Kiến trúc máy tính và hệ điều hành

Đĩ a cứng Hard Disk Drive: HDD• Là thiết bị lưu trữ dữ liệu điện tử bằng cách sử dụng công cụ từ hóa bề mặt các tấm đĩa hình tròn phủ vật liệu từ tính.. ● Hiện nay vật liệu thường dùng l

Kiến trúc máy tính và Hệ điều hành

Giảng viên: Vũ Thị Thúy Hà

Nhóm lớp: 04

• Bùi Quang Phi Long – B19DCPT145

• Trương Công Hòa – B19 DCPT090

Đĩ a cứng (Hard Disk Drive: HDD)

• Là thiết bị lưu trữ dữ liệu điện tử bằng cách sử dụng công cụ từ hóa bề mặt các tấm đĩa hình tròn phủ vật liệu từ tính

• Những tấm đĩa hình tròn này thường được làm bằng nhôm hoặc thủy tinh gốm có kích thước xác định, trên bề mặt phủ lớp mỏng (0,5-0,7μm) vật liệu từ tính

Hiện nay, các ổ đĩa cứng thường

có dung lượng rất lớn, từ vài chục gigabyte đến hàng ngàn gigabyte

và là thiết bị lưu trữ chủ yếu của các hệ thống máy tính.

1 Cấu tạo của đĩa cứng

● Hiện nay vật liệu thường dùng là hợp kim của coban.

● Đĩa có thể lưu trữ thông tin trên 2 mặt (side), được đánh số mặt 0 và mặt 1

Các đầu từ đọc/ghi (heads):

● Mỗi đầu từ đĩa cứng thường có kích thước rất nhỏ, được sử dụng để đọc và ghi thông tin lên đĩa.

● Khoảng cách giữa đầu từ và bề mặt đĩa là rất nhỏ, nhưng không tiếp xúc mà “bay” trên mặt đĩa.

● Số lượng đầu từ của mỗi ổ đĩa phụ thuộc vào thiết kế và dung lượng đĩa và thường rất khác nhau: 4, 8, 12, 16, 24, 32, 64

● Là một phần của rãnh trên bề mặt đĩa và là đơn

vị lưu trữ nhỏ nhất có thể quản lý của đĩa

● Kích thước thông dụng của mỗi cung là 512

bytes

Cách tính dung lượng của đĩa cứng:

● Ba tham số được sử dụng để tính dung lượng đĩa là: Số lượng mặt trụ (C), số lượng đầu từ (H) và số lượng cung trong một rãnh (S)

● Dung lượng = C x H x S x 512 b

2 Các chuẩn ghép nối

● Các chuẩn hay giao diện ghép nối ổ đĩa cứng giải quyết vấn đề các ổ đĩa cứng được ghép nối và trao đổi dữ liệu với CPU như thế nào.

✓ Parallel ATA (PATA hoặc IDE/EIDE

-Integrated Drive Electronics) – Advanced Technology Attachments

✓ Seriraal ATA (SATA)

✓ SCSI – Small Computer System Interface

✓ Serial Attached SCSI (SAS)

✓ iSCSI – Internet SCSI

● Các dạng giao diện ghép nối ổ đĩa cứng với máy tính gồm:

3 chuẩn ghép nối thông dụng

PATA / ATA / IDE

SATA SCSI

Giao diện ghép nối ATA

● ATA/ IDE sử dụng cáp dẹt (pin cables) 40 hoặc 80 chân để nối HDD với bảng mạch chủ

● Mỗi cáp thường hỗ trợ ghép nối với 2 ổ đĩa: một ổ đĩa chủ

(master) và một ổ đĩa tớ (slave)

● Tốc độ truyền dữ liệu:

✓ Bandwidth: 16 bit

✓ Thông lượng: 16, 33, 66, 100 và 133MB/s

Chuẩn ghép nối SATA

● Chuẩn SATA sử dụng cùng tập lệnh mức thấp như chuẩn ATA nhưng SATA sử dụng đường truyền tin nối tiếp tốc độ cao trên 2 cặp dây dẫn

● Bộ điều khiển SATA sử dụng chuẩn AHCI (Advanced Host Controller Interface)

● SATA có nhiều đặc tính ưu việt hơn ATA:

✓ Truyền dữ liệu nhanh và hiệu quả hơn

✓ Tính năng cắm nóng (Hot plug)

