Nhom3-DeTai16

1 NHĨM 3: ĐỀ TÀI: nghiên cứu tìm hiểu thiết bị lưu trữ liệu từ tính( ổ đĩa cứng) Giáo viên hướng dẫn: Ts: Nguyễn Thanh Hải Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Quyên Trần Tuấn Anh Nguyễn Văn Đô Nguyễn Thành Đạt Phạm Văn Hảo Mục lục: trang LỜI MỞ ĐẦU: Ngày nay, với xuất máy vi tính, đặc biệt ổ đĩa cứng, tài liệu lưu trữ , xếp tổ chức khoa học, thật dễ dàng sử dụng từ đời ổ đĩa cứng giới (1955) (2015), công nghệ lữu trữ cúng giống công nghệ sản xuất ổ đĩa cứng phát triển mạnh mẽ Giới thiệu cho biết cấu tạo ổ đĩa cứng Trình bày nguyên lý đọc/ghi liệu, hoạt động ổ đĩa cứng Giới thiệu cho biết thơng số ổ đĩa cứng để chọn cho máy vi tính ổ đĩa cứng thật tốt I CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ GHI/ ĐỌC DỮ LIỆU CỦA Ổ ĐĨA TỪ( ĐĨA CỨNG ) Cấu tạo  Cụm đầu đọc • Đầu đọc/ghi (head): cấu tạo đơn giản gồm lõi ferit cuộn dây( giống nam châm điện) đầu đọc đĩa cứng có cơng dụng đọc liệu dạng từ hóa bề mặt đĩa từ từ hóa lên mặt đĩa ghi liệu số đầu đọc/ghi số mặt hoạt động đĩa cứng • Cần di chuyển đầu đọc ghi (head arm actuator arm): cần có nhiệm vụ di chuyển theo phương song song với đĩa từ khoảng định, dịch chuyển định vị xác đầu đọc vị trí 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 ( đơng trục)  Cụm mạch điện: • Mạch điều khiển: có nhiệm vụ điều khiển động đồng trục, điều khiển di chuyển cần di chuyển đầu đọc để dảm bảo đến vị trí bề mặt đĩa • Mạch xử lý liệu: dung để xử lý liệu đọc/ghi ổ đĩa cứng • Bộ nhớ đệm( cache buffer): nơi tạm lưu liệu trình đọc/ghi liệu liệ 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 cần đấu thiết đặt (tạm dịch từ 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 ,lựa chọn thong số làm việc khác …  Vỏ đĩa cứng: • Đĩa từ: đĩa thường cấu tạo nhôm thủy tinh, bề mặt phủ lớp vật liệu từ tính nơi chứa liệu tùy theo hãng sản xuất mà đĩa sử dụng hai mặt số lượng đĩa nhiều một, phụ thuộc vào dung lượng công nghệ hãng sán xuất khác nhau.mỗi đĩa sử dụng hai mặt, đĩa cứng có nhiều đĩa từ, chũng gắn song song, quay đồng trục, tốc độ với hoạt động • Track: mặt làm việc đĩa từ chia nhiều vịng trịn đồng tâm track Track hiểu đơn giản giống rãnh ghi liệu giống đĩa nhựa, cách biệt , rãnh ghi khơng có gờ phân biệt chúng vòng tròn đồng tâm không nối tiếp thành dạng xoắn trôn ốc đĩa nhựa track ổ đĩa cứng không cố định từ sản xuất, chũng thay đổi vị trí định dạng cấp thấp ổ đĩa( low format) Thơng thường đĩa có từ 312 đến 2048 rãnh Track tập hợp bao gồm số sector định dung lượng track khác có độ lớn từ ngồi ( track 0>track 1>track 2>…>track N>track N+1 Khi ổ đĩa cứng hoạt động nhiều năm liên tục , kết kiểm tra phàn mềm cho thấy xuất nhiều khối hư hỏng (bad block) có nghĩa phần rơ rão làm việc khơng xác sản xuất , lúc thích hợp format cấp thấp cho để tương thích với chế độ làm việc phần • • Sector: track chia thành nhiều phần nhỏ đoạn hướng