Trình bày tổng quan về thiết bị lưu trữ dữ liệu theo nguyên lý quang từ, cấu tạo và nguyên lý hoạt động ghi dữ liệu trên đĩa quang từ, cấu tạo và hoạt động ghiđọc dữ liệu của ổ đĩa quang từ.● Bố cục bài làm: Gồm 5 phần:• Phần 1: Sơ lược về các thiết bị lưu trữ dữ liệu.• Phần 2: Giới thiệu về đĩa quang từ và ổ đọc đĩa quang từ.• Phần 3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đĩa quang từ và ổ đọc đĩa quang từ.• Phần 4: Ưu thế công nghệ và những tiến bộ của đĩa quâng từ.• Phần 5: Kết luận.Phần 1. Sơ lược về các thiết bị lưu trữ dữ liệuMáy tính có các thiết bị ngoại vi có khả năng nhận và xuất dữ liệu – đó là các ổ đĩa máy tính, nơi ghi nhớ các thông tin dữ liệu. Những thiết bị này gọi là các thiết bị lưu trữ thứ cấp – secondary starage (thiết bị lưu trữ sơ cấp – primary storage là bộ nhớ máy tính). Ngoài ra còn có các thiết bị lưu trữ cấp ba và lưu trữ ngoại tuyến. Khác với thiết bị lưu trữ sơ cấp khi ngắt điện là mọi thứ trong RAM đều không còn, loại thứ cấp này có thể lưu trữ dữ kiện ngay cả khi không có nguồn nuôi, xét về lý thuyết, dữ kiện trên loại này có thể tồn tại vĩnh viễn và có thể được đọc, ghi, sửa hay xóa lúc này hay lúc khác, có hai phương pháp lưu dữ kiện tạo nên hai họ khác nhau, là dựa trên từ tính và dựa trên khả năng ứng dụng quang học.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Hạ Văn Toàn
Trang 2Hà nội, ngày 01 tháng 11 năm 2015
Mục lục
MỞ ĐẦU… 1
Phần 1 Sơ lược về các thiết bị lưu trữ dữ liệu 2
1.1 Đĩa từ tính 2
1.1.1 Đĩa mềm – floopy disk 2
1.1.2 Đĩa cứng – Hard disk 2
1.1.3 Đĩa floptical 3
1.1.4 Ổ băng ghi lưu 3
1.1.5 Ổ đĩa tháo ZIP 3
1.2 Đĩa quang học 4
1.3 Đĩa quang từ 6
Phần 2 Giới thiệu về đĩa quang từ và ổ đọc đĩa quang từ 7
2.1 Giới thiệu đĩa quang từ - Magneto optical disk (MO) 7
2.2 Giới thiệu về ổ đọc đĩa quang từ - Magneto optical driver 9
Phần 3 Cấu tạo và nguyên lý lưu trữ của đĩa quang từ và ổ đọc đĩa quang từ 10
3.1 Nguyên lý ghi đĩa MO (Write) 10
3.2 Nguyên lý đọc đĩa MO (Read) 15
Phần 4 Ưu thế công nghệ và những tiến bộ của đĩa quang từ 19
4.1 Ưu thế công nghệ của đĩa quang từ 19
4.2 Những tiến bộ của đĩa quang từ 21
Phần 5 Kết luận 22
MỞ ĐẦU
● Nhiệm vụ chung: Trình bày tổng quan về thiết bị lưu trữ dữ liệu theo nguyên lý
quang từ, cấu tạo và nguyên lý hoạt động ghi dữ liệu trên đĩa quang từ, cấu tạo và hoạt động ghi/đọc dữ liệu của ổ đĩa quang từ
● Bố cục bài làm: Gồm 5 phần:
• Phần 1: Sơ lược về các thiết bị lưu trữ dữ liệu.
• Phần 2: Giới thiệu về đĩa quang từ và ổ đọc đĩa quang từ.
• Phần 3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đĩa quang từ và ổ đọc đĩa quang từ.
• Phần 4: Ưu thế công nghệ và những tiến bộ của đĩa quâng từ.
• Phần 5: Kết luận.
