hdd 3

TIỂU LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH PHẦN HDD Đề tài: trình bày cấu tạo của ổ đĩa cứng (hard disk drive: HDD). Một ổ đĩa cứng gồm các thành phần chính sau: • Mâm đĩa (platter) • Các đầu từ đọc ghi • Môtơ quay đĩa • Mạch tích hợp • Cáp tín hiệu và các đầu kết nối • Các bộ phận cơ khí để truyền động cho đầu từ • Các jumper(cầu nối) hoặc các switch (công tắc) để cấu hình I.Các đĩa bên trong ổ cứng(platter) Các ổ cứng thường có 1 hay nhiều platter. Thông thường khi nói đến kích thước vật lí của ổ đĩa thì chúng ta nói đến kích thước của chính những platter này. Kích thước thường gặp của platter như sau: • 5 ¼ inch • 3 ½ inch • 2 ½ inch • 1.8 inch(còn gọi là các đĩa microdrive) Thật ra còn các đĩa cứng có kích thước lớn hơn nhưng không được sử dụng trên máy PC(như đĩa 8 inch, 14 inch….). Hiện tại, đĩa thông dụng nhất cho PC để bàn là đĩa 3 ½ inch, đối với máy tính xách tay thì sử dụng đĩa 2 ½ inch rộng rãi hơn. Phạm vi của dung lượng đĩa ngày nay là rất lớn: 40GB, 80GB,160GB,… .Đặc biệt hãng: DELL sắp bán PC có ổ cứng với dung lượng 1TB(terabyte) Số lượng của platter bị hạn chế bởi chiều cao của ổ điã, trên các đĩa 3 ½ inch có số platter tối đa là 11. Ban đầu, platter được làm từ hợp kim nhôm vì nó rất bền và nhẹ. Tuy vậy, mong muốn của các nhà sản xuất là chế tạo ra các đĩa có kích thước nhỏ nhưng có độ tích hợp cao nên họ sử dụng thủy tinh hoặc thủy tinh kết hợp với ceramic. Một vật liệu cho việc chế tạo đĩa do công ty DOW CORNING sản xuất gọi là MemCor. Vật liệu này bao gồm thủy tinh trộn với ceramic để chống lại sự dễ vỡ của thủy tinh. Tính cứng của thủy tốt hơn nhiều so với kim loại. Do đó, khi gia công thì bề dày của nó chỉ bằng phân nửa các đĩa làm bằng nhôm. Hơn GVHD LẠI NGUYỄN DUY SV TRƯƠNG VĂN TIỆP TRANG 1 TIỂU LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH PHẦN HDD nữa, đĩa thủy tinh có tính ổn định nhiệt cao hơn, có nghĩa là nó ít bị giãn nở khi nhiệt độ thay đổi . I.1 phương tiện lưu trữ: Các platter được phủ 1 lớp mỏng vật liệu từ tính để có thể lưu trữ thông tin. Có 2 loại phương tiện lưu trữ mà các platter hay sử dụng đó là : Oxide(oxide media) và vật liệu màng mỏng(thin-film). I.1.1 loại oxide: Được làm từ nhiều hợp chất khác nhau, trong đó thành phần chủ đạo là oxide sắt. Lớp vật liệu này tạo ra trên bề mặt đĩa bằng cách phủ phủ lên platter một lớp chất lỏng sánh chứa oxide sắt. Lớp chất lỏng này trải đều trên mặt đĩa bằng cách cho đĩa quay với tốc độ cao. Lực li tâm làm cho vật liệu chảy từ trong ra ngoài đĩa và tạo nên 1 lớp phủ lên mỗi platter. Sau đó bề mặt được sấy khô và đánh bóng. Cuối cùng, lớp vật liệu để bảo vệ và bôi trơn được thêm vào để bề mặt đĩa dược nhẵn bóng hơn. Lớp phủ oxide có bề dày khoảng 1/30 triệu inch. Nếu nhìn kĩ sẽ thấy nó có màu hơi nâu hoặc maàu hổ phách. Khi mật độ tăng lên , lớp vật liệu này cần phải mỏng hơn và hoàn hảo hơn. Khả năng của lớp oxide này không đáp ứng được cho những đĩa có dung lượng cao bởi vì vật liệu này rất mềm, cho nên các đĩa sử dụng vật liệu này thường gặp nguy hiểm khi đầu từ chạm vào ( hiện tượng head-crash do đĩa bị sốc khi vận hành). Ngày nay các ổ đĩa dùng phương tiện oxide còn rất ít. I.1.2 vật liệu màng mỏng(thin-film) Có bề dày thấp hơn , cứng hơn và hoàn hảo hơn so với chất liậu oxit mà ta khao sát ở trên. Màng mỏng đươc phát triển nhằm tạo ra những ổ đĩa có lớp đệm không khí thấp hơn, để nó có thể tăng số lượng đĩa trong 1 ổ đĩa lên càng nhiều càng tốt. Thông thường phương tiện màng mỏng chỉ được sử dụng trong các ổ dĩa đòi hỏi dung lượng lớn và chất lượng cao. Nhưng bây giờ hầu hết tất cả các ổ cứng đều sử dụng vật liệu này. Với vật liệu màng mỏng bề