intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Bài giảng Chương 7 - Bộ nhớ ngoài

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:32

74
lượt xem
9
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Chương 7 - Bộ nhớ ngoài trình bày những cột mốc trong tiến trình phát triển ổ đĩa cứng; tổ chức và định dạng dữ liệu; đĩa từ; tổ chức dữ liệu trên đĩa; các đặc trưng chính; sự di chuyển của đầu đọc...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Chương 7 - Bộ nhớ ngoài

  1. CHƯƠNG 7: BỘ NHỚ NGOÀI  50  năm  trước  đây,  ngày  13/9/1956,  chiếc  ổ  cứng  RAMAC  (1956)  –  Chiếc  ổ  cứng  máy  tính  đầu  tiên  trên  thế  giới  đã  ra  đời,  với  cấu  tạo  làm  từ  50  lớp  đĩa  có  đường  kính  tới...  0,6m,  nặng  tới  1  tấn  và  chỉ  chứa  được... 5MB dữ liệu.   Sản  phẩm  RAMAC  tích  hợp  có  chiều  rộng  gấp  đôi  2  chiếc tủ lạnh, nhưng lại không cao bằng và nặng 1 tấn.  RAMAC có tổng cộng 50 lớp đĩa có đường kính khoảng  0,6m với tốc độ quay trung bình đạt 1.200 /phút, nhưng  dung lượng lưu trữ chỉ có đúng 5MB, đủ để lưu một bài  hát có độ dài 5 phút được mã hoá chuẩn MP3 128bit.   IBM chỉ cho xuất xưởng đúng 12 chiếc ổ đĩa RAMAC. 
  2.  Ngày  nay,  chúng  ta  có  những  chiếc  ổ  đĩa  cứng  với  rất  nhiều  kích  cỡ  và  đặc  tính  khác  nhau.  Từ  chiếc  ổ  đĩa  cứng  nhỏ  nhất  thế  giới  của  Toshiba  với  kích  thước  khoảng 2cm và dung lượng lưu trữ 2GB và 4GB cho đến  những  chiếc  ổ  đĩa  cứng  dung  lượng  khổng  lồ  750GB.  Các  nhà  sản  xuất  đã  tung  ra  thị  trường  hàng  loạt  sản  phẩm  ổ đĩa cứng dành riêng cho máy chủ, máy tính để  bàn,  máy  tính  xách  tay,  máy  ghi  video,  thiết  bị  nghe  nhạc số… Bạn có thể tìm thấy ổ đĩa cứng ở bất kỳ đâu,  trong  một  chiếc  ô  tô,  máy  bay  hay  trong  các  ứng  dụng  quân  sư.  Bên  cạnh  đó,  giá  thành  của  ổ  đĩa  cứng  cũng  đã giảm đí một cách đáng kể. Nếu chiếc dung lượng lưu  trữ  trong  ổ  cứng  RAMAC  của  IBM  có  giá  10.000USD/MB, thì những chiếc ổ cứng ngày nay chỉ có  giá 0,03 cent/MB. 
  3. Những cột  mốc trong tiến trình phát triển ổ đĩa cứng 1956 Ổ cứng IBM RAMAC 350 với 50 lớp đĩa có đường kính 24­inch 1962 IBM sản xuất thành công hệ thống lưu trữ kết hợp 6  ổ đĩa cứng 14­inch,  mỗi ổ có dung lượng lưu trữ 2MB. 1979 IBM sản xuất thành công ổ đĩa cứng 8­inch. 1980 Ổ đĩa cứng 5.25­inch Winchester lần đầu tiên ra mắt. Thiết kế của loại  ổ  đĩa này đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của thị trường PC. 1983 Rodine ra mắt ổ đĩa cứng 10MB 3.25­inch. Kích thước ổ đĩa này hiện vẫn  là kích thước chuẩn của ổ đĩa cứng hiện nay. 1988 PrairieTek  ra  mắt  ổ  đĩa  cứng  2.5­inch  20MB.  Kích  thước  của  ổ  đĩa  này  hiện là kích thước chuẩn ổ đĩa cứng dành cho laptop hiện nay. 1991 Integrated  Peripherals  ra  mắt  ổ  đĩa  1.8­inch.  Loại  ổ  đĩa  này  chỉ  thực  sự  được biết đến khi Apple tung ra chiếc iPod đầu tiên khoảng 10 năm trước  đây. 1992 Hewlett­Packard ra mắt ổ đĩa cứng 1.3­inch. 1999 IBM  ra  mắt  ổ  đĩa  cứng  "tí  hon"  1­inch  340MB.  Dung  lượng  loại  ổ  này  hiện đã lên tới 8GB 2004 Toshiba  thu  nhỏ  kích  thước  ổ  đĩa  cứng  xuống  còn  0.85  inch.  Đây  được 
  4. 7.1 ĐĨA TỪ  Đĩa từ là một tấm kim loại/nhựa hình tròn có bề mặt phủ vật  liệu từ tính. Dữ liệu được ghi lên/đọc ra từ đĩa thông qua một  thiết bị gọi là đầu đọc. Trong khi có thao tác đọc/ghi, đầu đọc  đứng yên và tấm đĩa quay liên tục bên dưới nó.  Cơ chế ghi dựa trên từ trường sinh bởi dòng điện đi qua  ống  xoắn.  Các xung  động được gửi  đến đầu đọc, sau  đó những  khuôn  dạng  từ  khác  nhau  ứng  với  các  dòng  điện  âm/dương  sẽ được ghi lên bề mặt đĩa ở bên dưới.  Cơ  chế  đọc  dựa  trên  dòng  điện  trong  ống  xoắn  vốn  được  sinh bởi sự dịch chuyển từ trường quanh nó. Khi bề mặt đĩa  đi  qua  dưới  đầu  đọc,  nó  sẽ  sinh  ra  một  dòng  điện  có  cùng  cực với dòng đã được ghi trước đó.
