Điã cứng phải được tổ chức thành các vùng đồng nhất riêng biệt , điều này cho phép máy tính dễ dàng tìm kiếm bất kì chuỗi các bít cụ thể naò.
Dạng cơ bản nhất của việc tổ chức đĩa được goị là định dạng. Định dạng đĩa cứng để các file có thể được ghi đến điã và sau đó truy xuất laị khi cần . Điã cứng phaỉ được định dạng theo hai cách:Vật lý và lôgic.
* Định dạng vật lý:
Một đĩa cứng phải được định dạng vật lý trước khi định dạng lôgic. Định dạng vật lý đĩa cứng (còn goịlà định dạng vật lý mức thấp ) thường được thực hiẹn taị nhà máy.
Định dạng vật lý chia đĩa cứng thành các phần tử vật lý :Track,Sector và Cylinder .Các phần tử này xác định cách thức mà dữ liệu được đọc và ghi từ đĩa.
-Track là các đường tròn đồng tâm trên mỗi mặt đĩa ,giống như đĩa hát hay đĩa Compact.Các Track được đánh số theo thứ tự bắt đầu là track 0 ở mép ngoài cùng .
-Các Track được chia thành các vùng nhỏ hơn gọi là các Sector ,được dùng để lưu một lượng dữ liệu cố định .Các Sector thường được định dạng để chứa 512 Bytes dữ liệu(cứ 8 bit=1 byte).
-Một Cylinder chứa một tập hợp các Track trên tất cả các mặt có cùng khoản cách với trục quay.Nếu ta tưởng tượng các Track này được được kết nối thẳng đứng ,tâp hợp này tạo nên hình dạng một ống trụ.
-Phần mềm và phần cứng máy tính làm việc thường sử dụng các Cylinder .Khi dữ liệu được ghi đến đĩa trong các Cylinder ,nó có thể được truy cập toàn bộ mà không phải di chuyển các đầu đọc /ghi.Bởi vì đầu từ di chuyển chậm so với sự quay của đĩa ,nên các
Sau khi đĩa cứng được định dạng vật lý ,các đặc tính từ của lớp phủ mặt đĩa sẽ bị hỏng từ từ.Kết quả là ngày càng khó khăn cho việc đọc ghi dữ liệu từ các Sector.Các Sector không thể dùng để chứa dữ liệu được nữa ,gọi là các Sector xấu hỏng(Bad Sector).Hơn nữa ,hầu hết các máy tính hiện đại đều có thể xác định khi nào thì Sector hỏng .Nếu điều này xảy ra ,máy tính sẽ đánh dấu Sector đó là xấu(Nó sẽ không còn được sử dụng nữa) và sử dụng Sector thay thế khác.
*Công thức tính dung lượng lưu trữ của một ổ đĩa: M=n.S.T.2.P
Với M:là dung lượng đĩa.
n:là số Byte trên một cung(Byte/Sector). S:là số cung trên một đạo(Track)
T:Số đạo trên một mặt đĩa. P:là số đĩa phẳng của ổ đĩa. *Định dạng Logic:
Sau khi đã định dạng vật lý đĩa cứng , cũng như một miếng đất chưa được quy hoạch chưa thể xây dựng ,nó phải được định dạng Logic.Định dạng Logic đặt một hệ thống File(File System) lên đĩa ,cho phép hệ điều hành (như DOS,OS/2,Windows,Linux) sử dụng dung lượng đĩa có sẵn để lưu trữ và truy nhập File.Các hệ điều hành (Operating System –OS) khác nhau sử dụng các hệ thống file khác nhau ,vì vậy kiểu định dạng Logic mà bạn áp dụng tùy thuộc vào OS mà bạn dự định cài đặt.
Trước khi định dạng Logic đĩa ,hãy chia nó thành các phân khu (Partition).Khi ấy mỗi Partition có thể được được định dạng với một hệ thống file khác nhau ,cho phép bạn cài đặt nhiều OS.Phân chia đĩa
cứng thành nhiều partition cũng cho phép bạn sử dụng không gian đĩa cứng hiệu quả hơn.
