Disc dur
Un disc dur es una memòria de massa qu'utiliza de discs magnetics per estocar de donadas. Inventat en 1956 per la companhiá IBM, es principalament utilizat dins leis ordinators mai pòu tanben servir a l'enregistrament d'informacions dins lei camescòpis, dins lei lectors de DVD ò lei consòlas de jòcs.

Lo desvolopament e lo perfeccionament dau disc dur es una partida importanta de l'istòria de l'informatica de la segonda mitat dau sègle XX e dau començament dau sègle XXI. D'efiech, sei performàncias an conegut de progrès majors permetent d'agantar de capacitats d'estocatge e de velocitats de foncionament fòrça importantas. Pasmens, dempuei leis ans 2010, l'usatge dau disc dur comença de demenir amb l'arribada de sistèmas novèus coma lei discs electronics.

Istòria

L'invencion dau disc dur 

L'invencion e lo desvolopament dau disc dur aguèron luòc dins un contèxte de cèrca d'un supòrt d'estocatge dei donadas informaticas. D'efiech, dempuei la fin de la Segonda Guèrra Mondiala (1939-1945), l'usatge d'ordinators èra a se desvolopar e i aviá ges de solucion tecnica satisfasenta per assegurar la sauvagàrdia dei calculs. Divèrsei procès èran donc en cors d'experimentacion coma lei cartas perforadas, que son principi èra estat inventat per lo Francés Joseph Marie Jacquard (1752-1834), de bendas magneticas, de tubes catodics, de tambors ò de sistèmas acostics.

Lo besonh a l'origina dau desvolopament dau disc dur foguèt aqueu de l'US Air Force d'aver un sistèma automatic d'inventari. Aquela demanda èra tecnicament fòrça complèxa car necessitava de trobar una solucion permetent de prendre en còmpte d'intradas e de sortidas non previsiblas. Ansin, per exemple, l'utilizacion de cartas perforadas èra pas possibla car auriá necessitat de cambiaments de cartas tròp nombrós. L'adopcion d'una memòria de massa magnetica aisada de modificar foguèt la solucion prepausada per la companhiá estatsunidenca IBM en 1956.

Dich IBM 305, aqueu premier disc dur equipèt l'ordinator IBM 305 RAMAC e aviá una capacitat de 3,75 MB. Son pes èra d'una tona e ocupava un volum equivalent a dos refrigerators de talha mejana. Èra format de 50 platèus de 60 cm de diamètre e èra vendut  dolars estatsunidencs. Pasmens, sei capacitats de triada e d'enregistrament interessèron mai d'una companhiá ò d'una organizacion estatala e aperaquí un milier d'unitats foguèron vendudas entre 1957 e 1962.

De l'invencion a l'installacion sus d'ordinators personaus 

Dins lo corrent deis ans 1950-1970, IBM demorèt a la poncha dau desvolopament dau disc dur amb l'introduccion progressiva de tecnologias novèlas, amb una demenicion dau volum ocupat e amb una aumentacion de la capitat d'enregistrament. Regardant lei progrès tecnics, dos aisses principaus dominèron aqueu periòde. Lo premier foguèt la concepcion e l'organizacion dei discs elei meteissei a l'entorn de sistèmas levadís ò fixs. La sortida de l'IBM 1311, en 1962, foguèt la premiera etapa d'aquelei cèrcas. D'efiech, èra equipat de discs levadís, çò que permetiá de cambiar ò d'apondre de discs coma lo permèton lei bobinas de benda magnetica. L'etapa majora seguenta aguèt luòc en 1973 e foguèt l'IBM 3340 qu'èra constituït d'una partida fixa e d'una partida levadisa de 30 Mo. Dich « Winchester » en referéncia au fusiu Winchester 30.30 e aguent una capacitat fòrça importanta per l'epòca, venguèt l'estandard dei discs durs fins ais ans 1980.

L'autre domeni tecnologic que foguèt l'objècte d'un important esfòrç de desvolopament foguèt aqueu dei tèstas de lectura. A l'origina, lo RAMAC n'aviá unicament doas mai, tre 1962, cada superficia dei vint discs dau modèl IBM 1301 aviá una tèsta. De mai, l'ensemble èra concebut per formar un coissin d'aire entre lo disc e la tèsta, çò que facilitava son desplaçament. La velocitat foguèt tanben melhorada per l'introduccion de rotlaments de bilhas e per l'adopcion de materiaus novèus, especialament la ferrita, per fabricar lei tèstas. Enfin, i aguèt egalament de recèrcas sus l'utilizacion de tèstas fixas que presentavan una resisténcia mecanica superiora ai tèstas mobilas en despiech d'una velocitat pus febla.

