D. LES MÉMOIRES DE STOCKAGE

Les mémoires de stockage permettent de conserver indéfiniment les informations, et ce indépendamment d'une alimentation électrique. De nombreux supports différents s'offrent à l'utilisateur dont le plus courant reste le disque dur. Un contrôleur gère la lecture et l'écriture sur le périphérique de stockage

1. LES CONTRÔLEURS

Les protocoles de communication les plus utilisés actuellement sont le sata et le scsi.
Alors que sata est réservé aux disques durs, scsi s'applique à tous les périphériques (cd-rom, imprimante, hd etc..).

(1) ST506

Cette technologie a disparu.

(2) ESDI

On ne trouve plus de machines équipées de ce type de carte et disque dur (91-92).

(3) IDE

La technologie ide gère normalement 2 périphériques (disques durs, cd, dvd).. Dans le cas de 2 disques durs, il est indispensable de déclarer le premier comme maître (master) et le second comme esclave (slave) à l'aide de cavaliers. Son taux de transfert avoisine les 4 Mo/s. Cette technologie a évolué en e-ide (enhanced ide) appelé aussi fast ide. Le taux de transfert est alors de 10 Mo/s et quatre unités peuvent être gérées (ex : 2 disques durs, un cd rom…).

(4) SATA I, II

Les Serial ATA permettent d'obtenir des débits de l'ordre de 187.5 Mo/s (1,5 Gb/s), or chaque octet est transmis avec un bit de démarrage (start bit) et un bit d'arrêt (stop bit), soit un débit utile théorique de 150 Mo/s (1,2 Gb/s). Le standard Serial ATA II permet d'avoisiner les 375 Mo/s (3 Gb/s), soit 300 Mo/s utiles théoriques 

 

(5) SATA III

Le Serial ATA III atteint 750 Mo/s (6 Gb/s), soit 600 Mo/s utiles théoriques. C'est le contrôleur actuel le plus couramment utilisé

(6) M2

Le port M2 permet à un ssd de se connecter directement sans passer par un contrôleur sata. En contournant le contrôleur sata, m2 est seulement limité par la vitesse du ssd même et le nombre de voies qu'il utilise. En utilisant seulement quatre voies pci-e 2.0, m2 peut théoriquement avoir un débit maximal plus élevé que 2 Gbit/s (plus de trois fois plus rapide que le SATA III à 600 Mo/s). le plus utilisé pour les SSD.
Puisque M2 est composé de trois niveaux (sata, pci-e x 2 et x 4 pci-e), il y a aussi plusieurs niveaux de performances possibles.

 

(7) SCSI

Les périphériques scsi sont équipés d'électronique sophistiquée : Le processeur étant déchargé, en parti, du travail d'organisation et de contrôle des données, il peut exécuter d'autres travaux pendant que le disque scsi travaille (on parle alors de taux d'occupation du processeur). La norme scsi n'est pas comme ide réservée aux disques durs ; elle s'applique aussi à d'autres périphériques : cd rom, scanners, imprimantes, dat...

Cette norme a elle aussi évolué.

- scsi2 : son taux de transfert atteint 10 Mo/s ; elle permet de chaîner jusqu'à 7 périphériques et supporte les disques jusqu'à 8,4 Go.

- fast scsi2 (15 à 20 Mo/s) et wide scsi2 (jusqu'à 40 Mo/s - 16 bits- connexion sur 64 broches au lieu de 50) sont dérivés de ce standard et intermédiaire avec la norme scsi3.

- scsi-3 intègre de nouvelles commandes, et permet le chaînage de 32 périphériques ainsi qu'un débit maximal de 640 Mo/s (en mode Ultra-640). Il est préférable de choisir des cartes de ce type pouvant être connectées à un bus local (pci).

- SATA Express prend en charge les périphériques de stockage PCI Express et SATA en utilisant plusieurs accès PCI Express et deux SATA 3.0 (6 GB/s) ports à travers le connecteur SATA Express.

