Qu'est-ce qu'un disque dur ?

Un disque dur (HDD) est un lecteur de disque dur qui utilise des plateaux solides recouverts d'un film magnétique pour stocker des données pour divers appareils, d'où le terme « disque dur » dans son nom. Ces périphériques de stockage sont utilisés dans les ordinateurs depuis les années 1950 et sont encore utilisés aujourd'hui, bien qu'à une échelle beaucoup plus réduite pour les appareils grand public qu'au cours des décennies précédentes, en raison de l'essor des disques SSD, qui les ont remplacés en raison de leur vitesse supérieure.

Les disques durs sont des périphériques non volatils, ce qui signifie qu'ils peuvent stocker des données même lorsqu'ils ne sont pas alimentés. C'est le contraire de la mémoire PC, également appelée DRAM, qui est volatile et nécessite une alimentation pour stocker des données.

Les principaux composants d'un disque dur sont les plateaux métalliques ou céramiques recouverts d'un film magnétique qui stocke les données, et les têtes de lecture/écriture qui flottent au-dessus de la surface des plateaux et transfèrent les données vers et depuis le système hôte. Ces têtes de lecture/écriture sont utilisées sur chaque surface de plateau d'un disque dur. Elles se trouvent donc généralement des deux côtés d'un plateau. Ainsi, un disque à 10 plateaux comporte généralement 20 têtes de lecture/écriture. Ces minuscules têtes de lecture/écriture sont fixées à des bras actionneurs qui s'étendent au-dessus des plateaux depuis la base du disque, où un petit moteur contrôle leur fonctionnement. Les plateaux magnétisés sont généralement appelés « supports », car ils peuvent stocker des données.

Le principal avantage d'un disque dur est qu'il peut stocker une grande quantité de données à un coût très faible, ce qui en a fait le type de stockage de facto pour les ordinateurs depuis plus de 60 ans. Aujourd'hui, ils sont encore largement utilisés dans le monde entier, mais de plus en plus dans les environnements d'entreprise tels que les centres de données et les serveurs, en raison de leur capacité à stocker d'énormes quantités de données à un coût très faible par rapport aux disques SSD.

Lorsque des données sont demandées au système hôte, par exemple lorsqu'un utilisateur accède à un dossier et double-clique sur un fichier ou un dossier, le bras actionneur équipé des têtes de lecture/écriture se positionne au-dessus du plateau rotatif où se trouve la donnée recherchée, puis le petit fragment de données est lu par le lecteur et envoyé au système hôte.

Lorsque des données sont écrites sur le disque, le processus est identique, mais dans l'ordre inverse : le bras se déplace vers une zone vide et la tête de lecture/écriture ajoute de nouvelles données sur le disque ou écrase les données marquées pour suppression.

Les données sur les plateaux sont stockées dans ce qu'on appelle un « bit », qui ressemble à un grain de riz microscopique. Les têtes de lecture/écriture sont capables de créer des champs magnétiques avec les bits sur les plateaux, une extrémité du bit étant le pôle nord et l'autre extrémité étant le pôle sud, et cette orientation représente l'état binaire de chaque bit sur le disque. La tête de lecture/écriture examine les champs magnétiques des bits et les traduit en données utilisables. Lorsque des données sont écrites, les têtes de lecture/écriture peuvent magnétiser certaines zones du disque, basculant les bits dans un état haut ou bas, formant ainsi la base binaire de toutes les données.

Le bit est la plus petite unité de données sur un disque dur. 8 bits forment un octet, 1 000 octets forment un kilo-octet, 1 000 kilo-octets forment un mégaoctet, et chaque groupe de 1 000 unités correspond à un gigaoctet, un téraoctet, un pétaoctet, etc. C'est ainsi que l'on mesure la capacité totale d'un disque dur, qui s'exprime aujourd'hui en téraoctets.

Les disques durs ont perdu la faveur des consommateurs en raison de l'arrivée des disques SSD (ou « solid-state drives »), qui, comme leur nom l'indique, ne comportent aucune pièce mobile. Cette absence de pièces mobiles les rend beaucoup plus rapides qu'un disque à plateau rotatif, car il n'est pas nécessaire d'attendre que la tête de lecture/écriture se mette en position, et le temps de « recherche », qui correspond au temps nécessaire pour repositionner la tête, est inexistant sur un SSD puisqu'il n'y a pas de pièces mobiles.

La plupart, voire la totalité, des goulots d'étranglement qui existent dans les disques durs en raison de leur conception n'existent pas dans les SSD, ce qui les rend beaucoup plus rapides que les HDD, tout en les rendant beaucoup plus fiables, car ils peuvent être heurtés et secoués sans craindre que la tête de lecture/écriture ne « s'écrase » sur le plateau, ce qui peut détruire un disque dur. L'inconvénient est que les SSD sont encore beaucoup plus chers que les HDD, c'est pourquoi les centres de données et les serveurs continuent de s'appuyer sur les disques durs pour stocker de grandes quantités de données, car le coût des SSD reste prohibitif.

Bien que les disques durs ne soient plus beaucoup utilisés dans les appareils grand public en raison des nombreux avantages offerts par les SSD, ils restent des merveilles de l'ingénierie moderne. Par exemple, les têtes de lecture/écriture doivent flotter au-dessus des plateaux en rotation sans jamais les toucher, tout en étant suffisamment proches pour manipuler les données sur le disque. La distance entre la tête et le plateau est donc d'environ 3 à 5 nanomètres, soit l'épaisseur d'une empreinte digitale humaine ou la hauteur de plusieurs brins d'ADN humain empilés les uns sur les autres. À titre de comparaison, la largeur d'un seul cheveu humain est de 80 000 nanomètres.

Ce qui est encore plus étonnant, c'est que c'est la rotation des plateaux qui fournit le flux d'air permettant à la tête de « voler » au-dessus du plateau, et qu'elle est capable de flotter à cette distance incroyablement petite malgré les turbulences causées par le disque qui tourne directement en dessous, généralement à une vitesse pouvant atteindre 7 200 tours par minute, soit 120 tours par seconde.

Malgré leurs performances relativement lentes, l'ingénierie et la précision qui entrent dans la fabrication d'un disque dur moderne sont époustouflantes, du moins pour les geeks comme nous (et peut-être comme vous).