Thiết bị đầu cuối lưu trữ(analog và digital)

Lưu trữ dữ liệu là việc ghi (lưu trữ) thông tin (dữ liệu) trong một phương tiện lưu trữ., chữ viết tay, đĩa than, băng từ và đĩa quang là các ví dụ về phương tiện lưu trữ. Ghi âm được thực hiện bởi hầu như bất kỳ dạng năng lượng. Lưu trữ dữ liệu điện tử đòi hỏi năng lượng điện để lưu trữ và truy xuất dữ liệu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

(Analog và Digital)

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Nguyễn Phương Hòa

SINH VIÊN THỰC HIỆN : Nguyễn Công Hậu

Hàn Ngọc HàoLỚP : 112182.3

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, ngày tháng năm 2021 Giáo viên hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập ở trường lớp, chúng em đã được học tiếp thu kiến thức củathầy giáo, cô giáo trong bộ môn Điện - Điện tử Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên.Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến với các thầy giáo, cô giáo trong khoa đã giúp đỡ tận tình

Và đặc biệt cảm ơn cô Nguyễn Phương Hòa đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn ,dạy học truyền đạtkiến thức trên lớp,cũng như qua phương tiên truyền thông internet trong thời gian qua rất nhiệttình

Chúng em xin cảm ơn sựgiúp đỡ của các thầy cô, bạn bè, trong suốt thờigian qua.Mặc dù

đã cố gắng, song do điều kiện thời gian và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn ít, cho nên đềt àikhông thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của cácthầy giáo, cô giáo và các bạn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Lưu trữ dữ liệu là việc ghi (lưu trữ) thông tin (dữ liệu) trong một phương tiện lưu trữ., chữviết tay, đĩa than, băng từ và đĩa quang là các ví dụ về phương tiện lưu trữ Ghi âm được thựchiện bởi hầu như bất kỳ dạng năng lượng Lưu trữ dữ liệu điện tử đòi hỏi năng lượng điện để lưutrữ và truy xuất dữ liệu

Lưu trữ dữ liệu trong một phương tiện kỹ thuật số, có thể đọc bằng máy đôi khi được gọi

là dữ liệu kỹ thuật số Lưu trữ dữ liệu máy tính là một trong những chức năng cốt lõi của máytính có mục đích chung Tài liệu điện tử có thể được lưu trữ trong không gian ít hơn nhiều sovới tài liệu giấy Mã vạch và nhận dạng ký tự mực từ (MICR) là hai cách ghi dữ liệu máy có thểđọc được

Chính vì tính quan trọng của lưu trữ dữ liệu cùng với kinh nghiệm thực tế, và kiến thức đã

được học chúng em thực hiện bài tiểu luận với đề tài là: “NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ ĐẦU

CUỐI LƯU TRỮ (ANALOG VÀ DIGITAL)”.

Trong quá trình thực hiện đề tài nêu trên ,chúng em đã tận dụng được kiến thức và sự chỉ

bảo tận tình của cô Nguyễn Phương Hoà ,cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa

và bạn bè chúng em đã hoàn thành được bài tiểu luận của mình

Tuy nhiên kiến thức, kinh nghiệm của chúng em còn hạn chế nên bài tiểu luận khôngtránh được sai sót Chúng em rất mong sự đánh giá của quý thầy cô và bạn bè, để bài tiểu luậncủa chúng em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG II:CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Thiết bị lưu trữ dữ liệu là gì ?

Thiết bị lưu trữ dữ liệu là khái niệm chỉ các thiết bị lưu trữ thông tin, dữ liệu trong thờigian dài không bị mất đi khi tắt điện

2.2 Số hóa

Ước tính rằng năm 2002 là khởi đầu của kỷ nguyên số của việc lưu trữ thông tin: thời đạilưu trữ nhiều thông tin trên các thiết bị lưu trữ kỹ thuật số hơn trên các thiết bị lưu trữanalog Năm 1986, khoảng 1% khả năng lưu trữ thông tin của thế giới ở định dạng kỹ thuật số;con số này tăng lên 3% vào năm 1993, lên 25% vào năm 2000 và lên 97% vào năm 2007 Nhữngcon số này tương ứng với ít hơn ba exabyte được nén vào năm 1986 và 295 exabyte được nénvào năm 2007 Số lượng thông tin lưu trữ kỹ thuật số tăng gấp đôi khoảng ba năm một lần