dày của lớp phủ có thể mỏng hơn so với loại dùng oxide. Có nhiều cách tạo ra lớp thin-film trên bề mặt các platter như : kĩ thuật mạ, kĩ thuật phun phủ. Thông thường, lớp vật liệu màng mỏng được sản xuất bằng cách giữ lại chất liệu từ trên bề mặt đĩa dùng cơ chế mạ điện, bạn có thể thấy rằng cách thức này rất giống với cách mà người ta mạ một lớp crom cho các phanh xe ôtô. Các đĩa nhôm được nhúng vào một loạt các bồn hóa chất để phủ lên bề mặt của chúng nhiều lớp kim loại. Lớp vật liệu từ mà người ta thường dùng là hợp kim của coban, bề dày của nó khoảng 3 micro inch. Ngoài cách mạ điện này còn có một kĩ thuật khác được sử dụng nữa gọi là kĩ thuật phun phủ. Những đĩa nhôm này trước hết được phủ một lớp niken photphorit. Sau đó lớp vật liệu từ bằng hợp kim coban được thêm vào trong môi trường chân không. Quá trình này giữ lại một lớp vật liệu từ có bề dày từ 1-2 micri inch trên bề mặt đĩa. Cách thức này tương tự như cách người ta phủ một lớp kim loại mỏng lên các mảnh silicon trong công nghiệp bán dẫn. Sau đó, có một kĩ thuật phun phủ giống như vậy được sử dụng để khắc lên các lớp cacbon rất cứng có bề dày là 1 micro inch. Tuy nhiên để duy trì môi trường giống như chân không kĩ thuật phun phủ tốn một chi phí rất lớn. Bề mặt của các đĩa dùng kĩ thuật phun phủ này mỏng khoảng 1 micro inch. Bởi vì bề mặt rất nhẵn bóng nên các đầu từ có thể lướt sát trên bề mặt các đĩa hơn so với các đĩa dùng kĩ thuật khác. Chiều cao của lớp đệm không khí trong trường hợp này vào khoảng 3 micro inch. Khi đầu từ tiếp xúc với các mặt đĩa sát hơn thì mật độ các dòng từ chuyển tác có thể được tăng lên, điều này làm tăng khả năng lưu trữ của đĩa. Ngoài ra, mức độ toàn vẹn của từ tính cũng tăng lên làm cho biên độ của tín hiệu đọc vào cao hơn, kết quả là tỉ số tín hiệu nhiễu cao hơn. Cả 2 kĩ thuật này đều tại ra lớp vật liệu từ rất mỏng và rất cứng trên bề mặt các platter. Tính chất này phù hợp cho việc đầu từ đọc ghi tiếp xúc với bề mặt đĩa ở tốc độ cao. Thực tế, vật liệu màng mỏng ngày nay không còn bị vỡ khi xảy ra hiện tượng had crash. Nếu bạn có thể mở ổ cứng ra và xem được những platter bên trong dùng thin-film, bạn sẽ thấy nó giống như lớp tráng bạc ở trong gương. GVHD LẠI NGUYỄN DUY SV TRƯƠNG VĂN TIỆP TRANG 2 TIỂU LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH PHẦN HDD Quá trình phun phủ đem lại kết quả là tạo ra bề mặt đĩa mỏng nhất, cứng nhất, nói chung là hoàn thiện nhất. Điều này giải thích tại sao kĩ thuật phun phủ đã thay thế rộng rãi kĩ thuật mạ điện. Có một bề mặt đĩa dùng vật liệu màng mỏng sẽ tăng dung lượng trên 1 bề mặt rất nhỏ và ít xảy ra hiện tượng head crash hơn. Do có cấu tạo cơ học bền nên đĩa có thể quay nhanh với tốc độ 5400, 7200 hay 10000 vòng /phút (kí hiệu 5400, 7200, 10000 RPM: Round Per Minute). Để đọc ghi dữ liệu thì đầu từ phải dịch chuyển trên bề mặt của đĩa, thời gian dịch chuyển càng nhỏ thì tốc độ truy cập càng nhanh. Hiện nay, ổ cứng có tốc độ truy cập từ 4.5-12 ms(tùy theo cấu tạo của từng ổ đĩa cứng). Một yếu tố quan trọng làm tăng dung lượng ổ đĩa mà không tăng số lượng đĩa đó là tăng mật độ lưu trữ trên đĩa( hiện nay đĩa có mật độ khoảng 4.1 Gbit/inch).Có 2 yếu tố quyết định đến khả năng lưu trữ dữ liệu trên đĩa: + cấu trúc hạt của điện từ + độ phẳng của bề mặt đĩa để giữ khoảng cách giữa đầu đọc và mặt đĩa đến giá trị tối thiểu. II. Đầu đọc-ghi: Một phần khá quan trọng có liên quan đến sự phát triển của công nghệ đĩa cứng, đó là việc thiết kế các đầu đọc ghi của đĩa. Những đầu từ đầu tiên chỉ đơn giản là một cuộn dây quấn quanh lõi sắt tạo thành một nam châm điện. Theo tiêu chuẩn ngày nay các thiết kế đầu từ như vậy thì quá khổng lồ kích