tài liệu học tập về ổ đĩa cứng

Mụ c tiêu bài họ cBiết được các công nghệ chế tạo ổ cứng Hiểu được cấu tạo ổ cứng Phân biệt rõ các chuẩn giao tiếp giữa hệ thống với ổ cứng Thông hiểu cách tổ chức lưu trữ dữ liệu trong

Bài 4

Ổ CỨ NG (Hard drive)

Mụ c tiêu bài họ c

Biết được các công nghệ chế tạo ổ cứng

Hiểu được cấu tạo ổ cứng

Phân biệt rõ các chuẩn giao tiếp giữa hệ thống với ổ cứng

Thông hiểu cách tổ chức lưu trữ dữ liệu trong ổ cứng

Giải quyết các vấn đề liên quan đến ổ cứng

Nhắ c lạ i về ổ cứ ng

Ổ cứng dùng để lưu trữ dữ liệu lâu dài

Dữ liệu lưu trong ổ cứng không mất đi khi tắt máy

Các đị nh dạng: 3.5”, 2.5”, 1.8”

Các chuẩn giao tiếp: PATA (IDE), SATA, SCSI

Phân biệt ổ cứng dựa vào công nghệ chế tạo

Ổ cứng từ (HDD truyền thống) sử dụng đĩa từ để lưu trữ dữ liệuSSD sử dụng vi mạch để lưu trữ dữ liệu

• Tạ i thời điểm năm 2011, hầu hết SSD sử dụng chip flash

• Một số SSD sử dụng RAM + nguồn nuôi

Ổ cứng lai (hybird) kết hợp cả hai công nghệ trên

• Thường ổ cứng từ được sử dụng để lưu trữ dữ liệu còn SSD được

sử dụng như là bộ nhớ cache rất lớn (các file thường được truy xuất

sẽ được ghi lên trên phần SSD và không biến mất khi ngắt điện)

Ổ cứ ng từ

Các thành phần của một ổ cứng từ

1 hoặc một số đĩa quay tròn quanh trục

Đĩa được phủ từ để lưu trữ dữ liệu

Đầu đọc/ghi ở trên bề mặt các đĩa

Hard drive controller: chip logic điều khiển quá trình đọc/ghi

Lưu trữ vật lý

Track: Tập các sector cách đều tâm trên 1 mặt đĩa

Cylinder: Tập các track cùng số thứ tự trên các đĩa khác nhau

Ổ cứng phát triển, cylinder dần mang tính logic

• 1 cylinder theo chuẩ n = 16.065 sector (255 track x 63 sector/track)

Bài 4 c ng 6

Bài 4 c ng 7

Bài 4 c ng 8

Tổ chứ c dữ liệ u trên ổ cứ ng

Block: Một đơn vị (logic) dữ liệu trên ổ cứng

LBA: Logical Block Addressing – Chuẩn đánh đị a chỉ cho tất cả các sector trên ổ cứng

Hai kiểu đị nh dạng (format):

Cấp thấp (Low-level): Đánh dấu các track và sector

Cấp cao (High-level): Tạo boot sector, hệ thống file …

Các nhà sản xuất đã thực hiện đị nh dạng cấp thấp cho đĩa

Mỗi nhà sản xuất thường có chương trình format riêng của họ

Sử dụng sai chương trình có thể làm hỏng ổ đĩa

Các chương trình zero-fill (set tất cả các sector về 0) không

thực hiện đị nh dạng cấp thấp

Ổ cứng được chia thành các phân vùng Hai loại phân vùng:

Phân vùng chính (Primary partition)

• Tối đa 4 phân vùng/ổ cứng

• Mỗi phân vùng được format thành 1 hệ thống file (file system).

