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Geschreven door Kees Jan Meerman
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Résumé : Un disque dur peut se targuer d'une capacité énorme, d'une vitesse de lecture/écriture ultrarapide et d'autres caractéristiques impressionnantes, mais sans interface, toutes ces caractéristiques perdent de leur vitalité. Cet article examine le rôle des interfaces dans le transfert transparent des données et l'évolution de la technologie des interfaces au cours des 45 dernières années.
Table des matières
- Interfaces HDD partagées
- Fonctions de l'interface du disque dur
- Développement d'interfaces pour disques durs
- Interface de disque dur - tendances actuelles et futures
Une interface de disque dur est une norme de connexion par laquelle le disque dur peut communiquer avec la carte mère d'un ordinateur. Une interface définit, entre autres, comment les données sont transférées, comment les commandes sont traitées et comment le disque est alimenté en énergie pour fonctionner correctement.
Un disque dur a besoin d'une interface standardisée, quel que soit le degré d'avancement de ses composants internes. En fait, l'efficacité d'un disque dur dépend largement de la vitesse et des performances de l'interface utilisée. Si une interface est bien conçue, elle garantira des taux de transfert de données rapides, des interférences de signaux minimales et une communication fluide entre le stockage et le système d'exploitation . En revanche, une interface lente ou obsolète peut constituer un goulot d'étranglement majeur pour les performances du disque dur.
Interfaces HDD partagées
Vous trouverez ici un aperçu des interfaces de disques durs qui ont été standardisées par les fabricants au fil des ans :
- PATA (Parallel ATA) : L'une des premières interfaces, aujourd'hui obsolète.
- SATA (Serial ATA) : Une interface plus rapide et plus efficace largement utilisée aujourd'hui.
- SCSI (Small Computer System Interface) : Utilisé dans les anciens systèmes d'entreprise ; prédécesseur de SAS.
- SAS (Serial Attached SCSI) : Courant dans les environnements d'entreprise modernes pour des performances accrues.
- NVMe (Non-Volatile Memory Express) : Une interface moderne à grande vitesse pour les disques SSD.
Nous allons maintenant examiner le fonctionnement des interfaces afin de comprendre la fonction cruciale qu'elles remplissent.
Fonctions de l'interface du disque dur
Les interfaces permettent de normaliser la connectivité en fournissant une méthode universelle de connexion des périphériques de stockage aux ordinateurs. Une interface de disque dur assure la compatibilité entre les différents fabricants, éliminant ainsi le besoin de solutions propriétaires. Par exemple, un disque dur SATA peut être connecté à n'importe quelle carte mère compatible SATA, quelle que soit la marque qui a fabriqué la carte mère ou le disque dur.
Les interfaces gèrent également le transfert des données et l'exécution des commandes. Elles contrôlent la manière dont les données sont transférées entre un disque et la mémoire (RAM) de l'unité centrale. L'interface traite toutes les demandes de lecture et d'écriture et veille à ce que les données soient récupérées et sauvegardées correctement.
Les interfaces assurent la détection des erreurs et l'intégrité des données. Une interface de disque dur dispose de protocoles de détection et de correction des erreurs pour garantir la fiabilité du transfert de données. Les interfaces telles que SATA, par exemple, utilisent l'algorithme CRC (Cyclic Redundancy Check) pour corriger les erreurs pendant le transfert de données.
Différentes interfaces remplissent ces fonctions de différentes manières, ce qui signifie que certaines sont meilleures que d'autres. Nous y reviendrons dans la section suivante, où nous examinerons l'évolution des interfaces de disques.
Développement d'interfaces pour disques durs
L'aventure a commencé au début des années 1980. Le premier jalon dans le développement des interfaces de disques durs a été l'interface de disque dur ST-506, introduite en 1980 par Shugart Technology (aujourd'hui Seagate). Elle utilisait un câble à 20 broches pour l'échange de données, un câble à 34 broches pour les signaux de contrôle et un pour l'alimentation électrique. Le débit de données du ST-506 était de 5 Mbit/s (625 KB/s) avec un temps de recherche de 85 ms, tandis que sa version actualisée, le ST412, avait un temps de recherche de 30 ms.
Remarque : le ST-506 a été le premier disque au format 25 pouces5,. L'interface utilisée dans ce disque et dans le ST-412 est devenue la norme pour les ordinateurs personnels et l'est restée jusqu'au début des années 1990.
L'étape suivante a été l'introduction de l'interface PATA (Parallel Advanced Technology Attachment), introduite par Western Digital et Compaq. L'interface PATA était destinée à devenir une norme industrielle, le contrôleur du disque étant situé directement sur le disque. À cette époque, les taux de transfert s'étaient améliorés et atteignaient 133 Mo/s pour l'ATA-7, qui nécessitait des câbles à 80 broches. Le PATA a contribué à rendre les disques durs des ordinateurs personnels plus populaires auprès des consommateurs.
