Ổ đĩa cứng và đĩa CD

Website: Email : Tel (: 0918.775.368
I .Lịch sử phát triển
1 . Ổ đĩa cứng
_Ổ cứng đầu tiên trên thế giới có là IBM 350 Disk File được chế tạo bởi
Reynold Johnson ra mắt năm 1955 cùng máy tính IBM 350. Ổ cứng này có
tới 50 tấm đĩa kích thước 24” với tổng dung lượng là 5 triệu kí tự.Một đầu từ
có thể truy nhập tất cả các tấm đĩa khiến cho tốc độ truy nhập trung bình khá
thấp.
_ Thiết bị lưu trữ dữ liệu IBM 1301 ra mắt năm 1961 bắt đầu sử dụng mỗi
đầu từ cho một mặt đĩa.
_Ổ cứng đầu tiên có bộ phận lưu trữ tháo lắp được là ổ IBM 1311. Ổ này
sử dụng đĩa IBM 1316 có dung lượng 2 triệu kí tự.
_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 – HAD ).
_Trước thập niên 1980 , hầu hết ổ đĩa cứng có các tấm đĩa cỡ 8” ( 20 cm )
hoặc 14 –inch ( 35 cm ). Đến năm 1980,Steagate Technology cho ra đời ổ
đĩa ST 506 - ổ đĩa 5¼” đầu tiên có dung lượng 5 megabyte.
_Cuối thập niên 1990 đã có những ổ đĩa cứng với 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 lượng lên tới 40 megabyte
còn ổ đĩa lắp trong có dung lượng lớn nhất lên tới một nửa terabyte ( 500
gigabyte ),và những ổ đĩa lắp ngoài đạt xấp xỉ 1 terabyte .
2 . Đĩa CD
Các thiết bị lưu trữ quang rất thích hợp cho việc phát hành các sản phẩm
văn hoá,sao lưu dữ liệu trên các hệ thống máy tính hiện nay.Ra đời vào năm
1978, đây là sản phẩm của sự hợp tác nghiên cứu giữa hai công ty Sony va
Philips trong công nghiệp giải trí.Từ năm 1980 đến nay, công nghiệp đĩa
quang phát triển mạnh trong cả 2 lĩnh vực giải trí và lưu trữ dữ liệu máy
tính.
Sau này người ta đã chế ra các đĩa quang “ thế hệ thứ 2 “ là WORM

(Write Once Read Many – ghi một lần, đọc nhiều lần ). Thiết bị này cho
phép người sử dụng tự mình ghi thông tin lên các đĩa quang, tuy nhiên sau
khi đã tạo ra hốc ( pit ) rồi thì không thể thay đổi được nữa.
Các đĩa quang “ thế hệ thứ 3 “ là các môi trường quang học có thể xoá
được, chúng sử dụng công nghệ quang-từ ( magneto – optical ). Đĩa chất dẻo
được phủ một lớp hợp kim này có tính chất đáng chú ý là ở nhiệt độ thấp
chúng không nhạy cảm với từ trường, nhưng ở nhiệt độ cao cấu trúc phân tử
của chúng sắp xếp lại theo từ trường tác động vào.
1
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
II .Nguyên lý hoạt động của các ổ đĩa cứng và đĩa CD
1 .Nguyên lý hoạt động của các ổ đĩa cứng
a.Cấu tạo ổ đĩa cứng
Ngoài 2 thành phần chính là những đĩa từ và đầu đọc/ghi, HDD còn có
những thành phần sau: mạch điều khiển, bộ nhớ đệm( cache ), hệ cơ vận
hành cần đọc /ghi, hộp bảo vệ.
• Mạch điều khiển: Có nhiệm vụ ổn định tốc độ cho motor quay đĩa và
vận hành hệ cơ điều khiển cần đọc/ghi ( một thiết bị điều khiển đầu
đọc/ghi ).
• Đầu đọc/ghi : được gắn với cần đọc ghi và chịu sự điều khiển của thiết
bị này. Đầu đọc/ghi có tác dụng đọc dữ liệu từ đĩa hoặc ghi dữ liệu lên
đĩa.
• Đĩa: là những miếng đĩa nhỏ hình tròn được phủ 1 lớp từ tính, đĩa này
có thể được sử dụng hai mặt trên dưới.
• Mạch xử lý dữ liệu: dùng để xử lý những thông tin được truy xuất từ
đĩa.
• Bộ đệm: là nơi tạm lưu dữ liệu trong quá trình truy xuất, HDD có bộ
nhớ đệm lớn sẽ có tốc độ truy xuất dữ liệu cao hơn.
• Hộp bảo vệ: Những thiết bị trên được bao bọc bởi hộp bảo vệ rất kín
để đĩa không thể tiếp xúc với môi trường bên ngoài và chịu được sự

