Nghiên cứu tìm hiểu về thiết bị lưu trữ dữ liệu từ tính (ổ cứng, đĩa mềm, băng từ) (2)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Nhóm thực hiện: Nhóm số 18 – Lớp:KTPM2K6 Thành viên nhóm: Phạm Văn Tiến Phạm Văn Trường Hoàng Văn Trọng Nguyễn Văn Trường Đề Tài :Thiết bị lưu trữ từ tính (ổ đĩa cứng) Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Tuấn Tú Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2012 Mục Lục Tìm hiểu thiết bị lưu trữ liệu từ tính A Ổ cứng Phần I: Lịch sử phát triển ổ HD 1.1 HDD 1956- 1973 .3 1.2 HDD thập niên 1990 1.3 HDD ngày Phần II: Phân loại ổ đĩa cứng cấu tạo Phân loại Cấu tạo : 2.1 Cụm đĩa 2.2 Cụm đầu đọc .8 2.3 Cụm mạch điện 2.4 Vỏ đĩa cứng: 2.5 Đĩa từ 2.6 Track 2.7 Sector 10 2.8 Cylinder 11 2.9 trục quay 12 2.10 đầu lọc ghi 12 2.11 Cần di chuyển đầu đọc/ghi 12 Hoạt động ổ đĩa cứng 3.1 Giao tiếp với máy tính .13 3.2 Đọc ghi liệu bề mặt đĩa 13 3.3 Các công nghệ sử dụng ổ đĩa cứng 14 A S.M.A.R.T 14 B.Ổ cứng lai 15 Thông số đặc tính 4.1 Dung lượng 16 4.2 Tốc độ quay ổ đĩa cứng 16 4.3 Các thông số thời gian ổ đĩa cứng 17 4.4 Bộ nhớ đệm 18 4.5 Chuẩn giao tiếp 19 4.6 Tốc độ truyền liệu 22 4.7 Kích thước .24 4.8 Sự sử dụng điện .24 4.9 Các thông số khác 25 4.10 Độ ồn .26 4.11 Chu trình di chuyển .27 4.12 Chịu đựng sốc 27 4.13 Nhiệt độ thích nghi 28 4.14 Thời gian thích nghi cần thiết 28 4.15 Các số thông số sản phẩm 29 Ứng dụng .30 Tìm hiểu thêm Serial ATA: So sánh với công nghệ Ultra ATA .31 A.ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive : HDD ) HDD thiết bị chứa chương trình để giúp máy vi tính hoạt động lưu liệu người sử dụng HDD có nhiều chuẩn, loại, dung lượng Một máy vi tính gắn nhiều HDD, số lượng tùy theo số đầu cắm Mainboard cho phép I Lịch sử phát triển 1.1 Năm 1956-1973 Năm 1956, ổ đĩa cứng (HDD) giới có tên IBM 350 Reynold Johnson thiết kế Ổ có tới 50 đĩa kích thước 24 inch với tổng dung lượng triệu ký tự 7-bit (tương đương 4,4MB) Do sử dụng đầu từ để truy nhập tất đĩa, tốc độ truy nhập trung bình thấp Năm 1961, ổ HDD IBM 1301 mắt bắt đầu sử dụng đầu từ cho mặt đĩa Ổ HDD có phận lưu trữ tháo lắp IBM 1311 đời năm 1962 Ổ sử dụng đĩa IBM 1316 có dung lượng triệu ký tự Năm 1973, IBM giới thiệu hệ thống đĩa 3340 Winchester Đây ổ HDD sử dụng kỹ thuật lắp ráp đóng hộp Ổ HDD ban đầu có tên “nội bộ” “30-30” sử dụng module 30MB tháo Sau đó, kỹ sư trưởng dự án Kenneth Haughton đặt tên thức theo tên loại súng trường Winchester 30-30 tiếng thời Cũng từ xuất cơng nghệ Winchester mà sau trở thành thiết kế chuẩn cho nhà chế tạo HDD Đây công nghệ cho phép đầu từ hạ xuống nhấc lên khỏi phiến đĩa ổ đĩa quay Ban đầu, có kích thước lớn cồng kềnh tiêu thụ lượng điện lớn nên HDD thích hợp với môi trường trung tâm liệu, không phù hợp với văn phòng nhỏ nhà riêng Trước thập niên 1980, hầu hết ổ HDD có đĩa cỡ inch (20cm) 14 inch (35cm), cần diện tích sàn chứa đáng kể Trong nhiều trường hợp, chúng cần tới điện cao áp chí điện ba pha cho môtơ lớn mà chúng dùng Mãi đến tận năm 1980, Seagate Technology cho đời HDD ST-506 - ổ đĩa 5,25 inch có dung lượng 5MB, HDD bắt đầu ứng dụng vào máy PC 