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Organisation des données et système d'exploitation

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Le disque dur | Le Formatage des données | Les système d'exploitation

Dans ce prosit nous expliquerons comment les données sont stockées dans un système informatique du branchement des unités de stockage (disque dur) a leur préparation (système de donnée utilisé = fat 16, FAT 32 , NTFS). Nous aborderons également les systèmes d'exploitations.

Le Disque dur

 

Notion de base

Définitions : Un disque dur est un périphérique de stockage magnétique.
Le disque dur est l'organe servant à conserver les données de manière permanente, contrairement à la mémoire vive, qui s'efface à chaque redémarrage de l'ordinateur, c'est la raison pour laquelle on parle parfois de mémoire de masse pour désigner les disques durs.
Le disque dur est relié à la carte mère par l'intermédiaire d'un contrôleur de disque dur faisant l'interface entre le processeur et le disque dur. Le contrôleur de disque dur gère les disques qui lui sont reliés, interprète les commandes envoyées par le processeur et les achemine au disque concerné. On distingue généralement les interfaces suivantes :

Avec l'apparition de la norme USB, des boîtiers externes permettant de connecter un disque dur sur un port USB ont fait leur apparition, rendant le disque dur facile à installer et permettant de rajouter de la capacité de stockage pour faire des sauvegardes. On parle ainsi de disque dur externe par opposition aux disques durs internes branchés directement sur la carte mère, mais il s'agit bien des mêmes disques, si ce n'est qu'ils sont connectés à l'ordinateur par l'intermédiaire d'un boîtier branché sur un port USB.
Disque dur a interface IDE, ATA ou SCSI : Les disques durs IDE sont utilisés depuis les ordinateurs à base de 80286, même si la norme a déjà été revue plusieurs fois depuis.
Le disque dur est géré par un contrôleur, les deux doivent être de même type. Par contrôleur IDE, on peut installer 2 disques, un maitre (master) et un esclave (slave) via un câble en nappe, à condition de configurer des petits pontages sur le disque dur Les disques durs se dénomment C:, D:, E: , … Le(s) lecteur(s) CD-ROM prend (prennent) les dernières lettres. Ceci oblige souvent à reconfigurer les programmes qui utilisent les CD-ROM en permanence lorsque l'on installe un deuxième disque dur. Ceux-ci utilisant lors de l'installation la lettre désignant le CD par défaut. Ceci n'est plus valable en Windows 2000 ou Windows XP mais chaque disque peut être paramétré avec une lettre unique. Les disques durs d’interfaces SCSI (Small Computer System Interface) ont plus d’avantage par rapport au Disque dur IDE :

Tout ceci explique que les vitesses soient plus élevées qu'en IDE (même à taux de transfert équivalent), avec des prix qui varient en même temps.
Les disques durs ATA ont connus plusieurs évolutions :

Mais comment sa marche un disque dur ?

Un disque dur est constitué non pas d'un seul disque, mais de plusieurs disques rigides (en anglais hard disk signifie disque dur) en métal, en verre ou en céramique, empilés à une très faible distance les uns des autres et appelés plateaux (en anglais platters).

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Les disques tournent très rapidement autour d'un axe (à plusieurs milliers de tours par minute actuellement) dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Un ordinateur fonctionne de manière binaire, c'est-à-dire que les données sont stockées sous forme de 0 et de 1 (appelés bits). Il existe sur les disques durs des millions de ces bits, stockés très proches les uns des autres sur une fine couche magnétique de quelques microns d'épaisseur, elle-même recouverte d'un film protecteur.
La lecture et l'écriture se fait grâce à des têtes de lecture (en anglais heads) situées de part et d'autre de chacun des plateaux. Ces têtes sont des électro-aimants qui se baissent et se soulèvent pour pouvoir lire l'information ou l'écrire. Les têtes ne sont qu'à quelques microns de la surface, séparées par une couche d'air provoquée par la rotation des disques qui crée un vent d'environ 250km/h ! De plus ces têtes sont mobiles latéralement afin de pouvoir balayer l'ensemble de la surface du disque.
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Cependant, les têtes sont liées entre elles et seulement une seule tête peut lire ou écrire à un moment donné. On parle donc de cylindre pour désigner l'ensemble des données stockées verticalement sur la totalité des disques.
L'ensemble de cette mécanique de précision est contenu dans un boîtier totalement hermétique, car la moindre particule peut détériorer la surface du

