HAPITRE II –LA MÉMOIRE 2 Archi Mémoire.pdfFaculté des Sciences de Gabes Département d’informatique 24/02/2019 Cours Architecture des ordinateurs 4 Caractéristiques … L'encombrement

Faculté des Sciences de GabesDépartement d’informatique

24/02/2019

Cours Architecture des ordinateurs1

24/02/2019 1Khaled Hassine

[email protected]

Par :

Khaled Hassine

CHAPITRE II – LA MÉMOIRE


Mémoire centrale

Hiérarchie mémoire

Introduction

Mémoire auxiliaire

PLAN

Caractéristiques de la mémoire


La mémoire centrale


Introduction

La mémoire auxiliaire

PLAN




24/02/2019


Introduction

La mémoire est une juxtaposition de cellules ou mots mémoires ou cases mémoires.

Rôle : enregistrer les

informations les restituer dans leur

intégrité Chacune de ces cellules

est identifiée d'une manière unique par un numéro (l'adresse)

24/02/2019 Khaled Hassine 5

Introduction

Les informations en mémoire sont de deux types : des données (sur les quelles agissent ces instructions) des programmes (les instructions)

Deux catégories de mémoires dans un ordinateur : Centrale : électronique, indispensable pour l'exécution

des programmes Auxiliaire (secondaire) : magnétique ou optique

(Disque dur, CD-ROM, …)


Mémoire centrale


Introduction

Mémoire auxiliaire

PLAN



Temps d'accès

Temps d’accès : la durée qui s'écoule entre le moment où on fournit une adresse et celui où on est sûr que la donnée récupérée est significative (valide).

Mémoire centrale : nanosecondesMémoires auxiliaires : millisecondes (1 s pour MC contre 3 jours pour M. Aux.)

UC MCAdresse

Données



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Temps de cycle

Le temps de cycle : le temps minimal entre deux accès successifs à la mémoire. Généralement plus long que le temps d'accès Objet : Maintien de la stabilité des informations


Temps d’accès versus temps de cycleAdresse

Données lues

Temps d'accès

00 ff

4a 5b

Temps de cycle


Caractéristiques …

La taille (capacité) : quantité d'informations enregistrées dans une mémoire Mémoire centrale : 4 à 16 Giga-octets Disque dur : centaines de Giga-octets Augmentation d'un facteur de 4 tous les deux ans

Le débit (ou la cadence de transfert) : le nombre d'informations binaires lues ou écrites par unité de temps (bit par seconde - bps)

Volatilité : elle caractérise la permanence des informations dans la mémoire. L'information stockée est volatile si elle risque d'être altérée par un défaut d'alimentation électrique et non volatile (ou permanente) dans le cas contraire. C’est la capacité de maintenir stable l'information hors alimentation électrique Mémoires auxiliaires (magnétiques, optique, …) : non volatiles Mémoires électroniques : généralement volatiles.



Le mode d'accès : la manière dont on accède à une information. direct : chaque information a une adresse propre. On peut accéder

directement à chaque adresse Exemple : Les mémoires électroniques

Séquentiel : Pour accéder à une information on doit parcourir toutes les informations précédentes (accès lent).

Exemple : bandes magnétiques (K7 vidéo)

Accès semi-séquentiel: intermédiaire entre séquentiel et direct Exemple : disque dur (accès direct au cylindre, ensuite accès séquentiel au

secteur sur un cylindre) Accès associatif : une information est identifiée par une clé. On

accède à une information via sa clé Exemple : mémoire cache



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L'encombrement physique : l'espace occupé (l’intégration large échèle)

Le coût de mémorisation : le prix de revient de la mémoire. Les mémoires électroniques : coût élevé (faible taille). Les mémoires magnétiques (auxiliaires) moins chères.

La fiabilité : la résistance aux pannes. MTBF : Mean Time Between Failure : temps moyen entre deux pannes

La portabilité : les mémoires amovibles ou non amovibles.


Caractéristiques contradictoires

Difficultés de se regrouper aux meilleures échelles dans une même catégorie de mémoire. Exemple : Le temps d'accès court impose un prix de

revient élevé, et par conséquent, la limitation de la taille mémoire.