Trang 3Phần 1 Sơ lược về các thiết bị
lưu trữ dữ liệu
Máy tính có các thiết bị ngoại vi có khả năng nhận và xuất dữ liệu – đó là các ổđĩa máy tính, nơi ghi nhớ các thông tin dữ liệu Những thiết bị này gọi là các thiết bịlưu trữ thứ cấp – secondary starage (thiết bị lưu trữ sơ cấp – primary storage là bộ nhớmáy tính) Ngoài ra còn có các thiết bị lưu trữ cấp ba và lưu trữ ngoại tuyến Khác vớithiết bị lưu trữ sơ cấp khi ngắt điện là mọi thứ trong RAM đều không còn, loại thứ cấpnày có thể lưu trữ dữ kiện ngay cả khi không có nguồn nuôi, xét về lý thuyết, dữ kiệntrên loại này có thể tồn tại vĩnh viễn và có thể được đọc, ghi, sửa hay xóa lúc này haylúc khác, có hai phương pháp lưu dữ kiện tạo nên hai họ khác nhau, là dựa trên từ tính
và dựa trên khả năng ứng dụng quang học
1.1 Đĩa từ tính
Có hai loại chủ yếu là đĩa mềm và đĩa cứng đĩa mềm có thể hiểu đơn giản là loạiđĩa dung lượng thấp, nhỏ gọn tháo lắp dễ dàng, nhiều đĩa cứng dùng chung một ổ đĩa.Hiểu như vậy để có thể phân biệt với đĩa cứng là loại ổ đĩa thường lắp hẳn bên trongmáy, ít được tháo rời, phức tạp và bản thân nó là thiết bị hoàn chỉnh đọc ghi với dunglượng lớn
1.1.1 Đĩa mềm – floopy disk
Gồm vỏ bảo vệ và một đĩa plastic nhỏ có phủ vật liệu từ (oxit sắt, oxit niken hoặchoặc oxit coban pha với vật liệu không từ tính hay đất hiếm) Dữ liệu thông tin dạng số
sẽ được đại diện bởi các hạt từ tính, các hạt này do có từ tính nên bằng một phươngpháp nào đó nó được xác định một trong hai hướng rõ rệt – như vậy thể hiện được số 0hay số 1 Đĩa mềm cũng trải qua nhiều thế hệ, những khác nhau giữa các hệ đĩa mềmchỉ là quanh vấn đề dung lượng nhớ của nó chứ về nguyên tắc hoạt động của đĩa cũngnhư ổ đĩa không có thay đổi lớn nào Ngày nay người ta chỉ còn dùng loại đĩa mềm 3.5inch thường gọi là một đĩa 1.44 MB, nhưng cũng có loại 2.88 MB Loại 5.25 inch gầnnhư không còn được dùng nữa đĩa mềm có tính cơ động cao, nhưng bị hạn chế vềdung lượng nhớ, hiện nay các chương trình hầu như không thể chạy trên đĩa mềm nhưcách đây khoảng 5 năm, cho nên đĩa mềm chủ yếu dùng sao lưu trữ dữ liệu, vả lại tốc
độ đọc ghi của đĩa mềm rất thấp bù lại giá đĩa mềm tương đối rẻ, chúng ta có thể muamột hộp đĩa mềm với giá khoảng 50 nghìn đồng (10 hay 11 đĩa)
1.1.2 Đĩa cứng – Hard disk
Có thể so sánh cái tên đĩa cứng đĩa mềm cũng đủ rút ra kết luận Đĩa cứng “cứng”hơn đĩa mềm! Và giá cả cũng đắt hơn Chúng ta có thể hình dung, ổ đĩa cứng gồm vỏ
Trang 4vệ thường là hộp kim nhôm đúc ở áp lực cao, cũng có hai cỡ 5.25 inch và 3.5 inch, vàthông dụng nhất vẫn là loại 3.5 inch Dung lượng ổ cứng không phải bị chi phối bởi vỏ