Phân vùng mở rộng (Extended partition)

• Tối đa 1 phân vùng/ổ cứng

• Tạ o được nhiều ổ logic, mỗi ổ logic có thể format theo một hệ thống file riêng

Tổ chứ c dữ liệ u trên ổ cứ ng

Các chương trình dùng để phân vùng:

Fdisk, Partition Magic, Acronis Disk Director Suite …

Thực hành: Phân vùng ổ cứng sử dụng Acronis Disk Director

hoặc Partition Magic

Hệ thống file (file system): cấu trúc hệ điều hành sử dụng để đặt tên, lưu trữ và sắp xếp các file trong hệ thống

Mỗi một ổ logic được format theo một file system cụ thể

File system của Windows: FAT32, NTFS

Các file system khác: ext2, ext3, ext4, XFS, JFS, ZFS, brtf…

FAT32: File system được dùng phổ biến trước Win XP

Giới hạn dung lượng mỗi file tối đa 4GB, dung lượng ổ 2TB

Các chuẩ n giao tiế p

Chuẩn giao tiếp đị nh dạng cách thức giao tiếp giữa ổ cứng với

Chuẩ n ATA

Chuẩn ATA quy đị nh:

Cách drive controller (bộ điều khiển ổ đĩa) giao tiếp với BIOS,

chipset, hệ điều hành

Loại dây nối ổ cứng với hệ thống

Phát triển bởi Technical Committee T13

Công bố bởi ANSI

Một số thông số cần chú ý khi xây dựng hệ thống:

Chuẩn nhanh nhất mà main hỗ trợ

Hệ điều hành, BIOS, và firmware của ổ cứng cũng phải hỗ trợchuẩn cần dùng

Bài 4 c ng 14

Chuẩ n PATA

Parallel ATA (PATA)

Tối đa 2 dây nối 40 chân

Mỗi dây nối có thể nối được 2 ổ đĩa

EIDE (Enhanced Integrated Device Electronics)

Ổ cứng tuân theo chuẩn ATAPI (AT Attachment Packet Interface)Gắn tối đa 4 ổ PATA qua hai dây nối

Bài 4 c ng 16

Chuẩ n PATA

Hai chế độ chuyển dữ liệu

DMA (direct memory access): Dữ liệu chuyển trực tiếp từ ổ cứngsang bộ nhớ mà không thông qua CPU

Cho phép hai ổ cứng chạy dưới hai tốc độ khác nhau

Chuẩ n SATA

Dữ liệu truyền tuần tự (từng bit một) chứ không truyền song song như PATA

Hỗ trợ hot-swap (đổi nóng): Cắm thêm hoặc rút bớt ổ khi

máy đang chạy

Hai loại SATA: Nối bên trong (SATA) và nối bên ngoài (eSATA)

Bài 4 c ng 19

Cấ u hình ổ cứ ng

Cấu hình ổ PATA

Mỗi dây PATA 40 chân có hai cổng nối IDE

Hai cổng IDE đó hỗ trợ 1 kênh IDE

Một kênh IDE hỗ trợ 2 ổ : 1 master (ổ chính), 1 slave (ổ phụ)

Cấu hình master/slave cho ổ cứng: dăm, công tắc DIP, dây cáp

Cấu hình ổ SATA

1 dây SATA hỗ trợ 1 ổ SATA (không có master/slave)

Bài 4 c ng 21

Chuẩ n SCSI

SCSI: Small Computer System Interface

Chuẩn giao tiếp giữa bus hệ thống và một hệ thống con thiết bịngoại vi

Các thiết bị thường có tốc độ cao hơn thiết bị chuẩn ATA

SCSI subsystem

Chip điều khiển SCSI: Nhúng trên main hoặc qua card mở rộng

Mỗi thiết bị vật lý lại có thể chứa nhiều thiết bị logic

Bài 4 c ng 23

Chuẩ n SCSI

Điện trở ngắt (Terminating resistor)

Giảm độ nhiễu tín hiệu

Các chuẩn SCSI

SCSI-1, SCSI-2, and SCSI-3

• Hay còn gọi: SCSI, Fast SCSI, Ultra SCSI

Serial attached SCSI (SAS): Tương thích với SATA

Fibre channel

Một loại chuẩn SCSI, nhưng hay được coi là đối thủ của SCSI

trong các giải pháp server cao cấp

Các chuẩ n khác

USB (Universal Serial Bus)

Ổ cứng có thể được cắm ngoài qua cổng USB

Các chuẩn USB: USB 1.1, USB 2.0 và USB 3.0

IEEE 1394 (FireWire)

Ổ cứng có thể được cắm ngoài qua cổng FireWire

FireWire cũng hỗ trợ cắm trong

Bài 4 c ng 26

Ổ cứng CrossFire này có dung lượng 160GB và sử dụng kết nối 1394a hay USB 2.0

Chuẩ n RAI D

RAID: redundant array of independent disks

Công nghệ sử dụng nhiều ổ cứng như là một ổ

thể thay bằng ổ cứng mới mà không mất dữ liệu / không ảnh

hưởng tới hoạt động của hệ thống

Tăng tốc độ đọc/ghi của hệ thống bằng cách chia công việc racho nhiều ổ

Các mứ c RAI D

RAID 0 sử dụng tất cả các ổ cứng như là một ổ lớn.