disque. Vous pouvez donc voir sur un disque des opercules permettant l'étanchéité, et la mention "Warranty void if removed" qui signifie littéralement "la garantie expire si retiré" car seuls les constructeurs de disques durs peuvent les ouvrir (dans des salles blanches, exemptes de particules).
Les têtes de lecture/écriture sont dites « inductives », c'est-à-dire qu'elles sont capables de générer un champ magnétique. C'est notamment le cas lors de l'écriture : les têtes, en créant des champs positifs ou négatifs, viennent polariser la surface du disque en une très petite zone, ce qui se traduira lors du passage en lecture par des changements de polarité induisant un courant dans la tête de lecture, qui sera ensuite transformé par un convertisseur analogique numérique (CAN) en 0 et en 1 compréhensibles par l'ordinateur.

Les têtes commencent à inscrire des données à la périphérie du disque (piste 0), puis avancent vers le centre. Les données sont organisées en cercles concentriques appelés « pistes », créées par le formatage de bas niveau.
Les pistes sont séparées en quartiers (entre deux rayons) que l'on appelle secteurs, contenant les données (au minimum 512 octets par secteur en général).
On appelle cylindre l'ensemble des données situées sur une même piste sur des plateaux différents (c'est-à-dire à la verticale les unes des autres) car cela forme dans l'espace un "cylindre" de données.

Comment le/les brancher ?

Les différentes positions possibles du jumper sont les suivantes :

- Maître (Master) : Il existe plusieurs variantes du mode Maître, notamment le "Single Master" (maître unique) qui indique que votre périphérique est déclaré en maître et qu'il n'existe aucun autre périphérique esclave sur la même nappe, contrairement au "Master with Slave Present" indiquant justement que la nappe IDE supporte un autre périphérique réglé en position esclave. -

-Esclave (Slave) : un périphérique esclave ne peut être branché que sur une nappe déjà connectée à un périphérique maître. -

-Sélection par câble (Câble Select : CS) : il s'agit d'un mode un peu particulier qui est à déconseiller. Ce mode permet de laisser le choix Maître/Esclave à la charge du PC qui effectuera le test à chaque démarrage. En pratique, il s'avère que ce mode peut amener des problèmes de reconnaissance de vos périphériques.

Conventions :Deux périphériques d'une même nappe ne peuvent être tous les deux réglés dans un même mode (sauf en position"Câble Select"). Deux périphériques en mode Master sur une même nappe bloqueront par exemple le démarrage de votre PC. D'autre part, il est tout à fait possible de ne mettre qu'un seul périphérique sur le port IDE primaire et deux sur le port secondaire. L'inverse est bien entendu également valable. Enfin, un périphérique seul sur une nappe IDE, qu'il soit relié au port primaire ou secondaire, est toujours paramétré en mode maître.

Remarque : Par convention le disque dur principal, sur lequel est installé votre système d'exploitation est toujours le périphérique maître relié au port IDE primaire (IDE0 ou IDE1 selon votre carte mère). En effet, lorsque votre ordinateur démarre, il scrute ce port afin de trouver sur le périphérique maître les informations sur le système d'exploitation qui permettront de continuer son chargement.

Configuration de votre périphérique IDE : Une étiquette de configuration est généralement apposée sur le coffret du disque dur ou du périphérique avec la manière de positionner son cavalier en fonction du mode souhaité. (Master, Slave, Câble Select). Si aucune étiquette n'est présente, l'indication des pins à relier se trouve généralement sérigraphiée au dessus de la broche de configuration.

