Bài giảng bộ nhớ ngoài

PowerPoint Presentation VŨ NGỌC THANH SANG TRỊNH TẤN ĐẠT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐẠI HỌC SÀI GÒN Email trinhtandatsgu edu vn Website https sites google comsitettdat88 BỘ NHỚ NGOÀI mailto trinhtandatsgu edu vn https sites google comsitettdat88 ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ (MAGNETIC DISK) Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính • Là ổ đĩa lưu trữ thứ cấp trong máy tính • Được sử dụng để đọc và ghi dữ liệu trong đĩa • Dữ liệu trên đĩa từ được ghi và đọc thông qua quá trình từ hó.

Trang 2

ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ (MAGNETIC DISK)

• Là ổ đĩa lưu trữ thứ cấp trong máy tính.

• Được sử dụng để đọc và ghi dữ liệu trong đĩa.

• Dữ liệu trên đĩa từ được ghi và đọc thông qua quá trình từ hóa.

• Được cấu tạo từ các chất nền (nhôm/ hợp kịp nhôm/ thủy tinh hoặc các nguyên liệu không từ tính) phủ lớp nguyên liệu từ tính.

• Ví dụ: đĩa cứng, đĩa zip, đĩa mềm,…

Trang 3

ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - NGUYÊN LÝ GHI VÀ ĐỌC TRÊN ĐĨA TỪ

• Dữ liệu được đọc và ghi thông qua cuộn

dây dẫn gọi là “đầu” (head) Trong đa số các

cấu trúc luôn có hai đầu: đầu đọc và đầu

Trang 4

• Cơ chế ghi dựa vào hiện tượng dòng điện chạy

qua các dây dẫn tạo ra từ trường

• Các xung điện được gửi đến đầu ghi, các kết quả

mẫu từ tính được ghi lại vào bề mặt dưới của đĩa,

bao gồm nhiều mẫu khác nhau cho dòng điện âm

và dương

• Đầu ghi được cấu tạo từ các vật liệu dễ nhiễm từ

và hình dạng là “rectangular doughnut” với

khoảng trống dọc theo một bên, một vài vòng dây

dẫn dọc theo phía đối diện

Đầu ghi quy nạp/ đầu đọc từ tính

Trang 5

• Dòng điện trong dây dẫn tạo ra từ trường qua

khe hở, từ trường này sẽ từ hóa một vùng nhỏ

của môi trường ghi

• Đảo chiều của dòng điện làm đổi chiều của từ hóa

trên phương tiện ghi

Trang 6

• Cơ chế đọc dựa vào hiện tượng từ trường chuyển

động với cuộn dây dẫn tạo ra dòng điện trong

cuộn dây

• Khi bề mặt đĩa quay về phía dưới của head -> tạo

ra dòng điện cùng cực với cực đã được ghi

• Cấu trúc của đầu đọc gần tương tự đầu ghi 🡺

Cùng một head có thể sử dụng cho cả hai Các

đầu đơn thường được sử dụng cho đĩa mềm, đĩa

cứng cũ

Trang 7

• Các hệ thống đĩa cứng hiện đại yêu cầu một đầu đọc riêng biệt và được đặt để thuận tiện với đầu ghi.

• Đầu đọc bao gồm cảm biến từ trở được che lại một phần Vật liệu cho cảm biến từ có điện trở phụ thuộc vào hướng từ hóa của môi trường chuyển động phía dưới vật liệu.

• Bằng cách cho dòng điện qua cảm biến từ, các thay đổi về điện trở được phát hiện dưới dạng tín hiệu điện áp.

• Thiết kế từ cho phép hoạt động ở tần số cao hơn, tương đương với mật độ lưu trữ và tốc độ hoạt động lớn hơn.

Trang 8

ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TỔ CHỨC DỮ LIỆU VÀ ĐỊNH DẠNG

• Tổ chức dữ liệu trên đĩa trong một tập hợp các vòng đồng

tâm, được gọi là các rãnh Mỗi rãnh có cùng chiều rộng với

phần head Có hàng nghìn rãnh trên mỗi bề mặt.

