THIẾT BỊ LƯU TRỮ

Đĩa mềm

• Lợi ích trong việc chuyển giao tập tinvà dữ liệu giữa các máy tính

• Có nhiều dạng: 8”, 5.25” đến 3.5” nhưng nhìn chung các thành phần và nguyên lý hoạt động ít thay đổi

Khái niệm lưu trữ từ tính

• Không cần năng lượng điện để duy trì thông tin.

• Các từ trường không tự thay đổi nếu không có lực khác tác động dữ liệuđược dữ nguyên.

• dữ liệu: từ điện ↔ từ tính.• Trong đĩa mềm: một đĩa mylar nhỏ cả hai

mặt được tráng một chất liệu từ tính (lớp oxit: sắt hoặc coban)+ các chất phi từ tính.

• Mỗi phần tử sẽ bị tác động như một nam châm cực nhỏ.

• Xếp theo hướng này hoặc hướng kia dưới tác động từ trường bên ngoài

• Việc xếp thẳng hàng các cực tính: logic 1

• Không có sự thay đổi cực tính: logic 0

Các nguyên tắc ghi thông tin từ hóa

• Các bit 1 và 0 không được biểu thị bằng các cực tính riêng lẻ.

• Được biểu thị bởi sự hiện diện hoặc vắng mặt các đợt chuyển tiếp thông lượng.

• sự thay đổi từ cực tính này sang cực tính khác.

• Mỗi bit thường được mã hóa trong 4s• Chiều của thông lượng tùy thuộc vào

chiều dòng điện kích thích

• Lộ trình của đĩa mô tả một vòng tròn. Mỗi vòng đồng tâm này được gọi là 1 track.

• Các track có chiều rộng hữu hạn. Giữa các track với nhau có một khoảng cách chính xác đầu đọc/ghi nhảy chính xác.

• Chu vi mỗi track nhỏ dần về tâm đĩa.

• dữ liệu sẽ dày đặt nhất trên các track trong cùng và thưa nhất trên các track ngoài cùng.

• Có 18 sector (cung) trên mọi track (3.5inch)

• 1sector có 512byte dữ liệu.

• Đĩa 1.44M (3.5inch):– 18 sector/track– 1 đĩa: 160 track lưu giữ:2280 sector– Dung lượng: 2280x512=1,474,560byte– Khối lượng thực tế nhỏ hơn: hỗ trợ sector mồi

và thông tin phân bổ tập tin.– 1 nhóm sector gọi là clustor (liên cung) hoặc

đơn vị phân bổ (allocation units). Đĩa mềm 1 hoặc 2 sector trong 1 clustor.

• Sector cung cấp dữ liệu định danh sector, track, kết quả kiểm tra lỗi từ CRC.

• Sau khi định dạng (format): vị trí nỗi sector và thông tin quản lý được ấn định trong tiến trình định dạng. Không bao giờ được ghi lại trừ khi định dạng lại.

• Thực tế 1 sector >512byte, nhưng chỉ có 512byte được chúa dữ liệu.

• Nếu các dữ liệu ID sector bị ghi đè hoặc bị phân hủy dữ liệu trong sector bị hỏng

• Boot record là sector đầu tiên trên một đĩa (sector 0): chứa vài tham số chính mô tả đặc tính đĩa.

• Nếu đĩa khả mồi (đĩa boot): sector mồi chạy các tập tin (IO.SYS và MSDOS.SYS)

• Ngoài khoảng mồi, một bảng FAT được đặt lên track 00. FAT như là một bảng mục lục cho đĩa.

• nếu FAT bị ghi đè hoặc hỏng dữ liệu trên đĩa bị hỏng.

• Tránh đặt đĩa từ gần các vật được từ hóa.

Kiến tạo ổ đĩa

• bộ khung

• Mạch điện tử điều khiền ổ đĩa

• một dàn mô tơ trục quay dùng mô tơ DC.

• Mâm kim loại của đĩa tự động cài khớp trục quay.

• Đèn LED báo đĩa hoạt động.

• Các đầu đọc/ghi và các bộ cảm biến

Mạch điện tử

• Phối hợp thiết bị từ tính, thiết bị cơ và mạch điện tử.

• Mạch điện tử:– Điều khiển hoạt động vật lý– Quản lý luồng dữ liệu vào/ra ổ đĩa.

• Các bộ cảm biến chống ghi• bộ cảm biến vị trí đĩa: phát hiện sự hiện diện

hoặc vắng mặt của đĩa.• bộ cảm biến mật độ cao• Tốc độ quay đĩa (300 hoặc 360RPM)

• Mạch giao tiếp vật lý nhận các tín hiệu điều khiển và dữ liệu từ máy tính và bàn giao các tín hiệu tình trạng và dữ liệu về máy tính theo yêu cầu.

