Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 5 - TS. Hoàng Xuân Dậu

Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 5: Bộ nhớ ngoài cung cấp cho người học các kiến thức: Đĩa từ, đĩa quang, RAID, NAS. Đây là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên ngành Công nghệ Thông tin và những ai quan tâm dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.

Trang 1

Điện thoại/E-mail: dau@ekabiz.vn

Bộ môn: Khoa học máy tính - Khoa CNTT1

BÀI GIẢNG MÔN

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

Giảng viên: TS Hoàng Xuân Dậu

CHƯƠNG 5 – BỘ NHỚ NGOÀI

Trang 2

Học kỳ/Năm biên soạn: Học kỳ 2 năm học 2009-2010

Trang 3

www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU Trang 3BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY

TÍNH - KHOA CNTT1

SAN

5.1 Đĩa từ - Giới thiệu

 Đặc điểm của đĩa từ:

 Là thiết bị lưu trữ kiểu ổn định (không tin vẫn tồn tại khi không có nguồn nuôi);

 Là bộ nhớ có dung lượng lớn kiểu khối;

 Sử dụng các đĩa nhựa hoặc đĩa kim loại có phủ lớp bột từ trên bề mặt để lưu trữ thông tin Bột từ được sử dụng là oxit sắt hoặc các hợp kim của sắt.

 Các kiểu đĩa từ:

 Đĩa mềm (FD – Floppy Disk): làm bằng plastic, dung lượng nhỏ, tốc độ chậm, dễ hỏng; Sử dụng ổ đĩa mềm (FDD – Floppy Disk

Trang 4

Drive) để đọc ghi đĩa mềm;

 Đĩa cứng (HDD – Hard Disk Drive): đĩa cứng thường làm bằng kim loại, dung lượng lớn, tốc độ cao; Đĩa cứng thường được gắn với ổ đĩa trong một hộp kín bảo vệ.

Trang 5

TÍNH - KHOA CNTT1

Đĩa mềm 51/2 inches và ổ đĩa mềm

(1,2MB)

Trang 6

Đĩa mềm 3½ inches và ổ đĩa mềm

(1,44MB)

Trang 7

TÍNH - KHOA CNTT15.1 Đĩa từ - Giới thiệu – Đĩa cứng

Trang 9

TÍNH - KHOA CNTT15.1 Đĩa từ - Giới thiệu – Đĩa cứng

Trang 10

5.2 Đĩa cứng – Cấu tạo

Trang 11

www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU Trang 11BỘ MÔN: KHOA HỌC

Trang 12

 Mỗi đĩa có thể lưu thông tin trên 2 mặt (side): mặt 0 và mặt 1.

Đầu từ (Heads):

 Được sử dụng để đọc và ghi thông tin lên đĩa;

 Đầu từ không tiếp xúc với bề mặt đĩa mà “bay” trên mặt đĩa;

 Số lượng đầu từ của mỗi ổ đĩa thường rất khác nhau:

4, 8, 12, 16, 24, 32, 64, …

Rãnh (Tracks):

Trang 13

MÁY TÍNH - KHOA CNTT1

 Rãnh là các đường tròn đồng tâm trên bề mặt đĩa

 Các rãnh được đánh số từ ngoài (0) và trong

 Trên mỗi mặt đĩa 3½ inches có hàng ngàn rãnh.

Trang 14

Đĩa cứng có thể được định dạng (format) theo 2 mức:

 Định dạng mức thấp (low level format):

• Do BIOS thực hiện

• Là quá trình gán địa chỉ cho các cung vật lý

• Một đĩa cứng phải được định dạng mức thấp trước khi đưa vào sử dụng

• Các ổ đĩa cứng hiện đại thường được các nhà sản xuất định dạng mức thấp.

Trang 15

 Định dạng mức cao (high level format):

• Do hệ điều hành (OS – Operating System) thực hiện;

• Là quá trình gán địa chỉ cho các cung logic và khởi tạo hệ thống file

• Một đĩa cứng phải được định dạng mức cao trước khi có thể lưu thông tin.

5.2 Đĩa cứng – Giao diện ghép nối

Các giao diện thông dụng ghép nối ổ đĩa cứng với máy

tính gồm:

 Parallel ATA (PATA hoặc IDE/EIDE - Integrated Drive Electronics) – Advanced Technology Attachments

 Serial ATA (SATA)

 SCSI – Small Computer System Interface (phát âm là scuzzy

Trang 16

 Serial Attached SCSI (SAS)

 iSCSI – Internet SCSI

5.2 Đĩa cứng – Giao diện ghép nối ATA

 ATA/IDE sử dụng cáp dẹt 40 hoặc 80 chân để ghép nối ổ cứng với bảng mạch chính;

 Mỗi cáp thường hỗ trợ ghép nối với 2 ổ đĩa:

 Ổ đĩa chủ (master)

 Ổ đĩa tớ (slave)

 Tốc độc vận chuyển thông tin:

Trang 17

 Băng thông: 16 bít

 Thông lượng: 16, 33, 66, 100 and 133MB/s.

