique est constituée de plaques (disques) de forme ronde. En fait, il ne peut y avoir qu'un seul disque. Tout dépend de la capacité du disque dur dans son ensemble. Selon une version, le disque dur aurait reçu le nom de « Winchester » grâce à la société qui aurait lancé en 1973 le modèle de disque dur 3340, qui combinait pour la première fois des plateaux de disque et des têtes de lecture dans un boîtier monobloc. Lors de son développement, les ingénieurs ont utilisé le nom interne court « 30-30 », qui signifiait deux modules (dans la configuration maximale) de 30 Mo chacun. Kenneth Houghton, le chef de projet, en accord avec la désignation du fusil de chasse populaire « Winchester 30-30 », a proposé d'appeler ce disque « Winchester ». En Europe et aux États-Unis, le nom « Winchester » est tombé en désuétude dans les années 1990, mais dans la langue russe, il a été conservé et a reçu un statut semi-officiel, et dans l'argot informatique, il a été réduit aux mots « vint » (le plus version commune), « vinch » et « balai ». Quel que soit le matériau utilisé comme base du disque, celui-ci est recouvert d'une fine couche d'une substance capable de conserver la magnétisation résiduelle après exposition à un champ magnétique externe. Cette couche est appelée couche de travail ou couche magnétique, et c'est dans celle-ci que sont stockées les informations enregistrées. Les types de calques de travail les plus courants sont :
OXYDE;
couche mince;
double antiferromagnétique (AFC)

Actuellement, il existe des disques durs composés de quatre plateaux ou plus. La composition des disques peut varier. Ils sont en aluminium, en verre ou en céramique. Les deux derniers composés sont plus pratiques, mais très chers, et sont donc utilisés pour créer des disques durs « élites ». Après fabrication, les plaques sont recouvertes d'une couche de matériau ferromagnétique. Depuis la création des premiers disques durs, l'oxyde de fer est utilisé ici. Cependant, cette substance présentait un inconvénient important. Les disques recouverts de ce ferromagnétique avaient peu de résistance à l'usure. À cet égard, la plupart des fabricants utilisent actuellement du chrome-cobalt comme revêtement pour les plaques. La résistance à l'usure de cette substance est d'un ordre de grandeur supérieure à celle du ferromagnétique utilisé depuis des années. De plus, ce revêtement est beaucoup plus fin, car appliqué par pulvérisation cathodique, ce qui augmente considérablement la densité d'enregistrement. Le matériau ferromagnétique est appliqué des deux côtés du disque, les données seront donc également placées des deux côtés. Les plaques sont placées sur la broche à même distance les unes des autres, formant ainsi un empilement. Sous les disques se trouve un moteur qui les fait tourner. Les têtes de lecture/écriture sont situées des deux côtés des plateaux. Ils sont conçus de manière à se déplacer du bord du disque vers son centre. Un moteur spécialement dédié en est responsable. L'électronique est une carte sur laquelle sont placés divers éléments « nécessaires » au fonctionnement du disque dur, tels qu'un processeur, un programme de contrôle, une RAM, un amplificateur d'écriture/lecture et autres. Chaque côté de la plaque est divisé en pistes. Ils sont à leur tour divisés en secteurs. Toutes les pistes de même diamètre sur toutes les surfaces forment un cylindre. Les disques durs modernes ont un « cylindre d'ingénierie ». Il contient des informations de service (modèle de disque, numéro de série, etc.) destinées à une lecture ultérieure par un ordinateur.

