Disc dur

[thumb|right|[Fotografia de l'interior d'un disc dur de la premiera partida deis ans 2010.]]

Un **disc dur** es una memòria de massa formada de discs magnetics que permet l'estocatge e la lectura de donadas. Inventat en 1956 per la companhiá IBM, es utilizat per enregistrar e conservar lei programas e lei donadas importants deis ordinators, mai pòu tanben servir a l'enregistrament d'informacions dins lei camescòpis, leis aparelhs fotografics, lei lectors de DVD ò lei consòlas de jòcs. Una proprietat majora dei discs durs es la natura non volatila de l'enregistrament dei donadas, es a dire que lei donadas son conservadas quand l'ordinator es pas alimentat.

Lo desvolopament e lo perfeccionament dau disc dur es una partida importanta de l'istòria de l'informatica de la segonda mitat dau sègle XX e dau començament dau sègle XXI. D'efiech, sei performanças conoguèron de progrès que permetèron d'agantar de capacitats d'estocatge e de velocitats de foncionament fòrça importantas. Pasmens, dempuei leis ans 2010, l'usatge dau disc dur comença de demenir amb l'arribada de sistèmas novèus coma lei discs electronics.

## Istòria

### L'invencion dau disc dur

[thumb|right|[Fotografia de doas unitats 305 RAMAC dins un arsenau de l'armada estatsunidenca.]]

L'invencion e lo desvolopament dau disc dur aguèron luòc dins un contèxte de cèrca d'un supòrt d'estocatge dei donadas informaticas. D'efiech, dempuei la fin de la Segonda Guèrra Mondiala (1939-1945), l'usatge d'ordinators èra a se desvolopar e i aviá ges de solucion tecnica satisfasenta per assegurar la sauvagàrdia dei calculs. Divèrsei procès èran donc en cors d'experimentacion coma lei cartas perforadas, que son principi èra estat inventat per lo Francés Joseph Marie Jacquard (1752-1834), de bendas magneticas, de tubes catodics, de tambors ò de sistèmas acostics.

Lo besonh a l'origina dau desvolopament dau disc dur foguèt aqueu de l'US Air Force d'aver un sistèma automatic d'inventari. Aquela demanda èra tecnicament fòrça complèxa car necessitava de trobar una solucion permetent de prendre en còmpte d'intradas e de sortidas non previsiblas. Ansin, per exemple, l'utilizacion de cartas perforadas èra pas possibla car auriá necessitat de cambiaments de cartas tròp nombrós. L'adopcion d'una memòria de massa magnetica aisada de modificar foguèt la solucion prepausada per la companhiá estatsunidenca IBM en 1956.

Dich IBM 305, aqueu premier disc dur equipèt l'ordinator IBM RAMAC 305 e aviá una capacitat de 3,75 MB. Son pes èra d'una tona e ocupava un volum equivalent a dos refrigerators de talha mejana. Èra format de 50 platèus de 60 cm de diamètre e èra vendut  dolars estatsunidencs. Pasmens, sei capacitats de triada e d'enregistrament interessèron mai d'una companhiá e d'una organizacion estatala e aperaquí un milier d'unitats foguèron vendudas entre 1957 e 1962.

### De l'invencion a l'installacion sus d'ordinators personaus

[thumb|right|[Fotografia de dos discs durs IBM 1311.]]

Dins lo corrent deis ans 1950-1970, IBM demorèt a la poncha dau desvolopament dau disc dur amb l'introduccion progressiva de tecnologias novèlas, amb una demenicion dau volum ocupat e amb una aumentacion de la capacitat d'enregistrament. Regardant lei progrès tecnics, dos aisses principaus dominèron aqueu periòde. Lo premier foguèt la concepcion e l'organizacion dei discs elei meteissei a l'entorn de sistèmas levadís ò fixs. La sortida de l'IBM 1311, en 1962, foguèt la premiera etapa d'aquelei cèrcas. D'efiech, èra equipat de discs levadís, çò que permetiá de cambiar ò d'apondre de discs coma lo permèton lei bobinas de benda magnetica. L'etapa majora seguenta aguèt luòc en 1973 e foguèt l'IBM 3340 qu'èra constituït d'una partida fixa e d'una partida levadisa de 30 Mo. Dich « Winchester » en referéncia au fusiu Winchester 30.30 e aguent una capacitat fòrça importanta per l'epòca, venguèt l'estandard dei discs durs fins ais ans 1980.

