(TIỂU LUẬN) thảo luận môn kiến trúc máy tính và hệ điều hành đĩa cứng cấu tạo, các chuẩn ghép nối, bảng phân khu, thư mục gốc và hệ thống file; đĩa quang cấu tạo, nguyên lí đọc CD và các loại đĩa quang

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BẢN BÁO CÁO Bài tập thảo luận mơn Kiến trúc máy tính hệ điều hành Nhóm: 05 Giảng viên Nhóm Sinh viên Kíp học : TS Vũ Thị Thúy Hà : 05 : Bùi Quang Phi Long - B19DCPT145 Trương Cơng Hịa - B19DCPT090 Phạm Thúy Lệ - B19DCPT135 Lê Hải Yến - B19DCPT253 Trần Đức Cường - B19DCPT025 Bùi Thị Mai - B19DCPT154 Ngô Hương Linh - B19DCPT139 : Kíp – thứ Tieu luan Hà Nội 2021 LỜI TỰA ĐẦU Trước tiên với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến cô Vũ Thị Thúy Hà – giảng viên Kiến trúc máy tính hệ điều hành lời cảm ơn chân thành với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em thời gian học tập học viện Đặc biệt, học kỳ này, dịch Covid – 19 gây ảnh hưởng nhiều đến việc học tập chúng em cô truyền đạt tâm huyết ảnh nhỏ Cô bên cạnh, tạo điều kiện suốt trình học tập, động viên giúp đỡ để chúng em hồn thành tốt mơn học Bước đầu tiếp cận đến kiến trúc máy tính hệ điều hành, kiến thức chúng em hạn chế thiếu sót Vì em mong nhận ý kiến đóng góp q báu để tập lớn chúng em hoàn thiện Cuối em xin kính chúc Hà q thầy Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng thật dồi sức khỏe, tràn đầy lượng để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Chúng em xin chân thành cảm ơn Sinh viên, Bùi Quang Phi Long – B19DCPT145 Trương Cơng Hịa – B19DCPT090 Phạm Thúy Lệ - B19DCPT135 Lê Hải Yến – B19DCPT253 Trần Đức Cường – B19DCPT025 Bùi Thị Mai – B19DCPT154 Ngô Hương Linh – B19DCPT139 Tieu luan MỤC LỤC I Đĩa cứng  Cấu tạo Giao diện ghép nối ATA Chuẩn ghép nối SATA .7 Chuẩn ghép nối SCSI Phân khu (Partitions) đĩa cứng .8 Bảng phân khu (HDD Partition Table) Thư mục gốc Hệ thống file II.Đĩa Quang  Cấu tạo  Nguyên lý đọc CD .10  Các loại đĩa quang 11 III RAID 12  RAID gì? .12  Các kỹ thuật tạo RAID .12  Một số loại RAID thông dụng 14 Tieu luan Chủ đề : Đĩa cứng: cấu tạo, chuẩn ghép nối, bảng phân khu, thư mục gốc hệ thống file; Đĩa quang: cấu tạo, nguyên lí đọc CD loại đĩa quang; RAID: RAID gì? Các kĩ thuật chỉnh tạo RAID; số loại RAID thông dụng I Đĩa cứng Đĩa cứng (Hard Disk Drive: HDD) hiểu thiết bị dùng để lưu trữ liệu điện tử cách sử dụng cơng cụ từ hóa bề mặt đĩa hình trịn phủ vật liệu từ tính Những đĩa thường làm nhôm thủy tinh gốm có kích thước xác định, bề mặt có phủ lớp mỏng (0,5-0,7μm) vật liệu từ tính Hiện nay, ổ đĩa cứng thường có dung lượng lớn, từ vài chục gigabyte đến hàng ngàn gigabyte thiết bị lưu trữ chủ yếu hệ thống máy tính  Cấu tạo Các thành phần đĩa cứng - Đĩa cứng gồm thành phần chính: đĩa từ (Disks), đầu từ đọc/ghi (Heads), rãnh (Tracks), mặt trụ (Cylinders) cung (Sectors) - Các đĩa từ (disks):  Tieu luan  Một ổ đĩa cứng gồm nhiều đĩa lắp đồng trục.   