Auparavant, pour que le disque soit prêt à l'emploi, l'utilisateur devait effectuer ce qu'on appelle un formatage de bas niveau. Il y avait même un élément correspondant dans le BIOS. Désormais, ce marquage se fait immédiatement lors de la production des disques durs. Le fait est qu'avec un formatage de bas niveau, les informations sur les servos sont enregistrées. Il contient des marques spéciales nécessaires pour stabiliser la vitesse de rotation de la broche, rechercher les têtes pour les secteurs requis et également surveiller la position des têtes sur la surface des plaques. Si vous pensez que les « mauvais » secteurs d'un disque dur n'apparaissent que pendant le fonctionnement, alors vous vous trompez. Tout disque dur nouvellement créé présente déjà un bloc défectueux. Ainsi, avec un formatage de bas niveau, ces blocs sont détectés et écrits dans une table de réaffectation spéciale. Ensuite, pendant le fonctionnement, le contrôleur de disque dur remplacera les unités défectueuses par des unités fonctionnelles, spécialement réservées à ces fins pendant la production. Dans les disques durs, les données sont écrites et lues par des têtes de lecture/écriture universelles à partir de cercles concentriques de disques magnétiques rotatifs (pistes) divisés en secteurs de 512 octets. Une piste est un « anneau » de données sur une face du disque. Une piste d'enregistrement sur un disque est trop volumineuse pour être utilisée comme unité de stockage. Dans de nombreux lecteurs, sa capacité dépasse 100 000 octets, et allouer un tel bloc pour stocker un petit fichier est extrêmement inutile. Par conséquent, les pistes du disque sont divisées en sections numérotées appelées secteurs.

Comment fonctionne un disque dur

De par sa spécificité, lors du fonctionnement du disque dur il n'y a pas de contact direct des têtes magnétiques avec la surface des plaques. On peut le dire autrement : le contact est « comme la mort ». La conception des têtes est créée de telle manière qu'elle vous permet de « planer » au-dessus de la surface des plaques. Le moteur fait tourner la broche à une vitesse telle (jusqu'à 15 000 tr/min) qu'un fort flux d'air est créé à partir des disques en rotation. Cela crée un effet de coussin d'air. L'écart entre les têtes et les disques est d'une fraction de micron. Cependant, comme nous l'avons mentionné plus haut, le contact des têtes avec la surface est inacceptable. Mais il y a des pannes de courant, dites-vous. Oui bien sûr. C'est dans ce cas que la « zone de stationnement » a été inventée. Et lorsqu'une situation se produit dans laquelle la vitesse de rotation de la broche descend en dessous de la limite autorisée (en fonctionnement normal ou en mode d'urgence lorsque l'alimentation est coupée), qui est constamment surveillée processeur dur disque, les têtes sont redirigées vers cette même zone de stationnement. La zone est située au niveau de la broche elle-même, où aucune information n'est enregistrée, de sorte que les têtes magnétiques peuvent facilement « reposer » sur la surface du disque. Comment le disque dur est-il « démarré » ? En un mot, cela ressemble à ceci. Dès que le disque dur est alimenté, son processeur commence à tester l'électronique et, si le résultat est positif, démarre le moteur qui fait tourner les plateaux. À mesure que la vitesse de rotation augmente, un effet de coussin d'air est obtenu, qui soulève les têtes magnétiques de la zone de stationnement. Lorsque la vitesse atteint la valeur requise, les têtes quittent la zone de stationnement et, à l'aide du contrôleur, « recherchent » des servos afin de stabiliser la vitesse de rotation. Ensuite, les secteurs « défectueux » sont réaffectés et le positionnement de la tête est vérifié. Si le travail effectué est positif, le contrôleur de disque dur passe en mode fonctionnement. Bien sûr, un processus mécanique travailler dur le disque est plus profond lorsqu'on l'examine de plus près, mais nous n'avons pas l'intention de le décrire en détail. L'essentiel est que vous compreniez les principes de base du mécanisme d'interaction des têtes avec les plaques. Si quelqu'un est intéressé par les détails de ce processus, une énorme quantité de documents a été créée sur ce sujet. Et nous passerons à une autre partie du flux de travail du disque dur : la technologie de lecture/écriture de données.