5.2 Đĩa cứng – Giao diện ghép nối ATA

Đầu cắm IDE Khe cắm IDE

Trang 18

Cáp IDE

Trang 19

MÁY TÍNH - KHOA CNTT15.2 Đĩa cứng – Giao diện ghép nối ATA

Trang 20

IDE HDD jumpers & cài đặt jumpers

5.2 Đĩa cứng – Giao diện ghép nối SATA

 SATA sử dụng cùng tập lệnh mức thấp như ATA nhưng SATA sử dụng đường truyền tin nối tiếp tốc độ cao qua 2 đôi dây;

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

 SATA hỗ trợ nhiều tính năng tiên tiến so với ATA:

 Truyền dữ liệu nhanh và hiệu quả hơn

 Cắm nóng (hot plug)

 Sử dụng ít dây hơn ATA để truyền dữ liệu.

 Tốc độ truyền dữ liệu của SATA:

Trang 21

 Thế hệ 1: 1.5 Gb/s  Thế hệ 2: 3.0 Gb/s

 Thế hệ 3: 6 Gb/s

5.2 Đĩa cứng – Giao diện ghép nối SATA

Trang 22

dữ liệu SATA dữ liệu SATA nguồn SATA

5.2 Đĩa cứng – Giao diện ghép nối SCSI

 SCSI là một tập các chuẩn về kết nối vật lý và truyền dữ liệu giữa máy tính và thiết bị ngoại vi;

 Tất cả các thiết bị SCSI đều kết nối đến bus SCSI theo cùng một kiểu:

 Có thể kết nối 8-16 thiết bị SCSI đến một bus SCSI.

 Các tính năng tiên tiến của SCSI:

 SCSI cung cấp tốc độ truyền dữ liệu và tính ổn định rất cao;

 Cắm nóng

 Tốc độ truyền dữ liệu: 5, 10, 20, 40MB/s (SCSI cũ) và 160, 320,

Trang 23

Trang 24

Hệ thống khe cắm ổ cứng SCSI trên máy chủ

Trang 25

5.2 Đĩa cứng – Phân khu / phân đoạn

 Một đĩa cứng vật lý có thể được chia thành nhiều phần cho

dễ quản lý Mỗi phần được gọi là một phân đoạn hay một

phân khu (partition):

 Một phân khu chính (primary partition)

 Một hoặc một số phân khu mở rộng (extended partitions)

 Một phân khu có thể được chia thành một hoặc một số ổ đĩa logic:

 Phân khu chính chỉ có thể chứa duy nhất một ổ đĩa logic;

 phân khu mở rộng có thể được chia thành một hoặc một số ổ đĩa logic.

Trang 26

5.2 Đĩa cứng – Bảng phân khu

 Bảng phân khu (Partition Table) lưu thông tin về các phân khu đĩa cứng;

 Bảng phân khu gồm nhiều bản ghi, mỗi bản ghi chứa thông tin về một phân khu:

 Phân khu có thuộc loại tích cực (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.

Trang 27

5.2 Đĩa cứng – Cung khởi động

 Cung khởi động (boot sector) là một cung đặc biệt trên đĩa:

 Ở vị trí cung số 1 của ổ đĩa logic;

 Chứa chương trình mồi khởi động (Bootstrap loader) có nhiệm vụ kích hoạt việc nạp hệ điều hành từ đĩa vào bộ nhớ.

 Quá trình khởi động máy:

 Bật nguồn;

 Đọc thông tin trong ROM-BIOS, tự kiểm tra cấu hình (self test): kiểm tra các thiết bị & tình trạng sẵn sàng làm việc;

 Nạp và thực hiện chương trình mồi khởi động;

 Nạp các thành phần khởi động của hệ điều hành;

Trang 28

 Nạp nhân hệ điều hành;

 Nạp giao diện người dùng hệ điều hành sẵn sàng.

5.2 Đĩa cứng – Hệ thống file

 Hệ thống file (file system) là một dạng bảng danh mục

(directory) để lưu trữ và quản lý các files;

 Các files thường được lưu trữ trong các thư mục (folders); các thư mục được tổ chức theo mô hình cây;

 Hệ thống file được thiết kế theo các phiên bản của hệ điều hành:

 FAT (DOS, Windows 3.x, Windows 95, 98, ME)

 NTFS (Windows NT, 2000, XP, 2003, Vista, 7)

Trang 29

 Ext2, Ext3 (Unix, Linux)

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

5.2 Đĩa cứng – 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

Trang 30

mẹ, như các thư mục khác;

 Thư mục gốc có thể chứa các thư mục con và các file.