L'autre domeni tecnologic que foguèt l'objècte d'un important esfòrç de desvolopament foguèt aqueu dei tèstas de lectura. A l'origina, lo RAMAC n'aviá unicament doas mai, tre 1962, cada superficia dei vint discs dau modèl IBM 1301 aviá la sieuna tèsta. De mai, l'ensemble èra concebut per formar un coissin d'aire entre lo disc e la tèsta, çò que facilitava son desplaçament. La velocitat foguèt tanben melhorada per l'introduccion de rotlaments de bilhas e per l'adopcion de materiaus novèus, especialament la ferrita, per fabricar lei tèstas. Enfin, i aguèt egalament de recèrcas sus l'utilizacion de tèstas fixas que presentavan una resisténcia mecanica superiora ai tèstas mobilas en despiech d'una velocitat pus febla.

Aquelei progrès permetèron de melhorar d'un biais significatiu lei performàncias dei discs durs. Per exemple, regardant la reduccion de volum, lo ST-506, sortit en 1980, aviá la meteissa capacitat que l'IBM 305 dins un disc de 13 cm de diamètre. Pertocant l'aumentacion dau volum d'enregistrament, la capacitat passèt de 5 Mo a 1,02 Go amb lo modèl H8598 desvolopat en 1982.

### La difusion dau disc dur

[thumb|right|[Fotografia d'un IBM XT, un deis ordinators personaus que participèt a la difusion dau disc dur.]]

Durant leis ans 1950-1970, lei discs durs èran demorats de dispositius relativament rars car costós e destinats a d'ordinators de talha importanta. Pamsens, a partir dau començament dau decenni 1980, plusors companhiás comencèron d'integrar de discs durs intèrnes ò extèrnes dins seis ordinators personaus (PC). Per exemple, foguèt lo cas de l'IBM XT de 1983 qu'èra dotat d'un disc de 10 a 20 Mb. Aquò ne'n favorizèt l'usatge e lo disc dur se generalizèt. Ansin, la valor de la produccion mondiala de discs durs passèt de 2,8 miliards de dolars en 1979 a 23 miliards de dolars dètz ans pus tard.

Dins lo corrent d'aquela evolucion, lei discs durs contunièron de veire sa talha demenir e sa capacitat aumentar. De mai, la chausida dau disc intèrne coma sistèma d'enregistrament de basa se difusèt pauc a cha pauc. Aquò entraïnèt la disparicion dei sistèmas de sauvagàrdia concurrents coma la disqueta ò la casseta. Aquò foguèt largament permés per lei progrès tecnics dei tèstas. D'efiech, au començament deis ans 1980, lei tèstas de ferrita foguèron remplaçadas per dos tipes de tèstas novèlas. Lei premierei foguèron lei tèstas MIG qu'èran un perfeccionament dei tèstas de ferrita e qu'èran compausadas d'una tèsta de ferrita combinada amb un element metallic permetent de concentrar lo camp magnetic dins una zòna pus precísa. Lo segond tipe gropa lei tèstas de film fin qu'èran produchas gràcias a un procès de fotolitografia permetent de redurre significativament sa talha. Permetèron ansin d'agantar una capacitat de 4 Go en 1995.

### La descubèrta de la magnetoresisténcia giganta e la generalizacion dau disc dur

Descubèrta en 1988 per lo Francés Albert Fert (nascut en 1938) e per l'Alemand Peter Grünberg (nascut en 1939), la magnetoresisténcia giganta es un efiech quantica observat dins leis estructuras de films fins compausadas d'una alternància de jaç ferromagnetics e de jaç non magnetics. Aparéis sota la forma d'una baissa importanta de la resisténcia observada quand un camp magnetic extèrne es aplicat a l'ensemble.