*Định dạng cấp thấp :
Trong quá trình định dạng cấp thấp ,chương trình định dạng chia các Track của đĩa thành một số xác định các Sector,tạo các khoảng trống giữa các Track và các Sector .Vì nhiều loại ổ đĩa sử dụng các bộ điều khiển và các bộ điều khiển này được chế tạo bởi các nhà sản xuất khác nhau nên phải có một sự thống nhất trong truyền thông giữa bộ điều khiển và ổ đĩa .Vì lý do này ,số Sector được ghi vào Track thường cố định .
Các ổ đĩa IDE và SCSI có thể đinh jdạng từng Track với số Sector thay đổi vì các ổ đĩa này có bộ điều khiển đĩa có sẵn .Bộ điều khiển này hoàn toàn nhận biết được với các thuật toán phân vùng và có thể dịch các số Head .Sector sang các số Cylinder ,Head Sector Logic nên đĩa có số Sector /Track là giống nhau bởi PC BIOS được thiết kế để chấp nhận một số xác định Sector /Track với toàn bộ ổ đĩa ,do đó các ổ đĩa được chia vùng phải có một sơ đồ dịch Sector.
*Phân vùng :
Việc tạo các phân vùng trên đĩa cứng cho phép hỗ trợ các file hệ thống (File System) trên từng phân vùng .
Các hệ File có thể sử dụng các phương pháp riêng để phân phối không gian cho File trong các đơn vị cấp phát hay logic.Mỗi đĩa cứng phải có ít nhất một phân vùng và có thể lên tới 4 phân vùng .Có 3 hệ file phổ biến sử dụng bởi các Hệ điều hành cho PC hiện nay:
-FAT (File Allocation Table-Bảng phân phối file).Đây là hệ file chuẩn hỗ trợ bởi DOS,Windows 9X và Windows NT.Các phân vùng
Windows 9x và Windows NT .Hệ File FAT chuẩn sử dụng các số 12 hay 16 bit để xác định các cluster với dung lượng ổ đĩa tối đa là 2 GB.Sử dụng Fdisk ,bạn có thể sử dụng 2 phân vùng FAT vật lý trên một ổ đĩa cứng như là phân vùng chính và phân vùng mở rộng .Chương trình phân vùng khác như Partition Magic có thể tạo 4 phân vùng chính hay 3 phân vùng chính và một phân vùng mở rộng .
-FAT 32 (File Allocation Table-Bảng phân phối file 32 bit):Đây là hệ file hỗ trợ bởi Windows (OEM SR2),Windows 98 và Windows 2000.FAT 32 sử dụng các số 32 bit để xác định các Cluster ,do đó có thể hỗ trợ tới các ổ đĩa dung lượng 2 TB(Tera Bytes-Ngàn tỷ Bytes) hay 2048 GB.
-NTFS (New Technology File Sytem-File hệ thống công nghệ mới):Đây là hệ file của Windows NT hỗ trợ tên file 256 ký tự.Hệ file này có các thuộc tính mở rộng và các tính năng bảo mật file không có trong các hệ file khác .
Quá trình phân vùng có thể thực hiện được bằng cách cho chạy chương trình Fdisk của DOS.Fdisk cho phép chúng ta chọn dung lượng của ổ đĩa cho các phân vùng theo Megabyte hay phần trăm tới toàn bộ dung lượng của ổ đĩa hay dung lượng cực đại mà hệ file cho phép .Sau khi ổ đĩa đã được phân vùng ,các phân vùng này phải được định dạng cấp cao bằng các hệ điều hành sử dụng nó.
