Chuẩn thiết bị lưu trữ:

1. 2 Tổ chức máy tính:

1.4.2. Chuẩn thiết bị lưu trữ:

Là tập hợp các quy định, phương thứcgiúp trao đổi dữ liệu giữa máy tính với các thiết bị lưu trữ.

1.4.2.2 Phân loại.

ATA (AT Attachment) là một chuẩn giao tiếp kết nối giữa máy tính và các ổ đĩa cứng, ổ đĩa quang trong máy tính:

ATA được một nhóm gọi là Technical Committee T13 chịu trách nhiệm về tất cả các liên quan đến giao tiếp ATA nối tiếp cũng như ATA song song. T13 là một nhóm trong Uỷ ban quốc tế về tiêu chuẩn công nghệ thông tin (tạm dịch của International Committee on Information Technology Standards, viết tắt:INCITS) được hoạt động dựa theo các quy tắc, tiêu chuẩn theo ANSI. Một nhóm thứ hai gọi là Serial ATA International Organization chịu trách nhiệm tiêu chuẩn hoá tất cả các giao diện ATA nối tiếp.

Các phiên bản ATA:

ATA-1: Phát triển 1988, công bố năm 1994, loại bỏ năm 1999.

ATA-2 (còn gọi là Fast-ATA, Fast-ATA-2, hoặc EIDE): Phát triển năm 1993, công bố năm 1996, loại bỏ năm 2001. Chế độ PIO (Programmed I/O) nhanh hơn; CHS/LBA BIOS translation defined up to 8.4GB; PC-Card.

ATA-3: Phát triển năm 1995, công bố năm 1997, loại bỏ năm 2002. SMART.

ATA-4 (Ultra-ATA/33): Phát triển năm 1996, công bố năm 1998. Có chế độ UDMA; ATAPI Packet Interface; BIOS hỗ trợ tới 136.9GB.

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 38 ATA-5 (Ultra-ATA/66): Phát triển năm 1998, công bố năm 2000. Chế độ UDMA nhanh hơn; dây cáp 80 chân.

ATA-6 (Ultra-ATA/100): Phát triển năm 2000, công bố năm 2002. Chế độ UDMA với tốc độ 100MBps; extended drive and BIOS support up to 144PB. Phát triển năm 2000, công bố năm 2002.

ATA-7 (Ultra-ATA/133 hoặc Serial ATA): Chế độ UDMA với tốc độ 133MBps; chuẩn SATA. Có 3 loại Sata 1 150MBps, Sata 2 300 MBps và Sata 3 600 MBps.

ATA-8 (Ultra-ATA/133 hoặc Serial ATA): Phát triển năm 2004. Phiên bản phụ.

Trong đó: SMART = Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology (tạm dịch: Công nghệ tự động giám sát, phân tích và báo cáo). ATAPI = AT Attachment Packet Interface. CHS = Cylinder, Head, Sector. LBA = Logical block address (tạm dịch: địa chỉ khối). PIO = Programmed I/O. DMA = direct memory access. UDMA = Ultra DMA. SATA = Serial ATA.

SCSI (Small Computer System Interface):

thực chất là một loại bus mở rộng phức tạp. Tương tự EIDE, SCSI là bus điều khiển dòng dữ liệu (I/O) giữa bộ xử lý và thiết bị ngoại vi (thông dụng nhất chính là đĩa cứng). Nhưng khác EIDE, SCSI nối vào bus PCI và ISA thông qua host adapter – thiết bị không giữ chức năng điều khiển mà chỉ điều phối, liên kết thiết bị SCSI thành chuỗi luận lý. Bộ điều khiển SCSI thực sự nằm trên mạch của từng ổ đĩa cứng. Nếu xét về số lượng thiết bị quản lý, SCSI thực sự mạnh vì có thể quản lý đến 8 thiết bị (tính cả host adapter); trong khi IDE chỉ quản lý được 2 ổ đĩa cứng và EIDE hỗ trợ 4 thiết bị. Hơn nữa, giao tiếp SCSI còn thích hợp với nhiều chủng loại thiết bị: ổ đĩa cứng, ổ CD-ROM, ổ CD-R, ổ quang, máy in, máy quét, bộ chuyển đĩa, card mạng,…

Thường ta hay nối các thiết bị như ổ đĩa cứng, ổ CD-ROM … vào máy tính qua hai lọai cổng IDE và SCSI. Trong khi cổng IDE chỉ cho phép nối với hai thiết bị thì SCSI cho phép nối với 8 thiết bị khách nhau. Trong khi cổng IDE thường gắn liền với Mainboard thì SCSI lại dùng card riêng biệt gọi là SCSI-Control với một đoạn cáp bản chuyên dùng (có một số Mainbord đã có sẵn SCSI-Control).

