THIẾT BỊ LƯU TRỮ

Bi ging KTSC Mỏy tớnh H.V.H

133
2 3 RxD - Receive Data Lối vào
3 2 TxD - Transmit Data Lối ra
4 20 DTR - Data Terminal Ready Lối ra
5 7 GND - Nối đất
6 6 DSR - Data Set Ready Lối vào
7 4 RTS - Request to send Lối vào
8 5 CTS - Clear to send Lối vào
9 22 RI - Ring Indicator Lối vào

Từ hình vẽ chúng ta thấy cổng nối tiếp RS232 có tổng cộng 8 đờng dẫn cha kể đờng nối đất. Trên
thực tế có hai loại phích cắm 9 chân và 25 chân, cả hai loại này đều có chung một đặ điểm khắc hẳn với cổng
máy in là ở chổ nối với máy in ở máy tính PC là ổ cắm trong khi ở cổng nối tiếp lại là phích cắm nhiều chân.
Việc truyền dữ liệu xảy ra ở trên hai đờng dẫn. Qua chân cắm ra TxD máy tính gởi các dữ liệu của nó
đến máy kia. Trong khi đó các dứ liệu mà máy tính nhận đợc, lại dẫn đến chân nối RxD. Các tín hiệu khác
đóng vai trò nh là những tín hiệu hỗ trợ khi trao đổi thông tin và vì thế không phải trong mọi ứng dụng đều
dùng đến.

CHNG 11 : THIT B LU TR
Mc tiờu : sau khi hc xong, hc sinh cú kh nng
- Phõn bit cỏch lu tr t v quang
- Trỡnh by cu to ca cỏc thit b lu tr
- ra gii phỏp khc phc cỏc s c ca thit b lu tr
Yờu cu : nm cu trỳc phn cng mỏy tớnh
Ni dung :


Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà

134
- Các nguyên tắc lưu trữ
- Lưu trữ đĩa mềm
- Lưu trữ đĩa cứng
- Lưu trữ quang học
- Các thiết bị lưu trữ tháo lắp được
- Cài đặt và cấu hình ổ đĩa
I. NHIỆM VỤ VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA THIẾT BỊ LƯU TRỮ
- Lưu trữ phần mềm hệ thống (hệ điều hành, chương trình ứng dụng)
- Lưu trữ toàn bộ dữ liệu đã xử lý và đang xử lí, lưu trữ với dung lượng lớn và thông tin được
lưu trữ trong thời gian dài.
- Dựa trên nguyên tắc lưu trữ từ, quang hoặc quang từ
Như vậy, thông tin ghi lên vật liệu từ gọi là đĩa từ, để đọc/ghi dữ li
ệu có ổ đĩa từ. Thông tin ghi
lên vật liệu quang gọi là đĩa quang, để đọc/ghi dữ liệu có ổ quang.
II. Ổ ĐĨA TỪ
II.1 Nguyên tắc lưu trữ thông tin trên vật liệu từ
- Các bit dữ liệu của máy vi tính được biểu diễn dưới dạng nhị phân, được lưu trữ bằng cách từ
hoá lớp từ (oxit sắt từ) trên mặt đĩa hay băng từ theo một dạng thức nhất định nhằm mô tả dữ liệu
(thông tin là một chuổi các phần tử nhiễm từ, trạng thái bit được lưu trữ theo hướng của từng phần tử).
Dạng thức từ
tính sau đó có thể đọc và chuyển ngược thành các bit chính xác như ban đầu.
- Tất cả các thiết bị lưu trữ từ (ổ cứng, ổ mềm) đều đọc và ghi dữ liệu bằng cách sử dụng hiện
tượng điện từ.
* Các khái niệm cơ bản về điện từ :
+ Tính từ thẩm (hay còn gọi là tính chất dẫn từ) : Là tính chất cho từ thông đi xuyên qua một
cách dễ
dàng.
+ Tính duy trì từ tính : thể hiện khả năng lưu lại của từ tính sau khi ngừng tác dụng của từ tường
ngoài, còn gọi là tính bị nhiễm từ.

