Une discussion tr�s compl�te sur les technologies des disques durs pour compatibles PC se trouve �: The Enhanced IDE/Fast-ATA FAQ Elle est aussi r�guli�rement post�e dans les forums Usenet. On ne pr�sentera ici que ce qui est indispensable � la compr�hension de la suite.
C'est l'appareil o� vos donn�es sont physiquement enregistr�es, et bien que le syst�me d'exploitation peut les rendre similaires � l'usage, il en existe des types tr�s diff�rents. On ne parlera pas des disquettes, sauf dans une prochaine version si beaucoup de monde le r�clame.
Un disque dur est constitu� d'un ou plusieurs plateaux tournants qui contiennent des donn�es lues et �crites par des capteurs. Les capteurs sont fixes les uns par rapport aux autres et les transferts de donn�es ont donc lieu en m�me temps sur tout les plateaux, ce qui d�finit un cylindre de pistes. Le disque est aussi divis� en secteurs.
On sp�cifie la g�om�trie d'un disque avec trois nombres: le nombre de Cylindres, de T�tes et de Secteurs. En anglais CHS pour cylinders, heads, and sectors.
Il y un certain nombre de conversions entre:
En pratique c'est une source de confusion importante. Voir le Large Disk mini-HOWTO
La technologie du m�dium employ� d�termine des param�tres importants comme le taux de lecture/�criture, le temps moyen d'acc�s, la capacit� et le fait d'�tre en lecture seule ou non.
C'est le m�dium le plus courant pour la m�moire de masse. Habituellement c'est la technologie la plus rapide et elle est en lecture/�criture. Le plateau tourne avec une vitesse angulaire constante (CAV) avec une densit� physique des secteurs variable. Le nombre de bits par unit� de longueur reste constant tandis que le nombre de secteurs logiques par piste varie.
Des valeurs typiques de vitesse angulaire sont 4500 et 5400 tr/min, mais on trouve aussi 7200 et des disques � 10000 tr/min ont fait r�cemment leur apparition sur le march�. Le temps d'acc�s est d'environ 10 ms et les taux de transferts entre 4 et 40 Mo/s. Il faut se rappeler que les disques les plus rapides sont aussi ceux qui consomment le plus d'�lectricit� et chauffent le plus. Voir Chaleur et Consommation d'�nergie � ce sujet.
Notez bien qu'il y a plusieurs types de transferts qui sont mesur�s avec des unit�s diff�rentes. Le premier est le taux de transfert du plateau vers la m�moire cache du disque, mesur� en Mbit/s, qui vaut entre 50 et 250 Mb/s. Le second est entre le cache et l'adaptateur, il est mesur� en Moctets/s et vaut entre 3 et 40 Mo/s. (rappel: un octet = 1 B = 8 bits = 8 b)
Des disques optiques en lecture/�criture existent mais ils sont lents et peu r�pandus. Ils �taient utilis�s dans les machines NeXT mais tr�s critiqu�s pour leur faible vitesse. Celle-ci est due � la nature thermique du changement de phase qui mat�rialise l'enregistrement de donn�es. M�me avec des lasers assez puissants, les changements de phase sont plus lents qu'avec un champ magn�tique.
Les c�d�roms aussi sont de technologie optique, mais comme leur nom (ROM = Read Only Memory) l'indique, ils sont en lecture seule. Leur capacit� est d'environ 650 Mo, et le d�bit peut atteindre 1,5 Mo/s. Les donn�es sont sur une seule piste en spirale, on ne peut donc pas vraiment parler de g�om�trie pour ces disques. La densit� des donn�es est constante donc le lecteur utilise une vitesse lin�aire constante (CLV). Le temps d'acc�s est aussi plus lent, environ 100 ms, en partie � cause de la piste en spirale. Les lecteurs r�cents utilisent des vitesses angulaires constantes (CAV) � certains endroits du disque: cette technologie mixte CAV/CLV augmente le d�bit et r�duit le temps d'acc�s car il y a moins besoin d'acc�l�rer et de ralentir la vitesse angulaire (pour garder une vitesse lin�aire constante).
Un nouveau type de disque semblable au c�d�rom (le DVD) permettra jusqu'� 18 Go de stockage.
