Cours 4 - Université Laval

Ordinateurs, Structure
et Applications
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Cours 4, Disques durs et disques
optiques
Etienne Tremblay
Université Laval, Hiver 2012
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Cours 4, p.1
Les disques durs
Source: disque dur.doc
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Cours 4, p.2
Composantes du disque dur
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1) Plateau : c'est le support de l'information. Il conserve physiquement
les données. Sur les disques durs de grande capacité, on trouve, en
général, plusieurs plateaux.
2) Tête de lecture : a pour mission de lire et d'écrire les données au fur
et à mesure que le disque tourne.
3 et 4) Blocs de données : Les données d’un disque dur sont contenues
par blocs de bits (dipôle magnétiques). Un bloc par piste par secteur.
5) Piste : zone concentrique sur laquelle figurent les données d'un
fichier. Chaque piste est divisée en secteurs.
6) Secteur : division logique d'une piste. Chaque secteur est lui-même
divisé en blocs. Ces derniers représentent l'espace minimal attribué à un
fichier.
Un cylindre est formé de l’ensemble des pistes pour un rayon donné de
tous les plateaux.
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Cours 4, p.3
Fonctionnement du disque dur
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Pour lire ou écrire une donnée:
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La fait que le disque dur tourne à vitesse angulaire constante:
–
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La tête de lecture se déplace radialement vers la piste contenant le
bloc de donnée voulu (temps de déplacement = seek time).
Un moteur tourne le plateau à Vitesse Angulaire Constante (CAV)
afin de trouver le bloc de donnée et le secteur voulu (temps de
recherche = latency time)
Une fois le bloc trouvé, le moteur tourne le plateau pour lire les
données (temps de transfert = transfer time)
est dû au besoin d’avoir un taux de transfert de donnée constant
implique que les données sont moins denses en périphérie du
plateau. Le multiple zone recording est une technique permettant
d’écrire plus de données en périphérie, mais plusieurs concepteurs
de disque dur ont évalué que le coût d’utilisation de cette technique
ne valait pas l’augmentation de la capacité du disque dur.
Note: Le RAID (Redundant Array of Independant Disks) est une
technologie regroupant plusieurs disques durs afin de protéger des
données si un (ou plusieurs) disque dur rend l’âme.
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Cours 4, p.4
Calcul de la capacité et du temps moyen de
d’acquisition d’une donnée sur un disque dur
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Capacité = #heads * #cylindres * #secteurs * taille de
bloc de données.
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Temps moyen de lecture d’un bloc (TML) = average
seek time (AVS)+ average latency time + transfer time
TML = AVS(specified) + 1/(2*vitesse de rotation) +
1/(nombre de secteurs * vitesse de rotation)
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Voir la page 278 du manuel de cours et/ou les
exercices pour des exemples de calcul
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Cours 4, p.5
Les disquettes
• Les disquettes fonctionnent de la même façon
qu’un disque dur.
• Le support des disquettes est souple et le jeu que
cela induit fait en sorte que la densité des
données est moindres sur une disquette.
• Les disquettes n’ont qu’un seul plateau.
• Les disquettes doivent avoir des vitesses de
rotation moins élevées en raison de leur
conception mécanique.
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Cours 4, p.6
Les CD-ROMs
Tiré du livre du
cours, p.352
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Cours 4, p.7
Principes du CD-ROM
• Le CD-ROM est le descendant des disques vinyles.
Comme il a été designé pour de l’audio, les données
sont habituellement emmagasinées en spirale, bien
qu’elles se retrouvent parfois en cylindre.
• Le CD-ROM lit les données à Vitesse Linéaire Constante
(CLV). Cela implique:
– Un taux de transfert de donnée constant.
– Une rotation du CD-ROM plus lente lorsque les
données sont en périphérie du disque.
– Une densité linéaire uniforme des données en
périphérie du disque.
• Les bits sur un CD-ROM sont exprimés sous forme
optique: un laser émet de la lumière vers le disque. La
lumière est réfléchie ou éparpillée en fonction de la
valeur du bit de donnée. Un photo détecteur sert à capter
la lumière réfléchie.
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Cours 4, p.8
Les DVDs et le Blu-Ray
• Les DVDs sont comme les CD-ROMs sauf
qu’une fréquence plus élevée est utilisée pour le
laser (rouge –longueur d’onde 650/635nm- à la
place d’infra-rouge –longueur d’onde 780nm-).
Fréquence plus élevée = plus d’énergie = plus
de précision = plus de bits par pouce carré!)