1.2 Thập niên 1990 Đa số ổ đĩa cứng cho máy vi tính đầu thập kỷ 1980 không bán trực tiếp cho người dùng cuối nhà sản xuất mà OEM phần thiết bị lớn (như Corvus Disk System Apple ProFile) Chiếc IBM PC/XT bán có ổ đĩa cứng lắp xu hướng tự cài đặt nâng cấp bắt đầu xuất Các công ty chế tạo ổ đĩa cứng bắt đầu tiếp thị với người dùng cuối bên cạnh OEM đến thập niên 1990, ổ đĩa cứng bắt đầu xuất cửa hàng bán lẻ Ổ đĩa lắp ngày sử dụng nhiều PC ổ đĩa lắp tiếp tục phổ biến máy Macintosh hãng Apple tảng khác Mỗi máy Mac sản xuất giữa năm 1986 1998 có cổng SCSI phía sau khiến cho việc lắp đặt thêm phần cứng trở nên dễ dạng; tương tự vậy, "toaster" (máy nướng bánh) Mac khơng có chỗ cho ổ đĩa cứng (hay Mac Plus khơng có chỗ lắp ổ đĩa cứng), đời nên ổ SCSI lắp ngồi hiểu Các ổ đĩa SCSI lắp phổ biến máy vi tính cổ loạt Apple II Commodore 64, sử dụng rộng rãi máy chủ tận ngày Sự xuất vào cuối thập niên 1990 chuẩn giao tiếp USB FireWire khiến cho ổ đĩa cứng lắp trở nên phổ biến người dùng thông thường đặc biệt cần di chuyển khối lượng lớn liệu hai địa điểm Vì thế, phần lớn ổ đĩa cứng sản xuất có trở thành lõi vỏ lắp ngồi 1.3 Ngày Dung lượng ổ đĩa cứng tăng trưởng theo hàm mũ với thời gian Đối với máy PC hệ đầu, ổ đĩa dung lượng 20 megabyte coi lớn Cuối thập niên 1990 có ổ đĩa cứng với dung lượng gigabyte Vào thời điểm đầu năm 2005, ổ đĩa cứng có dung lượng khiêm tốn cho máy tính để bàn cịn sản xuất có dung lượng lên tới 40 gigabyte cịn ổ đĩa lắp có dung lượng lớn lên tới nửa terabyte (500 GB), ổ đĩa lắp đạt xấp xỉ terabyte Cùng với lịch sử phát triển PC, họ ổ đĩa cứng lớn MFM, RLL, ESDI, SCSI, IDE EIDE, SATA Ổ đĩa MFM đòi hỏi mạch điều khiển phải tương thích với phần điện ổ đĩa cứng hay nói cách khác ổ đĩa mạch điều khiền phải tương thích RLL (Run Length Limited) phương pháp mã hóa bit đĩa giúp làm tăng mật độ bit Phần lớn ổ đĩa RLL cần phải tương thích với điều khiển làm việc với ESDI giao diện phát triển Maxtor làm tăng tốc trao đổi thông tin PC đĩa cứng SCSI (tên cũ SASI dành cho Shugart (sic) Associates), viết tắt cho Small Computer System Interface, đối thủ cạnh tranh ban đầu ESDI Khi giá linh kiện điện tử giảm (do nhu cầu tăng lên) chi tiết điện tử trước đặt cạc điều khiển đặt lên ổ đĩa cứng Cải tiến gọi ổ đĩa cứng tích hợp linh kiện điện tử (Integrated Drive Electronics hay IDE) Các nhà sản xuất IDE mong muốn tốc độ IDE tiếp cận tới tốc độ SCSI Các ổ đĩa IDE chậm khơng có nhớ đệm lớn ổ đĩa SCSI khơng có khả ghi trực tiếp lên RAM Các công ty chế tạo IDE cố gắng khắc phục khoảng cách tốc độ phương pháp đánh địa logic khối (Logical Block Addressing LBA) Các ổ đĩa gọi EIDE Cùng lúc với đời EIDE, nhà sản xuất SCSI tiếp tục cải tiến tốc độ SCSI Những cải tiến đồng thời khiến cho giá thành giao tiếp SCSI cao thêm Để vừa nâng cao hiệu suất EIDE vừa không làm tăng chi phí cho linh kiện điện tử khơng có cách khác phải thay giao diện kiểu "song song" kiểu "nối tiếp", kết đời giao diện SATA Tuy nhiên, hiệu suất làm việc ổ đĩa cứng SATA hệ đầu ổ đĩa PATA khơng có khác biệt đáng kể II Phân loại cấu tạo ổ đĩa cứng Phân loại  ổ đĩa cứng gắn máy