thước vật lí và vận hành chậm chạp. Qua nhiều năm, đã có nhiều cải tiến trong thiết kế đầu đọc ghi này. Từ thiết kế đầu tiên là dùng lõi Ferrite cho đến ngày nay đã có rất nhiều kĩ thuật khác được áp dụng. Bốn loại đầu từ đọc ghi đã được dùng trên ổ đĩa cứng: • Ferrite • Metai-In-Gap(MIG) • Thin Film(TF) • Magneto-Resistive(MR) II.1 loại Ferrite Các đầu đọc ghi loại Ferrite là một trong các đầu từ được thiết kế rất sớm. Nó được phát triển bởi IBM trong các ổ đĩa Winchester. Những đầu từ này có lõi làm bằng oxide sắt và được quấn quanh là cuộn dây làm nam châm điện. Cách thức đọc ghi của đầu từ này dùng nguyên tắt cảm ứng điện từ. Loại đầu từ này to hơn và nặng hơn đầu từ loại thin-film, nên nó cần 1 lớp đệm không khí dày hơn để tránh va chạm với bề mặt đĩa khi đĩa đang quay. Những nhà sản xuất đã có những cải tiến trong việc chế tạo đầu từ loại ferrite. Có một loại đầu từ gọi là đầu từ ferrite phức hợp( composite ferrite head) có lõi ferrite nhỏ hơn. Với loại này cho phép làm giảm đi khe hở của đầu đọc làm cho nó có thể đọc được trên các đĩa có mật độ track cao hơn. Loại đầu từ này ít bị tiêu tốn từ trường hơn so với các loại đầu từ nguyên thủy được thiết kế lúc đầu. Trong những năm 1980, các đầu từ phức hợp này rất phổ biến trong các ổ đĩa chất lượng kém như ổ Seagate ST-225. Nhưng khi nhu cầu về mật độ cao hơn thì các đầu từ loại MIG và Thin-film đã được sử dụng để thay thế loại ferrite. Loại đầu từ làm bằng ferrite không thể ghi dữ liệu trên các đĩa có độ tích hợp cao, cũng như đáp ứng tần số của đầu từ này không cao và gây ra nhiều lỗi. Ưu điểm loại này là giá thành rẻ hơn so với các loại khác. II.2 loại Metal-In-Gap(MIG) Loại này là một phiên bản của ferrite phức hợp. Trong các đầu từ MIG, kẽ hở của đầu đọc ghi được thêm vào một lớp vật liệu kim loại. Có 2 phiên bản khác nhau: loại single- sided(cạnh đơn) và double-sided(cạnh đôi). Đầu từ MIG loại single-sided được thiết kế với một lớp kim loại từ tính được đặt dọc theo cạnh phía sau của kẽ hở. Còn đầu từ loại MIG double-sided thì thêm hợp kim này vào hai cạnh của kẽ hở. Lớp kim loại này làm tăng gấp đôi khả năng từ hóa so với các loại chỉ dùng ferrite thô và cho phép ghi dữ liệu trên bề mặt đĩa dùng phương tiện lưu trữ thin-film có hệ số mật độ cao hơn. GVHD LẠI NGUYỄN DUY SV TRƯƠNG VĂN TIỆP TRANG 3 TIỂU LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH PHẦN HDD Thông qua những cải tiến trong thiết kế làm tăng thêm những tính năng của đầu từ. Điều này làm cho loại MIG có một thời gian rất phổ biến và nó được dùng trong tất cả các ổ đĩa dung lượng cao. Tuy nhiên, do áp lực của thị trường là cần những ổ đĩa có mật độ càng cao càng tốt, cho nên phần lớn các đầu từ MIG bị thay thế bởi loại đầu từ thin-film, vì chúng được ưa thích hơn. II.3 loại thin-film(TF-màng mỏng) Loại đầu từ này được sản xuất cùng một cách thức với việc sản xuất các chip bán dẫn bằng kĩ thuật quang khắc. Đầu từ TF này có một kẽ hở cực kì hẹp. Nó được tạo ra bằng cách thổi vào đó một vật liệu nhôm cứng. Bởi vì lớp vật liệu này lấp đẩy các kẽ hở cho nên vùng này được bảo vệ rất tốt, nó giảm đi nguy cơ va chạm với các đĩa đang quay. Lõi của đầu từ được làm từ hợp kim của sắt và niken cho nên cường độ từ tính tăng gấp 2 lần hoặc 4 lần so với các lõi làm bằng ferrite. Đầu từ này có thể sinh ra các xung từ để định vị rất sắc nét, điều này làm chúng có thể ghi dữ liệu với mật độ cực kì cao. Bởi vì chúng không có cuộn dây thông thường cho nên nó tránh được sự thay đổi trở kháng của cuộn dây. Do loại đầu từ này vừa nhỏ và nhẹ nên chúng có thể lướt trên 1 lớp đệm không khí mỏng hơn nhiều so với loại đầu từ ferrite hay MIG. Trong một vài thiết