Các đĩa thường phẳng chế tạo nhôm thuỷ tinh với lớp bột từ mỏng (khoảng 10-20nm) phủ bề mặt đĩa để lưu thông tin  Hiện vật liệu thường dùng hợp kim coban  Đĩa lưu trữ thơng tin mặt (side), đánh số mặt mặt - Các đầu từ đọc/ ghi (heads)  Mỗi đầu từ đĩa cứng thường có kích thước nhỏ, sử dụng để đọc ghi thông tin lên đĩa  Khoảng cách đầu từ bề mặt đĩa nhỏ, không tiếp xúc mà “bay” mặt đĩa  Số lượng đầu từ ổ đĩa phụ thuộc vào thiết kế dung lượng đĩa thường khác nhau: 4, 8, 12, 16, 24, 32, 64 - Các rãnh (tracks)  Có dạng đường trịn đồng tâm mặt đĩa để lưu thơng tin  Các rãnh đánh số từ theo trật từ từ phía ngồi đĩa vào tâm  Mỗi mặt đĩa chứa hàng ngàn rãnh - Mặt trụ (Cylinder)  Là tập hợp rãnh mặt đĩa khác nằm vị trí đầu từ - Cung (Sector)  Là phần rãnh bề mặt đĩa đơn vị lưu trữ nhỏ quản lý đĩa  Kích thước thơng dụng cung 512 bytes - Cách tính dung lượng đĩa cứng  Ba tham số sử dụng để tính dung lượng đĩa là: Số lượng mặt trụ (C), số lượng đầu từ (H) số lượng cung rãnh (S)  Dung lượng = C x H x S x 512 bytes - Các chuẩn ghép nối  Các chuẩn hay giao diện ghép nối ổ đĩa cứng giải vấn đề ổ đĩa cứng ghép nối trao đổi liệu với CPU  Các dạng giao diện ghép nối ổ đĩa cứng với máy tính gồm:  Parallel ATA (PATA IDE/EIDE - Integrated Drive Electronics) – Advanced Technology Attachments  Serial ATA (SATA)  SCSI – Small Computer System Interface  Serial Attached SCSI (SAS)  iSCSI – Internet SCSI Ở ta tìm hiểu về ba chuẩn ghép nối thơng dụng cho máy tính PATA/ATA/IDE, SATA SCSI Giao diện ghép nối ATA  Tieu luan + ATA/ IDE sử dụng cáp dẹt (pin cables) 40 80 chân để nối HDD với bảng mạch chủ Tieu luan + Mỗi cáp thường hỗ trợ ghép nối với ổ đĩa: ổ đĩa chủ (master) ổ đĩa tớ (slave) + Tốc độ truyền liệu: -  Bandwidth: 16 bit - Thông lượng: 16, 33, 66, 100 133MB/s Chuẩn ghép nối SATA Khe cắm cáp ghép nối SATA - Chuẩn SATA sử dụng tập lệnh mức thấp chuẩn ATA SATA sử dụng đường truyền tin nối tiếp tốc độ cao cặp dây dẫn - Bộ điều khiển SATA sử dụng chuẩn AHCI (Advanced Host Controller Interface) - SATA có nhiều đặc tính ưu việt ATA:   Truyền liệu nhanh hiệu   Tính cắm nóng (Hot plug)   Số lượng dây cáp - Tốc độ truyền liệu SATA:  Thế hệ 1: 1.5 Gb/s  Thế hệ 2: 3.0 Gb/s  Thế hệ 3: Gb/s Chuẩn ghép nối SCSI - SCSI tập chuẩn để kết nối vật lý vận chuyển liệu máy tính thiết bị ngoại vi, thường sử dụng máy chủ - Mọi thiết bị kết nối với SCSI bus theo cách, từ – 16 thiết bị kết nối tới đường bus - Các đặc điểm ưu việt SCSI:  Tốc độ truyền liệu nhanh ổn định  Hot plug Tieu luan - Tốc độ truyền liệu SCSI: 5, 10, 20, 40MB/s (SCSI cũ), 160, 320 640 MB/s - SCSI HDD thường đắt sử dụng cho hệ thống lưu trữ tốc độ cao server, ví dụ RAID, NAS, SAN Hệ thống khe cắm ổ cứng SCSI máy chủ Phân khu (Partitions) đĩa cứng - Một đĩa cứng vật lý chia thành nhiều phần để thuận tiện cho quản lý lưu trữ Mỗi phần gọi phân đoạn hay phân khu (partition)  Có hai loại phân khu:  Phân khu (primary partition)   Phân khu mở rộng (extended partition)  Một phân khu chia thành ổ đĩa logic:  Phân khu chứa ổ đĩa logic  Phân khu mở rộng chia thành ổ đĩa logic Bảng phân khu (HDD Partition Table)  Là bảng gồm ghi lưu thông tin quản lý phân khu đĩa cứng  Các thông tin cụ thể phân khu sau:  Phân khu có hoạt động hay không (active)   Số mặt trụ (C), đầu từ (H) cung (S) điểm bắt đầu phân khu;  Số mặt trụ (C), đầu từ (H) cung (S) điểm kết thúc phân khu;  Kiểu định dạng phân khu (FAT, NTFS, EXT);  Kích thước phân khu tính theo số cung Tieu luan Thư mục gốc - Thư mục gốc (Root directory) thư