Aquelei progrès permetèron de melhorar d'un biais significatiu lei performàncias dei discs durs. Per exemple, regardant la reduccion de volum, lo ST-506, sortit en 1980, aviá la meteissa capacitat que l'IBM 305 dins un disc de 13 cm de diamètre. Pertocant l'aumentacion dau volum d'enregistrament, la capacitat passèt de 5 Mo a 1,02 Go amb lo modèl H8598 desvolopat en 1982.

La difusion dau disc dur 

Durant leis ans 1950-1970, lei discs durs èran demorats de dispositius relativament rars car costós e destinats a d'ordinators de talha importanta. Pamsens, a partir dau començament dau decenni 1980, plusors companhiás comencèron d'integrar de discs durs intèrnes ò extèrnes dins seis ordinators personaus (PC). Per exemple, foguèt lo cas de l'IBM XT de 1983 qu'èra dotat d'un disc de 5 Mo. Aquò ne'n favorizèt l'usatge e lo disc dur se generalizèt. Ansin, la produccion mondiala passèt de 2,8 miliards de dolars en 1979 a 23 miliards de dolars dètz ans pus tard.

Dins lo corrent d'aquela evolucion, lei discs durs contunièron de veire sa talha demenir e sa capacitat aumentar. De mai, la chausida dau disc intèrne se difusèt a cha pauc. Aquò entraïnèt la disparicion dei sistèmas de sauvagàrdia concurrents coma la disqueta ò la casseta. Aquò foguèt largament permés per lei progrès tecnics dei tèstas. D'efiech, au començament deis ans 1980, lei tèstas de ferrita foguèron remplaçadas per dos tipes de tèstas novèlas. Lei premierei foguèron lei tèstas MIG qu'èran un perfeccionament dei tèstas de ferrita e qu'èran compausadas d'un tèsta de ferrita amb un element metallic permetent de concentrar lo camp magnetic dins una zòna pus precísa. Lo segond tipe gropa lei tèstas de film fin qu'èran produchs gràcias a un procès de fotolitografia permetent de redurre significativament sa talha. Permetèron ansin d'agantar una capacitat de 4 Go en 1995.

La descubèrta de la magnetoresisténcia giganta e la generalizacion dau disc dur 

Descubèrta en 1988 per lo Francés Albert Fert (nascut en 1938) e per l'Alemand Peter Grünberg (nascut en 1939), la magnetoresisténcia giganta es un efiech quantica observat dins leis estructuras de films fins compausadas d'una alternància de jaç ferromagnetics e de jaç non magnetics. Aparéis sota la forma d'una baissa importanta de la resisténcia observada quand es un camp magnetic extèrne es aplicat a l'ensemble.

Tre 1989, IBM comencèt de cercar d'aplicacions a aquela descubèrta. L'idèa èra de crear una tèsta susceptibla d'èsser utilizada coma un captor de camp magnetic. D'efiech, una tèsta basada sus lo principi de la magnetoresisténcia pòu èsser utilizada coma una resisténcia per mesurar lei variacions de corrent electric eissidas dei variacions magneticas dau supòrt. Aquò permet de multiplicar rapidament la velocitat dei tèstas e quatre generacions de tèstas magnetoresistentas son uei estadas desvolopadas :
 lei tèstas AMR (anisotrop MR) apareguèron tre 1990 e permetèron de doblar cada an la capacitat d'estocatge dei discs.
 lei tèstas GMR (giant MR) foguèron introduchas en 1997.
 lei tèstas TMR (tunneling MR), sortidas per lo premier còp en 2005, permetèron d'esplechar l'efiech tunèu per melhorar l'eficacitat dau sistèma, especialament la saturacion dau supòrt d'escritura.
 lei tèstas PMR (pendular MR), comercializadas egalament en 2005, èran capablas d'enregistrar l'informacion d'un biais perpendicular dins la prefondor dau materiau de supòrt. Aquò permetiá de multiplicar entre tres e dètz còps la capacitat. En 2007, foguèt ansin agantada la capacitat de 1 To.
Aquelei progrès foguèron completats per l'utilizacion de tecnicas de caufatge de la superficia dau supòrt d'enregistrament. L'interès es de permetre l'utilizacion d'un camp magnetic pus feble per enregistrar l'informacion e donc de demenir la talha de la zòna de marcar.