+ Chất sắt từ : chất có độ từ thẩm và khả năng duy trì từ tính cao. Được sử dụng làm lớp từ để
lưu trữ thông tin.
II.2 Các phương pháp lưu trữ trên đĩa từ
- Có hai phương pháp :
+ Phương pháp đọc (vuông góc với bề mặt phim)
+ Phương pháp ngang (song song với bề mặt phim). Phương pháp này có điểm lợi là lưu trữ
được trên cả hai mặt đĩa và cấu tạo đơn giản, rẻ tiền.
- Phương pháp dọc không phổ biến trong đĩa cứng nhưng được dùng trong đĩa mềm hay đĩa
quang có mật độ từ cao.
- Hiện nay, người ta đang nghiên cứu chế tạo công nghệ mớ
i như :
+ Công nghệ từ khổng lồ GMR (Giant Magneto Resistive) : Dùng hợp kim niken - Sắt làm bề
mặt đĩa. Mật độ thông tin của đĩa GMR hiện tại là 4.1Gbit/inch vuông. Loại đĩa này có đầu từ dày
0.04µm. Lợi điểm là mật độ lưu trữ lớn, kích thước ổ đĩa giảm, thời gian truy nhập giảm dẫn đến tốc
độ truyền cao.
+ Công nghệ chế tạo OAW (Optically Assisted Winchester) dựa trên nguyên tắc của đĩa quang
từ
MO (Magneto Optical Disk). Tai Laser được dùng để đọc và ghi dữ liệu trên vật liệu từ.


Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà

135
III.3 Đầu từ và việc đọc/ghi (Read/Write Head)
- Nguyên lý cấu tạo đầu từ gần giống nam châm điện, trong lõi đầu từ được làm bằng hợp kim
có độ từ thẩm cao nhưng không có tính duy trì từ tính. Lõi hình khuyên, có khe hở nhỏ đồng thời là
điểm tiếp xúc với lớp oxyt của băng hay đĩa từ. Dây dẫn được quấn quanh khung này thường có điểm
nối đất để khử nhiễu.

Hình 1 : Cấu tạo đầu từ
a. Khi ghi
Dòng điện chạy trong cuộn dây AB có cườn độ tương ứng với các bit thông tin cần ghi, dòng
điện này tạo ra một từ trường xác định trong lõi hình khuyên. Qua khe hở, từ thông của từ trường đi
xuyên xuống lớp oxyt sắt từ "sắp xếp" các hạt chất sắt từ của lớp sắt từ chạy qua khe hở đầu từ theo
hướng nhất định và phụ thuộc vào chiều của đườ
ng sức đó. Dòng điện chạy trong cuộn dây AB thay
đổi theo quy luật của tín hiệu cần ghi.
Tóm lại : Hướng nhiễm từ cũng như chiều của từ trường phụ thuộc vào chiều của dòng điện
trong cuộn dây. Như vậy, bằng cách thay đổi chiều dòng điện trong cuộn dây đầu ghi có khả năng lưu
trữ hai trạng thái nhiễm từ tương ứng với bit "0" và "1" của dữ
liệu.
b. Khi đọc
Ngược với quá trình ghi, khi đọc thông tin sự thay đổi chiều "sắp xếp" các phần tử từ dọc theo
đường ghi sẽ tạo nên chiều thay đổi của từ trường trong lõi đầu từ. Sự thay đổi này sẽ tạo ra dòng điện
cảm ứng trong cuộn dây AB, dòng điện này mang thông tin đã ghi lên đĩa. Các thông tin không bị xoá
trong quá trình đọc.
Ổ đĩa từ (đĩa mềm, đĩa cứng) thường k

ết hợp đầu đọc và đầu ghi trên một đầu từ. Số vòng dây
từ 5 - 50. Khoảng cách giữa đầu từ và mặt đĩa là 50 µm.
II.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ SỐ LIỆU GHI LÊN ĐĨA
a. Phương pháp điều chế
Phương pháp điều chế là quá trình gắn hàm tin tức S(t) vào tải tin bằng cách làm biến đổi một
hay nhiều thông số gọi là thông số điều chế của tải tin đó theo quy luật biến thiên của hàm S(t)
b. Phương pháp điều biên AM (Amplitude Modulnation)
Phương pháp điều biên là làm cho biên độ của tải tin biến đổi theo quy luật của hàm mang tin.
Biểu thức thời gian của tín hiệu điệ
n áp được biểu diễn như sau :
U
AM
(t)=U
o
(1 + S(t)).cos(ω
o
t)=K(t).U(t)
Với K(t) =1 + S(t) ; U(t) U
o
cos(ω
o
t)
c. Phương pháp điều tần FM (Frequency Modulnation)
- Dùng hàm số mang tin S(t) khống chế trực tiếp tần số mạch giao động tải tin.
lớp ôxyt sắt từ
A
B


Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà

136
- Các mạch dao động tải tin thông dụng là LC và RC mà tần số tạo ra chỉ phụ thuộc vào L, R,
hay C của mạch. Biểu thức thời gian của tín hiệu điều tần :
U
AM
(t)=U
o *
sin((ω
o
+ S(t)))
d. Các phương pháp mã hoá thông dụng đối với đĩa từ
- Phương pháp mã hoá FM
- Phương pháp điều biên cải tần MFM (Modifiel Frequency Modulnation)
- Phương pháp điều tần cải biên hai lần M
2
FM (Modifiel Modifiel Frequency Modulnation)
- Phương pháp mã hoá nhóm GCR (Group Code Recording)
III. ĐĨA MỀM VÀ Ổ ĐĨA MỀM
III.1 Cấu tạo và các chỉ tiêu kỹ thuật của đĩa mềm
- Đĩa mềm (Floppy Disk) 3.5 inch (1.44 Mb) được dùng làm bằng chất dẻo, trên bề mặt được
phủ một lớp vật liệu sắt từ (oxyt sắt, coban....) trộn với keo dính. Đĩa mềm được đặt trong một bao
nhựa tương đối cứng.
- Mặt đĩa (Side/Head) : thông tin có thể ghi trên một hoặc hai mặt đĩa, mỗi mặt đĩa cần phải có
một đầu từ đọc/ghi. Các đĩa dùng một mặt kí hiệu là SS (Single Side), hai m
ặt là DS (Double Side).
Các đĩa ghi dữ liệu theo mật độ kép, sử dụng phương pháp MFM.
- Rãnh (Track) : là các đường tròn đồng tâm. Dữ liệu được ghi trên đó hay còn gọi là rãnh, được
đánh số từ ngoài vào tâm theo thứ tự từ nhỏ tới lớn, rãnh ngoài cùng là rãnh 0.
- Trụ (Cylinder) là các cặp rãnh có cùng chỉ số gọi là Cylinder (từ trụ)

- Cung (Sector) : Mỗi rãnh được chia làm nhiều phần bằng nhau gọi là cung (Sector), số cung
/rãnh có thể là 8, 9, 15 hoặc 18 tuỳ thuộc vào cách phân chia và loại đĩa (quá trình này được thực hi
ện
trong nhà máy). Mỗi sector chứa 512 byte dữ liệu.
Ví dụ : Đĩa mềm : dung lượng 1,44MB có 80 rãnh, 18 sector/rãnh, 2 đầu từ/mặt, tốc độ quay
360 vòng/phút (RPM), tốc độ truyền dữ liệu 500Kbps (Kilobit/giây).
Tất cả các track, sector được đánh số theo thứ tự tăng dần như sau : Track được đánh số khởi
đầu từ 0 kể từ vòng ngoài vào. Đầu từ (Head) cũng được đánh số từ 0 đi từ trên xuống dưới trong khi
đó sector được đánh số từ 1 trở đi.
III.2 Tổ chức rãnh theo tiêu chuẩn JBM
- Trước khi đưa đĩa vào sử dụng phải phân chia đĩa (Format đĩa). Việc chia được thực hiện theo
quy cách thống nhất của hệ điều hành. Thường mỗi cung (Sector) gồm các trường chính sau :
+ Trường địa chỉ ID (Identifier - Field)
+ Trường số liệu
+ Trường đồng bộ : Được ghi ở trước mỗi trường địa chỉ, gồm các byte 0FFH và 00H dùng để
nhận biết đúng các byte đánh dấu.
+ Khoảng trống (Gaps) : phân cách các tr
ường địa chỉ và các setor, trên đó có ghi các số liệu,
cùng được tạo ra một lần với các trường địa chỉ và trường số liệu khi Format đĩa.
Hiện nay, hầu hết các đĩa mềm bán ra đã được các nhà sản xuất Format
III.3 Ổ đĩa mềm FDD (Foppy Disk Drive)
a. Cấu tạo
Gồm có hai phần chính :
+ Phần cơ khí : mô tơ, thanh kẹp, đĩa từ ....
+ Phần điện tử : điều khiển động cơ cũng như các bộ phận đọc /ghi và giải mã.
- Ổ đĩa phải đảm bảo tốc độ quay chính xác (360 vòng/phút) và khả năng định vị đầu từ chính
xác trong thời gian rất ngắn.
- Ổ đĩa mềm thực hiện các chứ
c năng sau :

