Các nguyên tắc sáng tạo ứng dụng trong qúa trình phát triển ổ đĩa lưu trữ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỚP CAO HỌC KHĨA 22 CHUN NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH Bài tiểu luận Môn : Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Đề tài : CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO ỨNG DỤNG TRONG QÚA TRÌNH PHÁT TRIỂN Ổ ĐĨA LƯU TRỮ Giáo viên hướng dẫn : GS.TSKH Hoàng Kiếm Học viên : Huỳnh Duy Khoa Mã học viên : 1211031 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU Giới thiệu nguyên tắc sáng tạo sử dụng 1.1 Nguyên tắc phân nhỏ 1.2 Nguyên tắc tách khỏi 1.3 Nguyên tắc kết hợp 1.4 Nguyên tắc chứa 1.5 Nguyên tắc dự phòng 1.6 Nguyên tắc trung gian 1.7 Nguyên tắc đảo ngược 1.8 Nguyên tắc vượt nhanh 2 Sự phát Hard Disk Drive (HDD) 2.1 Tổng quan 2.2 Lịch sử phát triển 2.2.1 IBM 350 Disk File 2.2.2 IBM 1301 2.2.3 IBM 1311 2.2.1 Hệ thống IBM 3330 2.2.2 Hệ thống IBM 2305 2.2.3 IBM 3340 Winchester 2.2.4 ST-506 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2.5 c n 2.2.6 Ổ cứng IDE SATA 2.2.7 Ổ cứng tương lai 10 2.3 Kết luận 11 Tài liệu tham khảo 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH Hình : IBM 350 Disk File Hình : IBM 1301 Hình : IBM 1311 Hình : Hệ thống lư trữ IBM 2305 Hình : ST-506 [1] Hình : HSS SCSI [1] Hình : WD 4TB HDD 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển không ngừng công nghệ, việc lư trữ lượng lớn liệu khơng cịn vấn đề Rất dễ dàng để sở hữu ổ cứng nhỏ gọn với d ng lượng àng trăm GB với tốc độ truy xuất n an , độ bền cao Để đạt thành tự n ngày ôm nay, ổ đĩa lư trữ p ải trải qua trình phát triển ơn 50 năm, với n ưng t ay đổi không ngừng, nhằm hồn thiện giảm chi phí xuống mức thấp để đưa vào sử dụng đại trà N vậy, trình phát triển diễn n t ế ? Chúng ta vận dụng nguyên tắc sáng tạo để phân tích, giải thích, làm rõ thêm trình phát triển LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Giới thiệu nguyên tắc sáng tạo sử dụng 1.1 Nguyên tắc phân nhỏ ia đối tượng thành phần độc lập Làm đối tượng trở nên tháo lắp Tăng mức độ phân nhỏ đối tượng 1.2 Nguyên tắc tách khỏi Tách phần gây “p iền phức” (tín c ất “p iền phức”) ay ngược lại tách phần “cần thiết” (tín c ất “cần thiết”) k ỏi đối tượng 1.3 Nguyên tắc kết hợp Kết hợp đối tượng đồng đối tượng dùng cho hoạt động kế cận Kết hợp mặt thời gian hoạt động đồng kế cận 1.4 Nguyên tắc chứa Một đối tượng đặt bên đối tượng khác thân lại chứa đối tượng thứ ba … Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên đối tượng khác 1.5 Nguyên tắc dự phịng Bù đắp độ tin cậy khơng lớn đối tượng cách chu n bị p ơng tiện báo động, ứng cứu, an toàn 1.6 Nguyên tắc trung gian Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.7 Nguyên tắc đảo ngược T ay àn động n yê cầu toán, àn động ngược lại (ví dụ khơng làm nóng mà làm lạn đối tượng) Làm phần chuyển động đối tượng (hay mội trường bên ngoài) t àn đứng yên ngược lại phần đứng yên thành chuyển động 1.8 Nguyên tắc vượt