Tre 1989, IBM comencèt de cercar d'aplicacions a aquela descubèrta. L'idèa èra de crear una tèsta susceptibla d'èsser utilizada coma un captor de camp magnetic. D'efiech, una tèsta basada sus lo principi de la magnetoresisténcia pòu èsser utilizada coma una resisténcia per mesurar lei variacions de corrent electric eissidas dei variacions magneticas dau supòrt. Aquò permet de multiplicar rapidament la velocitat dei tèstas e quatre generacions de tèstas magnetoresistentas son uei estadas desvolopadas :
* lei tèstas AMR (*anisotrop MR*) apareguèron en 1991 e permetèron de doblar cada an la capacitat d'estocatge dei discs.
* lei tèstas GMR (*giant MR*) foguèron introduchas en 1997.
* lei tèstas TMR (*tunneling MR*), sortidas per lo premier còp en 2004-2005, permetèron d'esplechar l'efiech tunèu per melhorar l'eficacitat dau sistèma, especialament la saturacion dau supòrt d'escritura.
* lei tèstas PMR (*perpendicular MR*), comercializadas egalament en 2005, èran capablas d'enregistrar l'informacion d'un biais perpendicular dins la prefondor dau materiau de supòrt. Aquò permetiá de multiplicar entre tres e dètz còps la capacitat. En 2007, foguèt ansin agantada la capacitat de 1 To amb la sortida de l'Hitachi Deskstar 7K1000.
Aquelei progrès foguèron completats per l'utilizacion de tecnicas de caufatge de la superficia dau supòrt d'enregistrament. L'interès es de permetre l'utilizacion d'un camp magnetic pus feble per enregistrar l'informacion e donc de demenir la talha de la zòna de marcar.

En parallèl, lo desvolopament dei tèstas de magnetoresisténcia foguèt acompanhat per una demenicion rapida dau còst de produccion. Aquò permetèt l'adopcion dau disc dur coma element estandard deis ordinators personaus. La produccion mondiala passèt ansin de 174 milions d'unitats a la fin deis ans 1990 e 650 milions en 2010.

### Lo declin relatiu dau disc dur

[thumb|right|[Disc electronic|Disc SSD de 120 Go en 2011.]]

Dempuei lo començament deis ans 2010, lo disc dur deu competir amb de sistèmas de sauvegàrdia dei donadas novèus e son importància comença de demenir. En particular, la produccion mondiala a demenit a 424 milions d'unitats en 2016. Dins aquò, la reduccion de talha e l'aumentacion de la capacitat contunian de se perseguir, especialament amb l'introduccion de la tecnologia HAMR (*Heat-assisted magnetic recording*) que permet de caufar una zòna fòrça reducha durant una nanosegonda. En 2024, aquò permetèt la mesa en servici d'un disc dur de 32 To. 

A l'ora d'ara, lo concurrent principau dau disc dur es lo disc electronic (SSD) qu'a generalament lo meteis aspècte exterior qu'un disc dur. Pasmens, es format de plusors memòrias constituïdas de semiconductors a l'estat solid. A una resisténcia mecanica e de performàncias superioras, mai presenta encara quauquei problemas coma un nombre limitat de cicles d'escritura, una sensibilitat pus importanta ais errors logicas e un còst de fabricacion egalament pus important. En 2016, 30% dei memòrias de massa utilizadas per la produccion d'ordinators personaus ò de tauletas ne'n contenián mai aquela part èra en aumentacion car la reduccion dau còst de produccion dei memòrias SSD es fòrça importanta.

## Principis de foncionament

### Generalitats

thumb|Esquèma generau d'un disc dur

Un disc dur es constituït de platèus circulars cubèrts d'un jaç magnetic que permet d'estocar l'informacion sota forma binària. Aquelei platèus son normalament en rotacion e una tèsta de lectura/escritura es capabla de venir i marcar ò i legir lei donadas. Lo corrent electric que passa dins la tèsta es l'element determinant per marcar ò legir un 0 ò un 1. Generalament, la rotacion dei platèus es constanta e lei tèstas son installadas sus un sistèma que permet de lei desplaçar a la superficia dau disc per accelerar la lectura/escritura. Dins lei discs pus modèrnes, de sistèmas electronics e de logiciaus melhoran encara aquela velocitat gràcias a de mejans d'organizacion dei requistas.