2.3 Lịch sử thiết bị lưu trữ(Analog và Digital)

Bản chất của âm thanh tự nhiên là các tín hiệu tương tự (analog) mang các giá trị điện ápbiến thiên liên tục Những âm thanh này khi được nghe trực tiếp từ nguồn phát Nhưng con ngườimuốn lưu giũ và chế biến nó theo ý mình do đó công nghệ analog ra đời

Năm 1796 được đánh dấu là năm bắt đầu của công nghệ âm thanh analog Lúc này mộtngười thợ sản xuất đồng hồ có tên Antonine Favre trình bày ý tưởng về một dụng cụ chơi nhạcgiống như máy hát Thiết bị này chỉ có thể phát mà không thể ghi lại âm thanh trong cuộc sống

Đến năm 1877, là năm ra đời chiếc máy ghi âm đầu tiên do Emile Berliner phát minh dựatrên những phát minh trước đó của Edison Và sau đó việc xử lý âm thanh không ngừng pháttriển Lúc này việc xử lý âm thanh bao gồm việc thu, phát, truyền dẫn và lưu trữ âm thanh dướidạng tương tự (analog) được ứng dụng phổ biến

Do những tiến bộ đáng kể trong khoa học kỹ thuật âm thanh digital xuất hiện để khắcphục những nhược điểm của âm thanh analog Những năm 1970 nó được biết đến và dần trở nênphổ biến Trong nhiều lĩnh vực ghi âm và sản xuất âm thanh công nghệ digital được sử dụngnhiều tiêu biểu như việc in phát hành băng đĩa được thay bằng ghi âm kỹ thuật số Năm 1990 và

2000 âm thanh digital được dùng nhiều trong viễn thông

Công nghệ âm thanh kỹ thuật số được sử dụng vào việc ghi âm, sản xuất và phân phối âmnhạc phổ biến vào năm 2010 Từ đây việc phân phối các sản phẩm âm nhạc trở nên dễ dàng và rẻhơn rất nhiều so với âm thanh analog Và cho đến nay âm thanh kỹ thuật nói riêng và công nghệ

kỹ thuật số nói chung số đã trở nên phổ biến và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực không chỉ

CHƯƠNG III:NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Tổng quan về 1 số thiết bị lưu trữ

- Đĩa compact disc gồm 3 phần: Phần trong, phần ngoài, phần giới hạn

- Phần trong là phần "Read in" (dẫn nhập) Đây là nơi chứa bảng nội dung (Table of contents) củađĩa Bảng nội dung được dùng để chứa các thông tin bao gồm tổng số thời gian phát, số các bảnnhạc, thời gian dành cho mỗi bản nhạc

- Phần ngoài cùng của đĩa có bề rộng khoảng 1 mm được gọi là "Read out” (Dẫn xuất), nơi nàydùng để chứa thông tin kết thúc chế độ phát (End of play)

- Phần giới hạn giữa “Read in’ và 'Read out' là vùng chương trình (programe area) dùng để chứathông tin, chẳng hạn như thông tin âm nhạc và thời gian phát

- Tín hiệu vào được đổi thành dạng EFM và được ghi trên đĩa theo các chuỗi vệt hố (pit) với cácchiều dài khác nhau, có 9 loại vệt hố khác nhau với chiều dài biến đổi từ 0,87 + 3,18 µm với bểrộng lỗ là 0,5 µm, pit ngắn nhất có chiều dài là 0,87 µm gọi là pit 3T và pit dài nhất 3,18 µm gọi

Hình 3.1:Cấu trúc đĩa CD

Các tín hiệu được ghi trên đĩa dưới dạng các hộ (Pit) có chiều dài khác nhau:

+ Pit ngắn nhất có chiều dài 0,87µm ( bằng 3T)

+ Pit dài nhất có chiều dài 3,18 µm ( bằng 11T)

+ Bề rộng của mỗi Pit 0,5 µm

+ Khoảng cách giữa 2 track 1,6 µm

+ Tốc độ quay của đĩa: Từ 500 vòng/ phút đến 200 vòng/ phút khi đầu đọc đọc từ trong ra ngoài

3.1.2 Xử lý tín hiệu lưu trữ trên đĩa CD-VCD - DVD:

Tín hiệu âm thanh tồn tại trên đĩa Compact dưới dạng các bit 0/1 thông qua các pit và cácplat

Tín hiệu âm thanh trước khi ghi lên đĩa là tín hiệu thông tin Analog, nó phải được thựchiện biến đổi sang tín hiệu số Digital trong hệ thống CD Tín hiệu sau đó được đóng khung vàthực hiện đan chéo dữ liệu Việc đan chéo dữ liệu có tác dụng phát hiện và sửa lỗi, mã sửa lỗiđược mã hóa theo thuật toán Reed - Solomon và được xử lý theo cách sắp xếp đan xen Tín hiệu

được đưa qua tầng biến điệu EFM (biến đổi mã 8 bít thành 14 bit), cộng thêm tín hiệu đồng bộkiểu EFM sau đó được ghi lên đĩa dưới các rãnh phân đoạn gọi là các hố (pit) dữ liệu.