nhanh Vượt qua giai đoạn có hại nguy hiểm với vận tốc lớn Vượt n an để có hiệu ứng cần thiết Sự phát Hard Disk Drive (HDD) 2.1 Tổng quan Ổ đĩa cứng HDD (Hard Disk Drive) thiết bị dùng để lư trữ liệu bề mặt đĩa ìn trịn p ủ vật liệu từ tính Ổ đĩa cứng loại nhớ “k ơng t ay đổi” (non-volatile), có ng ĩa c úng không bị liệu ngừng cung cấp nguồn điện Mục đíc c ín nhà sản xuất việc chế tạo lư trữ liệu Đây ứng dụng Nguyên tắc tách khỏi, nhu cầu muốn tách thành phần liệu quan trọng, cần thiết lưu lại riêng máy tính tắt nguồn Nhu cầu thiết bị lư trữ lớn cố địn làm nảy sinh ổ đĩa cứng (ổ cứng) vào năm đầu thập kỷ 80 Đương n iên k ả lư trữ lớn lại đ y mạn ơn phát triển máy tính Hiện ổ cứng thiết bị chu n loại máy tính Khơng tn theo thiết kế ban đầu, ổ đĩa cứng có n ững bước tiến cơng nghệ nhằm giúp lư trữ truy xuất liệ n an ổ đĩa cứng ơn Ví dụ cơng ng ệ sản iện giúp c o ệ điều hành hoạt động ất ơn, giảm thời gian khởi động hệ thống, tiết kiệm lượng, t ay đổi p ương t ức ghi liệu đĩa từ làm c o d ng lượng ổ đĩa cứng tăng lên đáng kể LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2 Lịch sử phát triển 2.2.1 IBM 350 Disk File Năm 1956, ổ đĩa cứng giới BM 350 isk File chế tạo Reynold Johnson mắt năm 1955 máy tín BM 305 Ổ cứng nàycó tới 50 đĩa kíc t ước 24" với tổng d ng lượng triệu kí tự Một đầu từ dùng để truy nhập tất đĩa k iến cho tốc độ truy nhập trung bình thấp [1] [2] Tốc độ quay đĩa cứng 1200 vòng/phút, tỉ lệ track/inch 20, tỉ lệ liệu ghi 100 bits/inch Khoảng cách trung bình ead đến bề mặt 800 microinch Ổ cứng với kích t ước 24" lớn, khó di chuyển, khơng có tính tiện dụng Hình : IBM 350 Disk File (Nguồn : http://quantrimang.edu.vn/phan-cung/kien-thuc-phan-cung/tong-quan-valich-su-phat-trien-hdd.htm) 2.2.2 IBM 1301 Năm 1961,t iết bị lư trữ liệu IBM 1301 mắt năm 1961 bắt đầu sử dụng đầu từ cho mặt đĩa [1] [2] Tốc độ quay đĩa cứng 1800 vòng/phút, tỉ lệ track/inch 50, tỉ lệ liệu ghi 520 bits/inch Khoảng cách trung bình head LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đến bề mặt 250 micro-inch (giảm nhiều so với 800 micro-inch IBM 350), hiệ lư trữ tính theo diện tích bề mặt đĩa tăng lên 13 lần [3] Hình : IBM 1301 (Nguồn : http://quantrimang.edu.vn/phan-cung/kien-thuc-phan-cung/tong-quan-valich-su-phat-trien-hdd.htm) Ở ta t có ứng dụng Nguyên tắc kết hợp, thay lúc trước đĩa ghi mắt cần đầu từ cho đĩa tích hợp hai mặt đĩa ghi sử dụng hai đầu từ để ghi liệu lên hai mặt đĩa Khi tích hợp kích thước ổ đĩa giảm nhiều tốc độ truy xuất tăng lên (do có đầu ghi) 2.2.3 IBM 1311 Năm 1962, IBM giới thiệu pack ổ cứng di chuyển gồm đĩa với đường kích đĩa 14 inch, tạo thành chồng đĩa cao inc , lư trữ triệu ký tự cho pack LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình : IBM 1311 (Nguồn : http://www.computerhistory.org/timeline/?year=1962) Tốc độ quay đĩa cứng 1500 vòng/phút, tỉ lệ track/inch 50, tỉ lệ liệu ghi 1025 bits/inch Khoảng cách trung bình ead đến bề mặt 150 micro-inch (giảm so với 250 micro-inch