  5. TỔ CHỨC VÀ ĐỊNH DẠNG DỮ LIỆU  Đầu  đọc  là  một  thiết  bị  tương  đối  nhỏ  có  khả  năng  đọc/ghi  từ/lên  một  phần  của  tấm  đĩa  quay  bên  dưới.  Điều  này  dẫn  đến việc tổ chức dữ liệu trên đĩa theo dạng một tập hợp các  vòng tròn đồng tâm gọi là các track (rãnh). Mỗi track có cùng  độ rộng như đầu đọc.  Các  rãnh  kề  nhau  được  phân  biệt  bằng  các  gap  (khoảng  trống),  nhờ  đó  ngăn  chặn  ở  mức  tối  thiểu  các  sai  sót  do  sự  canh biên không chính xác của đầu đọc hoặc nhiễu của các  trường điện từ. Để đơn giản hóa về mặt điện tử, mỗi track có  số bit thông tin bằng nhau. Do đó dộ trù mật tính theo số bit  trên mỗi inch tuyến tính sẽ tăng lên khi chúng ta đi từ track xa  nhất bên ngoài vào đến track gần nhất bên trong đĩa.
  6. Tổ chức dữ liệu trên đĩa
  7.  Như đã đề cập đến trong các chương trước, dữ liệu  được chuyển đến và đi khỏi đĩa theo từng khối một.  Thông thường kích thước của một khối dữ liệu nhỏ  hơn  dung  lượng  của  track.  Cụ  thể  hơn,  dữ  liệu  được  lưu  trong  các  vùng  có  kích  thước  khối  gọi  là  sector  (cung).  Trên  mỗi  track  thường  có  từ  10  đến  100  sector  dữ  liệu  và  chúng  có  thể  có  độ  dài  cố  định  hay  thay  đổi.  Để  tránh  những  sai  sót  về  độ  chính xác có thể xảy ra trong hệ thống, các sector  liền nhau được tách biệt bởi các gap liên track (liên  – bản ghi).
  8.  Với cách tổ chức như vậy, để xác định từng sector  trong track, cần phải có một điểm bắt đầu của track  cũng như cách thức nhận biết điểm bắt đầu và kết  thúc của một sector. Các yêu cầu này được quản lý  thông  qua  dữ  liệu  điều  khiển  đã  được  ghi  lên  đĩa.  Do  vậy  đĩa  sẽ  được  định  dạng  với  một  số  dữ  liệu  phụ  đi  kèm  và  chỉ  được  sử  dụng  bởi  ổ  đĩa.  Người  sử dụng không thể truy cập đến những dữ liệu này
  9. CÁC ĐẶC TRƯNG CHÍNH  Những đặc trưng chính của đĩa bao gồm:    Sự di chuyển của đầu đọc    Tính khả chuyển của đĩa    Các mặt đĩa    Các tấm đĩa    Cơ chế làm việc của đầu đọc
  10. SỰ DI CHUYỂN CỦA ĐẦU ĐỌC  Đầu  đọc  có  thể  được  giữ  cố  định  hoặc  di  chuyển  theo  hướng  tâm  đĩa.  Với  đầu  đọc  cố  định, có một đầu đọc/ghi cho mỗi track. Tất cả  các đầu đọc được gắn lên một tay đòn kéo dài  qua tất cả các track trên đĩa. Với đầu đọc có thể  di chuyển, chỉ có  một đầu đọc/ghi duy nhất.  Ở  đây đầu đọc cũng được gắn lên một tay đòn có  thể  kéo  dài  hoặc  thu  ngắn  ứng  với  vị  trí  của  track cần truy cập trên đĩa. Hình 5.2 mô tả các  loại đầu đọc cố định và không cố định.