Mỗi thiết bị trong chuỗi, kể cả host adapter, đều được cấp một định danh duy nhất để phân biệt. Định danh thiết bị phải không trùng nhau và không cần tương ứng theo thứ tự vật lý. Hầu hết host adapter SCSI đều có cổng trong và ngoài để người dùng linh hoạt mở rộng chuỗi thiết bị. Khác với các chuẩn giao tiếp đĩa cứng khác, bạn phải đặt thiết lập kết thúc (terminate) tại hai thiết bị đầu và cuối chuỗi nhằm loại bỏ hiện tượng dội tín hiệu và đảm bảo sự toàn vẹn dữ liệu truyền trên bus. Thiết lập terminatecũng linh hoạt: có thể dùng jumper vật lý hoặc thiết lập từ phần mềm.

Chuỗi thiết bị SCSI hỗ trợ đến 8 thiết bị, sử dụng ID từ 0 đến 7. Card SCSI (host) thường chọn ID 7 và khởi động hệ điều hành từ thiết bị có ID nhỏ nhất. Hầu hết hệ thống SCSI đặt ID ổ đĩa cứng khởi động bằng 0, giá trị ID từ 1 đến 6 được dành cho những thiết bị không khởi động. Khi hệ thống SCSI khởi động, tất cả thiết bị trên bus được liệt kê kèm với giá trị ID.

Card SCSI chỉ lấy một IRQ từ hệ thống còn các thiết bị gắn vào adapter nàythì không cần. Vì thế, hệ thống cho phép mở rộng khá dễ dàng. Chỉ cần gắn thêm card SCSI thứ hai, bạn đã có thể mở rộng thêm 7 thiết bị nữa. Tuy nhiên, dùng adpater SCSI đôi (twin-channel) lại hấp dẫn hơn: 15 thiết bị ngoại vi chỉ yêu cầu một IRQ. Đặc biệt, thiết bị ngoại vi SCSI có thể giao tiếp với máy tính qua cổng parallel nhưng tốc độ thấp.

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 39

1.4.3. Bài tập

Phân biệt và đọc các thông số quan trọng của những loại RAM do giáo viên cung cấp. Sau đó tìm ráp đúng loại RAM vào Bo mạch chủ do giáo viên cung cấp.

1.5. Thiết bị lưu trữ - Chuẩn giao tiếp –Thiết bị ngoại vi 1.5.1. Thiết bị lưu trữ 1.5.1. Thiết bị lưu trữ

1.5.1.1. Ổđĩa cứng

Ổ đĩa cứng: hay còn gọi làổ cứng (tiếng Anh: Hard Disk Drive, viết tắt:HDD) là thiết bị dùng để lưu trữdữ liệutrên bề mặt các tấm đĩa hình tròn phủ vật liệutừ tính.

Ổ đĩa cứng là loại bộ nhớ "không thay đổi" (non-volatile), có nghĩa là chúng không bị mấtdữ liệukhi ngừng cung cấp nguồnđiện cho chúng.

Ổ đĩa cứng là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống bởi chúng chứa dữ liệu thành quả của một quá trình làm việc của những người sử dụng máy tính. Những sự hư hỏng của các thiết bị khác trong hệ thống máy tính có thể sửa chữa hoặc thay thế được, nhưngdữ liệubị mất do yếu tố hư hỏng phần cứng của ổ đĩa cứng thường rất khó lấy lại được.

Ổ đĩa cứng là một khối duy nhất, các đĩa cứng được lắp ráp cố định trong ổ ngay từ khisản xuấtnên không thể thay thế được các "đĩa cứng" như với cách hiểu như đối với ổ đĩa mềmhoặcổ đĩa quang.

