Thiết bị lưu trữ pptx

© 2006 iTD
1
Chương 6
THIẾT BỊ LƯU TRỮ
THIẾT BỊ LƯU TRỮ

Thiết bị đĩa từ

Thiết bị băng từ

Thiết bị đĩa quang

Thiết bị Flash Memory
NỘI DUNG
2
I. THIẾT BỊ ĐĨA TỪ
I. THIẾT BỊ ĐĨA TỪ

NGUYÊN LÝ LƯU TRỮ THÔNG TIN TRÊN ĐĨA TỪ

THIẾT BỊ ĐĨA TỪ MỀM

THIẾT BỊ ĐĨA TỪ CỨNG

TỔ CHỨC LƯU TRỮ THÔNG TIN TRÊN ĐĨA TỪ

GIAO DIỆN ATA/IDE

GIAO DIỆN SATA

LẮP ĐẶT VÀ BẢO TRÌ Ổ ĐĨA CỨNG

3
1. NGUYÊN LÝ LƯU TRỮ THÔNG TIN TRÊN ĐĨA TỪ
1. NGUYÊN LÝ LƯU TRỮ THÔNG TIN TRÊN ĐĨA TỪ
•
Dùng từ trường để từ hoá lớp vật liệu từ
•
Nguyên lý cảm ứng điện từ.
Công nghệ lưu trữ từ tính truyền thống.
Băng từ
Đĩa từ mềm
Đĩa từ cứng

Dòng điện  dây dẫn  từ trường  Sự phân cực
các chất từ tính.

Đổi chiều dòng điện  đảo ngược chiều phân cực của
từ trường

Từ trường biến thiên  có dòng điện cảm ứng

Chiều phân cực của từ trường thay đổi  chiều dòng
điện cũng thay đổi.
4
NGUYÊN LÝ LƯU TRỮ THÔNG TIN TRÊN ĐĨA TỪ
Thiết bị lưu trữ kiểu đĩa từ gồm:

Đầu từ ghi/đọc

Ghi và đọc các thông tin trên lớp vật liệu từ.


Lõi từ chữ U + cuộn dây.

Đĩa từ

Platter (Mylar)= nhôm or thủy tinh kim loại (plastic)

Lớp vật liệu từ tính.

Phần tử từ (mới) có cực theo hướng ngẫu nhiên
5
NGUYÊN LÝ LƯU TRỮ THÔNG TIN TRÊN ĐĨA TỪ

Quá trình ghi thông tin:

Dòng điện được điều khiển  từ trường trên đầu từ.

Đường sức từ trường  định hướng phân cực các phần tử từ tính

Tạo từ thông trên 1 vùng xác định

Chiều dòng điện thay đổi  đảo chiều từ thông

Ghi nhận đảo chiều từ thông tại các điểm chiều phân cực thay
đổi, để ghi dữ liệu lên đĩa.

bit được ghi trên một vùng  ô bit (bit cell).

Mạch logic: dùng các xung (-) và (+) ứng với các đảo chiều từ
thông  phân định các vùng và mã hoá dữ liệu trên đĩa


Quá trình đọc:

Thông tin trong đĩa  điều khiển cho từ trường biến thiên 
dòng điện để  mạch logic của ổ đĩa.

Mỗi đảo chiều từ thông sẽ được ghi nhận và được giải mã thành
các bit thông tin nhị phân đã ghi :
6
NGUYÊN LÝ LƯU TRỮ THÔNG TIN TRÊN ĐĨA TỪ

Các phương pháp mã hóa thông tin:

Tối ưu hoá sự phân bố của các đảo chiều từ thông, làm cho đĩa
được ghi/đọc tối ưu nhất.  P.pháp mã hóa

Định thời lượng (timing): đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu,

Bit-1 được ghi nhận bằng một đảo chiều từ thông.

Bit-0 thì không có đảo chiều từ thông trong một số timing.

Đồng bộ bằng các tín hiệu đồng hồ trong quá trình truyền dữ liệu.

Mã hóa dùng cho đĩa từ mềm là FM, MFM, GCR  mật độ ghi
dữ liệu: SD, DD, HD.

