Thiết bị đĩa quang doc

© 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


THIẾT BỊ ĐĨA QUANG
THIẾT BỊ ĐĨA QUANG
Optical Disk Drive
C
ơ

c
h
ế

s
ử
a

l
ỗ
i

E
C
C
C
ơ

c
h
ế

s
ử
a

l
ỗ
i

E
C
C
Cơ chế mã hóa tín hiệu audio
Cơ chế mã hóa tín hiệu audio
dạng số lên đĩa CD: PCM
dạng số lên đĩa CD: PCM
C

ô
n
g

n
g
h
ệ

L
a
s
e
r
C
ô
n
g

n
g
h
ệ

L
a
s
e
r
DVD±RW

DVD±RW
DVDR
DVDR
DVD
DVD
CDRW
CDRW
CDR
CDR
CD ROM
CD ROM

PCM: Pulse Code Modulation

ECC: Error Correction Code

Laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
3
CD ROM (
CD ROM (
Compact Disk Read Only Memory
Compact Disk Read Only Memory
)
)



CD-ROM là ổ đĩa đầu tiên của công nghệ đĩa quang

Bước ngoặt trong lĩnh vực lưu trữ


Thiết bị tiêu chuẩn trong các hệ thống hiện nay.

Nhược điểm

Đĩa chỉ có thể đọc, không ghi được
 Tốc độ chậm hơn ổ đĩa cứng nhiều lần.
4
Đĩa CD-ROM
Đĩa CD-ROM

Cấu trúc và kích thước

Đĩa polycarbonate, dày 1.2 mm,

Đường kính 120mm, lỗ trục quay 15mm

Sản xuất đĩa
 format dữ liệu hợp với chuẩn CD-ROM
 Tạo đĩa CD-ROM gốc (master)  tạo khuôn,
 Quy trình nhân bản: để tạo ra các đĩa CD.

Strata: hợp kim nhôm, lưu trữ thông tin
 Phủ polycarbonate bảo vệ

Là đĩa một mặt, nhãn đĩa in ở mặt trên,
 Thao tác đọc đĩa diễn ra ở mặt dưới,
5
Tổ chức thông tin
Tổ chức thông tin


Mã hoá EFM (Eight-to-Fourteen Modulation)

EFM, một dạng của mã hoá RLL2,7

Block (sector).

Gồm 98 frame 24-byte,

Chứa được 2352 byte

Rãnh xoắn (spiral track)

Các vòng rãnh cách nhau 1.6 µm,

Mật độ track: 16.000 tpi

Chia thành các block (sector)

Lỗ pit - các hốc thông tin, tạo
thành rãnh xoắn ốc duy nhất.

Ф 0.6 µm, sâu 0.12 µm.

Dung lượng:

333.000 block = 650 MB

~ 74 phút dữ liệu (mode1)
6

Tổ chức thông tin
Tổ chức thông tin

Các định dạng chuẩn

Cho phép phát triển các đĩa quang thích
hợp cho các định dạng dữ liệu khác nhau

Ổ CD-ROM có thể tìm thấy dữ liệu và
nhận biết được cách tổ chức của đĩa

Cấu trúc mỗi block

Có sự khác biệt trong các định dạng

CD Audio
~~~~~~~~

CD ROM
~~~~~~~~

Video CD
~~~~~~~~

CD-R
~~~~~~~~
Layout Type ← 2.352 bytes block →
CD Digital Audio
2.352 bytes of Digital Audio
CD-ROM (MODE1)

12 4
2,048 bytes of
user data
4 8 276
CD-ROM (MODE2)
12 4 2.336 bytes of user data
Legend (bytes)
12
Đồng bộ
4
Bit nhận dạng ID
Dữ liệu
4
Phát hiện lỗi EDC
8
Dự trữ
276
Mã sửa lỗi ECC
ECC: error correction code
EDC: error detection code
7
Tổ chức thông tin
Tổ chức thông tin

Mode 1: CD-ROM Data

Đòi hỏi độ tin cậy cao,  cần có đầy đủ 3 lớp layer.

Thuật toán phát hiện và sửa lỗi: giúp tránh các sai sót về dữ
liệu do những khiếm khuyết vật lý gây nên.


Cho phép sửa chuỗi bit lỗi tới hơn 1000 bit

Mode 2: VCD

Có thể sử dụng 2336 bytes của mỗi block

Các đĩa âm thanh (audio)

Dữ liệu lỗi có thể được nội suy gần đúng

Có thể không hoàn toàn chính xác, nhưng không gây ảnh
hưởng lớn.

Tận dụng được toàn bộ dung lượng block.
8
Cấu tạo ổ CD-ROM
Cấu tạo ổ CD-ROM

Laser và hệ thống thấu kính (Lens system)

Motor quay đĩa (Disc drive motor)

Cơ cấu chuyển động đầu đọc ( tracking mechanism)

Bảng mạch điện tử ổ đĩa
9
Hoạt động ổ CD-ROM
Hoạt động ổ CD-ROM


Nguồn Laser bán dẫn:

Phát tia hồng ngoại

Bước sóng 780nm,

Công suất khoảng 5mW

Kính tán xạ: 3 tia tán xạ.