• Mạch giao tiếp vật lý gồm 2 đường cáp:– Đầu nối điện: 4 kim cấp điện áp 5Vdc cho

logic và 12Vdc cho các motơ– Đầu tín hiệu: cáp IDC 34 kim. Tất cả kim lẻ là

tuyến mát, kim chẵn mang tín hiệu hoạt động

ĐĨA CỨNG• Lưu trữ dữ liệu, dung luợng lớn

• Các đĩa mềm: đơn giản, rẻ tiền nhưng chậm

• Lưu giữ hệ điều hành để khởi động hệ thống, lưu giữ ứng dụng, các tập tin cung cấp bộ nhớ ảo

Những khái niệm căn bản

• Nguyên tắc: Tương tự ổ mềm• Các lá đĩa làm bằng chất liệu giống thủy

tinh hoặc hợp chất gốm sứ. (nhẹ, tỏa nhiệt thấp, chịu lực ly tâm cao hơn)

• Tốc độ quay 7600RPM đến 15000RPM (đĩa cứng củ: 3600RPM đến 5600RPM)

• Thường dùng từ 2 hoặc nhiều lá đĩa trở lên

• Mật độ thu rất lớn >10000bpi (bit per inch)

•Các đầu đọc/ghi không tiếp xúc các lá đĩa, cỡi lên một luồng khí cực nhỏcách bề mặt lá đĩa

Luồng khí và sự bay là là của đầu từ• các đầu đọc/ghi di chuyển sát bề mặt đĩa,

nhưng không tiếp xúc.

• Đĩa quay sẽ tạo gối đệm nâng các đầu từ.

• Tất cả ổ cứng đều niêm phong dàn lá đĩa vào một buồn kín khí.

Các đặt tính của mật độ dữ liệu

• Mật độ bề mặt: khối lượng dung lượng đĩa theo megabyte trên mỗi inch vuông (MBSI hoặc MB/in2).

• Các ổ cúng ngày nay: 2500 MBSI trở lên

Track , sector, cylinder:• Các vòng tròn đồng tâm trên một lá đĩa gọi

là track.– Một lá đĩa chứa 2048 đến trên 16,278 track

• Khi đầu từ đọc xong một track, đầu dẫn đến track khác thời gian truy tìm (seek time) thường nhỏ hơn 1ms đối với các đợt liên track (track to track).

• kỹ thuật đối xứng lệch cylinder cải thiện khả năng vận hành ổ cứng.

• Các track được tách thành các phân đoạn nhỏ có tên sector: 1sector chứa 512 byte dữ liệu, dữ liệu kiểm tra lỗi, ID sector, kết quả CRC tính toán

• Mọi sector có 2 phần:– Vùng địa chỉ: định

danh sector (định danh cylinder, đầu (head), sector sắp được dọc hoặc ghi)

– Vùng dữ liệu:

Dự trữ sector (quản lý khuyết tật)

• Khi định dạng, các sector hỏng được loại bỏ• Tính năng dự trữ khyết tật: gán các sector sai

đến các sector làm việc khác nằm trong các track dự trữ. Thường dành riêng 16 track đầy đủ cho các sector dự trữ.

• Các sector không được sai là track 00 ( lưu dữ thông tin phân hoạch và FAT của một ổ cứng.

• Các sự cố về track 00 thường phải định dạng lại, hoặc thay ổ đĩa

Miền đáp (landing zone)

• Khi hoạt động các đầu đọc ghi đều cách bề mặt đĩa.

• Khi đĩa tắt, các lá đĩa quay chậm đến điểm treo các đầu đọc/ghi chạm vào bề mặt đĩa dữ liệu có thể bị hỏng.

• Một cylinder dành riêng làm miền đáp. Không có dữ liêu lưu dữ trên miền đáp

• Các ổ đĩa củ yêu cầu một mục vùng đáp cụ thể trong CMOS setup

Sự đan xen (interleave)

• chỉ cách đánh số thứ tự các sector. Tạo độ trễ nhân tạo để cho phép logic lõi bắt kịp.

• Các độ trễ được hoàn thành bằng cách tách biệt các sector theo vật lý( đánh số các sector liền kề không theo thứ tự).

• thừ số xen kẽ: tỉ số chiều dài sector với khoảng cách giữa hai sector tiếp theo.

• Mức xen kẽ càng lớn, đĩa càng cần nhiều vòng quay để đọc tất cả các sector trên một track, ổ đĩa càng chậm

• Các ổ đĩa ngay nay không còn xen kẽ, thừ số xen kẽ 1:1 các sector được đánh theo thứ tự, có thể đọc tất cả các track trong 1 vòng quay.

Thời gian khời động (start time)• Tiến trình mồi [booting] thường 30ms• Mất 7 đến 10giây để bộ điều khiển trên bo

của ổ đĩa khởi động.Định nghĩa chế độ nguồn• Có thể vận hành trong 5 chế độ nguồn

khác nhau

Các khái niệm ổ đĩa cứng IDE

• Megabyte nhi phân và megabyte thập phân– VD: khi cài ổ cứng 4G: các trình CMOS setup,

FDISK, Windows Explorer báo cáo khoảng 3,72GB. Trình CHKDSK báo 4GB

– Gây lẫn lộn: ácc nhà sàn xuất dùng megabyte thập phân

– Cách tính ổ cứng bằng cylinder, sector. HeadDung lượng=số cylinder x số đầu x số sector x

512

• VD: ổ đĩa AC2850 có 1654 cylinder, 16 head và 63 sector.