ổ cứng mà ở đĩa từ Đĩa từ của ổ cứng thường làm từ nhôm, thủy tinh hay gốm - phủmột lớp vật liệu từ và lớp bảo vệ ở cả hai mặt, ổ cứng có thể có nhiều đĩa xếp chồnglên nhau trên trục mô tơ quay Để hoạt động đọc ghi, ổ cứng còn có các đầu từ, mô tơdịch chuyển đầu từ, mạch chính, mạch điện tử điều khiển, và thường có bộ nhớ cache.Đĩa cứng rất đa dạng về dung lượng, có từ vài chục MB đến vài nghìn MB hay hơnnữa, và phụ thuộc nhiều vào các điều khiển kĩ thuật giao tiếp Loại ổ cứng thườngdùng trong máy vi tính hiện nay khoảng 100 GB đến 500 GB, một con số khổng lồ nếu
so với cách đây 5 năm khi mà ổ cứng chỉ có thể từ 100 MB đến 200 MB, thậm chí cómáy không trang bị ổ cứng nữa
1.1.3 Đĩa floptical
Là loại ổ đĩa từ mềm, có hình dáng giống như đĩa 3.5 inch, nhưng dùng phương pháp
vị quang học để đọc ghi, nên mật độ dữ liệu trên đĩa cao hơn, dung lượng nhớ lớn hơn.Thiết bị này không ghi dữ liệu bằng quang học, chỉ làm thao tác định vị thôi Nhưmg
do gía thành cao nên dù có khả năng lưu đến hơn 20 MB, loại này vẫn không phổdụng
1.1.4 Ổ băng ghi lưu
Cũng là thiết bị lưu từ tính, nhưng loại này khác với các loại trên ở tính chất truycập tuần tư của nó, do đó sẽ dùng sao lưu chứ không dùng để làm việc hằng ngày nhưthiết bị truy cập ngẫu nhiên - đĩa cứng, đĩa mềm Ổ băng ghi lưu gồm một hộp băng vàcuộn băng từ cỡ 0,25inch Loại này rất đa dạng về chủng loại và dung lượng, tùy yêucầu công việc mà chúng ta lựa chọn
1.1.5 Ổ đĩa tháo ZIP
Dùng loại đĩa có kích thước cũng khoảng 3.5 inch, dung lượng lên đến 100MBtrên một đĩa giá 20USD Tốc độ đọc ghi trung bình, kỹ thuật dùng ở đây là định vịquang học để ghi dữ liệu Nếu dùng với card SCSI, tốc độ không thua gì ổ cứng IDE
Trang 5Một loại ổ ZIP
1.2 Đĩa quang học
Gọi là đĩa quang học, tức là vấn đề cốt lõi về kỹ thuật – đọc ghi dữ liệu được thựchiện trên nguyên tắc quang học, dùng tia sáng laser So với hệ thống từ tính, ổ quagn
có 3 điểm khác biệt chính: vì độ chính xác cao của thao tác quang học, nên ổ đĩa quang
có thể có dung lượng cao hơn ổ đĩa từ gấp nhiều lần độ bền dữ liệu ghi bằng phươngpháp quang học cao hơn so với phương pháp từ tính nhiều lần, tối thiểu cũng 50 năm.Đĩa quang có thể tháp lắp đễ dàng như một đĩa mềm mà hiệu quả hơn nhiều, do đóngày càng phổ dụng hơn Điển hình cho loại này là đĩa CD compact disc là loại này Xuất phát từ nhu cầu âm thanh, CD âm thanh ra đời chứa dữ liệu dưới dạngcác hốc lõm, khi CD quay tia laser sẽ phát đến đĩa và nhận sự phản xạ khác nhau giữađiểm lõm và điểm không lõm ứng với số 0 và 1 hệ nhị phân Ðĩa CD-ROM ta dùnghiện nay cũng hoạt động theo nguyên tắc đó, vì là loại đĩa CD chứa dữ kiện chỉ đọc
được nên có tên CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) Thông thường dữ liệu
có thể đưa vào loại đĩa quang gía rẻ 680MB (khoảng 10USD đĩa trắng - 1USD 68 MB)như chúng ta dùng rộng rãi hiện nay, đồng thời các loại đĩa âm thanh cũng có thể đọchiểu và hoạt động được bằng ổ đĩa CD của máy tính, nhưng đầu đọc của máy CD âmthanh thì không thể đọc được đĩa CD dữ liệu Nói là CD-ROM-chỉ đọc, nhưng dĩ nhiên