Il suffit alors de positionner le cavalier de votre périphérique à la position indiquée.

Le Formatage des données

Le système de fichiers (FAT 16 ou FAT 32) détermine la taille et le nombre de CLUSTERS d’un lecteur

Le système de fichier (FAT, FAT 32, NTFS, etc.…) correspond au type d’organisation du disque dur.

Le système de fichiers FAT 32 (qui est spécifique à WINDOWS 98) permet de gérer jusqu’à 2 GIGA Octets de données dans une même partition (c’est ce que le logiciel de partitionnement appèle la gestion des disque de grande capacité), parce qu’une valeur de 32 bits est utilisée pour l’adressage mémoire des clusters. Le nombre maximal de clusters sous FAT 32 est de 4 294 967 296, la taille d’un cluster est alors de 32 Ko, et la taille maximale du lecteur est de 2 TERRA Octets.

Plus les clusters sont petits et moins l’espace est gaspillé (l’enregistrement d’un fichier occupe au moins un CLUSTER), ce qui offre la meilleure occupation de l’espace, mais ce qui ralentit la lecture d’une information (un fichier est enregistré dans un plus grand nombre de clusters quand ceux-ci sont de petites tailles).

Le tableau de la taille des clusters

La taille des clusters dépend de la taille du lecteur et du système de fichiers (FAT) :

Système de Fichiers FAT 16 et VFAT
Taille du lecteur Taille des clusters
Jusqu’à 32 Mo 512 Octets = 1 secteur
De 32 à 63 Mo 1 024 Octets (1 Ko) = 2 secteurs
De 64 à 127 Mo 2 048 Octets (2 Ko) = 4 secteurs
De 128 à 255 Mo 4 096 Octets (4 Ko) = 8 secteurs
De 256 à 511 Mo 8 192 Octets (8 Ko) = 16 secteurs
De 512 à 1 023 Mo 16 384 Octets (16 Ko) = 32 secteurs
De 1 024 à 2 048 Mo 32 768 Octets (32 Ko) = 64 secteurs

Système de Fichiers FAT 32
Taille du lecteur Taille des clusters
Jusqu’à 260 Mo (MEGA Octets) 512 Octets
De 260 Mo à 8 Go (GIGA Octets) 4 096 Octets (4 Ko)
De 8 à 16 Go 8 192 Octets (8 Ko)
De 16 à 32 Go 16 384 Octets (16 Ko)
A partir de 32 Go 32 768 Octets (32 KO)




Les erreurs de FAT

Plusieurs types d’erreurs peuvent se produire en relation avec la FAT.

Les erreurs de chaînage des fichiers se produisent souvent quand l’ordinateur est réamorcé alors qu’il était en train d’enregistrer des fichiers.

Les erreurs de chaînage sont de deux sortes :
  • Les « groupes perdus » sont un chaînage qui n’est plus référencé dans la FAT.
  • Les « références croisés » sont des chaînages différents qui ont la même référence dans la FAT.
Les erreurs de chaînage constituent un disfonctionnement de la FAT (la table d’allocation des fichiers qui est organisée selon les règles du système de fichier qui a été choisi lors du formatage). La fat est une base de données qui référence les fichiers et leur lieu de stockage respectif sur le disque. La taille des fichiers est généralement supérieure à la taille des « unités d’allocation » (CLUSTER en anglais ou blocs) définie par le système de fichier. Ainsi, les fichiers ont généralement besoin de plusieurs CLUSTERS pour être entièrement enregistrés.La FAT référence le nom du fichier, sa taille, ses attributs, sa place dans l’arborescence du disque et l’adresse de la première unité d’allocation qui le compose. L’ensemble des CLUSTERS d’un même fichier forme un groupe d’unités d’allocation qui sont chaînés entre eux, afin de pouvoir tous les identifier les uns après les autres. C’est ce qui s’appèle le « chaînage des fichiers ». Les erreurs de chaînage signifient que le fichier est inaccessible ou incomplet.