### Partidas mecanicas

#### Lei platèus

Lei partidas mecanicas principalas d'un disc dur son lei platèus  (ò discs) que permèton l'enregistrament e l'estocatge dei donadas. Compausats d'un substrat dur (alumini ò zinc per lei modèls ancians, veire per lei pus recents) qu'es cubèrt per au mens un jaç ferromagnetic e un jaç protector, son montats a l'entorn d'un aisse e mantenguts en movement a una velocitat constanta per un motor electric. La velocitat de rotacion a regularament aumentat amb lo progrès tecnic. En 2013, se situava generalament entre  e  torns per minuta.

#### Lei tèstas de lectura/escritura

[thumb|right|[Fotografia d'una tèsta de lectura/escritura en 2011.]]

Lei tèstas de lectura/escritura son l'autra partida mecanica importanta d'un disc dur. Son montadas sus un segond aisse e pòdon èsser desplaçadas a la superficia d'un platèu gràcias a un motor capables de produrre d'acceleracions e de freinatges fòrça rapids. Son tanben l'objècte de recèrcas per lei miniaturizar (25 nm en 1997, 10 nm en 2006...) afin de permetre lo tractament d'informacions mai e mai pichonas a la superficia dau platèu.

Un element fondamentau de lor foncionament es la necessitat de defugir un contacte dirècte amb la superficia dau platèu. D'efiech, aquò pòu destrurre lei donadas tocadas. Es egalament necessari d'empedir l'intrada d'una poussa dins lo disc car la preséncia d'un element a la superficia dau platèu favoriza lei contactes e leis errors de lectura. Ansin, s'utiliza la velocitat de la rotacion dau platèu per engendrar la formacion d'un coissin d'aire qu'assegura la separacion entre la tèsta e la superficia d'enregistrament. De mai, quand lo disc es pas en foncionament, lei tèstas son plaçadas dins un endrech especiau que permet de lei protegir.

Lei tecnologias permetent lo foncionament de la tèsta an fòrça variat dempuei l'invencion dau disc dur. Dins lo corrent deis ans 2000-2010, lei pus frequentas èran lei tèstas inductivas, lei tèstas MR (basadas sus la magnetoresisténcia) e lei tèstas GMR (basadas sus la magnetoresisténcia giganta).

### Partidas electronicas

[thumb|right|[Fotografia d'un disc dur amb son contrarotlaire.]]

La partida electronica d'un disc dur es dicha contrarotlaire de disc. Compòrta tres ensembles principaus destinats a l'asserviment dei motors, au tractament deis informacions electricas eissidas de l'interaccion electromagnetica entre lei tèstas de lectura e lei superficias dei platèus e a la cèrca dei donadas sus leis espacis d'estocatge. Generalament, un sistèma permet tanben de corregir leis errors de lectura.

A l'origina, aquelei foncions èran asseguradas per una carta electronica distinta de la partida mecanica. Pasmens, aquò necessitava una gròssa quantitat de cables per assegurar la joncion. Ansin, lo contrarotlaire es desenant installat a proximitat dei platèus e dei tèstas. Lei modalitats d'aquela integracion son importantas car definisson lo tipe d'interfàcia utilizada per lo disc.

### Filtres d'aire e aclimatacion termica

Per permetre lo bòn foncionament dau disc, fau mestrejar lei condicions de formacion dau coissin d'aire necessari au desplaçament dei tèstes de lectura/escritura. Per aquò, un disc dur compren de filtres d'aire e de dispositius d'aclimatacion termica. Lei filtres permèton de blocar lei particulas magneticas expulsadas en defòra dei jaç destinats a l'enregistrament deis informacions e de filtrar l'aire exterior utilizat per equilibrar la pression intèrna. Aquelei filtres an un ròtle centrau dins la proteccion dau disc car l'intrada de poussa ò d'aiga pòu rapidament entraïnar sa destruccion. Pasmens, un disc demòra incapable de foncionar dins de mitans desprovesits d'aire ò somés a de pressions tròp importantas. Ansin, lei discs durs capables de foncionar en delà de 30 km d'altitud ò per de prefondors oceanicas superioras a  m son pauc frequents.