kế thì lớp đệm không khí chỉ dày khoảng 2 micro inch hoặc thấp hơn. Do giảm được chiều cao của lớp đệm không khí cho nên các đầu từ có thể lấy được tín hiệu mạnh hơn khi lấy dữ liệu từ các platter. Điều này làm tăng được tỉ số tín hiệu trên nhiễu(singal-to-noise) và như vậy độ chính xác cũng được cải thiện. Ở một vài loại đĩa có số lượng track lớn và mật độ tuyến tính thì các đầu từ ferrite chuẩn sẽ không thể nhặt ra được tín hiệu dữ liệu so với nhiễu nền. Một ưu điểm khác của đầu từ TF là chúng có kích thước nhỏ cho phép các platter có thể xếp chồng khít hơn, như vậy có thể đặt được nhiều đĩa hơn trong cùng 1 không gian. Giá thành của các đầu từ này lại đắt hơn so với các đầu từ sản xuất bằng công nghệ cũ . Mặc dù các đầu từ TF đã thay thế được các đầu từ MIG rất phổ biến nhưng bản thân nó cũng bị thay thế bởi công nghệ mới hơn , điển hình là đầu từ Magneto-Resistive. II.4 loại Giant Magneto-Resistive(GMR) Đầu từ loại GMR là kĩ thuật sau cùng được sáng chế IBM. Đầu từ GMR cung cấp hiệu suất cao nhất hiện nay. Hiện nay hầu hết các ổ cứng sử dụng đầu từ GMR có khả năng đọc đĩa có mật độ cao. Do tốc độ quay nhanh của đĩa, đầu từ không tiếp xúc trực tiếp vói bề mặt của đĩa cứng mà được giữ cách một lớp đệm không khí (≈5µm) được tạo ra khi quay đĩa. Ổ đĩa có nhiều đĩa chồng lên nhau , trước khi định vị chồng đĩa, chồng đầu từ được ghép xen kẽ giữa các đĩa. Đầu từ được chế tạo theo công nghệ vi điện tử và có khả năng đọc ghi được các rãnh rất nhỏ. Khối lượng rãnh nhỏ giúp tăng thời gian dịch chuyển của đầu từ, giảm thời gian truy cập dẫn đến tăng tốc độ đọc ghi. Đầu từ được gắn lên các tay đòn kim loại vươn dài trên cả 2 mặt đĩa, các cánh tay cùng di chuyển tới lui từ giữa tâm đến mếp đĩa để có thể đọc ghi được tất cả các vùng dữ liệu tên đĩa. Các cánh tay này được gắn với động cơ xoay có khả năng chuyển động đầu từ chính xác. Vi mạch tiền khuếch đại đọc ghi được gắn cùng trong 1 cụm với động cơ và tay đỡ được nối với đầu từ đọc ghi. Khi ra lệnh đọc ghi dữ liệu, môtơ quay đĩa bắt đầu quay với tốc độ quy định. Khi quay với tốc độ cao trong ổ đĩa sẽ tạo ra luồng không khí (lớp đệm không khí) nâng đầu từ lên để có thể đọc ghi dữ liệu. Khi ra lệnh tắt máy thì đĩa quay chậm lại, hiệu ứng đệm không khí giảm nên đầu từ từ từ hạ xuống nên dễ va chạm vào mặt đĩa. Để tránh sự va chạm này đầu từ được đưa về một vị trí an toàn (vùng đỗ) trước khi tắt máy. II.5 con trượt đầu đọc ghi(head slider) Thuật ngữ con trượt(slider) được dùng để mô tả phần thân vật mà nó hỗ trợ thực sự cho các đầu đọc ghi của đĩa. Nó thực sự là vật trượt trên bề mặt đĩa để mang đầu từ ở một khoảng cách chính xác so với lớp vật liệu trên đĩa cho việc đọc ghi. GVHD LẠI NGUYỄN DUY SV TRƯƠNG VĂN TIỆP TRANG 4 TIỂU LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH PHẦN HDD Xu hướng làm ổ đĩa ngày càng nhỏ hơn đã bắt buộc các con trượt này cũng phải được thiết kế càng nhỏ càng tốt. Kích thước chuẩn của các con trượt trong các ổ Winchester vào khoảng . 60 x .26 x .034 inch. Phần lớn các nhà sản xuất đầu từ bây giờ đã giảm được 50% kích thước, kích thước các chiều bây giờ là .08 x .063 x .017 inch, các con trượt này còn được biết với tên gọi là Nanoslider đang được sử dụng trong ổ đĩa dung lượng cao cũng như các ổ đĩa kích thước nhỏ. Một cải tiến kế tiếp trong thiết kế đã làm cho con trượt có kích thước nhỏ hơn 70% so với thiết kế ban đầu, các con trượt này gọi là picoslider. Các con trượt này được lắp đặt bằng cách dùng những cáp nối mềm và các chip dùng công nghệ ceramic để quá trình này có thể được làm hoàn toàn tự động. Các con trượt nhỏ hơn giảm được tải trọng mà cánh tay của bộ truyền động đầu từ phải