Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 6

Ế

KI N TRÚC MÁY TÍNH

ả

ạ

ậ

ạ

Ths Ph m Thanh Bình Gi ng viên: ỹ ộ B môn K thu t máy tính & m ng http://vn.myblog.yahoo.com/CNTTwru http://ktmt.wru.googlepages.com

ậ

ạ

ộ

ỹ

ế

B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

Ki n trúc máy tính 5

ươ

Ch

ng 6:

Ộ Ố

Ạ

Ị

Ế M T S THI T B NGO I VI

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

Đĩa từ RAID Đĩa CD ROM ...

Đĩa từ

ượ ế ị t b có dung l

ừ là thi ố ộ ọ ữ ư ng l u tr ế ị ư t b l u

có giá thành r h n

ẻ ơ RAM, nh ng ư ậ ơ

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ế ị ơ ộ Đĩa t ớ l n, t c đ đ c/ghi nhanh, là thi ủ ữ tr chính c a máy tính. ừ Đĩa t ố ộ t c đ truy nh p d li u thì ch m h n, vì nó là m t thi ậ ữ ệ t b c khí .

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ộ ộ

ạ ể ứ ớ ố ộ

ộ

ể ượ ắ ở ơ góc đ c g n ộ ể có th chuy n đ ng trên

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ề ặ M t đĩa có th ch a m t ho c nhi u đĩa 5400, 7200, kim lo i, v i t c đ quay là ho c ặ 10800 vòng/phút. M t cánh tay c khí đ ể ọ ầ đ u đ c (head) ề ặ các b m t đĩa

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ỗ

ầ m t vòng

ể ể ọ ượ ữ ệ ở ộ c d li u rãnh (track)

ộ ị ứ ớ

ỗ

ụ ề cung t ỗ

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ị M i khi cánh tay d ch chuy n, các đ u ọ đ c có th đ c đ ớ tròn m i, goi là ấ T t các các rãnh ng v i cùng m t v trí ộ tr (cylinder) ạ ủ c a cánh tay t o thành m t ừ ượ c chia thành nhi u M i rãnh đ ườ 512 byte trên m i cung ng có (sector), th . ừ t

ủ

ữ

ể ả

ỳ ừ

ầ i v trí đ u đ c,

ả

ỳ

ượ ư ớ ị ế ị ủ c đ a t i v trí c a rãnh, thi t b ừ ọ ớ ị quay t ố ộ 5 đ n ế 10 ms, tu vào t c đ

ữ ệ

ặ i ớ 160 MB/s (tu ỳ

ệ

ậ

ạ

ộ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ộ ụ ờ Th i gian chuy n đ ng c a cánh tay gi a hai tr ế ế ớ ể i 1ms. Di chuy n cánh tay t k ti p vào kho ng ế i ớ 10 ms, tu t ng thi ộ ụ ấ ỳ ấ ừ 5 t t m t tr b t k m t t b . ị Khi cánh tay đ ờ ể ả ẽ s ph i ch đ cung t ờ ờ th i gian ch kho ng ủ quay c a đĩa. ọ ọ ẽ ự ầ Đ u đ c s th c hi n đ c (ho c ghi) d li u lên ừ ớ ố ộ ừ 5 MB/s t v i t c đ t cung t ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – ạ lo i đĩa). Khoa CNTT

RAID

ơ ả ủ RAID là ghép nhi u ề ng c b n c a

ộ ệ ố ạ

ư ộ ổ đĩa l n (

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

RAID (Redundant Array of Independent ấ ệ ậ ể ộ ỹ Disks) là m t k thu t đ tăng hi u su t ậ ủ ộ và đ tin c y c a đĩa, do Patterson đ a ra năm 1988. ưở Ý t ổ đĩa riêng thành m t h th ng đĩa, ho t ọ ớ g i là đĩa ố ộ đ ng gi ng nh m t ơ ả ). đ n o

ọ ả RAID i pháp, g i là

ứ

ặ ằ ộ

ề ổ ằ

ượ

ự c th c ầ

ỗ ệ ờ ấ ọ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

đĩa vào đĩa đ ề ẽ ố ộ đ c/ghi s tăng lên r t nhi u. ạ

ư Patterson đ a ra 5 gi ứ ứ m c 0, m c 1,... m c 5. ệ ố RAID đ u có đ c tính phân ề Các h th ng ổ ố ữ ệ đĩa, nh m cho phép ph i d li u trên các ể Ví d :ụ M t file có th ạ ộ ho t đ ng song song. ả n m tr i ra trên nhi u ọ đ c/ghi M i thao tác hi n song song trên nhi u đĩa thành ph n, ề nh đó t c đ ộ ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ề ầ c chia thành nhi u ph n,

ộ ỗ ơ ả đ ầ ượ ọ

ặ

RAID m c 0ứ ượ M t đĩa đ n o strip. c g i là 1 m i ph n đ ề sector. ộ ể ồ M i ỗ strip có th g m m t ho c nhi u RAID m c 0ứ s p x p các ế ế ắ strip liên ti p nhau trên các đĩa khác nhau.

