zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Công nghệ thông tin

Luận văn: “Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của ổ đĩa cứng”

Chia sẻ: Dick Phuong Dick | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:111

Báo xấu

513
lượt xem 172
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong thời đại bùng nổ công nghệ thông tin và truyền thông hiện nay, vai trò của chiếc máy vi tính là cực kì quan trọng. Trong số các linh kiện cấu thành lên máy vi tính, chúng ta không thể không nhắc tới Ổ đĩa cứng. Ổ đĩa cứng là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu của máy vi tính. Từ xưa, ước muốn con người đã là làm sao bảo quản được các tài liệu quý

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: “Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của ổ đĩa cứng”

Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại bùng nổ công nghệ thông tin và truyền thông hiện nay, vai trò của chiếc máy vi tính là cực kì quan trọng. Trong s ố các linh kiện cấu thành lên máy vi tính, chúng ta không thể không nhắc tới Ổ đĩa cứng. Ổ đĩa cứng là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu của máy vi tính. T ừ xưa, ước muốn con người đã là làm sao bảo quản được các tài liệu quý Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 1
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 giá dưới sự tác động của thời gian. Ngày nay, với sự xuất hi ện c ủa máy vi tính, đặc biệt là ổ đĩa cứng, các tài liệu đó đã được l ưu trữ, sắp xếp tổ chức khoa học, thật dễ dàng sử dụng. Từ khi ra đời chiếc ổ cứng đầu tiên trên thế giới(1955) cho tới nay(2011), công nghệ lưu trữ cũng như công nghệ sản xuất ổ đĩa cứng đã phát triển rất mạnh mẽ. Giờ đây, chỉ với số tiền không lớn, khoảng gần 1 triệu Việt Nam đồng, chúng ta đã có thể sở hữu một chiếc ổ cứng với dung lượng 160GB(ổ cứng 3.5 inch gắn trong). Em chọn đề tài thực tập “Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của ổ đĩa cứng” phần nhiều là do ham muốn tìm hiểu về nó, phần nhỏ là do em đã từng phải thay thế, sửa chữa khả nhiều ổ cứng do chúng bị hỏng. Em xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo Nguy ễn Tuấn Tú vì thầy đã giúp đỡ, hướng dẫn em tận tình trong quá trình em thực hiện đề tài này. Sinh viên thực hiện Đàm Phương CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA Ổ ĐĨA CỨNG 1.1. Tổng quan về ổ đĩa cứng Ổ đĩa cứng, hay còn gọi là ổ cứng (tiếng Anh: Hard Disk Drive, viết tắt: HDD) là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu trên bề mặt các tấm đĩa hình tròn phủ vật liệu từ tính. Ổ đĩa cứng là loại bộ nhớ "không thay đ ổi" (non- volatile), có nghĩa là chúng không bị mất dữ liệu khi ngừng cung cấp nguồn Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 2
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 điện cho chúng. Ổ đĩa cứng là một thiết bị rất quan trọng trong h ệ th ống b ởi 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 h ệ th ống máy tính có thể sửa chữa hoặc thay thế được, nhưng dữ liệu bị 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 đ ịnh trong ổ ngay từ khi sản xuất nên không thể thay th ế được các "đĩa c ứng" nh ư với cách hiểu như đối với ổ đĩa mềm hoặc ổ đĩa quang. Ổ cứng thường được gắn liền với máy tính để lưu trữ dữ liệu cho dù chúng xuất hiện muộn hơn so với những chiếc máy tính đầu tiên. