đồ án thiết kế chế tạo và điều khiển tay máy, chương 12 docx

Sau đó 25 năm, hãng Seagate Seagate Technology đã giới thiệu một loại đĩa cứng dành cho máy tính cá nhân có dung lượng lên đến 40MB và tốc độ truy xuất tới 625 KBps sử dụng chuẩn mã hoá

Trang 1

12 GIAO TIẾP ĐĨA CỨNG

12.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐĨA CỨNG

Mở đầu chương này sẽ là phần giới thiệu về lịch sử phát triển và cấu tạo của đĩa cứng

12.1.1 Lịch sử phát triển của đĩa cứng

Hãng IBM phát minh ra đĩa cứng đầu tiên vào năm 1954 Khi đó đĩa cứng có dung lượng là 5MB, cấu tạo gồm 50 đĩa từ ghép lại Sau đó 25 năm, hãng Seagate (Seagate Technology) đã giới thiệu một loại đĩa cứng dành cho máy tính cá nhân có dung lượng lên đến 40MB và tốc độ truy xuất tới 625 KBps sử dụng chuẩn mã hoá MFM Thế hệ sản phẩm đĩa cứng sau đó của hãng này dùng chuẩn giao tiếp ST506 với kỹ thuật RLL Vào thập kỷ 80 mà có một đĩa cứng với dung lượng 100MB trong máy PC của bạn là cả một gia tài

Ngày nay, với sự phát triển của ngành công nghệ phần mềm thì đòi hỏi máy tính càng ngày càng mạnh, có bộ nhớ lớn hơn, dung lượng đĩa cứng cũng lớn hơn May thay, sự phát triển dung lượng của đĩa cứng tỷ lệ nghịch với giá của nó Điều này chúng ta có thể thấy rõ qua giá cả của các loại đĩa cứng trong thời gian gần đây

Và không những dung lượng tăng mà tốc độ truy xuất của đĩa cứng cũng không ngừng được cải tiến Với sự xuất hiện của họ chip Intel Triton, chuẩn EIDE PIO mode 4 ra đời cho nhiều tính năng vượt trội

GVHD: TS NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Trang 2

12.1.2 Cấu trúc vật lý của một đĩa cứng

Đĩa cứng là một tập gồm nhiều đĩa từ (platter) Đĩa từ thường được làm bằng vật liệu không có từ tính như hợp kim nhôm hoặc hổn hợp của thủy tinh và gốm, sau đó được phủ một lớp vật liệu có từ tính (magnetic-medium), thường là một lớp oxit, nhưng ngày nay, người ta thay nó bằng một lớp kim loại mỏng gọi là thin-film medium Dữ liệu được lưu trữ trên lớp bề mặt này Mỗi một đĩa từ có thể chứa đến hàng tỷ điểm dữ liệu hay còn gọi là bpsi (bits per square inch)

Hình 12.1 Cấu trúc bên trong của đĩa cứng

Trung bình một đĩa cứng có từ 2 đến 3 đĩa từ (hay nhiều hơn tùy loại) được xếp chồng lên nhau, ở giữa có một trục quay (spindle) Trục quay này có tốc độ quay rất nhanh khoảng vài ngàn vòng một phút Tốc độ quay này góp phần quyết định tốc độ truy xuất dữ liệu của đĩa cứng Các đĩa từ được xếp chồng lên nhau sao cho còn có một khoảng cách ở giữa chúng (xem hình 12.2) Trong khoảng không gian này là nơi đầu đọc (read/write head) được đưa vào Đầu đọc được thiết kế để nó gần như tiếp xúc với bề mặt của đĩa, khoảng cách giữa đầu đọc và bề mặt đĩa thường là 0,2mm Nhưng với các loại đĩa cứng mới hiện nay thì khoảng cách này là 0,07mm hay nhỏ hơn Một chút không khí bẩn hay một lần vô tình chạm tay vào bề mặt đĩa từ cũng có thể dẫn đến sự trầy xướt bề mặt đĩa từ hoặc làm cong đầu từ Cho nên nhà chế tạo thường rút hết không khí ra khỏi buồng chứa các đĩa từ

Trang 3

Hình 12.2 Các Cylinder, Track, Sector của HardDisk

Đĩa từ sau khi được định dạng thì được chia thành các Track và Sector như hình 12.3

Hình 12.3 Các Sector và Track

Track là những hình vành khăn bao quanh trục (có ở cả hai mặt của mỗi đĩa từ) Tập hợp các Track có cùng đường kính trên mỗi đĩa từ (platter) tạo thành một Cylinder Trong từng Track lại được chia thành các Sector mà mỗi một Sector chứa 512 byte Sector là đơn vị chia nhỏ nhất của đĩa cứng có thể truy xuất được

