Comment fonctionne un disque dur dans un ordinateur ?

Un disque dur, ou HDD, est un dispositif de stockage non volatil : il conserve les fichiers même lorsque l’ordinateur est éteint. À la différence d’un SSD, qui enregistre les données dans des mémoires électroniques sans pièces mobiles, il s’appuie sur un ensemble mécanique composé de plateaux magnétiques en rotation et d’une tête de lecture-écriture. Les informations numériques sont ainsi conservées sous la forme de modifications magnétiques extrêmement petites à la surface des plateaux.

Les composants du disque dur

À l’intérieur de son boîtier, un disque dur contient un ou plusieurs plateaux circulaires rigides, recouverts d’une fine couche magnétique. Ils sont fixés sur un axe central entraîné par un moteur, appelé spindle, qui les fait tourner à vitesse constante. Un bras mobile porte les têtes de lecture et d’écriture et les déplace radialement au-dessus des plateaux. Il y a généralement une tête pour chaque surface utilisée. En fonctionnement normal, les têtes ne touchent pas les plateaux : la rotation crée un très mince coussin d’air qui les maintient à faible distance de la surface. Cette sustentation aérodynamique ne doit pas être confondue avec une sustentation magnétique.

L’écriture des données

Pour enregistrer une information, la tête d’écriture produit un champ magnétique localisé qui modifie l’orientation de petites zones aimantées dans la couche du plateau. Ces zones, appelées domaines ou régions magnétiques, sont organisées selon un codage interprété par l’électronique du disque afin de représenter des bits, c’est-à-dire des 0 et des 1. Les bits ne correspondent pas nécessairement de façon simpliste à un pôle nord ou à un pôle sud : c’est l’état magnétique et, selon la technologie employée, les variations entre zones qui servent au codage. Les données sont disposées selon une organisation physique comprenant notamment des pistes et des secteurs, tandis que le système d’exploitation les manipule sous la forme de blocs logiques et de fichiers.

La lecture et le déplacement de la tête

Lors d’une lecture, la tête détecte les variations du champ magnétique présentes sur la surface du plateau. Son élément de lecture, notamment magnétorésistif dans les disques modernes, transforme ces variations en signaux électriques. Le contrôleur électronique du disque décode ensuite ces signaux, vérifie les données et les transmet à l’ordinateur par l’interface de stockage. Pour atteindre une information, le bras doit d’abord positionner la tête sur la bonne piste, puis le moteur doit attendre que le secteur recherché passe sous celle-ci. Ce déplacement et cette attente constituent une part importante du temps d’accès aux données.

Capacité et performances

La rotation des plateaux et le mouvement du bras permettent de stocker de grandes quantités de données, mais ils rendent le disque dur plus lent qu’un SSD, surtout lors d’accès dispersés à de nombreux petits fichiers. La vitesse de rotation, le temps de déplacement de la tête et la densité d’enregistrement influencent ses performances. Les pièces mobiles rendent également le HDD sensible aux chocs et aux vibrations lorsqu’il fonctionne, même si des dispositifs de protection peuvent limiter certains risques. En contrepartie, les disques durs offrent souvent une capacité importante pour un coût inférieur à celui d’un SSD de capacité comparable, ce qui les destine notamment au stockage de masse.