LE DISQUE DUR 

Historique des technologies.

Cependant ces premières technologies de disques  ne comportaient pas beaucoup d'électronique, et devaient être contrôlés par l'unité centrale pour chaque opération. L'unité centrale devait tout d'abord envoyer une commande pour positionner le bras. Puis elle devait signaler au lecteur laquelle des têtes devait effectuer la lecture, et quel secteur devait être lu. Ensuite, l'unité centrale attendait que le secteur désiré se retrouve sous la tête de lecture, et commençait le transfert de données. 

1986 : IDE (Integrated Device Electronique) : La nouvelle référence.

Western Digital et Compaq proposent une nouvelle mouture du WD1003 en intégrant le contrôleur sur le disque lui même mais en gardant la compatibilité WD1003, c’est le standard IDE également nommée ATA. Un petit processeur permet de libérer des ressources de l'unité centrale en implémentant un ensemble de commandes plus sophistiquées. Quand on déplace le disque on n’a plus besoin de le reformater mais seulement de le déclarer au BIOS. Avec les disques IDE, l'unité centrale a juste besoin de connaître le CHS/CTS (Cylindre Tête Secteur) du secteur qu'elle veut lire, et le processeur intégré au disque va se charger de positionner lui même les têtes, puis appeler l'unité centrale lorsque le disque est positionné pour commencer le transfert. Le mode CHS est à réservé au disques de moins de 528 Mo, il reste le standard des disques jusqu'en 1994.

Les limites des premiers disques durs de type IDE.

1993 : L’E-IDE (Ehanced-IDE ).

Le standard E-IDE appelé aussi Fast ATA-2, (IDE étant considérée comme l'ATA1)  apporte de nombreuses améliorations techniques.

PIO mode 0 3.3 Mo/s   ddur.gif (21999 octets)
PIO mode 1 5.2 Mo/s
PIO mode 2 8.3 Mo/s
PIO mode 3 11.1 Mo/s
PIO mode 4 16.6 Mo/s
Ultra DMA 33 33.3 Mo/s

En Mode PIO4, le chipset qui contrôle l'interface IDE intègre un accélérateur de transfert de données appelé PIIX (PCI ISA IDE XCELERATOR). Il permet, entre autre, via le canal DMA (Direct Memory Access) d'envoyer les données du disque vers la mémoire en sollicitant très peu le processeur , cette technologie est encore désignée sous le nom de Bus Mastering. L'utilisation du disque dur en mode DMA, se  repère dans les propriétés système du poste de travail, onglet gestionnaire de périphériques, rubrique lecteurs de disques. Pour chaque disque, on peut voir par ses propriétés si dans l'onglet paramètres, la case DMA est validée.

L'Ultra ATA / UDMA.

Dans ce que l'on désigne sous le terme Ultra ATA (norme ATA, ATAPI 4) c'est l'apparition d'un mode d'échange de données entre le disque dur et la mémoire qui se libère du processeur. On  parle aussi souvent d'UDMA.

Connexion d'un disque UDMA.
La fiche bleue de la nappe est destiné à être branchée sur la carte mère ensuite, le premier disque rencontré doit être l'esclave, et enfin le maître. 

2002 : Le Serial ATA.

Pour remplacer l'Ultra ATA. On se retrouve avec une interface série et une disparition des claviers à déplacer sur les disques pour éviter les conflits d'adressage. On pourra connecter le disque à chaud. Le chipset KT400 de Via gère actuellement le serial ATA. Le débit théorique de 1,5 Gbits/s (150 Mo/s) n'est qu'un faible progrès par rapport à l'Udma 133 (133 Mo/s) mais le consortium Serial ATA prévoit une évolution vers les 300 puis 600 Mo/s.

http://www.serialata.com

Les "gros disques durs".

Aujourd'hui les disques durs vont bien au delà des 8 Go de la norme EIDE. Dans ce cas pour un BIOS uniquement compatible EIDE, il faudra comme au premier temps de l'IDE (limité à 528 Mo) utiliser un programme additionnel, installé dans le MBR, pour tromper le BIOS  ( par exemple EZ-Install de  Western Digital).  Cependant depuis  1998 de nouveaux BIOS permettent de dépasser la limite des 8 Go grâce à  l'utilisation de nouvelles fonctions de l'interruption 13h. (Une interruption logicielle, qui relève du  BIOS afin de  régler les accès au disque). Un BIOS doté de ces fonctions supplémentaires (on parle de  EBIOS pour les fonctions 41h à 49h) permet la reconnaissance des gros disques durs avec le mode LBA  (Logical Block Addressing).