va chạm nhẹ.
Hình V.1: Cấu tạo của một đĩa cứng
2
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
b .Nguyên lý hoạt động
_ Cách thức tổ chức dữ liệu cơ bản của ổ đĩa cứng : Ổ cứng là thiết bị
lưu trữ có thể đọc ghi dữ liệu nhanh chóng bằng 1 tập hợp các phần tử từ hoá
trên các đĩa quay. Dữ liệu được đọc và ghi thông qua 1 dãy các bit (đơn vị
nhỏ nhất của dữ liệu số ). Một bit có hai trạng thái 0,1 hay bật/ tắt.Các bit
này được thể hiện theo chiều dọc phân tử trên bề mặt một platter,trong lớp
phủ từ tính từ chỗ đầu đọc bắt đầu đọc cho đến điểm cuối cùng mà đầu đọc
có thể đọc/ ghi được.1 byte gồm nhiều bit, 1 sector gồm nhiều byte, 1 track
bao gồm nhiều sector và 1 cylinder gồm nhiều track đồng trục và bằng nhau.
_Hoạt động: 1 đĩa cứng chứa nhiều lớp đĩa (14 ) quay xung quanh 1
trục quay 3.600_5.400 vòng mỗi phút.Thông tin được ghi và đọc từ cả hai
mặt của đĩa, sử dụng cơ chế mounted on arms, di chuyển cơ học qua lại giữa
phần trung tâm và rìa ngoài đĩa.Các thông tin đầu đọc ( ghi ) tìm kiếm nằm
trên các rãnh ( track ) ,là những đường tròn đồng tâm trên ổ.Mỗi rãnh được
chia thành nhiều cung từ (sector) dùng chứa thông tin. Để đọc ghi dữ liệu
vào 1 cung, ta dung 1 đầu đọc ghi di động áp vào mỗi mặt của mỗi lớp đĩa.
Đầu đọc/ ghi này gắn chặt vào 1 cái cần còn cần này gắn vào một trục quay
khác.Trục quay thứ 2 này cho phép điểu khiển vị trí của đầu từ bằng cách
quay. Mỗi mặt đĩa có một đầu từ phụ trách đọc/ghi,tất cả các cần gắn đầu từ
trên các mặt đĩa được gắn vào cùng một trục và cùng quay với nhau.
Để các bộ phận cơ khí của ổ đĩa có thể đọc/ghi đúng các bit trên đĩa thì
mỗi vị trí trên đĩa ứng với 1 toạ độ 3 chiều: Độ cao Z (để chọn mặt đĩa ), bán
kính R (để chọn cylinder ), Góc
θ
(để chọn cả sector lẫn vị trí bit bên trong
sector).