• La technologie Blu-Ray utilise une fréquence de
laser plus grande encore (bleu-violet –longueur
d’onde de 405nm), permettant d’obtenir une
densité de bits plus élevée.
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Cours 4, p.9
Capacité des disques optiques
• Les disques optiques ont des capacités
variables en fonction du type de disque et
du modèle. Des valeurs communes de
capacité sont:
– CD-ROM 74min : 0.682Go
– CD-ROM 80min : 0.737Go
– DVD-R (2.0): 4.7Go
– DVD-R (dual layer): 9.4Go
– Blu-Ray disk: 25Go par surface
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Cours 4, p.10
Vitesse des CDs/DVDs (1/2)
• Les vitesses de bases de lecture des CDs, DVDs et lecteurs
Blu-Ray sont respectivement 150 Ko/s, 1350 Ko/s et 4500
Ko/s.
• La vitesse de base est 1X. Elle est multipliée en augmentant
la vitesse de rotation du disque optique. Par exemple, lire un
DVD à la vitesse 4X est lire ce DVD à la vitesse de 5400Ko/s.
• La plupart des lecteurs de CDs lisent à des vitesses autour de
40X. Lire plus vite apporte souvent plus de problèmes que de
gain en vitesse: bruit, problèmes mécaniques, erreurs de
lecture, et plus…
– À partir d’une certaine vitesse de rotation, un disque optique peut
exploser. Cette vitesse semble se situer autour de 48X, voire un
peu plus (des lecteurs 52X existent sur le marché!).
– Les lecteurs de disques ayant des vitesses supérieures à 12X
utilisent souvent une lecture à vitesse angulaire constante ou une
combinaison de CAV et CLV plutôt que la vitesse linéaire
constante seulement. Cela permet de réduire les stress
mécaniques
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Cours 4, p.11
Vitesse des CDs/DVDs (2/2)
• La vitesse annoncée par le manufacturier est le taux de
transfert maximum du disque. Il s’agit de la vitesse
maximale et le chiffre est très marketing. Le temps
d’accès moyen aux données doit tenir compte des
éléments suivants:
– La latence: avant de débuter la lecture des donnée, il faut
déplacer la tête de lecture et tourner le disque pour atteindre les
données à lire.
– Lorsque le disque tourne à vitesse angulaire constante et que les
données sont gravées en spirales, la vitesse de transfert est plus
rapide en périphérie du disque que vers le centre
– Il faut accélérer pour atteindre la vitesse maximale…
– Lorsqu’il y a des erreurs de lecture, la vitesse est ralentie
sensiblement.
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Cours 4, p.12
CD et DVD réinscriptibles
• Les CDs réinscriptibles sont composés d’alliages
spéciaux dont les cristaux sont orientés en
fonction du temps de refroidissement.
• Pour écrire un CD réinscriptible, il faut d’abord le
chauffer. Ensuite, il faut le laisser refroidir à une
vitesse dépendant des données voulues. Il
existe deux états possibles à la fin du
refroidissement:
– L’alliage spécial du CD reflète la lumière comme un
miroir parce que ses cristaux sont tous orientés de la
même façon (refroidissement lent).
– L’alliage spécial du CD diffuse dans toutes les
directions parce que ses cristaux sont orientés dans
des sens aléatoires.
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Cours 4, p.13
Références et exercices
• Références
– Irv Englander: chapitre 10 (jusqu’à 10.4). Le reste du
chapitre 10 contient de l’info sur moniteurs,
scanneurs, etc...
– Notes de monsieur Ranger: Les disques.doc
– http://www.geocities.com/neilpryde74/lecd.htm pour
plus de détails sur les CDs
– William Stallings: 6.1, 6.3, 6.4
• Exercices
– Irv Englander: 10.2, 10.3, 10.4 et 10.6
– Comment démarre un PC? Expliquez…
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Cours 4, p.14
Annexe A: Les DVDs DL
• Les DVDs Dual-Layer (DVD-9) sont des DVDs
ayant deux couches superposées, la première
étant semi transparente.
• Les couches sont séparées par une bande semi
réfléchissante très mince. Le focus du laser est
ajusté pour passer d’une couche à l’autre.
• Les DVDs DL ont deux fois plus de capacité que
les DVDs normaux: ils emmagasinent 9.4 GB
plutôt que 4.7GB.
•
Voir http://www.wizbit.net/cd-dvd_production_faqs_what_are_dual_layer_dvds.htm pour illustration
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Cours 4, p.15