là phải có một lần nào đó ghi dữ liệu lên đĩa rồi mới đọc, thao tác này theo nguyên tắckhắc trên đĩa các điểm lõm hay không lõm đại diện cho số 0,1 bằng một nguồn phát tialaser công suất lớn Người ta tạo một đĩa gốc trước trên nguyên tắc này bằng đầu CD
có thể ghi trên một đĩa CD mới, sau đó âm bản của đĩa gốc được tạo ra bằng qúa trình
mạ điện hoặc photopolymer Tiến trình nhân bản thực hiện bằng cách phunpolycarbonate - trong suốt, nhẹ, bền, ổn định, không nhiễm bẩn - nên đĩa CD giữ đượcthông tin gần như vĩnh viễn
Trang 6Như vậy, chúng ta có thể hiểu về bản chất các đĩa CD được chép lại bán ở một
số dịch vụ tin học thực chất là một dạng đĩa gốc, do đó khi sử dụng phải tuyệt đối cẩnthận vì nó không hề có một lớp bảo vệ polycarbonate như các đĩa CD được phát hànhchính quy hay các đĩa CD nhạc
Khi mà các đĩa CD-ROM đã gần như trở nên một thiết bị lưu trữ dạng chuẩnkhông thể thiếu trong hầu hết các máy tính multimedia thì lại xuất hiện một thành viênmới trong họ đĩa quang học mà được dự đoán sẽ là thiết bị lưu trữ chủ đạo thế kỷ 21 -DVD
Một dĩa CD ~ 450 đĩa mềm ~ 500 cuốn sách!
DVD - Digital Video Disc tức là đĩa video kỹ thuật số hay Digital Versatile
Disc - đĩa đa năng kỹ thuật số là một công nghệ chỉ mới ra đời gần đây Cho đến thờiđiểm hiện nay, DVD vẫn chỉ còn trong dự án với giá thành khá cao, đã có DVD bán rathị trường nhưng chỉ ở dạng hàng mẫu không phổ biến lắm Vậy đâu là điểm mạnh màDVD được đoán là sẽ nhanh chóng thay thế CD trong tương lai? Cũng như CD dầndần thay thế dĩa mềm bởi dung lượng hàng trăm MB của nó, DVD thay thế CD-ROMbởi DVD có thể lưu ít nhất 3.8 GB và có thể đạt đến 17 GB DVD có kích thước giốngnhư CD (120mm đường kính và dày 1,2mm) cũng làm bằng nguyên liệu như CD Như
đã nói ở trên, đây là một bước tiến về công nghệ? dữ liệu trên DVD sẽ được ghi vào
đĩa với mật độ cao hơn, sít hơn nhiều so với CD, lượng thấu kính trong đầu đọc nhiềuhơn để tăng độ chính xác - và đầu đọc sẽ dùng laser cóc sóng ngắn hơn, có thể là tialaser đỏ - laser hồng ngoại Quan trọng nhất là kỹ thuật DVD cho phép loại đĩa này cóhai lớp trên một mặt, nên với mỗi lớp khoãng hơn 4GB thì loại đĩa 2 lớp hai mặt hoàntoàn có thể chứ đến 17GB dữ liệu - hãy hình dung bằng toàn bộ dữ liệu của cả một thưviện 10 ngàn cuốn sách !
Trang 71.3 Đĩa quang từ
Đĩa quang từ - Magneto Optical disk, thường gọi tắt là MO, là thiết bị kết hợp cảhai hình thức từ tính và quang học để lưu dữ liệu Đĩa từ tính dùng ánh sáng laser làmtác nhân đọc ghi Dung lượng của loại có kích thước 5.25 inch là 1.3 GB và loại 3.5inch là 230 MB Công nghệ này phù hợp để lưu trữ, theo các chuyên gia, có thể đảmbảo dữ liệu 50 năm so với 5 năm của ổ cứng, ổ mềm, băng từ
Trang 8
Một số hình ảnh về đĩa quang từ.