(8) SAS (Serial Attached SCSI)

Successeur série de SCSI pour serveurs et baies de disques

 

(9) INTERFACES ACTUELLES

2. LES PÉRIPHÉRIQUES DE STOCKAGE

a) LECTEUR DE DISQUETTES

Il a disparu.

b) ZIP

Là encore une technologie disparue. Le zip était une disquette fabriquée par le constructeur IOMEGA dont la taille pouvait être de 100 Mo (zip) ou de 1Go (Jazz) ; moins fragile qu'un disque dur, il permettait des temps d'accès suffisants. Il est remplacé par les mémoires Flash.

c) CLÉ USB

Elle est petite, rapide et peut stocker de 1 Go à 256 Go de données sur une mémoire Flash. Elle est simple à utiliser. Sa technologie de reconnaissance est basée sur le port usb2 ou usb3.
Des Informations, lisibles par le système d'exploitation sont stockées dans une mémoire morte et lui permettent d'être reconnue aussitôt.

d) CARTES SD / XD…

Elles sont encore plus petites et sont réservées à des usages spécifiques (lecteur mp3, appareil photo, téléphone…) qui autorisent un échange avec l'ordinateur. Celui-ci doit être équipé d'un lecteur de cartes spécial. il existe une dizaine de formats de cartes mais les déclinaisons du format sd sont majoritaires, à savoir micro sd plutôt pour les téléphones portables, cameras, appareils photos et sd plutôt pour les ordinateurs tablettes et autres…

Pour une utilisation vidéo

            Source : sd association

e) LES CD / DVR / BLUE RAY

(1) LE CD ROM

Le cd peut stocker jusqu'à 800 Mo de données (le dvd jusqu'à 4,7 Go, les dvd double couche jusqu'à 8,5 Go);(Cdrom : Compact Disc Read-Only Memory)

(a) CARACTÉRISTIQUES

· interne/externe : un lecteur interne est mieux intégré à l'ordinateur

· mécanique : Le lecteur à tiroir ou lecteur à caddie (plus fragile).

· vitesse : jusqu'à 52X.

· taux de transfert : détermine la quantité d'information transmise par le lecteur au pc, par seconde, les lecteurs x32 ont un taux de 32 fois 150 ko/s, (soit 4,8 Go/s)

· temps moyen d'accès : temps que met la tête de lecture (le faisceau laser) pour trouver une information ; il est en moyenne de 120 ms.

· contrôleur : sata, scsi ou ide.

· compatibilité : doit être compatible xa multisessions ; il peut alors lire les fichiers son, les fichiers image, les fichiers vidéo ainsi que les cd photos.

· normes : la norme mpc garantit que le lecteur fonctionne dans une chaîne multimédia.

Une cellule photoélectrique permet de capter le rayon réfléchi, grâce à un miroir semi-réfléchissant. Au passage sur le CD le rayon laser se réfléchit sur les différentes alvéoles avec des variations du signal qui grâce à la cellule photoélectrique permettent sa traduction en système binaire

(b) FONCTIONNEMENT

Le disque de 12 cm de diamètre et d'une épaisseur de 1,2 mm enregistre les informations sous forme de microcuvettes réparties en spirale tout au long de sa surface ; chaque alvéole ne mesure pas plus de 0,12 microns de profondeur et 0,6 micron de largeur.

L'information générée est par défaut de 0 ; elle ne passe à un que lorsque le faisceau laser rencontre un pic. Un faisceau laser est envoyé vers le disque ; celui-ci est réfléchi et dévié par un prisme vers le photodétecteur qui le décode. Le changement d'intensité lumineuse du au passage sur un pic porte la valeur de l'information à un ; cette dernière restant à 0 tout pendant que l'intensité lumineuse est constante. La tête de lecture doit survoler les alvéoles à vitesse constante et la vitesse de rotation doit rester linéairement constante : pour maintenir un débit constant, le système de rotation du lecteur, puisque c'est le disque qui tourne, doit modifier sa vitesse angulaire, celle-ci passant de 535 par minutes prés du centre à 200 tours par minute près de la périphérie.