Technologies de lecture/écriture de données sur un disque dur

La lecture/écriture des informations sur le disque s'effectue à l'aide de têtes magnétiques dont le principe de mouvement a été évoqué ci-dessus. Si vous possédez encore un bon vieux magnétophone, alors la méthode d'enregistrement/lecture du son vers/depuis une bande magnétique est identique à celle que nous envisageons. Les données sont converties en courant électrique alternatif, qui est fourni à la tête magnétique, après quoi elles sont converties en un champ magnétique, à l'aide duquel les zones souhaitées du disque magnétique sont magnétisées. On sait déjà que les plateaux des disques durs sont recouverts d'une couche ferromagnétique. Une zone sélectionnée séparément de ce revêtement peut être magnétisée de deux manières possibles. La magnétisation d'une manière signifiera zéro, d'une autre manière - un. Cette zone magnétisée séparément est appelée un domaine. C'est un mini-aimant avec une orientation spécifique des pôles sud et nord. En influençant un certain domaine avec un champ magnétique externe (tête magnétique), il acceptera cette correspondance. Lorsque l'influence du champ extérieur cesse, des zones d'aimantation résiduelle apparaissent en surface. Ils désignent les informations stockées sur le disque. Je voudrais noter que la densité d'enregistrement des données, c'est-à-dire la capacité du disque elle-même, dépend de la taille du domaine. Depuis longtemps, on connaît deux technologies d'enregistrement d'informations sur un disque dur : parallèle et perpendiculaire. Bien que la deuxième méthode d’enregistrement soit plus productive, elle est un peu plus complexe en termes de résolution technologique. Les fabricants ont donc utilisé et amélioré la méthode parallèle jusqu’à ce qu’elle atteigne sa limite physique. Si nous décrivons brièvement la technologie de l'enregistrement parallèle, la situation est la suivante. L'aimantation des domaines est parallèle au plan du disque. Tout le monde a probablement joué avec des aimants dans son enfance et sait donc qu'ils s'attireront lorsqu'ils seront tournés l'un vers l'autre avec des pôles différents (bleu et rouge). Et vice versa, si vous essayez de les presser avec des côtés de la même couleur, une telle tentative ne sera jamais couronnée de succès. Ainsi, lors de l’utilisation de cette technologie, un champ parasite apparaît aux limites des domaines voisins, enlevant l’énergie de leurs champs magnétiques. En conséquence, les particules externes des domaines deviennent moins stables et l'influence des fluctuations thermiques sur son ordre magnétique augmente. Lors de l'utilisation de la technologie d'enregistrement perpendiculaire, l'aimantation des domaines est située à un angle de 90° par rapport au plan de la plaque. Grâce à cela, l'effet de répulsion des domaines voisins unipolaires disparaît, car dans cet arrangement les particules magnétisées sont tournées les unes vers les autres avec des pôles différents. Cela permet de réduire la taille de l'espace inter-domaines par rapport à technologie parallèle enregistrement, ce qui augmente également la capacité des disques durs. Cependant, cette méthode d'enregistrement nécessite l'utilisation d'une composition plus complexe de la couche magnétique. Sous la fine couche protectrice se trouve une couche d’enregistrement constituée d’un alliage oxydé de cobalt, de platine et de chrome. Le substrat est constitué de deux couches de composition chimique complexe, appelées couches à couplage antiferromagnétique. Ils permettent de supprimer les tensions du champ magnétique interne. De plus, l'enregistrement perpendiculaire nécessite l'utilisation d'autres étiquettes magnétiques pouvant générer un champ magnétique plus puissant. La densité de l'enregistrement perpendiculaire est de 500 Gbit/in2. Cela permettra de produire des disques durs d'une capacité de plusieurs téraoctets. Cependant, la science ne reste pas immobile et le développement de nouvelles technologies bat déjà son plein. L’un d’eux s’appelle HAMR (Heat Assistant Magnetic Recording). Cette technologie succède à l'enregistrement perpendiculaire et vise à l'améliorer. Dans ce cas, l'enregistrement s'effectue avec préchauffage à l'aide d'un laser. Le chauffage se produit en une picoseconde, la température atteignant 100 °C. Dans ce cas, les particules magnétiques du domaine reçoivent plus d'énergie, donc lors de la génération d'un champ, une intensité élevée n'est pas requise. Et une énergie élevée garantit une stabilité accrue des informations enregistrées. Encore une fois, l'utilisation de cette technologie est impossible sans l'utilisation de matériaux avec haut niveau anisotropie. Toutefois, les alliages appropriés à cet effet sont trop coûteux. De plus, l’enregistrement thermomagnétique nécessitera deux têtes distinctes. Vous devez également veiller à la manière d'évacuer la chaleur des disques. Mais l’une des principales motivations pour utiliser l’enregistrement thermomagnétique réside dans le fait que cette technologie vous permet d'atteindre des densités d'enregistrement allant jusqu'à 1 Tbit/pouce2

