Bài giảng Kiến trúc máy tính Bài 6

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Giảng viên: ThS Phan Thanh Tồn v1.0014103210 BÀI BỘ NHỚ NGOÀI Giảng viên: ThS Phan Thanh Tồn v1.0014103210 CÁC KIẾN THỨC CẦN CĨ Để hiểu rõ này, yêu cầu học viên cần có kiến thức liên quan đến mơn học sau: • Kỹ thuật số; • Kỹ thuật điện tử v1.0014103210 HƯỚNG DẪN HỌC • Đọc tài liệu tóm tắt nội dung • Ln liên hệ lấy ví dụ thực tế học đến vấn đề̀ khái niệm • Sử dụng ngơn ngữ lập trình Pascal, C,… Để cài đặt số thuật toán học • Làm tập luyện thi trắc nghiệm theo yêu cầu v1.0014103210 CẤU TRÚC NỘI DUNG 6.1 Đĩa từ ổ đĩa từ 6.2 Đĩa quang v1.0014103210 6.1 ĐĨA TỪ VÀ Ổ ĐĨA TỪ 6.1.1 Nguyên tắc ghi đọc đĩa từ 6.1.2 Tổ chức vật lý đĩa từ 6.1.3 Đĩa ổ đĩa mềm 6.1.4 Đĩa ổ đĩa cứng 6.1.5 Tổ chức logic đĩa từ 6.1.6 Thâm nhập đĩa cứng qua DOS BIOS v1.0014103210 6.1.1 NGUYÊN TẮC GHI VÀ ĐỌC TRÊN ĐĨA TỪ • Đĩa từ gồm:  Vật liệu plastic có phủ lớp chất sắt từ làm môi trường đọc/ghi liệu;  Lớp sắt từ bao gồm vùng nhỏ gọi domain;  Mỗi domain có véc tơ từ độ riêng;  Để lưu trữ thông tin sử dụng từ trường làm nhiễm từ chất sắt từ, xếp véc tơ từ độ domain theo chiều xác định v1.0014103210 6.1.2 TỔ CHỨC VẬT LÝ CỦA ĐĨA TỪ • Đĩa từ sử dụng sau định dạng, việc tổ chức, xếp vùng lưu trữ thông tin đĩa • Về mặt vật lý đĩa từ chia thành:  Rãnh từ (track): Là vùng vòng tròn đồng tâm, có bề dày xác định dùng để ghi từ, rãnh cách vành hẹp không từ hóa  Cung từ (sector): Mỗi rãnh từ chia thành cung (sector), sector = 512 byte, sector đánh số  Liên cung (Cluster): Một nhóm sector liên tiếp, thường 2/4/8 sector  Từ trụ (Cylinder): Các track có bán kính tạo thành từ trụ (Cylinder) v1.0014103210 6.1.3 ĐĨA MỀM VÀ Ổ ĐĨA MỀM • Đĩa mềm  Là thiết bị lưu trữ  Cấu tạo gồm thành phần:  Đĩa nhựa hình trịn, phủ sắt từ;  Vỏ nhựa bảo vệ  Có loại: 5.25 inch, dung lượng 720KB 3,5 inch dung lượng 1.44MB  40 – 80 track;  Sector = 512 byte;  -18 sector/1 track;  mặt đĩa Đĩa Số Số sector/1 Kích thước Bề rộng track track liên cung rãnh 1/4 inch 306 KB 40 0.330 720 1/4 inch 1.2 MB 80 15 0.160 2400 1/2 inch 720 KB 80 0.115 1440 1/2 inch 1.44 MB 80 18 0.115 2880 v1.0014103210 Tổng số sector 6.1.3 ĐĨA MỀM VÀ Ổ ĐĨA MỀM (tiếp theo) • Các phương pháp ghi liệu phát lỗi đĩa mềm  Số liệu ghi thành dòng bit nối tiếp dạng mã nhị phân track  Các bit số liệu ghi ô bit (bit cell)  Số liệu chuyển đổi sang dạng byte (8 bit)  Phương pháp điều tần  Các xung nhịp ghi đặn