(2) LE DVD

Le dvd permet de stocker de 4,7 Go (simple face / simple couche) jusqu'à 17 Go (double face./ double couche). Il est utilisé pour stocker les films vidéo. Les nouveaux dvd peuvent stocker 60 Go avec le dvd-hd ou le blu-ray (double couche double face) et bientôt plus de 200 Go (double face en quadruple ou sextuple couche)

(a) TYPES

· DVD 5 couche unique, face unique : environ 4,7 GB

· DVD DL couche double, face unique : environ 8,54 GB

· DVD couche unique, double face : environ 8,54 GB

· DVD couche double, double face (peu fréquent) : environ 17,08 GB

· MiniDVD : couche unique, face unique : environ 1,4 GB

· MiniDVD : couche unique, double face : environ 2,66 GB

· MiniDVD : double couche, face unique : environ 2,66 GB

· MiniDVD : double couche, double face : environ 5,2 GB

(b) CARACTÉRISTIQUES

Le taux de transfert théorique d'un dvd rom 5X est de 6250 ko/s mais dans les faits, il est beaucoup moins élevé car cette vitesse n'est atteinte que sur les pistes intérieures. Le temps d'accès est très proche d'un lecteur de cdrom classique. Les vitesses atteintes sont proches d'un lecteur cd X24/32 classique. Les lecteurs de dvd de deuxième génération permettent de lire les cd (système à double focalisation).

(c) FONCTIONNEMENT

Les dvd existent en version "double couche" et sont constitués d'une couche transparente à base d'or et d'une couche réflexive à base d'argent. La lecture des deux zones est possible grâce à des intensités variables du laser : avec une intensité faible le rayon se réfléchit sur la surface dorée - lorsqu'on augmente cette intensité le rayon traverse la première couche et se réfléchit sur la surface argentée

(d) DVD HD

Le hd dvd est le produit de la recherche menée par un groupement de constructeur à la tête desquels se trouve Toshiba. Il partage la même structure de base que le dvd avec son collage recto-verso de deux substrats de 120 mm de diamètre et de 0,6 mm d'épaisseur chacun. A l'instar de la technologie dvd, le hd dvd enregistre des informations comme une série de trous microscopiques disposés dans une longue spirale sur le disque. Les données sont écrites sur une couche à 0,6 mm de la surface. Cela signifie que les disques hd dvd peuvent être créés avec les mêmes méthodes de fabrication que celles utilisées actuellement pour la technologie dvd. Le hd dvd est donc compatible avec le dvd, le lecteur hd dvd peut également lire les dvd.

Contrairement au dvd qui se base sur la technologie laser rouge, le hd dvd utilise la technologie laser bleu pour augmenter la capacité de stockage. Avec une longueur d'ondes moins élevée de 405 nanomètres (par rapport à 650 nanomètres pour le dvd), la technologie laser bleu permet de stocker plus de données sur un disque hd dvd. Les longueurs d'ondes moins élevées sont essentielles car elles subissent moins de diffraction, ce qui permet une concentration plus étroite sur la surface de lecture/écriture. La technologie du laser bleu permet d'écrire et de stocker un plus grand nombre de données sur un disque du même diamètre que le dvd standard actuel. En concurrence avec la prépondérance du blu-ray, le hd dvd s'est trouvé relégué à un rôle d'accessoire intégré.

(3) BLU-RAY

Le blu-ray est le produit de la recherche menée par un groupement de constructeur à la tête desquels se trouve Sony. Il a pris le pas sur le hd-dvd mais n'a néanmoins pas reçu le succès escompté du fait de son prix élevé.