Việc chọn đúng đầu từ bằng tham số Z có thể thể hiện bằng điện tử và
phải có phản hồi. Vị trí của cần mang đầu từ được điều khiển thông qua
tham số R làm quay trục quay chung của tất cả các cần mang đầu từ gắn chặt
với nó.Tham sô
θ
được thiết lập bằng thời gian. Để điều khiển nó với độ
chính xác cần thiết là vấn đề khó nhất,chúng ta cần phải biết được 1bit bắt
đầu và kết thúc ở đâu,nó là 0 hay 1.
Nếu ổ đọc/ghi không đến được track cần tìm,bạn phải trải qua một cái
gọi là góc trễ ( latency ) hay độ trễ quay (rotational delay ) hầu hết đều ở
mức độ trung bình. Độ trễ này xuất hiện trước khi một sector quay bên dưới
đầu đọc ( ghi ) vas au khi nó tìm thấy track cần tìm.
Motor quay các cần mang đầu từ có thể đặt đầu từ vào rãnh mong
muốn.Mỗi rãnh có 2 nửa, mỗi nửa được ghi trước các tín hiệu có tần số khác
nhau.Nếu đầu từ bị lệch khỏi tâm rãnh thì 1 trong 2 tín hiệu sẽ có biên độ
3
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
lớn hơn tín hiệu kia.Mạch điện tử phát hiện ra sẽ điều khiển lái đầu từ theo
hướng làm cho tín hiệu yếu mạnh lên.Vì các rãnh sinh ra các tín hiệu này
được ghi trước khi người ta ghi dữ liệu lên đĩa nên chúng định nghĩa
cylinder. Để hệ thống phát hiện được việc đầu từ của nó được đặt vào 1
cylinder không đúng, trên mỗi sector của các mặt đĩa dữ liệu đều có trường
ID, nếu nhận thấy ID là của track lận cận thì phải dịch chuyển đầu từ.Bằng
cách này vòng phản hồi là đóng và hệ thống có thể đảm bảo việc bám sát
đúng rãnh.
Việc điều khiển đầu từ theo chiều Z.Khi ổ đĩa không hoạt động, đầu từ tì
vào mặt đĩa do sức căng đàn hồi tĩnh của chính cần mang đầu từ.Bằng cách
đó vị trí của đầu từ so với mặt đĩa không phụ thuộc vào hướng đặt đĩa so với
trọng trường.Mặc dù diện tích đĩa ứng với 1 bit chỉ vào khoảng 0.3
µ

m x
0.7
µ
m nhưng nhờ tốc độ quay của ổ đĩa cứng ( tốc độ này không cho phép
đầu tử quệt xuống bề mặt đĩa và không cho phép đầu từ tách xa vị trí bit mà
nó đang đọc và ghi thêm một phần nhỏ micro mét ) Cộng với áp dụng hiệu
ứng mặt đất ( giữ cho khoảng cách giữa đầu từ và mặt đĩa nhỏ bằng khoảng
nửa bước song ánh sang màu da trời ) giữ cho đầu từ đủ gần mặt đĩa để có
thể lấy lên hoặc ghi xuống các tín hiệu từ trường biến đổi rất nhỏ trên diện
tích đó.
2 .Nguyên lý hoạt động đĩa CD
a .Cấu tạo đĩa CD
Các lỗ trên CD sâu 0,12 micron và rộng 0,6 micron ( 1 micron bằng
một phần ngàn mm ).Các lỗ này được khắc theo 1 track hình xoắn ốc với
khoảng cách 1.6 micron giữa các vòng, khoảng 16.000 track/ inch.Các lỗ
( pit ) và nền ( land ) kéo dài khoảng 0,9 đến 3,3 micron. Track bắt đầu từ
phía trong và kết thúc ở phía ngoài theo một đường khép kín các rìa đĩa 5
mm.Dữ liệu lưu trên CD thành từng khối ,mỗi khối chứa 2.352 byte. Trong
đó , 304 byte chứa các thông tin về bit đồng bộ, bit nhận dạng (ID), mã sửa
lỗi (ECC), mã phát hiện lỗi ( EDC ). Còn lại 2.048 byte chứa dữ liệu. Tốc độ
đọc chuẩn của CD-ROM là 75 khối/giây hay 153.600 byte/giây hay 150
KB/giây (1X )
Dưới đây là một số loại đĩa quang thông dụng:
+ CD ( Compact Disk ): Đĩa quang không thể xoá được, dùng trong
công nghiệp giải trí ( các đĩa âm thanh được số hoá.Chuẩn đĩa có đường kính
12 cm, âm thanh phát từ đĩa khoảng 60 phút ( không dừng ).
+ CD-ROM ( Compact Disk Read Only Memory ): Đĩa không xoá
dùng để chứa các dữ liệu máy tính.Chuẩn có đường kính 12 cm, lưu trữ dữ
liệu hơn 650 MB.Khi phát hành, đĩa CD-ROM đã có chứa nội dung.
4

