Chủ đề: Tìm hiểu thiết bị lưu trữ dữ liệu từ tính ổ đĩa cứng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
----🙞🙞🙞🙞🙞----

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu về thiết bị lưu trữ dữ liệu từ tính
(ổ đĩa cứng).
u cầu: Trình bày được cấu tạo và nguyên lý ghi/đọc dữ liệu của ổ đĩa từ
(ổ đĩa cứng). Các thơng số và đặc tính kỹ thuật của ổ đĩa cứng ngày nay.
Giáo viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Thanh Hải
Nhóm thực hiện: Nhóm 8- Lớp CNTT06 K14
Thành viên nhóm thực hiện:
1.
2.
3.
4.
5.

Phạm Văn Biển
Tạ Việt Khang
Nguyễn Thị Mới
Nguyễn Văn Ngọc
Nguyễn Công Quyết

Hà Nội, Ngày 18 tháng 11 năm 2020
1


Mục Lục

Lời mở đầu:.............................................................................................................3
Phần I, Khái niệm về ổ đĩa cứng:............................................................................4
1.1, Khái niệm về ổ đĩa cứng:............................................................................4
1.2, Tổng quan về ổ đĩa cứng:...........................................................................4
Phần II, Cấu tạo của ổ đĩa cứng..............................................................................5
2.1, Cụm đĩa:......................................................................................................5
2.2, Cụm đầu đọc................................................................................................6
2.3, Cụm mạch điện:..........................................................................................7
2.4, Vỏ đĩa cứng:.................................................................................................7
Phần III, Nguyên lý hoạt động của ổ đĩa cứng........................................................9
3.1, Giao tiếp với máy tính:...............................................................................9
3.2 , Đọc và ghi dữ liệu trên bề mặt đĩa:........................................................10
Phần IV: Các thông số kĩ thuật và đặc tính kĩ thuật của ổ đĩa cứng......................11
4.1, Dung lượng...............................................................................................11
4.2,Tốc độ quay của ổ đĩa cứng.......................................................................11
4.3, Các thông số về tốc độ thời gian trong ổ đĩa cứng.................................12
4.3.1, Thời gian tìm kiếm trung bình..............................................................12
4.3.2, Thời gian truy cập ngẫu nhiên..............................................................12
4.3.3, Thời gian làm việc tin cậy....................................................................13
4.4 , Bộ nhớ đệm..............................................................................................13
4.5, Tốc độ truyền dữ liệu................................................................................13
4.6, Kích thước của ổ đĩa cứng........................................................................15
4.7, Sử dụng điện năng:...................................................................................15
4.8, Một số thông số khác................................................................................16

2


Lời mở đầu:
Sau đây là phần trình bày về “Nghiên cứu tìm hiểu về thiết bị ổ đĩa từ tính(

ổ đĩa cứng)” của nhóm chúng em. Trong q trình làm bài cịn nhiều thiếu sót,
chúng em rất mong có thể nhận được những nhận xét từ thầy để bài làm của
chúng em được hoàn thiện hơn!

3


Phần I, Khái niệm về ổ đĩa cứng:
1.1, Khái niệm về ổ đĩa
cứng:
Ổ đĩa cứng hay còn
gọi là ổ cứng (tiếng Anh :Hard
Drive Disk, viết tắt: HDD) là
thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu
trên bề mặt các tấm đĩa hình trịn
phủ vật liệu từ tính.
Ổ đĩa cứng là loại bộ nhớ “
khơng thay đổi” (non_volatile),
có nghĩa là chúng khơng bị mất dữ liệu khi ngừng cung cấp nguồn điện cho
chúng.
(Từ tính tiếng Anh:magnetic property) là một tính chất của vật liệu hưởng
ứng dưới tác động của một từ trường. Từ tính có nguồn gốc từ lực từ,lực này
ln đi liền với lực điện nên thường được gọi là lực điện từ) Lực điện từ sinh
ra khi các hạt tích điện chuyển động ví như các điện tử chuyển động trong
dòng điện.
Ổ đĩa cứng là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống bởi 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 của các thiết bị khác trong hệ thống
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 khó lấy lại được.