Meilleur compromis :

une mémoire centrale : volatile, à capacité acceptable, volume réduit, un accès rapide et direct

une ou plusieurs mémoires secondaires : de grande capacité, peu chère et non volatile


Mémoire centrale


Introduction

Mémoire auxiliaire

PLAN



Ecart de performance entre la mémoire et le processeur


Ecart performance entre mémoire et processeur : augmentation de 50% par anEvolution du DRAM de 9% par an


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Solution : Hiérarchie mémoire …


Registre

1ns, 100 O

Mémoire cache

niveau 1

1ns, 1K0

Mémoire cache niveau 2

10ns, 521K0

Mémoire centrale

µs, 1-16 Go

Mémoire auxiliaire

ms, 1 TO

Pourquoi une hiérarchie de mémoire?

Plus la mémoire a un temps d’accès petit, plus elle coûte cher. Il vaut donc la peine d’utiliser le moins possible de mémoire rapide tout en conservant une performance acceptable: Touchant le processeur, on a la mémoire la plus rapide

(et aussi la plus chère) En bout de ligne, on a la mémoire auxiliaire (disque, …)

De nos jours, le premier niveau de mémoire cache se trouve souvent sur le même chip que le processeur.

Hiérarchies mémoires profondes


Contrôle

Bus

données

Stockage

second.

(Disque)

Processeur

Reg

istres

Mémoire

principale

(DRAM)

Cache

Niveau

2

(SRAM)

Cach

e

Intern

e

1s 10,000,000s

(10s ms)

100,000 s

(.1s ms)

Vitesse (ns): 10s 100s

100s

Gs

Taille (octets):Ks Ms

Stockage

tertiaire

(Disque/

bande)

Ts

Mémoire

distribuée

Mémoire

Distante

Grappe

10,000,000,000s

(10s sec)

10,000,000 s

(10s ms)




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Hiérarchie mémoire …

Mémoire cache Interne

L1~ nsec

Registre

Mémoire cacheexterne

L210 nsec

Mémoire centrale 40-100 nsec

UCC

Disque~msec

Processeur

UAL


Principe de localité

Postulat : Si on accède à une cellule mémoire à un instant t, il y a des fortes chances que les accès suivants seront à un voisinage de celle–ci.

L1L2

Adresse

Non trouvée

Non trouvée

Registres

MCMC


Fonctionnement des caches

Le cache contient des copies de informations (instructions ou données) qui sont en mémoire centrale.

Avant tout accès à la mémoire, le processeur vérifie si les informations ne sont pas présentes dans le cache.

Auquel cas, le processeur utilise les informations contenues dans le cache et n’accède pas à la mémoire centrale. On parle alors de succès de cache.

Sinon, on parle de défaut de cache ou d’échec de cache (cache miss) dans le cas où il est nécessaire d’aller chercher les données en mémoire centrale.

La performance de la cache est donc entièrement liée à son taux de succès. Il est courant de rencontrer des taux de succès moyen de l’ordre de 80 à 90%.


Localité spatiale et temporelle

La localité temporelle indique que des éléments auxquels on a eu accès récemment seront probablement utilisés dans un futur proche (accès plusieurs fois à brèves échéances, par exemple: boucle).

La localité spatiale indique que des éléments proches ont tendances à être référencés à des instants proches. Lorsque le programme accède à une donnée ou à une instruction, il accèdera ensuite aux données ou instructions juste après (exemple : tableau).



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Exemple de localité spatiale


Hiérarchie mémoire : analogie avec le quotidien


Registre

L1L2MC

Mémoire centrale


Introduction

Mémoire auxiliaire

PLAN



La mémoire centrale (main memory)

Contient les instructions et les données ainsi qu'une partie du système d'exploitation

Un programme ne peut être exécuté que s’il résideen mémoire centrale.

Une information rangée en mémoire est une suitebinaire qui ne prend sens que lors de l'utilisation.

Le nom d’une cellule dépend de sa taille : 8 bits correspond à un octet (byte). Un mot (Word) est composé de 2k octets (16 bits, 32 bits,

...). Une mémoire est dite adressable par octet si, à

chaque octet, est associée une adresse différente.