Récapitulatif : On peut dire que selon le Bios, mais aussi l'OS on ne pouvait pas dépasser une capacité de disque de 

Branchement d'un disque

Aujourd'hui les câbles reliant les disques durs à la carte mère intègrent des connecteurs de couleur qui se standardisent. Le connecteur bleu est à mettre sur la carte mère, le noir sur le premier disque et le gris sur le second disque.

Le partitionnement.

Définition : 

Le partitionnement est une opération qui permet de découper un disque dur en plusieurs parties désignées sous les noms de partitions primaires ou principales (4 au maximum) et partition étendue (une seule, mais qui se substitue à une des 4 partitions primaires) dans laquelle on peut ensuite créer des partitions logiques. Cette opération se fait à partir d'un programme de partitionnement comme Fdisk (le plus connu car faisant partie de MSDOS) sur un disque neuf car ce découpage entraîne la perte des données présente sur le disque. Cependant certains programmes commerciaux comme Partition Magique permettent  ce travail sans perte de données. Partitions  primaire, étendue et  logique sont des notions indépendantes de tout système d'exploitation, on les doit uniquement au système PC.

Pourquoi partitionner ?

Tout disque dur se compose de cylindres, eux-mêmes divisés en secteurs physiques de 512 octets dans lesquels sont stockées les données. Plusieurs secteurs forment des  clusters . Le cluster peut être défini comme l’unité d’espace minimal occupé par un fichier.  L'adresse du cluster a été  codée sur 12 bits,  puis sur sur 2 octets (16 bits) c'est la Fat 16 et maintenant sur 4 octets (32 bits),  c’est la Fat 32.

Le disque parfait serait celui dans lequel chaque cluster correspondrait à un secteur, mais le système d'exploitation ne sait gérer qu’un nombre limité de clusters. Pour résoudre le problème, le système associe un nombre fixe de secteurs à chaque clusters (en général 4 ou 8 pour les disques de capacité moyenne). On neutralise donc rapidement de la place quand on sait que chaque cluster n’est affecté qu’à un seul et unique fichier. Ainsi sur un disque où les clusters sont de 2048 octets, un fichier de 2049 octets a besoin de 2 clusters de 2048 octets, le second cluster est quasiment vide mais perdu pour y mettre tout autre information. Plus les fichiers sont petits plus la place perdue est considérable.

Windows 95 dans sa première version ne peut gérer que des disques limités à 2 Go car en FAT 16 on ne dispose que de 2 ^ 16 soit 65 536 emplacements adressables pour stocker les fichiers, soit  65 536 clusters. Comme un cluster ne peut dépasser (sous DOS, Windows 95 et Windows 98) 32 768 octets, la taille maximale d'une partition FAT16 est donc égale à 65536 x 32768 =  2147483648 octets (2 Go). En FAT 16  la taille  minimum occupée par un fichier va varier en fonction de la taille du disque dur. Elle sera de Capacité du disque divisé par 65536. Un disque de 256  à 512 Mo possède des  clusters de  8 Ko, au delà de 512 Mo,  le cluster  passe à 16 Ko, à partir de 1,2 Go il sera de 32 Ko. Un fichier de 250 octets  comme par exemple un raccourci sous Windows va occuper en réalité 32 Ko sur un disque de 1,5 Go. Que de place perdue.

Pour restreindre le problème on peut créer des partitions de taille variable car c’est au moment du partitionnement que le système détermine le nombre de secteurs affectés aux clusters, ce chiffre étant déterminé par la taille de la partition. 

1997 : La nouvelle version de Windows 95 OSR2 propose la FAT 32  qui permet de limiter enfin la taille de chaque cluster à 4 Ko (4096 octets). Comme la FAT 32 autorise  2 ^ 32 soit 4,2 milliards de clusters de 4 Ko,  le système OSR2 peut gérer théoriquement un disque de 2 To. (2048 Go) mais en 97 le Bios ne reconnaît que des disques de 8,4 Go. Oui je sais c'est le bordel mais c'est comme d'habitude :o).

Installer plusieurs systèmes d'exploitation.

Les partitions peuvent être de différents types car chaque OS gère le disque dur avec son propre système de fichiers. Si on veut installer plusieurs OS sur un disque dur chaque OS doit avoir sa propre partition. Si le partitionnement est un procédé commun à tous les systèmes d'exploitation, chaque système possède son propre outil de partitionnement.

Les systèmes de fichiers.

Le disque dur recevant les fichiers, il doit être préparé, c'est l'objet du formatage qui selon les OS (systèmes d'exploitations) organise ces fichiers sous différentes formes. 

