Đề tài số 14 lưu trữ đĩa từ, đĩa quang học và đĩa laser 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG -* - Đề tài số 14: LƯU TRỮ ĐĨA TỪ, ĐĨA QUANG HỌC VÀ ĐĨA LASER GVHD: Trần Văn Lượng Khoa: Khoa học Ứng Dụng Lớp : 19CKT Nhóm sinh viên thực hiện: ST T Họ tên MSSV Nguyễn Thiện Ý Đinh Trường Nhật Khang 1916064 1913686 Chấm điểm thuyết trình tập lớn Vật lí 2: Điểm nộp gửi hạn (tối đa điểm) Điểm trình bày nội dung đề tài (tối đa điểm) Điểm thuyết trình trả lời câu hỏi trước lớp (tối đa điểm) Tổng điểm Tp HCM, tháng 06 năm 2020 MỤC LỤC A Phần nội dung Đĩa từ 1.1 Định nghĩa 1.2 Nguyên lí hoạt động 1.3 Phân loại a) Đĩa mềm a.1) Cấu tạo a.2) Phân loại sử dụng b) Đĩa cứng b.1) Lịch sử phát triển b.2) Cấu tạo b.3) Phân loại sử dụng Đĩa quang 2.1 Lịch sử phát triển 2.2 Định nghĩa 2.3 Nguyên lý hoạt động 2.4 Cấu tạo kích thước 2.5 Phân loại đĩa quang Đĩa laser 3.1 Lịch sử phát triển 3.2 Định nghĩa 3.3 Thông số kỹ thuật 3.4 Sử dụng B Phần so sánh đĩa từ đĩa quang C Tài liệu tham khảo A Phần nội dung Đĩa từ (Magnetic Disk) 1.1 Định nghĩa Đĩa từ thiết bị lưu trữ sử dụng quy trình từ hóa để ghi, ghi lại truy cập liệu Đĩa từ phủ lớp phủ từ tính lưu trữ liệu dạng rãnh (track), cung (sector) trụ (cylinder) 1.2 Nguyên lý hoạt động Một đĩa từ bao gồm bề mặt từ tính quay cánh tay tổ hợp di chuyển Cánh tay tổ hợp sử dụng để đọc ghi liệu vào đĩa Dữ liệu đĩa từ đọc ghi quy trình từ hóa Dữ liệu xếp đĩa dạng rãnh cung, rãnh vịng trịn đồng tâm đĩa Các rãnh chia thành cung có chứa khối liệu Tập hợp các rãnh cùng bán kính mặt đĩa khác tạo thành các trụ Tất hoạt động đọc ghi liệu đĩa từ thực cung 1.3 Phân loại Trong thực tế có nhiều loại đĩa từ, ví dụ đĩa cứng, đĩa mềm, đĩa zip hay đĩa floptical Nhưng ta xét đến loại đĩa phổ biến đĩa mềm đĩa cứng Ðĩa mềm, hiểu đơn giản loại đĩa dung lượng thấp, nhỏ gọn tháo lắp dễ dàng, nhiều đĩa dùng chung ổ đĩa Hiểu để phân biệt với đĩa cứng loại ổ đĩa thường lắp bên máy tính , tháo rời, phức tạp, thân thiết bị hồn chỉnh đọc ghi với dung lượng lớn a) Đĩa mềm (floppy disk) a.1 )  Cấu tạo Cấu tạo vật lý: Đĩa mềm có mặt mặt gọi side, side chia làm track, đường tròn đồng tâm bề mặt đĩa Mỗi track lại chia làm sector đánh số từ Trong sector quy ước lưu trữ được: 512 Byte  Cấu tạo logic: Cấu tạo đĩa mềm xem dạng chuỗi sector liên tiếp chia làm vùng liệu với vùng hệ thống Trong đó: Vùng hệ thống bao gồm: F.A.T, Root Directory Bootsector Vùng liệu cấu tạo Cluster, cluster hiểu đơn vị đọc ghi file liệu đánh số Thẻ chống ghi liệu Trung tâm đĩa Màn trập Vỏ nhựa đĩa Giấy lót Đĩa từ Cung (sector) a.2) Phân loại sử dụng Đĩa mềm có bốn loại dựa vào dung lượng:   720KB 1,2MB, có kích thước 5.25"  1,44 MB 2,88MB, có kích thước 3.5"  Ngồi có loại thấy Việt Nam 8" Được đời vào năm 60 kỉ trước, đĩa mềm thường sử dụng hoạt động lưu trữ liệu di động nhằm trao đổi thông tin, liệu tiện dụng Vào thời kỳ năm đầu công nghệ máy vi tính, người ta sử dụng đĩa mềm để lưu trữ hệ điều hành DOS cài đặt