Cette technologie r�cente est surtout utilis�e dans les portables et les syst�mes embarqu�s. Ne contenant aucune partie mobiles ils sont tr�s rapides pour le taux de transfert comme pour le temps d'acc�s. Le type le plus courant est la m�moire vive "flashable" (flash-RAM) mais d'autre types de m�moire vive sont aussi utilis�s. Il y a quelques ann�es de grands espoirs se sont port�s sur la m�moire � bulles magn�tiques mais elle s'est av�r�e ch�re et pas pratique.
En g�n�ral les disques de m�moire vive sont une mauvaise id�e: mieux vaut mettre beaucoup de m�moire sur la carte m�re et laisser le syst�me d'exploitation la diviser en fichiers, cache, zone de programmes et de donn�es. Les disques de m�moire vive sont utiles seulement pour des usages tr�s sp�cifiques, comme des syst�mes temps r�el avec des d�lais tr�s courts.
La m�moire flash est aujourd'hui disponible par dizaines de Mo et on
pourrait �tre tent� de l'utiliser pour un stockage temporaire rapide
des donn�es. Mais il y a un os: on ne peut �crire sur de la
m�moire flash qu'un nombre assez limit� de fois. Mettre swap,
/tmp ou /var/tmp sur un p�riph�rique de ce genre
r�duirait drastiquement sa dur�e de vie. En
revanche il peut �tre int�ressant d'utiliser de la m�moire flash pour des
donn�es lues souvent et �crites peu souvent.
Pour augmenter la dur�e de vie il faudra des pilotes sp�ciaux qui minimisent le nombre de fois o� on doit effacer un bloc m�moire.
Cet exemple montre bien l'int�r�t qu'il y a � s�parer l'arborescence des fichiers entre plusieurs p�riph�riques.
Les lecteurs � �tat solide n'ont pas d'adressage pas cylindre/t�te/secteur mais cette g�om�trie est simul�e par le pilote: ainsi de l'ext�rieur ils se comportent exactement comme un disque dur.
Il y a une pl�thore d'interfaces dans une gamme de prix tr�s �tendue. La plupart des cartes-m�res comprennent une interface IDE ou mieux, la puce Triton d'Intel sur bus PCI qui est tr�s r�pandue aujourd'hui. Beaucoup de cartes-m�res ont aussi une puce d'interface SCSI fabriqu�e par Symbios (nouveau nom de NCR) et directement connect�e au bus PCI. V�rifiez ce que vous avec et ce que le BIOS de voter carte-m�re supporte.
Il fut un temps o� c'�tait la technologie incontournable, un temps o� 20 Mo c'�tait le bout du Monde. Ces interfaces dinausoresques sont d'un lenteur comique compar� � ce qui se fait aujourd'hui. Linux les supporte mais vous seriez bien avis� de vous demander ce que vous voulez mettre dessus. On peut bien s�r penser qu'une partition de secours avec un DOS potable dessus est toujours utile.
En fait, ESDI est une adaptation de l'interface SMD, tr�s utilis�e sur les "gros" ordinateurs, avec le c�blage de l'interface ST506, plus pratique que les 60 + 26 broches du connecteur SMD. L'interface ST506 �tait tr�s nulle et d�pendait compl�tement du contr�leur et du processeur pour faire les calculs de t�te/cylindre/secteur et garder une trace de la position de la t�te, etc. L'interface ST506 exigeait du contr�leur qu'il g�re de fa�on d�taill�e les param�tres physique du lecteur et le formatage des pistes, bit par bit. Ce genre d'interface a v�cu 10 ans si on compte les variantes MFM, RLL, ERLL et ARLL. ESDI, d'un autre c�t�, �tait "intelligente": le contr�leur avait souvent trois ou quatre puces pour un seul disque, et il y avait un langage de haut niveau pour formater une piste, rechercher et transf�rer des donn�es. ESDI permettait d'utiliser une densit� d'enregistrement variable, ou beaucoup d'autres choses. Bien que pas mal de techniques de ESDI aient �t� incorpor�es � IDE, c'est SCSI qui a progressivement d�tr�n� ESDI.