Ổ đĩa cứng có 2 loại chính: Ỗ đĩa dùng đĩa từ hay dùng quen là HDD (Hard Disk Drive) và và ổ đĩa dùng chíp nhớ hay còn gọi là SSD (Solid State Drive).

Ổ đĩa cứng (HDD): - Cấu tạo

+ Các đĩa phẳng: Được làm từ vật liệu nền cứng (nhôm, thủy tinh), phủ một lớp tiếp xúc bám (nikel), phía trên là màng từ lưu trữ dữ liệu (cobant), trên cùng được phủ một lớp chống ma sát (thủy tinh hay saphia). Có thể quay nhanh với tốc độ 3.600, 5.400, 7.200, 10.000 hay 15000 vòng/phút (ký hiệu: 5.400, 7.200, 10.000, 15000 RPM: Round Per Minute). Để làm tăng dung lượng của ổ đĩa mà không phải tăng số lượng đĩa, người ta làm tăng mật độ lưu trữ trên đĩa, bằng cách sử dụng hạt vật liệu từ có cấu trúc thật nhỏ và bề mặt đĩa thật phẳng để giữ khoảng cách giữa đầu đọc và mặt đĩa tại giá trị tối thiểu. + Đầu từ đọc ghi: Được phát triển qua nhiều thế hệ ổ đĩa, hiện nay hầu hết các ổ cứng sử dụng đầu từ GMR (Metal-In-Gap) có khả năng đọc đĩa mật độ cao. Ổ đĩa có từ một đến nhiều đĩa chồng lên nhau, chồng đầu từ được ghép xen kẽ giữa các đĩa, số lượng đầu từ gấp đôi số đĩa. Do tốc độ quay nhanh của đĩa, đầu từ không tiếp xúc trực tiếp với bề mặt của đĩa cứng mà được giữ cách một lớp đệm không khí (~5m) được tạo ra khi quay đĩa. Khi tắt máy đĩa quay chậm lại, hiệu ứng đệm không khí giảm nên đầu từ hạ xuống dễ va chạm vào mặt đĩa làm trầy đĩa và hư đĩa (shock). Để tránh sự va chạm này đầu từ được đưa về vị trí an toàn (landzone: vùng đáp) trước khi tắt máy. Thời gian truy cập của đầu từ gọi là Seek Time, Seek Time càng nhỏ thì thời gian truycập càng nhanh, hiện nay ổ cứng có tốc độ truy cập từ 4,5 – 12 ms.

+ Mô tơ quay đĩa: Các đĩa được xếp chồng và đặt lên roto của mô tơ quay đĩa. Mô tơ này quay tất cả các đĩa với cùng một tốc độ thường là 5.400, 7.200, 10.000 hay 15000

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 40 rpm. Mô tơ quay đĩa làm việc với độ chính xác rất cao. Nếu ổ cứng bị rơi hoặc va chạm có thể dẫn đến trục mô tơ bị vênh và ổ đĩa sẽ bị kêu hoặc hỏng.

+ Mạch điều khiển: Chứa các thiết bị điện tử điều khiển mô tơ quay đĩa, mô tơ điều khiển đầu từ và gửi dữ liệu đến bộ điều khiển theo dạng thức đã quy định. Gồm các thành phần sau: Điều khiển quá trình đọc/ghi dữ liệu trước khi lên đĩa. Bộ nhớ RAM (bộ đệm buffer): chứa tạm dữ liệu. Vi mạch điều khiển tốc độ quay của môtơ quay đĩa và môtơ quay đầu từ. Chương trình điều khiển được lưu ở trong EEPROM. Chú ý: bo mạch điều khiển được thiết kế riêng cho mỗi ổ cứng nên không thể thay bo mạch của ổ này sang ổ khác (chỉ có thể khi các thông số 2 ổ giống nhau).

- Các thông số kỹ thuật:

+ Bộ đệm dữ liệu (Data Buffer) 2 hay 8 MB.

+ Thời gian truy cập của đầu từ (Average Seek Time) 4,5 hay 6 ms. + Tốc độ quay (Spindle Speed): 5.400, 7.200, 10.000 hay 15000 rpm. + Tốc độ truyền dữ liệu: 100-133-150 - 300 - 600MB/s.