mục mức thấp hệ thống thư mục ổ đĩa logic - Thư mục gốc điểm bắt đầu hệ thống tìm kiếm truy nhập file - Thư mục gốc khơng có thư mục cha thư mục khác - Chứa thư mục file Hệ thống file - Hệ thống file (file system) dạng bảng danh mục (directory) để quản lý việc lưu trữ files đĩa - Các files thường đƣợc lưu trữ thư mục (folders) thư mục tổ chức theo mơ hình - Hệ thống file thiết kế theo phiên hệ điều hành:  FAT (DOS, Windows 3.x, Windows 95, 98, ME)  NTFS (Windows NT, 2000, XP, 2003, Vista, 7)  Ext2, Ext3 (Unix, Linux)  MFS (Macintosh FS)/HFS (Hierarchical FS) (Mac OS) II.Đĩa Quang Đĩa quang thuật ngữ dùng để chung loại đĩa mà liệu ghi/đọc tia ánh sáng hội tụ  Cấu tạo Tieu luan - Các đĩa quang thường chế tạo plastic với mặt tráng lớp nhôm mỏng để phản xạ tia laser - Mặt đĩa quang “khắc” rãnh mức lõm rãnh sử dụng để biểu diễn bit thơng tin - Đĩa quang có cấu tạo gồm:  Lớp nhãn đĩa (chỉ có loại đĩa quang mặt)  Lớp phủ chống xước (chỉ có loại đĩa quang mặt)  Lớp bảo vệ tia tử ngoại  Lớp chứa liệu  Lớp polycarbonat suốt (phía bề mặt làm việc) - Đối với đĩa quang ghi liệu hai mặt, lớp bố trí đối xứng để đảm bảo ghi liệu hai mặt đĩa  Nguyên lý đọc CD - Đĩa quang hoạt động dựa nguyên lý quang học: sử dụng ánh sáng để đọc ghi thông tin đĩa - Việc đọc thông tin đĩa quang thực ổ đĩa quang theo bước:  B1: Tia laser từ diot phát laser qua tách tia đến gương quay  B2: Gương quay điều khiển tín hiệu đọc, lái tia laser đến vị trí cần đọc mặt đĩa  B3: Tia phản xạ từ mặt đĩa phản ánh mức lồi lõm mặt đĩa quay trở lại gương quay  B4: Gương quay chuyển tia phản xạ tách tia sau đến cảm biến quang điện  B5: Bộ cảm biến quang điện chuyển đổi tia laser phản xạ thành tín hiệu đầu Cường độ tia laser biểu diễn thành mức tín hiệu 10 Tieu luan  Các loại đĩa quang Có hai loại đĩa quang chính: Đĩa CD (Compact Disk), đĩa DVD (Digital Video Disk) a Đĩa CD (Compact Disk) - Họ đĩa CD gồm loại chính:  Đĩa CD đọc (CD-ROM – Read Only CD): ghi sẵn nội dung từ sản xuất đọc q trình sử dụng; thường sử dụng để lưu âm nhạc phần mềm  Đĩa CD ghi lần (CD-R – Recordable CD): đĩa ghi lần người sử dụng; sau thông tin ghi, đĩa trở thành đĩa đọc  Đĩa CD ghi lại (CD-RW – Rewritable CD): cho phép xóa thơng tin ghi ghi lại nhiều lần; thường có giá thành cao ghi lại khoảng 1000 lần b Họ đĩa DVD gồm nhiều loại:  Đĩa DVD đọc (DVD-ROM – Read Only DVD): thường sử dụng để lưu phim ảnh phần mềm có dung lượng lớn  Đĩa DVD ghi lần (DVD-R – Recordable DVD): ghi lần người sử dụng; sau thông tin ghi đĩa trở thành loại đọc  Đĩa DVD ghi lại (DVD-RW – Rewritable DVD): cho phép xóa thơng tin ghi lại nhiều lần  Đĩa DVD mật độ cao (HD-DVD – High density DVD), đĩa DVD mật độ siêu cao (Blu-ray DVD – Ultra-high density DVD): loại đĩa DVD có 11 Tieu luan dung lượng siêu cao với dung lượng tương ứng vào khoảng 15GB 25GB với đĩa lớp III RAID  RAID gì? RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disks Redundant Arrays of Independent Disks) hình thức ghép nhiều ổ đĩa cứng vật lý thành hệ thống ổ đĩa cứng có chức gia tăng tốc độ đọc/ghi liệu nhằm tăng thêm an toàn liệu chứa hệ thống đĩa kết hợp hai yếu tố Mục đích: - Hiệu năng, tốc độ cao (high performance/ speed) - Độ tin cậy cao (high reliability) - Dung lượng lớn (large volume)  RAID tập/ mảng HDD HDH coi ổ đĩa logic Các đĩa cứng theo chuẩn SATA SCSI hỗ trợ tạo RAID Dữ liệu phân tán đĩa vật lý Đĩa dư thừa sử dụng để lưu trữ thông tin parity => đảm bảo khôi phục liệu Các kỹ thuật tạo RAID  Có kỹ thuật để tạo RAID: Disk stripping (tạo lát đĩa):  Dữ liệu chia thành khối khối ghi đồng thời vào đĩa độc lập  Sau đó, khối liệu đọc từ HDD cách đồng thời  Cải thiện tốc độ truy cập RAID – disk stripping RAID Controller Computer A1 A2 B1 B2 C1 C2 12 Tieu luan 44 Disk mirroring :  Dữ liệu chia thành khối khối ghi vào số đĩa  Tại thời điểm bất kì, ln có nhiều liệu  Tăng độ tin cậy tăng 13 Tieu luan RAID – disk mirroring RAID Controller Computer  A A B B C C 45 Một số loại RAID thông dụng  RAID Disk Disk2 Các đặc điểm:  Dựa kĩ thuật disk stripping (đọc/ ghi song song)  Dữ liệu phân bố đĩa mảng  Tối thiểu cần HDD Tieu luan 14 Tieu luan 15 Ưu điểm: Tốc độ nhanh 10.Đáp ứng tốt hệ thống nhu cầu I/O cao 11.Dung lượng tổng tất đĩa Nhược điểm: 12.Độ tin cậy đĩa  RAID RAID – disk mirroring RAID Controller Computer A A B B C C Disk Disk RAID - Disk mirroring 51 Các đặc điểm:  Dựa kĩ thuật disk mirroring (nhiều sao)  Tính dư thừa có đơn giản cách tất liệu  Tối thiểu cần HDD  Dữ liệu phân mảnh (data stripping) RAID mảnh logic ánh xạ tới đĩa vật lý khác => Mỗi đĩa mảng có liệu (mirror) Tieu luan 16 Ưu điểm - Độ tin cậy cao Nhược điểm: - Dung lượng thực ½ tổng số đĩa - Chi phí cao  RAID 10: RAID 10 – disk stripping & mirroring Mirroring Stripping RAID Controller Computer Stripping A1 A2 A1 A2 B1 B2 B1 B2 C1 C2 C1 C2 55 Các đặc điểm: - Tối thiểu cần HDD Dựa kĩ thuật disk mirroring stripping Ưu: - Nhanh so với đĩa - Tin cậy so với đĩa Nhược: - Dung lượng nửa dung lượng tổng số đĩa  RAID 2: - Các mảnh (strip) nhỏ, thường byte word - Các mã sửa sai tính ứng với bit đĩa liệu tương ứng - Thường sử dụng mã Hamming - Cần đĩa RAID1 tốn - Số lượng đĩa dư thừa tỉ lệ thuận với log số lượng đĩa liệu - Yêu cầu đọc: liệu mã sửa sai gửi tới điều khiển Tieu luan 17  RAID : - Cấu trúc tương tự RAID2 - Chỉ cần đĩa dư thừa - Bit chẵn lẻ đơn giản tính cho tập bit vị trí đĩa   RAID 4: - Từ RAID4 -> RAID6 sử dụng kỹ thuật truy cập độc lập: - Mỗi đĩa thành viên hoạt động độc lập => yêu cầu I/O riêng biệt đáp ứng song song - Vẫn sử dụng data stripping mảnh lớn - Các mảnh parity theo bit tính theo mảnh tương ứng đĩa lưu vào strip tương ứng đĩa parity Tieu luan 18  RAID 5: -Tổ chức tương tự RAID4 - RAID5 phân bố mảnh parity tất đĩa  RAID 6: - Hai mã parity tính lưu block riêng biệt đĩa khác Tieu luan 19 Tieu luan 20 ... cấu tạo, chuẩn ghép nối, bảng phân khu, thư mục gốc hệ thống file; Đĩa quang: cấu tạo, nguyên lí đọc CD loại đĩa quang; RAID: RAID gì? Các kĩ thuật chỉnh tạo RAID; số loại RAID thông dụng I Đĩa. .. thư mục mức thấp hệ thống thư mục ổ đĩa logic - Thư mục gốc điểm bắt đầu hệ thống tìm kiếm truy nhập file - Thư mục gốc khơng có thư mục cha thư mục khác - Chứa thư mục file Hệ thống file - Hệ. .. 512 bytes - Các chuẩn ghép nối  Các chuẩn hay giao diện ghép nối ổ đĩa cứng giải vấn đề ổ đĩa cứng ghép nối trao đổi liệu với CPU  Các dạng giao diện ghép nối ổ đĩa cứng với máy tính gồm: 