tính  ổ đĩa cứng gắn ngồi máy tính: HDD Mobil Rack ° Là hộp chứa đĩa cứng di dộng Phần khung gắn vào thùng máy ổ đĩa CD-ROM thông thường phần ruột hộp chứa đĩa cứng có tay cầm phía trước External HDD ° Size- Là ổ đĩa cứng gắn bên ngồi thùng máy tính Đĩa cứng để hộp gọi External HDD box (hộp chứa đĩa cứng gắn ngoài) - hộp cho phép gắn đĩa cứng dạng IDE/SCSI, có đầu nối dây nguồn AC có cổng nối cáp vào cổng LPT (giao diện song song) SCSI (giao diện SCSI) máy tính Cấu tạo Ổ đĩa cứng gồm phận liệt giải thích sơ thành phần, kê sau: 2.1 Cụm đĩa: Bao gồm toàn đĩa, trục quay động • • • Đĩa từ Trục quay: truyền chuyển động đĩa từ Động cơ: Được gắn đồng trục với trục quay đĩa 2.2 Cụm đầu đọc • • Đầu đọc (head): Đầu đọc/ghi liệu Cần di chuyển đầu đọc (head arm actuator arm) 2.3 Cụm mạch điện • • • • • • Mạch điều khiển: có nhiệm vụ điều khiển động đồng trục, điều khiển di chuyển cần di chuyển đầu đọc để đảm bảo đến vị trí bề mặt đĩa Mạch xử lý liệu: dùng để xử lý liệu đọc/ghi ổ đĩa cứng Bộ nhớ đệm (cache buffer): nơi tạm lưu liệu trình đọc/ghi liệu Dữ liệu 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 cầu 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 (master hay slave tự lựa chọn), lựa chọn thông số làm việc khác 2.4 Vỏ đĩa cứng: Vỏ ổ đĩa cứng gồm phần: Phần đế chứa linh kiện gắn nó, phần nắp đậy lại để bảo vệ linh kiện bên Vỏ ổ đĩa cứng có chức nhằm định vị linh kiện đảm bảo độ kín khít để khơng cho phép bụi lọt vào bên ổ đĩa cứng Ngồi ra, vỏ đĩa cứng cịn có tác dụng chịu đựng va chạm (ở mức độ thấp) để bảo vệ ổ đĩa cứng Do đầu từ chuyển động sát mặt đĩa nên có bụi lọt vào ổ đĩa cứng làm xước bề mặt, lớp từ hư hỏng phần (xuất khối hư hỏng (bad block)) Thành phần bên ổ đĩa cứng khơng khí có độ cao, để đảm bảo áp suất cân mơi trường bên bên ngồi, vỏ bảo vệ có hệ lỗ thống đảm bảo cản bụi cân áp suất 2.5 Đĩa từ Đĩa từ (platter): Đĩa thường cấu tạo nhôm thuỷ tinh, bề mặt phủ lớp vật liệu từ tính nơi chứa liệu Tuỳ theo hãng sản xuất mà đĩa sử dụng hai mặt Số lượng đĩa nhiều một, phụ thuộc vào dung lượng công nghệ hãng sản xuất khác Mỗi đĩa từ sử dụng hai mặt, đĩa cứng có nhiều đĩa từ, chúng gắn song song, quay đồng trục, tốc độ với hoạt động 2.6 Track Trên mặt làm việc đĩa từ chia nhiều vòng tròn đồng tâm thành track Track hiểu đơn giản giống rãnh ghi liệu giống đĩa nhựa (ghi âm nhạc trước đây) cách biệt rãnh ghi khơng có gờ phân biệt chúng vòng tròn đồng tâm không nối tiếp thành dạng xoắn trôn 10 ốc đĩa nhựa Track ổ đĩa cứng không cố định từ sản xuất, chúng thay đổi vị trí định dạng cấp thấp ổ đĩa (low format ) Khi ổ đĩa cứng hoạt động nhiều năm liên tục, kết kiểm tra phần 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 2.7 Sector Tốc độ Số Số Khu vực truyền liệu sector/track byte/track (MBps) 720 368.640 44,24 704 360.448 43,25 696 356.352 42,76 672 344.064 41,29 640 327.680 39,32 614 314.368 37,72 592 303.104 36,37 556 284.672 34,16 528 270.336 32,44 11 480 245.760 29,49 10 480 245.760 29,49 11 456 233.472 28,02 12 432 221.184 26,54 13 416 212.992 25,56 14 384 196.608 23,59 15 360 184.320 22,12 Trên track chia