đầu tất ô bit, ô bit xung số liệu tương ứng với bit 1, khơng có bit số liệu tương ứng với bit 0;  Mỗi byte số liệu đĩa gồm: bit số liệu thực giá trị 0FFh byte nhịp đồng hồ;  Tần số truyền số liệu: 125KB/s 250KB/s  Phương pháp điều tần sửa đổi lần  Xung số liệu ghi ô bit;  Xung đồng hồ ghi đầu ô bit ô bit ô bit trước khơng có xung số liệu (bit số liệu =0);  Tốc độ truyền: 250KB/s 500KB/s v1.0014103210 10 6.1.4 ĐĨA CỨNG VÀ Ổ ĐĨA CỨNG (tiếp theo) • Thanh ghi báo lỗi (1F1h) B7 NDM B0 NTO ABT X NID X UNC BBK NDM 1: Khơng tìm thấy dấu địa liệu 0: Khơng có lỗi NTO 1: Khơng tìm thấy rãnh 0: Khơng có lỗi ABT 1: Lệnh bị bỏ 0: Lệnh thực NID 1: Khơng tìm thấy dấu ID 0: Khơng có lỗi UNC 1: Lỗi liệu không sửa 0: Không lỗi lỗi sửa BBK 1: Sector đánh dấu hỏng 0: Không lỗi X Không sử dụng v1.0014103210 21 6.1.4 ĐĨA CỨNG VÀ Ổ ĐĨA CỨNG (tiếp theo) • Thanh ghi trạng thái (1F7h) B0 B7 BSY RDY WFT SKC DRQ CORR IDX BSY 1: Ổ đĩa bận 0: Không bận RDY 1: Ổ đĩa sẵn sàng 0: Không sẵn sàng WFT 1: Lỗi viết 0: Không lỗi SKC 1: Định vị đầu từ xong 0: Đang định vị DRO 1: Dữ liệu truyền 0: Không CORR 1: Lỗi liệu 0: Không lỗi IDX 1: Chỉ số đĩa vừa qua 0: Không qua ERR 1: Thanh ghi báo lỗi có chứa thơng tin lỗi 0: Không chứa v1.0014103210 ERR 22 6.1.5 TỔ CHỨC LOGIC CỦA ĐĨA TỪ • Về mặt logic đĩa từ tổ chức gồm thành phần sau  Sector logic: Cách đánh số sector hệ điều hành  Phân khu (partition): Một đĩa cứng chia thành nhiều phân khu (gọi partition), phân khu coi đĩa logic độc lập  Các phân khu kí hiệu chữ từ C – Z  Có loại phân khu: DOS chính, DOS mở rộng, Phi DOS  Để lưu trữ thông tin phân khu hệ điều hành sử dụng sector 0, rãnh 0, sector vật lý  Boot sector  Dài 512 byte, đặt sector ổ đĩa logic;  Chứa chương trình khởi động (bootstrap loader), sử dụng để nạp lõi hệ điều hành vào RAM v1.0014103210 23 6.1.5 TỔ CHỨC LOGIC CỦA ĐĨA TỪ Mục Vị trí 00h Chỉ thị nhảy, JUMP chương trình khởi động byte 03h Tên nhà sản xuất, số phiên byte 0Bh Số byte sector word 0Dh Số sector/1 cluster byte 0Eh Số sector dành cho boot sector word 10h Số FAT byte 11h Số điểm vào thư mục gốc word 13h Số sector tệp đĩa (Volume) word 16h Số sector dành cho FAT word 10 18h Số sector/1 track word 11 1Ah Số đầu từ word 12 1Ch Số sector ẩn word 13 22h Số ổ đĩa byte 14 23h Dự trữ byte v1.0014103210 Nội dung Số byte 24 6.1.5 TỔ CHỨC LOGIC CỦA ĐĨA TỪ (tiếp theo) • Hệ điều hành lưu trữ tệp tin lên đĩa theo đơn vị gọi liên cung (cluster) • Một cluster = 2/4/8… sector • Để theo dõi liên cung sử dụng chưa sử dụng hệ điều hành dùng bảng FAT thư mục gốc (Root Directory) • Bảng FAT gồm số điểm vào ứng với số liên cung đĩa từ • FAT-12, FAT-16, FAT-32 • Hai điểm vào để nhận dạng loại đĩa, điểm vào cho biết tình trạng liên cung (tự do, sử dụng,…) Mã v1.0014103210 Ý nghĩa 0000h Liên cung trống FFF0h-FFF6h Liên cung dành riêng FFF7h Liên cung bị hỏng FFF8h-FFFFh Liên cung cuối tệp xxxxh Liên cung tệp 25 6.1.5 TỔ CHỨC LOGIC CỦA ĐĨA TỪ (tiếp theo) • FAT-16 DOS sử dụng byte để ghi thông tin cho liên cung với định dạng litte-endian(dạng đảo byte) F8 FF FF FF 03 00 04 00 05 00 FF FF B1 05 01 A9 • F8: Định dạng đĩa cứng • FF FF FF: Liên cung kết thúc tệp • Liên cung khởi phát cho tệp đọc từ thư mục gốc • Đọc liên cung đọc điểm vào liên cung 2: 0300  (0003); đọc tiếp liên cung 03: 0400  (0004); đọc tiếp liên cung 04: 0500  (0005); đọc tiếp liên cung 05: FFFF (kết thúc tệp) • Vậy tệp tin gồm liên cung:    Các điểm vào B1, 05, 01, A9 thuộc tệp tin khác v1.0014103210 26 6.1.5 TỔ CHỨC LOGIC CỦA ĐĨA TỪ (tiếp theo) • Các liên cung tệp tin không liên tục đĩa FFFF 10 • Tệp tin chứa cluster: 1, 2, 3, 5, kết thúc cluster • Các hệ điều hành thường có bảng FAT • Kích thước liên cung thường: 4KB 32KB v1.0014103210 11 12 27 6.1.5 TỔ CHỨC LOGIC CỦA ĐĨA TỪ (tiếp theo) • Thư mục gốc  Là bảng gồm nhiều điểm vào;  Độ dài: 32 byte;  Mỗi điểm vào thư mục gốc lưu trữ thông tin tệp tin: thuộc tính tệp, thay đổi thơng tin cuối cùng, ngày thay đổi thông tin cuối cùng, liên cung tệp, kích thước tệp,… Vị trí v1.0014103210 Nội dung Kích thước 00h Tên tệp byte 08h Phần phân loại byte 0Bh Thuộc tính tệp byte 0Ch Dự trữ 10 byte 16h Giờ thay đổi thông tin cuối byte 18h Ngày thay đổi thông tin cuối byte 1Ah Cluster byte 1Ch Kích thước tệp byte 28 6.1.6 THÂM NHẬP ĐĨA CỨNG QUA DOS VÀ BIOS • Thâm nhập đĩa cứng qua ngắt 25h, 26h • Các sector vật lý thâm nhập qua ngắt 13h BIOS với hàm: Số hiệu v1.0014103210 Ý nghĩa 05h Format rãnh từ trụ 06h Format đánh dấu rãnh xấu 07h Format đánh dấu ổ đĩa 08h Xác định thông số ổ đĩa 09h Đặt thông số cho ổ đĩa 0Ah Đọc sector mở rộng 0Bh Viết sector mở rộng 0Ch Tìm kiếm 0Dh Reset đĩa cứng 0Eh Đọc đệm sector 0Fh Viết đệm sector 10h Kiểm tra ổ đĩa sẵn sàng chưa 11h Chuẩn lại ổ đĩa 19h Nâng đầu đọc/viết 29 6.2 ĐĨA QUANG 6.2.1 Đĩa quang 6.2.2 Đĩa quang từ v1.0014103210 30 6.2.1 ĐĨA QUANG • Đĩa quang thiêt bị lưu trữ liệu ngồi • Đọc/ghi liệu dựa