Phần 2 Giới thiệu về đĩa quang
từ và ổ đọc đĩa quang từ
2.1 Giới thiệu đĩa quang từ - Magneto optical disk (MO)
Các đĩa quang học laser đầu tiên xuất hiện vào năm 1972 và đã chứng minh tiềmnăng lớn cho lưu trữ thông tin Lượng thông tin được lưu trữ trên đó cho phép sử dụngchúng để lưu trữ một lượng lớn dữ liệu (chẳng hạn như cơ sở dữ liệu, bách khoa toànthư, bộ sưu tập video và các dữ liệu âm thanh) Dễ dàng thay thế các ổ đĩa này chophép "thực hiện" tất cả các dữ liệu cần thiết cho công việc Các đĩa quang học có độ tincậy và độ bền rất cao, cho phép sử dụng cho việc lưu trữ
Tuy nhiên, việc ghi đĩa quang mất nhiều thời gian và khó khăn vì vậy không thể
sử dụng đĩa quang học như một thiết bị cho mỗi máy tính Gần đây, một loạt các tùychọn cho các ổ đĩa quang ghi lại Các công ty nhà sản xuất cung cấp các giải pháp kỹthuật khác nhau của vấn đề
Trang 9Ví dụ một thiết bị có thể ghi lại các thông tin trên đĩa quang học trực tiếp cho cácmáy trạm, nhưng việc viết lại các thông tin đó vẫn còn trong câu hỏi Các đĩa quanghọc, khả thi nhất với tính chất ngày hôm nay là đĩa quang từ (MO) Đĩa MO lần đầutiên xuất hiện vào năm 1988 hình dạng gần giống như một ổ đĩa mềm nhỏ gọn và BoxBernoulli (được phát minh bởi nhà bác học Bernoulli), tốc độ có thể so sánh với ổcứng, độ tin cậy có thể so sánh với đĩa quang Tuy nhiên, sự phân bố rộng của các đĩa
MO ngăn chặn các chi phí tương đối tốn kém và cạnh tranh của các đĩa cứng hiện đại
So với các ổ đĩa cứng hiện đại, thì đĩa MO chậm hơn và kém hơn về dung lượng tối đacủa thông tin được lưu trữ Điều này làm cho chúng ta không thể sử dụng đĩa MO thay
vì các ổ đĩa cứng truyền thống Nhưng đĩa MO có khả năng đọc ghi tốt và thời gianlưu trữ lâu, điều này đĩa MO có triển vọng tuyệt vời như các thiết bị lưu trữ thứ cấpđược sử dụng cho việc lưu trữ sao lưu
Đĩa quang từ sử dụng các mẫu khác nhau của sự từ hóa trên một bề mặt chất từtính được phủ lên để lưu trữ thông tin Lưu trữ từ là không bay hơi Các thông tin nàyđược truy cập bằng cách sử dụng một hoặc nhiều đầu đọc/ghi, trong đó có thể chứamột hoặc nhiều bản ghi những bộ chuyển đổi Một đầu đọc/ghi chỉ bao gồm một phần
tử của bề mặt để cho phần đầu hoặc trung hoặc cả hai phải được di chuyển liên quan
Trang 102.2 Giới thiệu về ổ đọc đĩa quang từ - Magneto optical driver
Ổ đọc đĩa MO là một loại ổ đĩa quang có khả năng đọc và ghi lại dữ liệu trên đĩaquang từ Những công nghệ đã dược giới thiệu vào cuối thập kỉ 1980 Nó xuất hiệnnhư là ổ đĩa cứng với hệ điều hành và không có yêu cầu hệ thống tập tin (mà chúng cóthể được định dạng như FAT, HPFS, NTFS ), ổ đĩa quang được phổ biến trong một sốquốc gia như Nhật Bản, Hoa Kỳ…
Trang 11Ổ đọc đĩa quang từ
So sánh công suất giữa đĩa quang và đĩa quang từ
Mô tả phòng thí nghiệm mô hình của một thiết bị lưu trữ xóa được - quang từvới công suất 10 MByte tương ứng với 10 triệu ký tự "Đĩa mềm" thông thường tronghình chỉ có 1/10 năng lực
Phần 3 Cấu tạo và nguyên lý lưu
trữ của đĩa quang từ và
ổ đọc đĩa quang từ
Đĩa MO được ghi và đọc bằng cách sử dụng thiết bị chiếu tia laser và nam châm