Mã hóa dùng cho đĩa cứng MFM  RLL

Các định dạng RLL: RLL
2,7

, RLL
3,9
, hay RLL
1,7
để đạt được độ tin cậy
dữ liệu cao hơn
7
2. THIẾT BỊ ĐĨA TỪ MỀM
2. THIẾT BỊ ĐĨA TỪ MỀM

Sinh viên tự đọc tài liệu

Đĩa từ mềm

Cấu tạo ổ đĩa mềm

Lắp đặt, bảo trì ổ đĩa mềm
Lắp đặt
Bảo trì

Một số lỗi đĩa và ổ đĩa mềm
Floppy(s) disk failure (40)
Đèn ổ đĩa mềm sáng liên tục
Khai báo sai loại ổ đĩa
Không đọc được đĩa
Không ghi được đĩa
8
3. THIẾT BỊ ĐĨA TỪ CỨNG
3. THIẾT BỊ ĐĨA TỪ CỨNG


Bộ khung

Đĩa từ

Đầu từ ghi /đọc

Cơ cấu truyền động đầu từ

Motor trục quay

Mạch điện tử ổ đĩa
Cấu tạo của ổ đĩa cứng
9

Cấu tạo của ổ đĩa cứng
Đĩa từ

1-11 platter, gắn trên 1 trục

Platter = nhôm / thuỷ tinh KL

Vật liệu từ: mấp mô ít, lớp bảo vệ

Chân không ~ 10-3, lọc bụi > 1 µinch.
Bộ khung: 3.5", 2.5” /1,8"
Cần mang đầu từ
Cơ cấu truyền động đầu từ: “lắc”

Đầu từ Flying


Đầu từ ferit

Đầu từ TF
•
Khi quay Đầu từ cách mặt đĩa ~ 3÷10 μinch.
•
To, nặng  Không quay nhanh, mật độ dữ liệu thấp
•
Nhỏ, nhẹ và bền hơn  Dịch chuyển sát bề mặt đĩa hơn (3μinch)
•
TF (Thin Film) sản xuất theo công nghệ vi mạch
Đầu từ
10


Đĩa từVị trí hãm đầu từ
Motor trục quay
•
RPM = Const: 3600, 7200 Vgóc = Const
•
Hãm động (dynamic braking)
Mạch điện tử ổ đĩa
•
ROM: Lưu trình điều khiển
•
Cache đĩa: Tăng tốc độ thực thi
11

Thời gian trễ (latency):


t = thời gian quay ½ vòng nửa vòng.

Ví dụ, 3600 rpm ~ 8.3ms, 7200 rpm ~ 4.2ms
Một số thông số của ổ đĩa cứng

Tốc độ truyền (data transfer rate): yếu tố

Cấu trúc của hệ thống, mạch logic điều khiển,

Chuẩn giao tiếp và bản thân ổ đĩa.

Tốc độ truyền max (MB/s) = (Spt x 512 byte x Rpm)/60 / 10
6

Ví dụ: HDD 40Gb/7200 rpm, Spt = 480 (số sector vật lý trung
bình),  Tốc độ truyền max: = 29.5 MB/s

Hệ số đan xen (Interleave Factor)

Logic: sector sắp xếp liên tiếp nhau

Vật lý: sector sắp xếp xen kẽ nhau

Hệ số đan xen n=6-3
12
4. TỔ CHỨC LƯU TRỮ T.TIN TRÊN ĐĨA TỪ
4. TỔ CHỨC LƯU TRỮ T.TIN TRÊN ĐĨA TỪ
 Quá trình định dạng cấp thấp (Low Level Format).

Mặt đĩa (Side)


Rãnh đĩa (Track)

Tổ chức lưu trữ thông tin trên đĩa từ mức vật lý

Tổ chức lưu trữ thông tin trên đĩa từ mức logic
Tổ chức lưu trữ thông tin trên đĩa từ ở mức vật lý

Đánh số: 0, 1, 2, từ trên xuống dưới.

Mỗi mặt đĩa dùng riêng một đầu từ,

Số đầu từ = Số mặt đĩa, đánh số: H
0÷(n-1)

Track 0
Track n
Sector 1

Là các vòng tròn đồng tâm cách đều.

Đánh số thứ tự từ ngoài vào trong.

Mật độ rãnh: tpi (track/inch).
(đĩa mềm là 96 tpi, mỗi mặt: 80 rãnh,
đĩa cứng số rãnh quy chuẩn/ 1 mặt có thể tới 1024)
13
TỔ CHỨC LƯU TRỮ T.TIN TRÊN ĐĨA TỪ MỨC VẬT LÝ
TỔ CHỨC LƯU TRỮ T.TIN TRÊN ĐĨA TỪ MỨC VẬT LÝ
Side 0

Side 1
Side
3
Side 4
Side
5
Side
2
Cylinder

Mỗi rãnh chia thành các cung (sector)

Mỗi sector chứa 512 byte dữ liệu

Sector trên 1 rãnh đánh số thứ tự từ 1÷n , ngược chiều kim đồng hồ

Số sector/track được ký hiệu và được đánh số là S
1-n

Số sector / rãnh tuỳ thuộc vào loại đĩa từ.

Đĩa mềm một rãnh có 8÷36 spt.

Đĩa cứng, để tương thích với BIOS, các trình thông dịch đưa ra số spt quy
chuẩn tối đa là 63 spt.