*Định dạng cấp cao:
Trong quá trình định dạng cấp cao,các Hệ điều hành (như Windows 9x ,DOS,Windows NT) cung cấp các cấu trúc cần thiết để quản lý các file và dữ liệu trên đĩa .Các phân vùng FAT có một Volume Boot Sector (VBS),hai phiên bản FAT và một thư mục gốc trên mỗi ổ đĩa logic .Các cấu trúc dữ liệu này cho phép Hệ điều hành quản lý
không gian trên đĩa ,theo dõi các File và điều phối các vùng bị lỗi sao cho chúng không gây ra vấn đề gì . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong định dạng cấp thấp ,kiểu định dạng vật lý thực sự ,các Track và Sector được ghi rõ trên đĩa .Định dạng cấp thấp các đĩa cứng IDE và SCSI thường được thực hiện bởi nhà sản xuất và hầu như không thực hiện được đối với người dùng .
6.1.1.5 Bộ điều khiển và các giao diện ổ đĩa từ
Ta chia mạch điện tử điều khiển ổ đĩa thành 2 loại chính :
• phần trong ổ đĩa .
•Phần giao diện trong máy vi tính
Sơ đồ khối đặc trưng của bộ điều khiển đĩa cứng . Phần quan trọng nhất là bộ vi điều khiển . Vi điều khiển là một bộ vi xử lý trọn vẹn cấy thêm nhiều hệ thống ngoại vi đầu vào, đầu ra hay đầu xung biến đổi PWM . Vi điều khiển làm việc cùng với vi mạch chuyên dụng ASIC ( aplication specific intergrated circuit ) . Vi mạch chuyên dụng cũng là mạch vi điều khiển , còn được gọi là bộ điều khiển ổ đĩa , có nhiệm vụ điều khiển 1 động cơ và quản lý giao diện với máy tính cá nhân (SCSI , IDE ) . Chương trình điều khiển nằm trong EPROM . Tín hiệu điều khiển động cơ đến từ các cổng PWM , cổng này dùng 1 xung vuông có chiều rộng thay đổi để mô phỏng tín hiệu tương tự điều khiển động cơ . Vi mạch ASIC còn có nhiệm vụ xử lý chương trình điều khiển số định vị đầu từ. Nó áp dụng thuật toán PID để điều khiển vị trí đầu từ , tốc độ quay.
Những máy tính cá nhân đầu tiên ổ cứng không giao diện trực tiếp với máy tính qua bus cuả nó ( XT bus , AT bus ) . Nhà sản xuất đĩa cứng có giao diện điều khiển riêng . Ta chỉ xét 2 giao diện cơ bản là IDE và SCSI .
IDE
Cấu trúc vật lý : IDE là 1 giao diện dùng rộng rãi trong các máy tính hiện đại . Ổ đĩa nối với bản mạch điều khiển qua 1 ổ cắm 40 chân . Vi mạch điều khiển IDE đươc cấy ngay trong chipset nằm trên bản mạch chủ . Giao diện này hiện được dùng phổ biến vì giá re ,tốc độ tương đối cao.
SCSI
SCSI ( small computer system interface ) là một cấu trúc độc lập xuất hiện năm 1986 . SCSI cần bộ điều khiển phức tạp hơn nên đắt hơn IDE ( IDE chỉ là thiết bị mở rộng bus hệ thống của máy tính . Giao diện này có thể dùng các thiết bị ngoại vi khác như máy quét , CD ROM ... Tốc độ của từng loại SCSI là : 5 MB /s ( SCSl - 1 ) đến 40MB/s (SCSI - 3 dùng 32 bit )
Giao diện SCSI là ổ cắm 50 chân hay 68 chân tùy theo loại .
6.2 Các loại thẻ nhớ
Thẻ nhớ (MC ) có kích thước theo chuẩn PCMCIA . Chuẩn thẻ chia thành nhiều loại tùy theo chiều dày của nó :
• PCMCIA I dày 0,1 inch
• PCMCIA II dày 0,2 inch
• PCMCIA III dày 0,4 inch
• PCMCIA IV dày 0,7 inch
Thẻ nhớ chỉ là 1 trong nhiều ứng dụng của chuẩn PCMCIA .Vai trò vùng nhớ thuộc tính của thẻ tương tự vai trò CMOS - RAM trong máy tính cá nhân .