điện Để ghi thì tia laser sẽ làm nóng đĩa ở trên nhiệt độ Curie của nó và nam châm
điện sẽ định hướng cho các hạt từ bit 1 hoặc 0 Để đọc, laser hoạt động ở cường độthấp hơn, và phát ra ánh sáng phân cực Ánh sáng phản xạ được phân tích cho thấy
một sự khác biệt đáng chú ý giữa bit 0 hoặc 1 nhờ vào hiệu ứng Kerr giúp cho máy
tính có thể đọc được dữ liệu đã được lưu trong đĩa
Trang 123.1 Nguyên lý ghi đĩa MO (Write)
Ổ đĩa MO được xây dựng trên sự kết hợp của các nguyên tắc lưu trữ từ tính vàquang học Các thông tin được ghi bởi các chùm tia laser và từ trường nam châm tácđộng vào các hạt từ tính
Trong quá trình ghi trên đĩa MO chùm tia laser làm nóng một điểm nhất định trênđiểm chúng chiếu đến, làm cho các điểm nóng, độ kháng từ giảm mạnh, cho phép từtrường thay đổi tính phân cực của các điểm
Sau khi làm nóng độ kháng từ một lần nữa tăng lên nhưng sự phân cực của cácđiểm nóng là phù hợp với từ trường được áp dụng tại thời điểm nóng Trong ổ đĩa MOhiện đang có sẵn 2 đầu đọc để thực hiện hai chu kỳ đó là chu kỳ xóa và chu kỳ ghi.Trong quá trình tẩy xoá từ trường có cùng một phân cực, tương ứng với một số 0 nhịphân Các chùm tia laser làm nóng toàn bộ khu vực xóa được và do đó viết cho chuỗiđĩa của số 0 Trong chu kỳ ghi sự phân cực của từ trường đảo ngược, tương ứng với số
1 nhị phân Trong chu kỳ này, các chùm tia laser được chiếu vào các vùng chứa số 1nhị phân, và rời khỏi khu vực với số 0 nhị phân không thay đổi
Trong quá trình đọc từ đĩa MO bằng cách sử dụng hiệu ứng Kerr, là thay đổi mặtphẳng phân cực của tia laser phản xạ, tùy thuộc vào hướng từ trường của các hạt tích
từ Các yếu tố trong trường hợp này được từ hóa điểm ghi trên bề mặt của đĩa, tươngứng với một lượng thông tin được lưu trữ Khi đọc bằng cách sử dụng một chùm lasercường độ thấp, không dẫn đến nóng khu vực lấy, do đó, khi đọc các thông tin được lưutrữ không bị “tiêu diệt”
Phương pháp này, không giống như thường được sử dụng trong đĩa quang họckhông biến dạng bề mặt của đĩa và cho phép ghi lại mà không có thiết bị bổ sung.Phương pháp này cũng có lợi thế hơn ghi từ tính truyền thống về độ tin cậy Kể từ khiđảo ngược một phần của lớp từ tính chỉ có thể dưới ảnh hưởng của nhiệt độ cao, xácsuất chuyển đổi ngẫu nhiên là rất thấp, không giống như ghi từ tính truyền thống, một
sự mất mát mà có thể dẫn đến các vùng từ ngẫu nhiên
Giao diện ổ đĩa MO được trang bị với một bộ điều hợp SCSI (16 hoặc 8 bit), ổđĩa và tiện ích định dạng cấp thấp Nhiều nhà cung cấp cũng trang bị cho các sản phẩmcủa họ với các chương trình đặc biệt để sao lưu Hiện nay, có một số định dạng để địnhdạng đĩa MO CCS và SS
Đĩa quang từ sử dụng tính chất từ để ghi dữ liệu, khi đĩa được chèn vào trong sựtruyền động, cạnh nhãn sẽ giáp mặt nam châm, và cạnh trong suốt sẽ giáp mặt laser.Khi đĩa được lắp vào ổ đĩa, mặt bên sẽ phải đối mặt các nam châm, và mặt bên trongsuốt sẽ gặp laser Chúng có tiềm năng cho mật độ bậc cao của sự ghi từ Hầu hết ổcứng ngày nay dùng sự ghi dọc, trong khi một vài hệ thống vẫn sử dụng phươnghướng thẳng góc của sự từ hóa