thành phần nhỏ đoạn hướng tâm thành sector Các sector phần nhỏ cuối chia để chứa liệu Theo chuẩn thơng thường sector chứa dung lượng 512 byte Số sector track khác từ phần rìa đĩa vào đến vùng tâm đĩa, ổ đĩa cứng chia 10 vùng mà vùng có số sector/track Bảng sau cho thấy khu vực với thông số khác ảnh hưởng chúng đến tốc độ truyền liệu ổ cứng Các khu vực ghi liệu ổ đĩa cứng Hitachi Travelstar 7K60 2,5" 2.8 Cylinder Tập hợp track cùng bán kính (cùng số hiệu trên) mặt đĩa khác thành cylinder Nói cách xác thì: đầu đọc/ghi làm việc track tập hợp toàn track bề mặt đĩa lại mà đầu đọc lại làm việc gọi cylinder (cách giải thích xác xảy thường hợp đầu đọc khác có khoảng cách đến tâm quay đĩa khác trình chế tạo) 12 Trên ổ đĩa cứng có nhiều cylinder có nhiều track mặt đĩa từ 2.9 Trục quay Trục quay trục để gắn đĩa từ lên nó, chúng nối trực tiếp với động quay đĩa cứng Trục quay có nhiệm vụ truyền chuyển động quay từ động đến đĩa từ Trục quay thường chế tạo vật liệu nhẹ (như hợp kim nhôm) chế tạo tuyệt đối xác để đảm bảo trọng tâm chúng khơng sai lệch - sai lệch nhỏ gây lên rung lắc tồn đĩa cứng làm việc tốc độ cao, dẫn đến q trình đọc/ghi khơng xác 2.10 Đầu đọc/ghi Đầu đọc đơn giản cấu tạo gồm lõi ferit (trước lõi sắt) cuộn dây (giống nam châm điện) Gần công nghệ giúp cho ổ đĩa cứng hoạt động với mật độ xít chặt như: chuyển hạt từ xếp theo phương vng góc với bề mặt đĩa nên đầu đọc thiết kế nhỏ gọn phát triển theo ứng dụng công nghệ Đầu đọc đĩa cứng có cơng dụng đọc liệu dạng từ hoá bề mặt đĩa từ từ hoá lên mặt đĩa ghi liệu Số đầu đọc ghi số mặt hoạt động đĩa cứng, có nghĩa chúng nhỏ hai lần số đĩa (nhỏ trường hợp ví dụ hai đĩa sử dụng mặt) 2.11 Cần di chuyển đầu đọc/ghi Cần di chuyển đầu đọc/ghi thiết bị mà đầu đọc/ghi gắn vào Cần có nhiệm vụ di chuyển theo phương song song với đĩa từ khoảng cách định, dịch chuyển định vị xác đầu đọc vị trí từ 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 (đồng trục), có nghĩa việc đọc/ghi liệu bề mặt (trên loại hai mặt) vị trí chúng hoạt động vị trí tương ứng bề mặt đĩa cịn lại 13 Sự di chuyển cần thực theo hai phương thức: • • Sử dụng động bước để truyền chuyển động Sử dụng cuộn cảm để di chuyển cần lực từ Hoạt động ổ đĩa cứng 3.1 Giao tiếp với máy tính Tồn chế đọc/ghi liệu thực máy tính (hoặc thiết bị sử dụng ổ đĩa cứng) có yêu cầu truy xuất liệu cần ghi liệu vào ổ đĩa cứng Việc thực giao tiếp với máy tính bo mạch ổ đĩa cứng đảm nhiệm Ta biết máy tính làm việc khác theo phiên làm việc, nhiệm vụ mà không theo kịch nào, q trình đọc ghi liệu ln ln xảy ra, tập tin ln bị thay đổi, xáo trộn vị trí Từ liệu bề mặt đĩa cứng không chứa cách liên tục mà chúng nằm rải rác khắp nơi bề mặt vật lý Một mặt khác máy tính xử lý đa nhiệm (thực nhiều nhiệm vụ thời điểm) nên cần phải truy cập đến tập tin khác thư mục khác Như chế đọc ghi liệu ổ đĩa cứng không đơn thực từ theo mà chúng truy cập ghi liệu ngẫu nhiên điểm bề mặt đĩa từ, đặc điểm khác biệt bật ổ đĩa cứng so với hình thức lưu trữ truy cập (như băng từ) Thơng qua giao tiếp với máy tính, giải tác vụ, CPU đòi hỏi liệu (nó hỏi nhớ khác trước đến đĩa