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, ổ đĩa cứng ngày nay có kích thước càng nhỏ đi đến các chuẩn thông dụng với dung lượng thì ngày càng tăng lên. Những thiết kế đầu tiên ổ đĩa cứng chỉ dành cho các máy tính thì ngày nay ổ đĩa cứng còn được sử dụng trong các thiết bị đi ện t ử khác nh ư máy nghe nhạc kĩ thuật số, máy ảnh số, điện thoại di động thông minh (SmartPhone), máy quay phim kĩ thuật số, thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân... Không chỉ tuân theo các thiết kế ban đầu, ổ đĩa cứng đã có nh ững bước tiến công nghệ nhằm giúp lưu trữ và truy xuất dữ liệu nhanh hơn: ví dụ sự xuất hiện của các ổ đĩa cứng lai giúp cho hệ điều hành hoạt đ ộng tối ưu h ơn, giảm thời gian khởi động của hệ thống, tiết kiệm năng lượng, s ự thay đ ổi phương thức ghi dữ liệu trên các đĩa từ làm cho dung lượng mỗi ổ đĩa cứng tăng lên đáng kể. 1.2. Lịch sử phát triển của ổ đĩa cứng Năm 1955, ổ cứng đầu tiên trên thế giới có là IBM 350 Disk File đ ược chế tạo bởi Reynold Johnson ra mắt năm 1955 cùng máy tính IBM 305. Ổ cứng này có tới 50 tấm đĩa kích thước 24" với tổng dung lượng là 5 triệu kí tự. Một đầu từ được dùng để truy nhập tất cả các tấm đĩa khiến cho tốc độ truy nhập trung bình khá thấp. Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 3
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 Hình 01: Ổ cứng IBM 350 Disk File Năm 1961, thiết bị lưu trữ dữ liệu IBM 1301 ra mắt năm 1961 bắt đ ầu sử dụng mỗi đầu từ cho một mặt đĩa. Ổ đĩa đầu tiên có b ộ ph ận lưu tr ữ tháo lắp được là ổ IBM 1311. Ổ này sử dụng đĩa IBM 1316 có dung lượng 2 tri ệu kí tự. Hình 02: thiết bị lưu trữ dữ liệu IBM 1301 Năm 1973, IBM giới thiệu hệ thống đĩa 3340 "Winchester", ổ đĩa đầu tiên sử dụng kĩ thuật lắp ráp đóng hộp (sealed head/disk assembly - HDA). Kĩ Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 4
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 sư trưởng dự án/chủ nhiệm dự án Kenneth Haughton đặt tên theo "súng trường Winchester" 30-30 sau khi một thành viên trong nhóm gọi nó là "30-30" vì các trục quay 30 MB của ổ đĩa cứng. Hầu hết các ổ đĩa hiện đ ại ngày nay đều sử dụng công nghệ này, và cái tên "Winchester" trở nên ph ổ bi ến khi nói về ổ đĩa cứng và dần biến mất trong thập niên 1990. Trong một thời gian dài, ổ đĩa cứng có kích thước lớn và cồng kềnh, thích hợp với m ột môi tr ường được bảo vệ của một trung tâm dữ liệu hoặc một văn phòng lớn h ơn là trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt (vì sự mong manh), hay văn phòng nhỏ hoặc nhà riêng (vì kích cỡ quá khổ và lượng điện năng tiêu thụ). Trước thập niên 1980, hầu hết ổ đĩa cứng có các tấm đĩa cỡ 8" (20 cm) ho ặc 14-inch (35 cm), cần một giá thiết bị cũng như diện tích sàn đáng kể (tiêu biểu là các ổ đĩa cứng lớn có đĩa tháo lắp được, thường được gọi là "máy giặt"), và trong nhiều trường hợp cần tới điện cao áp hoặc thậm chí điện ba pha cho những mô tơ lớn chúng dùng. Vì lí do đó, các ổ đĩa c ứng không đ ược dùng ph ổ bi ến trong máy vi tính đến tận năm 1980, khi Seagate Technology cho ra đời ổ đĩa ST-506 - ổ đĩa 5,25" đầu tiên có dung lượng 5 MB. Có một th ực t ế là trong cấu hình xuất xưởng, máy IBM PC (IBM 5150) không được trang b ị ổ đĩa cứng. Hình 03: hệ thống đĩa 3340 "Winchester" Thập niên 1990, đa số các ổ đĩa cứng cho máy vi tính đầu thập kỷ 1980 không bán trực tiếp cho người dùng cuối bởi nhà sản xuất mà bởi các OEM như một phần của thiết bị lớn hơn (như Corvus Disk System và Apple ProFile). Chiếc IBM PC/XT được bán ra đã có một ổ đĩa cứng l ắp trong nhưng xu hướng tự cài đặt nâng cấp bắt đầu xuất hiện. Các công ty ch ế tạo ổ đĩa cứng bắt đầu tiếp thị với người dùng cuối bên cạnh OEM và đến giữa thập niên 1990, ổ đĩa cứng bắt đầu xuất hiện trong các cửa hàng bán lẻ. Ổ đĩa lắp trong ngày càng được sử dụng nhiều trong PC trong khi các ổ đĩa lắp ngoài tiếp tục phổ biến trên máy Macintosh của hãng Apple và các nền tảng Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 5
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 khác. Mỗi máy Mac sản xuất giữa giữa các năm 1986 và 1998 đ ều có m ột cổng SCSI phía sau khiến cho việc lắp đặt thêm phần cứng mới trở nên dễ dạng; tương tự như vậy, "toaster" (máy nướng bánh) Mac không có ch ỗ cho ổ đĩa cứng (hay trong Mac Plus không có chỗ lắp ổ đĩa c ứng), các đ ời ti ếp theo cũng vậy thế nên ổ SCSI lắp ngoài là có thể hiểu được. Các ổ đĩa SCSI lắp ngoài cũng phổ biến trong các máy vi tính cổ như loạt Apple II và Commodore 64, và cũng được sử dụng rộng rãi trong máy chủ cho đến tận ngày nay. Sự xuất hiện vào cuối thập niên 1990 của các chuẩn giao ti ếp ngoài nh ư USB và FireWire khiến cho ổ đĩa cứng lắp ngoài trở nên phổ biến hơn trong người dùng thông thường đặc biệt đối với những ai cần di chuyển một khối lượng lớn dữ liệu giữa hai địa điểm. Vì thế, phần lớn các ổ đĩa cứng s ản xuất ra đều có trở thành lõi của các vỏ lắp ngoài. Hình 04: Ổ đĩa SCSI Ngày nay, dung lượng ổ đĩa cứng tăng trưởng theo hàm mũ với th ời gian. Đối với những máy PC thế hệ đầu, ổ đĩa dung lượng 20 megabyte đ ược coi là lớn. Cuối thập niên 1990 đã có nh ững ổ đĩa cứng v ới dung lượng trên 1 gigabyte. Vào thời điểm đầu năm 2005, ổ đĩa cứng có dung lượng khiêm tốn nhất cho máy tính để bàn còn được sản xuất có dung l ượng lên t ới 40 gigabyte còn ổ đĩa lắp trong có dung lượng lớn nhất lên tới một nửa terabyte (500 GB), và những ổ đĩa lắp ngoài đạt xấp xỉ một terabyte. Cùng với l ịch s ử phát triển của PC, các họ ổ đĩa cứng lớn là MFM, RLL, ESDI, SCSI, IDE và EIDE, và mới nhất là SATA. Ổ đĩa MFM đòi hỏi mạch điều khi ển ph ải tương thích với phần điện trên ổ đĩa cứng hay nói cách khác là ổ đĩa và m ạch điều khiền phải tương thích. RLL (Run Length Limited) là một phương pháp mã hóa bit trên các tấm đĩa giúp làm tăng mật đ ộ bit. Ph ần l ớn các ổ đĩa RLL cần phải tương thích với bộ điều khiển nó làm việc với. ESDI là một giao diện được phát triển bởi Maxtor làm tăng tốc trao đổi thông tin giữa PC và đĩa cứng. SCSI (tên cũ là SASI dành cho Shugart (sic) Associates), vi ết t ắt cho Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 6