  11. Tính khả chuyển của đĩa  Bản thân đĩa thường được gắn vào trong một  ổ đĩa với  một tay đòn, một động cơ quay đĩa cũng như các mạch  điện  tử  cần  thiết  cho  việc  nhập/xuất  dữ  liệu  nhị  phân.  Đĩa  không thể tháo rời  được gắn vĩnh viễn vào trong  ổ  đĩa trong khi  ổ đĩa có thể tháo rời có thể lấy ra và thay  thế bằng một ổ đĩa khác.   Lợi ích của loại đĩa có thể tháo rời là khả năng cung cấp  một lượng dữ liệu không có giới hạn trên một hệ thống  giới hạn các ổ đĩa. Hơn nữa đĩa đó còn có thể di chuyển  từ máy tính này sang máy tính khác.
  12. Các mặt đĩa  Hầu hết các đĩa đều có 2 mặt trừ một số loại cũ  chỉ có 1 mặt. Số các tấm đĩa  Một  số  ổ  đĩa  cho  phép  xếp  chồng  nhiều  đĩa  theo  chiều  thẳng  đứng  với  nhiều  tay  đòn  được  cung  cấp.  Các  tấm  đĩa  như  thế  được  tổ  chức  theo đơn vị disk pack (gói đĩa).
  13. Cơ chế làm việc của đầu đọc  Cơ chế làm việc của đầu đọc trong thao tác đọc/ghi  cho phép phân loại đĩa rất rõ ràng. Chúng ta có ba  cơ chế như sau:  Cơ  chế  1:  giữ  đầu  đọc  ở  một  khoảng  cách  cố  định với bề mặt đĩa  Cơ  chế  2:  cho  phép  tiếp  xúc  về  mặt  vật  lý  giữa  đầu đọc với bề mặt đĩa  Cơ chế 3:  khoảng cách giữa đầu đọc với bề mặt  đĩa có thể thay đổi trong quá trình đọc/ghi.
  14.  Để hiểu rõ cơ chế 3 nói trên, chúng ta cần tìm hiểu về  mối quan hệ giữa độ trù mật dữ liệu và kích thước của  khối  không  khí  trống  giữa  đầu  đọc  và  bề  mặt  đĩa  bên  dưới nó   Đầu  đọc  phải  sinh  ra  một  trường  điện  từ  đủ  lớn  để  đọc/ghi  một  cách  chính  xác.  Đầu  đọc  càng  hẹp  thì  nó  càng phải ở gần bề mặt đĩa hơn để hoạt động. Đầu đọc  hẹp  hơn  dẫn  đến  bề  rộng  track  nhỏ  hơn  và  do  vậy  độ  trù mật dữ liệu tăng lên rất nhiều.   Tuy  nhiên,  khi  đầu  đọc  càng  gần  bề  mặt  đĩa,  nguy  cơ  pha tạp và không chính xác về dữ liệu càng lớn. 
  15.  Nhằm  đẩy  kỹ  thuật  đĩa  lên  một  bước  xa  hơn,  người  ta  đã  chế  tạo  ra  ổ  đĩa  Winchester.  Các  đầu  đọc  Winchester  được  sử  dụng  trong  các  ổ  đĩa  gần  như  không  có  tác  nhân  tạp  chất.  Chúng  được  thiết  kế  để  hoạt động gần hơn với bề mặt đĩa. Do đó cho phép làm  tăng độ trù mật của dữ liệu trên đĩa.  Đầu đọc có dạng một lá khí động học nằm trên bề mặt  đĩa khi đĩa không chuyển động. Áp suất không khí sinh  bởi đĩa xoay tròn đủ làm cho lá rút lên khỏi bề mặt đĩa.  Phần hệ thống không tiếp xúc với đĩa có thể được chế  tạo để sử dụng với những đầu đọc kiểu mới này.
  16. THỜI GIAN TRUY CẬP ĐĨA  Khi  ổ đĩa hoạt động, đĩa quay với vận tốc không đổi.  Để  đọc  hoặc ghi,  đầu  đọc  định vị track  cần truy  cập  và tại đầu của sector cần thao tác trên track đó. Việc  chọn track bao gồm việc di chuyển đầu đọc (trong hệ  thống đầu đọc di chuyển) hay lựa chọn một cách điện  tử  một  đầu  đọc/ghi  (trong  hệ  thống  có  đầu  đọc  cố  định). 
  17.  Với hệ thống có đầu đọc di chuyển được, thời gian  cần để định vị track được gọi là  thời gian tìm kiếm  (seek time). Trong hai trường hợp, khi track đã được  chọn, hệ thống chờ sector thích hợp quay đến bên  dưới  đầu  đọc.  Thời  gian  cần  thiết  để  sector  quay  đến dưới đầu đọc này gọi là  độ trễ quay (rotational  latency).  Tổng thời gian tìm kiếm và độ trễ quay được gọi là  thời gian truy cập, hay thời gian cần thiết để định vị  dữ  liệu  cần  đọc/ghi.  Khi  đầu  đọc  đã  ở  đúng  vị  trí,  thao tác đọc/ghi sẽ được thực hiện ngay khi sector  di chuyển dưới đầu đọc.
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2