Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 6: Bộ nhớ ngoài cung cấp cho người học các kiến thức: Cơ chế đọc và ghi từ, tổ chức và định dạng dữ liệu, tính chất vật lý, các tham số hiệu suất đĩa, RAID, các ổ đĩa SSD, bộ nhớ quang học, băng từ. Mời các bạn cùng tham khảo.
Chương Bộ nhớ 6.1 ĐĨA TỪ Cơ chế đọc ghi từ Tổ chức Định dạng Dữ liệu Tính chất vật lý Các tham số hiệu suất đĩa 6,2 RAID RAID cấp … RAID CẤP 6.3 CÁC Ổ SSD Bộ nhớ flash SSD So với HDD Tổ chức SSD Những vấn đề thực tế 6.4 BỘ NHỚ QUANG HỌC Đĩa compact Đĩa đa kỹ thuật số Đĩa quang Độ nét cao 6.5 BĂNG TỪ NỘI DUNG Đĩa từ • Đĩa từ platter trịn chế tạo vật liệu khơng từ tính, đƣợc gọi chất (substrate), đƣợc phủ lớp vật liệu có từ tính lên – Chất thƣờng vật liệu nhôm hợp kim nhơm • Gần đây, chất thủy tinh đƣợc sử dụng • Ƣu điểm chất thủy tinh: – Tăng tính đồng bề mặt tăng độ tin cậy đĩa – Giảm khiếm khuyết bề mặt giảm lỗi đọc-ghi – Độ cứng tốt giảm động lực đĩa – Khả chống sóc hƣ hỏng tốt – Lower flight heights CƠ CHẾ ĐỌC – GHI TỪ Dữ liệu đƣợc ghi vào đĩa/ lấy từ đĩa thông qua cuộn dây dẫn đƣợc gọi đầu Hệ thống thƣờng có đầu: đầu đọc đầu ghi Trong trình đọc ghi, đầu đứng yên đĩa xoay bên dƣới Ghi Lợi dụng tính chất: dòng điện chạy qua cuộn dây tạo từ trƣờng Xung điện đƣợc gửi đến đầu ghi mẫu từ sinh đƣợc ghi vào bề mặt bên dƣới Các mẫu từ khác thể dòng điện dƣơng âm Đầu ghi đƣợc làm vật liệu từ hố, dạng hình chữ nhật rỗng với khe hở dọc cạnh vòng dây dẫn dọc cạnh đối diện Dòng điện chạy dây tạo từ trƣờng khe từ hoá vùng nhỏ mơi trƣờng ghi Đảo chiều dịng điện làm đảo chiều từ hóa mơi trƣờng ghi CƠ CHẾ ĐỌC – GHI TỪ Đọc (truyền thống ) lợi dụng tính chất: từ trƣờng chuyển động quanh cuộn dây tạo dòng điện cuộn dây Khi bề mặt đĩa qua đầu, tạo dòng điện cực với dòng ghi Cấu trúc đầu đọc giống đầu ghi, đầu đƣợc sử dụng cho đọc ghi Đọc (hiện đại) Địi hỏi phải có đầu đọc, ghi riêng biệt cảm biến điện từ (MR) đƣợc che phần điện trở phụ thuộc vào hƣớng từ trƣờng di chuyển bên dƣới tần số vận hành cao mật độ lƣu trữ lớn tốc độ nhanh Đầu đọc điện từ/ Đầu ghi điện cảm Bố trí liệu đĩa • Vòng tròn đồng tâm – track – Rãnh (gap) track giảm lỗi – Độ rộng track = độ rộng đầu • Track chia thành sector • Sector: đơn vị liệu đọc khỏi đĩa/ ghi vào đĩa – có hàng trăm sector/track – độ dài sector cố định biến đổi – phổ biến sector 512 byte Vận tốc đĩa Bit gần tâm đĩa quay qua điểm cố định chậm so với bit bên ! giải pháp Vận tốc góc khơng đổi (CAV) Tăng khoảng cách bit track khác