tâm thành sector Các sector phần nhỏ cuối chia để chưa liệu theo chuẩn thông thường sector chưa dung lượng 512 byte Số sector track khác từ phần rìa đĩa vào vùng tâm đĩa, ổ đĩa cứng chia 10 vùng mà vùng có số sector/track Các track bên lớn track phía ( gần trục) vào sâu track phía dung lượng mà sector chứa thấp Cylinder: tập hợp track ban kính mặt đĩa khác thành cylinder Nói cách xác thì: đầu đọc/ghi làm vieecjtaij track tập hợp tồn track bề mặt đĩa lại mà đầu đọc cịn lại làm việc gọi cylinder( cách giải thích xác xảy trường hợp đầu đọc khác có khoảng cách đến tâm quay đĩa khác trình chế tạo) ổ đĩa cúng có nhiều cylinder có nhiều trách mặt đĩa từ Nguyên lý đọc/ghi  Cách thức tổ chức liệu ổ đĩa cứng: ổ cứng thiết bị lưu trữ đọc ghi liệu nhanh chóng tập hợp phần tử từ hóa đĩa quay Dữ liệu đọc ghi thông qua dãy bit ( đơn vị nhỏ liệu số) bít có trạng thái hay bật/tắt Các bít thể theo chiều dọc phần tử bề mặt platter, lớp phủ từ tính từ chỗ đầu đọc bắtdđầu đọc điểm cuối mà đầu đọc đọc/ghi byte gồm nhiều bit, ssector gồm nhiều byte, track gồm nhiều sector cylinder gồm nhiều track đồng trục  Nguyên tắc lưu trữ đĩa cứng: - bề mặt ddiaxx người ta phủ lớp mỏng chất có từ tính , ban đầu hạt từ tính khơng có hướng, chúng bị ảnh hưởng từ trường đầu từ lướt qua, hạt có từ tính xếp thành hạt có hướng - đầu ghi/đọc cấu tạo lõi thép nhỏ hình chữ U, cuộn dây lõi thép để đưa dòng điện vào ( ghi) hay lấy (khi đọc), khe hở gọi khe từ lướt bề mặt đĩa với khoảng cách gần , 1/10 sợi tóc - qua trình ghi , tín hieuj điện dạng tín hiệu số 0,1 đưa vào đầu từ ghi lên bề mặt đĩa thành nam châm nhỏ đỏa chieuf tùy theo tín hệu đưa vào hay  Trong trình phát, đùa từ đọc lướt qua bề mặt đĩa dọc theo đường track ghi tín hiệu, điểm giao cảu nam châm có từ trường biến đổi cmar ứng lên cuộn dây tạo thành xung điện, xung điện yếu đưa vào khuếch lấy tín hiệu 0,1 ban đầu Hoạt động: - đĩa cứng chứa nhiều lớp đĩa (14 ) quay xung quanh trục quay 3.600_5.400 vòng phút.Thông tin ghi đọc từ hai mặt đĩa, sử dụng chế mounted on arms, di chuyển học qua lại phần trung tâm rìa ngồi đĩa.Các thơng tin đầu đọc ( ghi ) tìm kiếm nằm rãnh ( track ) ,là đường tròn đồng tâm ổ Mỗi rãnh chia thành nhiều cung từ (sector) dùng chứa thông tin Để đọc ghi liệu vào cung, ta dung đầu đọc ghi di động áp vào mặt lớp đĩa Đầu đọc/ ghi gắn chặt vào cần cần gắn vào trục quay khác Trục quay thứ cho phép điểu khiển vị trí đầu từ cách quay Mỗi mặt đĩa có đầu từ phụ trách đọc/ghi,tất cần gắn đầu từ mặt đĩa gắn vào trục quay với nhau.