Avec les progr�s de la miniaturisation, les contr�leurs, autrefois sur une carte ISA, ont �t� int�gr�s au disque et IDE (Integrated Drive Electronics) �tait n�. C'�tait simple, pas cher et assez rapide, si bien que les concepteurs du BIOS ont fix� une de ces limitations arbitraires dont l'informatique est pleine. Avec 16 t�tes et 1024 secteurs, la capacit� fut limit�e � 504 Mo. Dans la plus pure tradition de l'industrie informatique, cette limitation a �t� ensuite contourn�e par des bidouilles inf�mes dans le BIOS. En clair, vous devez lire tr�s attentivement la documentation de votre BIOS pour savoir de quand il date et quelle taille de disque il autorise. Heureusement avec Linux vous pouvez sp�cifier directement au noyau (donc sans avoir besoin de passer par le BIOS) les param�tres (CHS) du disque. La documentation de Lilo et de Loadlin d�taille comment le faire. IDE est synonyme d'ATA, AT Attachements. IDE utilise un programmes d'entr�es-sorties (PIO-mode) tr�s gourmand en temps de calcul qui monopolise le processeur principal. Le taux de transfert optimal (th�orique) est de 8,3 Mo/s. IDE ne permet pas l'acc�s direct � la m�moire (DMA)
Ces trois termes sont � peu pr�s �quivalents. fast-ATA et ATA-2 sont synonymes, mais EIDE comprend ATAPI. ATA-2 est ce qu'il y a de mieux actuellement, car plus rapide et autorisant l'acc�s direct � la m�moire (DMA). Le taux de transfert maximal est 16,6 Mo/s.
Ce nouveau mode DMA est � peu pr�s deux fois plus rapide que l'EIDE PIO-Mode 4. Deux disques avec et sans l'Ultra-DMA peuvent �tre mis sur la m�me nappe sans p�nalit� pour le plus rapide. L'interface Ultra-DMA est compatible au plus bas niveau (au niveau �lectrique) au Fast-ATA, y compris pour la longueur minimale des nappes.
ATAPI signifie ATA Packet Interface et a �t� con�u mettre des c�d�roms sur une interface IDE. Comme l'IDE, il est simple et pas cher.
SCSI signifie Small Computer System Interface et c'est une interface g�n�rique qu'on peut utiliser pour brancher des disques, des plateaux de disques, des imprimantes, des scanners, des graveurs de c�d�roms, ... Le nom est mal choisi dans la mesure o� c'est utilis� dans les PC haut de gamme et les stations. Elle convient aux environnements multi-t�che.
L'interface standard a 8 bits de large et peut g�rer 8 p�riph�riques. L'interface wide-SCSI a 16 bits de large (elle est donc deux fois plus rapide � la m�me fr�quence) et peut g�rer 16 p�riph�riques. La carte SCSI est toujours compt�e comme un p�riph�rique, habituellement avec le num�ro 7 (les autres �tant num�rot�s de 0 � 6). Le SCSI 32 bits existe aussi mais il demande en g�n�ral un ensemble de c�bles doubles.
L'ancien standard faisait 5 Mo/s et le nouveau (fast-SCSI) 10 Mo/s. L'ultra-SCSI, connu aussi sous le nom de fast 20, r�alise 20 Mo/s sur un bus 8 bits. Des voltages plus bas (LVD, pour Low Voltage Differential) permettent d'atteindre de plus grandes vitesses et d'utiliser des c�bles plus longs.
Le SCSI est plus rapide, mais plus cher que l'(E)IDE. On ne saurait assez insister sur l'importance de la terminaison et la qualit� des c�bles. Les disques SCSI sont aussi en g�n�ral de meilleure qualit� que les disques IDE. Souvent on peut les brancher et les d�brancher "� chaud" (sans couper l'alimentation), ce qui est surtout utile si on a plusieurs ordinateurs (pour pouvoir transporter les disques d'un ordinateur � un autre).
Parmi les documents � consulter sur le SCSI, le SCSI-HOWTO et la Foire Aux Questions (FAQ) SCSI sont vivement recommand�s.
Un autre avantage du SCSI est qu'on peut connecter facilement des lecteurs de DAT pour sauvegarder des donn�es, ainsi que certaines imprimantes ou scanners. Il est m�me possible de l'utiliser comme un r�seau ultra-rapide entre ordinateurs qui partagent des p�riph�rique SCSI. C'est cependant non-trivial en particulier pour assurer la coh�rence de la m�moire tampon des deux cartes SCSI.
Ce n'est pas un cours de hardware mais certaines informations sur les c�bles sont n�cessaires. Cette pi�ce si simple de l'�quipement est souvent la cause de bien des probl�mes. Aux vitesses actuelles il faut tenir compte de son imp�dance, et sans un minimum de pr�cautions on risque des dysfonctionnement ou bien la panne compl�te. Certains adaptateurs SCSI sont plus sensibles que d'autres � la qualit� des c�bles.
