Les différents supports physiques

Les différents supports physiques
Les supports optiques

Les disques compacts sont aujourd’hui utilisés dans de nombreuses situations. C’est un support de stockage peu onéreux pouvant stocker de la musique, des vidéos et même des jeux vidéo. Sa capacité de stockage est aujourd’hui largement dépassée par les mémoires flash et disques dur.

Un disque optique est composé d’une matière réfléchissante composée de creux et de bosse. En langage machine (binaire), les creux correspondent au 0 et les bosses au 1. Dans un lecteur optique, deux rayons laser sont émis. Une lentille fait converger ces rayons de manière à le focaliser à la hauteur d’une bosse. Le disque réfléchi la lumière qui est récupérée par un capteur (à la manière d’une fibre optique) qui retranscrit l’intensité de la lumière en données binaires. En effet, le point focal étant à la hauteur d’une bosse, l’intensité de la lumière réfléchie sera nettement supérieure à l’intensité réfléchie dans un creux. Le disque tourne rapidement dans le lecteur et le laser se déplace de manière à pouvoir lire et retranscrire l’intégralité du disque.

Au fil du temps, différents types de disques optiques ont vu le jour notamment :

·         Le CD : Un des premiers disques optiques, permet de stocker actuellement 700Mo de données, un volume énorme à l’époque en 1982.

·         Le DVD : Reprend le même principe que le CD mais les bosses et les creux sont bien plus petits grâce à la précision des lasers augmentant ainsi la capacité à environ 4,7Go soit 4700Mo de données.

·         Le DVD Vierge : C’est un DVD classique lisse sans aucune bosse ou creux. Ainsi, à l’aide d’un graveur doté d’un laser plus puissant, il est possible pour les particuliers de graver sur un DVD leurs propres données. Pour cela, le laser augmente son intensité afin de faire fondre la matière du disque et ainsi créer de nouvelles bosses ou creux.

·         Le DVD Réinscriptible : Il s’agit d’une variante du DVD classique. La grande nouveauté est de pouvoir graver des données puis effacer le disque pour graver de nouvelles données. Le disque possède pour cela une couche réfléchissante ainsi qu’une couche de cristaux pouvant suivant l’intensité du laser devenir transparente (creux) ou opaque (bosse). Il faut pour cela un graveur compatible.

·         Le DVD Double Couche : C’est un disque plus particulier. Il possède deux couches de creux et de bosses. On peut dire que c’est une sorte de DVD superposé. L’avantage est de pouvoir doubler la quantité de données pouvant être stockée allant jusqu’à une capacité de 8,5Go (8500Mo). Pour cela, il faut un lecteur doté d’une lentille capable de modifier le point focal de manière à pouvoir lire la deuxième couche de manière transparente pour l’utilisateur.

·         Le DVD Double Face : C’est un simple DVD écrit des deux côtés. On peut ainsi y stocker deux fois plus d’informations. Cette technique peut être couplé à la technologie double couche permettant en théorie de multiplier par 4 la capacité d’un DVD classique.

·         Le Blu-Ray : On est toujours sur le même principe de « bosses et de creux » mais alors que le CD et DVD utilisent un laser rouge d’une longueur d’onde de 650nm, les lecteurs Blu-ray emploient un laser bleu/violet de 405nm. Cela augmente la précision et permet de créer des creux et bosses microscopiques, permettant de ce fait de stocker une plus grande quantité d’informations (25Go environ soit 25 000Mo).

Malheureusement, la surface des disques optiques étant une matière organique, celle-ci se décompose au fil du temps et un DVD, même très bien conservé n’est en général plus lisible au bout d’une dizaine d’années.

Les mémoires flash et RAM

Les mémoires flash et RAM sont des mémoires électroniques utilisées dans les ordinateurs (RAM), cartes mémoires (SD/Micro-SD), clé USB ou disques SSD. Elles se présentent comme une carte électronique. Néanmoins, les techniques employées ne sont pas les mêmes pour tous ces supports.

Dans les barrettes de RAM utilisées dans les ordinateurs, il s’agit de stocker des charges électriques. Un condensateur retient une charge d’électrons qui représente des bits (0 et 1). Un transistor s’occupe de laisser passer ou non la charge pour lire ou écrire des données.