✓ Số lượng dây cáp ít hơn

● Tốc độ truyền dữ liệu SATA:

✓ Thế hệ 1: 1.5 Gb/s

✓ Thế hệ 2: 3.0 Gb/s

✓ Thế hệ 3: 6 Gb/s

Chuẩn ghép nối SCSI

● SCSI là một tập các chuẩn để kết nối vật lý và vận chuyển dữ liệu giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi,

thường được sử dụng trong các máy chủ

● Mọi thiết bị kết nối với SCSI bus theo cùng một cách, có thể từ 8 – 16 thiết bị cùng kết nối tới 1 đường bus

● Các đặc điểm ưu việt của SCSI:

✓ Tốc độ truyền dữ liệu rất nhanh và ổn định

✓ Hot plug

● Tốc độ truyền dữ liệu SCSI:

✓ 5, 10, 20, 40 MB/s (SCSI cũ), 160, 320 và 640 MB/s

Hệ thống khe cắm ổ cứng SCSI trên máy chủ

● SCSI HDD thường đắt và được sử dụng cho các

hệ thống lưu trữ tốc độ cao và server, ví dụ RAID, NAS, SAN

3 Phân khu (Partitions) đĩa cứng

❑ Một đĩa cứng vật lý có thể được chia thành nhiều phần để thuậntiện cho quản lý và lưu trữ Mỗi phần được gọi là một phân đoạnhay một phân khu (partition)

➢ Có hai loại phân khu:

✓ Phân khu chính (primary partition)

✓ Phân khu mở rộng (extended partition)

➢ Một phân khu có thể được chia thành một hoặc một số

ổ đĩa logic:

✓ Phân khu chính chỉ có thể chứa duy nhất 1 ổ đĩa logic

✓ Phân khu mở rộng có thể được chia thành một hoặc

một số ổ đĩa logic

4 Bảng phân khu (HĐ Partition Table)

❑ Là một bảng gồm các bản ghi lưu thông tin quản lý các phân khu đĩa cứng

❑ Các thông tin cụ thể về mỗi phân khu như sau:

➢ Phân khu này có hoạt động hay không (active);

➢ Số mặt trụ (C), đầu từ (H) và cung (S) điểm bắt đầu phân khu;

➢ Số mặt trụ (C), đầu từ (H) và cung (S) điểm kết thúc phân khu;

➢ Kiểu định dạng phân khu (FAT, NTFS, EXT);

➢ Kích thước của phân khu tính theo số cung

5 Thư mục gốc

❖ Thư mục gốc (Root directory) là thư mục ở mức thấp nhất trong hệ thống cây thư mục của ổ đĩa logic.

❖ Thư mục gốc là điểm bắt đầu khi hệ thống tìm kiếm và truy nhập file.

❖ Thư mục gốc không có thư mục cha như các thư mục khác.

❖ Chứa các thư mục con và các file

6 Hệ thống file

❖ Hệ thống file (file system) là một dạng bảng danh mục (directory) để quản lý việc lưu trữ các files trên đĩa.

❖ Các files thường đƣợc lưu trữ trong các thư mục

(folders) và các thư mục được tổ chức theo mô

➢ Ext2, Ext3 (Unix, Linux)

➢ MFS (Macintosh FS)/HFS (Hierarchical FS) (Mac OS)

Đĩa quang

02

● Khái niệm: Đĩa quang là thuật ngữ

dùng để chỉ chung các loại đĩa mà dữliệu được ghi/đọc bằng tia ánh sánghội tụ

● Các đĩa quang thường được chế tạobằng plastic với một mặt được trángbằng một lớp nhôm mỏng để phản xạtia laser

● Mặt đĩa quang được “khắc” rãnh vàmức lõm của rãnh được sử dụng đểbiểu diễn các bit thông tin

Cấu tạo đĩa quang

Nguyên lý đọc CD

❖ Hoạt động dựa trên nguyên lý quang học: sử dụng

ánh sáng để đọc và ghi thông tin trên đĩa

vị trí cần đọc trên mặt đĩa

Tia phản xạ

từ mặt đĩaphản ánhmức lồi lõmtrên mặt đĩaquay trở lạigương quay

Bước 1 Bước 2 Bước 3 Bước 4 Bước 5

Gương quay chuyển tiaphản xạ về bộtách tia vàsau đó đến bộcảm biếnquang điện

Bộ cảm biếnquang điện chuyểnđổi tia laser phản

xạ thành tín hiệuđầu ra Cường độcủa tia laser đượcbiểu diễn thànhmức tín hiệu

Các loại đĩa quang

Đĩa DVD có thể ghi một lần có thể

ghi được duy nhất một lần bởi người sử dụng

Đĩa DVD chỉ đọc thường

được sử dụng để lưu phim ảnh và các phần mềm có dung lượng lớn.