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 Small Computer System Interface, là đối thủ cạnh tranh ban đầu c ủa ESDI. Khi giá linh kiện điện tử giảm (do nhu cầu tăng lên) các chi ti ết đi ện tử tr ước kia đặt trên cạc điều khiển đã được đặt lên trên chính ổ đĩa cứng. Cải ti ến này được gọi là ổ đĩa cứng tích hợp linh kiện điện t ử (Integrated Drive Electronics hay IDE). Các nhà sản xuất IDE mong muốn t ốc đ ộ c ủa IDE ti ếp cận tới tốc độ của SCSI. Các ổ đĩa IDE chậm hơn do không có bộ nhớ đệm lớn như các ổ đĩa SCSI và không có khả năng ghi trực tiếp lên RAM. Các công ty chế tạo IDE đã cố gắng khắc phục khoảng cách tốc độ này bằng phương pháp đánh địa chỉ logic khối (Logical Block Addressing - LBA). Các ổ đĩa này được gọi là EIDE. Cùng lúc với sự ra đời của EIDE, các nhà sản xuất SCSI đã tiếp tục cải tiến tốc độ SCSI. Những cải tiến đó đồng th ời khi ến cho giá thành của giao tiếp SCSI cao thêm. Để có thể vừa nâng cao hi ệu su ất c ủa EIDE vừa không làm tăng chi phí cho các linh kiện đi ện t ử không có cách nào khác là phải thay giao diện kiểu "song song" bằng kiểu "nối ti ếp", và k ết qu ả là sự ra đời của giao diện SATA. Tuy nhiên, hiệu suất làm vi ệc c ủa các ổ đĩa cứng SATA thế hệ đầu và các ổ đĩa PATA không có sự khác biệt đáng kể. Hiện nay, ổ đĩa cứng giao diện SATA là thông dụng h ơn cả trên toàn thế giới. Hãng Western Digital đã đưa ra ổ cứng WD Caviar Green 3TB sử dụng giao tiếp SATA với giá bán là khoảng 4,7 triệu VND (239 USD) và phiên bản 2,5 TB sử dụng giao tiếp SATA sẽ có giá bán 3,7 triệu VND (189 USD). Ổ đĩa này có kích thước 3,5 inch sử dụng 4 lớp đĩa có dung lượng 750GB, có mức tiêu thụ điện năng thấp, nhiệt độ hoạt động cũng thấp hơn và ổ đĩa cũng hoạt động yên tĩnh hơn. Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 7
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 Hình 05: Ổ đĩa cứng giao diện IDE(hay còn gọi là PATA) Hình 06: Ổ đĩa cứng giao diện SATA Trên thị trường hiện nay còn xuất hiện ổ lưu trữ thể rắn và ổ cứng gắn ngoài(External Drive). Ổ lưu trữ thể rắn SSD(Solid State Drive) là một thiết bị lưu trữ sử dụng bộ nhớ trạng thái rắn để lưu trữ dữ liệu trên máy tính một cách bền vững. Loại ổ cứng này lưu trữ dữ liệu dựa vào các tế bào nh ớ, ở thể rắn, do đó gần như không gây tiếng ồn, không có độ trễ cơ h ọc nên mang Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 8
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 lại tốc độ truy cập cao hơn. Đồng thời không mất th ời gian kh ởi đ ộng nh ư ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive). Ổ SSD sử dụng SRAM hoặc DRAM hoặc bộ nhớ FLash để lưu dữ liệu. SSD không có bộ phận chuyển động, vì v ậy không giống như các ổ đĩa cứng truyền thống, ít có khả năng bị phá hủy do di chuyển và tạo ra rất ít nhiệt hoặc thậm chí không có nhiệt. Chúng t ương tự như các thẻ nhớ SD được tìm thấy trong máy ảnh kỹ thuật số và các thi ết b ị khác, hoặc bộ nhớ trong của iPhone, PSP Go, và các thiết b ị c ầm tay khác. SSD đang dần đc biết tới, tuy nhiên vẫn hạn ch ế nhất đ ịnh. Hi ện t ại SSD có giả cả vẫn khá cao so với ổ cứng bình thường.(ổ SSD G.Skill dung l ượng 60GB có giá gần 5 triệu đồng Việt Nam). Hình 07: Ổ lưu trữ thể rắn Ổ cứng gắn ngoài hiện nay có giá đắt hơn ổ cứng gắn trong(một chi ếc Samsung 160GB có giá khoảng 850000 đồng Việt Nam). Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 9