cứng mà thứ tự thường cache L1-> cache L2 ->RAM) đĩa cứng cần truy cập đến liệu chứa Khơng đơn CPU địi hỏi nhiều tập tin liệu thời điểm, xảy trường hợp: Ổ đĩa cứng đáp ứng yêu cầu truy cập liệu thời điểm, yêu cầu đáp ứng Ổ đĩa cứng đồng thời đáp ứng yêu cầu cung cấp liệu theo phương thức riêng Trước đa số ổ đĩa cứng thực theo phương thức 1, có nghĩa chúng truy cập tập tin cho CPU Ngày ổ đĩa cứng tích hợp nhớ đệm (cache) 14 công nghệ riêng chúng (TCQ, NCQ) giúp tối ưu cho hành động truy cập liệu bề mặt đĩa nên ổ đĩa cứng thực theo phương thức thứ nhằm tăng tốc độ chung cho toàn hệ thống 3.2 Đọc ghi liệu bề mặt đĩa Sự hoạt động đĩa cứng cần thực đồng thời hai chuyển động: Chuyển động quay đĩa chuyển động đầu đọc Sự quay đĩa từ thực nhờ động gắn trục (với tốc độ lớn: từ 3600 rpm 15.000 rpm) chúng thường quay ổn định tốc độ định theo loại ổ đĩa cứng Khi đĩa cứng quay đều, cần di chuyển đầu đọc di chuyển đến vị trí bề mặt chứa phủ vật liệu từ theo phương bán kính đĩa Chuyển động kết hợp với chuyển động quay đĩa làm đầu đọc/ghi tới vị trí bề mặt đĩa Tại vị trí cần đọc ghi, đầu đọc/ghi có cảm biến với điện trường để đọc liệu (và tương ứng: phát điện trường để xoay hướng hạt từ ghi liệu) Dữ liệu ghi/đọc đồng thời đĩa Việc thực phân bổ liệu đĩa thực nhờ mạch điều khiển bo mạch ổ đĩa cứng 3.3 Các công nghệ sử dụng ổ đĩa cứng A, S.M.A.R.T S.M.A.R.T (Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology) cơng nghệ tự động giám sát, chuẩn đốn báo cáo hư hỏng xuất ổ đĩa cứng để thông qua BIOS, phần mềm thông báo cho người sử dụng biết trước hư hỏng để có hành động chuẩn bị đối phó (như chép liệu dự phịng có kế hoạch thay ổ đĩa cứng mới) Trong thời gian gần S.M.AR.T coi tiêu chuẩn quan trọng ổ đĩa cứng S.M.A.R.T thực giám sát thay đổi, ảnh hưởng phần cứng đến trình lỗi xảy ổ đĩa cứng (mà theo hãng Seagate hư hỏng đĩa cứng chiếm tới 60% xuất phát từ vấn đề liên quan đến khí): Chúng bao gồm hư hỏng theo thời gian phần cứng: đầu đọc/ghi (mất kết nối, khoảng cách làm việc với bề mặt đĩa thay đổi), động (xuống cấp, rơ rão), bo mạch ổ đĩa (hư hỏng linh kiện làm việc sai) 15 S.M.A.R.T không nên hiểu từ "smart" chúng không làm cải thiện đến tốc độ làm việc truyền liệu ổ đĩa cứng Người sử dụng bật (enable) tắt (disable) chức BIOS (tuy nhiên BIOS hãng hỗ trợ việc can thiệp này) B, Ổ cứng lai Ổ cứng lai (hybrid hard disk drive) ổ đĩa cứng thông thường gắn thêm phần nhớ flash bo mạch ổ đĩa cứng Cụm nhớ hoạt động khác với chế làm việc nhớ đệm (cache) ổ đĩa cứng: Dữ liệu chứa chúng không bị mất điện Trong trình làm việc ổ cứng lai, vai trị phần nhớ flash sau: • • • • Lưu trữ trung gian liệu trước ghi vào đĩa cứng, máy tính đưa liệu đến mức định (tuỳ loại ổ cứng lai) ổ đĩa cứng tiến hành ghi liệu vào đĩa từ, điều giúp vận hành ổ đĩa cứng tối hiệu tiết kiệm điện nhờ việc thường xuyên hoạt động Giúp tăng tốc độ giao tiếp với máy tính: Việc đọc liệu từ nhớ flash nhanh so với việc đọc liệu đĩa từ Giúp hệ điều hành khởi động nhanh nhờ việc lưu tập tin khởi động hệ thống lên vùng nhớ flash Kết hợp với nhớ đệm ổ đĩa cứng tạo thành hệ thống hoạt động