+ Sử dụng chuẩn giao diện: IDE/ATA, SATA hay SCSI.

+ Độ tin cậy: tùy thuộc và hãng sản xuất như Maxtor-Seagate-Samsung... + Bộ phận chống shock.

- Tổ chức thông tin trên ổ đĩa:

+ Định dạng vật lý (định dạng cấp thấp): Được thực hiện tại nhà máy. Định dạng vật lý chia đĩa cứng thành các đơn vị lưu trữ như: Side (Head), Track, Cylinder, Sector. Side (mặt đĩa): mỗi đĩa có 2 mặt, mặt trên là mặt 0. Track (rãnh từ): là những đường tròn đồng tâm trên mỗi mặt đĩa, được đánh số thứ tự từ ngoài vào bắt đầu từ 0. Mật độ rãnh được tính bằng số Track trên Inch (Track Per Inch: TPI). Sector (cung từ) là những đơn vị được chia nhỏ ra trên mỗi rãnh, số lượng sector thay đổi từ ngoài vào (ngoài nhiều, trong ít). Mỗi cung chứa 512 bytes. Cylinder (trụ từ): là những sector có cùng một vị trí trên các mặt đĩa. Dung lượng = Số mặt trụ x số đầu từ x số cung x 512 (byte) (Cyln x Head x Sec x 512). Ví dụ: 6,44 GB = 13328 x 15 x 63 x 512. + Định dạng cấp cao: Định dạng logic là đặt một hệ thống file (File System) lên đĩa cho phép hệ điều hành (DOS, WINDOWS, LINUX, NT,...) sử dụng dung lượng đĩa có sẵn để lưu trữ và truy cập các file. Các hệ điều hành khác nhau sử dụng các file system khác

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 41 nhau và có thể nằm trên các phân khu (partition) khác nhau trên đĩa cứng. File hệ thống (file system) là hệ thống file do các HĐH tạo ra, do đó HĐH này có thể không truy cập được hệ thống file của HĐH khác do không cùng cách quản lý dữ liệu.

+ Bảng xếp đặt (FAT, File Allocation Table): ghi thông tin về vị trí của từng khối, mỗi đề mục FAT dài 12, 16 hay 32 bit. Một khối rộng từ 1 cung (512 byte) đến 64 cung (32 KB).

 FAT 16: Được sử dụng từ 1981 cho hệ điều hành DOS. DOS (Disk Operating System) quản lý đĩa theo phương pháp tuyến tính. Mỗi sector hay cluster (liên cung) được gán một số thứ tự (hay địa chỉ tuần tự từ thấp đến cao). Một khối của hệ điều hành DOS cũ chỉ chứa một cung và số cung định vị bởi FAT 16 mà DOS quản lý được là 216. Vì mỗi cung có 29 = 512 byte, DOS chỉ quản lý tối đa 29.216 = 220.25 = 32 MB.

FAT 32: Được dùng cho Windows 95 (HĐH 32 bit). Tên tập tin của FAT 32 có thể dài tối đa 255 ký tự. Khi Windows 95 lưu trữ một tập tin có tin dài hơn 8 ký tự, nó sẽ tạo ra 2 tên: Tên dài (tối đa 255 ký tự) mà Windows 95/98, NT đọc được. Tên ngắn (8 ký tự) tương thích với hệ FAT 16. Tên ngắn gồm 6 ký tự đầu của tên dài, 1 ký tự “~” và một số thứ tự tập tin (trong trường hợp có nhiều tập tin với 6 ký tự đầu giống nhau). Các khối trên FAT 32 có thể từ 2, 4, 8, 16, 32 sector, và nằm rải rác trên đĩa.

+ NTFS (NT File System): Khác với các hệ điều hành khác của Microsoft, Windows NT là một hệ điều hành độc lập được thiết kế riêng biệt không liên quan đến DOS. NTFS là hệ thống file mà các hệ thống file khác không truy cập được. NTFS có thể truy cập được hệ thống FAT của các hệ điều hành Windows khác.

+ EXT (Extended File System): Hệ thống file của LINUX.