En parallèl, lo desvolopament dei tèstas de magnetoresisténcia foguèt acompanhat per una demenicion rapida dau còst de produccion. Aquò permetèt l'adopcion dau disc dur coma element estandard deis ordinators personaus. La produccion mondiala passèt ansin de 174 milions d'unitats a la fin deis ans 1990 e 650 milions en 2010.

Lo declin relatiu dau disc dur 

Dempuei lo començament deis ans 2010, lo disc dur dèu competir amb de sistèmas de sauvegàrdia dei donadas novèus e son importància comença de demenir. En particular, la produccion mondiala a demenit a 424 milions d'unitats en 2016. Dins aquò, la reduccion de talha e l'aumentacion de la capacitat contunian de se perseguir, especialament amb l'introduccion de la tecnologia HAMR (Heat-assisted magnetic recording) que permet de caufar una zòna fòrça reducha durant una nanosegonda. L'objectiu es d'agantar un disc de 40 TB en 2023.

A l'ora d'ara, lo concurrent principau dau disc dur es lo disc electronic (SSD) qu'a generalament lo meteis aspècte exterior qu'un disc dur. Pasmens, es formada de plusors memòrias constituïdas de semiconductors a l'estat solid. A una resisténcia mecanica e de performàncias superioras mai presenta encara quauquei problemas coma un nombre limitat de cicles d'escritura, una sensibilitat pus importanta ais errors logicas e un còst egalament pus important. En 2016, 30% dei memòrias de massa utilizadas per la produccion d'ordinators personaus ò de tauletas ne'n contenián mai aquela part èra en aumentacion car la reduccion dau còst de produccion dei memòrias SSD es fòrça importanta.

Principis de foncionament

Generalitats 

Un disc dur es constituït de platèus cubèrts d'un jaç magnetic que permet d'estocar l'informacion sota forma binària. Aquelei platèus son normalament en rotacion e una tèsta de lectura/escritura es capable de venir i marcar ò legir lei donadas. Lo corret electric que passa dins la tèsta es l'element determinant per marcar ò legir un 0 ò un 1. Generalament, la rotacion dei platèus es constanta e lei tèstas son installadas sus un sistèma que permet de lei desplaçar a la superficia dau disc per accelerar la lectura/escritura. Dins lei discs pus modèrnes, de sistèmas electronics e de logiciaus melhoran encara aquela velocitat gràcias a de mejans d'organizacion dei requistas.

Partidas mecanicas

Lei platèus 

Lei partidas mecanicas principalas d'un disc dur son lei platèus  (ò discs) que permèton l'enregistrament e l'estocatge dei donadas. Compausats d'un substrat dur (alumini ò zinc per lei modèls ancians, veire per lei pus recents) qu'es cubèrt per au mens un jaç ferromagnetic e un jaç protector, son montats a l'entorn d'un aisse e mantenguts en movement a una velocitat constanta per un motor electric. La velocitat de rotacion a regularament aumentat amb lo progrès tecnic. En 2013, se situava generalament entre  e  torns per minuta.

Lei tèstas de lectura/escritura 

Lei tèstas de lectura/escritura son l'autra partida mecanica importanta d'un disc dur. Son montadas sus un segond aisse e pòdon èsser desplaçadas a la superficia d'un platèu gràcias a un motor capables de produrre d'acceleracions e de freinatges fòrça rapids. Son tanben l'objècte de recèrcas per lei miniaturizar (25 nm en 1997, 10 nm en 2006...) afin de permetre lo tractament d'informacions mai e mai pichonas a la superficia dau platèu.

Un element fondamentau de lor foncionament es la necessitat de defugir un contacte dirècte amb la superficia dau platèu. D'efiech, aquò pòu destrurre lei donadas tocadas. Es egalament necessari d'empedir l'intrada d'una poussa dins lo disc car la preséncia d'un element a la superficia dau platèu favoriza lei contactes e leis errors de lectura. Ansin, s'utiliza la velocitat de la rotacion dau platèu per engendrar la formacion d'un coissin d'aire qu'assegura la separacion entre la tèsta e la superficia d'enregistrament. De mai, quand lo disc es pas en foncionament, lei tèstas son plaçadas dins un endrech especiau que permet de lei protegir.