Ống chuẩn trực (Collimator):
 chùm tia song song.

Laser và hệ thống thấu kính (Lens system):

Lăng kính phân xạ (Beam Spliter):

Cho tia tới (sensing beam)  gương phản xạ và hội tụ trên bề mặt
đĩa nhờ vào thấu kính hội tụ

Tia phản xạ (Reflected beam) lệch 90° để đi đến diode cảm quang
qua hai thấu kính cầu và thấu kính trụ.
L
a
s
e
r
Compac disc
10
Hoạt động ổ CD-ROM

Hoạt động ổ CD-ROM

Thấu kính cầu và thấu kính trụ :

Dùng tia phản xạ để kiểm tra và sửa lỗi hội tụ

Hiệu chỉnh tiêu cự

Thấu kính hội tụ:

Lắp trên 1 bộ định vị hai trục

Hiệu chỉnh vị trí để tia laser hội tụ chính xác trên rãnh

Gương phản xạ (Movable Mirror)

Chuyển động chính xác nhờ bộ điều khiển điện tử

Điều chỉnh hướng tia tới và tia phản xạ đến các bộ phận

Diode cảm quang (Laser Pickup)

Thu tia phản xạ từ bề mặt đĩa.

Có độ nhạy rất cao

Bộ xử lý tín hiệu (Digital signal)

Xử lý các tín hiệu thu được, giải mã thành thông tin.
11

Hoạt động ổ CD-ROM
Hoạt động ổ CD-ROM

Motor quay đĩa (drive motor)

Điều khiển chính xác nhờ tín hiệu điều khiển

Dùng quay bàn xoay đĩa (TurnTable) để quay đĩa

Tốc độ khoảng 200 đến 500 rpm (với ổ CD 1x),

Cơ cấu chuyển động đầu đọc (tracking mechanism)

Dịch chuyển bộ phận laser (mức micron)

Tia laser có thể đến các rãnh xoắn

Bảng mạch ổ đĩa

Chức năng: điều khiển hội tụ tia laser, tìm track, quay bàn
xoay và xử lý các lệnh điều khiển từ máy tính, giải mã tín
hiệu thu được.

Có bộ nhớ đệm nạp các dữ liệu cần dùng, nên tiết kiệm thời
gian truy xuất.

Kích thước tối thiểu của bộ nhớ đệm: 64KB.
12
Quá trình đọc đĩa
Quá trình đọc đĩa

Đĩa từ và đĩa CD ?

Đọc đĩa: Dùng cả CLV/CAV (Constant Linear/Angular Velocity)

Ghi đĩa: Kỹ thuật vận tốc dài không đổi CLV

Lưu trữ file

Thao tác truy cập

Kỹ thuật ghi/đọc
Vận tốc dài không đổi
CLV
CLV Vận tốc góc không đổi
CAV
CAV

Tốc độ quay thay đổi phụ thuộc vào
vị trí dữ liệu,

Rãnh trong, tốc độ quay cao hơn.

Phù hợp với dữ liệu dạng âm thanh.

Ở tốc độ cao  gây ồn

Tốc độ quay không đổi ~ HDD

Tốc độ truyền dữ liệu ở vành ngoài
nhanh hơn bên trong.


Kết hợp trong các ổ Partial-CAV 
giảm độ ồn khi đọc.

Tăng tốc độ đọc và truyền dữ liệu, không cần tăng tốc độ quay

Công nghệ TrueX, dùng nhiều (7) chùm laser để đọc đồng thời
13
Các thông số kỹ thuật của ổ đĩa
Các thông số kỹ thuật của ổ đĩa
Tốc độ ổ
CDROM
Tốc độ truyền
(KB/s)
Thời gian
truy nhập (ms)
Tốc độ ổ
CDROM
Tốc độ truyền
(KB/s)
Thời gian
truy nhập (ms)
1x 150 400 24x 3600 90
4x 600 150 32x 4800 85
8x 1200 100 48x 7200 80
12x 1800 100 52x 7500 75

Tốc độ truyền dữ liệu DT

CD chuẩn (1x): DT = 75 block/s,

 ~ 150 Kb/s (các block liên tục).

2x, 4x ~ 300 hay 600Kb/s
2x, 4x
•
Tốc độ truyền dữ liệu
Tốc độ truyền dữ liệu
•
Thời gian truy nhập
Thời gian truy nhập

Thời gian truy nhập
 Thời gian trễ từ khi có lệnh đọc
đến khi đọc được bit đầu tiên

Phụ thuộc vào vị trí dữ liệu
14
Các thông số kỹ thuật của ổ đĩa
Các thông số kỹ thuật của ổ đĩa

Cache

Cài đặt trên bảng mạch ổ đĩa, nâng cao hiệu năng

Kích thước: 256 KB, hoặc 512 KB từ các ổ 24X.

