Ổ cứng máy tính

Ổ cứng máy tính phần cứng

Ổ cứngỔ cứng, hay còn gọi là ổ đĩa cứng, là thiết bị điện tử dùng để lưu giữ thông tin dưới dạng nhị phân trên bề mặt các tấm đĩa hình tròn phủ vật liệu từ tính. Ban đầu, ổ cứng được thiết kế để hoạt động trong máy tính điện tử. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, ổ cứng ngày có kích thước càng nhỏ và dung lượng càng lớn. Ngày nay ổ cứng còn được sử dụng trong các thiết bị điện tử khác như máy nghe nhạc kĩ thuật số, máy ảnh kĩ thuật số, máy quay phim kĩ thuật số, đầu máy DVD, v.v.Các đặc tính • Dung lượng (đơn vị gigabyte - GB)• Tốc độ truy xuất trung bình (đơn vị mili giây - ms):Tốc độ truy xuất trung bình thấp đồng nghĩa với khả năng đáp ứng yêu cầu đọc ghi dữ liệu cao.• Độ lớn của bộ nhớ đệm (đơn vị megabyte - MB): Độ lớn của bộ đệm có ảnh hưởng đáng kể tới hiệu suất hoạt động của ổ cứng.• Số vòng quay một phút (đơn vị vòng/phút - rpm): Tốc độ quay của tấm đĩa dữ liệu• Kích thước (đơn vị inch - "): Hầu hết các ổ đĩa cứng ngày nay có kích thước 3,5" đối với máy để bàn và 2,5" đối với máy xách tay. Các ổ đĩa 2,5" thường chậm hơn và có dung lượng thấp hơn đồng thời tiêu thụ ít điện năng hơn và an toàn hơn khi di chuyển. Một kích thước nữa đang ngày càng trở nên phổ biến là các ổ 1,8" dùng trong các máy nghe nhạc kĩ thuật số MP3. Loại ổ này có mức tiêu thụ điện năng rất thấp cũng như độ kháng chấn cao.• Độ tin cậy, hay thời gian trung bình giữa các sự cố hỏng hóc (Mean Time Between Failures - MTBF): Ổ đĩa SATA 1.0 hỗ trợ tốc độ lên tới 10.000 vòng/phút và mức MTBF lên tới 1 triệu giờ. Những ổ đĩa kênh sợi quang (Fibre Channel - FC) hỗ trợ tới 15.000 vòng/phút và có giá trị MTBF đến 1,4 triệu giờ.• Số lượng truy xuất I/O mỗi giây: Ổ đĩa hiện đại có thể thực hiện khoảng 50 lần ngẫu nhiên hoặc 100 lần tuần tự.• Mức tiêu thụ điện: Chỉ số này đặc biệt quan trọng trong các máy tính xách tay chạy pin.• Độ ồn (đơn vị dBA)• Tốc độ truyền dữ liệu: o Vùng trung tâm: từ 44,2 MB/s đến 74,5 MB/so Vùng mép đĩa: từ 74,0 MB/s đến 111,4 MB/sLịch sử phát triểnỔ cứng đầu tiên trên thế giới có là IBM 350 Disk File được chế tạo bởi Reynold Johnson ra mắt năm 1955 cùng máy tính IBM 305. Ổ cứng này có tới 50 tấm đĩa kích thước 24" với tổng dung lượng là 5 triệu kí tự. Một đầu từ được dùng để truy nhập tất cả các tấm đĩa khiến cho tốc độ truy nhập trung bình khá thấp.Thiết bị lưu trũ dữ liệu IBM 1301 ra mắt năm 1961 bắt đầu sử dụng mỗi đầu từ cho một mặt đĩa.Ổ đĩa đầu tiên có bộ phận lưu trữ tháo lắp được là ổ IBM 1311. Ổ này sử dụng đĩa IBM 1316 có dung lượng 2 triệu kí tự.Năm 1973, IBM giới thiệu hệ thống đĩa 3340 "Winchester", ổ đĩa đầu tiên sử dụng kĩ thuật lắp ráp đóng hộp (sealed head/disk assembly - HDA). Kĩ sư trưởng dự án/chủ nhiệm dự án Kenneth Haughton đặt tên theo súng trường Winchester 30-30 sau khi một thành viên trong nhóm gọi nó là "30-30" vì các trục quay 30 MB của ổ cứng. Hầu hết các ổ đĩa hiện đại ngày nay đều sử dụng công nghệ này, và cái tên "Winchester" trở nên phổ biến khi nói về ổ đĩa cứng và dần biến mất trong thập niên 1990.Trong một thời gian dài, ổ đĩa cứng có kích thước lớn và cồng kềnh, thích hợp với một môi trường được bảo vệ của một trung tâm dữ liệu hoặc một văn phòng lớn hơn là trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt (vì sự mong