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 Hình 08: Một ổ cứng gắn ngoài của hãng Western Digital Giờ đây(2011), người dùng máy tính có thể mua một ổ cứng giao diện SATA có dung lượng 160GB với giá khá rẻ, khoảng hơn b ảy trăm ngàn đ ồng Việt Nam (so với năm 2007 là gần một triệu đồng Việt Nam). Các nhà phân phối linh kiện máy tính ở Việt Nam hầu hết chỉ nhập về ổ cứng với dung lượng nhỏ nhất là 160GB, ổ cứng dung lượng 80GB hiện giờ chỉ có th ể mua hàng cũ đã qua sử dụng. Western Digital vừa chính thức công bố phiên bản nâng cấp của dòng ổ cứng Caviar Blue 3,5 inch với giao tiếp SATA 6.0 Gbps. Theo đó ổ c ứng m ới này có tốc độ quay 7200 RPM và sử dụng công nghệ Advanced Format với sector 4K. Western Digital 6.0 Gbps sẽ có sẵn với các mức dung lượng lưu trữ là 250 GB, 320 GB, 500 GB, 750 GB và 1 TB. Và có b ộ nh ớ đ ệm 16 MB (phiên bản 500 GB và thấp hơn) hoặc 32 MB (phiên bản 750 GB và 1 TB). Hiện ổ cứng này đã có mặt tại thị trường Châu Âu với mức giá t ương ứng là 43,4 USD (250 GB), 44 USD (320 GB), 46 USD (500 GB), 60 USD (750 GB) và 71 USD (1 TB). Một số nhà sản xuất ổ đĩa cứng hàng đầu thế giới ph ải kể đ ến là: Các hãng này hiện đang Western Digital, Seagate, Hitachi, Samsung,… cạnh tranh nhau gay gắt về giá cả cũng như dung lượng, tính năng của ổ đĩa cứng. Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 10
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VẬT LÝ CỦA Ổ ĐĨA CỨNG 2.1. Sơ đồ khối Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 11
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 Hình 09: Sơ đồ khối của ổ đĩa cứng 2.2. Nguyên lý làm việc và đặc tính của các khối 2.2.1. Đĩa từ Đĩa từ (platter) của ổ cứng là các đĩa bằng nhôm, thuỷ tinh, hoặc sứ có chế độ hoạt động tương đối năng, trên bề mặt được phủ một lớp vật liệu t ừ tính là nơi chứa dữ liệu. Đĩa từ được coi là vật liệu t ừ. Từ tính gây ra b ởi l ực từ, lực từ là một dạng lực điện từ, một trong những lực c ơ b ản c ủa t ự nhiên, nó được sinh ra do chuyển động của các hạt có đi ện tích. Trên b ề m ặt đĩa t ừ có các điểm từ tính. Khi các điểm từ tính đó suy gi ảm ho ặc m ất kh ả năng t ừ tính thì hệ thống gọi hiện tượng đó là bad sector. Vì các điểm từ tính đó là các hạt từ tính được gắn kết lên platter bằng công nghệ và hóa ch ất đ ặc bi ệt, Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 12
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 không dễ gì loại bỏ hay bổ xung khả năng từ tính cho nó. Đĩa t ừ được ch ế tạo rất đặc biệt giúp cho nó có khả năng lưu trữ tốt, an toàn và không bị “nhão” (nhả từ) như các thiết bị đọc ghi bằng từ tính khác (tuy nhiên cũng có một số loại đĩa từ sản xuất không đạt tiêu chuẩn qua th ời gian có hi ện t ượng bị “nhão”). Đĩa được phủ vật liệu từ ở cả hai mặt (môi trường lưu trữ thực) và bao bọc bằng lớp vỏ bảo vệ. Sau khi đã hoàn t ất và đánh bóng, các đĩa này được xếp chồng lên nhau và ghép nối với môtơ quay, chúng gắn song song, quay đồng trục, cùng tốc độ với nhau khi hoạt động. Số lượng đĩa có th ể nhiều hơn một, phụ thuộc vào dung lượng và công nghệ của mỗi hãng sản xuất khác nhau, có một số loại đĩa cứng chỉ có một đĩa từ. Trước khi ch ồng đĩa được lắp cố định vào khung, cơ cấu các đầu từ được ghép vào giữa các đĩa. Hình 10: Đĩa từ bên trong ổ đĩa cứng Có thể coi mỗi mặt đĩa cứng là một trường hai chiều: cao và rộng. Theo kiểu hình học này thì dữ liệu được ghi vào các vòng tròn đồng tâm, phân bố từ trục quay ra tới rìa đĩa. Mỗi vòng trong đồng tâm trên đĩa g ọi là Track. Track có thể được hiểu đơn giản giống các rãnh ghi dữ liệu giống như các đĩa nhựa (ghi âm nhạc trước đây) nhưng sự cách biệt của các rãnh ghi này không có các gờ phân biệt và chúng là các vòng tròn đồng tâm ch ứ không n ối tiếp nhau thành dạng xoắn trôn ốc như đĩa nhựa. Track trên ổ đĩa c ứng không cố định từ khi sản xuất, chúng có thể thay đổi vị trí khi đ ịnh dạng c ấp th ấp ổ Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 13