cho máy tính giúp máy tính hoạt động Ngày đĩa mềm thường sử dụng chúng có nhược điểm: dung lượng lưu trữ thấp dễ bị hư hỏng theo thời gian yếu tố môi trường Các loại thẻ nhớ giao tiếp qua cổng USB và thiết bị lưu trữ quang học (đĩa CD, DVD ) thay cho đĩa mềm Chúng khắc phục nhược điểm đĩa mềm đặc biệt có dung lượng lớn b ) Đĩa cứng (hard disk) b.1 ) Lịch sử phát triển Ổ cứng giới có là IBM 350 Disk File được chế tạo bởi Reynold Johnson ra mắt năm 1955 cùng máy tính IBM 305 Ổ cứng có tới 50 đĩa kích thước 24" với tổng dung lượng triệu ký tự Một đầu từ dùng để truy nhập tất đĩa khiến cho tốc độ truy nhập trung bình thấp Thiết bị lưu trữ liệu IBM 1301 mắt năm 1961 bắt đầu sử dụng đầu từ cho mặt đĩa Ổ đĩa có phận lưu trữ tháo lắp ổ IBM 1311 Năm 1973, IBM giới thiệu hệ thống đĩa 3340 "Winchester", ổ đĩa sử dụng kĩ thuật lắp ráp đóng hộp (sealed head/disk assembly) Trong thời gian dài, ổ đĩa cứng có kích thước lớn cồng kềnh Trước thập niên 1980, hầu hết ổ đĩa cứng có đĩa cỡ 8" (20 cm) 14" (35 cm), cần diện tích sàn đáng kể nhiều trường hợp cần tới điện cao áp Vì lý đó, ổ đĩa cứng khơng dùng phổ biến máy vi tính đến tận năm 1980,  Seagate Technology cho đời ổ đĩa ST-506 - ổ đĩa 5,25" có dung lượng MB Ngày dung lượng ổ đĩa cứng tăng trưởng nhanh theo thời gian Đối với máy PC hệ đầu, ổ đĩa dung lượng 20 Megabyte được coi lớn Cuối thập niên 1990 có ổ đĩa cứng với dung lượng 1 Gigabyte Vào thời điểm đầu năm 2005, ổ đĩa cứng có dung lượng nhỏ cho máy tính để bàn cịn sản xuất có dung lượng lên tới 40 Gigabyte Ổ đĩa lắp có dung lượng lớn lên tới nửa terabyte (500 GB), ổ đĩa lắp đạt xấp xỉ Terabyte b.2) Cấu tạo Cụm đĩa: Bao gồm toàn đĩa, trục quay động    Đĩa từ Trục quay: truyền chuyển động đĩa từ Động cơ: Được gắn đồng trục với trục quay đĩa Cụm đầu đọc:   Đầu đọc (head): Đầu đọc/ghi liệu Cần di chuyển đầu đọc (head arm hoặc actuator arm) Cụm mạch điện:       Mạch điều khiển: có nhiệm vụ điều khiển động cơ đồng trục, điều khiển di chuyển cần di chuyển đầu đọc để đảm bảo đến vị trí bề mặt đĩa Mạch xử lý liệu: dùng để xử lý những dữ liệu đọc/ghi ổ đĩa cứng Bộ nhớ đệm (cache hoặc buffer): nơi tạm lưu dữ liệu trong trình đọc/ghi liệu Dữ liệu nhớ đệm ổ đĩa cứng ngừng cấp điện Đầu cắm nguồn cung cấp điện cho ổ đĩa cứng Đầu kết nối giao tiếp với máy tính Các cầu đấu thiết đặt (jumper) thiết đặt chế độ làm việc ổ đĩa cứng: Lựa chọn chế độ làm việc ổ đĩa cứng (SATA 150 SATA 300) hay thứ tự kênh giao tiếp IDE (master hay slave tự lựa chọn), lựa chọn thông số làm việc khác Vỏ đĩa cứng:    Vỏ ổ đĩa cứng gồm phần: Phần đế chứa các linh kiện gắn nó, phần nắp đậy lại để bảo vệ linh kiện bên Vỏ ổ đĩa cứng có chức nhằm định vị linh kiện đảm bảo độ kín khít để khơng cho phép bụi lọt vào bên ổ đĩa cứng Ngoài ra, vỏ đĩa cứng cịn có tác dụng chịu đựng va chạm (ở mức độ thấp) để bảo vệ ổ đĩa cứng Đĩa từ: Đĩa từ thường cấu tạo bằng nhôm hoặc thuỷ tinh, bề mặt phủ lớp vật liệu từ tính là nơi chứa dữ liệu Tuỳ theo hãng