Lo contraròtle de la temperatura es tanben un element important per mestrejar la pression intèrna e la condensacion de l'aiga. En particular, lo segond ponch es primordiau car una intrada d'aire a una temperatura inadaptada pòu menar a la formacion de gotetas d'aiga dins l'aparelh. Per resòuvre aqueu problema, lei fabricants recomandan d'esperar l'equilibratge termic. De taulas son generalament provesidas per indicar lei duradas necessàrias.

### Alimentacion electrica

Per foncionar, un disc dur a besonh d'una alimentacion electrica. Sei caracteristicas despendon dau contrarotlaire. Ansin, leis alimentacions pòrtan sovent lo nom de l'interfàcia.

### Interfàcia e protocòls de comunicacion

[thumb|right|[Fotografia d'un disc dur amb una connectica SCSI.]]

Leis interfàcias dei discs durs son lei connectors e lei cables que permèton l'encaminament dei donadas. An fòrça evoluït dempuei l'invencion dau disc dur amb un melhorament de la compacitat, de l'ergonomia e dei performàncias. Dins lo corrent deis ans 2010, lei doas interfàcias predominantas èran :
* lei Serial ATA (ò SATA) es la pus frequenta car domina lo mercat deis ordinators personaus.
* lei Parallel ATA (ò PATA) pòdon encara se trobar sus de modèls ancians, generalament produchs avans 2005.
Pasmens, existís d'autreis interfàcias que son destinadas a d'usatges particulars coma l'interfàcia SCSI qu'es utilizada per lei serveires.

Lei protocòls de comunicacion amb una unitat d'estocatge que compòrta de discs durs despendon fòrça de l'interfàcia. Lei pus frequentas son lei nòrmas ATA e SATA.

## Performanças

### Critèris de performanças

Lei critèris de performàncias d'un disc dur regardan principalament la durada d'accès ai donadas e lo debit de transferiment d'informacions. Tres factors principaus son de considerar :
* lo temps de laténcia despend de la velocitat de rotacion dei platèus. Es una mesura de la durada necessària per trobar l'endrech d'estocatge de l'informacion sus un platèu.
* lo temps de posicionament designa la durada necessària que met una tèsta per agantar lo cilindre chausit.
* lo temps de transferiment representa la durada necessària au transferiment entre lo disc e l'ordinator. Despend fòrça de l'interfàcia.
Lo temps de transferiment totau es la soma dei temps precedents. Pasmens, l'ajust d'una memòria viva sus lo contrarotlaire permet d'aumentar lei performàncias. D'efiech, aquela memòria es emplida per leis informacions que seguisson normalament lei premiereis informacions demandadas.

### Capacitat e compression

La capacitat d'un disc dur designa l'espaci disponible per estocar de donadas sus lei platèus. Despend dau nombre de platèus, dau nombre de tèstas, dau nombre de sectors sus lei platèus e dau nombre d'octets dins cada sector. D'un biais aproximatiu, es egala au produch entre aquelei paramètres.

La compression de disc es una tecnica qu'aumenta la quantitat d'informacions susceptiblas d'èsser estocadas sus un disc dur. Èra fòrça utilizada dins lo corrent deis ans 1990 quand la capacitat èra limitada a 20-80 Mo. Per aquò, un logiciau especializat crea un disc dur virtuau que permet d'estocar l'informacion compressada. Aquò permet de redurre l'espaci ocupat per lei donadas e, generalament, de lei gropar a un meteis endrech sus lo disc. Un inconvenient es la dificultat de desinstallar de fichièrs representant un volum non compressat pus important que la capacitat totala dau disc.

### Fisabilitat

thumb|right|Disc dur daumatjat per un contacte dirècte entre una tèsta e la superficia magnetica d'un disc.

