Dans notre inconscient collectif se cache l’utilisation de mots et d’expressions que l’on ne raccorde pas forcément toujours à une réalité.
En tant qu’utilisateurs de systèmes de stockage pour mes données notamment photographiques et vidéos, mais aussi en tant qu’ingénieur, j’ai effectué mes propres recherches. Pas si facile d’en faire quelque chose de digeste, d’où: la métaphore de la roulette !
Dur ?
Un « disque » « dur » (acronyme HDD = Hard Disk Drive) est ainsi surnommé depuis son invention en 1956 par opposition aux disques de données qui le précédait qui étaient eux, mous (« floppy disk« ) et que l’on retrouvait à l’intérieur des disquettes.
Oui, c’est bien un disque !
On notera également que l’on parle de « disque » car les données que nous enregistrons sont effectivement mémorisées sur des disques en matière aluminium, verre ou céramique.
Ils sont entrainés en rotation par un petit moteur électrique.
Leurs données sont écrites par une « tête d’écriture » et lues par une « tête de lecture » différenciées.
Le principe est celui de l’induction électro-magnétique (on y reviendra plus bas).
Regardez la vidéo (un peu longue…) de Mr T: Autopsie d’un disque dur
Lire quoi ?
Les « têtes de lecture » lisent et écrivent les données sur les disques en commençant par l’extérieur puis à l’intérieur du disque. En fait, elles orientent magnétiquement ou lisent l’orientation magnétique d’un nano-aimant (pdf explicatif des travaux de Jean-Pierre Nozières) (nano-aimant: barre aimantée toute petite). Chaque orientation « Nord » ou « Sud » traduit alors un Bit 0 ou 1 qui contribue à coder une information.
Pour mieux comprendre: la roulette
Pour faire une analogie on peut penser à un tourniquet, ou encore une roulette de jeu au casino.
Imaginez alors que cette roulette ait des cases sur toute son pourtour. Dans ces cases on dispose des aimants avec leur orientation Nord/Sud.
Selon l’orientation Nord/Sud de l’aimant (voir image ci-dessus), on comptera que la case donne l’information 1 ou l’information 0. Voilà 1 bit codé.
Dans cet exemple, un utilisateur va pouvoir orienter l’aimant à la main comme il le souhaite.
Un autre utilisateur pourra regarder la roulette du dessus et lire l’information selon le codage mis en place. Par exemple:
- Nord vers l’intérieur = 1
- Sud vers l’intérieur =0
-> Nous voilà revenu au codage des données en informatique à partir de 0 et de 1.
Lisez l’article à ce propos sur davidtribal.com
Sachant que 1 octet comprend 8 bits j’en déduis qu’il faudra au moins 8 aimants pour coder 1 octet. Quand on sait que 1 Go (un Giga octet) comprend 1 milliards d’octets, il devrait donc y avoir 8 milliard de cases avec 8 milliards d’aimants pour un disque de 1Go. 1000 fois plus pour un disque de 1 To
1To = 1000 Go; 1Go = 1000 Mo, 1Mo = 1000 Ko; 1 Ko = 1000 o
L’information 1 est un bit.
L’information 10010110 est un octet et a une signification.
Tout comme le morse.
Pourquoi des aimants ?
Dans l’exemple précédent, ce sont des personnes humaines qui regardent l’aimant du dessus. On aurait en fait pu prendre n’importe quel bâton ayant un côté différent de l’autre pour différencier une orientation d’une autre.
Mais dans le cas d’un disque dur, ce n’est pas un humain mais une tête de lecture qui va « lire » l’information. Elle va en fait se placer au dessus de la case et capter l’orientation du champ magnétique créer par l’aimant.
Dans la réalité
En réalité aujourd’hui, après plus de 50 ans de développement de cette technique de sauvegarde de données, les cases ont rapetissé et les aimants avec. Un « disque dur » peut également renfermé plusieurs disques et de nouvelles technologies de lecture/écriture ont vu le jour.
