Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 6: Bộ nhớ ngoài cung cấp cho người học các kiến thức: Đĩa từ, RAID, ổ cứng trạng thái rắn (ổ cứng bán dẫn), bộ nhớ quang, băng từ. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
+ Kiến trúc máy tính Bộ mơn Kỹ thuật máy tính mạng + Chương Bộ nhớ ngồi 6.1 Đĩa từ 6.2 RAID 6.3 Ổ cứng trạng thái rắn (ổ cứng bán dẫn) 6.4 Bộ nhớ quang 6.5 Băng từ + Các loại nhớ Đĩa từ: Ổ cứng Có thể tổ chức dạng mảng nhiều đĩa từ để có hiệu lưu trữ tốt hơn: RAID Ổ cứng trạng thái rắn Ổ cứng SSD Đĩa quang Băng từ + 6.1 Đĩa từ Đĩa từ platter trịn chế tạo vật liệu khơng từ tính, gọi chất (substrate), phủ lớp vật liệu từ tính Chất thường vật liệu nhôm hợp kim nhôm Gần người ta đưa chất thủy tinh Ưu điểm chất thủy tinh: Cải thiện tính đồng bề mặt phim từ để tăng độ tin cậy đĩa Giảm đáng kể khiếm khuyết bề mặt để giúp giảm lỗi đọc-ghi Cho phép khoảng cách đầu đọc bề mặt gần Độ cứng tốt nên giảm động lực đĩa Khả chống sóc hư hỏng lớn + a Cơ chế đọc – ghi từ Dữ liệu ghi vào, sau lấy thơng qua cuộn dây dẫn gọi đầu (head) Nhiều ổ đĩa thường thiết kế dạng đầu: đầu đọc đầu ghi riêng Trong trình đọc ghi, đầu đứng yên đĩa xoay bên Cơ chế ghi + o Dựa tượng dòng điện chạy vòng dây tạo từ trường khoảng trống, từ từ hố vùng nhỏ bề mặt ghi (bề mặt từ tính) o Đảo chiều dịng điện đảo chiều hướng từ hóa bề mặt ghi (bit 1) o Đầu ghi làm vật liệu từ hố có dạng hình chữ nhật với khoảng trống dọc cạnh vài vòng dây dẫn dọc cạnh đối diện Cơ chế đọc o Khi bề mặt đĩa qua đầu (head), từ trường phân cực bề mặt đĩa sinh dòng điện Hướng từ hóa (ứng với bit 1) khác sinh dịng điện có chiều khác o Đầu đọc giống với đầu ghi nên chúng sử dung chung (vd: đĩa mềm) o Tuy nhiên, số ổ cứng người ta dùng đầu đọc – ghi riêng cho phép hoạt động với tần số cao mật độ liệu lớn + b Bố trí liệu định dạng liệu đĩa Dữ liệu bố trí thành vịng platter (gọi track) Độ rộng track độ rộng head Các track ngăn cách rãnh (gap) để ảnh hưởng track đến track khác gây lỗi Các track chia thành sector Có hàng trăm sector track Dữ liệu ghi vào đọc từ sector Sector có kích thước cố định thay đổi Tuy nhiên, thơng thường sector có kích thước cố định 512 byte Giữa sector ngăn cách rãnh + Sơ đồ phương pháp bố trí đĩa Có hai phương pháp bố trí đĩa Vận tốc góc khơng đổi (CAV - constant angular velocity) Ghi nhiều vùng (multiple zone recording) Vận tốc góc khơng đổi Số lượng sector track Đĩa quay với vận tốc góc khơng đổi Truy cập liệu: đầu đọc di chuyển đến track chứa liệu chờ sector quay đến Nhược điểm: số lượng sector track bên (dài hơn) track bên (ngắn hơn) +Sơ đồ phương pháp bố trí đĩa (tiếp) Ghi nhiều vùng Chia bề mặt thành nhiều vùng (zone) vành khăn (vùng đồng tâm) (thường 16 vùng) Trong zone, số sector track Các zone xa có nhiều sector zone trung tâm Dung lượng lưu trữ lớn CAV Nhược điểm: Mạch điện phức tạp Thời gian đọc/ghi liệu track nằm zone khác khác + Định dạng liệu đĩa Một track thường có định dạng sau (ví dụ với track có 30 sector): + CD – Compact Disk: đĩa khơng thể xóa lưu trữ file âm số Kích thước tiêu chuẩn: 12 cm ghi 60 phút khơng bị gián đoạn thời gian phát CD-ROM – Đĩa CD đọc: đĩa khơng thể xóa lưu trữ liệu máy tính Kích thước tiêu chuẩn: 12 cm chứa 650 Mbytes CD-R – Đĩa CD ghi: tương tự đĩa CD-ROM, người dùng ghi vào đĩa lần CD-RW – Đĩa CD ghi lại được: tương tự đĩa CD-ROM người dùng xóa ghi đè lên đĩa nhiều lần DVD – Đĩa đa kỹ thuật số: công nghệ lưu trữ liệu video nén, số hóa liệu số khác Kích thước: 12 cm sử dụng, lưu trữ liệu hai mặt lên đến 17GB DVD-ROM – DVD đọc DVD-R – Đĩa DVD ghi: tương tự đĩa DVD-ROM Người dùng ghi vào đĩa lần Chỉ sử dụng đĩa mặt DVD-RW – Đĩa DVD ghi lại được: tương tự đĩa DVD-ROM, nhiên người dùng xóa ghi đè lên đĩa nhiều lần Chỉ sử dụng đĩa mặt Blu-ray DVD – Đĩa video độ nét cao: cung cấp mật độ lưu trữ liệu lớn nhiều so với đĩa DVD, sử dụng laser 405 nm (xanh tím) Một lớp mặt lưu trữ 25 Gbytes + Compact Disk Read-Only Memory (CD-ROM) Audio CD CD-ROM dùng công nghệ tương tự Điểm khác biệt chính: đầu đọc CD-ROM có độ gồ ghề có thiết bị sửa lỗi để đảm bảo cho liệu truyền Quá trình sản xuất: Đĩa chế tạo từ nhựa polycarbonate Thông tin ghi lại kỹ thuật số in dạng chuỗi lỗ cực nhỏ bề mặt polycarbonate Được thực laser cường độ cao tập trung tạo đĩa master Đĩa master dùng làm khuôn để tạo polycarbonate Bề mặt lỗ sau phủ lớp phản xạ tốt, thường nhôm/vàng Tiếp tục phủ lên lớp sơn acrylic suốt để chống bụi trầy xước Cuối dùng kĩ thuật in lụa để in nhãn hiệu lên bề mặt acrylic +Hoạt động CD Tổ chức thông tin theo đường xoắn ốc Thông tin ghi dạng pit land: 0: khoảng không thay đổi độ cao 1: khoảng có thay đổi độ cao Khác với đĩa từ, trục quay quay theo vận tốc góc khơng đổi (CAV), CD quay với vận tốc tuyến tính khơng đổi (CLV): Thơng tin qt tốc độ cách quay đĩa tốc độ + CD-ROM Block Format + Phù hợp để phân phối số lượng lớn liệu cho số lượng lớn người dùng Không phù hợp cho ứng dụng cá nhân chi phí lớn cho q trình ghi ban đầu ưu điểm: Đĩa quang chứa thơng tin nhân rộng rãi cách không tốn Đĩa quang tháo được, cho phép đĩa sử dụng để lưu trữ Nhược điểm: Chỉ đọc, không updated Thời gian truy cập lâu so với ổ đĩa từ CD-ROM + CD Recordable (CD-R) CD