Bài giảng KTSC Máy tính H.V.Hà

137
+ Quay đĩa mềm với tốc độ quy định
+ Dịch chuyển đầu từ đọc/ghi cho nó tiếp xúc với mặt đĩa.
+ Thông báo trạng thái của ổ đĩa (vị trí đầu từ, trạng thái sẵn sàng làm việc, có cấm ghi không,
lỗi đọc, ghi....)
+ Ghi và đọc dữ liệu.
- Các bộ cảm biến :
+ Cảm biến lổ chỉ số : Các mạch điện tử kiểm soát đâu là nơi bắt
đầu của sector.
+ Cảm biến rãnh 0 : khi mới bật máy, mạch điều khiển ổ đĩa không biết đầu từ đang ở trên rãnh
nào nên cần phải có một lệnh chuẩn lại vị trí ban đầu. Lệnh này phát tới mạch điều khiển phát ra những
xung bước cho tới khi đầu từ tiến đến rãnh 0, vị trí này được xác địng bởi cảm biến rãnh 0.
+ Cảm biến chống ghi : Xác định xem khe hở
"Write Protect" ở góc đĩa có bị chắn không.
b. Nguyên lý hoạt động
- Có hai đầu đọc/ghi cho hai mặt đĩa. Đầu đọc/ghi chuyển động tịnh tiến theo bán kính đĩa bằng
một động cơ bước. Trục vít biến chuyển động quay của môtơ thành chuyển động tịnh tiến. Khi đưa đĩa
vào ổ đĩa, đĩa được bộ phận giữ cố định. Muốn lấy đĩa ra cần ấn nút tr
ả đĩa (ejector button). Nút này
truyền chuyển động sang cơ cấu trượt đưa đĩa ra khỏi trục quay động cơ và bật ra ngoài.
- Đầu đọc ghi là bộ phận quan trọng nhất. Khi đĩa được đưa vào, hai đầu đọc ghi cho hai mặt đĩa
được kẹp xuống tiếp xúc với mặt đĩa. Vì đầu từ tiếp xúc trực tiếp với đĩa nên mặt đĩa trường được tráng
một lớp giảm ma sát m
ỏng. Đầu đọc/ghi được gá trên một trục dẫn song song với trục vít của động cơ
bước. Mỗi đầu từ có cáp mềm nối ra bản mạch điều khiển. Các đầu từ ổ đĩa mềm thường có ba cuộn
dây cuốn trên ba lõi sắt, hai cuộn cho đầu từ đọc/ghi của hai mặt và một cuộn xoá.
- Động cơ quay là động cơ điện một chiều, chuyển m

ạch theo phương pháp điện tử mà không
cần chổi quét. Stator được cấy trên bản mạch, rôto còn có nhiệm vụ của bánh đà và trục quay. Động cơ
này được điều khiển bằng vòng kín. Tốc độ quay luôn luôn được đảm bảo 360 vòng/phút.
- Động cơ bước : Có khả năng quay theo từng bước nhỏ. Chuyển động quay của môtơ bước biến
thành chuyển động tịnh tiến của đầu từ
.
c. Bo mạch điều khiển
Bo mạch này chứa các mạch tương thích nối ra của các cảm biến, các mạch điều khiển môtơ,
các mạch khuyếch đại, mạch điều khiển ổ đĩa...
Giao diện với máy vi tính : Một ổ cắm nguồn điện và một ổ cắm tín hiệu. Ổ cắm nguồn bố trí
như sau :
+ Chân 1 : +12V ; Chân 2 : GND Chân 3 : GND; Chân 4 : +5V
Ổ cắm tín hiệu 34 chân các chân l
ẻ đều được tiếp đất. Các tín hiệu này đều dùng điện thế TTL
(Transitor - Transitor - Logic) : có nghĩa là các mức tín hiệu 0 ứng với điện áp 0-2V còn mức tín hiệu 1
ứng với mức điện áp 2,5 -> 5v.
IV. CẤU TẠO ĐĨA CỨNG VÀ Ổ ĐĨA CỨNG
- Một đĩa cứng gồm có 4 thành phần sau :
+ Các đĩa phẳng + Các đầu đọc/ghi
+ Môtơ quay đĩa + Mạch tích hợp
IV.1 Cấu tạo các đĩa phẳng
- Đĩa được làm từ vật liệu cứng như nhôm hay thuỷ tinh, trên đó có phủ một lớp niken.
- Phía trên là màng từ lưu trữ dữ liệu (Cobant)
- Bề mặt trên cùng được phủ một lớp chống ma sát (Graphic hay sophia)
Do có cấu tạo cơ học bền nên đĩa có thể quay nhanh với tốc độ : 5400, 7200 hay 10.000
vòng/phút (ký hiệu 5.400, 7.200, 10.000 RPM : Round Per Minute)