1.2, Tổng quan về ổ đĩa cứng:
Ổ đĩa cứng là một khối duy nhất, các đĩa cứng được lắp ráp cố định trong
ổ ngay từ khi sản xuất nên không thể thay thế được các “đĩa cứng” như với
cách hiểu như đối với ổ đĩa hoặc ổ đĩa quang.
Ổ đĩa cứng(hay còn gọi là ổ cứng) thường được biết đến như là một bộ
phận của máy tính với việc 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 cơng nghệ ổ đĩa cứng có kích thước
ngày càng nhỏ đi, trong khi dung lượng thì ngày càng tăng lên.
Trong quá khứ, những thiết kế đầu tiên của ổ đĩa cứng chỉ dành cho máy
tính, nhưng ngày nay, ổ đĩa cứng còn được sử dụng trong các thiết bị điện tử
khác như máy nghe kĩ thuật số, máy ảnh kĩ thuật số, điện thoại di động thông
minh(smart phone), máy quay phim kĩ thuật số, thiết bị kĩ thuật số hỗ trợ cá
nhân.v.v...
4


Không chỉ tuân theo các theo thiết kế ban đầu, ổ đĩa cứng đã có những
bước tiến cơng nghệ nhằm giúp lưu trữ và truy xuất dữ liệu nhanh hơn ,ví dụ:
sự xuất hiện của các ổ đĩa cứng lại giúp cho hệ điều hành hoạt động tối ưu hơn,
giảm thời gian khởi động của hệ thống, tiết kiệm năng lượng; sự thay đổi
phương thức ghi dữ liệu trên các đĩa từ làm cho sự thay đổi phương thức ghi dữ
liệu trên các đĩa từ làm cho dung lượng mỗi ổ đĩa từ làm cho dung lượng mỗi ổ
đĩa cứng tăng lên đáng kể.
Phần II, Cấu tạo của ổ đĩa cứng
2.1, Cụm đĩa:
Bao gồm: Toàn bộ các đĩa, trục quay và động cơ
+ Đĩa từ(platter):
- Là một đĩa kim loại hình trịn được gắn bên trong ổ cứng, một số đĩa
được gắn trên trục chính( spindle motor) để tạo nhiều bề mặt lưu trữ dữ liệu

trong một không gian nhỏ hơn.
-Thường bằng nhơm hoặc thủy tinh,phủ một lớp ơxít sắt ba hoặc một lớp
hợp kim coban mỏng( lớp vật liệu từ tính để chứa dữ liệu).
Đĩa từ gồm 3 lớp:
 Lớp nền: Vật liệu được sử dụng phổ biến là hợp kim nhôm hoặc
thủy tinh, để hỗ trợ cho lớp phương tiện.
 Lớp phương tiện: Là lớp phủ vật liệu từ tính mỏng bằng cách sử
dụng q trình lắng đọng chân không( phún xạ magnetron) được sử dụng cho
bề mặt của đĩa và là nơi lưu trữu dữ liệu thực tế.Độ dày của nó chỉ bằng một
vài phần triệu của một inch.
 Lớp bảo vệ: Là lớp bôi trơn, bảo vệ siêu mỏng. Nhằm bảo vệ ổ đĩa
khỏi các hư hại gây ra do tiếp xúc với đầu đọc hoặc các vật liệu là khác từ bên
ngoài xâm nhập vào ổ đĩa.
- Tùy theo hãng sản xuất mà số lượng đĩa cố thể nhiều hơn một và các đĩa
này được sử dụng một hoặc cả hai mặt trên và dưới.
- Các đĩa này được gắn song song, quay đồng trục, cùng tốc độ với nhau
khi hoạt động.
+ Động cơ và trục quay:
Các đĩa từ được gắn liền lên trục quay nối trực tiếp với động cơ quay đĩa
cứng. Trục quay có nhiệm vụ truyền chuyển động quay từ động cơ đến các đĩa
từ. Trục quay được chế tạo bằng các vật liệu nhẹ như hợp kim nhôm và được
chế tạo tuyệt đơi chính xác để đảm bảo trọng tâm của chúng không bị sai lệch.
5


2.2, Cụm đầu đọc
+ Đầu đọc/ ghi(head):
Là phần giữa phương tiện từ tính nơi lưu trữ dữ liệu và các thành phần
điện tử trong đĩa cứng. Đầu đọc chuyển thông tin ở dạng bit thành xung từ khi
được lưu trữ trên đĩa từ và

đỏa nươc
Đầu đọc ghi đơn giản
được cấu tạo gồm lõi ferit và
cuộn dây( giống như nam
châm điện). Đầu đọc trong
đĩa cứng có cơng dụng đọc
dữ liệu dưới dạng từ hóa trên
bề mặt đĩa từ hóa lên các bề
mặt đĩa ghi dữ liệu. Số đầu
đọc ghi luôn bằng số mặt
hoạt động được của các đĩa
cứng.
+ Cần di chuyển đầu đọc/ ghi (heard arm hoặc actuator arm):
Đầu đọc/ ghi được gắn vào cần di chuyển đầu đọc/ ghi. Cần có nhiệm vụ
di chuyển theo
phương song song
với các đĩa từ ở
một khoảng cách
nhất định, dịch
chuyển và định vị
chính xác đầu đọc
tại các vị trí từ mép
đĩa đến vùng phía
trong của đĩa( phía
trục quay). Các cần
di chuyển đầu đọc
được di chuyển đồng thời với nhau do chúng gắn chung trên một trục
quay( đồng trục).