Website: Email : Tel (: 0918.775.368
+ CD-R ( CD-Recordable ): giống như đĩa CD, đĩa mới chưa có thông
tin, người dùng có thể ghi dữ liệu lên đĩa một lần và đọc được nhiều lần.Dữ
liệu trên đĩa CD-R không thể bị xoá.
+ CD-RW ( CD-Rewritable): giống như đĩa CD, đĩa mới chưa có
thông tin, người dùng có thể ghi dữ liệu lên đĩa, xoá,và ghi lại dữ liệu trên
đĩa nhiều lần.
b .Nguyên lý hoạt động
Đĩa chất dẻo được phủ một lớp hợp kim, hợp kim này có tính chất là ở
nhiệt độ thấp chúng không nhạy cảm với từ trường nhưng ở nhiệt độ cao cấu
trúc phân tử của chúng sắp xếp lại theo từ trường tác động vào. Để sử dụng
tính chất này vào việc ghi thông tin, đầu ghi của ổ đĩa co 1 laser và 1 nam
châm. Tia laser chiếu 1 xung ánh sáng ngắn vào kim loại, nâng nhiệt độ của
nó tức thời lên cao, nhưng chưa đủ làm chảy hốc ( pit ), đồng thời nam châm
phát ra một từ trường theo 1 trong 2 hướng để sắp xếp lại các phần tử của
chất có tính chất quang từ.Khi xung laser hết, chỗ kim loại bị chiếu tia laser
đã bị từ hoá theo 1 trong 2 hướng biểu diễn bit 0 hoặc 1.
Quá trình đọc thông tin dựa trên sự phản chiếu các tia laser năng lượng
thấp từ lớp lưu trữ dữ liệu. Bộ phận tiếp nhận ánh sáng sẽ nhận biết được
những điểm mà tại đó tia laser bị phản xạ mạnh hay biến mất do các vết
khắc ( pit ) trên bề mặt đĩa.Các tia phản xạ mạnh chỉ ra rằng tại điểm đó
không có lỗ khắc và điểm này được gọi là điểm nền ( land ). Bộ nhận ánh
sang trong ổ đĩa thu nhận các tia phản xạ và khuếch tán được khúc xạ từ bề
mặt đĩa.Khi các nguồn sáng được thu nhận, bộ vi xử sẽ dịch các mẫu sáng
thành các bit dữ liệu hay âm thanh.
Thông tin được ghi trên đĩa bằng cách dùng thiết bị laser để đốt cháy
lớp phản xạ tạo thành rãnh cực nhỏ trên bề mặt theo hình xoay trôn ốc.Các
vết cháy và khoảng cách giữa chúng thể hiện các chữ số 0 hoặc 1.
II . Các chuẩn của ổ đĩa cứng và đĩa CD
1.Các chuẩn của ổ đĩa cứng

a .Các chuẩn giao diện của ổ đĩa cứng
Những bước tiến trong công nghệ sản xuất đĩa cứng có liên quan tới 4
kiểu điều khiển đĩa – HDC ( Hard Disk Controller ): ST506 , ESDI, SCSI và
IDE.Chúng được sử dụng rộng rãi và được sử dụng làm các chuẩn công
nghiệp.
• Chuẩn ST506 (ST – Seagate Technology)
5