Comment les données sont stockées sur un disque dur

La plus petite unité d'information sur laquelle un système fonctionne contrôle strict le disque est appelé un secteur. Dans la grande majorité des médias modernes, un secteur équivaut à 512 octets. Utilisé dans actuellement Le système d'adressage de secteur est appelé LBA (Logical block adressage). Parallèlement, pour les disques de petite capacité ou dans un but de rétrocompatibilité avec des équipements plus anciens, le système d'adressage CHS peut être utilisé. L'abréviation CHS signifie Cylindre, Tête, Secteur - cylindre, tête, secteur. D'après le nom, la signification de ce type d'adressage est claire, car il est lié à des parties du périphérique de disque dur. L'avantage de LBA par rapport à CHS est que le second a une limite sur le nombre maximum de secteurs adressables, en termes quantitatifs égal à 8,4 gigaoctets, LB A cette limite privé. D'abord secteur dur le disque (ou plutôt zéro) est appelé MBR (Master Boot Record), ou main entrée de démarrage. Au début de ce secteur se trouve le code dans lequel le système d'entrée/sortie de base de l'ordinateur transfère le contrôle lors de son démarrage. Ce code transfère ensuite le contrôle au chargeur du système d'exploitation. Dans le secteur 0 se trouve également la table de partition du disque dur. Une section représente une gamme spécifique de secteurs. Un enregistrement sur la partition est inscrit dans le tableau, avec le numéro de son secteur de départ et sa taille. Il peut y avoir un total de quatre entrées de ce type dans la table de partition. La partition dont l'entrée se trouve dans la table de partition du secteur zéro est dite primaire. En raison des limitations mentionnées ci-dessus, il peut y avoir un maximum de quatre partitions de ce type sur un disque. Certains systèmes d'exploitation sont installés uniquement sur les volumes principaux. Si nécessaire, utilisez plus partitions, un enregistrement sur la partition étendue est entré dans le tableau. Ce type de partition est un conteneur dans lequel des partitions logiques sont créées. Il peut cependant y avoir un nombre illimité de volumes logiques dans les OS de la famille Numéro de Windows les volumes connectés simultanément sont limités par le nombre de lettres de l'alphabet latin. Ces trois types de partitions ont le point d'accès le plus large, la prise en charge parmi la grande majorité des systèmes d'exploitation et la plus grande distribution. En effet, à la maison ou à l’échelle des ordinateurs clients des organisations, ce sont ces types de partitions que l’on retrouve. Toutefois, cela ne signifie pas que les types de partitions se limitent à ces trois types. Il existe un grand nombre de partitions spécialisées, mais elles utilisent également des volumes primaires comme conteneurs. Une partition est simplement un espace alloué sur un disque ; Afin d'y stocker des informations afin d'organiser la structure de stockage des données, un système de fichiers doit être créé. Ce processus est appelé formatage de partition. Les types systèmes de fichiers Il en existe un grand nombre, les systèmes d'exploitation Windows utilisent FAT/NTFS, systèmes d'exploitation Ext2/3FS, ReiserFS, Swap sont utilisés sur le noyau Linux. Il existe de nombreux utilitaires permettant d'accéder multiplateforme à divers systèmes de fichiers à partir de systèmes d'exploitation qui ne les prennent pas en charge nativement (par exemple, offrant la possibilité d'accéder depuis Windows Partitions Linux et vice versa). Certains systèmes de fichiers, tels que FAT/NTFS, fonctionnent sur des structures de données plus volumineuses sur le disque dur, appelées clusters. Un cluster peut inclure un nombre arbitraire de secteurs. La manipulation de la taille du cluster apporte des avantages supplémentaires en termes de performances du système de fichiers ou de consommation d'espace libre. Ainsi, la structure logique de stockage des données suivante est obtenue : le disque dur est divisé en partitions (les informations sur cette partition sont stockées dans ce que l'on appelle le master boot record) - elles sont nommées C :, D :, E :, etc., pour chaque Le système de fichiers est installé sur la partition (suite au formatage de la partition). Le système de fichiers contient des informations sur la manière dont l'espace d'une partition (disque logique) est délimité et sur l'emplacement des fichiers qui s'y trouvent. Eh bien, la partition stocke les fichiers divisés en une certaine quantité de des clusters qui occupent physiquement un certain nombre de secteurs dans lesquels sont réparties les pistes du disque dur. Le système de fichiers attribue ses propres adresses à tous les secteurs, puis stocke ses fichiers à ces adresses, enregistrant dans sa table les adresses des clusters (plages de clusters) appartenant à certains fichiers.