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La mémoire centrale …

Numéro (adresse)

Données

(m bits)

0 1

2n -1

(n bits)

Adresse

0 m-1 Les bits sont numérotés de droite à gauche (de 0 à m-1) : du bit de poids faible (LSB : Least Significant Bit) vers le bit de poids fort (MSB : Most Significant Bit)

Chaque cellule peut contenir l’une des 2m informations différentes. L'information déposée dans cette cellule s'appelle contenu.


Chronogramme de lecture


Chronogramme d’écriture

Commande d’écriture


Différents types de mémoire

Mémoire morte : ROM (Read Only Memorymémoires à lecture seule).

Mémoire vive appelée par abus de langage RAM(Random Access Memory, mémoire à accès aléatoires : c.-à-d., le temps d'accès à l'information est le même quel que soit l’emplacement.

La mémoire centrale d'un ordinateur comporte : une partie ROM (fournie par le constructeur) de taille

relativement petite une partie majoritaire, vive, nécessaire pour le bon

déroulement des programmes.



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Mémoire centrale

Mémoire morte Mémoire vive Organisation de la mémoire


La mémoire morte …


La mémoire morte …


Fenêtre pour effacer les données

UV-PROM

ROM à base de diodes


Cette mémoire est composée d'une matrice dont la programmation s’effectue en reliant les lignes aux colonnes par des diodes. L'adresse permet de sélectionner une ligne de la matrice et les données sont alors reçues sur les colonnes (le nombre de colonnes fixant la taille des mots mémoire).


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Utilisation de la mémoire morte

Principalement utilisée pour conserver les données nécessaires au démarrage de l'ordinateur :- Le BIOS (Basic Input Output System) est un programme permettant

de piloter les interfaces d'entrée-sortie principales du système- Le chargeur d'amorce : un programme permettant de charger le

système d'exploitation en mémoire (vive) et de le lancer.- Le Setup CMOS permet de modifier les paramètres du système. - Le Power-On Self Test (POST), programme exécuté

automatiquement à l'amorçage du système permettant de tester la configuration matérielle du système (par exemple, calcul de taille de la RAM au démarrage).


Mémoire Flash

On rencontre la mémoire Flash dans: Clés USB Baladeurs mp3 Téléphones cellulaires Assistants personnels (PDA) Ordinateurs portables Appareils photos numériques

Les Flash sont utilisées pour mémoriser les informations.




Mémoire centrale

La mémoire vive (lecture et écriture)…

Appelée par abus de langage : RAM (RandomAcces Memory)

Utilisée essentiellement pour stocker les programmes (code et données) utilisateurs et systèmes.

Mémoire volatile : Information disponible tant que le courant est présent

2 types de RAM : Statique RAM (SRAM) : 1 bit = une bascule D (4 à 6

transistors) Dynamique RAM (DRAM) : Un bit = une capacité (1

transistor)



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Fabrication de DRAM et SRAM


VDD

Q

Q/

Select Line

Bit Line - Bit Line +

Select

Data

Stockage de la Charge

DRAM SRAM

Mémoire vive SRAM : à base de bascule D


Les RAM Statiques (SRAM)

Rapide : Temps d’accès = temps de cycle ≈ 1 à 5 nsec

Capacité limitée par rapport à DRAM Prix élevé Niveau d’intégration faible (≈ 1 à 4 MO)

Utilisée comme : mémoires caches niveau 1 et 2. Registres


Les RAM Dynamiques (DRAM)

Information stockée dans un condensateur sous forme de charge électrique et un transistor : Taux d’intégration élevée Capacité importante Faible coût

La présence de courants de fuite dans le condensateur contribue à sa décharge.

Ainsi, l’information est perdue si on ne la régénère pas périodiquement (charge du condensateur).

Les RAM dynamiques doivent donc être rafraîchies régulièrement pour entretenir la mémorisation : il s'agit de lire l'information et de la recharger.



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DRAM : besoin de rafraichissement


Les RAM Dynamiques (DRAM) : Conséquences du rafraichissement

Besoin de rafraîchissements périodiques : Lire le bit et le réécrire environ toutes les 10 nsec.

Complique la gestion des mémoires dynamiques car il faut tenir compte des actions de rafraîchissement qui sont prioritaires.