nguyên tắc quang học • Dung lượng đĩa CD thường 680MB, ổ đĩa CD thường có tốc độ 150kB/s, tốc độ quay 530 – 1060 vòng/phút • Thời gian thâm nhập liệu chậm: 80 – 150 ms • Nguyên tắc ghi liệu đĩa CR  Dữ liệu ghi đĩa CD dạng 0,  Sử dụng súng bắn tia lazer để ghi liệu  Đĩa quay với tốc độ cao súng bắn lazer bắn tia lazer lên bề mặt đĩa CD, tia lazer điều khiển tắt/sáng theo tín hiệu 0,1  Mạch điều khiển điều khiển tốc độ quay đĩa điều khiển cho tia lazer hội tụ đĩa ghi tín hiệu thành đường trịn xoắn trơn ốc v1.0014103210 31 6.2.1 ĐĨA QUANG  Đĩa quay với tốc độ cao, mắt đọc liệu đọc liệu theo nguyên tắc sau:  Sử dụng tia lazer chiếu bề mặt dọc theo track  Hứng lấy tia phản xạ biến đổi thành tín hiệu điện  Tia lazer chiếu qua bề mặt đĩa điểm bị đốt cháy khơng có tia phản xạ  thu tín hiệu  Tia lazer chiếu qua bề mặt đĩa điểm khơng bị đốt cháy có tia phản xạ  thu tín hiệu  Tia phản xạ ma trận diode đổi thành tín hiệu điện, sau khuếch đại xử lý thu tín hiệu ban đầu v1.0014103210 32 6.2.1 ĐĨA QUANG Đĩa quay tia lazer chiếu qua điểm bị cháy tia phản xạ  thu tín hiệu 0, qua điểm bình thường có tia phản xạ  thu tín hiệu v1.0014103210 33 6.2.2 ĐĨA QUANG TỪ • Đĩa quang từ dựa nguyên tắc quang học từ • Ánh sáng tia lazer sóng điện từ phân cực theo hướng xác định • Đĩa quang từ phủ lớp hợp kim sắt từ • Khi ghi bit, xung lazer đốt bề mặt đĩa vùng cần thiết làm từ độ vùng sắt từ =0 Đồng thời nam châm phát từ trường với hướng phụ thuộc vào giá trị bit cần ghi • Khi đọc bit, tia lazer quét bề mặt đĩa hệ phân cực nhạy với hướng phân cực tia phản xạ v1.0014103210 34 TÓM LƯỢC CUỐI BÀI Trong nghiên cứu nội dung sau: • Nguyên tắc đọc/ghi liệu loại thiết bị lưu trữ ngồi thơng dụng đĩa từ đĩa quang • Cấu tạo nguyên tắc hoạt động đĩa từ ổ đĩa từ • Cấu tạo nguyên tắc hoạt động đĩa quang v1.0014103210 35 ... CẤU TRÚC NỘI DUNG 6. 1 Đĩa từ ổ đĩa từ 6. 2 Đĩa quang v1.0014103210 6. 1 ĐĨA TỪ VÀ Ổ ĐĨA TỪ 6. 1.1 Nguyên tắc ghi đọc đĩa từ 6. 1.2 Tổ chức vật lý đĩa từ 6. 1.3 Đĩa ổ đĩa mềm 6. 1.4 Đĩa ổ đĩa cứng 6. 1.5... 29 6. 2 ĐĨA QUANG 6. 2.1 Đĩa quang 6. 2.2 Đĩa quang từ v1.0014103210 30 6. 2.1 ĐĨA QUANG • Đĩa quang thiêt bị lưu trữ liệu ngồi • Đọc/ghi liệu dựa nguyên tắc quang học • Dung lượng đĩa CD thường 68 0MB,... loại byte 0Bh Thuộc tính tệp byte 0Ch Dự trữ 10 byte 16h Giờ thay đổi thông tin cuối byte 18h Ngày thay đổi thông tin cuối byte 1Ah Cluster byte 1Ch Kích thước tệp byte 28 6. 1 .6 THÂM NHẬP ĐĨA CỨNG