sản xuất mà đĩa sử dụng hai mặt Số lượng đĩa nhiều một, phụ thuộc vào dung lượng công nghệ hang sản xuất khác nhau.Mỗi đĩa từ sử dụng hai mặt, đĩa cứng có nhiều đĩa từ, chúng gắn song song, quay đồng trục, tốc độ với hoạt động Trục quay: Trục quay trục để gắn đĩa từ lên nó, chúng nối trực tiếp với  động cơ quay đĩa cứng Trục quay có nhiệm vụ truyền chuyển động quay từ động cơ đến đĩa từ Trục quay thường chế tạo các vật liệu nhẹ (như hợp kim nhơm) chế tạo tuyệt đối xác để đảm bảo trọng tâm của chúng không sai lệch - sai lệch nhỏ gây nên rung lắc toàn đĩa cứng làm việc ở tốc độ cao, dẫn đến trình đọc/ghi khơng xác Đầu đọc/ghi: Đầu đọc đơn giản cấu tạo gồm lõi ferit (trước lõi sắt) cuộn dây (giống như nam châm điện) Gần các công nghệ mới giúp cho ổ đĩa cứng hoạt động với mật độ xít chặt như: chuyển hạt từ xếp theo phương vuông góc với bề mặt đĩa nên đầu đọc thiết kế nhỏ gọn phát triển theo ứng dụng cơng nghệ Đầu đọc đĩa cứng có cơng dụng đọc dữ liệu dưới dạng từ hoá bề mặt đĩa từ từ hoá lên mặt đĩa ghi liệu Số đầu đọc ghi số mặt hoạt động đĩa cứng, có nghĩa chúng nhỏ hai lần số đĩa (nhỏ trường hợp ví dụ hai đĩa sử dụng mặt) Cần di chuyển đầu đọc/ghi: Cần di chuyển đầu đọc/ghi thiết bị mà đầu đọc/ghi gắn vào Cần có nhiệm vụ di chuyển theo phương song song với đĩa từ khoảng cách định, dịch chuyển định vị xác đầu đọc vị trí từ mép đĩa đến vùng phía đĩa (phía trục quay) Các cần di chuyển đầu đọc di chuyển đồng thời với chúng gắn chung trục quay (đồng trục), có nghĩa việc đọc/ghi dữ liệu trên bề mặt (trên loại hai mặt) vị trí chúng hoạt động vị trí tương ứng bề mặt đĩa cịn lại Sự di chuyển cần thực theo hai phương thức:   Sử dụng động bước để truyền chuyển động Sử dụng cuộn cảm để di chuyển cần lực từ b.3 ) Phân loại sử dụng Đĩa cứng có hai kích cỡ 5.25 inch 3.5 inch, và thơng dụng loại 3.5 inch Dung lượng ổ đĩa cứng (Disk capacity) thông số thường người sử dụng nghĩ đến đầu tiên, sở cho việc so sánh, đầu tư nâng cấp Người sử dụng mong muốn sở hữu ổ đĩa cứng có dung lượng lớn theo tầm chi phí họ mà khơng tính đến thơng số khác Dung lượng ổ đĩa cứng tính bằng: (số byte/sector) × (số sector/track) × (số cylinder) × (số đầu đọc/ghi) Dung lượng của ổ đĩa cứng tính theo các đơn vị dung lượng thông thường: byte, kB Mb, Gb, Tb Ðĩa cứng đa dạng dung lượng, từ vài trăm Gigabyte đến vài Terabyte hay nữa, phụ thuộc nhiều vào chuẩn kỹ thuật giao tiếp Loại ổ cứng thường dùng máy vi tính khoảng Tb đến Tb, số khổng lồ so với cách 10 năm mà ổ cứng từ 128Gb đến 512Gb 10 Đĩa quang (Optical Disk) 2.1 Lịch sử phát triển Được phát triển vào khoảng cuối thập niên 1960, đĩa quang phát minh bởi James Russell Năm 1978 hai hãng Philips Sony bắt tay nghiên cứu phát triển loại đĩa CD-DA (digital audio) dùng cho việc ghi âm Đến năm 1980 chuẩn đĩa CD-DA đời, chúng chuẩn hố với định dạng Sách đỏ (Red Book) Năm 1983 Sony Philips tiếp tục hợp tác để đưa chuẩn đĩa chung Chuẩn định dạng Sách vàng (Yellow Book) để phù hợp