La durée de ces actions augmente le temps d'accès aux informations.

Réécriture : la lecture de l’information est destructive. En effet, elle se fait par décharge de la capacité du point mémoire lorsque celle-ci est chargée. Donc toute lecture doit être suivie d’une réécriture.


Mémoire DRAM


L'information est mémorisée sous la forme d'une charge électrique stockée dans un condensateur, en plus d’un transistor de commande.

Structure d’une DRAM

CAS

DinRAS

déco

deu

r

DRAM4Mbits

(2048x2048)

2048 bits

Adresseligne11bits

1 ligne de 2048 bits

Adresse colonne11bits

Circuit de rafraîchissement

adresse

1 bit Dout

Passe à 1tous les 10 nsec

A10-A0

A21-A11

CAS : Colonne Address SelectionRAS : Row Address Selection

1

0

Multiplex 1/2048



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Types de mémoire DRAM

Il existe deux types principaux de mémoire dynamique qui se distinguent par leur façon de communiquer avec le processeur: Les mémoires dynamiques asynchrone Les mémoires dynamiques synchrones, appelées

SDRAM pour Synchronous Dymanic RAM.


DRAM ASYNCHRONE

Lorsque le processeur lit une donnée dans une mémoire asynchrone, celui-ci lui envoie l’adresse puis attend que celle-ci lui retourne la donnée à cette adresse.

Plusieurs cycles horloge peuvent s’écouler avant que la donnée ne parvienne au processeur.

Après réception de la donnée, le processeur peut à nouveau demander une autre donnée à la mémoire.

À chaque requête à la mémoire, le processeur reste inactif en attendant que la donnée n’arrive.


SDRAM

Dans le cas de mémoire synchrone, le processeur peut envoyer à la mémoire une nouvelle requête de lecture ou d’écriture avant que celle-ci n’ait fini de traiter la première requête.

Les demandes successives sont alors exécutées séquentiellement par la mémoire.

Chaque requête est reçue pendant un cycle d’horloge et les données sont délivrées quelques cycles d’horloge plus tard.

Le nombre de cycles d’horloge entre la requête et la donnée est fixe.

Ainsi, le processeur peut déterminer à quelle requête correspond chaque donnée.


SDRAM : fonctionnement en pipeline

Le principe de fonctionnement d’une mémoire synchrone est identique au pipeline utilisé pour réaliser un processeur: La mémoire est organisée comme une chaîne où sont

traitées les requêtes. La mémoire traite simultanément plusieurs requêtes qui

se trouvent à des étapes différentes de la chaîne. Le traitement d’une seule requête prend plusieurs

cycles d’horloge mais une requête est traitée à chaque cycle.



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Variantes de SDRAM

SDR SDRAM pour Single Data Rate SDRAM qui reçoivent une requête à chaque cycle d’horloge.

DDR SDRAM pour Double Data Rate DRAM qui permettent de doubler le débit de données entre le processeur et la mémoire. Une requête est encore traitée à chaque cycle d’horloge mais chaque requête concerne deux mots consécutifs en mémoire. Le premier mot est transmis sur le front montant du signal d’horloge alors que le second est transmis sur front descendant du signal d’horloge.

DDR2 SDRAM doublent encore le débit de données en traitant quatre mots consécutifs en mémoire à chaque requête.


Récapitulatif




Mémoire centrale

Adressage de la mémoire


Adresses

Contrôle

Pro

cesseur

Données

Décodeur

Mémoire 1Mémoire 2

RéseauClavier

Carte 3D…


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Bus données A2A3

cs0cs1

cs3cs2

Mot 1 Mot 0Mot 2Mot 3

4 4 4 4

Circuit mémoire de 4Mots de 4 bits chacun

Organisation d’une mémoire …


Broches d’une mémoire …


NB: Les signaux - CS (Chip Select)-WR (WriteRead) sont actifs à 0 (niveau bas)

CI RAM de 4 mots de taille 4 bits chacune

Broches d’un boitier mémoire


Une ligne d'alimentation (Vcc) et une ligne de masse (Gnd) ;

N lignes d'adresses (A0, ... AN-1) permettant la sélection d'une cellule parmi 2N ;

M lignes de données (D0, ... DM-1) permettant le transfert du ou vers l'unité centrale des bits à lire ou à écrire, M est la taille d’une cellule de la mémoire ;

Une entrée CS (Chip Select) permettant la sélection du boîtier ;

Une ligne R/W (Read/Write) permettant de commander la lecture ou l'écriture de la cellule mémoire.