Dung luợng=1654x16x63x512=853.622.784

(853,6MB).

nhị phân: 853.622.784/1.048.576=814MB

Các chuẩn• IDE/ATA (Intergrated Driver Electronics/

AT Attachment).– Tích hợp bộ điều khiển lên chính ổ đĩa.– Giá thấp, dễ cấu hình– Mạch giao tiếp 40kim thực thi chuẩn ATA

• ATAPI– Do sự phát triển CDROM– ATA packet interface: chuẩn đa trên mạch

giao tiếp ATA, cho phép các thết bị không phải ổ cứng có thể cắm vào cổng ATA

– Chấp nhận hỗ trợ ATA thông qua BIOS

• ATA-2. Fast-ATA và EIDE– phát triển như phần mở rộng ATA– Định nghĩa chế độ chuyển giao dữ liệu PIO và

DMA nhanh hơn– bổ sung kênh ổ đĩa thứ hai, điều quản các đợt

chuyển giao dữ liệu (block transfer mode)

– Định nghĩa các sector bằng LBA, khắc phục giới hạn ổ cứng 528MB.

– Dùnd mach giao tiếp 40 kim

• Utral ATA 33– Biểu thị thực thi ATA/ATAPI-4 cung cấp tốc

độ chuyển giao dữ liệu DMA.– khả năng vận hành 33MB/s– ổ đĩa, bộ điều khiển, BIOS Ultra-ATA hỗ trợ

hệ thống.– Có thể dủng các đường cáp 40 kim.

• Ultra-ATA 66– Nâng cấp khả năng vận hành 66MB/s– Cần ổ đĩa, bộ điều khiển, BIOS Ultra-ATA/66 hỗ trợ

hệ thống.– Tương thích với ATA– Dùng cáp 40 kin/80 dây

• Utral ATA 100/133

Tốc độ chuyển giao dữ liệu

• Hai yếu tố chuyển giao dữ liệu:– Tốc độ lấy dữ liệu từ các lá đĩa– Tốc độ chuyển dữ liệu giữa ổ đĩa và bộ điều

khiển

• Tốc độ lấy dữ liệu từ các lá đĩa và vùng đệm thường chậm hơn (5MB/s đĩa củ, Utral ATA 14MB/s).

• Tốc độ giữa ổ đĩa và bộ điều khiển nhanh hơn 5, 8, 16MB/s Utral ATA 33/66 MB/s

Lập Cahe đĩa

• Không thể đáp ứng túc thời dữ liệu

• Dùng kỹ thuật cahe để tăng tốc độ, nhu một vùng đệm để lưu trữ tạm thời dữ liệu.

• Cahe nạp đầy thông tin được tiên đoán là hệ thống yêu cầu.

• Thông tin truy cập ở cache truớc, sau đó mới đến ổ đĩa (nếu không có dữ liệu trên cache)

Kiến tạo ổ đĩa

• Khung suờn

• Các lá đĩa– Tốc độ >5200 RPM

• Các đầu đọc ghi• Bộ phận điều động đầu

• Mô tơ trục quay– Quay đĩa

• Mạch điện tử

Khái niệm định dạng ổ đĩa• Ba bước cho tiến trình định dạng:

– Định dạng cấp thấp– Phân hoạch– Địng dạng cấp cao

Định dạng cấp thấp (low-level format).• Thông tin phần đầu phần đuôi của sector

được ghi cùng dữ liệu giả.

• Các ke hở giữa track và sector được tạo

• Nền móng để tổ chức đĩa

• Định dạng cấp thấp thường cụ thể theo phần cứng.

• Các nhà sản xuất thường định dạng cấp thấp tại nơi sản xuất. Nếu không phải liên hệ nhà chế tạo trình định dạng cấp thấp của họ

Phân hoạch• Phân hoạch cụ thể theo hệ điều hành• Chia nhỏ ổ đĩa vật lý thành vài ổ logic nhỏ

hơn• DOS, windows 3.11 windows 95 dùng hệ

thống FAT. (gom nhóm sector thành cluster 64 sector-32KB =1cluster

• FDISK là tiện ích dùng để phân hoạch ổ đĩa

• DOS, windows 95 giới hạn 2,1GB cho mỗi phân họach

• Windows NT 4.0 giới hạn 4,2GB• Windows 98 trở về sau dùng các phân hoạch

FAT32 hỗ trợ: 2TB.

ĐỊNH DẠNG CẤP CAO• hệ điều hành chưa thể lưu trữ nếu chưa định

dạng cấp cao.• Mổi phân hoạch ghi một VBS, hai bản sao FAT,

và một thư mục gốc• Kiểm tra và xoá bỏ các sector hỏng• FORMAT tiện ích của DOS