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ứ

ạ

ớ

ổ

Minh ho RAID m c 0 v i 4

đĩa:

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ề ộ ệ

ể ọ ế

ế ộ ề

ỗ ệ ẽ ọ ữ ệ ộ

ệ ồ ờ

ượ ề ế

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ư ậ ố ộ ọ ẽ ượ c tăng lên 4

ầ N u ph n m m phát ra m t l nh đ đ c ồ 4 strip liên ti p, b ố ữ ệ ộ m t kh i d li u g m ỏ ệ ẽ ể RAID s chia nh l nh này đi u khi n ẽ ệ thành 4 l nh riêng r . M i l nh s đ c d li u trên m t đĩa, và ầ ự c th c hi n song song đ ng th i. Ph n đ ề ẽ m m s không bi t gì v quá trình vào/ra song song này c .ả Nh v y t c đ đ c s đ l nầ ! ộ ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ố ấ

t nh t khi có ớ

ấ ớ ệ nh t v i các ừ ữ ệ

ả ẫ ư ế

ự ự

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ệ ấ ạ ộ RAID m c 0ứ ho t đ ng t ề ữ ệ ầ ớ các yêu c u l n v d li u, càng l n càng t. ố t RAID m c 0ứ ho t đ ng t ạ ộ ỉ ọ ệ ề h đi u hành ch đ c ghi d li u theo t ng sector. K t qu v n chính xác, nh ng ệ không có s th c hi n song song, và do đó ệ ượ ả không c i thi n đ c hi u su t.

RAID m c 1ứ

ẽ ấ ố

ứ ố ố

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

RAID m c 1ứ s tăng g p đôi s đĩa, nh ư ậ ẽ v y s có b n đĩa chính th c và b n đĩa ể ự dùng đ d phòng.

ứ

ớ

ổ

đĩa

ổ ự

ạ Minh ho RAID m c 1 v i 4 chính và 4

d phòng:

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ượ

ữ ệ

ấ ả

strip đ

t c các

c ghi làm hai

ọ

ượ

c, cũng

ả

ấ

ể ọ ệ

ằ

ấ ọ

ể

ụ ấ

ệ ờ

ế

ố

ị ỏ

ế

ắ

ể ơ

ả

Khi ghi d li u, t b n. ả ử ụ ả Còn khi đ c thì s d ng b n nào cũng đ ả có th đ c song song trên c hai b n. ử ữ ệ ẽ Do đó hi u su t ghi d li u s không cao b ng s ệ d ng đĩa đ n, nh ng hi u su t đ c có th tăng g p đôi. ộ ổ ả ỗ i thì tuy t v i: n u có m t Kh năng ch ng l ả ạ ỉ ệ ử ụ đĩa b h ng thì ch vi c s d ng b n sao còn l i ụ ệ ố ấ ệ đ thay th . Vi c kh c ph c h th ng cũng r t ớ ồ ộ ổ ỉ ệ đĩa m i, r i sao đ n gi n, ch vi c thay m t ộ ữ ệ ừ ổ ự d phòng vào đó. chép toàn b d li u t ậ ạ ộ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

RAID m c 2ứ

word d ữ

ự RAID m c 2ứ ho t đ ng d a trên các ạ ộ ề bít). ồ li uệ (m i ỗ word g m nhi u Ví d :ụ

ơ ả

ủ

+ Chia đôi m i ỗ byte c a đĩa đ n o thành t ng c p

ặ 4

ồ ắ

ừ ể ạ

3 bít mã Hamming vào đ t o

bít, r i l p thêm thành word 7 bít, trong đó các bít 1, 2, và 4 là các bít ch n l

ẽ ượ ồ

ẵ ẻ . + Khi ghi Word d li u

ữ ệ lên đĩa, 7 bít s đ

c đ ng

th i ghi trên

ộ ề ị

ủ

ờ ả ổ + B y

đĩa

c đ ng b v v trí c a cánh

tay đĩa và chi u quay. ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

7 đĩa khác nhau. ả ượ ồ ph i đ ề ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ứ

ạ

ớ

ổ

Minh ho RAID m c 2 v i 7

đĩa:

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ả

ổ ộ ượ ỏ i pháp này đòi h i ph i đ ng b đ ỉ t c các

ộ ố ượ ả ồ c đĩa, và nó ch có ý ớ ng l n các

6 đĩa ch a ứ

ẵ ẻ , chi phí lên t

ộ ề

ể

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ỏ ả ớ ừ Gi ủ ấ ả ự s quay c a t ử ụ nghĩa khi s d ng m t s l ứ ữ ệ đĩa (V i ớ 32 đĩa ch a d li u và ớ 19%). i bít ch n l ề ả Nó cũng đòi h i ph i có nhi u b đi u ệ ự khi n, do nó ph i th c hi n tính toán các mã Hamming v i t ng bít.