Cung (Sector)
Dung lượng đĩa = (C x H x S) x 512 Byte

Các rãnh có cùng thứ tự trên các mặt đĩa


Số thứ tự của rãnh cũng là số thứ tự của trụ

Đánh số là C
0-(n-1)


Trụ (Cylinder)
14
TỔ CHỨC LƯU TRỮ T.TIN TRÊN ĐĨA TỪ MỨC VẬT LÝ
TỔ CHỨC LƯU TRỮ T.TIN TRÊN ĐĨA TỪ MỨC VẬT LÝ
Phân chia rãnh thành các cung với số lượng đều nhau trên tất cả
các rãnh từ ngoài vào trong chỉ thích hợp cho các đĩa từ có dung
lượng nhỏ.

gây lãng phí.
Kỹ thuật ghi theo vùng:

Chia các Cylinder thành các vùng (zone), trong mỗi vùng số
sector/track là như nhau.

Giữa các vùng tính từ tâm đĩa ra số sector/track sẽ tăng dần.

Các ổ đĩa cứng thường có 10 vùng rãnh trở lên.

Cho phép tăng dung lượng ghi thông tin lên đĩa.

Tạo ra khác biệt về tốc độ truyền giữa các vùng với nhau do tốc độ
quay là cố định.


Kỹ thuật ghi theo vùng (Zoned Recording)
15

BIOS dùng các sector vật lý đánh số bởi (CHS).

Không thích hợp cho việc quản lý và sử dụng

HĐH dùng sector logic, là cách đánh địa chỉ sector tuyến tính.
Tổ chức lưu trữ thông tin ở mức logic

Sector logic

Đánh số tuần tự từ 0  sector vật lý cuối cùng
(VD: đĩa mềm 1.44Mb sector được đánh số từ 0-2879).

Cluster

Cluster (đơn vị cấp phát- Allocation unit)

Tập hợp của một hoặc nhiều sector liền nhau

Là đơn vị lưu trữ nhỏ nhất mà HĐH dùng khi cấp phát cho 1 file.

Kích thước được ấn định khi fdisk dựa trên dung lượng partition

Các Cluster được đánh số thứ tự bắt đầu từ 2 hết volume
1 Cluster = n Sector
16
Tổ chức lưu trữ thông tin ở mức logic
PHÂN KHU (PARTITION)


Ổ cứng vật lý có thể chia 1 hay thành nhiều phân khu (partition) 
Cho phép cài đặt HĐH và file system riêng biệt trong cùng một ổ
cứng vật lý.

Master Boot Record – MBR

Địa chỉ: Side 0, Track 0, Sector 1

Chương trình đọc cung khởi động

Bảng phân khu (Partition Table) - chứa thông tin về cách phân chia ổ
đĩa cứng thành các phân khu: lối vào, vị trí, kích thước

3 loại phân khu:

Primary DOS Partition

Extended DOS Partition

Non - DOS Partition
Tạo các partition  định dạng đĩa

Partition gồm:
Boot Sector
Boot Sector
FAT #1
FAT #1
FAT #2
FAT #2

Root Directory
Root Directory
Data Area
(từ Cluster 2)
Data Area
(từ Cluster 2)
17
Cung khởi động (Boot Sector)



Boot sector: 512 Byte nằm ở sector 0 của một ổ logic.

FD sector 0 có địa chỉ vật lý: Side 0, Track 0, Sector 1.

HD sector 0 (ổ logic đầu) có địa chỉ vật lý: Side 1,Track
0,Sector 1.

Chứa các thông tin:

Chương trình khởi động (Bootstrap)

Nơi bắt đầu và kết thúc mỗi phần đĩa

Số sector trong một Cluster

2 byte chữ ký AA55h kết thúc Boot sector.

Khi khởi động, nạp vào địa chỉ 0000h: 7C00h.
??? Mất thông tin trong Boot Sector

18
Bảng định vị file (File Allocation Table - FAT)



Gồm FAT #1 và #2, nội dung giống nhau.

Quản lý các cluster  Chuỗi danh sách các
cluster của file

Chứa các lối vào (entry): chứa thông tin về trạng
thái của cluster có số thứ tự tương ứng.

Kích thước entry: 12, 16 hoặc 32 bit, tuỳ thuộc
vào dung lượng ổ File system.

0 & 1  dạng tổ chức của đĩa.

Số còn lại đúng = số lượng các cluster.
(F) FF7
(0) 004
(0) 005
(F) FFF
(0) 000
(0) 000
(0) 000
(0) 000
0
1
2

3
4
5
6
7
8
9
STT
lối vào
Bảng FAT
FAT 12
FAT 16
FAT 32
Khả năng lưu
trữ ?
Tốc độ ?
? Start Cluster
19
Thư mục gốc (Root Directory)



Là danh sách:

Tiếp theo bảng FAT #2.