với liệu máy tính CD-ROM Từ sau định dạng đĩa CD phát triển theo theo chuẩn Sách xanh, Sách cam, Sách trắng,… 2.2 Định nghĩa Đĩa quang là thuật ngữ dùng để chung loại đĩa mà liệu ghi/đọc tia ánh sáng hội tụ Tuỳ thuộc vào loại đĩa quang (CD, DVD ) mà chúng có khả chứa liệu với dung lượng khác Đĩa quang dạng lưu trữ liệu không liệu ngừng cung cấp điện 11 2.3 Nguyên lý hoạt động Không giống đĩa cứng ghi liệu lên bề mặt từ, đĩa quang (theo tên gọi nó) sử dụng tính chất quang học để lưu trữ liệu Khái niệm track trên đĩa quang giống đĩa từ, track vòng tròn, nhiên đĩa quang track vòng tròn hở nối tiếp Trên đĩa quang có rãnh theo hình xoắn ốc từ ngồi (khơng giống  track đồng tâm đĩa từ) chứa pit bề mặt gọi land, tia laser đọc pit land chuyển sang tín hiệu hệ nhị phân.Các pit chia làm chín loại,có ký hiệu từ t3 đến t11 Tia sáng chiếu vào bề mặt đĩa quang gặp pit (phần hố bị laser khắc) tia sáng khơng phản xạ ngược lại nguồn phát sáng phần sóng giao thoa viền pit triệt tiêu phản lại, chiếu qua phần land (bề mặt khơng bị khắc) tia sáng phản chiếu lại mắt đọc,đường có dạng tia trùng 12 2.4 Cấu tạo kích thước Đĩa quang có nhiều loại khác (CD, DVD, ), ghi liệu mặt đĩa ghi hai mặt dĩa, chúng có cấu tạo khác Cấu tạo Một cách tổng quát nhất, 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 loại đĩa quang ghi liệu hai mặt, lớp bố trí đối xứng để đảm bảo ghi liệu hai mặt đĩa Kích thước Tuỳ loại đĩa quang khác mà có kích thước khác Chúng thường chia thành loại sau: Đĩa laser có kích thước lớn nhất: đường kính ngồi đến 300 mm Đĩa CD/DVD có kích thước: đường kính ngồi đến 120 mm Một số loại đĩa quang có hình dáng thiết kế mỹ thuật: hình dáng bên ngồi gần giống hình trịn (đảm bảo chống rung lệch đọc đĩa) bóng, trái tim độc đáo 2.5 Phân loại đĩa quang Dựa vào cách thức ghi liệu, đĩa quang thường chia thành loại sau: Đĩa ghi liệu: Loại đĩa ca nhạc, phim, phần mềm từ bán thị trường Loại người sử dụng ghi thêm liệu vào (trừ số trường hợp đặc biệt đĩa mua ghi chưa hết dung lượng theo cách ghi cho phép ghi tiếp hay đĩa mua dạng RW) Do đĩa ghi liệu nên giá đĩa cao so với đĩa chưa ghi liệu Đĩa chưa ghi liệu (Loại ghi lần): Đĩa sản xuất chưa ghi liệu cho phép người sử dụng ghi liệu lần Đây khái niệm tương đối, người sử dụng có cách thức ghi liệu cho đĩa ghi nhiều lần liên tiếp đĩa ghi hết chỗ trống Loại đĩa thường có ký hiệu "R", hầu hết đĩa bán thị 13 trường ghi từ loại đĩa này, người ta gọi loại đĩa đĩa trắng chữ R viết tắt Recordable Đĩa chưa ghi liệu (Loại ghi nhiều lần): Đĩa sản xuất chưa ghi liệu cho phép người sử dụng ghi liệu sau xố để ghi lại liệu khác (khác hoàn toàn với Loại ghi lần) Loại thường có ký hiệu "RW"- Read-Write Để ghi xóa loại đĩa này, cần dùng phần mềm chuyên dụng Do có khả lưu trữ USB nghĩa ghi-xóa-ghi nên giá loại đĩa mắc, cao khoảng lần so với loại ghi lần Về số mặt chứa liệu, đĩa quang có hai dạng sau:   Đĩa có mặt chứa liệu: Là loại đĩa thông dụng nhất: Dữ liệu chứa mặt đĩa, mặt lại