RAM

1K x 8 bits

Gnd

A0

D0

CS

R/WA9

A1

D7

VccD1

D2

Chip mémoire



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Ajout horizontal de CI pour augmenter le nombre de bits d’un mot

Une mémoire de 4 mots de 8 bits chacun

Connexion des boitiers mémoire : Augmentation de la taille d’un mot


Ajout verticalde CI pour augmenter le nombre de mots

Connexion des boitiers mémoire : Augmentation du nombre de mots …


Une mémoire de 8 mots de 4 bits chacun

Connexion des boitiers mémoire …

On dispose de 4 boitiers mémoire de : 64 Kilos x 8 bits

Organiser ces boitiers pour avoir : 256 (4x64) K x 8 bits : ajout vertical 64 K x 32 (4x8) bits : ajout horizontal 128 (2x64) K x 16 (2x8) bits : ajout mixte


Circuits d’adressage et de sélection …


Une mémoire de 256 K x 8 bits

Bus d’adresse

RAM

64 K

x8bits

CS

WR

Bus de

données

RAM

64K x8bits

CS

WR

RAM

64 K

x8bits

CS

WR

RAM

64 K

x8bits

CS

WR

A0-15

A0-15

A0-15 A

0-15A

0-15

CS

D0-7

D0-7

D0-7 D

0-7 D0-7

A16-17

A16-17


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Bus d’adresse

RAM

64 K

x8bits

CS

WR

RAM

64 K

x8bits

CS

WR

RAM

64 K

x8bits

CS

WR

RAM

64 K

x8bits

CS

WR

A0-15

A0-15

A0-15 A

0-15A

0-15

CS

D8-15

D0-7D

0-7D

8-15

A16

A16

Une mémoire de 128 K x 16 bitsBus de

données

D0-16



Bus d’adresse

RAM

64 K

x8bits

CS

WR

Bus de données

RAM

64 K

x8bits

CS

WR

RAM

64 K

x8bits

CS

WR

RAM

64 K

x8bits

CS

WR

A0-15

A0-15

A0-15 A

0-15A

0-15

CS

D0-7

D8-15

D16-23

D24-31

Une mémoire de 64 K x 32 bits


Récapitulatif : Augmentation de la taille de la mémoire

Pour construire une mémoire ayant 2k’ mots avec des boîtiers mémoire 2k mots, il faut utiliser 2k’-k boîtiers.

Les k’ bits d’adresses sont alors distribués de la manière suivante: Les k bits de poids faibles A0 à Ak-1 sont envoyés sur tous les

boîtiers. Les k’-k bits de poids fort Ak à Ak’-1 arrivent sur un décodeur

permettant de sélectionner un seul des 2k’-k boîtiers mémoire. Tous les bits du bus de données sont reliés à chacun des

boîtiers. Ceci est possible aussi bien en lecture qu’en écriture car les

entrée/sorties des boîtiers sont dans un état dit haute impédance lorsque le circuit n’est pas sélectionné.


Connexion de plusieurs boitiers



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Adressage de la mémoire


Cartographie - Mapping


Problème de conflit

Problème si deux au moins parmi A13, A14 et A15passent à 1 en même temps.

2 solutions possibles : assurer une priorité Solution 1 : câblage des entrées

Mémoire 1 : A13

Mémoire 2 : A13=0 A14=1 Mémoire 3 : A13=A14=0 A15=1

Solutions 2 : utiliser un décodeur 3 entrées Remarque : on peut se contenter d’un décodeur 2 entrées


Utilisation d’un décodeur



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Table de vérité du décodeur


Nouveau Mapping de la mémoire


Espace de travail


A retenir …

Taille d’une mémoire = (Adresse fin-adresse début +1) x Taille d’une cellule



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Mémoire centrale


Introduction

Mémoire auxiliaire

PLAN



Anatomie du disque

Le revêtement des plateaux est subdivisé en pistes concentriques numérotées depuis l'extérieur vers le centre. La première piste à la périphérie porte le numéro 0.