hiệu Những ổ cứng lai sản xuất thường sử dụng nhớ flash với dung lượng khiêm tốn 256 MB chịu áp lực vấn đề giá thành sản xuất Do sử dụng dung lượng nhỏ nên chưa cải thiện nhiều đến việc giảm thời gian khởi động hệ điều hành, dẫn đến nhiều người sử dụng chưa cảm thấy hài lòng với chúng Tuy nhiên người sử dụng thường khó nhận hiệu chúng thực tác vụ thông thường việc tiết kiệm lượng chúng Hiện (2007) ổ cứng lai có giá thành đắt (khoảng 300 USD cho dung lượng 32 GB) nên chúng sử dụng số loại máy tính xách tay cao cấp Trong tương lai, ổ cứng lai tích hợp đến vài GB dung lượng nhớ flash khiến 16 so sánh chúng với ổ cứng truyền thống trở lên khác biệt Thơng số đặc tính 4.1 Dung lượng Dung lượng ổ đĩa cứng (Disk capacity) thông số thường người sử dụng nghĩ đến đầu tiên, sở cho việc so sánh, đầu tư nâng cấp Người sử dụng mong muốn sở hữu ổ đĩa cứng có dung lượng lớn theo tầm chi phí họ mà khơng tính đến thơng số khác Dung lượng ổ đĩa cứng tính bằng: (số byte/sector) × (số sector/track) × (số cylinder) × (số đầu đọc/ghi) Dung lượng ổ đĩa cứng tính theo đơn vị dung lượng thông thường: byte, kB MB, GB, TB Theo thói quen thời kỳ mà người ta sử dụng đơn vị nào, thời điểm năm 2007 người người ta thường sử dụng GB Ngày dung lượng ổ đĩa cứng đạt tầm đơn vị TB nên tương lai – theo thói quen, người ta tính theo TB Đa số hãng sản xuất tính dung lượng theo cách có lợi (theo cách tính GB = 1000 MB mà thực phải GB = 1024 MB) nên dung lượng mà hệ điều hành (hoặc phần mềm kiểm tra) nhận ổ đĩa cứng thường thấp so với dung lượng ghi nhãn đĩa (ví dụ ổ đĩa cứng 40 GB thường đạt khoảng 37-38 GB) 4.2 Tốc độ quay ổ đĩa cứng Tốc độ quay đĩa cứng thường ký hiệu rpm (viết tắt từ tiếng Anh: revolutions per minute) số vòng quay phút Tốc độ quay cao ổ làm việc nhanh chúng thực đọc/ghi nhanh hơn, thời giam tìm kiếm thấp Các tốc độ quay thông dụng thường là: 17 • • • • • 3.600 rpm: Tốc độ ổ đĩa cứng đĩa hệ trước 4.200 rpm: Thường sử dụng với máy tính xách tay mức giá trung bình thấp thời điểm 2007 5.400 rpm: Thông dụng với ổ đĩa cứng 3,5” sản xuất cách 2-3 năm; với ổ đĩa cứng 2,5” cho máy tính xách tay chuyển sang tốc độ 5400 rpm để đáp ứng nhu cầu đọc/ghi liệu nhanh 7.200 rpm: Thông dụng với ổ đĩa cứng sản xuất thời gian (2007) 10.000 rpm, 15.000 rpm: Thường sử dụng cho ổ đĩa cứng máy tính cá nhân cao cấp, máy trạm máy chủ có sử dụng giao tiếp SCSI 4.3 Các thông số thời gian ổ đĩa cứng Thời gian tìm kiếm trung bình Thời gian tìm kiếm trung bình (Average Seek Time) khoảng thời gian trung bình (theo mili giây: ms) mà đầu đọc di chuyển từ cylinder đến cylinder khác ngẫu nhiên (ở vị trí xa chúng) Thời gian tìm kiếm trung bình cung cấp nhà sản xuất họ tiến hành hàng loạt việc thử việc đọc/ghi vị trí khác chia cho số lần thực để có kết thơng số cuối Thơng số thấp tốt Thời gian tìm kiếm trung bình khơng kiểm tra phần mềm phần mềm không can thiệp sâu đến hoạt động ổ đĩa cứng Thời gian truy cập ngẫu nhiên Thời gian truy cập ngẫu nhiên (Random Access Time): Là khoảng thời gian trung bình để đĩa cứng tìm kiếm liệu ngẫu nhiên Tính mili giây (ms) Đây tham số quan trọng