Le formatage et la FAT

Il existe de sortes différentes de formatage :
  • Le formatage de bas niveau
  • Le formatage haut niveau.
Le formatage de bas niveau est un formatage complet qui crée la structure du disque (le nombre de pistes et la taille des secteurs), et qui crée la table d’allocation des fichiers (la FAT).

Le formatage de haut niveau est un formatage simple et plus rapide qui ne crée que la table d’allocation des fichiers (FAT).

Un disque est construit avec une capacité maximale calculée en octets. La capacité totale d’un disque peut être divisée en lecteur, c’est le partitionnement du disque. Chaque lecteur, ou chaque partition, est ensuite organisés selon les règles du système de fichier choisis lors du formatage de bas niveau.

Le formatage de bas niveau consiste à créer un système de repère dont dépendra le classement et l’enregistrement des données. Un disque ne peut pas être utilisé sans formatage de bas niveau, cette opération prépare et organise le disque afin qu’il puisse enregistrer et restituer des données. Le formatage de bas niveau structure la surface des plateaux d’un disque en fonction des règles d’un système de fichiers. Le formatage de bas niveau divise un lecteur en pistes et en secteurs, et y écrit une en-tête qui est utilisée par le système d’exploitation pour localiser les fichiers qui y seront enregistrés.

Les Systèmes d'exploitation

Il en existe plusieurs, voici les trois systèmes d’exploitations les plus connus.

Le système d’exploitation est en fait chargé d’assurer la liaison entre les ressources matérielles, l’utilisation et les applications. Le système d’exploitation joue le rôle de centre dans l’ordinateur, toutes les informations passe par lui , il n’est donc pas nécessaire a une ressource matérielle d’envoyer directement les informations vers un périphérique mais il passe par le système d’exploitation qui s’en chargera lui-même.
Le système d’exploitation a divers role dans l’ordinateur :

  • Gestion du processeur : le système d'exploitation est chargé de gérer l'allocation du processeur entre les différents programmes grâce à un algorithme d'ordonnancement. Le type d'ordonnanceur est totalement dépendant du système d'exploitation, en fonction de l'objectif visé.
  • Gestion de la mémoire vive : le système d'exploitation est chargé de gérer l'espace mémoire alloué à chaque application et, le cas échéant, à chaque usager. En cas d'insuffisance de mémoire physique, le système d'exploitation peut créer une zone mémoire sur le disque dur, appelée «mémoire virtuelle». La mémoire virtuelle permet de faire fonctionner des applications nécessitant plus de mémoire qu'il n'y a de mémoire vive disponible sur le système. En contrepartie cette mémoire est beaucoup plus lente.
  • Gestion des entrées/sorties : le système d'exploitation permet d'unifier et de contrôler l'accès des programmes aux ressources matérielles par l'intermédiaire des pilotes (appelés également gestionnaires de périphériques ou gestionnaires d'entrée/sortie).
  • Gestion de l'exécution des applications : le système d'exploitation est chargé de la bonne exécution des applications en leur affectant les ressources nécessaires à leur bon fonctionnement. Il permet à ce titre de «tuer» une application ne répondant plus correctement.

 

  • Gestion des droits : le système d'exploitation est chargé de la sécurité liée à l'exécution des programmes en garantissant que les ressources ne sont utilisées que par les programmes et utilisateurs possédant les droits adéquats.
  • Gestion des fichiers : le système d'exploitation gère la lecture et l'écriture dans le système de fichiers et les droits d'accès aux fichiers par les utilisateurs et les applications.
  • Gestion des informations : le système d'exploitation fournit un certain nombre d'indicateurs permettant de diagnostiquer le bon fonctionnement de la machine.