5.3 Đĩa quang – Giới thiệu

 Các đĩa quang hoạt động dựa trên nguyên lý quang học:

 Đĩa được chế tạo bằng plastic;

 Một mặt đĩa được tráng một lớp nhôm mỏng để phản xạ tia laser;

 Mặt đĩa được “khắc” rãnh và mức lõm của rãnh được sử dụng để biểu diễn các bit thông tin;

 Quá trình chế tạo đĩa CD-ROM & DVD-ROM:

 Tạo bản CD/DVD chủ chứa thông tin ở dạng “âm bản”;

 Dùng bản CD/DVD chủ để “in” thông tin lên các CD/DVD trắng.

Trang 31

MÁY TÍNH - KHOA CNTT15.3 Đĩa quang – Giới thiệu

Trang 33

Beam spitter

Rotation mirror

Trang 34

5.3 Đĩa quang – Nguyên lý đọc CD-ROM

 Tia laser từ điốt phát laser đi qua bộ tách tia đến gương

Trang 35

thành mức tín hiệu ra.

5.3 Đĩa quang – Các loại đĩa quang

CD (Compact Disk): Đĩa nén

 CD-ROM (Read Only CD): Đĩa CD chỉ đọc

 CD-R (Recordable CD) : Đĩa CD có thể ghi 1 lần

 CD-RW (Rewritable CD) : Đĩa CD có thể ghi lại (nhiều lần)

DVD (Digital Video Disk) : Đĩa video

 DVD-ROM (Read Only DVD) : Đĩa DVD chỉ đọc  DVD-R

(Recordable DVD) : Đĩa có thể ghi 1 lần

 DVD-RW (Rewritable DVD) : Đĩa có thể ghi lại (nhiều lần)

Trang 36

 HD-DVD (High-density DVD) : Đĩa DVD mật độ cao

 Blu-ray DVD (Ultra-high density DVD) : Đĩa DVD mật độ siêu cao.

5.3 Đĩa quang – Đĩa CD

 Dung lượng tối đa của CD là 700MB hoặc 80 phút nếu

lưu âm thanh;

 Sử dụng tia laser hồng ngoại với bước sóng 780 nm;

Tốc độ truyền thông tin:

 Tốc độ cơ sở: 150KB/s

 Tốc độ thực: hệ số nhân x tốc độ cơ sở

• 4 x = 4 x 150KB/s = 600 KB/s

• 50 x = 50 x 150 = 7500 KB/s

Trang 37

5.3 Đĩa quang – Đĩa CD-R

Đĩa CD-R tương tự như đĩa CD;

Điểm khác biệt giữa CD và

Trang 38

5.3 Đĩa quang – Đĩa CD-R

Trang 39

5.3 Đĩa quang – Đĩa CD-RW

 Đĩa CD-RW tương tự CD-R;

 Điểm khác biệt giữa CD-R và CD-RW:

 Lớp hữu cơ của CD-R được thay bằng một lớp bán kim loại đặt trong chân không;

 Lớp bán kim loại có thể được “đốt” lại khoảng 1000 lần (theo lý thuyết).

5.3 Đĩa quang – Đĩa DVD

 Dung lượng tối đa của đĩa DVD là 4,7GB với đĩa một mặt

và 8,5GB với đĩa 2 mặt;

Trang 40

 Sử dụng tia laser hồng ngoại có bước sóng 650nm;

Trang 41

MÁY TÍNH - KHOA CNTT15.3 Đĩa quang – Mật độ đĩa DVD so với CD

Trang 42

5.3 Đĩa quang – Mật độ đĩa DVD so với CD

Trang 43

5.3 Đĩa quang – DVD-R, RW, HD và Blu-ray DVD

 DVD-R tương tự CD-R, nhưng sử dụng tia laser bước sóng ngắn hơn (650nm).

 DVD-RW tương tự CD-RW, nhưng sử dụng tia laser bước sóng ngắn hơn (650nm).

 HD DVD (High-Definition DVD) do Toshiba phát minh:

 Sử dụng tia laser xanh với bước sóng ngắn hơn  Dung lượng: 15GB một lớp, 30GB hai lớp  Dừng sản xuất từ tháng 2.2008.