• Gia tăng các khoảng trống giữa các rãnh liền kề để giảm

thiểu các lỗi do đầu bị lệch, nhiễu từ trường.

• Dữ liệu được vận chuyển đến và từ các cung (sectors) Mỗi

rãnh sẽ bao gồm hàng trăm vòng cung với độ dài cố định

hoặc thay đổi

Trang 9

• Quét các thông tin với cùng tỉ lệ bằng cách quay đĩa vớitốc độ cố định được gọi là vận tốc góc không đổi (constantangular velocity - CAV)

• Đĩa được chia thành các vòng cung với dạng pie-sharp vàthành các rãnh đồng tâm

• Ưu điểm khi sử dụng CAV là khối dữ liệu riêng lẻ có thểđược giải quyết trực tiếp theo rãnh và sector 🡺 Di chuyểnhead từ vị trí hiện tại đến một vị trí cụ thể

• Nhược điểm là khối lượng dữ liệu có thể lưu trữ từ cácvòng dài rãnh ngoài sẽ phải giống với khối lượng dữ liệucủa các vòng ngắn rãnh trong

Trang 10

• Để gia tăng mật độ, hệ thống đĩa cứng hiện đại sử dụng kỹ thuật ghi đa vùng (multiple zone recording), kỹ thuật chia bề mặt thành số vùng đồng tâm (thường là 16 vùng).

• Trong mỗi vùng, số lượng bits của mỗi rãnh là hằng số.

• Những vùng nằm xa trung tâm sẽ chứa được nhiều bits hơn (nhiều sectors) so với những vùng nằm gần trung tâm 🡺 Gia tăng khả năng lưu trữ tổng quát cho các mạch phức tạp.

Trang 12

ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TÍNH CHẤT VẬT LÝ

• Các head chuyển động hay cố định phụ thuộc vào hướng tấm của đĩa.

• Head cố định: sẽ có một đầu cho đọc/ghi mỗi rãnh Tất cả các head được gắn trên một nhánh cứng cáp ở tất cả các rãnh (ngày nay những hệ thống như vậy rất hiếm)

• Head chuyển động: chỉ có 1 đầu đọc/ghi duy nhất Head cũng được gắn trên nhánh, vì phải được đặt trên các rãnh, do đó các nhánh có thể mở rộng và thu hẹp để phục vụ mục đích trên.

Trang 13

• Đĩa di chuyển (Removable disk):

o Có thể loại bỏ khỏi drive và được thay thế bởi ổ đĩa khác.

o Cung cấp khả năng lưu trữ vô hạn.

o Truyền tải dữ liệu dễ dàng giữa các hệ thống

• Đĩa không thể di chuyển (Non removable disk):

o Gắn vĩnh viễn trên drive.

Trang 14

• Đa đĩa (multiple platter):

o Mỗi mặt sẽ có một đầu.

o Các head được nối và căn chỉnh.

o Dữ liệu bị sọc (striped) bởi các ông xy lanh (cylinder):

❖ Giảm thiểu khả năng di chuyển của đầu.

❖ Tăng tốc độ truyền tải.

Trang 16

• Đĩa cứng Winchester

o Được phát triển bởi IBM.

o Head của Winchester như một cụm ổ kín ngăn cho các vật khác gây nhiễu.

o Được thiết kế để hoạt động gần bề mặt đĩa hơn so với các đầu đĩa cứng thông thường Cho phép mật độ dữ liệu tăng.

o Phổ biến, rẻ, tốc độ lưu trữ ngoài nhanh.

Trang 17

ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - THÔNG SỐ HIỆU SUẤT ĐĨA

• Chi tiết thực tế của hoạt động vào / ra

đĩa phụ thuộc vào hệ thống máy tính, hệ điều hành và bản chất của kênh vào/ra

và phần cứng bộ điều khiển đĩa.