6

2.3, Cụm mạch điện:
+Mạch điều khiển:
- Có nhiệm vụ điều khiển động cơ đồng trục, điều khiển sự di chuyển của
cần di chuyển đầu đọc để đảm bảo đến đúng vị trí trên bề mặt đĩa.
+Mạch xử lý dữ liệu:
- Dùng để xử lý những dữ liệu đọc/ghi của ổ đĩa cứng.
+ Bộ nhớ đệm (cache hoặc buffer):
- Là nơi tạm lưu dữ liệu trong quá trình đọc/ghi dữ liệu. Dữ liệu trên bộ
nhớ đệm sẽ mất đi khi ổ đĩa cứng ngừng được cấp điện.
+ Đầu cắm nguồn: Cung cấp điện cho ổ đĩa cứng.
+Đầu kết nối: Giao tiếp với máy tính.
+ Các cầu nối (jumper): Lựa chọn chế độ làm việc của ổ đĩa cứng (SATA
150 hoặc SATA 300) hay thứ tự trên các kênh trên giao tiếp IDE (master hay
slave hoặc tự lựa chọn), lựa chọn các thông số làm việc khác…

2.4, Vỏ đĩa cứng:
Phần đế chứa các linh kiện gắn trên nó, phần nắp đậy lại để bảo vệ các linh kiện
bên trong. Vỏ ổ đĩa cứng có chức năng chính nhằm định vị các linh kiện, chịu
đựng sự va chạm (ở mức độ thấp) để bảo vệ ổ đĩa cứng và đảm bảo độ kín khít
để khơng cho phép bụi được lọt vào
bên trong của
ổ đĩa cứng.
Trên vỏ bảo vệ
có các lỗ
thống đảm
bảo cản bụi và
cân bằng áp
suất giữa mơi

trường bên
ngồi và mơi
trường khơng
khí có độ sạch cao bên trong.
Cấu trúc dữ liệu của đĩa từ:

7


Để duy trì việc lưu trữ dữ liệu và truy xuất dữ liệu có tổ chức, các đĩa từ
được sắp xếp thành các cấu trúc cụ thể bao gồm các track(rãnh ), sector và
cluster.
+ Track:
Trên một mặt làm việc của đĩa từ chia ra
nhiều vòng tròn đồng tâm tạo thành các track
(rãnh) để xác định các vùng lưu trữ dữ liệu
riêng biệt trên mặt đĩa. Bắt đầu từ số 0 ở bên
ngoài của đĩa từ, số track tăng dần khi vào
trong. Track trên ổ đĩa cứng không cố định từ
khi sản xuất, chúng có thể thay đổi vị trí khi
định dạng cấp thấp ổ đĩa (low format).
Khi một ổ đĩa cứng đã hoạt động nhiều
năm liên tục, phần cơ của nó sẽ bị bào mịn
và làm việc khơng chính xác như khi mới sản
xuất. Nếu kiểm tra bằng các phần mềm cho
thấy nhiều vùng trên đĩa bị hư hỏng (bad
block) thì nên tín hành format cấp thấp cho
nó để tái cấu trúc lại các track cho phù hợp
hơn với sự xuống cấp của phần cơ.
+ Sector:

Mỗi track được chia thành những phần
nhỏ bằng các đoạn hướng tâm tạo thành các
sector (cung từ). Sector là đơn vị lưu trữ dữ
liệu nhỏ nhất trên ổ cứng. Theo chuẩn thơng
thường thì một sector chứa (dung lượng) 512
byte. Số sector trên các track từ phần rìa đĩa
vào đến vùng tâm đĩa là khác nhau, các ổ đĩa
cứng đều chia ra hơn 10 vùng mà trong mỗi vùng có số sector/track bằng nhau.
+ Cluster:
Trong lĩnh vực lưu trữ dữ liệu (đĩa mềm hoặc đĩa cứng) ở mức độ hệ điều
hành (HĐH), cluster (liên cung) là một đơn vị lưu trữ gồm một hoặc nhiều
sector. Khi HĐH lưu trữ một tập tin vào đĩa, nó ghi tập tin đó vào hàng chục,
có khi hàng trăm cluster liền nhau. Nếu khơng sẵn cluster liền nhau, HĐH sẽ
tìm kiếm cluster cịn trống ở kế đó và ghi tiếp tập tin lên đĩa. Quá trình cứ tiếp
tục như vậy cho đến khi toàn bộ được cất giữ hết.