On a pu par exemple limiter l’occupation spatiale de l’aimant dans le disque en le positionnant tête en haut ou tête en bas, c’est à dire dans un plan perpendiculaire à celui du disque. Enfin, les cases réalisées dans un matériau non conducteur ont été améliorées.
Une limite réside cependant, limitant aujourd’hui la capacité des disques durs à l’ordre du Téra Octet. En effet, au delà d’une certaine limite de taille, les aimants devenus trop petits ne génèrent pas un champ magnétique suffisant pour être reconnus. Comme si notre utilisateur sus-mentionné ne pouvait pas lire l’orientation de l’aimant, même avec un microscope super puissant.
Ordre de grandeur
Pour vous donner un ordre d’idée, les aimants sont dit nano-aimants. C’est à dire que leur taille est de l’ordre du nano-mètre (nm), soit donc, 1 milliard de fois plus petits qu’un mètre.
1m = 1000mm; 1mm = 1000 μm; 1μm = 1000nm
Si on avait 8 milliards d’aimants pour un disque de 1Go, et que les aimants faisaient exactement 1nm (nm: nanomètre) on aurait donc a peu près 8 mètres d’aimants pour 1Go, et 8km d’aimants pour 1To (1To = 1000 Go).
Il faut bien les ranger ces aimants…
(ce calcul est tout à fait approximatif, pour avoir un ordre d’idée, je ne connais pas la dimension exacte des bits de donnée (cases), certainement plutôt de l’ordre de 25 x 100 nm2 de surface, aucune idée de la profondeur).
Dimension extérieure (macroscopique)
Les disques durs ont des formats normalisés de 2″5 (6,35cm) ou 3″5 (8,89cm) de diamètre (lire « = pouce = 2,54cm) ce qui donne au boitier un format respectivement de 7 x 10 cm ou 10,1 x 14,6 cm avec une épaisseur variable suivant la quantité de disques empilés et leur épaisseur nominale.
Pour conclure
Je ne vais pas m’étendre sur les différentes technologies de disques dur ni l’historique qui a permis de passer dans le commerce grand publique, de disque de 2Go quand j’avais 15 ans (en 2001) à 4To alors que j’en ai 30 aujourd’hui.
L’idée ici était de faire une vulgarisation de cette technologie, voire technique.
Un disque dur, ce sont donc de toutes petites cases avec de tous petits aimants dedans et un bras de lecture, comme sur un disque vinyle, qui vient capter l’orientation de l’aimant.
Il transmet alors cela sous forme de courant électrique interprété et transmis au final au micro-processeur de l’ordinateur. Ce dernier va en permettre la traduction en une donnée qui sera enfin transmise à l’utilisateur via les interfaces sonores ou visuelles des hauts-parleurs et de l’écran.
Personnellement
J’ai compris tout ça au fur et à mesure des années, de mon utilisation et des informations glanées. la première fois que j’ai été sensibilisé à cela, c’était en allant me promener au Musée des Arts et Métiers à Paris (Métro Arts et Métiers), alors que je passais mes oraux pour rentrer dans l’école et pensais les avoir loupé.
On y vois notamment des ancêtres du disque dur. A ce moment là, il m’était encore difficile de croire que la technologie était encore quasiment la même…
Pour aller plus loin
Format du disque dur
Les disques durs demandent un type de formatage. Cela correspond en fait à la manière dont on va organiser et regrouper ses informations pour en faciliter la lecture.
Il existe plusieurs options de formatage avec chacune leur avantages et inconvénients.
Lire à ce sujet l’article sur davidtribal.com:
Quel format choisir pour mon disque dur ? – exFAT, FAT32, NTFS, HFS+
Adressage CHS des blocs [sur wikipédia] Cylinder/Head/Sector en anglais soit « Cylindre/Tête/Secteur
(C) Secteur [sur wikipédia]
(D) Bloc d’un disque dur [sur wikipédia]
Le phénomène d’induction électro-magnétique
Ce phénomène physique consiste en le fait qu’un champ magnétique induit (provoque) un courant électrique dans un objet métallique le traversant.
La réciproque veut qu’un objet métallique parcouru par un courant électrique entre en mouvement lorsqu’on lui applique un champ magnétique.