thường nhãn đĩa lớp bảo vệ Đĩa có hai mặt chứa liệu: Cả hai mặt đĩa ghi liệu loại đĩa thường khơng có lớp nhãn đĩa lớp bảo vệ phần liệu Người sử dụng lật mặt đĩa để đọc liệu mặt lại Các loại đĩa quang phổ biến:     Đĩa CD (Conpact Disc) dung lượng 700 Mb Đĩa DVD (Digital Video Disc) dung lượng 4.7 Gb Đĩa Blu-ray dung lượng 25 Gb Đĩa laser Đĩa laser (LaserDisc) 14 So sánh kích thước đĩa laser đĩa DVD (bên phải) 3.1 Lịch sử phát triển Công nghệ đĩa laser ngày sử dụng David Paul Gregg phát minh năm 1958 Năm 1969 hãng Philips có phát triển việc ghi video lên đĩa quang suốt dựa phản chiếu tia Ngày 15/12/1978 lần đĩa laser bán Atlantic Những năm sau đó, đĩa laser sử dụng phổ biến: người ta ước tính có khoảng gần 2% số gia đình tại Hoa Kỳ sử dụng đĩa laser vào năm 1998, ở Nhật Bản thì có khoảng gần 10% số hộ gia đình sử dụng vào năm 1999 3.2 Định nghĩa Đĩa laser là loại đĩa quang thề hệ có kích thước lớn thường sử dụng cho việc xem phim gia đình 3.3 Thơng số kĩ thuật Kích thước: Đĩa laser có kích thước đường kính vành ngồi 300 mm (khá lớn so với kích thước 120 mm đĩa CD/DVD) Dạng lưu liệu: Mặc dù phương thức đọc ghi liệu đĩa laser tương tự với loại đĩa CD, DVD, chất lượng âm video lưu đĩa laser thường cao chúng chứa âm video gần với dạng analog 3.4 Sử dụng Ngày đĩa laser khơng cịn sử dụng chuẩn đĩa quang mới có kích thước nhỏ gọn chứa dung lượng lớn thay đĩa laser cồng kềnh gây nhiều bất tiện cho việc sản xuất lưu trữ Các loại đĩa DVD, Blu-ray với kích thước nhỏ hơn, sử dụng công nghệ với ưu điểm tốt hoàn toàn thay đĩa laser thị trường Mặc dù khơng cịn sử dụng nay, công nghệ ý tưởng đằng sau đĩa laser sở cho định dạng đĩa quang sau CD, DVD Blu-ray 15 B Phần so sánh đĩa từ đĩa quang Đĩa từ Đĩa quang Số lượng đĩa Nhiều đĩa cố định Đĩa đơn Tần suất tín hiệu bị lỗi Ít Phụ thuộc tình trạng đĩa Truy cập liệu Dữ liệu truy cập ngẫu nhiên Dữ liệu truy cập theo thứ tự Rãnh (track) Tròn Xoắn ốc Sử dụng Duy đĩa truy cập lần Dùng nhiều lần Thời gian truy cập Nhanh so với đĩa quang Chậm so với đĩa từ 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO https://www.techopedia.com/definition/8210/magnetic-disk https://www.techopedia.com/definition/24861/floppy-disk-drive-fdd http://www4.hcmut.edu.vn/~huynhqlinh/TinhocDC/THDC12/Bai02_6.htm https://diatrang.com.vn/cau-tao-cua-dia-mem/ https://www.techopedia.com/definition/5288/hard-disk-drive Cấu trúc máy tính thiết bị ngoại vi Nguyễn Nam Trung Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 2000 http://www.laesieworks.com/digicom/Storage_CD.html https://techdifferences.com/difference-between-magnetic-disk-and-optical-disk.html https://www.cs.uic.edu/~jbell/CourseNotes/OperatingSystems/10_MassStorage.html 10 https://www.shutterstock.com/search/floppy+disks 11 https://vdodata.vn/hard-disk-drive-o-cung-la-gi/ 12 https://www.tes.com/lessons/Fi_RQb68G5VwZQ/visual-glossary-4-compact-disc-cd-rom 13 https://diamondminerstudios.fandom.com/wiki/Laserdisc 17