Để phận khí ổ đĩa đọc/ghi bit đĩa vị trí đĩa ứng với toạ độ chiều: Độ cao Z (để chọn mặt đĩa ), bán kính R (để chọn cylinder ), Góc θ (để chọn sector lẫn vị trí bit bên sector).Việc chọn đầu từ tham số Z thể điện tử phải có phản hồi Vị trí cần mang đầu từ điều khiển thông qua tham số R làm quay trục quay chung tất cần mang đầu từ gắn chặt với Tham sô θ thiết lập thời gian Để điều khiển với độ xác cần thiết vấn đề khó nhất,chúng ta cần phải biết 1bit bắt đầu kết thúc đâu,nó hay Nếu ổ đọc/ghi khơng đến track cần tìm,bạn phải trải qua gọi góc trễ ( latency ) hay độ trễ quay (rotational delay ) hầu hết mức độ trung bình Độ trễ xuất trước sector quay bên đầu đọc ( ghi ) - Sau tìm thấy track cần tìm Motor quay cần mang đầu từ đặt đầu từ vào rãnh mong muốn.Mỗi rãnh có nửa, nửa ghi trước II tín hiệu có tần số khác nhau.Nếu đầu từ bị lệch khỏi tâm rãnh tín hiệu có biên độ lớn tín hiệu kia.Mạch điện tử phát điều khiển lái đầu từ theo hướng làm cho tín hiệu yếu mạnh lên.Vì rãnh sinh tín hiệu ghi trước người ta ghi liệu lên đĩa nên chúng định nghĩa cylinder Để hệ thống phát việc đầu từ đặt vào cylinder không đúng, sector mặt đĩa liệu có trường ID, nhận thấy ID track lận cận phải dịch chuyển đầu từ Bằng cách vịng phản hồi đóng hệ thống đảm bảo việc bám sát rãnh - Việc điều khiển đầu từ theo chiều Z:Khi ổ đĩa khơng hoạt động, đầu từ tì vào mặt đĩa sức căng đàn hồi tĩnh cần mang đầu từ.Bằng cách vị trí đầu từ so với mặt đĩa không phụ thuộc vào hướng đặt đĩa so với trọng trường.Mặc dù diện tích đĩa ứng với bit vào khoảng 0.3 µm x 0.7µm nhờ tốc độ quay ổ đĩa cứng ( tốc độ không cho phép đầu tử quệt xuống bề mặt đĩa không cho phép đầu từ tách xa vị trí bit mà đọc ghi thêm phần nhỏ micro mét ) Cộng với áp dụng hiệu ứng mặt đất ( giữ cho khoảng cách đầu từ mặt đĩa nhỏ khoảng nửa bước song ánh sang màu da trời ) giữ cho đầu từ đủ gần mặt đĩa để lấy lên ghi xuống tín hiệu từ trường biến đổi nhỏ diện tích CÁC THƠNG SỐ VÀ ĐẶC TÍNH KĨ THUẬT CỦA Ổ ĐĨA CỨNG NGÀY NAY Các thơng số  Chuẩn giao tiếp: Có nhiều chuẩn giao tiếp khác ổ đĩa cứng bo mạch chủ, đa dạng phần xuất phát từ yêu cầu tốc độ đọc/ghi liệu khác hệ thống máy tính, phần cịn lại ổ giao tiếp nhanh có giá thành cao nhiều so với chuẩn thông dụng Ba chuẩn thông dụng EIDE, SCSI, SATA  Dung lượng: Dung lượng ổ đĩa cứng tính theo đơn vị dung lượng thông thường Byte, KB, MB, GB, TB Trước đây, dung lượng ổ cứng thấp người ta thường dùng đơn vị MB Bây giờ, người ta lại dùng đơn vị GB cao TB Đa số hãng sản xuất tính dung lượng theo cách tính 1GB = 1000MB hệ điều hành (hoặc phần mềm kiểm tra) lại tính 1GB = 1024MB nên dung lượng hệ điều hành báo cáo thường thấp so với dung lượng ghi nhãn đĩa (ví dụ ổ đĩa cứng 40 GB thường đạt khoảng 37-38 GB)  Tốc độ quay: Tốc độ quay đĩa cứng ký hiệu rpm (revolutions per minute - số vòng quay phút) Tốc độ quay cao ổ đĩa làm việc nhanh chúng thực việc đọc/ghi nhanh hơn, thời gian tìm kiếm thấp Các tốc độ quay thơng dụng 5.400 rpm (thông dụng với ổ đĩa cứng 3,5” sản xuất cách 2-3 năm) 7.200 rpm (thông dụng với ổ đĩa cứng sản xuất từ 2008) Ngoài ra, tốc độ ổ đĩa cứng máy tính cá nhân cao cấp, máy trạm máy chủ có sử dụng giao tiếp SCSI lên tới 10.000 rpm hay 15.000 rpm  Bộ nhớ đệm (cache