ế ộ ổ

ề

ề ấ ộ

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ậ ứ ị ỏ N u có m t đĩa b h ng thì cũng không ỉ ọ gây ra đi u gì nghiêm tr ng, vì cũng ch là ố ổ m t m t bít trong t ng s nhi u bít, đôi Hamming đ ể ể ử ụ khi có th s d ng các mã ụ khôi ph c bít này ngay l p t c.

RAID m c 3ứ

ộ ơ ả

ả 1 bít ch n lẵ ẻ

ữ ệ , r i ồ

ổ

ả c tính toán cho m i đĩa ch n l ư RAID m c 2ứ , các

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ượ ấ ả RAID m c 3ứ là m t phiên b n đ n gi n ỉ c a ủ RAID m c 2ứ . Ch có ỗ word d li u ượ đ ẵ ẻ . ghi vào ố Gi ng nh ượ ồ c đ ng b chính xác, do m i đ ề ổ li uệ đ c c t r i rác trên nhi u ổ đĩa ph i ỗ word d ữ đĩa.

ớ

ứ ữ ệ

ổ ẵ

ứ ổ ứ ch a bít ch n

ạ Minh ho RAID m c 3 v i 4 ch a d li u và 1 :ẻ l

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ợ ườ ộ ổ ng h p có m t

ắ ị ỏ đĩa b h ng, thì i.

ể

ằ

0. b sai, thì c có bít ch n l ị ằ ỏ đĩa h ng có giá tr b ng bít trên

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

Trong tr 1 bít ch n lẵ ẻ này có th giúp kh c ph c l ể ụ ỗ ỉ ộ ề ỏ ộ ổ đĩa h ng, b đi u khi n ch Khi m t ủ ế ấ ả ả ệ t c các bít c a nó b ng vi c gi t t thi ẵ ẻ ị ượ N u ế word thu đ ổ ỏ ứ ch ng t 1.

RAID m c 4ứ

ư ư RAID m c ứ ể ứ strip đĩa đ ch a

ờ ậ c tăng lên vì có

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ể ị ỏ ố RAID m c 4ứ cũng gi ng nh ộ ổ 0, nh ng có thêm m t ữ ệ . ủ ch n lẵ ẻ c a các strip d li u ượ ộ Nh v y đ an toàn đ ụ ạ ữ ệ th khôi ph c l i d li u b h ng.

ổ ớ ứ ổ ứ ch a các bít

ạ Minh ho RAID m c 4 v i 4 ứ ữ ệ ch a d li u và 1 ẵ ẻ : ch n l

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ượ ỗ strip có k byte, thì t ấ ả t c ẽ ượ XOR c ộ strip c là m t

ể ị ấ byte b m t có th

ị ỏ đĩa b h ng, ờ ụ ạ ổ i nh thông tin trên

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ụ ế Ví d , n u m i ữ ệ liên quan s đ các strip d li u ế ớ ả v i nhau, k t qu thu đ ch n lẵ ẻ dài k byte. ộ ổ ế N u m t ượ c khôi ph c l đ ẵ ẻ . đĩa ch n l

ế ế ổ

ầ ệ ườ t k này giúp tăng c ị ỏ ư ự

ổ ữ ổ ộ t c các

ẵ ẻ

ẵ ẻ đĩa ch n l

ộ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ả ẽ

ự Thi ng s an toàn ề ế ạ ấ n u có đĩa b h ng, nh ng l i r t phi n ổ ứ ph c khi c n th c hi n nh ng thay đ i ộ ố ỏ ế nh . N u mu n thay đ i n i dung m t ể ả ọ ấ ả ẽ đĩa đ tính sector, s ph i đ c t ạ ả , và sau đó ph i ghi i các bít ch n l toán l ạ l i chúng. ổ ả ế ể ị K t qu là i, có th b quá t ự ắ ể ẫ ớ ắ ẽ i t c ngh n. S t c ngh n và có th d n t ờ RAID ế ả ể ượ c gi này có th đ i quy t nh ậ ỹ ạ B môn K thu t máy tính & m ng – m c 5ứ . Khoa CNTT

RAID m c 5ứ

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

đĩa

ộ ổ bít ch n lẵ ẻ, mà phân ph i ố

ổ đĩa thành ph n.