Les pistes des différents plateaux, situées à la verticale les unes des autres portent donc les mêmes numéros et forment ce qu'on appelle des cylindres. Les données situées sur un même cylindre même si elles sont réparties sur plusieurs plateaux peuvent être lues sans déplacer les têtes.

Les pistes sont divisées en secteurs capables de stocker 512 octets de données chacun. Ces 512 octets sont précédés de quelques bytes d'en-tête ( header) inscrits lors du formatage de bas niveau pour contenir quelques informations de contrôle. Les bytes de données sont suivis d'une zone de fin de secteur contenant les codes ECC (Error Correcting Code) servant à vérifier la validité des données enregistrées.

Le formatage de bas niveau (Low-level format ) ou formatage physique est réalisé en usine. Il dispose les pistes et les secteurs à la surface des disques. Ce marquage est fait une fois pour toutes contrairement au formatage de haut niveau ( High-level format ) qui est effectué quand le disque est installé dans le PC pour y établir un système de fichier.

Les disquettes elles aussi sont formatées mais les formatages de bas niveau et de haut niveau sont faits simultanément. La commande FORMAT effectue un formatage de bas niveau lorsque la disquette est formatée pour la première fois.


Disque dur : Plateaux et cylindres


Axe tournant porte plateaux

Têtes de lecture écriture solidaire à un bras porte têtes (une par surface)

Vue interne d’un disque dur



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Têtes de lecture-écriture


Disque dur


Alimentation des disques durs


Organisation interne du disque dur



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Formatage d’un disque dur


Le secteur est une unité indivisible

Plateau : plattersPistes : TracksSecteurs : Sectors

Définitions

Secteur : Le secteur est la plus petite unité physique de stockage sur un support de donnée. Sa capacité est au minimum de 512 octets sur un disque dur ou une disquette, 2048 octets pour un disque optique.

Piste : les secteurs d’une face d’un plateaux ayant le même diamètre.

Cylindre : les pistes de même diamètres sur les différents plateaux du disque

Adresse d’un secteur physique : son index sur la piste, l'index de la piste, c'est à dire du cylindre, l'index de la tête, c'est à dire l'index de la surface.


Structure d’un secteur


GAP : un petit espace « blanc », une zone inutilisée nécessaire au basculement du mode lecture au mode écriture et inversement (cela permet également de compenser de légères dérives de la vitesse de rotation des surfaces de disque) ;

Servo : contient des « tops » permettant de synchroniser la logique du contrôleur de disque avec les données qui vont défiler sous la tête de lecture juste après ;

ID : en-tête contenant le numéro du bloc qui va suivre : il permet au contrôleur du disque de déterminer le numéro de secteur que la tête de lecture va lire juste après (et par là de déterminer également si le bras portant les têtes est positionné sur la bonne piste) ;

Données : ce qui est véritablement stocké par l’utilisateur du disque ; Σ : Somme de contrôle permettant de détecter/corriger des erreurs : cela

fournit également un moyen de mesurer le vieillissement du disque dur (il perd petit à petit de sa fiabilité).

Capacité d’un disque dur

Soient NC: nombre de cylindres

ou nombre de pistes par plateau

NT: nombre de têtes NS: nombre de secteur

par piste Alors

Nombre de secteur du disque = NT x NC x NS

Taille du disque = Nombre_secteur_disque x taille_secteur



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Évolution des DD en termes de prix et de capacité

Le ST-506 est le premier disque dur utilisant des disques de 5¼" de diamètre (environ 13 cm). Construit par Shugart Technology (devenu depuis Seagate Technology) à partir de 1980, ce disque dur avait une capacité de 6,38 Mo bruts soit 5 Mo une fois formaté.

Entre 1980, date de sortie du ST-506 d'une capacité de 5 Mo, et 2008, la surface moyenne occupée par un bit d’information sur le disque s’est vue réduite d’un facteur de plus de 100 000 (5 Mo pour un plateau en 1980 et 500 Go en 2008, soit une densité 100 000 fois supérieure).