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 đĩa (low format). Thông thường,mỗi đĩa có từ 312 đến 2048 rãnh. Track là một tập hợp bao gồm một số sector nhất định nhưng dung lượng từng track khác nhau có độ lớn từ trong ra ngoài (Track 0>track 1 >track 2 >…>track N>track N+1). Khi một ổ đĩa cứng đã hoạt động quá nhiều năm liên tục, khi kết quả kiểm tra bằng các phần mềm cho thấy xuất hiện nhiều khối hư hỏng (bad block) thì có nghĩa là phần cơ của nó đã rơ rão và làm việc không chính xác như khi mới sản xuất, lúc này thích hợp nhất là format cấp thấp cho nó đ ể tương thích hơn với chế độ làm việc của phần cơ. Cylinder bao gồm những track có chung một tâm và đồng trục nằm trên những mặt đĩa từ. Tập hợp các track cùng bán kính (cùng số hiệu trên) ở các mặt đĩa khác nhau thành các cylinder. Hình 11: Hình mô tả Cylinder Nói một cách chính xác hơn thì: khi đầu đọc/ghi đầu tiên làm vi ệc tại một track nào thì tập hợp toàn bộ các track trên các bề mặt đĩa còn l ại mà các đầu đọc còn lại đang làm việc tại đó gọi là cylinder (cách gi ải thích này chính xác hơn bởi có thể xảy ra thường hợp các đầu đọc khác nhau có kho ảng cách đến tâm quay của đĩa khác nhau do quá trình chế tạo). Trên một ổ đĩa c ứng có nhiều cylinder bởi có nhiều track trên mỗi mặt đĩa từ. Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 14
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 Hình 12: Mô tả Track/Cluster/Sector(cung từ) Mô tơ trục quay là bộ phận để gắn các đĩa từ lên nó, chúng được nối trực tiếp với động cơ quay đĩa cứng. Trục quay có nhiệm vụ truyền chuy ển động quay từ động cơ đến các đĩa từ. Trục quay thường chế tạo bằng các vật liệu nhẹ (như hợp kim nhôm) và được chế tạo tuyệt đối chính xác để đảm bảo trọng tâm của chúng không được sai lệch - bởi chỉ một sự sai lệch nhỏ có thể gây lên sự rung lắc của toàn bộ đĩa cứng khi làm việc ở tốc độ cao, dẫn đến quá trình đọc/ghi không chính xác. Hình 13: Mô tơ trục quay Một trong những yếu tố xác định chất lượng của ổ cứng là tốc độ mà đĩa từ lướt qua dưới đầu đọc/ghi. Đĩa từ lướt qua đầu từ với tốc độ khá cao Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 15
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 (ít nhất là 3600 vòng/phút). Môtơ trục (spindle môtơ) có chức năng làm quay các đĩa từ. Môtơ trục là loại môtơ không có chỗi quét, chiều cao thấp, dùng điện một chiều, tương tự như môtơ trong ổ đĩa mềm. Khi môtơ được cấp điện, một từ trường được tạo ra trong các cuốn dây môtơ. Khi đi ện c ắt, năng lượng từ trường lưu trữ trong các cuộn dây môtơ được giải phóng dưới dạng xung điện thế ngược. Kỹ thuật Hãm động (dynamic braking) sẽ sử dụng năng lượng của xung điện thế ngược đó để làm dừng đĩa lại. Tốc độ quay của motor trục quay: Thông thường thì các loại đĩa cứng hiện nay có tốc độ quay từ 5200rpm đến 7200rpm(rpm viết tắt của round per minute, nghĩa là số vòng quay trong một phút). Không chỉ có th ế trên th ị trường hiện nay đã có những loại ổ cứng chuyên dụng với khả năng