mang, nên nó cho thời gian gia tốc và giảm tốc nhỏ hơn. Điều này làm tăng tốc độ tìm kiếm của đĩa. Ưu điểm khác của các con trượt có kích thước bé là yêu cầu ít không gian hơn nên nó tăng số vùng hữu hạn trên các platter. Hơn nữa, với các con trượt bé này sẽ ít gây tổn hại cho bề mặt đĩa trong quá trình khởi động, cũng như lúc dừng lại của ổ đĩa. Những loại con trượt mới được thiết kế sao cho nó duy trì được một lớp đệm không khí giống nhau cho dù các slider này ở mặt trụ bên trong hay bên ngoài. Lớp đệm không khí tăng hay giảm tùy thuộc vào tốc độ của bề mặt đĩa bên dưới các slider. Ở các cylinder bên ngoài có tốc độ chuyển động tương đối với đầu từ cao hơn nên ở những vị trí này sẽ cdó lớp đệm không khí cao hơn. Điều này gây rắc rối đối với ổ đĩa áp dụng kĩ thuật phân miền vì đối với các ổ đĩa này có mật độ bit là như nhau đối với mọi cylinder. Khi mật độ bit là nư nhau trên toàn bộ đĩa thì bề dày của lớp đệm không khí cũng ohải không đổi để nó có thể đạt hiệu quả cao nhất. II.6 cơ chế truyền động đầu từ Có một vấn đề đặt ra mà tầm quan trọng của nó còn cao hơn bản thân các đầu, đó là hệ thống máy móc để dịch chuyển các đầu từ này, gọi là bộ kích đầu từ ( head actuator). Bộ phận cơ khí này sẽ dịch chuyển các đầu từ trên bề mặt đĩa và định vị chính xác lên mặt trụ mong muốn. Có nhiều cơ chế khác nhau được sử dụng làm bộ truyền động ,nhưng có2 loại cơ bản sau: • loại động cơ bước ( stepper motor) • loại dùng cuộn động ( voice coil) việc sử dụng loại này hay loại khác đem lại hiệu quả khác nhau về khả năng thực hiện cũng như hiệu suất đĩa. Hiệu quả ở đây không chỉ giới hạn ở tốc độ mà còn bao gồm nhiều yếu tố khác nữa như: độ chíng xác, sự phụ thuộc vào nhiệt độ, khả năng chịu đựng dao động, độ tin cậy. Bảng sau trình bày 2 loại đĩa cứng sử dụng 2 bộ truyền động đầu từ khác nhau và cho thấy ảnh hưởng của sự khác nhau này lên hiệu quả làm việc của chúng như thế nào. characteristic Sepper motor Voice coil Relarive access speed Temperature sensitive Positionally sensitive Automatic head parking Preventive maintenance Relative reliability Slow Yes (very) Yes Not usually Periodic format Poor Fast No No Yes None required Excellent Thông thường, các ổ đĩa sử dụng động cơ bước có tốc độ truy xuất trung bình nhỏ hơn các ổ đĩa dùng cuộn động. Các tác vụ đọc ghi cũng dễ bị ảnh hưởng của nhiệt độ, nó không có khả năng tự đặt các đầu từ lên các vùng, dành riêng khi mất nguồn nuôi. Và cứ mỗi năm 2 lần hoặc hàng năm các đĩa này phải được định dạng lại để tổ chức lại các sensor dữ liệu ở phần thông ton về đầu từ và sensor để giải quyết tình trạng bị mất track. Nói chung là một ổ đĩa dùng động cơ bước để làm bộ truyền động cho đầu từ có độ tin cậy thấp hơn nhiều so với ổ đĩa dùng cuộn động. Ngày nay, mọi đĩa cứng đều sử dụng cuộn động. GVHD LẠI NGUYỄN DUY SV TRƯƠNG VĂN TIỆP TRANG 5 TIỂU LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH PHẦN HDD II.7 cơ chế đáp tự động của đầu từ( automatic head parking) Khi tắt nguồn nuôi ổ đĩa lực đàn hồi của cánh tay đầu từ sẽ kéo các đầu từ tiếp xúc với bề mặt đĩa. Ổ đĩa được thiết kế đẻ chống lại hàng ngàn lần cất lên và đáp xuống, nhưng nó không sáng suốt để đảm bảo việc hạ cánh của nó là trên vùng trống (vùng không có dữ liệu). Đối với những ổ cứng cũ phải có một vùng để hạ cánh riêng. Bạn phải chạy chương trình để đặt đầu từ lên vùng hạ cánh( thường là mặt trụ trong cùng) trước khi tắt nguồn của hệ thống. Còn những ổ đĩa hiện đại thì việc đỗ các đầu từ hoàn toàn tự động. Một vài sự mày mòn xảy ra trong quá trình cất cánh và hạ cánh của các đầu từ , nó chỉ làm bong lên lớp phương tiện từ tính vài micro, nhưng nếu đĩa bị chấn động thì nguy