Lei teconologias permetent lo foncionament de la tèsta an fòrça variat dempuei l'invencion dau disc dur. Dins lo corrent deis ans 2000-2010, lei pus frequentas èran lei tèstas inductivas, lei tèstas MR (basadas sus la magnetoresisténcia) e lei tèstas GMR (basadas sus la magnetoresisténcia giganta).

Partidas electronicas 

La partida electronica d'un disc dur es dicha contrarotlaire de disc. Compòrta tres ensembles principaus destinats a l'asserviment dei motors, au tractament deis informacions electricas eissidas de l'interaccion electromagnetica entre lei tèstas de lectura e lei superficias dei platèus e a la cèrca dei donadas sus leis espacis d'estocatge. Generalament, un sistèma permet tanben de corregir leis errors de lectura.

A l'origina, aquelei foncions èran asseguradas per una carta electronica distinta de la partida mecanica. Pasmens, aquò necessitava una gròssa quantitat de cables per assegurar la joncion. Ansin, lo contrarotlaire es desenant installat a proximitat dei platèus e dei tèstas. Lei modalitats d'aquela integracion son importantas car definisson lo tipe d'interfàcia utilizada per lo disc.

Alimentacion electrica 

Per foncionar, un disc dur à besonh d'una alimentacion electrica. Sei caracteristicas despendon dau contrarotlaire. Ansin, leis alimentacions pòrtan sovent lo nom de l'interfàcia.

Interfàcia e protocòls de comunicacion 

Leis interfàcias dei discs durs son lei connectors e lei cables que permèton l'encaminament dei donadas. An fòrça evoluït dempuei l'invencion dau disc dur amb un melhorament de la compacitat, de l'ergonomia e dei performàncias. Dins lo corrent deis ans 2010, lei doas interfàcias prediminantas èran :
 lei Serial ATA (ò SATA) es la pus frequenta car domina lo mercat deis ordinators personaus.
 lei Parallel ATA (ò PATA) pòdon encara se trobar sus de modèls ancians, generalament produchs avans 2005.
Pasmens, existís d'autreis interfàcias que son destinadas a d'usatges particulars coma l'interfàcia SCSI qu'es utilizada per lei serveires.

Lei protocòls de comunicacion amb una unitat d'estocatge que compòrta de discs durs despendon fòrça de l'interfàcia. Lei pus frequentas son lei nòrmas ATA e SATA.

Performàncias

Critèris de performàncias 

Lei critèris de performàncias d'un disc dur regardan principalament la durada d'accès ai donadas e lo debit de transferiment d'informacions. Tres factors principaus son de considerar :
 lo temps de laténcia despend de la velocitat de rotacion dei platèus. Es una mesura de la durada necessària per trobar l'endrech d'estocatge de l'informacion sus un platèu.
 lo temps de posicionament designa la durada necessària que met una tèsta per agantar lo cilindre chausit.
 lo temps de transferiment representa la durada necessària au transferiment entre lo disc e l'ordinator. Despend fòrça de l'interfàcia.
Lo temps de transferiment totau es la soma dei temps precedents. Pasmens, l'ajust d'una memòria viva sus lo contrarotlaire permet d'aumentar lei performàncias. D'efiech, aquela memòria es emplida per leis informacions que seguisson normalament lei premiereis informacions demandadas.

Capacitat e compression 

La capacitat d'un disc dur designa l'espaci disponible per estocar de donadas sus lei platèus. Despend dau nombre de platèus, dau nombre de tèstas, dau nombre de sectors sus lei platèus e dau nombre d'octets dins cada sector. D'un biais aproximatiu, es egala au produch entre aquelei paramètres.

La compression de disc es una tecnica qu'aumenta la quantitat d'informacions susceptiblas d'èsser estocadas sus un disc dur. Èra fòrça utilizada dins lo corrent deis ans 1990 quand la capacitat èra limitada a 20-80 Mo. Per aquò, un logiciau especializat crea un disc dur virtuau que permet d'estocar l'informacion compressada. Aquò permet de redurre l'espaci ocupat per lei donadas e, generalament, de lei gropar a un meteis endrech sus lo disc. Un inconvenient es la dificultat de desinstallar de fichièrs representant un volum non compressat pus important que la capacitat totala dau disc.

Annèxs

Liames intèrnes 

 Estocatge dei donadas.
 Memòria de massa.
 Ordinator.
 Tecnologias de l'informacion.

Bibliografia

Nòtas e referéncias