A l’inverse, un aimant immobile peut générer un courant dans une boucle inductive en mouvement.
(La boucle inductive est en généralement un bobinage cuivré)
C’est le principe des moteurs électriques, des haut-parleurs, ainsi que des boucles inductives, et notamment celle de la RFID (Radio Fréquence IDentification: Identification par radiofréquence). C’est la technologie grandissante depuis 20 ans déjà, à l’origine des paiements sans contact et des pass de transport ou de forfaits de ski.
Puce RFID
Un bobinage à plat relié à une toute petite puce contenant un numéro d’identification ou quelques informations.
Le bobinage mis en mouvement dans le champ magnétique généré par le lecteur va alors se voir parcouru par un courant allant alimenter la puce qui va alors dispenser ses informations.
Lecture par induction
Dans notre cas, il s’agit de l’aimant orienté dans le logement de codage d’un bit, générant un courant dans la boucle inductive de la tête de lecture. De la même manière, la tête d’écriture va pouvoir orienter différemment l’aimant si l’on fait circuler un courant dans sa boucle inductive.
Ainsi, par l’intermédiaire du principe d’induction électro-magnétique, on peut modifier et lire l’orientation des nano-aimants. La sensibilité au champ magnétique limitant l’espace de stockage comme sus-mentionné, sera alors celle de la capacité de l’aimant à générer un courant suffisant dans la boucle inductive pour que ce dernier soit décelé et interprété.
Lire: Induction Electro-magnétique sur wikipédia
(moi j’ai appris ça en école prépa ;)
Le disque SSD
L’avenir est probablement au disque dur SSD que Apple a déjà commencé à proposer dans certains de ses ordinateurs portables.
En effet les disques SSD n’utilisent plus de partie mobiles, ni d’aimantation et sont donc moins sensibles en utilisation et au mouvement.
Lire: Technologie SSD : l’avenir du disque ! – sur disquedurssd.fr
Notes personnelles
Note 1 – Sur la fragilité au mouvement :
Du fait que ce que nous appelons un « disque dur » soit effectivement un boitier renfermant une tête lisant des disques mis en rotation par un moteur, cela les rends fragiles.
Il est donc souhaitable que la tête de lecture ne touche jamais le disque, sous peine d’endommager le disque et de le rendre inutilisable !
=> Evitez tout mouvement d’un disque dur durant son utilisation, notamment la mise en mouvement de votre ordinateur portable durant son utilisation.
… en pratique, nous bougeons nos ordinateurs. Les systèmes de lecture on été améliorés pour amortir les mouvements des têtes de lecture. Mais cela reste dangereux !!!
Note 2 – sur la fragilité à la démagnétisation:
Les informations sont enregistrées sur les disques dur par magnétisation. Mettre un disque dur à portée d’un aimant suffisamment puissant peut donc en endommager les données (comme une CB ou un ticket de métro dans la poche…).
Note 3 – sur les SSD (Solid-State Drives):
Il existe également des disques durs SSD. Ces derniers ne comportent aucun élément mécanique car les données sont stockées sur une multitude de puces électroniques. Ils sont plus robustes, consomment moins d’énergie, mais sont plus onéreux !
En 2014 pour 80€ : 1 SSD de 240 Go /vs 1 HDD classique de 1To
Note 4 – sur la double sauvegarde de données
Comme déjà mentionné dans cet article, n’oubliez pas qu’un disque dur peu « atterrir » sans crier gare (= décéder = plus de données = tout perdu! ).
De ce fait, il est recommandé de sauvegarder toutes ses données en double et si possible à des endroits géographiques différents.
Intéressez vous aux Disques dur externes, aux NAS, NAS Mirror, et à la Synchronisation à distance de plusieurs NAS… et aussi au RAID1 !
(Je viens de découvrir une fonctionnalité RAID sur l’Utilitaire de disques de MAC OS)
Bibliographie et liens:
Une bonne partie de ce que je n’ai pas traité est sur vulgarisation-informatique.com: Disque dur
Le reste de la bibliographie et des liens est dans le cors de l’article.