hiểm thật sự xảy ra. Một ưu điểm thật sự của việc dùng cuộn động là khả năng đỗ tự động của đầu từ. Trong ổ đĩa dùng bộ kích từ là cuộn động thì đầu từ được định vị và giữ bằng lực từ. Khi nguồn bị mất, từ trường giữ đầu từ cố định ở một mặt trụ cụ thể bị mất đi làm cho đầu từ bị kéo rê trên bề mặt đĩa gây tổn hại cho đĩa. Trong các thiết kế cuộn động những trục răng của đầu từ được gắn với một lò xo nhỏ để khi mất nguồn nó sẽ kéo đầu từ về một nơi nào đó. Khi bật nguồn thì lực từ của bộ định vị thắng từ từ lực của loxo này. Với ổ đĩa dùng cuộn động bạn có thể kích hoạt cơ chế này bằng cách tắt nguồn máy tính và bạn không cần phải chạy chương trình để hạ cánh các đầu từ. III. bộ lọc không khí Gần như tất cả các ổ đĩa cứng đều có hai bộ lọc khí. Một bộ được gọi là bộ lọc tuần hoàn và bộ lọc còn lại là bộ lọc áp khí hay bộ lọc thông gió. Hai bộ lọc này được đóng kín bên trong ổ đĩa và được thiết kế sao cho không được thay đổi trong suốt cuộc đời của ổ đĩa. Một đĩa cứng trên hệ thống máy PC không lưu chuyển không khí từ trong ra ngoài khối HDA. Bộ lọc tuần hoàn được lắp đặt vĩnh cửu bên trong khối HDA để lọc những mảnh bụi nhỏ bị tróc khỏi platter trong quá trình cất hay hạ cánh của đầu từ, và cũng có thể là bất cứ mảnh vỡ nào bên trong ổ đĩa. Bởi vì những ổ cứng của máy PC được đóng kín mãi mãi và không có sự lưu thông với không khí bên ngoài nên chúng có thể chạy trong một môi trường cực kì sạch sẽ. HDA của ổ cứng được đóng kín nhưng không bị kín hơi. Nó được thông gió nhờ vào bộ lọc áp khí để điều hòa áp suất ở trong và ngoài đĩa. Vì lí do này, phần lớn ổ cứng được ước tính bởi các nhà sản xuất là chạy được trong một phạm vi độ cao xác định( thường từ 1000 feet đến 10000 feet so với mực nước biển). Trong thực tế có một vài ổ cứng không được ước tính là có thể chạy ở độ cao 7000 bộ, bởi vì ở đó áp suất không khí quá thấp so với bên trong để có thể nâng được đầu từ lên. Trong môi trường áp suất không khí thay đổi, dòng lưu thông không khí vào hoặc ra khỏi đĩa sẽ làm cho áp suất bên trong và ngoài giống nhau. Mặc dù không khí lưu thông qua một cái van nhưng thường không có sự nhiễm bẩn xảy ra bởi vì bộ lọc áp khí ở những van này được thiết để lọc tất cả những mảnh bụi có kích thước lớn hơn 0.3 micro để làm sạch bên trong đĩa. IV. nhiệt độ của ổ cứng Bởi vì các đĩa cứng có cổng để thông khí bên ngoài, cho nên hơi ẩm thâm nhập vào ổ đĩa, và sau một thời gian nó được giả định rằng độ ẩm bên trong và bên ngoài đĩa giống nhau. Độ ẩm này có thể gây nên một loạt sự cố cho đĩa cứng nếu nó được ngưng tụ lại và đặc biệt là ta lại bật nguồn lên ngay lúc có sự ngưng tụ xuất hiện. Hầu hết các nhà sản xuất đĩa cứng phải xác định điều kiện cho sự thích nghi của đĩa cứng khi nó được mang đến một môi trường mới với sự sai khác về nhiệt độ và độ ẩm. Tình huống này chắc chắn xảy ra đối với những người dùng Laptop hay các hệ thống di động. Bảng sau cho biết các giới hạn về nhiệt độ và độ ẩm của một loại đĩa cứng: Previous climate temperature Acclimation time +40°F(+4°C) + 30°F(-1°C) +20°F(-7°C) 13 hours 15 hours 16 hours GVHD LẠI NGUYỄN DUY SV TRƯƠNG VĂN TIỆP TRANG 6 TIỂU LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH PHẦN HDD +10°F(-12°C) 0°F(-18°C) -10°F(-23°C) -20°F(-29°C) -30°F(-34°C) or less 17 hours 18 hours 20 hours 22 hours 27 hours Bảng này cho thấy ta phải đặt đĩa cứng trong môi trường lạnh hơn so với môi trường mà nó vận hành. V. động cơp trục quay(spindle motor) Môtơ để quay các đĩa được gọi là động cơ quay, bởi vì nó được gắn trục của chồng đĩa. Động cơ trục quay luôn được gắn trực tiếp với chồng đĩa mà không thông qua hệ thống bánh đai hay bánh răng nào. Động cơ này