Le principe de fonctionnement d'un disque dur est assez simple. Un disque dur typique se compose de plusieurs composants principaux, tels que :

• corps en alliage résistant aux chocs,
• plaques avec revêtement magnétique,
• bloc de tête avec dispositif de positionnement,
• unité électronique et
• entraînement électrique

De nombreux utilisateurs pensent que les disques durs sont scellés. Cependant, ce n'est pas vrai : il est nécessaire de maintenir une pression constante à l'intérieur lors des fluctuations de température. À cet égard, le disque dur est équipé d'un filtre qui retient les particules d'un diamètre allant jusqu'à plusieurs micromètres.

L'unité électronique contient son propre périphérique de stockage et plusieurs sous-blocs responsables du traitement du signal numérique, du contrôle et du fonctionnement de l'interface. Le fonctionnement du disque dur lui-même est très similaire à la structure d'un magnétophone. La surface de travail du disque se déplace à une certaine vitesse par rapport à la tête de lecture. Lors de la procédure d'écriture ou de lecture, les têtes flottent au-dessus de la surface du disque sur un coussin d'air. Si un grain de poussière pénètre dans l'espace entre le disque et la tête, les têtes peuvent heurter la surface, endommager le disque et même brûler.

Un disque magnétique peut être constitué non seulement de métal, mais également de verre, comme c'était le cas dans les modèles d'IBM. Il y a une couche magnétique à la surface du disque qui sert de base à l'enregistrement des informations. Des bits d'information sont enregistrés à l'aide d'une tête qui, passant sur la surface d'un disque en rotation, magnétise des milliards de zones discrètes horizontales - des domaines. Chacune de ces régions est un zéro ou un un logique, selon la magnétisation.

Initialement, la surface de la crêpe est complètement vide, c'est-à-dire que les domaines magnétiques ne sont orientés d'aucune façon. Pour orienter l’unité à tête magnétique vers disque magnétique des marques spéciales sont appliquées - des marques de servo. Ceci est réalisé par le bloc « natif » de têtes magnétiques, qui à son tour est contrôlé dispositif externe. Après marquage, le disque dur lui-même est capable de lire les informations et d'écrire sur la surface. Pour les gros volumes de disque dur, plusieurs disques magnétiques y sont installés, qui sont fixés au moteur de broche et forment une pile de crêpes.

Caractéristiques

Interface- d'une manière générale, détermine le lieu ou le mode de connexion/contact/communication. Ce terme est utilisé dans divers domaines scientifiques et technologiques. Les disques modernes peuvent utiliser les interfaces SATA, IDE, USB, IEEE 1394, etc.

grandeur physique(facteur de forme) - la taille installée du disque dur. Les disques pour ordinateurs personnels et serveurs mesurent 3,5 pouces. Les disques durs de 2,5 pouces sont plus souvent utilisés dans les ordinateurs portables. Les autres formats courants sont 1,8 pouces, 1,3 pouces et 0,85 pouces.

Vitesse de broche- nombre de tours de broche par minute. Le temps d'accès et la vitesse de transfert des données dépendent en grande partie de ce paramètre. Actuellement, les disques durs sont produits avec les vitesses de rotation standards suivantes : 4 200, 5 400 et 7 200 (ordinateurs portables), 7 200 et 10 000 (ordinateurs personnels), 10 000 et 15 000 tr/min (serveurs et postes de travail hautes performances).

Temps d'accès aléatoire- Un paramètre unique pour évaluer la vitesse du disque dur. DANS langue anglaise un analogue du temps d'accès aléatoire est utilisé. Le temps d'accès moyen pour les modèles modernes varie de 3 à 15 ms. Plus la valeur est basse, mieux c'est. En règle générale, les disques du serveur ont la durée minimale.