Các sector hình pie track đồng tâm Ƣu: Đánh địa khối liệu theo track sector Nhƣợc: Lãng phí khơng gian track Mật độ liệu thấp Ghi nhiều vùng để tăng công suất Bề mặt chia thành nhiều vùng đồng tâm Các track vùng có số bit nhƣ Mạch phức tạp Sơ đồ phƣơng pháp bố trí đĩa Vận tốc góc khơng đổi + đánh địa trực tiếp cho khối DL theo track sector dung lƣợng liệu hạn chế Ghi nhiều vùng + tổng dung lƣợng lƣu trữ lớn mạch điện phức tạp Đặc tính vật lý hệ thống đĩa • Chuyển động đầu -Đầu cố định -Đầu di chuyển • Tấm platter -Đơn -Đa • Tính di động đĩa -Đĩa khơng tháo đƣợc -Đĩa tháo đƣợc • Cơ chế -Tiếp xúc (điã mềm) -Rãnh cố định -Rãnh khí động học (Winchester) • Mặt -1 mặt -2 mặt 10 Sản phẩm đĩa quang 38 Compact Disk Read-Only Memory (CD-ROM) • Audio CD CD-ROM dùng công nghệ tƣơng tự – Điểm khác biệt chính: CD-ROM player có độ gồ ghề có thiết bị sửa lỗi để đảm bảo cho liệu đƣợc truyền • Q trình sản xuất: – Đĩa đƣợc chế tạo từ nhựa polycarbonate – Dữ liệu đƣợc lƣu dƣới dạng chuỗi lỗ cực nhỏ (pit) bề mặt • Dùng laser cƣờng độ cao tập trung tạo đĩa master – Đĩa master đƣợc dùng làm khuôn để tạo polycarbonate – Bề mặt sau đƣợc phủ lớp phản xạ tốt, thƣờng nhôm/vàng – Tiếp tục phủ lên lớp sơn acrylic suốt để chống bụi trầy xƣớc – Cuối dùng kĩ thuật in lụa để in nhãn hiệu lên bề mặt acrylic 39 Hoạt động CD Tổ chức thông tin theo đƣờng xoắn ốc Bắt đầu kết thúc pit = bit 1; Không thay đổi độ cao = bit Vân tốc tuyến tính khơng đổi (CLV): Thông tin đƣợc quét tốc độ cách quay đĩa tốc độ khác 40 Định dạng khối CD-ROM • Mode 0= trƣờng data rỗng • Mode 1= 2048 byte data+error correction • Mode 2= 2336 byte data 41 Phù hợp để phân phối số lƣợng lớn liệu cho số lƣợng lớn ngƣời dùng CD-ROM Không phù hợp cho ứng dụng cá nhân chi phí lớn cho q trình ghi ban đầu Ƣu điểm: chứa thơng tin đƣợc nhân rộng rãi cách không tốn tháo đƣợc, cho phép đĩa đƣợc sử dụng để lƣu trữ Nhƣợc điểm: Chỉ đọc, không updated đƣợc Thời gian truy cập lâu so với ổ đĩa từ 42 CD Recordable (CD-R) • Ghi lần đọc nhiều lần • Thích hợp với ứng dụng cần liệu • Đĩa đƣợc ghi lần tia laser có cƣờng độ vừa phải • Cung cấp ghi vĩnh viễn khối lƣợng lớn liệu ngƣời dùng • Tƣơng thích với ổ CD-ROM CD Rewritable (CD-RW) • Có thể ghi lại nhiều lần • Đĩa thay đổi pha sử dụng vật liệu có hai độ phản xạ khác hai trạng thái pha khác – Trạng thái vô định hình: Các phân tử có hƣớng ngẫu nhiên phản xạ ánh sáng – Trạng thái tinh thể: Có bề mặt nhẵn phản xạ ánh sáng tốt • Một chùm tia laser thay đổi vật liệu