Dans le même temps, le prix du mégaoctet a été divisé par plus d'un million, sans tenir compte de l'inflation, car :

en 1980, le ST-506 coûtait 1 500 $, soit 300 $/Mo ; en 2008, le mégaoctet d’un disque dur ne coûte plus qu'environ 0,000 22

$13.


Evolution en capacité de stockage

Évolution de la capacité de stockage (en Go) du disque dur depuis le premier disque dur en 1956.

Les disques durs ayant les capacités les plus importantes sur le marché dépassent les 2 To (téraoctets) (2010) et 3 To en 2011. La capacité des disques durs a augmenté beaucoup plus vite que leur rapidité, limitée par la mécanique. Le temps d'accès en lecture est lié à la vitesse de rotation du disque et au temps de positionnement des têtes de lectures. En revanche, le débit d'information ensuite est d'autant meilleur que la densité du disque et la vitesse de rotation sont élevées14.

En 1997, le standard pour les PC de bureau est de 2 Go pour les disques durs de 3,5 pouces.

Vers 2002, les disques durs de 40 Go sont courants pour des PC de bureau. En 2009, le standard pour les PC de bureau est de 1 To (à partir de 0,1 €/Go en août

2008) et de 500 Go pour les PC portables. En 2010, 1,5 à 2 To sont devenus courants. Pour les « faibles capacités » de moins de

100 Go environ, ils sont remplacés, de plus en plus, par des mémoires électroniques de type carte SD ou « disques » SSD.


Evolution de la capacité de stockage dans le temps


Schéma en coupe d’un disque dur



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Le disque dur : récapitulatif

Géométrie (plateaux + têtes ; une tête par face de plateau) Pistes et secteurs Formatage :

Physique (en usine) logique (OS)

Capacité : en Giga-octets. Un Go = 1000 livres de 500 pages ! Vitesse de rotation : 7 à 10 milles rotations par mn (RPM) Caractéristique: capacité de stockage + performance:

Temps d’accès : en millisecondes (ms), 6 à 14, selon rotation plateaux et vitesse de déplacement de la tête,

Taux de transfert : échange avec carte mère, en Mo par seconde (ex. 66 Mo par sec).

Mise en veille (hibernation) : économie d’énergie Partitionnement :

Une partition par OS Une partition pour les données


Etapes d’accès aux données

Positionnement sur le cylindre où se trouve la donnée : déplacement longitudinale du porte têtes (latence longitudinale)

Positionnement sur le secteur à lire : rotation de l’axe porte plateau

Lecture et transfert des données


Performances

Pour lire le secteur situé sur une piste interne à l’opposé de la tête de lecture (en rouge), il faut déplacer la tête vers l’intérieur (TSeek), attendre que le bloc arrive sous la tête (TLatence) puis lire la totalité du bloc (TTransmission).

Il est possible d’optimiser le temps d’accès en prenant en compte la vitesse de rotation pendant que la tête se déplace.

Le temps d’accès et le débit d’un disque dur permettent d’en mesurer les performances.


3 facteurs principaux de performances : 1/2

le temps de latence : facteur de la vitesse de rotation des plateaux.

Le temps de latence (en secondes) est égal à 60 divisé par la vitesse de rotation en tours par minute. Le temps de latence moyen est égal au temps de latence divisé par deux (car on estime que statistiquement les données sont à un demi-tour près des têtes).

Dans les premiers disques durs, jusqu’en 1970, le temps de latence était d’un tour : on devait en effet attendre que se présente la home address, rayon origine (1⁄2 tour) devant les têtes, puis on cherchait le ou les secteurs concernés à partir de cette home address (1⁄2 tour



24/02/2019


3 facteurs principaux de performances : 2/2

le temps de positionnement (en anglais seektime) : temps que met la tête pour atteindre le cylindre choisi. C’est une moyenne entre le temps piste à piste, et le plus long possible (full-stroke) ;

le temps de transfert : est le temps que vont mettre les données à être transférées entre le disque dur et l’ordinateur par le biais de son interface.

Pour estimer le temps de transfert total, on additionne les trois temps précédents.

24/02/2019 Khaled Hassine 97 24/02/2019 98Khaled Hassine

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