manh), hay văn phòng nhỏ hoặc nhà riêng (vì kích cỡ quá khổ và lượng điện năng tiêu thụ). Trước thập niên 1980, hầu hết ổ đĩa cứng có các tấm đĩa cỡ 8" (20 cm) hoặc 14-inch (35 cm), cần một giá thiết bị cũng như diện tích sàn đáng kể (tiêu biểu là các ổ cứng lớn có đĩa tháo lắp được, thường được gọi là "máy giặt"), và trong nhiều trường hợp cần tới điện cao áp hoặc thậm chí điện ba pha cho những mô tơ lớn chúng dùng. Vì lí do đó, các ổ đĩa cứng không được dùng phổ biến trong máy vi tính đến tận năm 1980, khi Seagate Technology cho ra đời ổ đĩa ST-506 - ổ đĩa 5¼" đầu tiên có dung lượng 5 megabyte. Có một thực tế là trong cấu hình xuất xưởng, máy IBM PC (IBM 5150) không được trang bị ổ cứng.Một ổ đĩa cứng IBM cổĐa số các ổ đĩa cứng cho máy vi tính đầu thập kỉ 1980 không bán trực tiếp cho người dùng cuối bởi nhà sản xuất mà bởi các OEM như một phần của thiết bị lớn hơn (như Corvus Disk System và Apple ProFile). Chiếc IBM PC/XT được bán ra đã có một ổ cứng lắp trong nhưng xu hướng tự cài đặt nâng cấp bắt đầu xuất hiện. Các công ty chế tạo ổ cứng bắt đầu tiếp thị với người dùng cuối bên cạnh OEM và đến giữa thập niên 1990, ổ đĩa cứng bắt đầu xuất hiện trong các cửa hàng bán lẻ.Ổ đĩa lắp trong ngày càng được sử dụng nhiều trong PC trong khi các ổ đĩa lắp ngoài tiếp tục phổ biến trên máy Macintosh của Apple Computer và các nền tảng khác. Mỗi máy Mac sản xuất giữa giữa các năm 1986 và 1998 đều có một cổng SCSI phía sau khiến cho việc lắp đặt thêm phần cứng mới trở nên dễ dạng; tương tự như vậy, "toaster" (máy nướng bánh) Macs không có chỗ cho ổ cứng (hay trong Mac Plus không có chỗ lắp ổ cứng), các đời tiếp theo cũng vậy thế nên ổ SCSI lắp ngoài là có thể hiểu được. Các ổ đĩa SCSI lắp ngoài cũng phổ biến trong các máy vi tính cổ như loạt Apple II và Commodore 64, và cũng được sử dụng rộng rãi trong máy chủ cho đến tận ngày nay. Sự xuất hiện vào cuối thập niên 1990 của các chuẩn giao tiếp ngoài như USB và FireWire khiến cho ổ cứng lắp ngoài trở nên phổ biến hơn trong người dùng thông thường đặc biệt đối với những ai cần di chuyển một khối lượng lớn dữ liệu giữa hai địa điểm. Vì thế, phần lớn các ổ đĩa cứng sản xuất ra đều có trở thành lõi của các vỏ lắp ngoài.Dung lượng ổ cứng tăng trưởng theo hàm mũ với thời gian. Đối với những máy PC thế hệ đầu, ổ đĩa dung lượng 20 megabyte được coi là lớn. Cuối thập niên 1990 đã có những ổ đĩa cứng với dung lượng trên 1 gigabyte. Vào thời điểm đầu năm 2005, ổ đĩa cứng có dung lượng khiêm tốn nhất cho máy tính để bàn còn được sản xuất có dung lượng lên tới 40 gigabyte còn ổ đĩa lắp trong có dung lượng lớn nhất lên tới một nửa terabyte (500 gigabyte), và những ổ đĩa lắp ngoài đạt xấp xỉ một terabyte. Cùng với lịch sử phát triển của PC, các họ ổ cứng lớn là MFM, RLL, ESDI, SCSI, IDE và EIDE, và mới nhất là SATA. Ổ đĩa MFM đòi hỏi mạch điều khiển phải tương thích với phần điện trên ổ cứng hay nói cách khác là ổ đĩa và mạch điều khiền phải tương thích. RLL (Run Length Limited) là một phương pháp mã hóa bit trên các tấm đĩa giúp làm tăng mật độ bit. Phần lớn các ổ đĩa RLL cần phải tương thích với bộ điều khiển nó làm việc với. ESDI là một giao diện được phát triển bởi Maxtor làm tăng tốc trao đổi thông tin giữa PC và đĩa cứng. SCSI (tên cũ là SASI dành cho Shugart (sic) Associates), viết tắt cho Small