Các lối vào Directory Entry, mỗi lối kích thước 32 byte.

Kích thước xác định (sau khi format)


Cấu trúc Entry  Start Cluster
Tên
File, Dir
K. thước
File
Mở rộng Thuộc tính Dự trữ Thời gian Ngày
Cluster
đầu
8 byte 43 1 10 2 2 2
Vùng dữ liệu (Data Area)



Tập hợp các cluster: từ Cluster 2,

Vùng đĩa lớn nhất dành cho NSD
Defragment
Sự phân mảnh ?
20
FAT và cluster
(F) FF7
(0) 004
(0) 005
(F) FFF
(0) 000
(0) 000
(0) 000
(0) 000
0
1

2
3
4
5
6
7
8
9
Hỏng
Đầu tiên
Chứa tệp
Cuối cùng
Rỗng
Rỗng
Rỗng
Rỗng
2
3
4
5
6
7
8
9
STT
lối vào
FAT Data
Area
STT
lối vào

Root Directory
21
ĐỊNH DẠNG ĐĨA
ĐỊNH DẠNG ĐĨA

Tạo Partition: bằng Fdisk.exe của HĐH.

Định dạng: bằng format.exe, (/s cho ổ đĩa khởi động)
!!! Cần Set Active cho ổ khởi động của ổ, nếu chia ổ .

Định dạng mức thấp (Low Level Format)

Ghi thông tin định dạng serctor và rãnh lên từng rãnh của đĩa từ.

Mỗi sector xác định bằng bộ ba (C,H,S) !

Vùng DATA được điền bởi các byte dữ liệu giả.

Thực hiện bởi NSX ổ đĩa

Hoặc các tiện ích của NSX, ví dụ các trình DM
!!! LLF là quá trình định dạng vật lý

Hạn chế sử dụng

Định dạng mức cao (High Level Format)
22

Cung cấp cấu trúc phân cấp cho các ổ logic, thư mục và các file,


Mỗi HĐH có Hệ thống file khác nhau


FAT 16
FAT 16

DOS, Windows 3.x, Windows 9x, NT sử dụng.

Hỗ trợ partition đến 2GB (NT cho phép đến 4Gb).


FAT 32
FAT 32

Windows 95 OSR2, Windows 98/ 2000/XP. .

Hỗ trợ partition đến 2TB


NTFS
NTFS (New Technology File System)

Hệ thống file tiên tiến hơn nhiều so với FAT32.
Các hệ thống file (File system)
23

Windows NT/2000/XP, không gian địa chỉ 64 bit,

Có khả năng thay đổi kích thước của cluster độc lập với dung
lượng đĩa cứng,


Mở rộng kích thước của tập tin trên một phân vùng đĩa cứng.

Dùng bảng quản lý tập tin MFT (Master File Table) thay cho
bảng FAT,

Tăng khả năng lưu trữ, tính bảo mật cho file và thư mục, khả
năng mã hóa dữ liệu đến từng tập tin.

Dung lượng

Kích thước max của một volume NTFS là 2
64
-1 clusters.

Windows XP Prof. max là 2
32
-1 clusters, nếu dùng:

Clusters 64 KB: 256 TB - 64 KB.

Cluster mặc định 4 KB: 16 TiB - 4 KiB
NTFS (New Technology File System)
NTFS (New Technology File System)
24

Khả năng phục hồi và chịu lỗi cao,

Thao tác dữ liệu của HĐH được ghi lại, nâng cao tính toàn
vẹn dữ liệu.


Xác định ngay file lỗi: không cần quét lại toàn bộ hệ thống,
 quá trình phục hồi dữ liệu nhanh và tin cậy hơn.

Trang bị công cụ kiểm tra và sửa đĩa tốt hơn. Ứng dụng “not
responding” đóng lại không ảnh hưởng đến ứng dụng khác

Các đặc trưng

Hỗ trợ các tính năng bảo mật: phân quyền, mã hoá

Các đặc tính sẵn có của NTFS,

Không nhất thiết phải sử dụng các tiện ích bổ sung

Truy cập và xử lý file nén giống truy cập vào các file chưa nén
 tiết kiệm dung lượng lưu trữ, nâng cao tuổi thọ của ổ đĩa
NTFS (New Technology File System)
NTFS (New Technology File System)
25
5. GIAO DIỆN ATA/IDE
5. GIAO DIỆN ATA/IDE
ST506
/412
ESDI
IDE/ATA
SCSI
SATA
5 Mbit/s
24 Mbit/s

4÷ 133 MB/s
5÷ 320 MB/s
150 MB/s
300 MB/s
600 MB/s
SCSI
Parallel
Serial