Les c�bles blind�s sont bien s�r meilleurs (ils sont prot�g�s des interf�rences �lectromagn�tiques) mais beaucoup plus chers. Avec un peu d'habilet� vous obtiendrez de bon r�sultats sur un c�ble non blind�.
C'est l'autre extr�mit� de l'interface du disque, la partie connect�e � un bus de la carte-m�re. La vitesse du bus doit �tre assez �lev�e pour ne pas �tre une limitation par rapport � celle du disque. Mettre une rang�e de disques RAID-0 sur une carde ISA serait du g�chis (car le bus ISA est trop lent). La plupart des machines actuelles ont un bus PCI 32 bits avec un d�bit de 132 Mo/s: dans un proche futur au moins, la vitesse du bus ne sera pas un facteur limitant sur ces machines.
Comme l'�lectronique a migr� vers l'int�rieur des disques, ce qui reste et qui constitue l'interface E(IDE) est ridiculement petit: souvent c'est int�gr� au contr�leur du bus PCI. Un adaptateur SCSI est plus complexe et comprend souvent un petit processeur: il est donc plus cher et n'est pas inclus dans le contr�leur PCI. En contrepartie, il d�charge le processeur de certains calculs lors des acc�s disque.
Certains adaptateurs SCSI comportent m�me une m�moire cache et de l'intelligence pour anticiper les d�cisions du syst�me d'exploitation. Mais le r�sultat d�pend fortement du syst�me d'exploitation utilis�. Linux a de son c�t� tant d'optimisations que le gain est souvent assez faible.
Mike Neuffer, qui a �crit les pilotes pour les contr�leurs DPT, assure que ces contr�leurs sont assez intelligents pour obtenir d'excellentes perfomances pourvu qu'ils aient suffisament de m�moire cache, et que les gens qui n'ont pas obtenu de gain de perfomances significatif avec des contr�leurs plus �labor�s n'utilisent pas assez bien le contr�leur.
Pour augmenter les performances globales il faut identifier les facteurs limitants et les �liminer. Dans certains cas, avec un grand nombre de disques connect�s, il est int�ressant d'avoir plusieurs contr�leurs travaillant en parall�le, aussi bien pour le SCSI que pour l'IDE (les cartes m�res ont souvent deux canaux IDE). Bien s�r Linux sait en tirer profit.
Certains contr�leurs RAID offrent 2 ou 3 canaux et c'est int�ressant de r�partir la m�moire de masse entre plusieurs canaux. Autrement dit, avec deux disques SCSI que vous voulez RAID-er et un contr�leur � deux canaux, placez un disque sur chaque canal.
On peut avoir du SCSI et du IDE sur la m�me machine, mais aussi plusieurs contr�leurs SCSI. V�rifiez dans le SCSI-HOWTO quels contr�leurs vous pouvez combiner. Sans doute vous devrez indiquer au noyau qu'il doit juste d�tecter un contr�leur au d�marrage (l'autre contr�leur sera d�tect� et utilis� plus tard). Voyez la documentation de Lilo et du SCSI pour plus de d�tails.
Les syst�mes � plusieurs contr�leurs peuvent offrir un gain de vitesse
appr�ciable si on configure bien les disques, sp�cialement en mode
RAID0. Pour bien parall�liser les disques et les contr�leurs, ajoutez les
disques dans le bon ordre pour le driver md. Si le contr�leur 1
est connect� aux disques sda et sdb et le contr�leur 2 aux
disques sdc et sdd, ajoutez les disques dans l'ordre
sda - sdc - sdb - sdd, ainsi une lecture ou �criture concernant
plus d'un cluster se r�partira le plus souvent sur 2 contr�leurs.
La m�me m�thode s'applique aux disques IDE. La plupart des cartes-m�res ont 4 ports IDE:
hda ma�tre primairehdb esclave primairehdc ma�tre secondairehdd esclave secondaireavec les deux disques primaires sur la m�me nappe, et les deux disques
secondaires sur l'autre nappe. Il faut donc les concat�ner dans
l'ordre hda - hdc - hdb - hdd afin de parall�liser au maximum
selon les deux canaux.
Les tables suivantes donnent des vitesses indicatives (rappel: il s'agit de vitesses th�oriques maximales).