chúng ảnh hưởng đến hiệu làm việc hệ thống, người sử dụng nên quan tâm đến chúng lựa chọn ổ đĩa cứng Thông số thấp tốt Tham số: Các ổ đĩa cứng sản xuất gần (2007) có thời gian truy cập ngẫu nhiên khoảng: đến 15 ms Thời gian làm việc tin cậy 18 Thời gian làm việc tin cậy MTBF: (Mean Time Between Failures) tính theo (hay hiểu cách đơn tuổi thọ ổ đĩa cứng) Đây khoảng thời gian mà nhà sản xuất dự tính ổ đĩa cứng hoạt động ổn định mà sau thời gian ổ đĩa cứng xuất lỗi (và khơng đảm bảo tin cậy) Một số nhà sản xuất công bố ổ đĩa cứng họ hoạt động với tốc độ 10.000 rpm với tham số: MTBF lên tới triệu giờ, với ổ đĩa cứng hoạt động tốc độ 15.000 rpm có giá trị MTBF đến 1,4 triệu thơng số kết tính tốn lý thuyết Hãy hình dung số năm mà hoạt động tin cậy (khi chia thơng số MTBF cho (24 giờ/ngày × 365 ngày/năm) thấy dài lịch sử hãng sản xuất ổ đĩa cứng nào, người sử dụng khơng cần quan tâm đến thông số 4.4 Bộ nhớ đệm Bộ nhớ đệm (cache buffer) ổ đĩa cứng giống RAM máy tính, chúng có nhiệm vụ lưu tạm liệu trình làm việc ổ đĩa cứng 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 Đơn vị thường bính kB MB Trong thời điểm năm 2007, dung lượng nhớ đệm thường MB cho loại ổ đĩa cứng dung lượng đến khoảng 160 GB, với ổ đĩa cứng dụng lượng lớn chúng thường sử dụng nhớ đệm đến 16 MB cao Bộ nhớ đệm lớn tốt, hiệu chung ổ đĩa cứng chững lại giá trị nhớ đệm định mà từ nhớ đệm tăng lên hiệu không tăng đáng kể Hệ điều hành lấy phần nhớ hệ thống (RAM) để tạo nhớ đệm lưu trữ liệu lấy từ ổ đĩa cứng nhằm tối ưu việc xử lý liệu thường xuyên phải truy cập, cách dùng riêng hệ điều hành mà chúng không ảnh hưởng đến cách hoạt động 19 hiệu suất vốn có loại ổ đĩa cứng Có nhiều phần mềm cho phép tinh chỉnh thông số hệ điều hành tuỳ thuộc vào dư thừa RAM hệ thống 4.5 Chuẩn giao tiếp Các chuẩn giao tiếp ổ đĩa cứng Giao tiếp (viết tắt) Tên tiếng Anh đầy đủ Tốc độ truyền liệu SCSI Small Computer System Interface Nhiều loại, xem thêm Ultra160 SCSI 160 MBps Ultra320 SCSI 320 MBps ATA Advanced Technology Attachment Max = 133 MBps SATA 150 Serial ATA 150 150 MBps SATA 300 Serial ATA 300 300 MBps SATA 600 Serial ATA 600 600 MBps Có nhiều chuẩn giao tiếp khác ổ đĩa cứng với hệ thống phần cứng, 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 20 Trước đây, chuẩn ATA SATA hệ sử dụng phổ biến máy tính cá nhân thơng thường chuẩn SCSI Fibre Channel có tốc độ cao sử chủ yếu nhiều máy chủ máy trạm Gần đây, chuẩn SATA hệ với tốc độ giao tiếp cao sử dụng rộng rãi máy tính cá nhân sử dụng hệ chipset Bảng so sánh chuẩn ATA thường sử dụng nhiều với ổ đĩa cứng thời gian gần Parall Serial Phát Côn Loại UDM el Chuẩn PIO DMA Spee triển g bố bỏ A Spee Standa Mode Mode d Đặc tính (năm (năm (năm Mode d rd s s (MBp ) ) ) s (MBp s) s) ATA-1 1988 1994 1999 02 8,33 ATA-2 1993 1996 2001 04 02 16,67 Hộ trợ lên tới 136.9GB; BIOS issues not addressed Faster PIO modes; CHS/LBA BIOS translation defined up 21 to 8.4GB; PC-Card ATA-3 1995 1997 2002 04 ATA-4 1996 1998 04 02 02 02 16,67 SMART; improved signal integrity; LBA support mandatory; eliminated singleword DMA modes 33,33 Ultra-DMA