8


+ Cylinder:
Tập hợp các track cùng bán kính ở các mặt
đĩa khác nhau tạo thành các cylinder (trụ). Trên
đĩa hai mặt, một cylinder sẽ bao gồm rãnh 1 của
mặt trên và rãnh 1 của mặt dưới. Trên các đĩa
cứng sắp xếp cái này chồng lên cái kia, một
cylinder gồm các rãnh trên cả hai mặt của tất cả
các đĩa. Trên một ổ đĩa cứng có nhiều cylinder
bởi có nhiều track trên mỗi mặt đĩa từ.
+ Đọc và ghi dữ liệu trên bề mặt đĩa:
Sự hoạt động của đĩa cứng cần thực hiện đồng thời

hai chuyển động: Chuyển động quay của các đĩa và chuyển động ra vô của
các đầu đọc. Đĩa từ quay được nhờ gắn cùng trục với động cơ và có tốc độ rất
lớn từ 3600 đến 15.000 vịng/phút. Mỗi loại ổ đĩa cứng có một tốc độ nhất định
tùy theo công nghệ chế tạo.
Khi đĩa cứng quay đều, cần di chuyển đầu đọc sẽ di chuyển đến các vị trí
trên bề mặt phủ vật liệu từ theo phương bán kính của đĩa. Chuyển động này kết
hợp với chuyển động quay của đĩa có thể làm đầu đọc/ghi tới bất kỳ vị trí nào
trên bề mặt đĩa.
Tại các vị trí cần đọc ghi, đầu đọc/ghi có các bộ cảm biến với điện trường
để đọc hay ghi dữ liệu.
Dữ liệu được ghi/đọc đồng thời trên mọi đĩa. Việc thực hiện phân bổ dữ
liệu trên các đĩa được thực hiện nhờ các mạch điều khiển trên bo mạch của ổ
đĩa cứng.
Phần III, Nguyên lý hoạt động của ổ đĩa cứng
3.1, Giao tiếp với máy tính:
Tồn bộ cơ chế đọc/ ghi dữ liệu chỉ được thực hiện khi máy tính( hoặc các
thiết bị sử dụng ổ đĩa cứng) có yêu cầu truy xuất dữ liệu hoặc cần ghi dữ liệu
vào ổ đĩa cứng. Việc thực hiện giao tiếp với máy tính do bo mạch chủ của ổ đĩa
cứng đảm nhiệm,
Ta biết rằng máy tính làm việc khác nhau theo từng phiên làm việc, từng
nhiệm vụ mà không theo một kịch bản nào, do đó q trình đọc và ghi dữ liệu
ln ln xảy ra, do đó các tập tin ln bị thay đổi, xáo trộn vị trí. Từ đó dữ
liệu trên bề mặt đĩa cứng không được chứa một cách liên tục mà chúng nằm rải
rác khắp nơi trên bề mặt vật lý. Một mặt khác, máy tính có thể xử lý đa
nhiệm( thực hiện nhiều nhiệm vụ trong cùng một thời điểm) nên cần phải truy
cập đến các tập tin khác nhau ở các thư mục khác nhau.
Như vậy cơ chế đọc và cơ chế ghi dữ liệu ở ổ đĩa cứng không đơn thuần
thực hiện theo một tuần tự mà chúng có thể truy cập và ghi dữ liệu ngẫu nhiên