buffer): Bộ nhớ đệm có nhiệm vụ lưu tạm liệu trình làm việc ổ đĩa cứng nên độ lớn nhớ đệm có ảnh hưởng đáng kể tới hiệu suất hoạt động ổ đĩa cứng việc đọc/ghi không xảy tức thời (do phụ thuộc vào di chuyển đầu đọc/ghi, liệu truyền tới đi) đặt tạm nhớ đệm Trong thời điểm năm 2007, dung lượng nhớ đệm thường MB cho loại ổ đĩa cứng dung lượng đến 160 GB 16 MB cao cho ổ đĩa cứng dụng lượng lớn Tốc độ truyền liệu: Tốc độ chuẩn giao tiếp khơng có nghĩa ổ đĩa cứng đáp ứng theo tốc độ nó, đa phần tốc độ truyền liệu chuẩn giao tiếp thấp so với thiết kế chúng gặp rào cản vấn đề công nghệ chế tạo Các thông số sau ảnh hưởng đến tốc độ truyền liệu ổ đĩa cứng: Tốc độ quay đĩa từ Số lượng đĩa từ ổ đĩa cứng: nhiều đĩa từ số lượng đầu đọc lớn, khả đọc/ghi đồng thời đầu từ mặt đĩa nhiều lượng liệu đọc/ghi lớn Cơng nghệ chế tạo: Mật độ sít chặt track công nghệ ghi liệu bề mặt đĩa (phương từ song song vng góc với bề mặt đĩa): dẫn đến tốc độ đọc/ghi cao Dung lượng nhớ đệm: Ảnh hưởng đến tốc độ truyền liệu tức thời thời điểm Bảng so sánh sau tốc độ vùng ổ cứng khác giúp nhận số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền liệu ổ đĩa cứng Như ta thấy tốc độ truyền liệu thực mức trung bình 42,27 MBps ổ đĩa có giao tiếp Ultra-ATA/100 (với tốc độ thiết kế truyền liệu 100 MBps) gần 1/2 so với tốc độ giao tiếp  Kích thước: Để đảm bảo thay lắp ráp vừa với loại máy tính, kích thước ổ đĩa cứng chuẩn hoá thành loại là: 5,25 inch dùng máy tính hệ trước 3,5 inch dùng cho máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ 2,5 inch dùng cho máy tính xách tay 1,8 inch nhỏ dùng thiết bị kỹ thuật số cá nhân PC Card 1,0 inch dùng cho thiết bị siêu nhỏ (micro device) Các thông số khác: Các thông số người sử dụng thường ý chúng thường không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất làm việc ổ cứng Các thông số không nên lấy làm tiêu so sánh ổ đĩa cứng lựa chọn sử dụng thông thường - Độ ổ định: Độ ồn ổ đĩa cứng thơng số tính dB, chúng đo ổ đĩa cứng làm việc bình thường Ổ đĩa cứng với đặc trưng hoạt động chuyển động khí đĩa từ cần di chuyển đầu đọc, chúng không tránh khỏi phát tiếng ồn Do ổ đĩa cứng thường có độ ồn thấp nhiều so với quạt làm mát hệ thống làm việc nên người sử dụng khơng cần quan tâm đến thông số Những tiếng "lắc tắc" nhỏ phát trình làm việc ổ cứng cách không đặn sinh cần đỡ đầu đọc/ghi di chuyển dừng đột ngột vị trí cần định vị để làm việc Âm giúp người sử dụng biết trạng thái làm việc ổ đĩa cứng mà không cần quan sát đèn trạng thái HDD - Chu trình di chuyển: Chu trình di chuyển cần đọc/ghi (Load/Unload cycle) tính số lần chúng khởi động từ vị trí an tồn đến vùng làm việc bề mặt đĩa cứng ngược lại Thông số số hữu hạn lần di chuyển mà sau số lần ổ đĩa cứng gặp lỗi hư hỏng Sau phiên làm việc (tắt máy), đầu từ di chuyển đến vị trí an tồn nằm ngồi đĩa từ nhằm tránh va chạm gây xước bề mặt lớp từ tính, số ổ đĩa có thiết kế cần di chuyển đầu đọc tự động di chuyển vị trí an tồn sau ngừng cấp điện đột ngột Nhiều người sử dụng động có thói quen ngắt điện phiên làm việc DOS (bởi khơng có tắt máy thống) tháo ổ đĩa cứng cho cơng việc khác, q trình di chuyển gây va chạm làm xuất khối hư hỏng (bad block) Chu trình di chuyển thông số lớn số lần khởi động máy tính (hoặc thiết bị sử dụng ổ đĩa cứng) phiên làm việc, ổ đĩa cứng chuyển sang chế độ tạm nghỉ (stand by) để tiết kiệm điện nhiều lần - Chịu đựng sốc: Chịu đựng sốc (Shock - half sine wave): Sốc (hình thức rung động theo nửa chu kỳ sóng, thường hiểu việc dao động từ vị trí cân đến giá trị cực đại, sau lại trở lại vị trí ban đầu) nói đến khả chịu đựng sốc ổ đĩa cứng làm việc Với ổ cứng cho máy tính xách tay thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân hay ổ đĩa cứng ngồi thông số cao tốt, với ổ đĩa cứng gắn cho máy tính cá nhân để bàn thơng số coi trọng so sánh lựa chọn loại ổ cứng chúng gắn cố định nên xảy sốc - Nhiệt độ thích nghi: Tất thiết bị dựa hoạt động khí bị thay đổi thơng số nhiệt độ chúng tăng lên đến mức giới hạn (sự giãn nở theo nhiệt độ ln đặc tính kim loại), nhiều thiết bị khác, nhiệt độ yếu tố ảnh hưởng đến trình làm việc ổ đĩa cứng bên chuyển động khí cần tuyệt đối xác Nhiệt độ làm việc ổ đĩa cứng thường từ 40 độ C, điều thường phù hợp với nhiều môi trường khác nhau, nhiên khơng có vậy: độ ẩm yếu tố liên quan kết hợp với môi trường tạo thành phá hoại ổ đĩa cứng Ổ cứng thường có lỗ (chứa lọc khơng khí) để cân áp suất với bên ngồi, khơng khí mơi trường chứa nhiều nước, ngưng tụ nước thành giọt đóng băng bên ổ đĩa cứng làm hư hỏng ổ ta hình dung tốc độ quay lớn khoảng cách đầu từ với bề mặt làm việc đĩa từ nhỏ đến đâu Chính trước đưa ổ đĩa cứng vào làm việc lần (tháo bỏ vỏ nhựa bọc kín sản xuất) thiết bị ổ đĩa cứng sử dụng đưa đến từ môi trường khác đến nơi làm việc (có nhiệt độ mơi trường cao hơn), nên đặt vào khoang chứa số thời gian định trước kết nối dây cấp nguồn cáp liệu để chúng làm việc Thời gian thích nghi đủ lớn để để đảm bảo cho: +Các giọt nước bị bay cụm băng tuyết biến thành nước cân với mơi trường bên ngồi + Đảm bảo đồng môi trường bên bên ổ đĩa cứng, tránh biến đổi (do nhiệt độ thay đổi đột ngột) với thiết bị khí bên nhiệt độ ổ đĩa cứng tăng lên sau thời gian hoạt động Đặc tính kĩ thuật ổ đĩa cứng ngày - Ổ SSD không cần phải chống phân mảnh ( Vì việc chống phân mảnh làm - giảm số lần đọc/ghi ổ SSD, từ làm giảm tuổi thọ Ngồi SSD khơng dùng phiến đĩa nên thời gian định vị đọc liệu nhỏ, nên chống phân mảnh không làm tăn hiệu năng): Giảm thời gian khởi động hệ điều hành Khợi chạy phần mềm nhanh Tốc độ lưu file truy xuất liệu cực nhanh - Chống sốc tuyệt đối Bảo vệ liệu cực tốt Hoạt động tiếng ồn hơn, tản nhiệt hiệu Bang thong truyền tải để đọc ghi liệu lớn giúp tang khả làm việc máy tính Tóm lại, hiệu tổng thể máy tang theo