có tốc độ đến 10000rpm hoặc 15000rpm. Tốc độ quay giữ một vai trò thi ết y ếu đ ến tốc độ truy xuất dữ liệu của ổ cứng, quay càng nhanh thì đọc và ghi càng nhanh nhưng như thế cũng đồng nghĩa là ổ cứng sẽ kêu to hơn và mau nóng hơn. Khi ổ cứng nóng lên (có nghĩa là đĩa từ cũng sẽ nóng lên theo) sẽ làm cho lực từ bị hao hụt và “nhiễu” lúc đó dữ liệu đọc và ghi sẽ có rất nhiều vấn đề. Với những loại ỗ cứng có tốc độ cao như thế này thì các nhà sản xuất luôn khuyến cáo người tiêu dùng nên trang bị thêm quạt giải nhi ệt đ ể kéo dài tu ổi thọ và dữ liệu của ổ cứng. Nhờ có tốc độ cao nh ư th ế mà các ổ c ứng th ế h ệ sau này đều có khả năng đọc hết tất cả mọi sector trên cùng một track ch ỉ bằng một vòng quay. Tốc độ của motor trục quay luôn luôn là một h ằng số, nếu nó bị thay đổi có nghĩa là ổ cứng đó không thể sử được nữa. 2.2.2. Đầu từ, thanh mang đầu từ Đầu từ của ổ đĩa cứng thường được chế rao như trong ổ đĩa mềm, lõi sắt mềm cộng với 8 đến 34 (hoặc hơn) vòng dây đồng m ảnh. Các đầu t ừ này có kích thước lớn và tương đối năng làm hạn chế số rãnh có th ể có trên m ặt đĩa mà hệ thống chuyển dịch đầu từ phải khắc phục. Hiện nay, các thiết kế đầu từ đã loại bỏ các kiểu quấn dây cổ điển mà dùng loại đầu từ màng mỏng. Nó được chế tạo giống như vi mạch dùng công nghệ quang hóa. Do kích thước nhỏ và nhẹ nên độ rộng của rãnh ghi cũng nhỏ hơn và thời gian dịch chuyển đầu tư nhanh hơn. Trong cấu trúc tổng th ể, các đ ầu t ừ này đ ược gắn vào các cánh tay kim loại dài(gọi là thanh mang đ ầu t ừ) đi ều khi ển b ằng môtơ. Các vi mạch tiền khuếch đại của đầu từ thường được g ắn trên t ấm vi Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 16
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 mạch in nhỏ nằm trong bộ dịch chuyển đầu từ. Toàn bộ cấu trúc này được bọc kín trong hộp đĩa. Hộp được đậy kín bằng nắp kim loại có gioăng lót. Hình 14: Đầu từ(head) Đầu từ đơn giản được cấu tạo gồm lõi ferit (trước đây là lõi sắt) và cuộn dây (giống như nam châm điện). Gần đây các công nghệ mới hơn giúp cho ổ đĩa cứng hoạt động với mật độ xít chặt hơn như: chuyển các hạt từ sắp xếp theo phương vuông góc với bề mặt đĩa nên các đầu đọc được thiết kế nhỏ gọn và phát triển theo các ứng dụng công ngh ệ mới. Đầu t ừ trong đĩa cứng có công dụng đọc dữ liệu dưới dạng từ hoá trên bề m ặt đĩa t ừ ho ặc t ừ hoá lên các mặt đĩa khi ghi dữ liệu. Số đầu từ luôn bằng số mặt hoạt động được của các đĩa cứng, có nghĩa chúng nhỏ hơn hoặc bằng hai lần số đĩa (nhỏ hơn trong trường hợp ví dụ hai đĩa nhưng chỉ sử dụng 3 mặt). Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 17
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 Trên mỗi mặt đĩa từ của ổ cứng thì đều có một đầu từ riêng biệt, những đầu từ này có vai trò đọc/ghi dữ liệu lên bề mặt đĩa từ. Thanh mang đầu từ là thiết bị mà đầu từ gắn vào nó. Thanh mang đầu từ có nhiệm vụ di chuyển theo phương song song với các đĩa t ừ ở m ột khoảng cách nhất định, dịch chuyển và định vị chính xác đầu từ tại các vị trí từ mép đĩa đến vùng phía trong của đĩa (phía trục quay). Các thanh mang đ ầu từ di chuyển đầu từ được di chuyển đồng thời với nhau do chúng được gắn chung trên một trục quay(đồng trục), có nghĩa rằng khi việc đọc/ghi dữ li ệu trên bề mặt (trên và dưới nếu là loại hai mặt) ở một vị trí