* Sơ đồ khối việc xử lý âm thanh trước khi ghi lên đĩa:

Hình 3.2:Quá trình xử lý âm thanh trước khi ghi lên đĩa 3.1.3 Quá trình ghi CD-VCD - DVD

Tia Laser được điều khiển theo cường độ sáng bởi bộ biến điệu quang và đến lớp phủ cảmquang (Photo resist coating), với cường độ sáng phụ thuộc vào mức tín hiệu Sau đó việc phủ cảmquang thực hiện sao cho các phần lồi và phần lõm được lưu lại trên các track tín hiệu của đĩa gốc.Các thấu kính phải luôn được điều chỉnh để hội tụ tia Laser lên lớp phủ cảm quang tương ứng vớichuyển động lên xuống của đĩa gốc

Việc cắt CD yêu cầu có độ chính xác cao hơn rất nhiều so với đĩa thường Thêm vào đó,quá trình tạo đĩa compact sau khi đĩa gốc được phủ lớp cảm quang, nó được tạo khuôn, đĩa chủ(master disc) được tạo ra, rồi đĩa mẹ được tạo ra từ đĩa chủ Trong quá trình chế tạo này có sựkhác biệt giữa các đĩa Digital và Analog

Hình 3.3: Sơ đồ khối ghi tín hiệu lên đĩa compact

Cuối cùng, đĩa compact được tạo ra từ đĩa con bằng cách ép chặt do các pit có bề rộng là 0,4 µm

và chiều dài lớn nhất là 3,3µm, khó có thể sao chép chúng bằng cách ép, nén Thêm vào đó, saukhi nén ép, người ta bao phủ màn phản xạ và màn bảo vệ

Trên màn phản xạ người ta phủ lên lớp nhân theo phương pháp bốc hơi chân không

3.1.4 Quá trình đọc CD - VCD – DVD

Hình 3.4: Sơ đồ khối máy hát đĩa compact khi phát

Đĩa CD sử dụng công nghệ quang học để đọc và ghi dữ liệu: Một cách đơn giản nhấtchúng dùng tia laser chiếu vào bề mặt đĩa để nhận lại các phản xạ ánh sáng (hoặc không) tươngứng với các dạng tín hiệu nhị phân (0 và 1)

Trên đĩa CD người ta ghi lại các tín hiệu âm nhạc, các dữ liệu máy tính hay những thôngtin khác theo dạng kỹ thuật số Đĩa CD có thể chứa các bài nhạc ghi theo dạng âm thanh nổi Loạinày gọi là đĩa audio CD và được mở trên máy nghe CD Vì đĩa CD chỉ có một mặt phủ lớp kimloại mỏng cho nên chỉ có mặt đó mới phát ra âm thanh mà thôi

Khi ghi âm một micrô sẽ chuyển các sóng âm thanh thành các tín hiệu điện tử Một thiết

bị được gọi là Bộ biến đổi kỹ thuật số chia các tín hiệu này thành 44.100 phân đoạn trong mỗigiây âm thanh Khi đĩa CD được quay trong máy nghe CD mỗi chùm tia laser sẽ chiếu lên toàn

bộ lớp chất dẻo (plastic) ở mặt dưới đĩa và đi theo các rãnh vòng tròn Lớp áo kim loại sẽ phảnchiếu các tia laser này Một thiết bị sau đó sẽ chuyển ánh sáng phản chiếu thành tín hiệu điện tử,tạo ra âm thanh

3.2.1 Băng Cassette

Còn được gọi đơn giản là băng nhạc Một băng Cassette được cấu tạo từ một cuộn băng

có mang từ trường trong một vỏ băng bằng nhựa, trong đó thường được ghi bằng 4 rãnh âmthanh cho 2 mặt Cuộn băng từ trường này rộng 3,81 mm, còn độ dài của cuộn băng và độ dàycủa băng tùy thuộc vào thời gian có thể chạy của cả băng, như có nhiều chuẩn thông dụng C60(30 phút âm thanh mỗi mặt, băng dài 90 m), C90 (45 phút mỗi mặt, băng dài khoảng 130 m)[3]