 Đĩa Blu-ray: Do Sony phát minh

 Sử dụng tia laser với bước sóng 405nm

 25GB một lớp, 50GB hai lớp

Trang 44

5.3 Đĩa quang – Cấu trúc đĩa DVD-R

Trang 45

Trang 46

5.3 Đĩa quang – Cấu trúc đĩa DVD-RW

Trang 47

5.4 RAID – Giới thiệu

 RAID (Redundant Array of Independent Disks) là một công nghệ tạo các thiết bị lưu trữ tiên tiến trên cơ sở đĩa cứng, nhằm các mục đích:

 Tốc độ cao (High performance / speed)

 Tính tin cậy cao (High reliability)

 Dung lượng lớn (Large volume)

 RAID:

 Một mảng của các đĩa cứng;

 Các đĩa cứng theo chuẩn SATA và SCSI mới hỗ trợ tạo RAID.

Trang 48

5.4 RAID – Các kỹ thuật RAID

Hai kỹ thuật chính được sử dụng trong RAID:

 Tạo lát đĩa (Disk Stripping):

• Ghi: Dữ liệu được chia thành các khối, mỗi khối được ghi đồng thời vào một đĩa độc lập;

• Đọc: Các khối dữ liệu được đọc đồng thời ở các đĩa độc lập, và được ghép lại tạo dữ liệu hoàn chỉnh.

tốc độ truy nhập được cải thiện.

 Soi gương đĩa (Disk Mirroring):

• Ghi: Dữ liệu được chia thành các khối, mỗi khối được ghi đồng thời vào nhiều đĩa độc lập;

• Tại mọi thời điểm ta luôn có nhiều hơn 1 bản sao của dữ liệu.

Tính tin cậy được cải thiện.

Trang 49

5.4 RAID – Disk Stripping

Kỹ thuật Disk stripping

A1 B1

A2 B2 Computer

RAID Controller

Disk 2 Disk 1

Trang 50

5.4 RAID – Disk Mirroring

Kỹ thuật Disk mirroring

A B

A B Computer

RAID Controller

Disk 2 Disk 1

Trang 51

5.4 RAID – Các loại RAID

Có nhiều loại RAID Sau đây là các loại RAID phổ biến

Trang 52

5.4 RAID – RAID 0

RAID 0 - Disk stripping

A1 B1

A2 B2 Computer

RAID Controller

Disk 2 Disk 1

Trang 53

5.4 RAID – RAID 0

 Đặc điểm:

 Yêu cầu tối thiểu 2 ổ đĩa cứng vật lý

 Sử dụng kỹ thuật tạo lát đĩa (disk stripping hoặc parallel

read/write)

 Ưu điểm:

 Nhanh: tốc độ truy nhập tỷ lệ thuận với số đĩa của RAID

 Tăng dung lượng: dung lượng RAID bẳng tổng dung lượng các đĩa đơn.

 Nhược điểm:

 Tính an toàn chỉ tương đương một đĩa đơn (tại sao?)

Trang 54

5.4 RAID – RAID 1

RAID 1 - Disk mirroring

A B

A B Computer

RAID Controller

Disk 2 Disk 1

Trang 55

5.4 RAID – RAID 1

 Đặc điểm:

 Sử dụng kỹ thuật soi gương đĩa (disk mirroring)

 Ưu điểm:

 An toàn cao: do tại mỗi thời điểm RAID luôn chứa nhiều bản copy của dữ liệu ở các đĩa vật lý khác nhau.

 Nhược điểm:

 Tốc độ tương đương một đĩa đơn.

 Dung lượng tương đương một đĩa đơn.

Trang 56

5.4 RAID – RAID 10

Disk 1 Disk 2 Disk 3 Disk 4 RAID 10 - Disk stripping & mirroring

A1 B1

A2 B2 Computer

RAID Controller

A1 B1

A2 B2

Stripping Stripping

Mirroring

Trang 57

5.4 RAID – RAID 10

 Đặc điểm:

 Sử dụng kỹ thuật tạo lát đĩa (disk stripping) và soi gương đĩa (disk mirroring)

Trang 58

đơn  Đắt tiền.

5.5 NAS - Network Attached Storage

Trang 59

 NAS là một máy chủ chuyên dùng làm thiết bị lưu trữ;

 NAS được kết nối vào mạng (thường là LAN tốc độ cao) và cung cấp các dịch vụ lưu trữ thông qua mạng;

 NAS thường dựa trên nền tảng là một RAID có tốc độ cao, dung lượng lớn và độ tin cậy rất cao.

 NAS có thể cung cấp dịch vụ lưu trữ cho hầu hết các loại máy chủ có cấu hình phần cứng khác nhau và chạy các hệ điều hành khác nhau.

Trang 60

Trang 61

Trang 62

5.6 SAN – Storage Area Network

Trang 63

Trang 64

5.6 SAN – Storage Area Network

 SAN là một mạng của các máy chủ chuyên dụng cung cấp dịch vụ lưu trữ;

 SAN thường cung cấp dịch vụ lưu trữ với các đặc điểm:

Trang 65

tán (Distributed File System).

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	3,03 MB