từ pha sang pha • Nhƣợc điểm: cuối vật liệu đặc tính mong muốn vĩnh viễn • Ƣu điểm: ghi lại đƣợc 43 Digital Versatile Disk (DVD) • • • • Đĩa đa kỹ thuật số Chất lƣợng hình ảnh ấn tƣợng Dung lƣợng cao (4.7G lớp) Trọn phim dài đĩa đơn • Sử dụng nén MPEG • Đã đƣợc chuẩn hóa • Mã hố vùng • Có thể đƣợc "cố định" 44 CD-ROM DVDROM Đĩa đa kỹ thuật số 45 Đĩa quang độ phân giải cao • Đƣợc thiết kế cho video độ nét cao • Dung lƣợng lớn nhiều so với DVD – Laser bƣớc sóng ngắn hơn: Dải màu xanh tím – Pit nhỏ • HD-DVD – 15GB lớp mặt • Blue-ray – Lớp liệu gần với laser • Tập trung cao, biến dạng hơn, pit nhỏ – 25GB lớp 46 Đĩa quang độ phân giải cao 47 Băng từ • sử dụng kỹ thuật đọc ghi giống hệ thống đĩa • băng polyester mềm dẻo phủ chất liệu từ hố • Dữ liệu băng đƣợc tổ chức theo track chạy dọc song song • Ghi nối tiếp: Dữ liệu đƣợc trải theo dãy bit dọc track • Dữ liệu đƣợc đọc ghi block liền kề đƣợc gọi ghi vật lý physical records • Các block băng đƣợc phân cách khoảng trống - inter-record gap • Rất rẻ 48 Đặc tính băng từ 49 LTO Tape Drives 50 Tổng kết Chương Bộ nhớ • Đĩa từ – Cơ chế đọc ghi từ – Tổ chức định dạng liệu – Đặc tính vật lý – Tham số hiệu suất đĩa • • Solid state drives – Flash memory – SSD so với HDD – Tổ chức SSD – Vấn đề thực tế – Băng từ • 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 51 Câu hỏi chƣơng Ƣu điểm việc sử dụng chất thủy tinh cho đĩa từ gì? Dữ liệu đƣợc ghi lên đĩa từ nhƣ nào? Dữ liệu đƣợc đọc từ đĩa từ nhƣ nào? Phân biệt CAV ghi nhiều vùng Định nghĩa track, cylinder sector Kích thƣớc sector điển hình gì? Định nghĩa thời gian tìm kiếm, trễ xoay, thời gian truy cập, thời gian truyền Những đặc điểm chung cấp độ RAID? Phân biệt mức RAID 10 Giải thích thuật ngữ dải liệu 11 Cách tạo độ dƣ thừa hệ thống RAID? 12 Trong RAID, phân biệt truy cập song song truy cập độc lập? 13 Sự khác CAV CLV gì? 14 Sự khác đĩa CD DVD? 52 ... đầu -? ?ầu cố định -? ?ầu di chuyển • Tấm platter -? ?ơn -? ?a • Tính di động đĩa -? ?ĩa khơng tháo đƣợc -? ?ĩa tháo đƣợc • Cơ chế -Tiếp xúc (điã mềm) -Rãnh cố định -Rãnh khí động học (Winchester) • Mặt -1 ... dự phòng 37 Sản phẩm đĩa quang 38 Compact Disk Read-Only Memory (CD-ROM) • Audio CD CD-ROM dùng cơng nghệ tƣơng tự – Điểm khác biệt chính: CD-ROM player có độ gồ ghề có thiết bị sửa lỗi để đảm... (Winchester) • Mặt -1 mặt -2 mặt 10 Đặc tính (2) Đĩa có đầu cố định Một đầu đọc-ghi cho track Đầu đƣợc gắn cánh tay cố định kéo dài toàn tracks Đĩa có đầu di chuyển Một đầu đọc-ghi Đầu đƣợc