Cuộn băng từ trường này lúc đầu được làm từ một hỗn hợp ferric oxide (Fe2O3) (có hạn chế đốivới tín hiệu trên 15 kHz và nhiều tạp âm - điều này thường làm nhiều người lầm tưởng rằng ghi

âm bằng băng từ sẽ khó có được chất lượng tốt khi sánh với CD), nhưng sau có loại tráng

thêm chromium dioxide (CrO2) (năm 1970, hệ thống Dolby B áp dụng cho loại băng từ này, giúpcho cải thiện được đặc tuyến tần số tín hiệu ở dải trên 15 kHz đồng thời cải thiện đáng kể tạp âm,

từ đây có thể tin tưởng rằng âm thanh giữ được nguyên dạng hơn nhiều khi so với âm thanh sốnén, và ở một số khía cạnh âm thanh sẽ thật hơn khi so với âm thanh số không nén như CD), hoặchợp chất FeCr loại 3, hoặc băng từ loại Metal (loại này có chất lượng tốt nhất) để tăng cường chấtlượng âm thanh

Hình 3.5: Băng cassette

nghe Cassette (được giới thiệu lần đầu tại Hội chợ Triển lãm Phát

băng nhỏ hơn và nằm trong 1 vỏ bằng nhựa Từ năm 1965, những băng nhạc Cassette thông dụngbắt đầu được bán ra thị trường, lúc đầu chỉ có thể phát bằng chất lượng âm thanh mono (âm

Cho đến năm 1988, riêng hãng Philips, nhà sản xuất thiết bị điện tử khổng lồ của Hà Lan,bán được khoảng 3 tỷ băng Cassette Những hãng sản xuất băng Cassette nổi tiếng khác có thể

3.3.1 Băng cối

Reel-to-re-reel(băng cối) còn được gọi là ghi âm cuộn mở, là dạng của ghi âm bằng

từ trong đó phương tiện ghi được giữ trên cuộn không được gắn cố định trong một băng cassette.Đang được sử dụng, cuộn cung cấp chứa băng được đặt trên trục xoay hoặc trục quay; phần cuốicủa băng được kéo theo cách thủ công ra khỏi trục quay, luồn qua các thanh dẫn cơ khí và đầubăng lắp ráp và được gắn bằng ma sát với trung tâm của thứ hai, ban đầu rỗng cuộn lấy

Hệ thống cuộn dây sử dụng băng 1 ⁄ 4, 1 ⁄ 2, Rộng 1 hoặc 2 inch (6,35, 12,70, 25,40 hoặc 50,80mm), thường di chuyển ở 3 3 ⁄ 4, 7 1 ⁄ 2, 15 hoặc 30 inch mỗi giây (9,5, 19,1, 38,1 hoặc 76,2 cm / s).Tất cả các tốc độ băng tiêu chuẩn được tính dưới dạng bội số nhị phân của 30 inch / giây Băngtrong một băng cassette nhỏ gọn rộng 0,15 inch (3,8 mm) và thường di chuyển ở 1 7 ⁄ 8 inch trêngiây (4,8 cm / s) Bằng cách ghi cùng một tín hiệu âm thanh qua nhiều băng hơn, các hệ thốngreel-to-reel cho hiệu suất lớn hơn nhiều sự chung thủy, với chi phí của băng lớn hơn nhiều Bấtchấp các loại băng lớn hơn, ít tiện lợi hơn và nói chung là phương tiện đắt tiền hơn, các hệ thốngcuộn dây, lần đầu tiên bắt đầu vào đầu những năm 1940, vẫn phổ biến ở người đam mê âmthanh vào những năm 1980 và đã thiết lập lại một thị trường chuyên biệt trong thế kỷ 21.

Tốc độ băng:

Nói chung, tốc độ càng nhanh, chất lượng tái tạo càng tốt Tốc độ băng cao hơn lan truyềntín hiệu theo chiều dọc trên nhiều khu vực băng hơn, giảm tác động của việc bỏ học có thể ngheđược từ môi trường và cải thiện đáng kể đáp ứng tần số cao Tốc độ băng chậm hơn bảo tồn băng

và rất hữu ích trong các ứng dụng trong đó chất lượng âm thanh không quan trọng

toàn bộ đầu ra của đài phát thanhtrong trường hợp có khiếu nại, còn gọi là "ghi nhật ký")

giọng nói trong thời gian dài Băng cassette nhỏ gọn thường hoạt động ở tốc độ này

nước tốc độ đơn, chất lượng hợp lý cho các bản ghi âm giọng nói và radio ngoài trời

sử dụng bởi hầu hết các đài phát thanh cho "bản lồng tiếng", bản sao của các thông báo thương mại Từ đầu đến giữa những năm 1990, nhiều trạm không thể xử lý 15 IPS