Néanmoins, chaque lecture laisse passer les électrons et vide le condensateur. Il faut donc après chaque lecture réinscrire la donnée dans le condensateur. De la même manière, le condensateur n’est pas « étanche » et finit par se vider de ses charges électriques. Il faut donc l’alimenter régulièrement en électricité, c’est pour cela que la mémoire RAM ne peut conserver des données une fois l’ordinateur arrêté.

Ces couples de transistor et condensateurs sont microscopiques et extrêmement nombreux sur la barrette de RAM. Cette mémoire est entièrement électronique et extrêmement rapide, les ordinateurs les utilisent durant leur fonctionnement pour stocker toutes sortes de données temporaires essentielles et nécessitant un accès rapide.

Les mémoires flash fonctionnent sur le même principe : celui de retenir une charge d’électrons. Néanmoins, il n’y a cette fois aucun condensateur mais un transistor d’un type particulier dit « à grille flottante ». Cette grille a pour particularité de pouvoir conserver une charge électrique sur une longue période. Les fabricants estiment cette période à un siècle.

Le transistor joue donc à la fois le rôle de réservoir et de porte permettant l’accès aux données. La grille empêche une fois chargée de faire passer le courant dans le transistor. De cette manière, en vidant ou chargeant la grille, il est possible de maitriser le passage du courant par le composant. Si le courant traverse la grille, c’est l’équivalent d’un binaire 1, sinon c’est un 0. C’est ce principe qui est employé dans les SSD, cartes mémoires et clé USB.

Grâce aux progrès technologiques, il est possible de stocker plusieurs bits dans un seul transistor et la miniaturisation de la taille des composants a permis la création de mémoires beaucoup plus denses et d’une grande capacité.

Attention cependant, la grille flottante finit par perdre son efficacité au bout de quelques milliers d’écritures et lectures. Ainsi, certains transistors arrêtent de fonctionner au bout d’un certain temps. Cela dit, les SSD modernes savent répartir les données de manière uniforme et condamner certains transistors dont la grille ne fonctionne plus sans perdre de données.

Les disques-dur magnétiques

Les disques durs magnétiques (traditionnels) sont utilisés sur la majeur partie des ordinateurs. Bien que de plus en plus remplacés par les SSD, ils restent un des supports de stockage les plus fiables utilisés dans les serveurs internet et baies de stockage.

Un disque dur est hermétiquement enfermé dans un caisson métallique car toute poussière ou particule pourrait endommager le système, il doit donc être à l’abri.

Le système est simple, un disque métallique est au centre du dispositif. Une tête de lecture pilotée par un moteur va bouger sur le disque. La tête ne doit pas être en contact avec le disque métallique. C’est pourquoi celui-ci tourne rapidement (environ 7200 t/min) ce qui crée un « vent » de 250km/h permettant à la tête de lecture d’être sur un coussin d’air entre 0.2 et 0.5µ de la surface du disque. De plus, la rotation du disque couplée à la possibilité de bouger de la tête de lecture permet de couvrir l’intégralité du disque.

La tête de lecture contient des électroaimants qui peuvent polariser la surface du disque ou mesurer le champ magnétique afin de restituer les données binaires. Lors de l’arrêt, les têtes doivent être bougées à l’extérieur du disque afin d’éviter tout risque de démagnétisation. C’est pour cela qu’il est déconseillé de débrancher sauvagement un disque dur car la tête peut se retrouver sur des données écrites et les corrompre accidentellement.

Cette technique de magnétisation est utilisée dans les casssettes et autres bandes magnétiques mais ces supports étant obsolètes et pratiquement plus utilisés, il est hors sujet d’en parler ici bien que le principe soit toujours de polariser une bande magnétique.

Pour augmenter la capacité des disques dur, la plupart d’entre eux empilent plusieurs disques magnétiques avec plusieurs têtes de lectures reliées entre elles. Elles bougent en même temps et seule une tête peut écrire ou lire à la fois.

Néanmoins, leur durée n’est pas éternelle. Une étude de Google qui utilise un nombre phénoménal de disques dur pour leurs serveurs affirme qu’un disque dur peut défaillir à n’importe quel moment et que sa durée de vie moyenne est d’environ 5ans, ils sont en général remplacés au bout de 4ans.