Marché des disques durs

Histoire

Nom

Pour une expression comme Hard Disk Drive (HDD), les linguistes utilisent un nom rétronymique - un terme inventé par les linguistes pour désigner un nouveau nom pour un phénomène existant afin de le distinguer de quelque chose de plus récent, en l'occurrence des disquettes. Et voici une situation étrange : il n'y a pas de disquettes, il n'est pas nécessaire de distinguer les disquettes des disques durs, mais le rétronyme reste, mais il sert maintenant à distinguer les disques durs des disques SSD (Solid State Drive/SSD), qui en général sont pas de disques du tout.

D'énormes magnétophones

Le succès des disques ressemble à une sorte d’accident. Dans un dispositif mécanique devenu partie intégrante des systèmes électroniques, le temps de mouvement des têtes est mesuré dans des quantités complètement différentes de la vitesse des processus électroniques. Le manque d'harmonie dans l'union entre l'électronique et la mécanique a été remarqué il y a longtemps, dans les années cinquante, lors de la création des premiers disques. Mais il n'y avait pas d'alternative à la mécanique, car la technologie des semi-conducteurs n'en faisait que ses premiers pas ; il fallait délibérément faire un mariage inégal pour atteindre l'objectif, mais cela s'est avéré plus que réussi. L'objectif était d'accéder directement à d'importants volumes de données (selon ces normes), ce qui restait impossible tant que les données étaient lues en flux soit à partir de bandes, soit à partir de cartes perforées. Les données lues sur le support peuvent être placées soit dans une minuscule RAM, soit échangées et pompées vers le tambour. Certains systèmes d'exploitation disposaient d'utilitaires permettant de lire des fichiers à partir de bandes, mais ce processus était terriblement lent.

À un stade précoce de développement systèmes informatiques les disques durs génériques n'étaient que des modèles expérimentaux. Les ordinateurs étaient comme d’énormes magnétophones. En principe, l'enregistrement et la lecture des informations n'étaient pas différents de ceux d'un lecteur de cassettes ordinaire : les données étaient disposées de manière linéaire. Ceux qui se souviennent également des PC basés sur des supports à bande magnétique savent ce que c'est que d'attendre le chargement du niveau suivant - le rembobinage habituel de la cassette au bon endroit.

D'abord Ordinateur personnel Nous avons utilisé un magnétophone à cassette audio ordinaire comme périphérique de stockage. Un lecteur de disque était pour eux un luxe inabordable. Les utilisateurs qui accompagnaient leur PC avec un lecteur de disque pouvaient déjà ressentir un semblant de liberté d'action. Les premiers ordinateurs IBM étaient équipés d'un ou deux lecteurs de disque.

Disques Rabinow

L'idée d'un disque en tant que dispositif avec des têtes se déplaçant dans l'espace gisait à la surface et de nombreuses entreprises ont tenté de le mettre en œuvre. Le Computer Museum de Mountain View abrite plusieurs versions des lecteurs. Le succès commercial est venu plus tôt que les autres chez IBM, qui a pu dépenser plus en développement que les autres, c'est pourquoi toutes les chroniques de l'évolution des disques indiquent comme point de départ la date de 1956 et le lecteur de disque qui faisait partie de l'IBM 305 RAMAC (Random Méthode d'accès à la comptabilité et au contrôle) ordinateur. , dont le nom indique directement sa capacité d'accès aléatoire unique à ce moment-là - Méthode d'accès aléatoire.

Mais IBM n'était pas le premier. La première initiative de travail a été réalisée en 1951 par l'inventeur de génie Yakov Rabinov (1910-1999), qui a consacré toute sa vie à travailler au Bureau national des normes. Il est né à Kharkov, son nom de famille d'origine était Rabinovich, après la révolution de 1921, lui et ses parents ont déménagé en Chine, puis ont travaillé pendant près de 70 ans dans la division de recherche du Bureau national des normes. Rabinow n'est pas devenu un scientifique, mais il était un génie pour les inventions pratiques, parmi lesquelles, par exemple, une technologie de frappe améliorée qui prolongeait la durée de vie des pièces de monnaie, une invention qui a permis au Trésor public d'économiser plusieurs milliards sur la production de pièces de monnaie en métal. . Cependant, une seule de ses inventions - un dispositif appelé dispositif de mémoire magnétique à disque cranté - ne lui a apporté ni argent ni reconnaissance à vie. Il se composait de dix « crêpes » de 18 pouces, comme on appellera plus tard les disques eux-mêmes, avec un segment découpé pour pouvoir les changer sur l'essieu.