15 in/s (38,1 cm/s): ghi âm nhạc chuyên nghiệp và lập trình radio

30 in/s (76,2 cm/giât): được sử dụng khi yêu cầu phản ứng treble tốt nhất có thể và sàn tiếng ồn thấp nhất, mặc dù phản ứng âm trầm có thể bị ảnh hưởng

Hình3.6: Băng cối 3.4.1 Đĩa than

Đĩa than (tiếng Anh là gramophone, phonograph, vinyl, thậm chí còn được gọi tắt

là record) là một hình thức đồng bộ tín hiệu âm thanh vào lưu trữ dạng đĩa chất liệu Polyvinylchloride (trước đây là sơn cánh kiến) và được ghi theo từng rãnh với độ dập nổi khác nhau Cácđường rãnh được đọc từ vòng lớn nhất cho tới tâm của chiếc đĩa Đĩa than thường được phân loạitheo đường kính, đo bằng đơn vị inch (12", 10", 7"), tốc độ quay (16⅔, 33⅓, 45, 78 vòng/phút)

và độ dài tương ứng dung lượng (LP – long playing 33⅓ vòng/phút, SP – 78 vòng/phút, EP – 12"đĩa đơn hoặc extended play, 33 hoặc 45 vòng/phút); ngoài ra còn theo chất lượng âm thanh (high-fidelity, orthophonic, full-range, v.v.) và số lượng kênh âm thanh (momo, stereo, quad, v.v.)

Hình3.7:Đĩa than

Đĩa than là lưu trữ âm thanh chính yếu cho tới tận cuối của thế kỷ 20, thay thế cho lưu trữ

âm thanh dạng ống kể từ những năm 1920 Cho tới thập niên 1980, Lưu trữ kỹ thuật số, đặc biệtvới sự ra đời của CD, chiếm ưu thế trên thị trường, và đĩa than bớt xuất hiện kể từ năm 1991 Tuynhiên, nó vẫn được sản xuất đều đặn trong thế kỷ 21 Năm 2009, 3,5 triệu đĩa than đã được tiêuthụ tại Mỹ, trong đó bao gồm 3,2 triệu album – con số kỷ lục tính từ năm 1998chứng tỏ địnhdạng này vẫn có được chỗ đứng trên thị trường Đĩa than chủ yếu được sử dụng bởi các DJ cũngnhư các đài phát thanh cho rất nhiều thể loại nhạc khác nhau

3.5.1 Ổ cứng HDD

Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động cơ bản là có một đĩa tròn làm bằng nhôm (hoặc thủy tinh, hoặc gốm) được phủ vật liệu từ tính Giữa ổ đĩa có một động cơ quay để để đọc/ghi dữ liệu, kết hợp với những thiết bị này là những bo mạch điện tử nhằm điều khiển đầu đọc/ghi đúng vào vị trí của cái đĩa từ lúc nãy khi đang quay để giải mã thông tin Vì vậy mà các thao tác của bạn như chép nhạc, phim hay dữ liều (Cài đặt phần mềm, game) nào đó từ máy tính ra thiết bị khác (USB, Ổ cứng) nhanh hay chậm cũng phụ thuộc vào phần này, hơn nữa chất liệu của các linh kiện trong ổ cứng này càng tốt thì dữ liệu bạn lưu trên này sẽ an toàn hơn.

HDD có tốc độ quay 5400 rpm hoặc cao hơn là 7200 rpm (Round per minute: Số vòng quay trong 1 phút), ngoài ra HDD cũng có nhiều thế hệ để đánh giá khả năng xử lý như trước thì có SATA 1, cao hơn có SATA 2 (tốc độ đọc/ghi 200 MB/s), SATA 3 (tốc độ đọc/ghi 6 Gbp/s).

Cấu tạo của HDD:

Hình3.8:Ổ cứng HDD

CỤM ĐĨA: BAO GỒM TOÀN BỘ CÁC ĐĨA, TRỤC QUAY VÀ ĐỘNG CƠ

Đĩa từ

Trục quay: truyền chuyển động của đĩa từ

Động cơ: Được gắn đồng trục với trục quay và các đĩa