9

tại bất kì điểm nào trên bề mặt đĩa từ, đó là đặc điểm khác biệt nổi bật của ổ đĩa
cứng so với các hình thức lưu trữ truy cập tuần tự( như băng từ).
Thông qua giao tiếp với máy tính, khi giải quyết một tác vụ, CPU sẽ địi
hỏi dữ liệu( nó sẽ hỏi tuần tự các bộ nhớ khác trước khi đến đĩa cứng mà thứ
tự thường là cache L1->cache L2-> RAM) và đĩa cứng cần truy cập đến các dữ
liệu chứa trên nó. Khơng sơn thuần như vậy CPU có thể địi hỏi nhiều hơn một
tập tin dữ liệu tại một thời điểm, khi xảy ra các trường hợp:
1.Ổ đĩa cứng chỉ đáp ứng một yêu cầu truy nhập dữ liệu trong một thời
điểm, các yêu cầu được đáp ứng tuần tự.
2. Ổ đĩa cứng đồng thời đáp ứng các yêu cầu cung cấp dữ liệu theo
phương thức riêng của nó.
Trước đây đa số các ổ đĩa cứng đều thực hiện theo phương thức 1, có nghĩa là
chúng chỉ truy cập từng tập tin cho CPU. Ngày nay các ổ đĩa cứng đã được tích
hợp các bộ nhớ đệm (cache) cùng các công nghệ riêng của chúng (TCQ, NCQ)
giúp tối ưu cho hành động truy cập dữ liệu trên bề mặt đĩa nên ổ đĩa cứng sẽ thực
hiện theo phương thức thứ 2 nhằm tăng tốc độ chung cho toàn hệ thống.
NCQ (NCQ - Native Command Queuing) là một đặc điểm mà được dùng
cho nhiều ổ cứng SATA trong những năm trước đây. Sắp hàng lệnh (Command
queuing) là công nghệ được giới thiệu vào năm 1994 cùng với công nghệ TCQ
(Tagged Command Queuing) được dùng trong những ổ cứng chuẩn SCSI 2.
Công nghệ này cho phép tăng hiệu suất của ổ cứng lên một cách có ý nghĩa khi
dùng trong môi trường máy chủ bằng cách sắp xếp lại các lệnh gửi tới ổ cứng, tối
ưu hoá chúng do đó chỉ cần di chuyển đầu từ ít có thể khi phục vụ những lệnh
Ví dụ: có bốn yêu cầu được gửi tới ổ đĩa liên quan tới việc truy cập đọc hoặc
ghi) dữ liệu trên rãnh 8 ,4 ,7 và 1. Trong ví dụ này đầu Đọc/Ghi của ổ đĩa đang ở
vị trí rãnh 0 trước những yêu cầu trên để gửi tới ổ đĩa. Ổ đĩa khơng có NCQ sẽ
phục vụ những u cầu theo thứ tự mà chúng nhận được, khi ổ đĩa có sử dụng
công nghệ TCQ hoặc NCQ sẽ sắp xếp lại thành 1,4,7,8.

3.2 , Đọc và ghi dữ liệu trên bề mặt đĩa:
+ Cách thức tổ chức ghi dữ liệu cơ bản của ổ đĩa cứng:
Ổ đĩa cứng là thiết bị lưu trữ có thể đọc ghi dữ liệu nhanh chóng bằng 1
tập hơp các phần tử từ hóa trên các đĩa quay. Dữ liệu được đọc và thông qua 1
dãy các bit( đơn vị nhỏ nhất của dữ liệu số). Một bít có hai trạng thái 0 và 1
hay bật và tắt. Các bít này được thể hiện theo chiều dọc phần tử trên bề mặt
một platter, trong lớp phủ từ tính từ chỗ đầu đọc bắt đầu đọc cho đến một điểm
cuối cùng mà đầu đọc có thể đọc/ ghi được. 1 byte gồm nhiều bít, 1 sector gồm
nhiều byte, 1 track bao gồm nhiều sector và 1 cylinder gòm nhiều track đồng
trục và bằng nhau.
+ Hoạt động :

10


1 đĩa cứng chứa nhiều lớp đĩa(1->4) quay xung quanh 1 trục quay 3600
-5400 vịng mỗi phút. Thơng tin được ghi và đọc từ cả mặt của đĩa ,sử dụng cơ
chế mounted on arms, di chuyển cơ học qua lại giữa phần trung tâm và rìa
ngồi đĩa. Các thơng tin đầu đọc(ghi) tìm kiếm nằm trên các rãnh (track) , là
những đường tròn đồng tâm tên ổ. Mỗi rãnh được chia thành nhiều cung từ
(sector) dùng chứa thông tin. Để đọc ghi dữ liệu vào 1 cung, ta dùng 1 đầu đọc
ghi di động áp vào mỗi mặt của của mỗi lớp đĩa. Đầu đọc/ ghi này gắn chặt vào
1 cái cần cịn cái cần này thì gắn chặt vào một trục quay khác. Trục quay thứ 2
này cho phép điều khiển vị trí của đầu từ bằng cách quay. Mỗi mặt đĩa có một
đầu từ phụ trách đọc/ ghi , tất cả các cần được gắn đầu từ trên các mặt đĩa được
gắn vào cùng một trục quay với nhau.
Nếu ổ đọc ghi/ khơng 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) và sau khi nó tìm thấy track cần tìm.