IDE : 8.3 - 16.7
Ultra-ATA : 33
SCSI :
Largeur du bus (bits)
Vitesse du Bus (MHz) | 8 16 32
--------------------------------------------------
5 | 5 10 20
10 (fast) | 10 20 40
20 (fast-20 / ultra) | 20 40 80
40 (fast-40 / ultra-2) | 40 80 --
--------------------------------------------------
ISA : 8-12
EISA : 33
VESA : 40 (Parfois pouss� � 50)
PCI
Largeur de bus (bits)
Vitesse du Bus (MHz) | 32 64
--------------------------------------------------
33 | 132 264
66 | 264 528
--------------------------------------------------
C'est un sujet tr�s, tr�s d�licat et je ne m'engagerai que tr�s prudemment sur ce terrain min�. Il est tr�s difficile de faire des tests comparables et significatifs. Mais que �a ne d�courage pas ceux qui voudront essayer ...
On peut utiliser les benchmarks pour un diagnostic du syst�me, pour voir s'il est aussi rapide qu'il le devrait �tant donn� ses composantes. Ainsi en passant d'un syst�me de fichiers tout simple au RAID, vous attendrez une acc�l�ration significative, donc une perte de performances vous informera que quelque chose d�co^H^H^H^H ne va pas.
N'essayez pas de bricoler votre propre jeu de test, utilisez plut�t
iozone et bonnie, et lisez la documentation tr�s
attentivement. Plus d'info dans la prochaine version du HOWTO.
Le SCSI offre de meilleures performances que l'EIDE, mais cela se paye. La terminaison est plus complexe mais rajouter un disque n'est pas tr�s difficile. Avoir plus de 4 (plus de 2 dans certains cas) disques IDE peut �tre compliqu�, alors que le wide-SCSI supporte jusqu'� 15 disques par adaptateur (plus encore pour les contr�leurs multi-canaux).
Vous avez besoin d'un IRQ par contr�leur SCSI, chaque contr�leur pouvant g�rer jusqu'� 15 disques. En revanche, vous avez besoin d'un IRQ par disque IDE, ce qui peut g�n�rer des conflits.
RLL et MFM sont trop vieux, lents et malpratiques pour �tre d'un utilit� quelconque.
Le SCSI-3 est en pr�paration. Des disques plus rapides sont annonc�s, et r�cemment un sp�cification monstre � 80 Mo/s sur un bus de 16 bits a �t� propos�e.
Certains constructeurs ont annonc� des mat�riels SCSI-3 mais c'est pr�matur� car le standard n'est pas encore publi�. Le point de saturation du bus PCI se rapproche. Actuellement la limite du bus PCI 64 bits � 33 MHz est 256 Mo/s, mais les futurs bus � 66 MHz grimperont � 528 Mo/s.
Une autre tendance est que l'espace disque est de plus en plus grand. On peut actuellement mettre 55 Go sur un seul disque, mais c'est encore assez cher. Le meilleur rapport espace/prix se situe autour de 8 Go et augmente contin�ment. L'introduction du DVD aura un grand impact dans un futur proche, avec 20 Go sur un seul disque on peut envisager m�me l'image int�grale des plus grands sites FTP. La seule chose certaine est que m�me si les disques ne sont pas mieux, ils seront plus gros.
Note: J'avais �crit dans ce HOWTO que la vitesse maximale des c�d�roms �tait 20x � cause de probl�mes de stabilit� m�canique, mais peu apr�s le premier c�d�rom 24x �tait disponible ... actuellement vous pouvez acheter un 40x et sans aucun doute des vitesses sup�rieures seront atteintes.
A mon avis EIDE ou Utra-DMA est mieux pour commencer sur une machine personnelle, sp�cialement si vous utilisez MS-DOS. Si vous voulez �tendre votre syst�me plus tard ou l'utiliser comme serveur, il est fortement recommand� d'utiliser des disques SCSI. Actuellement le wide-SCSI est l�g�rement plus cher. Le SCSI standard a un bon rapport qualit�-prix. Il existe un bus SCSI diff�rentiel qui permet une plus grande longueur de c�ble, mais il est tellement plus cher qu'on ne doit pas le recommander aux utilisateurs normaux.
En plus des disques vous pouvez ajouter des scanners et des imprimantes sur un bus SCSI.
Gardez � l'esprit que toute extension de votre syst�me augmente la consommation d'�lectricit�, et assurez-vous que l'alimentation et le refroidissement restent suffisants. Beaucoup de disques SCSI ont une option de d�marrage en s�quence adapt� aux grands syst�mes. Voir aussi Chaleur et Consommation
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