không được gây ra tiếng ồn và cũng không được dao động, nếu không nó sẽ treuyền những chấn động này đến các platter làm phá vỡ tác vụ đọc ghi. Động cơ này còn phải điều chỉnh tốc độ một cách chính xác. Động cơ còn có một mạch điều khiển có hồi tiếp để giám sát và điều khiển tốc độ được chính xác. Bởi vì việc điều khiển tốc độ phải tự động, nên không có bộ điều chỉnh tốc độ của động cơ trên các đĩa cứng. Trong các ổ đĩa thì động cơ này ở dưới đáy của ổ đĩa và ở dưới khối HDA. Tuy nhiên trong cácổ đĩa bây giờ thì động cơ này được xây dựng trực tiếp vào giữa những platter bên trong khối HDA. Bằng cách này người ta có thể chồng được nhiều đĩa hơn vì không phải tốn không gian cho động cơ trục quay. VI. mạch logic(mạch điều khiển ổ đĩa) Một đĩa cứng thường có 1 hay nhiều mạch logic đi kèm với chúng. Mạch logic này bao gồm các linh kiện điện tử để điều khiển trục quay của đĩa, bộ kích đầu từ. Trên các ổ đĩa IDE, bảng mạch còn bao gồm cả bộ điều khiển trên nó trong khi đó các ổ dĩa SCSI lại gộp bộ diều khiển đĩa lên mạch điều khiển bus. Nhiều lỗi ổ đĩa xuất hiện trên mạch logic hơn là trong các bộ phận cơ khí kết hợp bên trong ở đĩa. Vì vậy đôi lúc sữa chữa một ổ cứng hỏng bằng cách thay mạch logic hơn là thay những gì bên trong ổ đĩa. Hơn nữa việc thay thế các mạch logic cho phép phuc hồi lại dữ liệu bên trong ổ cứng, còn khi thay thế bên trong ổ đĩa thì không thể nào. VII. cáp và đầu nối ổ cứng có nhiều đầu nối để giao tiếp với máy tính và nhận nguồn nuôi cũng như việc tiếp đất cho vỏ. Hầu hết các ổ đĩa cứng đều có ít nhất 3 loại đầu nối sau: * đầu nối giao tiếp * đầu nối nguồn * đầu nối tiếp đất Trong những loại trên , đầu nối giao tiếp là quan trọng nhất vì nó mang tín hiệu dữ liệu và lệnh giữa hệ thống và ổ đĩa. Phần lớn các trường hợp thì cáp giao tiếp của đĩa cứng có thể được nối ở cấu hình vòng hay bus. GVHD LẠI NGUYỄN DUY SV TRƯƠNG VĂN TIỆP TRANG 7 TIỂU LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH PHẦN HDD VIII. các chỉ tiêu kĩ thuật cho ổ đĩa cứng • bộ đệm dữ liệu (data buffer) • thời gian truy cập của đầu từ (average seek time) • tốc độ quay(spindle speed) • tốc độ truyền dữ liệu • sử dụng chuẩn giao diện :IDE/ATA-SATA hay SCSI • bộ phận chống rung Ví dụ: trên ổ cứng có ghi: 80GB/7200RPM/4MB/4.5ms - dung lượng ổ cứng 80 GB - tốc độ quay 7200 vòng/phút - bộ đệm dữ liệu 4MB - thời gian truy cập 4.5ms Phần II: Cài đặt ổ cứng vào hệ thống Trong phần I ta đã làm quen với các chuẩn kết nối ổ cứng và chọn cho mình được loại ổ cứng thích hợp để cài đặt. Phần này bạn sẽ thao tác ngay trên hệ thống để cài đặt ổ cứng vào sử dụng. Để đảm bảo an toàn trước khi thực hiện công việc cài đặt, bạn cần tháo toàn bộ phích cắm nguồn điện của máy tính ra khỏi ổ nguồn, đeo thiết bị tránh tĩnh điện. Tiếp theo, bạn cần một tua-vít để mở nắp case máy tính, và tìm đến khay 3,5-inch, nếu không có ổ đĩa mềm thì khay sẽ nằm ngay bên dưới ổ CD-Rom, tuy nhiên, tuỳ thuộc vào loại case của bạn đang dùng mà vị trí sẽ khác biệt. Một lưu ý nếu bạn cài đặt ổ cứng thứ 2 bổ sung cho hệ thống, bạn phải chừa một khoảng cách giữa 2 ổ cứng, vì các ổ cứng phát sinh ra nhiệt khá nhiều khi hoạt động, đặc biệt là các dòng ổ cứng với 7200 rpm, nhiệt độ sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ ổ cứng. Cài đặt ổ cứng vào khay và bắt vít ở 2 cạnh bên sẽ giữ cho ổ cứng cố định khi hoạt động. GVHD LẠI NGUYỄN DUY SV TRƯƠNG VĂN TIỆP TRANG 8 TIỂU LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH PHẦN HDD Hai bên thân ổ cứng luôn có các lỗ vít để gắn vào khay. Cáp Molex nguồn và cáp IDE cho ổ cứng ATA (IDE). Ổ cứng PATA (EIDE) Ta cần thiết lập jumper trước khi gắn cáp vào ổ cứng. Jumper