+ Phân vùng (partition): Sau khi được định dạng vật lý, đĩa cứng có thể được chia thành các partition riêng biệt, hoạt động như một đơn vị riêng lẻ và có thể định dạng logic thành bất kỳ một hệ thống file nào. Có 3 loại partition (Hiện đang dùng phổ biến):

 Partition sơ cấp (Primary Partition): một tham chiếu trong bản ghi khởi động chính MBR, chỉ cho phép 4 partition sơ cấp có thể tồn tại trên đĩa cứng.

Partition mở rộng (Extended Partition) là partition sơ cấp đặc biệt được phát triển để khắc phục giới hạn 4 partition.

 Partition Logic (Logical Partition) là để tham chiếu đến một partition bên trong partition mở rộng.

 Khi sử dụng nhiều partition cho phép ta: Cài đặt nhiều hệ điều hành trên đĩa cứng. Sử dụng không gian đĩa hiệu quả hơn. Dữ liệu được tách biệt về mặt vật lý. Các thành phần trên không gian địa chỉ của đĩa cứng Bản ghi khởi động chính Master Boot Record (MBR). Bản ghi khởi động (DOS Boot Record)

+ Thư mục gốc (Root Directory): thư mục gốc nằm kế tiếp bảng FAT, chứa thông tin của các tập tin và thư mục.

+ Vùng dữ liệu: sau thư mục gốc là vùng dữ liệu, dùng để ghi các tệp hay dữ liệu các danh mục con. Khi ghi dữ liệu, nội dung một tập tin cóthể phân tán trên toàn bộ đĩa, do đó phải dùng chương trình chống phân mãnh đĩa (Disk Defragmenter) để dồn các khối cùng một tập tin lại gần nhau, nhằm tăng tốc độ truy cập dữ liệu.

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 42 ổ cứng thể rắn. Là một ổ để mô phỏng quá trình truy cập và lưu dữ liệu, giống như ổ hhd. Ổ ssd sử dụng DRAM hoặc bộ nhớ Flash để lưu dữ liệu. HDD và SSD có các chức năng giống nhau. Nhưng HDD được dùng phổ biến hơn vì giá thành rẻ.

- Cấu tạo:

SSD được xây dựng lên từ nhiều chip nhớ flash NOR và bộ nhớ NAND flash. SSD được làm hoàn toàn bằng linh kiện điện tử và không có bộ phận chuyển động vật lý như trong ổ đĩa cứng. Những con chip flash sẽ được lắp cố định trên một bo mạch chủ khoảng từ 10-60 NAND của hệ thống. Trên card PCI hoặc cũng có thể là lắp vào trong một chiếc hộp có hình dạng và kích thước giống như ổ cứng nhưng nhỏ hơn.

SSD có tốc độ nhanh hơn rất nhiều so với HDD. Đó là lý do khiến SSD có giá thành đắt hơn loại ổ cứng hay thẻ nhớ khác. Vì thế chi phí đểcứu dữ liệu ổ cứngcũng là đắt đỏ hơn. Ổ cứng SSD chứa bộ điều khiển vi mô, bộ đệm, hiệu chỉnh và mô-đun giao diện flash.

Ổ SSD sử dụng các chuẩn giao tiếp khác nhau: Msata, M2 Sata, M2 NVME, Micro Sata. Và thường chia làm 2 loại SSD Sata và SSD PCIe:

 SSD SATA có khả năng tương thích phần cứng tốt hơn, có thể làm việc với nhiều loại máy tính desktop và laptop, ngay cả máy tính đã cũ. SSD SATA có hiệu suất tương đối kém hơn.Hiện nay, SATA 3.0 là ổ SSD phổ biến nhất, tốc độ truyền tải lý thuyết là 6Gb/s. Nhưng do một số nhân tố diễn ra khi mã hóa dữ liệu, tốc độ thực tế chỉ là 4.8Gb/s.Dù vậy nhưng cũng là khá nhanh hơn rất nhiều so với ổ cứng HDD cùng dùng chuẩn Sata 3.0 nhưngcòn lâu mới bằng được tốc độ của SSD PCIe. Dù vậy thì với người dùng bình thường, SSD SATA cũng là rất nhanh rồi, để hình dung thì hãy tưởng tượng là ổ này có thể truyền dữ liệu của cả một đĩa CD mỗi giây. SSD SATA thường rẻ hơn,đây có lẽ là điều quan trọng nhất với nhiều người dùng. Sự khác