Ổ dùng nhiều đầu đọc, cần cache lớn hơn (2MB)

Giao diện ổ CD-ROM


SCSI/ASPI

IDE/ATAPI

Cổng song song

Cổng USB

IDE/ATAPI

Giao diện chủ yếu trong PC

Ghép nối cùng với giao tiếp ổ cứng

Nên dùng 2 kênh riêng

Cổng USB

Tốc độ kết nối nhanh, linh hoạt

Khả năng cắm nóng
15
Bảo trì
Bảo trì

Bảo quản đĩa

Tránh: trầy xước, ánh nắng, độ ẩm, nhiệt độ, bụi bẩn

Lau đĩa: khăn mềm, dung môi


Bảo trì ổ đĩa

Bụi  thấu kính bẩn  lỗi đọc: dùng máy thổi khí làm sạch

Đầu đọc quang học: có thể xảy ra lỗi khó đọc  cân chỉnh

Các lỗi trong quá trình đọc đĩa:

Chỉnh sửa bằng mã dò lỗi và chỉnh lỗi cài sẵn của nhà sản xuất
ở một mức độ nhất định.

Làm giảm tốc độ đọc của đĩa. Lưu ý cả chọn đĩa sử dụng
16
Một số công nghệ đĩa quang
Một số công nghệ đĩa quang


Combo
CD-ROM
CD-ROM
CDR
CDR
CDRW
CDRW
DVD-ROM
DVD-ROM
Read Only
single-write
multiple-write

MO
MO
(Magneto-Optical)
DVD-R
DVD-R
DVD-RW
DVD-RW
DVD+RW
DVD+RW
Digital
Versatile Disc
17
CD-R(CD-
CD-R(CD-
Recordable
Recordable
)
)

Dùng tia laser để ghi bit dữ liệu lên đĩa,

Dữ liệu chỉ ghi một lần và không thay đổi được.

Định dạng nhiều session  có thể ghi ở nhiều thời điểm

! Mỗi lần nên ghi tối thiểu 300 block (600Kb).

Dung lượng: thường là 650, 700 Mb

Thời gian truy nhập ~ 100 ms.


3 loại CD-R:

Data CD-R: chứa dữ liệu, cũng có thể ghi audio.

Audio CD-R: ghi âm theo chuẩn mới, chống sao chép bất
hợp pháp,

HC-R (High Capacity Recordable):  850MB
18
CD-RW (
CD-RW (
CD-Rewriteable
CD-Rewriteable
)
)

Nguyên tắc ghi dữ liệu:

Dựa vào sự thay đổi trạng thái bề mặt của lớp kim loại

Từ trạng thái tinh thể (phản xạ ánh sáng)

Sang trạng thái vô định hình (không phản xạ) và ngược lại.

Đĩa CD-RW có độ phản xạ thấp hơn CD-ROM và CD-R.

Quá trình này có thể bất kỳ phụ thuộc công suất laser:

Công suất cao: ghi ( tạo lớp vô định hình)


Công suất vừa: xoá ( tạo lớp tinh thể)

Công suất thấp: đọc dữ liệu như ổ CD thường

# với CD-R, CD-RW

Định dạng UDF (Universal Disc Format) ~ file system HDD

 có thể dùng dạng ghi packet-writing (kéo-thả) như sao chép dữ
liệu trên ổ cứng.

Cần được format trước khi sử dụng
19
Công nghệ đĩa quang ghi mật độ cao
Công nghệ đĩa quang ghi mật độ cao

Công nghệ DVD

Phương tiện lưu trữ tín hiệu video dạng số

Tốc độ truyền nhanh, độ phân giải cao, dung lượng lớn.

Đĩa DVD (Digital Versatile Disc)

Cấu trúc rãnh và tổ chức dữ liệu tương tự với CD-ROM

Mật độ lưu trữ lên CD 7 lần ~ 4.7 GB  8.5; 9.4 và 17 GB

Kích thước rãnh 0,74µm (CD là 1,6µm), vùng dữ liệu lớn


Mã sửa lỗi hiệu quả hơn.

Ổ DVD

Dùng tia laser bước sóng ngắn hơn (tia laser đỏ 650nm),

Tốc độ truyền nhanh, tốc độ chuẩn là 1.3 Mb/s, ~ CD-ROM 9x,
20
Công nghệ đĩa quang ghi mật độ cao
Công nghệ đĩa quang ghi mật độ cao

DVD-ROM: đĩa chỉ đọc

DVD-R đĩa ghi được một lần

DVD-RW: ghi được nhiều lần

DVD+RW: dùng hai chế độ: đọc dữ liệu phim và đọc
dữ liệu thông thường

Hướng cải tiến
•
Tăng mật độ lưu trữ, tốc độ đọc đĩa
•
Sử dụng tia laser có bước sóng ngắn hơn (405nm) - tia
laser xanh