ụ ạ ữ ệ ệ ầ ế ố ỏ i d li u li u trên

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ệ ỏ ơ RAID m c 5ứ không dành riêng m t ể ứ đ ch a các chúng trên các ả ế Tuy nhiên, n u x y ra bi n c h ng đĩa, ổ thì vi c khôi ph c l ẽ ứ ạ đĩa h ng s ph c t p h n.

CD ROM

ầ

ươ ể ể c phát tri n đ ư

ư ộ t

ữ ủ

ườ ẩ

ớ

ủ ở ữ ộ 15 mm. Chúng đ c coi

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ượ Lúc đ u, các đĩa quang đ ề ng trình truy n hình, nh ng ghi các ch ế ượ ử ụ ề v sau chúng đ c s d ng nh m t thi ị ư b l u tr c a máy tính. ng Các đĩa CD ROM tiêu chu n có đ ộ ỗ kính 120 mm và dày 1.2 mm, v i m t l ượ th ng là có th b n t gi a r ng ể ề ớ 100 năm! i

ượ ả

ng kính

c s n xu t b ng cách dùng tia laser công 0.8 micrô mét trên

ấ ằ ườ ỷ

ừ

ồ

tia laser t o ạ

ự

ỏ

ẽ ạ ộ i ta s t o ra m t khuôn đúc, nó ố ủ ạ ị i v trí c a các h do ườ ổ ầ i ta đ đ y nh a ể ạ ư

ố

ố ộ ớ

ấ ồ ẽ

ườ

ố i ta s dán m t cái nhãn. Các h

ị

c g i là ế

pit (lõm), land Ki n trúc máy tính 5

Đĩa CD đ ấ ớ ạ ố su t l n t o các h có đ ủ ọ ộ trên m t đĩa ch b c thu tinh. \ ườ ủ T đĩa ch này ng ể có các đi m g lên t ra. Bên trong khuôn ng CD, đĩa này s có ẽ polycarbonate l ng đ t o thành đĩa ủ ệ các h lõm gi ng h t nh trên đĩa ch . ẽ ượ ủ ỏ c ph lên trên Sau đó m t l p nhôm r t m ng s đ ả ộ ớ ơ ề ặ polycarbonate, r i quét lên đó m t l p s n b o b m t ộ ệ v , trên cùng ng ượ ọ lõm trên l pớ polycarbonate đ c g i là các ộ ạ ậ ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – ượ ọ còn các vùng không b khoét lõm đ Khoa CNTT ẳ (ph ng).

ộ

ậ

ạ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ượ ng

ắ ầ ừ ị

ồ ộ ườ c ghi theo m t đ ớ ỗ ầ v trí g n v i l ở ộ gi a đĩa, r i m r ng ra phía rìa

ắ ố ả

ộ

ạ

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

ỹ B môn K thu t máy tính & m ng – Khoa CNTT

ế ả Các pit và land đ ắ ố xo n c, b t đ u t ủ ở ữ th ng đĩa. ố ườ Đ ng xo n c cu n quanh đĩa kho ng 22188 vòng (kho ng ả ể N u tr i ra nó có th dài t 600 vòng trên 1 mm). ớ 5.6 km. i

ạ ộ

ứ

ổ

ổ CDROM t c đ đ n ho t đ ng ố ộ ơ ố ộ ữ ệ ẽ ằ ỳ ố ộ

ở ố ộ t c đ 153600 ổ ứ ch c ố ộ đĩa t c đ kép có t c đ

ứ ư ậ

ể ạ ượ ố ộ c t c đ ệ , bus, và h

ộ ổ 40x có th đ t đ s giao di n ữ ệ

ệ ổ ớ ố ộ

ể ử

681 984 000 bytes.

650 MB vì 1 MB

ậ

ế

Ki n trúc máy tính 5

Các 75 sector/s, t c là t c đ d li u s b ng byte/s ho c ặ 175200 byte/s (tu theo cách t ữ ệ d li u trên đĩa). Các ấ nhanh g p đôi… C nh v y, m t ả ử 40 x 153600 byte/s (gi ề đi u hành có th x lý d li u v i t c đ này). ể ứ 74 phút âm ẩ ộ audio CD chu n có th ch a M t đĩa ượ ằ ớ ạ ng b ng nh c, v i dung l ượ ườ ố c ghi là ng đ Con s này th ộ ỹ ạ b ng ằ B môn K thu t máy tính & m ng – 220 byte (1 048 576 bytes). Khoa CNTT