Sơ đồ thời gian của đĩa truyền tải I/O

Trang 18

• Seek time t s: thời gian di chuyển đầu vào đúng rãnh (Vì để đọc

và ghi, head cần được đặt vào rãnh mong muốn và đúng vào phần đầu tiên của sector của rãnh đó).

• Rotatetion latency/ latency time t L: thời gian cần thiết cho phần đầu tiên của sector có thể tới head.

• Khi head đã vào vị trí 🡺 cơ chế đọc và ghi sẽ bắt đầu thực hiện theo chuyển động của sector bên dưới head (truyền tải một phần dữ liệu của hoạt động).

• Transfer time t T: thời gian truyền tải một phần dữ liệu.

• Access time = seek time + latency time + transfer time = t s + t L

Trang 19

• Seek time sẽ bao gồm hai thành phần chính: Thời gian khởi

tạo ban đầu, thời gian cần thiết để đi qua các rãnh khi arm

bắt kịp tốc độ.

• Lưu ý: thời gian truyền tải không phải là một hàm tuyến

tính của số lượng rãnh mà sẽ bao gồm thời gian thiết lập (thời gian sau khi định vị head vào vị trí rãnh thiết lập đến khi xác định được rãnh).

• Giá trị trung bình của t s do nhà sản xuất cung cấp.

Trang 21

• Transfer time:

o Phụ thuộc vào tốc độ xoay của đĩa dựa trên côngthức sau:

Với b = số lượng bytes cần truyền tải

N = số lượng bytes trên rãnh

r = tốc độ xoay trong vòng quay mỗi giây.

Tổng thời gian đọc hoặc ghi khối trung bình có thểđược biểu thị bằng:

Trang 22

ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA CỨNG (SOLID STATE DRIVES)

• Solid state: Mạch điện tử được xây dựng bằng chất bán dẫn.

• Được chế tạo bởi các thành phần trạng thái rắn SSD có thể được sử dụng để thay thế ổ đĩacứng (Hard disk drive – HDD)

• SSD không có bất kỳ thành phần chuyển động cơ học nào Giúp phân biệt với ổ đĩa từ truyềnthống

• SSD sử dụng vi mạch để lưu dữ liệu trong chip nhớ điện tĩnh (non-vilatie memory)

• SSD sử dụng bộ nhớ Flash điện tĩnh để lưu trữ dữ liệu khi nguồn cấp điện cho máy tắt

Trang 23

SSD - KIẾN TRÚC

• Controller: Cung cấp giao diện thiết bị SSD và thực thi firmware.

• Addressing: Chứa logic thực thi các hàm đi qua thành phần bộ

nhớ Flash

• Data buffer/cache: Các thành phần bộ nhớ RAM tốc độ cao được

sử dụng để kiểm tra tốc độ và gia tăng lưu lượng dữ liệu

• Error correction: Các logic để phát hiện và chỉnh sửa lỗi.

Trang 24

SSD – MỘT SỐ ƯU ĐIỂM SO VỚI HDD

• Hiệu suất cao, đáng kể cho quá trình đọc/ ghi mỗi giây

• Độ bền: Ít bị sốc và rung động.

• Độ bền theo thời gian (tuổi thọ): cao hơn, SSD không dễ bị bào mòn cơ học.

• Tiêu thụ điện năng thấp hơn: sử dụng ít năng lượng hơn so với ổ cứng HDD có cùng kích

thước

• Khả năng vận hành êm và mát hơn: Yêu cầu ít không gian, chi phí năng lượng thấp.