 

 

 

Par rapport au DVD, il possède les caractéristiques suivantes :

- Un rayon plus étroit

Le diamètre du rayon lumineux qui éclaire les pits lors de l'écriture et de la lecture doit être adapté à leur largeur (afin de ne pas « déborder » sur les parties mitoyennes du sillon). Ce diamètre est lié à la couleur du laser ou, plus exactement, à sa longueur d'onde. La longueur d'onde est comprise, pour la lumière visible, entre 0,380 micromètre pour le violet, et 0,780 micromètre pour le rouge. Alors que la technologie DVD utilise un laser rouge, d'une longueur d'onde de 0,650 micromètre, celle du blu-ray emploie un laser bleu-violet, plus fin que le laser rouge, d'une longueur d'onde de 0,405 micromètre

- Une lentille qui capte plus de lumière

Le système optique d'un lecteur blu-ray, doit capter la lumière renvoyée par la couche réfléchissante. Cette lumière forme un cône dont le sommet correspond au point d'impact du faisceau laser et dont la base est délimitée par la circonférence de la lentille du système optique. Comme les pits d'un disque blu-ray sont plus petits et plus rapprochés que sur un DVD, ils renvoient aussi moins de lumière : « l'œil » du lecteur blu-ray doit donc être plus sensible que celui des DVD. La solution adoptée : augmenter la sensibilité des lecteurs blu-ray en utilisant une lentille plus large, capable de recevoir plus de lumière

- Des pits deux fois moins longs

Un disque blu-ray peut contenir beaucoup plus de données qu'un DVD. Comme sur les DVD, les 0 et les 1 correspondent à des suites de minuscules trous, appelés pits. Alors que leur longueur atteint 0,40 micromètre (millionième de mètre) sur un DVD, ils ne mesurent que 0,138 micromètre de long, soit 2,6 fois moins, sur un disque blu-ray ! Ces pits sont disposés sur un sillon (on parle aussi de « piste ») qui se déroule de l'intérieur vers l'extérieur, dans le sens des aiguilles d'une montre. Sur un DVD, la largeur du sillon est de 0,74 micromètre, contre 0,32 micromètre sur un disque blu-ray

-  Des données mieux protégées

A l'instar du dvd, un disque blu-ray est constitué de plusieurs couches, ou layers. La première, composée de plastique (un substrat de polycarbonate), assure la rigidité du disque (son épaisseur est de 1,1 mm). La couche métallique réfléchissante, placée entre le plastique et la couche de données, est chargée de renvoyer, vers le bloc optique, la lumière qui transperce la couche de données. Enfin, toutes ces strates sont recouvertes d'une couche de polycarbonate transparent. Cette couche est bien plus fine sur un disque blu-ray (0,1 mm) que sur un dvd (0,6 mm). Les données sont ainsi plus proches du rayon laser. C'est pour cela qu'un vernis très résistant, conçu spécifiquement pour les disques blu-ray, protège l'ensemble.

f) LE DISQUE DUR

· taille : ils ont une taille de 3"½ pour les ordinateurs de bureau, 2,5" pour les ordinateurs portables. Les formats 1,8" ne sont plus utilisés dans les machines récentes (remplacés par des SSD et eMMC).

· capacité : une capacité de plusieurs To (4 à 20 To est désormais courant pour le grand public et les NAS). En entreprise et datacenter, on trouve des modèles de 22, 24, 30 To, et les derniers disques HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) atteignent jusqu’à 44 To (ex. Seagate Mozaic 4+), tandis que Western Digital annonce aussi des modèles 40–44 To pour 2026. Le traitement multimédia (surtout les vidéos 4K/8K) exige de gros disques durs, mais le stockage sur le cloud réduit parfois la nécessité d’avoir de très grosses capacités locales.

· temps d'accès : il est défini en ms (millisecondes). Il dépend principalement de la vitesse de rotation (5400 ou 7200 tr/min) et se situe typiquement entre 9 et 17 ms ; plus il est bas, plus l'accès aux données est rapide. Une mémoire cache intégrée de 8 à 512 Mo (256–512 Mo sur les modèles récents) accélère l'accès aux données.