Remarque : à l'origine, PATA était appelé ATA ou IDE (Integrated Drive Electronics). Dans les années 1990, il y a eu plusieurs mises à jour, telles que EIDE (ATA-2), ATAPI, ATA-4 et UATA. Ce n'est qu'après l'introduction de SATA (Serial ATA) en 2003 qu'il a été rebaptisé PATA pour souligner la différence de configuration.
L'étape suivante a été franchie en 1998, lorsque Fujitsu a lancé son premier disque dur à canal de fibres (FC). Avec Fiber Channel, Fujitsu a atteint de nouveaux niveaux de performance dans les taux de transfert de données (jusqu'à 100 Mo/s) pour les disques durs de stockage utilisés dans les centres de données.
Au tournant du siècle, le grand changement suivant est intervenu avec l'annonce de l'interface SATA, qui promettait de surmonter toutes les limitations du PATA. Elle offrait des connexions sérielles plus fines au lieu de câbles parallèles encombrants. Les taux de transfert de données étaient plus élevés que ceux de PATA. En plus, l'interface SATA offrait des caractéristiques telles que le soutien du branchement à chaud et la mise en file d'attente des commandes natives (NCQ).
Dans l'ensemble, les disques durs ont pu offrir des vitesses et des performances plus élevées aux consommateurs. En 2004, la révision SATA 2.0 est apparue, offrant des taux de transfert de données allant jusqu'à 300 Mo/s.
En 2004, l'industrie a fait un nouveau pas en avant avec l'introduction du Serial Attached SCSI (SAS). Le SAS était capable d'imiter les taux de transfert élevés du SATA, mais il était plus robuste pour répondre aux exigences des disques durs d'entreprise et présentait des caractéristiques supplémentaires telles qu'un protocole de contrôle plus robuste, une connectivité à double port et une meilleure tolérance aux pannes.
La révision SATA 3.0 a été finalisée en 2008. Elle a permis d'augmenter les débits de données jusqu'à 6,0 Go/s.
Le grand saut suivant a eu lieu en 2011 avec l'introduction de la première spécification n°1 de NVM (Non-Volatile Memory Host Responsible) Express. NVMe a été développé pour optimiser la vitesse de la mémoire flash (SSD). Il utilise les voies PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) pour contourner les limites des interfaces conventionnelles. Cela a permis d'établir de nouvelles normes de performance pour les dispositifs de stockage et a été un facteur important dans l'acceptation générale des disques SSD en tant que concurrents des disques durs.
L'étape suivante des années 2010 a été franchie en 2015 avec Thunderbolt 3, lorsque la connexion USB-C a été introduite. Thunderbolt 3 a intégré PCIe et DisplayPort en une seule interface. Il en a résulté une connectivité à grande vitesse pour les disques durs externes.
| Année | Jalon | Entreprise / Organisation* | Signification | Taux de transmission maximal |
| 1980 | Interface ST-506 | Technologie Shugart | Première interface commerciale pour disque dur ; connexions normalisées | 5 Mbit/s (0,625 MB/s) |
| 1981 | Interface ST-412HP | Technologie Shugart | Mise à jour de l'interface ST-412 ; utilise le codage RLL pour un débit binaire 50 % plus rapide | 7,5 Mbit/s (0,94 MB/s) |
| 1986 | Introduction de PATA (IDE) | Western Digital et Compaq | L'installation des disques durs est plus facile ; il n'est plus nécessaire d'avoir des responsables distincts. | 8,3 Mo/s (ATA) |
| 1986 | Introduction de SCSI n°1 | ANSI | Permet de connecter plusieurs disques via un seul bus ; norme d'entreprise | 5 MB/s |
| 1990s | SCSI devient le standard de l'entreprise | ANSI | Prise en charge de plusieurs disques ; préférée pour les serveurs | SCSI-2 : 20 Mo/s ; SCSI-3 : 320 Mo/s |
| 1994 | Norme IEEE 1284 pour les interfaces parallèles | IEEE SA | Ports parallèles standardisés ; débit amélioré pour les périphériques | 4 MB/s (max) ; ~2 MB/s observés |
| 1996 | Introduction de l'USB 1.0 | USB-IF | Connexions périphériques externes normalisées, y compris la mémoire externe | 1,5 MB/s (min), 12 MB/s (max) |
| 1998 | Fujitsu produit le premier disque dur à canaux de fibres optiques | Fujitsu | Premier disque dur avec fibre channel (FC) ; marque la transition vers des interfaces série à grande vitesse | 1 Gbit/s (125 MB/s) |
