Hard du Hard • Technologies de Mémoires — partie 1/3

Stockage Mécanique et Optique

Le 1er support de mémoire informatique a été réalisé bien avant la première carte électronique. Des cartes en papier rigide ont été utilisées dès le début du XIXe siècle pour automatiser un métier mécanique pour tisser du fil : le métier Jacquard, du nom de son inventeur lyonnais. A la fin du XIXe siècle, ces cartes en papier rigide perforées sont aussi utilisées pour jouer de la musique (l'harmonium de Carpentier, puis l'orgue de Barbarie). C’est une évolution de la boite à musique inventée à la toute fin du XVIIIe siècle à Genève : on peut maintenant changer la musique !

Un métier Jacquard avec la carte perforée ©David Monniaux

Puis viennent les premières machines à calculer mécaniques (l‘Analytical Engine de Babbage et Lovelace, cela vous rappelle quelque chose ?), puis pour le traitement des données et enfin pour coder les premières machines à calculer électromécaniques – Z3 et Harvard Mark I.

Le système Harvard Mark 1 et son lecteur de programmes. Un poil encombrant pour le bureau  ©Topory et Arnold Reinhold

Entre temps, des sons ont également été enregistrés. À l'aide d'un bras mécanique relié à un microphone, il est possible d'"écrire“ le mouvement de la membrane d’un micro sous forme de piste analogique sur une matière souple en mouvement, même sans électricité. Ensuite, en utilisant le même stylet, mais avec un amplificateur de son, il est possible de lire cet enregistrement et de faire du son. Encore mieux, si vous enregistrez sur un disque ou cylindre souple, mais faites un moule maître de ce disque souple, vous pouvez l'imprimer sur un matériau plus solide. La distribution d’enregistrements musicaux sur disques et cylindres vinyles était née.

La programmation jusque dans les années 80 était à base de cartes perforées : le lecteur de carte avait un peigne métallique qui passait sur la carte et venait en contact avec des lignes conductrices sous les trous, transmettant chaque ligne de 0 (pas de trou) et 1 (trous) en séquence à l'ordinateur, comme un code Braille.

Une carte perforée contenant la lettre H  ©Chris Lott

Ces cartes servaient de mémoire secondaire. La densité de données était faible et il fallait un sacré paquet de cartes pour faire des programmes complexes. Hollerith, leur créateur, fonda la petite entreprise appelée IBM là-dessus.

5 mégaoctets de données format allume-feu ©MITRE Corporate Archive

Dans les années 70, les progrès des diodes laser infrarouges et des capteurs photoélectriques ont permis d’envisager de lire les supports de stockage mécanique de données avec de la lumière plutôt qu’avec des moyens mécaniques ou électromécaniques.

Le principe est simple : un laser envoie une impulsion de lumière cohérente sur le matériau à lire. Cette impulsion est réfléchie et arrive dans une cellule photoélectrique qui génère un courant. S’il y a un trou, le laser est moins réfléchi dans la cellule, et donc le courant est moindre. Au début limitée aux anciens formats en usage (cartes IBM et platines laser pour vinyles), cette méthode permit en 1982 de développer des méthodes de stockage bien plus efficaces : le disque compact (CD). Le CD et ses successeurs utilisent une version très optimisée de l’effet photoélectrique. En utilisant une seule longueur d‘onde lumineuse et des sillons de profondeur spécifique – un quart de cette longueur d’onde –, le passage de la surface au fond du creux crée des interférences.

La surface d'un CD ©Akroti

Quand le laser passe sur la surface ou le fond du pit, la réflexion est totale (on code un 0), mais quand le laser entre ou sort d’un pit, les interférences annulent le signal (on code un 1).

Schéma de fonctionnement d'un lecteur de CD

Largement disponibles, ils pouvaient stocker 1 Go de données de tous types (musique, vidéo, code), plus que la plupart des disques durs. Ils sont aussi très simples à fabriquer, ne nécessitant qu’un moule plastique comme les vinyles ! Pour accéder aux données d'un lecteur optique, le programme doit spécifier le timecode, qui correspond à un espace physique sur le disque – un nombre de tours – où les données sont stockées sous la forme d'une chaîne de 1 et de 0 comme décrit ci-dessus.

15 ans plus tard, en utilisant des lasers à lumière visible, le DVD pouvait stocker jusqu'à 17 Go de données. Le Blu-Ray, avec un laser à lumière violette, pouvait stocker 100 Go en 2006. La réduction de la longueur d’onde permet de faire des sillons et des motifs plus fins.

Comparaison de densité entre CD-Rom, DVD-Rom et Blu-Ray ©Nanofabrication

En dehors de ces normes largement connues, il existe de nombreux formats propriétaires (désormais obsolètes) de disques optiques. Il existe aussi des disques réinscriptibles, ou l’information est « brûlée » sur le disque. Au lieu de trous et d’interférences, les données sont inscrites en changeant l’indice de réflexion du matériau à l’aide d’un laser spécial. Les endroits « brulés » reflètent moins, et valent donc 1. Les disques optiques sont uniquement utilisés pour du stockage hors-ligne : pour exécuter les programmes se trouvant dans les disques ou lire leurs données, les systèmes informatiques doivent d’abord les charger dans leur mémoire interne.

Un bien trop long écran de chargement de l'époque du support CD

Les disques optiques sont encore utilisés pour la distribution de logiciels en raison de leur capacité, de leur durabilité et de leur non-volatilité, de leur compatibilité avec les systèmes informatiques même modernes et de leur caractère relativement peu coûteux. Cependant, la vitesse d'accès aux données est faible et le dispositif de lecture n'est pas compact. Les périphériques de lecture optique doivent être connectés en tant que périphériques à la carte mère de l'ordinateur, généralement via une connectivité IDE ou SATA. Les disques vinyle sont eux toujours utilisés par les passionnés pour les enregistrements de musique analogique.