sẽ là Master nếu ổ cứng bạn sắp gắn sẽ cài đặt hệ điều hành và là ổ cứng chính hoặc duy nhất. Slave nếu ổ cứng đó là ổ cứng bổ sung thêm và Cable Select là tuỳ thuộc vào cáp cắm vào khe “Primary” trên bo mạch chủ hay không. Nguồn điện sẽ cung cấp năng lượng cho ổ cứng hoạt động, cáp 4-pin Molex sẽ thực hiện công việc này. Đặc điểm nhận dạng cáp Molex là chúng có 4 dây (1 đỏ, 2 đen, 1 vàng) được dẫn từ bộ nguồn trong case máy tính và khớp với khe cắm nguồn phía sau ổ cứng. Cáp còn lại là cáp IDE 80-pin gắm vào phía sau ổ cứng. Một điểm lưu ý quan trọng khi cắm cáp nguồn Molex và cáp IDE vào các ổ cứng IDE, ta bắt buộc phải thực hiện chính xác thao tác này. Trên thân cáp IDE (80-pin) sẽ có 1 nhánh rìa ngoài cùng có màu khác biệt rõ ràng với toàn bộ thân cáp, ta gắn cáp IDE và Molex sao cho nhánh rìa khác màu trên cáp IDE và dây màu đỏ trên cáp nguồn Molex cùng chụm vào giữa (đối mặt) với nhau (xem hình). Đầu cáp IDE còn lại sẽ gắn vào đầu nối IDE trên bo mạch chủ. Nếu ổ cứng mà bạn gắn vào hệ thống là duy nhất, thì phần cáp IDE gắn lên bo mạch chủ phải được kết nối vào khe IDE chính “Primary” trên bo mạch chủ, có thể tham khảo thêm phần hướng dẫn kèm theo của bo mạch chủ. Ổ cứng SATA GVHD LẠI NGUYỄN DUY SV TRƯƠNG VĂN TIỆP TRANG 9 TIỂU LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH PHẦN HDD Tương tự như ổ cứng IDE, ổ SATA cũng cần có cáp nguồn SATA và cáp dữ liệu. Việc cài đặt cáp cho ổ cứng SATA có phần đơn giản hơn vì đầu kết nối sẽ vừa khít khi bạn cắm đúng. (Xem hình). Gắn cáp cho ổ cứng SATA đơn giản hơn. Gắn đầu còn lại của cáp dữ liệu SATA vào khe cắm trên bo mạch chủ. Tiếp theo, cắm đầu còn lại của cáp dữ liệu SATA vào khe kết nối SATA trên bo mạch chủ. Không cần thiết lập jumper ở Master, Slave hay Cable Select vì mỗi ổ cứng SATA có riêng duy nhất một cáp cho mình. Việc cài đặt ổ cứng hoàn tất, bước kế tiếp sẽ là kiểm tra lại cài đặt có chính xác và ổ cứng có hoạt động tốt với hệ thống hay không. Ô cứng ngày càng mất ưu thế trước NAND flash Hãng điện tử Hàn Quốc Samsung tuyên bố đã phát triển thành công ổ đĩa lưu trữ thể rắn (SSD) có dung lượng 32 GB, nặng bằng nửa ổ đĩa quay HDD, đọc dữ liệu nhanh gấp 3 lần và ghi với tốc độ gấp 1,5 lần nhờ công nghệ NAND flash. Phương tiện lưu trữ dữ liệu mới nói trên dành cho máy tính xách tay, giúp xử lý thông tin nhanh nhưng vẫn tiêu thụ điện năng thấp hơn so với ổ cứng thông thường. Sản phẩm cũng hoạt động khá yên tĩnh do không sử dụng động cơ (motor) và những bộ phận gây ồn khác. Samsung cũng vừa phát hành một máy tính xách tay với SSD tại Hội thảo giải pháp di động thường niên của họ ở Đài Bắc hôm 21/3. Đây cũng là lần đầu tiên chip NAND flash, vẫn được trang bị cho máy ảnh, thiết bị nghe nhạc, điện thoại di động . xuất hiện trong laptop. "Bộ nhớ flash sẽ sớm thay thế ổ cứng trong mọi ứng dụng điện toán di động", Samsung khẳng định. Công ty này ước tính đến năm 2008, laptop dùng SSD sẽ chiếm 30% thị trường máy tính xách tay toàn cầu. Khi đó, giá SSD 32 GB đã giảm từ 500 USD hiện nay xuống còn 200 USD. Doanh thu SSD cũng tăng trưởng mạnh từ 540 triệu USD năm 2006 lên 4,5 tỷ USD trong 2010. GVHD LẠI NGUYỄN DUY SV TRƯƠNG VĂN TIỆP TRANG 10 [...]...TIỂU LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH GVHD LẠI NGUYỄN DUY SV TRƯƠNG VĂN TIỆP PHẦN HDD TRANG 11 . +40°F(+4°C) + 30 °F(-1°C) +20°F(-7°C) 13 hours 15 hours 16 hours GVHD LẠI NGUYỄN DUY SV TRƯƠNG VĂN TIỆP TRANG 6 TIỂU LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH PHẦN HDD +10°F(-12°C). LUẬN CẤU TRÚC MÁY TÍNH PHẦN HDD +10°F(-12°C) 0°F(-18°C) -10°F(- 23 C) -20°F(-29°C) -30 °F( -34 °C) or less 17 hours 18 hours 20 hours 22 hours 27 hours Bảng