· taux de transfert : il mesure, en mégaoctets par seconde (Mo/s), la quantité d'information que le disque dur est capable de transmettre. Il dépend du type de contrôleur et de bus (SATA, SAS, etc.) ; les disques durs modernes 7200 tr/min atteignent typiquement 200 à 290 Mo/s en lecture/écriture séquentielle sur interface SATA 6 Gb/s, et davantage sur certaines versions SAS.

Il y a de plus en plus sur le marché de disques durs IDE de 7200 trs/min et certains disques SCSI tournent à 10000 trs/min. cependant, la vitesse de rotation n'est pas tout.

(1) VITESSE LINÉAIRE ET VITESSE ANGULAIRE

Quand on dit qu’un disque tourne à 5 400 ou 7 200 tours par minute (trs/min), on parle de vitesse angulaire (1 tour = 1 angle de 360°) et cette vitesse est constante.
En revanche, la vitesse linéaire varie en permanence et dépend de la position des têtes de lecture par rapport à l’axe de rotation (le centre du disque) : plus les têtes s’éloignent du centre, plus la vitesse linéaire augmente. Or, plus la vitesse linéaire est grande, plus le débit séquentiel est important. Concrètement, une donnée située au bord du disque (pistes externes) sera lue plus vite, en débit, qu’une donnée située près du centre, même si le temps d’accès (positionnement des têtes) reste du même ordre.

(2) DENSITÉ D’INFORMATIONS

La densité est la quantité d’informations stockée sur une surface donnée (par exemple : 10 Ko/mm²). Plus on peut stocker de bits sur une même surface, plus on peut lire de données à chaque tour.
Elle influence fortement le débit du disque : les disques modernes à très forte capacité tirent une grande partie de leurs performances séquentielles de l’augmentation de cette densité, en plus des améliorations d’électronique (cache, prélecture, contrôleur).

(3) TEMPS D’ACCÈS

Le temps d’accès est le temps moyen que mettent les têtes de lecture pour se déplacer jusqu’à la bonne piste, puis se stabiliser. En 1992, il était typiquement d’environ 14 ms ; à la fin des années 1990, on trouvait des disques autour de 9 à 10 ms.
En 2026, les disques durs 7 200 tr/min récents tournent en général autour de 9 à 12 ms de temps d’accès moyen, avec des modèles serveur un peu meilleurs, mais l’évolution reste relativement modeste sur plusieurs décennies.
Cette lente progression vient en partie de l’inertie : l’énergie nécessaire pour accélérer / freiner des pièces mécaniques (bras, têtes, plateaux). Plus on augmente la vitesse ou la masse, plus la maîtrise de la mécanique devient complexe. Une piste d’amélioration a été de fabriquer des disques plus petits (2"½ à l’époque), avec des bras plus courts et plus légers, ce qui réduit la distance moyenne parcourue par les têtes et donc le temps d’accès.

(4) TEMPS DE LATENCE

Le temps de latence est le temps moyen d’attente pour que le secteur voulu passe sous la tête de lecture, une fois la tête positionnée sur la bonne piste. Il ne dépend que de la vitesse de rotation et se calcule par la formule :

 

(5)  types d'enregistrement

Cette technique (française) offre une densité plus de 3 fois supérieure à un enregistrement classique (longitudinal), sur le même support. Les disques durs approchent des limites des possibilités de l'enregistrement longitudinal, estimées entre 100 et 200 gigabits par pouce carré. On prévoit une capacité de 1 Térabit par pouce carré pour l'enregistrement perpendiculaire.

- Enregistrement longitudinal (LMR) :
Dans l'enregistrement traditionnel (longitudinal), les particules magnétiques sont polarisées horizontalement (les axes nord/sud sont parallèles à la surface du disque). La réduction de la taille des particules pour augmenter la densité d'enregistrement peut engendrer une instabilité de la polarisation.  il a été complètement remplacé par l’enregistrement perpendiculaire dès la fin des années 2000.