IBM 1301) [1] [4] Kíc t ước giảm đáng kể khoảng khơng gian phần đầu phần đĩa giảm [4] Đây ổ đĩa có phận lư trữ tháo lắp [2] Nguyên tắc phân nhỏ Nguyên tắc tách khỏi đối tượng sử dụng Tách thành phần giao tiếp dính liền với máy ngồi, giảm khoảng cách để làm cho đĩa cứng trở nên nhỏ hơn, hiệu lưu trữ cao 2.2.1 Hệ thống IBM 3330 Ra đời vào t năm 1970, ệ thống lư trữ đán giá có tốc độ cao, d ng lượng lớn Mỗi hệ thống 3330 chứa 16 ổ đĩa, đ y dung lượng lư trữ lên đến 1,6 tỉ byte ( 1.6GB), tốc độ truy xuất trung bình 30ms, độ trễ trung bình 8.4ms, tốc độ truy xuất 806Kb/s, đặt điểm a " Control Unit Retry" giúp 3330 khắc phục nhiều lỗi mà không cần đến c ương trìn k ắc phục lỗi máy tính Mặt khác, mạch khắc phục lỗi dị tìm sửa chữa lỗi ghi lên đến 11 bits track [5] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần cải tiến ứng dụng Nguyên tắc chứa trong, hệ thống lưu trữ chứa nhiều ổ con, ổ thành phần lưu trữ nhỏ Ngồi ra, cịn có Ngun tắc dự phòng, cách thiết kế điều khiển khắc phục lỗi mạch khắc phục lỗi ghi liệu để đảm bảo an toàn liệu, cảnh báo có cố 2.2.2 Hệ thống IBM 2305 Ra đời năm 1970, 2305 có tốc độ nhanh, liên tục kíc t ước vừa phải, bao gồm điểu khiển lư trữ 2835 mod le lư trữ (đĩa) 2305 Mỗi ổ đĩa bao gồm đĩa từ, 12 mặt g i Mỗi ổ đĩa có t ể chứa 11.2 triệu byte, hệ thống chứa tối đa 22,4 triệu byte (2 ổ đĩa) Tốc độ truy xuất trung bình 25 ms, tốc độ truyền tải liệu 1,5MB/s [6] Hình : Hệ thống lưu trữ IBM 2305 (Nguồn : http://www-03.ibm.com/ibm/history/exhibits/storage/storage_2305.html) Ta thấy rằng, Nguyên tắc chưa ứng dụng Hệ thống tíc hợp hai ổ 2305 vào lại với nhằm tăng d ng lượng lư trữ tốc độ truy xuất liệu Thành phần chứa hai ổ 2305, điều khiển thông qua điều khiển lư trữ 2380 Đây Nguyên tắc trung gian Thay giao tiếp trực tiếp với ổ đĩa, máy tính thơng qua điều khiển này, để quan lý toàn đĩa con, tạo thành khối đồng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2.3 IBM 3340 Winchester Năm 1973, BM giới thiệu hệ thống đĩa 3340 “Winc ester”, ổ đĩa sử dụng kĩ t ật lắp ráp đóng ộp (sealed head/disk assembly – án/chủ nhiệm dự án Kennet A) Kĩ sư trưởng dự a g ton đặt tên t eo “súng trườngWinc ester” 30-30 sau thành viên nhóm gọi “30-30” trục quay 30 MB ổ đĩa cứng Trong thời gian dài, ổ đĩa cứng có kíc t ước lớn cồng kềnh, thích hợp với mơi trường bảo vệ trung tâm liệu văn p ịng lớn ơn mơi trường cơng nghiệp khắc nghiệt (vì mong man ), ay văn phịng nhỏ nhà riêng (vì kích cỡ q khổ lượng điện tiê thụ) 2.2.4 ST-506 Trước thập niên 1980, hầu hết ổ đĩa cứng có đĩa cỡ 8-inch (20 cm) 14inch (35 cm), cần có giá thiết bị n diện tíc k ơng gian sàn đáng kể (tiêu biểu ổ đĩa cứng lớn có đĩa t áo lắp được, t ường gọi “máy giặt”), nhiề trường hợp cần tới điện cao áp c í điện pha cho mơ tơ lớn c úng sử dụng [7] Vì l đó, ổ đĩa cứng k ông dùng phổ biến máy vi tín đến tận năm 1980, k i eagate Tec nology c o đời ổ đĩa T-506 – ổ đĩa 5,25" có d ng lượng MB eagate tìm đường Mặc dù d ng lương lư trữ thấp (5MB), tốc