Đĩa CD có thể ghi một lần chỉ có

thể ghi được duy nhất một lần bởi

người sử dụng

cho phép xóa thông tin đã ghi và ghi lại nhiều lần

Đĩa DVD có thể ghi cho

phép xóa thông tin và ghi lại nhiều lần.

Đĩa DVD mật độ cao

là các loại đĩa DVD có dung lượng siêu cao, khoảng 15GB, 25GB/một lớp

03

cả hai yếu tố trên.

2.Mục đích:

✓ Hiệu năng, tốc độ cao( high

performance/speed)

✓ Độ tin cậy cao (high reliability)

✓ Dung lượng lớn (large capacit

4 Các đĩa cứng theo chuẩn

SATA và SCSI mới hỗ trợ tạo

RAID

5 Dữ liệu được phân tán trên

các đĩa vật lý

6 Đĩa dư thừa được sử dụng để lưu trưc thông tin parity

=> Đảm bảo khôi phục dữ liệu

Kỹ thuật tạo RAID

RAID – disk stripping

44

RAID Controller Computer

A1 A2 B1 B2 C1 C2

RAID – disk mirroring

❖ Disk stripping

▪ Dữ liệu được chia thành các khối và

mỗi khối được ghi đồng thời vào một

Một số loại RAID thông dụng

❖ Đặc điểm:

• Dựa trên kĩ thuật disk stripping (đọc/

ghi song song)

• Dữ liệu được phân bố trên các đĩa

Một số loại RAID thông dụng

• Dựa trên kỹ thuật disk mirroring(nhiều sao bản)

• Tính dư thừa có được bằng cách sao lưa tất cả các dữ liệu

• Tối thiểu cần 2 HDD

• Dữ liệu cũng phân mảnh (data stripping) như RAID 0

nhưng mỗi mảnh logic được ánh xạ tới 2 đĩa vật lý khác

nhau

=> Mỗi đĩa trong mảng có một bản sao cùng dữ liệu (mirror)

51

Disk 1 RAID 1 - Disk mirroring

Một số loại RAID thông dụng

Mirroring

Computer

❖ Ưu điểm:

• Nhanh hơn so với một đĩa

• Tin cậy hơn so với một đĩa

❖ Nhược điểm

• Dung lượng bằng ½ dung lượng tổng

số đĩa

Một số loại RAID thông dụng

❖ Đặc điểm:

• Các mảnh (strip) rất nhỏ, thường là byte hoặc word)

• Các mã sửa sai được tính ứng với các bit trên đĩa dữ liệu tương ứng

• Thường sử dụng mã Hamming

• Cần ít đĩa hơn RAID1 nhưng vẫn tốn kém

• Số lượng đĩa dư thừa tỉ lệ thuận với log số lượng đĩa dữ liệu)

• Yêu cầu đọc: dữ liệu và mã sửa sai được gửi tới bộ điều khiển

❑ RAID 2

Một số loại RAID thông dụng

❖ Đặc điểm:

• Cấu trúc tương tự như RAID2

• Chỉ cần 1 đĩa dư thừa

• Bit chẵn lẻ đơn giản được tính cho tập các bit

cùng vị trí trên các đĩa

❑ RAID 3

Một số loại RAID thông dụng

• Sử dụng kỹ thuật truy cập độc lập

• Mỗi đĩa thành viên hoạt động độc lập => các yêu cầu I/O

riêng biệt có thể được đáp ứng song song

• Vẫn sử dụng data stripping nhưng các mảnh khá lớn

• Các mảnh parity theo từng bit được tính theo các mảnh

tương ứng trên đĩa và lưu vào strip tương ứng trên đĩa parity

❑ RAID 4

Một số loại RAID thông dụng

• Hai mã parity được tính và lưu

trên các block riêng biệt trên

các đĩa khác nhau

Thanks for watching!