Dữ liệu được ghi đều ra các ổ

Tốc độ đọc/ghi tăng theo số lượng ổ

Một ổ hỏng sẽ dẫn đến cả hệ thống mất dữ liệu

RAID 1 ghi dữ liệu giống nhau lên hai ổ

Tốc độ ghi không đổi, tốc độ đọc tăng gấp đôi

Khi một ổ hỏng có thể thay bằng một ổ khác mà không ảnh

hưởng gì đến hệ thống

RAID 5 ghi đều dữ liệu ra các ổ + 1 phần dữ liệu để phát hiện

và sửa lỗi

Vừa tăng tốc độ vừa chống mất mát dữ liệu

Tính toán phần dữ liệu sửa lỗi tốn tài nguyên tính toán

RAID 10 hay 01: Kết hợp RAID 0 và RAID 1

Các công nghệ triể n khai RAI D

Hardware RAID (RAID sử dụng phần cứng) sử dụng driver

điều khiển riêng

Software RAID (RAID sử dụng phần mềm) sử dụng CPU và

driver bình thường (ATA, SATA, SCSI …), được hệ điều hành quản lý

FakeRAID là software RAID được cài đặt trong BIOS, do đó

được hệ điều hành coi như hardware RAID

Ổ đĩa mề m

Ổ đĩa mềm giờ không còn được sử dụng nữa

Thay thế bằng ổ đĩa quang và thẻ nhớ USB

Tham khảo thêm trong sách học

Các lư u ý khi chọ n mua ổ cứ ng

Dung lượng của ổ

Công nghệ chế tạo Ổ cứng từ rẻ, ổ SSD tốc độ nhanh và đắt Các yếu tố liên quan đến tốc độ

Số vòng quay/phút (RPM) và dung lượng cache ở ổ HDD thườngTốc độ ghi theo MB/s của ổ SSD

Thời gian tìm kiếm trung bình: Càng thấp càng tốt

Chuẩn giao tiếp của ổ

Cài đặ t ổ SATA

Không phải chỉ nh dăm, không có slave/master

Động tác cài đặt đơn giản

Cho ổ vào trong khay đựng

Cắm dây điện và dây tín hiệu

Kiểm tra xem hệ thống đã nhận ổ chưa

Cài đặ t ổ PATA

Bước 1: Lên kế hoạch cấu hình từng ổ

Ổ nào ở kênh nào

Ổ nào là master, ổ nào là slave

Bước 2: Chỉ nh dăm

Bước 3: Cho ổ vào trong khay

Cắm dây tín hiệu và dây nguồn

Kiểm tra lại xem hệ thống đã nhận ổ chưa

Bước 4: Vào BIOS kiểm tra và cấu hình các ổ

Bài 4 c ng 34

Ổ PATA thường có sơ đồ thiết lập dăm cho các lựa chọn ổ chính/phụ in trên vỏ của ổ

Bài 4 c ng 35

Bài 4 c ng 36

CMOS setup chuẩn

Triể n khai Hardw are RAI D

Tham khảo sách học

Tổ ng kế t

Kích thước chuẩn ổ cứng: 1.8”, 2.5” và 3.5”

Phân loại ổ cứng theo công nghệ chế tạo: HDD, SSD, Hybird

Đị nh dạng cấp thấp và đị nh dạng cấp cao

Master boot record (MBR) chứa partition table và chương

trình quản lý việc khởi động (boot manager)

Các loại file system mà Windows đang dùng là FAT32 và NTFS Hầu hết các ổ cứng dùng chuẩn giao tiếp ATA, chia làm hai

loại chính: PATA và SATA

Chuẩn SCSI hay được dùng trong ổ cứng cho server

RAID là công nghệ sử dụng một dãy ổ cứng như là một ổ để tăng tốc độ và an toàn dữ liệu