độ truy xuất trung bình 170ms, n ưng với kíc t ước nhỏ 5,25 inch, đủ nhỏ để sử dụng hệ thống micro-computer [7] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình : ST-506 [1] Năm 1981, eagate đời ST-412, d ng lượng lư trữ 10MB, tốc độ truy xuất trung bình 15-30ms Ổ cứng RO351 đời với kíc t ước 3,5 inch, với d ng lượng 5MB, thời gian tìm kiếm 85ms, tốc độ truyền tải liệu 0.625MB/s, nhiệt độ hoạt động 10-50OC, tốc độ quay ổ cứng : 3600 vòng/phút 2.2.5 HDD Năm 1986, ổ SCSI-1, tên gọi Narrow SCSI đời Tốc độ truy xuất 5MB/s a xuất ổ nhanh ơn với tốc độ truy xuất cao (Năm 2003, Ultra-640 SCSI tốc độ 640MB/s, tốc độ quay ổ cứng 15000 vịng/phút) Hình : HSS SCSI [1] 2.2.6 Ổ cứng IDE SATA Ngày nay, d ng lượng ổ đĩa cứng tăng trưởng t eo àm mũ với thời gian Đối với máy PC hệ đầu, ổ đĩa d ng lượng 20 megabyte coi lớn Cuối thập niên 1990 có n ững ổ đĩa cứng với d ng lượng gigabyte Vào thời điểm đầ năm 2005, ổ đĩa cứng có d ng lượng khiêm tốn cho máy tín để bàn cịn sản xuất có d ng lượng lên tới 40 gigabyte ổ đĩa lắp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com có d ng lượng lớn lên tới nửa terabyte (500 GB), ổ đĩalắp đạt xấp xỉ terabyte [1] Cùng với lịch sử phát triển PC, họ ổ đĩa cứng lớn MFM, RLL, ESDI, SCSI, IDE EIDE, SATA Ổ đĩa MFM địi ỏi mạc điều khiển phải tương t íc với phần điện ổ đĩa cứng hay nói cách khác ổ đĩa mạch điều khiền phải tương t íc RLL (R n Lengt Limited) p ương p áp mã hóa bit đĩa giúp làm tăng mật độ bit Phần lớn ổ đĩa RLL cần phải tương t íc với điều khiển mà làm việc ESDI giao diện phát triển Ma tor làm tăng tốc trao đổi thông tin PC đĩa cứng [1] Khi giá linh kiện điện tử giảm (do nhu cầ tăng lên) c i tiết điện tử trước đặt card điều khiển tíc ợp lên c ín ổ đĩa cứng Cải tiến gọi ổ đĩa cứng tích hợp linh kiện điện tử (IntegratedDrive Electronics hay IDE) Ở đây, Nguyên tắc kết hợp sử dụng Các link kiện, điều khiển tính hợp lên board mạch điểu khiển chung ổ cứng Các nhà sản xuất IDE mong muốn tốc độ IDE tiếp cận tới tốc độ SCSI Các ổ đĩa E c ậm ơn k ơng có nhớ đệm (Cache) lớn n ổ đĩa khơng có khả g i trực tiếp lên RAM Các công ty chế tạo E cố gắng khắc phục khoảng cách tốc độ p ương p áp đán địa logic khối (Logical Block Addressing – LBA) Các ổ đĩa đượcgọi EIDE Cùng lúc với đời EIDE, nhà sản xuất tiếp tục cải tiến tốc độ SCSI Những cải tiến đồng thời khiến cho giá thành giao tiếp SCSI cao thêm [1] Để vừa nâng cao hiệu suất EIDE vừa k ơng làm tăng c i p í c o linh kiện điện tử, khơng có cách khác phải thay giao diện kiể “song song” (PATA) kiể “nối tiếp“, kết đời giao diện SATA Tuy nhiên, hiệu suất làm việc ổ đĩa cứng SATA hệ đầu ổ đĩa PATA khơng có khác biệt đáng kể Hiện nay, ổ đĩa cứng giao diện SATA thơng dụng ơn tồn giới LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ở đây, để tiến tốc độ, thay đưa liệu từ ổ cứng lên CPU sau chuyển lên RAM, người ta, đưa trực tiếp liệu lên RAM để tăng tốc xử lý Đây ứng dụng Nguyên tắc vượt nhanh, bỏ giai đoạn load liệu lên CPU