modes; ATAPI Packet Interface; BIOS hỗ trợ tới 136.9GB Faster UDMA modes; 80pin cable with autodetecti on ATA-5 1998 2000 04 02 04 66,67 ATA-6 2000 2002 04 02 05 100 100MBps UDMA mode; extended drive and BIOS Tải FULL (file word 46 trang): bit.ly/2Ywib4t 22 support up to 144PB ATA-7 2001 2004 04 02 06 133 150 133MBps UDMA mode; Serial ATA ATA-8 2004 04 02 06 133 150 Phiên phụ SMART = Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology ATAPI = AT Attachment Packet Interface MB = Megabyte; million bytes GB = Gigabyte; billion bytes PB = Petabyte; quadrillion bytes CHS = Cylinder, Head, Sector LBA = Logical block address PIO = Programmed I/O DMA = direct memory access UDMA = Ultra DMA 4.6 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 23 • • 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 Ổ đĩa cứng Ultra-ATA/100 Hitachi (IBM) Deskstar 120GXP Tốc độ truyền liệu (MB/giây) Vùng Sectors/Track Tốc độ quay (vịng/phút) Vùng ngồi 928 7.200 57,02 Vùng 448 7.200 27,53 Trung bình 688 7.200 42,27 Ổ đĩa cứng Maxtor DiamondMax D540X-4G120J6 120GB ATA Vùng 896 5.400 41,29 Vùng 448 5.400 20,64 Trung bình 672 5.400 30,97 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 Tải FULL (file word 46 trang): bit.ly/2Ywib4t 24 4.7 Kích thước Kích thước ổ đĩa cứng chuẩn hố số kích thước để đảm bảo thay lắp ráp vừa với máy tính Kích thước ổ đĩa cứng thường tính theo inch (") Kích thước vỏ loại ổ đĩa cứng: xem bảng 4.8 Sự sử dụng điện Đa số ổ đĩa cứng máy tính cá nhân sử dụng hai loại điện áp nguồn: Vdc 12 Vdc (DC dc: Loại điện áp chiều) Các ổ đĩa cứng cho máy tính xách tay sử dụng loại điện áp nguồn Vdc Các ổ đĩa cứng gắn thiết bị số cầm tay khác sử dụng nguồn có mức điện áp thấp với công suất thấp Điện cung cấp cho ổ đĩa cứng phần lớn phục vụ cho động quay ổ đĩa, phần lại nhỏ cung cấp cho bo mạch ổ đĩa cứng Tuỳ loại động mà chúng sử dụng điện áp 12V Vdc (thông qua định mức tiêu thụ dịng điện mức điện áp này) Trên ổ đĩa cứng ghi rõ thơng số dịng điện tiêu thụ loại điện áp sử dụng để đảm bảo cho người sử dụng tính tốn cơng suất chung Ổ đĩa cứng thường tiêu thụ điện lớn thời điểm khởi động hệ thống (hoặc thời điểm đĩa cứng bắt đầu hoạt động trở lại sau tạm nghỉ để tiết kiệm điện năng) khởi động động đồng trục quay đĩa từ, giống động điện thơng thường, dịng điện tiêu thụ đỉnh cực đại giai đoạn gấp lần cơng suất tiêu thụ bình thường Ổ cứng thơng thường lấy điện trực tiếp từ nguồn máy tính, với ổ đĩa cứng ngồi sử dụng cung cấp điện riêng kèm theo chúng dùng nguồn điện cung cấp qua cổng giao tiếp USB 4.9 Các thơng số khác KÍCH THƯỚC VỎ CÁC LOẠI Ổ CỨNG CAO RỘNG DÀI THỂ TÍCH 25 2579996 ... đọc ghi liệu ổ đĩa cứng không đơn thực từ theo mà chúng truy cập ghi liệu ngẫu nhiên điểm bề mặt đĩa từ, đặc điểm khác biệt bật ổ đĩa cứng so với hình thức lưu trữ truy cập (như băng từ) Thông... sau: • • • • Lưu trữ trung gian liệu trước ghi vào đĩa cứng, máy tính đưa liệu đến mức định (tuỳ loại ổ cứng lai) ổ đĩa cứng tiến hành ghi liệu vào đĩa từ, điều giúp vận hành ổ đĩa cứng tối hiệu... 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 23