• Thời gian truy cập và tốc độ trễ thấp hơn: Nhanh hơn 10 lần so với các đĩa quay trong ổ cứng

HDD Hiện tại, ổ cứng HDD có lợi thế về chi phí trên mỗi bit và lợi thế về dung lượng, nhưng

Trang 25

• Tuy có nhiều ưu điểm so với HDD, SSD cũng tồn tại một số nhược điểm:

o Giá cả cao hơn so với các loại ổ đĩa truyền thống

o Không gian lưu trữ thấp hơn

o Bộ nhớ Flash SSD chậm hơn so với DRAM

Trang 26

MỘT SỐ Ổ CỨNG CỦA CÁC HÃNG NỔI TIẾNG – HÃNG SANDISK

Trang 27

MỘT SỐ Ổ CỨNG CỦA CÁC HÃNG NỔI TIẾNG – HÃNG TEAMGROUP

Trang 28

MỘT SỐ Ổ CỨNG CỦA CÁC HÃNG NỔI TIẾNG – HÃNG KINGSTON

Trang 29

MỘT SỐ Ổ CỨNG CỦA CÁC HÃNG NỔI TIẾNG – HÃNG SAMSUNG

Ngoài ra còn có các hang khác như: Intel, Transcend, Kingmax, Corsair, Gigabyte,…

Trang 30

ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA QUANG (OPTICAL DISK)

• Bằng phẳng, tròn, đĩa cầm tay được làm bằng kim loại, nhựa vàsơn mài

• Có thể chỉ đọc hoặc đọc/ghi

• Hầu hết các máy tính cá nhân đều có ổ đĩa quang học

Trang 31

Quy trình laser đọc trên ổ đĩa quang

Trang 32

Lưu trữ dữ liệu trên ổ đĩa quang:

• Thường được lưu trữ trong một rãnh đơn

• Rãnh được chia thành các sectors

Trang 33

Trang 34

BỘ NHỚ FLASH (HDD LƯU ĐỘNG)

• Bộ nhớ flash là một công nghệ bộ nhớ không biến đổi được phát triển từ EEPROM.

• Ổ đĩa flash là một thiết bị lưu trữ máy tính được xây dựng bằng bộ nhớ flash, thiết kế

ở trạng thái rắn và do đó mang nhiều ưu điểm hơn so với các loại ổ lưu trữ truyền thống.

• Ví dụ: ổ đĩa flash USB, ổ cứng thể rắn.

Trang 35

BỘ NHỚ FLASH (HDD LƯU ĐỘNG) – CÁCH HOẠT ĐỘNG

Trang 36

Ổ ĐĨA FLASH USB

• Được phát triển dựa trên công nghệ bán dẫn

• Là một chip nhớ flash có thể được kết nối với máy tính thông qua đầu nối USB.

• Nhẹ (khoảng 25 gram), kích thước nhỏ và có dung lượng rất cao.

• Có thể làm cho đĩa mềm lỗi thời.

Trang 37

CÁC CHUẨN GIAO DIỆN NỐI Ổ CỨNG VỚI MÁY TÍNH

• Chuẩn kết nối IDE (EIDE):

o Parallel ATA (PATA) hay còn được gọi là EIDE (Enhanced intergrated drive electronics)

o Tốc độ truyền tải dữ liệu tối đa là 100 MB/giây

o Các bo mạch chủ mới nhất hiện nay gần như đã bỏ hẳn chuẩn kết nối này Tuy nhiên, cóthể dùng loại card PCI EIDE Controller để sử dụng ổ cứng EIDE

Trang 38

CÁC CHUẨN GIAO DIỆN NỐI Ổ CỨNG VỚI MÁY TÍNH

• Chuẩn kết nối SATA (Serial ATA):

o Khả năng ưu việt về tốc độ xử lý và truyền tải dữ liệu 🡺nhanh chóng trở thành chuẩn kết nối mới trong côngnghệ ổ cứng

o Giảm tiếng ồn và nhờ vào những dây cấp SATA hẹp hơnvới dây cáp IDE giúp tăng các luồng không khí trong hệthống

o Tốc độ truyền tải dữ liệu lên đến 150-300 MB/giây

Trang 39

THANK YOU FOR YOUR ATTENTIONS

Định dạng
Số trang	39
Dung lượng	1,25 MB