Motor quay các cần mang đầu từ có thể đặt đầu từ vào rãnh mog 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 lớn hơn tín
hiệu kia. Mạch điện tử phát hiện ra sẽ điều khiển lại 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 khơng đúng, trên mỗi
sector của các mặt đĩa dữ liệu đều có trường ID, nếu nhận thấy ID là của track
lân cận thì phải dịch chuyển đầu từ. Bằng cách này vịng 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 khơng phụ thuộc vào hướng đặt đĩa so với
trọng trường. Mặc dù diện tích đĩa ứng với 1 bit chỉ vào khoảng 0.3µm x 0.7
µm 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 bít mà nó đang
đọc và ghi thêm một phần nhỏ micro mét .Cộng với áp dụng hiệu ứng mặt
đất( giữ khoảng cách giữa đầu từ và mặt đĩa nhỏ bằng khoảng nửa bước sóng
ánh sáng 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.
Phần IV: Các thơng số kĩ thuật và đặc tính kĩ thuật của ổ đĩa cứng.
4.1, Dung lượng
Dung lượng ổ đĩa cứng (Disk capacity) là một thông số thường được
người sử dụng nghĩ đến đầu tiên, là cơ sở cho việ so sánh, đầu tư và nâng cấp.
Người sử dụng ln mong muốn sở hữu các ổ đĩa cứng có dung lượng lớn nhất
có thể theo tầm chi phí của họ mà có thể khơng tính đến các thơng số khác.
Dung lượng ổ đĩa cứng được tính bằng:
=(số byte/ sector) *(số sector/track) * (số cylinder) * (số đầu đọc/ ghi)
11

Dung lượng của ổ đĩa cứng tính theo các đơn vị dung lượng cơ bản
thông thường: byte, KB, MB, GB,TB. Theo thói quen trong từng thời kỳ mà
người ta có thể sử dụng đơn vị nào. Ngày nay dung lượng ổ đĩa cứng đã đạt tới
đơn vị TB.
4.2,Tốc độ quay của ổ đĩa cứng
Tốc độ quay của đĩa cứng thường được ký hiệu bằng rpm (viết tắt của từ
tiếng Anh: revolutions per minute) số vòng quay trong một phút.
Tốc độ quay càng cao thì ổ cứng càng làm việc nhanh do chúng thực hiện
đọc/ ghi nhanh hơn, thời gian tìm kiếm thấp.
Các tốc độ quay thông thường là:
-

3.600 rpm: Tốc độ của các ổ đĩa cứng thế hệ trước.

- 4.200 rpm: Thường sử dụng với các máy tính xách tay mức giá trung
bình và thấp.
- 5.400 rpm: Thơng dụng với các ổ đĩa cứng cho máy tính xách tay
(hiện nay khơng cịn sản xuất).
- 7.200 rpm: Thơng dụng với các ổ đĩa cứng sản xuất ở thế hệ trước
- 10.000rpm ,15.000rpm :Thường sử dụng cho các ổ đĩa cứng trong
máy tính cá nhân cao cấp,máy trạm và các máy chủ có sử dụng giao diện SCSI.
4.3, Các thơng số về tốc độ thời gian trong ổ đĩa cứng
4.3.1, Thời gian tìm kiếm trung bình
Thời gian tìm kiếm trung bình (Average SEEk Time) là khoảng thời gian
trung bình (theo miligiay: ms) mà đầu đọc có thể di chuyền từ một cylinder này
đến một cylinder khác ngẫu nhiên(ở vị trí xa chúng). Bạn không thể sử dựng
các phần để kiểm tra thời gian tìm kiếm trung bình này bởi vì các phần mền
không can thiệp được sâu đến các hoạt động của ổ đĩa cứng.Thời gian tìm kiếm
trung bình được cung cấp bởi nhà sản xuất khi họ tiến hành hàng loạt các việc
thử việc đọc/ ghi ở các vị trí khác nhau rồi chia cho số lần thực hiện để có kết

quả thông số cuối cùng.
Dữ liệu lưu trữ trên ổ cứng có tinh liên tục nên thời gian đầu đọc chuyển
từ sector này sang sector khác và track này sang track khác rất nhanh. Nhưng
nếu đang đọc ở sector 1 track mà chuyển sang sector 13 track 3 thì sẽ mất rất
nhiều thời gian.Vì vậy thời gian ổ cứng tìm 1 file có dung lượng càng nhỏ càng
nhanh và ngược lại.
Thông số này càng thấp càng tốt.
4.3.2, Thời gian truy cập ngẫu nhiên
Thời gian truy nhập ngẫu nhiên (Random Access Time): Là khoảng thời
gian trung bình đề đĩa cứng tìm kiếm một dữ liệu ngẫu nhiên. Tính bằng mili