Rewritable (CD-RW) Ghi lần đọc nhiều lần Có thể ghi lại nhiều lần Thích hợp với ứng dụng cần liệu Đĩa thay đổi pha sử dụng vật liệu có hai độ phản xạ khác hai trạng thái pha khác Đĩa chuẩn bị để ghi lần tia laser có cường độ vừa phải Trạng thái vơ định hình Medium bao gồm lớp khn dùng để thay đổi độ phản xạ kích hoạt tia laser cường độ cao Một chùm tia laser thay đổi vật liệu từ pha sang pha Cung cấp ghi vĩnh viễn khối lượng lớn liệu người dùng Nhược điểm: cuối vật liệu đặc tính mong muốn vĩnh viễn Ưu điểm: ghi lại Các phân tử có hướng ngẫu nhiên phản xạ ánh sáng Trạng thái tinh thể Có bề mặt nhẵn phản xạ ánh sáng tốt + Digital Versatile Disk (DVD) Là đĩa đa kỹ thuật số, có số ưu điểm sau: • Chất luợng hình ảnh ấn tượng • Dung lượng cao (4.7G lớp), ghi lớp, mặt (17GB) • Trọn phim dài đĩa đơn • Sử dụng ghi video nén theo chuẩn MPEG + Digital Versatile Disk (DVD) Đĩa đa kỹ thuật số + Đĩa quang độ phân giải cao – HDDVD, Blue-ray Được thiết kế cho video độ nét cao Dung lượng lớn nhiều so với DVD Laser dải màu xanh tím có bước sóng ngắn hơn: Pit nhỏ HD-DVD: 15GB lớp mặt Blue-ray: Lớp liệu gần với laser hơn: Tập trung cao, biến dạng hơn, pit nhỏ 25GB lớp Đĩa quang độ phân giải cao + Băng từ Hệ thống băng sử dụng kỹ thuật đọc ghi giống hệ thống đĩa Vật liệu băng polyester mềm dẻo phủ chất liệu từ hoá Lớp phủ bao gồm lượng nhỏ kim loại tinh khiết binders đặc biệt cuộn phim kim loại mạ Dữ liệu băng cấu trúc theo track song song chạy dọc Ghi nối tiếp Dữ liệu trải theo dãy bit dọc track Dữ liệu đọc ghi block liền kề gọi ghi vật lý physical records Các block băng phân cách khoảng trống gọi khoảng trống ghi inter-record gaps + Đặc tính băng từ + Bảng 6.7 LTO Tape Drives Tổng kết + Bộ nhớ Chương Đĩa từ Cơ chế đọc ghi từ Tổ chức định dạng liệu Đặc tính vật lý Tham số hiệu suất đĩa RAID RAID level RAID level RAID level RAID level RAID level RAID level RAID level Bộ nhớ quang Đĩa Compact Đĩa DVD High-definition optical disks Solid state drives Flash memory SSD so với HDD Tổ chức SSD Vấn đề thực tế Băng từ + Câu hỏi ... Chuyển động đầu -? ?ầu cố định -? ?ầu di chuyển Tính di động đĩa -? ?ĩa không tháo -? ?ĩa tháo Mặt -1 mặt -2 mặt Tấm platter -? ?ơn -? ?a Cơ chế đầu đọc/ghi -Tiếp xúc (đĩa mềm) -Rãnh cố định -Rãnh khí...+ Chương Bộ nhớ 6. 1 Đĩa từ 6. 2 RAID 6. 3 Ổ cứng trạng thái rắn (ổ cứng bán dẫn) 6. 4 Bộ nhớ quang 6. 5 Băng từ + Các loại nhớ Đĩa từ: Ổ cứng ... gian phát CD-ROM – Đĩa CD đọc: đĩa xóa lưu trữ liệu máy tính Kích thước tiêu chuẩn: 12 cm chứa 65 0 Mbytes CD-R – Đĩa CD ghi: tương tự đĩa CD-ROM, người dùng ghi vào đĩa lần CD-RW – Đĩa CD