Computer System Interface, là đối thủ cạnh tranh ban đầu của ESDI. Khi giá linh kiện điện tử giảm (do nhu cầu tăng lên) các chi tiết điện tử trước kia đặt trên cạc điều khiển đã được đặt lên trên chính ổ cứng. Cải tiến này được gọi là ổ cứng tích hợp linh kiện điện tử (Integrated Drive Electronics hay IDE). Các nhà sản xuất IDE mong muốn tốc độ của IDE tiếp cận tới tốc độ của SCSI. Các ổ đĩa IDE chậm hơn do không có bộ nhớ đệm lớn như các ổ đĩa SCSI và không có khả năng ghi trực tiếp lên RAM. Các công ty chế tạo IDE đã cố gắng khắc phục khoảng cách tốc độ này bằng phương pháp đánh địa chỉ logic khối (Logical Block Addressing - LBA). Các ổ đĩa này được gọi là EIDE. Cùng lúc với sự ra đời của EIDE, các nhà sản xuất SCSI đã tiếp tục cải tiến tốc độ SCSI. Những cải tiến đó đồng thời khiến cho giá thành của giao tiếp SCSI cao thêm. Để có thể vừa nâng cao hiệu suất của EIDE vừa không làm tăng chi phí cho các linh kiện điện tử không có cách nào khác là phải thay giao diện kiểu "song song" bằng kiểu "nối tiếp", và kết quả là sự ra đời của giao diện SATA. Tuy nhiên, hiệu suất làm việc của các ổ đĩa cứng SATA thế hệ đầu và các ổ đĩa PATA không có sự khác biệt đáng kể.Nguyên lý hoạt độngDữ liệu sẽ được lưu trên những đĩa từ, khi cần truy xuất dữ liệu thì mạch điều khiển sẽ điều khiển cần đọc/ghi di chuyển trên bề mặt đĩa. Đầu đọc/ghi sẽ tiếp nhận những thông tin trên bề mặt đĩa và truyền thông tin đến bộ xử lý nằm trên bản mạch của HDD. Cấu tạoNgoài 2 thành phần chính là những đĩa từ và đầu đọc/ghi, HDD còn có những thành phần sau: mạch điều khiền, bộ nhớ đệm (cache), hệ cơ vận hành cần đọc/ghi, hộp bảo vệ.• Mạch điều khiển: có nhiệm vụ ổn định tốc độ cho motor quay đĩa và vận hành hệ cơ để điều khiển cần đọc/ghi (một thiết bị điều khiển đầu đọc/ghi). Nó như một cánh tay robot di chuyển trên bề mặt đĩa để đưa đầu đọc/ghi vào vị trí cần ghi hay đọc dữ liệu.• Đầu đọc/ghi: được gắn với cần đọc/ghi và chịu sự điều khiển của thiết bị này. Đầu đọc/ghi có tác dụng đọc dữ liệu từ đĩa hoặc ghi dữ liệu lên đĩa.• Đĩa: là những miếng đĩa nhỏ hình tròn được phủ một lớp từ tính, đĩa này có thể được sử dụng hai mặt trên và dưới.• Mạch xử lý dữ liệu: dùng để xử lý những thông tin được truy xuất từ đĩa.• Bộ đệm: là nơi tạm lưu dữ liệu trong quá trình truy xuất, HDD có bộ nhớ đệm lớn sẽ có tốc độ truy xuất dữ liệu cao hơn.• Hộp bảo vệ: những thiết bị trên được bao bọc bởi hộp bảo vệ rất kín để đĩa không thể tiếp xúc với mội trường bên ngoài và chịu được sự va chạm nhẹ.Giao tiếpHai giắc cắm SATA trên bảng mạch chủCó nhiều chuẩn giao tiếp khác nhau giữa ổ đĩa cứng với hệ thống phần cứng. Sự đa dạng này xuất phát từ yêu cầu tốc độ đọc/ghi dữ liệu khác nhau giữa các hệ thống máy tính. Các chuẩn ATA được sử dụng phổ biến trong máy tính cá nhân trong khi chuẩn SCSI và Fibre Channel có tốc độ cao hơn được sử chủ yếu nhiều trong máy chủ. Các chuẩn giao tiếp ổ cứng phổ biến gồm:• ATA• Ultra ATA• Fibre Channel• SCSI• Ultra SCSI• Ultra160 SCSI• Ultra320 SCSI• Serial ATA . trong cấu hình xuất xưởng, máy IBM PC (IBM 5150) không được trang bị ổ cứng. Một ổ đĩa cứng IBM cổĐa số các ổ đĩa cứng cho máy vi tính đầu thập kỉ 1980 không. các ổ đĩa cứng không được dùng phổ biến trong máy vi tính đến tận năm 1980, khi Seagate Technology cho ra đời ổ đĩa ST-506 - ổ đĩa