12.1.3 Hoạt động

Dữ liệu được ghi lên đĩa cứng cũng giống nguyên tắc ghi lên đĩa mềm Trước tiên bềmặt đĩa được xem như là một ma trận các điểm, mỗi điểm chỉ có giá trị là “0” hay “1” Vị trí của từng điểm (từng phần tử của ma trận) được xác định nhờ một bảng, mà ta tạm gọi là bảng đánh dấu Nhờ có bản này mà đầu từ có thể định được vị trí tên đĩa

12.1.4 Chuẩn IDE

Một trong những chuẩn giao tiếp ra đời sớm nhất cho phần cứng của máy

PC là chuẩn IDE (Integrated Drive Electronics) IDE ban đầu được phát triển bởi Western Digital và Compaq vào năm 1986 để khắc phục các nhược điểm của của hai chuẩn đã ra đời trước nó là ST506 và ESDI Chuẩn IDE còn được biết GVHD: TS NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Trang 4

như là chuẩn ATA (Advanced Technology Attachment) do sự cộng tác của các

nhà chế tạo máy tính quy định và thống nhất với nhau

Một rong những điểm chính của chuẩn IDE là sự tích hợp của chức năng

điều khiển đĩa vào bên trong ổ đĩa cứng Những đĩa cứng dùng chuẩn IDE có thể

nối trực tiếp vào đường bus của hệ thống mà không cần một bộ điều khiển tách

dữ liệu trên bus, điều này làm giảm giá thành của toàn bộ hệ thống

Sự chấp nhận rộng rãi chuẩn IDE của các nhà sản xuất và của người tiêu

dùng, làm thay đổi bộ mặt của PC, tạo ra một sự chuyển biến mạng mẽ trong

ngành này Về sau, với sự phát triển của các bộ vi xử lý mạnh, thì đi đôi với nó

là sự xuất hiện của chuẩn EIDE (Enhance IDE) và ATAPI (AT Attachment

Packet Interface)

12.2 GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN

Một đĩa cứng có tất cả là 12 thanh ghi bao gồm:

- Thanh ghi Alternate Status

- Thanh ghi Status

- Thanh ghi Command

- Thanh ghi Cylinder High

- Thanh ghi Cylinder Low

- Thanh ghi Data

- Thanh ghi Device Control

- Thanh ghi Device/Head

- Thanh ghi Error

- Thanh ghi Features

- Thanh ghi Sector Count

- Thanh ghi Sector Number

Trong đó mỗi thanh ghi được quy định chức năng rất chặt chẽ Mỗi thanh

ghi đều có địa chỉ riêng, và việc truy xuất nó được thông qua việc kết hợp tín

hiệu các chân /CS0, /CS1, A0, A1 và A2 theo bảng sau:

Bàng 12.1 Bảng địa chỉ một số thanh ghi chủ yếu

READ WRITE CS0 CS1 A2 A1 A0

Thanh ghi điều khiển

0 1 1 1 0 Trạng thái chuyển tiếp Điềøu khiển thiết bị

Trang 5

Thanh ghi lệnh

Với bất kỳ một đĩa cứng muốn truy xuất dữ liệu, chúng ta phải tuân thủ quy trình sau

Trang 6

BSY =0 ?

BSY=0 ? DRDY=1

Đọc thanh ghi Status hay thanh ghi Alternate Status

Ghi vào thanh ghi Device

bit DEV

Đọc thanh ghi Status hay thanh ghi Alternate Status

Bắt đầu

Trang 7

BSY =0 ?

Đọc thanh ghi Status hay thanh ghi Alternate Status Đưa dữ liệu vào/Đọc dữ liệu ra

Ghi lệnh vào thanh ghi Command

Ghi đường dẫn cho các thanh ghi Sector, Cylinder, và Device

DRQ =1 ?

Kết thúc

12.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Chương trình điều khiển và sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển được in ở phần phụ lục trang 3

12.4 KẾT LUẬN

Như thế ta đã nghiên cứu các nguyên tắc cơ bản nhất để giao tiếp với một đĩa cứng theo chuẩn IDE Bằng cách này ta có thể lưu được một khối lượng lớn dữ liệu, và có thể truy xuất dễ dàng Bên cạnh đó, ta cũng đã hiểu được cấu tạo chung của một đĩa cứng

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	502,5 KB