FAT (Files Allocation Table). Il doit son nom à une table d’allocation des fichiers de 16 bits qui adresse un maximum de 65 536 clusters. Tout fichier  sur disque dur est  répertorié sur 32 octets. (8 + 3 pour le nom, 1 pour l’attribut, 10 sont inutilisés, 2 + 2 pour heure et date, 2 pour l’adresse (soit 16 bits), 4 pour la taille.

Jusqu'au Dos 3.3, on ne pouvait pas formater une partition FAT à plus de 32 Mo, l'adresse de chaque cluster était codée sur 12 bits. Chaque cluster était limité à 512 octets.

A partir du Dos 4, l'adressage du cluster sur 16 bits donne accès à 65 536 clusters, mais la partition étant limitée à 2 Go, la taille des clusters peut varier, de 1 Ko (1024 octets) sur des disques de 80 Mo à 32 Ko sur les disques de  2 Go. Sur un disque de 512 Mo le cluster occupe 512/65 536= 8 Ko.

VFAT en 1995 (Virtual File Allocation Table) est une forme d'interface qui convertit la FAT réelle (12, 16, 32 bits) en un modèle unique en mémoire exclusivement 32 bits. VFAT ne remplace pas le système de partition  FAT16 ou FAT32, qui concerne seulement la structure physique des partitions, mais au contraire s'y ajoute, en constituant une couche supérieure dans le système de fichiers.. Etait déjà présent avec Windows 3.11 en tant que système optionnel activé par le panneau de configuration, icône 386 étendue, mémoire virtuelle.

FAT 32 en 1997 de l’OSR2 demande pour être installé le reformatage du disque après utilisation de Fdisk. On adresse les clusters sur 32 bits soit (4,2 milliards de clusters ramenés à une taille de 4 Ko). Le système OSR2 peut gérer un disque de 2 To. (2048 Go) mais le Bios ne sait reconnaître que des disques limités à 8,4 Go.

FAT 32X, en 1998 (C'est tout neuf, de Microsoft et j'ai pas encore bien compris).  Sert à exploiter les disques durs dont la capacité dépasse 8,4 Go. La FAT est déportée à la fin du disque.

HPFS Mis au point en 1989 par MICROSOFT et IBM alors associés dans le développement d’OS/2 (ce qui a bien changé). Son but était de pallier au défaut de la FAT. Il permet par une méthode relativement complexe de garder des clusters de 512 octets. La fragmentation devient quasiment absente car un fichier HPFS est obligatoirement constitué de blocs contigus quitte à déplacer les autres fichiers. Il s’agit en quelque sorte d’un Defrag permanent. HPFS utilise des noms longs (254 caractères maximum).

NTFS (4) Le système de fichier à la HPFS de Windows NT. Peut lire les fichiers de la FAT 16 mais pas l’inverse. Ses points forts :

  • Permet de limiter l’accès des fichiers aux utilisateurs.
  • Supporte les noms longs
  • Les activités disques sont enregistrés dans un fichier journal.

NTFS 5 Apparu avec Windows 2000 et XP, il n'est lisible que par ces deux versions.  Ajoute essentiellement le cryptage et la compression des fichiers par rapport à NTFS.

WinFS (Windows Futur Storage) qui devrait être dans Longhorn, le futur XP.  Tous les fichiers sont indexés automatiquement, y compris leur contenu et toutes les modifications sont historiées en temps réél. WinFs est basé sur l'intégration de SQL Server au sein du système d'exploitation.

CDFS Le système de fichiers des CD ROM. Sous Dos ou Windows 3.x, il est activé par le programme MSCDEX. Sous W 95, un pilote virtuel CDFS se charge lorsqu’on fait appel au CD.

OFS Object File System Nouveau système de gestion des fichiers de Cairo futur NT en 64 bits.

EXT1 puis EXT2 et EXT3 Le système de fichiers sous Linux.

Certains systèmes d'exploitation peuvent accéder directement ou à l'aide d'outils spécifiques à des systèmes de fichiers prévus pour d'autres systèmes. Par exemple Linux sait lire les partitions de type FAT, mais pour qu'un poste Windows puisse lire les fichiers EXT2 il lui faut l'utilitaire explore2fs. Si NT4 sait lire les partitions FAT 16, il faut un utilitaire supplémentaire pour lire les partitions FAT 32 (FAT32.SYS) et il faut NTFS98 si on veut lire les fichiers NTFS  sous Windows 95/98.

 

Hubert GREGOIRE

Dernière modification le 06/04/04


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