Les experts d'IBM ont étudié l'invention de Rabinow et n'ont pas caché la priorité. Après avoir analysé le disque de Rabinow, ils publièrent un rapport en 1953, « Une proposition pour un fichier à accès aléatoire rapide », qui devint la base du projet RAMAC.

1956 : IBM RAMAC - armoire 975 kg

Années 2000 : enregistrement magnétique perpendiculaire

Lorsque les fabricants de disques durs ont été confrontés à des limites de capacité au début des années 2000, Toshiba et Seagate ont rationalisé la disposition des bits de données sur le plateau du disque. Le passage de l'enregistrement magnétique longitudinal à l'enregistrement magnétique perpendiculaire a augmenté la capacité du disque dur de pas moins de 10 fois.

2012 : la densité des informations sur les disques peut doubler d'ici 2016

La densité maximale de stockage des disques durs pourrait doubler d’ici 2016, selon une autre étude IHS iSuppli publiée en 2012. Auparavant, le fabricant de disques durs Seagate avait fait une prévision similaire. Selon les analystes, cela élargira l'utilisation des disques durs dans les systèmes contenant de grandes quantités de données, notamment les systèmes audiovisuels.

Un certain nombre de technologies sur lesquelles les fournisseurs travaillent actuellement permettront d'augmenter la densité des disques durs, en particulier la technologie d'enregistrement magnétique assisté par chaleur (HAMR), brevetée par Seagate en 2006. La société a également annoncé qu'elle pourrait lancer un disque 3,5 pouces de 60 To d'ici 2016. Les disques des ordinateurs portables pourraient atteindre 10 à 20 To d’ici là, selon les prévisions d’IHS iSuppli.

Les analystes notent également que la densité d'enregistrement augmentera jusqu'à un maximum de 1 800 Gbit par pouce carré d'ici 2016, contre 744 Gbit en 2011. Selon IHS iSuppli, la densité d'enregistrement sur disque augmentera d'ici 2016 pour atteindre 1 800 Gbits par pouce carré, contre 744 Gbits en 2011. De 2011 à 2016, l'augmentation de la densité d'enregistrement sur disque dur augmentera en moyenne de 19 % par an.

À la date de publication de l'étude, le disque dur avec la densité maximale a été commercialisé par Seagate en septembre 2011 : il contient 4 To de données, la taille du disque est de 3,5 pouces. La densité du disque est de 625 Gbits par pouce carré.

HAMR HDD, qui utilise un laser sur la tête de lecture/écriture du disque dur pour regrouper les petits bits plus étroitement sur le disque en rotation que l'enregistrement magnétique traditionnel.

Idée moderne des disques

Les disques ont évolué dans plusieurs directions principales :

La vague actuelle d'intérêt du public pour les SDD ne devrait pas faire douter de l'avenir relatif des disques durs ; ces disques ont vécu et vivront, se développant et s'améliorant constamment. Un disque de 20 To fera son apparition dans un avenir proche et la production globale augmente constamment de 1 à 3 % par an.

augmenter la vitesse et la capacité du disque ; améliorer l'accès aux données enregistrées sur eux ; recherche de technologies alternatives à l'état solide ;

Le développement dans la première direction a conduit à l'émergence de disques durs capables de stocker des volumes de téraoctets et de maintenir des taux de transfert élevés.

La seconde consiste à créer du matériel et des logiciels prenant en charge le fonctionnement des disques : des systèmes de fichiers capables de prendre en charge des disques de téraoctets et des abstractions de la physique du stockage, incl. interfaces haut débit, matrices RAID offrant une fiabilité de stockage élevée, réseaux de stockage SAN et lecteurs réseau NAS

Selon le troisième - à l'émergence de créations très récentes appareils à semi-conducteurs niveau entreprise (Solid State Device, SSD) en combinaison avec une interface NVMe destinée à ces appareils. Aujourd'hui, la possibilité du « stockage intelligent » s'ouvre, c'est-à-dire une redistribution automatique et rentable du stockage de données entre les SSD, les disques durs et les bandes, en fonction de la demande de données.