La fisabilitat d'un disc dur es exprimida per un paramètre dich « interval mejan entre doas panas » qu'es sovent abreujat per la sigla MTBF. Sa valor se situa generalament entre  e  h. Pasmens, sa significacion deu èsser precisada. D'efiech, per un modèl donat, es sovent teoria car lei fabricants la calculan a partir dei donadas reculhidas sus lei modèls precedents. De mai, lei panas consideradas son d'eveniments grèus que necessitan una reparacion dau disc e lei disfoncionaments mens grèus, mai que pòdon trebolar lo foncionament esperat de l'aparelh, intran pas dins lo calcul. Enfin, coma lei discs durs son rarament reparats, l'interval mejan es en realitat puslèu una durada avans la premiera pana.

La raretat dei reparacions es la consequéncia de la complexificacion creissenta dei discs. D'efiech, la dubertura d'un disc deu aver luòc dins un environament espòussetat per defugir l'intrada de poussa. A temps, la distància entre la tèsta e lo disc èra de quauquei desenaus de micromètres e lei filtres necessaris per protegir lei salas de reparacion èran relativament simples. Uei, la distància es de l'òrdre de quauquei desenaus ò centenaus de nanomètres. Lei sistèmas d'aeracion dei salas de produccion e de reparacion dei discs requièron donc desenant de filtres sofisticats per blocar una gròssa quantitat de particulas. Son ansin vengudas mai e mai costosas e raras.

### Còst

Lo còst de fabricacion dau disc es tanben un critèri important de performança. D'un biais generau, lo còst de l'estocatge es a demenir. En 1957, lo premier disc dur comerciau prepausava 5 Mo per un pretz de  $. En 1982, èra possible de crompar un disc de 10 Mo per  $. Pasmens, a partir d'aqueu periòde, lo pretz s'afondrèt rapidament amb la generalizacion dei discs durs dins leis ordinators personaus. Aquò permetèt de comercializar de discs aguent una capacitat d'estocatge de 500 Go per 140 $. En 2022, de pretz d'aperaquí 14,4 $/Tb èran normaus.

## Annèxas

### Liames intèrnes

* Disc electronic.
* Disqueta.
* Estocatge dei donadas.
* Ferrita.
* IBM.
* Informacion.
* Magnetisme.
* Magnetoresisténcia giganta.
* Memòria de massa.
* Memòria viva.
* Ordinator.
* Tecnologias de l'informacion.


### Bibliografia

**Bibliografia sus lei sistèmas d'enregistrament :**

* **[[anglés|(en)]]** Eric Daniel e Denis C. Mee, *Magnetic Recording: The First 100 Years*, IEEE Press, 1999.
* **[[anglés|(en)]]** Bruce Jacob, David Wang, Spencer Ng, *Memory Systems. Cache, DRAM, Diskp*, Elsevier Science, 2010.
* **[[francés|(fr)]]** Pierre Camille Lacaze e Jean-Christophe Lacroix, *Mémoires électroniques. Concepts, matériaux, dispositifs et technologies*, ISTE Editions, 2014.
* **[[anglés|(en)]]** S. N. Piramanayagam e Tow C. Chong, *Developments in Data Storage. Materials Perspective*, Wiley, 2011

**Bibliografia generala sus lo foncionament generau d'un ordinator :**
* **[[francés|(fr)]]** Scott Mueller, *Le PC. Architecture, maintenance et mise à niveau*, Pearson, 2008.

**Bibliografia sus l'istòria generala de l'informatica :**
* **[[francés|(fr)]]** Emmanuel Lazard e Pierre Mounier-Kuhn, *Histoire illustrée de l'informatique*, EDP sciences, 2 edicion, 2019.
* **[[francés|(fr)]]** Henri Lilen, *La belle histoire des révolutions numériques électronique, informatique, robotique, internet, intelligence artificielle*, De Boeck supérieur, 2019.
* **[[anglés|(en)]]** Emerson W. Pugh, Lyle R. Johnson e John H. Palmer, *IBM's 360 and Early 370 Systems*, MIT Press, 1991, p. 266.

### Nòtas e referéncias