| 2000 | Introduction de l'interface SATA | SATA-IO | Conversion de parallèle à série ; amélioration de la vitesse et de l'efficacité | 1,5 Gbit/s (188 MB/s) |
| 2003 | Sortie de SATA 1.0 | SATA-IO | Mise en œuvre de AHCI, hot plugging et NCQ ; installation plus facile ; plus besoin de contrôleurs séparés | 1,5 Gbit/s (188 MB/s) |
| 2004 | Le SAS est introduit | ANSI | SCSI amélioré avec communication série ; redondance à deux ports pour le stockage d'entreprise | 3 Gbit/s (375 MB/s) |
| 2004 | Sortie de SATA 2.0 | SATA-IO | Taux de transfert doublé ; NCQ amélioré ; rétrocompatibilité | 3 Gbit/s (375 MB/s) |
| 2008 | Finalisation de SATA 3.0 | SATA-IO | Vitesse plus élevée ; meilleures files d'attente d'instructions pour les charges de travail multithreads | 6 Gbit/s (750 MB/s) |
| 2008 | Introduction de l'USB 3.0 | USB-IF | Soutien de la mémoire externe à grande vitesse ; compatibilité descendante | 625 MB/s |
| 2011 | Sortie de NVMe 1.0 | Consortium NVM Express | Élimination des goulets d'étranglement SATA pour les disques SSD qui utilisent PCIe pour la communication directe avec le CPU | PCIe 3.0 (16x) : 15,75 Go/s |
| 2011 | Introduction de Thunderbolt n°1 | Intel et Apple | Première interface externe à haut débit avec PCIe et DisplayPort | 10 Gbit/s (1,25 GB/s) |
| 2013 | Introduction de l'USB 3.1 | USB-IF | Augmentation des vitesses de transfert ; introduction de la connexion USB-C | 10 Gbit/s (1,25 GB/s) |
| 2015 | Thunderbolt 3 utilise l'USB-C | Intel et Apple | PCIe et DisplayPort combinés pour un stockage externe à grande vitesse | 40 Gbit/s (5 GB/s) |
| 2017 | Introduction de l'USB 3.2 | USB-IF | Augmentation des débits de données grâce à la transmission multipiste | 20 Gbit/s (2,5 GB/s) |
| 2018 | Introduction de SD Express et microSD Express | Association SD | PCIe/NVMe dans le stockage amovible ; performances accrues | PCIe 3.0 (985 MB/s - 3938 MB/s) |
| 2019 | Sortie de l'USB 4 | USB-IF | Harmonisation de Thunderbolt 3 et de l'USB en une seule norme | 40 Gbit/s (5 GB/s) |
| 2022 | NVMe 2.0b terminé | Consortium NVM Express | L'avenir du stockage à haut débit ; optimisé pour les charges de travail de l'IA et du Cloud. | PCIe 4.0 (16x) : 31,5 Go/s |
*Coordonnées de l'entreprise ou de l'organisation
- ANSI : American National Standards Institute (plus de 1400 membres)
- IEEE SA : Association de normalisation de l'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens (environ 500 membres)
- USB-IF : USB Implementers Forum, Inc. (900+ membres)
- SATA-IO : Organisation internationale SATA (57 membres, 32 contributeurs et 4 sponsors)
- Consortium NVM Express (plus de 100 membres)
- Association SD (environ 800 membres)
Interface de disque dur - tendances actuelles et futures
Aujourd'hui, les interfaces SATA et SAS sont les plus utilisées et, pour le stockage SSD à grande vitesse, l'interface NVMe basée sur PCIe est la plus couramment utilisée. Les révisions de l'interface SATA ont amélioré les taux de transfert de manière exponentielle, mais il existe une limitation due à l'architecture héritée utilisée.
La situation est similaire avec SAS, qui offre de nombreux avantages par rapport au SCSI parallèle, mais qui a encore ses limites. NVMe a été développé spécifiquement pour le stockage non-volatile et surmonte la plupart de ces goulets d'étranglement. Il utilise le système de bus PCIe, ce qui lui permet d'offrir une bande passante très élevée et une faible latence. Des mises à jour des versions PCIe sont attendues dans un avenir proche, de sorte que l'interface NVMe devrait rester très populaire.
Depuis 1980, nous sommes passés d'un taux de transfert de données d'environ 5 Mo par seconde à plus de 30 Go par seconde. Les interfaces continueront à être un facteur critique dans l'évolution du stockage des données, car malgré la qualité des composants internes du support de stockage et le brio de son architecture, c'est l'interface qui détermine en fin de compte l'Envoi de la promesse d'une grande performance et qui en fait une réalité.