để giảm chi phí 2.2.7 Ổ cứng tươ g lai Thời điểm tại, ổ cứng đơn lớn có d ng lượng 4TB hai hãng Western Seagate Hình : WD 4TB HDD (Nguồn : http://www.fudzilla.com/home/item/29535-western-digital-adds-4tb-hddto-black-line) 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hiện t ì để tăng d ng lượng ổ cứng, người ta có cách tích hợp nhiều phiến đĩa t êm vào ổ cứng, giảm kíc t ước phiến đĩa Trong tương lai, cần có cải tiến chẳng hạng t ay đổi cách xếp phiến đĩa theo thứ tự khác (Nguyên tắc đảo ngược), thay kiến trúc đĩa cứng (Ví dụ n khơng sử dụng phiến đĩa mà dùng hình hài khác, dùng dạng k ác n dây chẳng hạn, tiết kiếm k ông gian ơn) 2.3 Kết luận Việc áp dụng nguyên tắc sáng tạo giúp ta giải vấn để nhanh chóng, triệt để ơn ướng để người dùng nhiề ơn Để có thành tự n ngày nay, n ân loại p ải trải qua q trìn dài tư duy, cải tổ, phát triển Để đạt thành tự cao ơn sa này, người cần vận dụng triệt để p ương p áp tư d y sáng tạo để tạo sản ph m chất lượng ơn, tiện dụng ơn 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tài liệu tham khảo [1] "Lich su hdd," [Online] Available: http://quantrimang.edu.vn/phan-cung/kienthuc-phan-cung/tong-quan-va-lich-su-phat-trien-hdd.htm [Accessed 10 12 2012] [2] "Wikipedia," [Online] Available: http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_hard_disk_drives [Accessed 10 12 2012] [3] "IBM 1301," [Online] Available: http://www- 03.ibm.com/ibm/history/exhibits/storage/storage_1301.html [Accessed 10 12 2012] [4] "IBM 1311," [Online] Available: http://www- 03.ibm.com/ibm/history/exhibits/storage/storage_1311.html [Accessed 10 12 2012] [5] "IBM 3330," [Online] Available: http://www- 03.ibm.com/ibm/history/exhibits/storage/storage_3330.html [Accessed 10 12 2012] [6] "IBM 2305," [Online] Available: http://www- 03.ibm.com/ibm/history/exhibits/storage/storage_2305.html [Accessed 10 12 2012] [7] "ST-506," [Online] Available: http://gizmodo.com/5495502/seagate-st+506the-daddy-of-modern-hard-drives [Accessed 10 12 2012] [8] "IBM 350," [Online] Available: http://www- 03.ibm.com/ibm/history/exhibits/storage/storage_350.html [Accessed 10 12 2012] 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [9] "RO351," [Online] Available: http://www.nextdatarecovery.com/it/hard-diskpedia/RO351-5MB-3-5-HH-MFM-ST506.html [Accessed 10 12 2012] 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... vận dụng nguyên tắc sáng tạo để phân tích, giải thích, làm rõ thêm q trình phát triển LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Giới thiệu nguyên tắc sáng tạo sử dụng 1.1 Nguyên. .. luanvanchat@agmail.com Phần cải tiến ứng dụng Nguyên tắc chứa trong, hệ thống lưu trữ chứa nhiều ổ con, ổ thành phần lưu trữ nhỏ Ngồi ra, cịn có Ngun tắc dự phịng, cách thiết kế điều khiển khắc phục... lượng ổ cứng, người ta có cách tích hợp nhiều phiến đĩa t êm vào ổ cứng, giảm kíc t ước phiến đĩa Trong tương lai, cần có cải tiến chẳng hạng t ay đổi cách xếp phiến đĩa theo thứ tự khác (Nguyên tắc