12


giây(ms). Đây là thông số quan trọng do chúng ảnh hưởng đến hiệu năng của ổ
cứng và hệ thống nên cần quan tâm đến chúng khi lựa chọn giữa các ổ đĩa
cứng.
Khi đầu đọc đã tìm được trac cần tìm thì controller sẽ tiếp tục tìm sector
trên track này. Lúc này, đầu đọc sẽ đứng yên trong lúc đó đĩa từ sẽ quay liên
tục để đầu đọc xác định được vị trí sector mà controller muốn tìm. Thời gian
này là thời gian để tìm sector trên 1 track xác định gọi là Rotational
latency(góc trễ quay).
Tốc độ ổ cứng càng nhanh thì Rotational latency càng thấp. Thời gian để
đầu đọc tìm ra 1 sector trên 1 track khoảng 4ms (7200rpm) đến 6ms(5400
rpm).
4.3.3, Thời gian làm việc tin cậy
Thời gian làm việc tin cậy MTBF(Mean Time Between Failures) được tính
theo thời giờ( hay có thể nói một cách đơn thuần là tuổi thọ của ổ đĩa cứng).
Đây là khoảng thời gian mà nhà sản xuất dự tính ổ đĩa cứng có thể xuất hiện lỗi
và không đảm bảo sự tin cậy.

Một số nhà sản xuất công bố ổ đĩa cứng của họ hoạt động với tốc độ
10.00 rpm có giá trị lên tới 1 triệu giờ hoặc với tốc độ 15.000 rpm có giá trị
MTBF lên tới 1,4 triệu giờ.
4.4 , Bộ nhớ đệm
Tốc độ đĩa cứng không chỉ phụ thuộc vào ngõ giao tiếp, tốc độ vòng quay
mà còn liên quan đến bộ nhớ đệm. Bộ nhớ đệm (cache) là nơi lưu tạm thời các
dữ liệu, yêu cầu mà đĩa cứng cần xử lý. Đĩa cứng giao tiếp ATA hiện nay
thường có bộ nhớ đệm 2MB, cịn SATA là 8MB. Cho nên sản phẩm có giao
diện SATA thường truy xuất nhanh hơn ATA.
Ví dụ:
+Ổ cứng cho máy tính xách tay: thường có tốc độ vịng quay 4.200
hoặc 5.400 vịng/phút, dung lượng từ 20GB đến 120GB với kích thước 1,8
hoặc 2,5 inch.
Ổ cứng cho server: có tốc độ vịng quay 10.000 hoặc 15.000
vòng/phút, dung lượng từ 36GB đến 300GB, dùng giao diện Ultra 320 SCSI,
và có cơ chế bảo vệ dữ liệu an toàn hơn.
+Ổ cứng gắn ngoài: Maxtor OneTouch II và ổ cứng gắn ngoài dùng
chung qua mạng Maxtor Shared Storage có dung lượng lớn, lưu trữ đơn giản,
dễ dàng. Ổ cứng gắn ngoài thường dùng chung cho nhiều người nên có thêm
chức năng quản lý, bảo vệ dữ liệu nhằm đơn giản hóa việc sử dụng. Sản phẩm
này dùng giao diện FireWire (IEEE 1394) và USB 2.0 cho băng thông 400480Mb/giây, tốc độ 7.200 vòng/phút, bộ nhớ đệm 8 hoặc 16MB.
4.5, Tốc độ truyền dữ liệu

13


Tốc độ của các chuẩn giao tiếp khơng có nghĩa là ổ đĩa cứng có thể đáp
ứng đúng theo tốc độ của nó, đa phần tốc độ truyền dữ liệu trên các chuẩn giao
tiếp thấp hơn so với thiết kế của nó bởi chúng gặp các rào cản trong vấn đề
công nghệ chế tạo.

Các thông số sau ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu của ổ đĩa cứng:
+Tốc độ quay của đĩa từ.
+Số lượng đĩa từ trong ổ đĩa cứng: bởi càng nhiều đĩa từ thì số lượng đầu
đọc càng lớn, khả năng đọc/ghi của đồng thời của các đầu từ tại các mặt đĩa
càng nhiều thì lượng dữ liệu đọc/ghi càng lớn hơn.
+Công nghệ chế tạo: Mật độ sít chặt của các track và cơng nghệ ghi dữ
liệu trên bề mặt đĩa (phương từ song song hoặc vuông góc với bề mặt đĩa): dẫn
đến tốc độ đọc/ghi cao hơn.
+Dung lượng bộ nhớ đệm: Ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu tức thời
trong một thời điểm.
Bảng so sánh tốc độ giữa các vùng ở các ổ cứng khác nhau dưới đây sẽ
giúp chúng ta nhận ra một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu của ổ
đĩa cứng.