- Enregistrement perpendiculaire (PMR/CMR) :
L'enregistrement perpendiculaire positionne les axes nord/sud des particules magnétiques perpendiculairement à la surface du disque, ce qui permet de gagner de la place et d'augmenter ainsi la densité. Une couche de transport placée sous la couche d'enregistrement est nécessaire pour propager le champ magnétique lors de l'écriture. C’est la base des HDD modernes, souvent combinée à ePMR/SMR.
PMR arrive au plafond de densité (≈ 3 To par plateau), et les futures hausses significatives passent par HAMR ou technologies assistées

- Aujourd’hui, les disques durs utilisent un enregistrement perpendiculaire (PMR/CMR), parfois combiné à SMR (pistes chevauchées) ou assisté par énergie (ePMR, HAMR) pour augmenter encore la densité Enregistrement perpendiculaire (PMR/CMR)

g) LES DISQUES SSD

Le Solid State Drive (SSD) est une unité de stockage constituée de mémoire flash.

(1) TYPES

- Le disque SLC (Single Level Cell) stocke les données dans une cellule unique composée de transistors, un seul bit est stocké par cellule

- Le disque type mlc (Multi Level Cell) peut stocker deux bits par cellule

- Le disque type tlc (Triple Level Cell) peut stocker trois bits par cellule

- Le disque type qlc (Quad Level Cell, 2018+) stocke quatre bits par cellule : densité maximale pour SSD grand volume, avec endurance réduite (~1 000 cycles P/E). Utilisé dans les SSD haute capacité Crucial, Samsung 870 QVO.

- Le disque type plc (Penta Level Cell, 2023+) stocke cinq bits par cellule : destiné à l’archivage et SSD très haute densité (ex. : Micron B58R). Endurance très faible (~300 cycles) mais coût/Go le plus bas du marché.

(2) CARACTERISTIQUES

            source : http://www.erenumerique.fr/

(3) TAILLE ET CONNEXIONS

Plusieurs options sont possibles.

- 2,5" : Format standard, Ils se connectent en sata et permettent des taux de transfert de 600 Mo/s.

- M2 SATA : Destinés aux PC portables et ultrabooks, Ils sont très légers et ont un taux de transfert de 550 Mo/s en lecture et 520 Mo/s en écriture.

- M2 NVMe : Compatibles avec le protocole NVMe, ils ont un taux de transfert de 7 Go/s (Gen 4) et jusqu'à 14 Go/s (Gen 5, 2024).

- U2 : Leur taux de transfert atteint 4 Go/s.

(4)  AVANTAGES / DÉFAUTS

avantages

· pas d'usure mécanique : pas de plateau tournant ni de bras de lecture mobile

· meilleure résistance aux chocs puisqu’aucune partie mobile n'est présente

· silence de fonctionnement (sifflement lors de forte activité)

· temps d’accès inférieurs à 0,5 ms (disque dur environ 13 ms) ;

· faible consommation électrique : environ 0,1 Watt en veille, environ 0,9 en activité (plusieurs watts pour les disques durs)

· fragmentation des fichiers sans conséquence (réduit les performances des disques durs).

· capacité devenue suffisante pour assurer les besoins d'un pc : les fabricants proposent des unités de stockage ssd d'une capacité très élevée jusqu'à 1 To (mais à un prix qui reste exorbitant)

défauts

· Nombre de cycles d’écriture limité

· Prix supérieur à celui d’un disque dur.

 

(5) SSD ET HDD

Les deux sont tout à fait compatibles. Le système et les applications trouvent leur place sur le ssd pour être exécutés rapidement, les données plus volumineuses sur le hdd qui n'aura besoin d'être accédé que lors de l'ouverture ou de l'enregistrement.

Les disques durs hybrides permettent d'accéder au meilleur des 2 technologies dans un seul périphérique.

            source : http://www.erenumerique.fr/