Các loại thẻ nhớ phân loại theo bộ nhớ bên trong như sau Thẻ SRAM : là 1 thẻ nhớ vạn năng có nhiều ứng dụng . Nó được trang bị 2 pin nuôi
Hình 6.1Sơ đồ khối thẻ SRAM
Thẻ DRAM : có lợi điểm so với các thanh bộ nhớ DIP và SIMM khi mở rộng bộ nhớ làm việc của máy . Thẻ có dung lượng lớn , tốc độ nhanh nhưng năng lượng tiêu thụ lớn và không tách rời nguồn nuôi . DRAM chủ yếu dùng mở rộng bộ nhớ làm việc của máy in và máy tính cá nhân .
thường dùng để lưu trữ dữ liệu cần truy nhập liên tục và có thể thay đổi khi cần .
Thẻ OTPROM : được ghi 1 lần duy nhất . Thẻ dùng để lưu trữ chương trình hệ điều hành của 1 thiết bị nào đó . Thẻ không thể lập trình lại nhưng có lợi điểm là không cần pin nuôi .
Thẻ ROM khuôn : thẻ này dùng bộ nhớ ROM và nội dung dữ liệu được ghi sẵn trong quá trình sản xuất . Thẻ có cấu trúc đơn giản , dung lượng lớn ( 32 MB ) thường dùng để lưu trữ các chương trình lớn .
Thẻ EEPROM FLASH : dùng công nghệ EEPROM tiên tiến nên có dung lượng lớn , thời gian truy nhập tương đương EEPROM và số lần ghi cao hơn ( 100.000 lần) so với EEPROM cơ sở .
6.3 Bộ nhớ trong
6.3.1 Cấu trúc vật lý
Thành phần nhỏ nhất của bộ nhớ là tế bào nhớ ( memory cell ) . Một tế bào lưu trữ 1 bit , nhiều tế bào hợp lại thành 1 từ ( 8 bit , 16 bit ) .Phần lớn bộ nhớ tổ chức theo từ 1byte , mỗi byte có 1 địa chỉ riêng . Quá trình truy nhập bộ nhớ trong chia làm 2 chu kì : đọc và ghi .
Bộ nhớ trong phân biệt theo 2 loại chính : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Bộ nhớ truy cập bất kì RAM : Khái niệm RAM dùng chỉ loại bộ nhớ bị mất dữ liệu khi mất điện theo nguyên tắc hoạt động , ta có bộ nhớ truy nhập bất kì tĩnh SRAM ( static RAM ) và bộ nhớ truy nhập bất kì động DRAM ( dynamic RAM ) .
• Bộ nhớ chỉ đọc ROM ( read only memory ) : không bị mất dữ liệu khi mất điện . Tùy theo cấu tạo mà ROM chia thành :masked ROM , PROM , EPROM , EEPROM .
Bộ nhớ truy nhập bất kì :
RAM tĩnh ( SRAM ) : 1 tế bào RAM tĩnh gồm 8 FET ( field effect transistor ) tạo thành 1 flip - flop . Các chân SRAM chia thành 4 nhóm chính :
• Chân địa chỉ
• Chân dữ liệu
• Các chân tín hiệu điều khiển (/S chọn vi mạch , /G đệm bộ nhớ ra , /W cho phép khi ghi thì bằng 0 và cho phép đọc khi bằng 1 )
• Nguồn điện và tiếp đất
RAM động ( DRAM ) : cấu tạo 1 tế bào DRAM đơn giản gồm 1 FET và 1 tụ điện . Dữ liệu được lưu trữ dưới dạng điện tích lưu trữ trong tụ điện ,điện tích này sẽ mất đi khi mất đi nên tế bào DRAM cần được làm tươi liên tục để giữ nội dung của nó (tối thiểu 2ms/lần).Vì đặc điểm này thời gian truy nhập cuả DRAM tương đối chậm(60-120 ns) so với SRAM(12-25 ns).So sánh mạch SRAM với DRAM ta thấy 1 tế bào DRAM nhỏ bằng 1/4 tế bào SRAM,dẫn đến khả năng của DRAM là mật độ cấy cao ,dung lượng dữ liệu cao.Do đó DRAM được dùng rộng rãi trong các máy tính.
Hình vẽ 6.1 Sơ đồ mạch tế bào SRAM và DRAM
Các dạng bản mạch bộ nhớ:
Do một vi mạch bộ nhớ duy nhất không thể đủ dung lượng để phục vụ nhu cầu làm việc cho một bộ xử lý trong máy tính cá nhân,vi mạch bộ nhớ được cấy trên các bản mạch nhỏ thành từng nhóm (modul)bộ nhớ.Bản mạch này là mạch in hay là vi mạch.Tùy theo cấu hình vật lý mà các vi mạch và bản mạch bộ nhớ dùng trong máy vi tính cá nhân là:
• Vi mạch hai hàng DIP(dual inline package).
• Vi mạch một hàng thẳng SIP.
• Bản mạch hàng thẳng kép DIMM
• Bản mạch rambus hàng thẳng RIMM(rambus inline memory modul).
Bản mạch hàng thẳng đơn SIMM:(single inline memory modul)
Khe cắm SiMM đòi hỏi phải được cắm theo từng cặp thẻ nhớ giống hệt nhau.Loại khe cắm dành cho loai thẻ nhớ này thường thấy trên các bo mạch máy tính đời cũ.
Bản mạch hàng thẳng kép DIMM(dual inline memory modul)
Là loai thẻ nhớ có cấu trúc khác so với SIMM .Loại thẻ nhớ cắm trên khe cắm DIMM không đòi hỏi phải được cắm theo đôi.
Rambus:
Là một cấu trúc bộ nhớ hiện đại đang dần khẳng địmh vị trí của mình trong máy tính các nhân.Rambus dùng nguyên tắc truy nhập bộ nhớ tương tự như quá trìmh xử lý xen kẽ trong vi xử lý.Quá trình truy nhập bộ nhớ được tiến hành xen kẽ theo một tần số cao(800 Mhz)trong khi tần số làm việc của bus hệ thống chỉ là 100 Mhz.
Trong các cấu trúc ram cổ điển ,vi xử lý liên lạc với bộ nhớ qua vimạch điều khiển bộ nhớ (cầu bắc )trong vi mạch tổng hợp.Bus giao diện này rộng 64 bit và làm việc với tần số đồng hồ hệ thống(khoảng 100 Mhz).Tần số đông hồ này đồng bộ quá trình phát và nhận tín hiệu trong bus hệ thống.Các thẻ bộ nhớ DIMM được cắm song song.Nếu một khe cắm trống nó không ảnh hưởng gì đến các thẻ cắm khác.
Khe cắm RIMM mắc nối tiếp nhau .Tín hiệu đồng hồ phải tuần tự đi qua các khe cắm bộ nhớ trước khi về đến vi mạch điều khiển bộ nhớ.,sau đó lại tuần tự đi qua các khe cắm RIMM đến bộ kết thúc ở đầu cuối.
Do cấu trúc nối tiếp ,các khe cắm RIMM kuôn phải có một thẻ cắm .Nếu có một khe cắm không có thẻ nhớ thì nó phải được cắm bằng một thẻ trống gọi là modul nối C-RIMM (continuity –RIMM).Mô dul nối này có một nhiệm vụ duy nhất là đảm bảo đường tín hiệu đồng hồ và dữ liệu không bị đứt đoạn.
6.3.2 Cấu trúc logic
Bộ nhớ máy tính là một tổ hợp các ô nhớ được đánh số theo từng byte.(bắt đầu từ 0).Số đánh dấu địa chỉ của ô nhớ được gọi là địa
chỉ vật lý.Tổ hợp các địa chỉ vật lý được gọi là không gian địa chỉ vật lý .
Trái lại dịa chỉ ô nhớ được đưa ra theo nhiều cách khác nhau lú lập trình gọi là địa chỉ logic.Không gian địa chỉ vậtlý phụ thuộc vào số chân bus địa chỉ của bộ xử lý.VD :Với vi xử lý 80386 có 32 chân bus địa chỉ ,nó có không gian địa chỉ vật lý là 2mũ 12 bằng 4 GB.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});