nào thì chúng cũng hoạt động cùng vị trí tương ứng ở các bề mặt đĩa từ còn lại. Hình 15: Thanh mang đầu từ Mô tơ điều khiển thanh mang đầu từ đóng một vai trò rất quan trọng trong việc đọc ghi của đầu từ. Tốc độ của motor này phải đồng bộ với t ốc độ của mô tơ chính (mô tơ quay đĩa từ) nếu không sẽ không thể đọc chính xác được dữ liệu. Cấu trúc mô tơ này khá đơn giản, nó không nh ư m ột mô t ơ thông thường mà chỉ đơn thuần là một bộ phận chuy ển động có giới h ạn trong một góc quay nhất định. Mô tơ này chỉ là một bộ khung có quấn cuộn cảm phát sinh lực từ để chuyển động và một nam châm có lực hút rất mạnh được gắn vào khung điều khiển của đầu đọc. Ở trạng thái binh thường không hoạt động, mô tơ này sẽ tự động đưa đầu đọc vào khoang trống, một khoảng không trống có khung bảo vệ bên ngoài các đĩa t ừ, đ ể tránh r ủi ro t ối đa cho các đầu từ cực nhỏ được gắn trên thanh mang đầu t ừ. Bên trong ổ Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 18
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 cứng là một môi trường chân không hoàn toàn và chống ẩm. Giữa đầu từ và mặt đĩa từ có một khoảng không gian cực nhỏ có thể nói là siêu nh ỏ. “ Ở gi ữa mặt đĩa từ và đầu từ là một khoảng không gian siêu nh ỏ trong môi tr ường chân không bên trong ổ cứng” chứ không phải là “giữa ổ cứng và đ ầu đ ọc có một lớp đệm không khí hoặc lớp đệm từ trường” như một s ố bài báo và sách đã đề cập đến. Tốc độ mô tơ quay đĩa từ rất cao khi quay sẽ tạo ra gió nếu như ta mở nắp đậy ổ cứng ra, nếu có không khí bên trong ổ cứng thì khi đĩa từ quay với tốc độ cao như thế sẽ tạo gió làm rung và có thể th ổi bay luôn c ả những đầu đọc đồng thời trong không khí có rất nhiều bụi bẩn trong khi đó mặt đĩa từ phải luôn luôn sạch bóng. Do đó bên trong ổ c ứng ph ải là môi trường chân không. Ổ cứng là một thiết bị lưu trữ dữ liệu bằng từ tính, đầu từ đọc và ghi bằng từ tính và mặt đĩa từ cũng có độ nhạy t ừ rất cao nh ư th ế thì không thể nào ở giữa đầu đọc và đĩa từ lại có thêm một lớp đệm từ trường. Hình 16: Mô tơ điều khiển thanh mang đầu từ 2.2.3. Bảng mạch điều khiển Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 19
Đàm Phương KHMT1K2 HaUI 2011 Bảng mạch điều khiển gồm có Mạch điều khiển và Mạch xử lý dữ liệu. Mạch xử lý dữ liệu dùng để xử lý những dữ liệu đọc/ghi của ổ đĩa cứng. Mạch điều khiển có nhiệm vụ điều khiển mô tơ trục quay đĩa từ, điều khiển sự di chuyển của thanh mang đầu từ để đảm bảo đến đúng vị trí trên bề mặt đĩa. Ổ đĩa cứng được điều khiển bởi các mạch điện tử tương đ ối phức tạp. Bảng mạch điều khiển được gắn dưới bộ khung cơ khí và ch ứa hoàn toàn các mạch cần thiết để truyền tải các tín hiệu điều khiển và d ữ li ệu với bộ giao diện vật lý riêng, điều khiển đầu từ, thực hiện đọc/ghi theo yêu cầu và để quay các đĩa từ. Mỗi một chức năng kể trên phải được thực hiện hoàn hảo với độ chính xác cao. Hình 17: Toàn bộ bảng mạch điều khiển của ổ đĩa cứng Bảng mạch điều khiển bao gồm chip điều khiển toàn mạch, chip điều khiển vào/ra, bộ nhớ đệm cho ổ cứng (HDD cache), một ổ cắm nguồn 5+ 5- 12- 12+, và chân cắm chuẩn IDE hoặc SATA. Nguyên lý làm việc của ổ đĩa cứng 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.26: Bộ 320 Luận Văn Thạc Sĩ Y Học

320 tài liệu

1253 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.