Ổ đĩa cứng Ultra-ATA/100 Hitachi (IBM) Deskstar 120GXP

Vùng

Sectors/Track

Tốc độ quay
(vịng/phút)

Tốc độ
truyền dữ
liệu (MB/giây)

Vùng ngồi

928

7.200

57,02

Vùng trong

448

7.200

27,53

Trung bình

688

7.200

42,27

Ổ đĩa cứng Maxtor DiamondMax D540X-4G120J6 120GB ATA

Vùng ngoài

896

5.400

41,29

14


Vùng trong

448

5.400

20,64

Trung bình

672

5.400

30,97

Như vậy ta thấy rằng tốc độ truyền dữ liệu thực sự ở mức trung bình 42,27
MBps ở ổ đĩa có giao tiếp Ultra-ATA/100 (với tốc độ thiết kế truyền dữ liệu
100 MBps) chỉ gần bằng 1/2 so với tốc độ giao tiếp.
4.6, Kích thước của ổ đĩa cứng
Kích thước của ổ đĩa cứng được chuẩn hố tại một số kích thước để đảm
bảo thay thế lắp ráp vừa với các máy tính.
Kích thước ổ đĩa cứng thường được tính theo inch (").
Kích thước vỏ ngồi các loại ổ đĩa cứng:
CAO

RỘNG

DÀI

THỂ TÍCH

Loại 5,25
Dùng trong các máy tính các thế hệ trước
3,25"
(82,6mm)

5,75"
(146,0mm)

8"
(203,2mm)

149,5 ci
(2449,9 cc)

1,63"
(41,3mm)

5,75"
(146,0mm)

8"
(203,2mm)

74,8 ci

(1224,9 cc)

Loại 3,5"
Thường sử dụng đối với máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ
1,63"
(41,3mm)

4"
(101,6mm)

5,75"
(146,0mm)

37,4 ci
(612,5 cc)

1,00"
(25,4mm)

4"
(101,6mm)

5,75"
(146,0mm)

23,0 ci
(376,9 cc)

15

4.7, Sử dụng điện năng:
Đa số các ổ đĩa cứng của máy tính cá nhân sử dụng hai loại điện áp nguồn:
5 Vdc và 12 Vdc (DC hoặc dc: Loại điện áp một chiều). Các ổ đĩa cứng
cho máy tính xách tay có thể sử dụng chỉ một loại điện áp nguồn 5 Vdc. Các ổ
đĩa cứnhg gắn trong các thiết bị số cầm tay khác có thể sử dụng các nguồn có
mức điện áp thấp hơn với cơng suất thấp.
Điện năng cung cấp cho các ổ đĩa cứng phần lớn phục vụ cho động
cơ quay các ổ đĩa, phần còn lại nhỏ hơn cung cấp cho bo mạch của ổ đĩa cứng.
Tuỳ từng loại động cơ mà chúng sử dụng điện áp 12V hoặc 5 Vdc hơn (thông
qua định mức tiêu thụ dịng điện của nó tại các mức điện áp này). Trên mỗi ổ
đĩa cứng đều ghi rõ các thơng số về dịng điện tiêu thụ của mỗi loại điện áp sử
dụng để đảm bảo cho người sử dụng tính tốn cơng suất chung.
Ổ đĩa cứng thường tiêu thụ điện năng lớn nhất tại thời điểm khởi động của
hệ thống (hoặc thời điểm đĩa cứng bắt đầu hoạt động trở lại sau khi tạm nghỉ để
tiết kiệm điện năng) bởi sự khởi động của động cơ đồng trục quay các đĩa từ,
cũng giống như động cơ điện thông thường, dòng điện tiêu thụ đỉnh cực đại của
giai đoạn này có thể gấp 3 lần cơng suất tiêu thụ bình thường.
4.8, Một số thơng số khác
Độ ồn
Độ ồn của ổ đĩa cứng là thơng số được tính bằng dB, chúng được đo khi ổ đĩa
cứng đang làm việc bình thường.
Ổ đĩa cứng với các đặc trưng hoạt động là các chuyển động cơ khí của các đĩa từ
và cần di chuyển đầu đọc, do đó chúng khơng tránh khỏi phát tiếng ồn. Do ổ đĩa
cứng thường có độ ồn thấp hơn nhiều so với bất kỳ một quạt làm mát hệ thống
nào đang làm việc nên người sử dụng có thể khơng cần quan tâm đến thơng số
này.
Những tiếng “lắc tắc” nhỏ phát ra trong quá trình làm việc của ổ cứng một cách
không đều đặn được sinh ra bởi cần đỡ đầu đọc/ghi di chuyển và dừng đột ngột
tại các vị trí cần định vị để làm việc. Âm thanh này có thể giúp người sử dụng

biết được trạng thái làm việc của ổ đĩa cứng mà không cần quan sát đèn trạng thái
HDD.
Chu trình di chuyển
Chu trình di chuyển của cần đọc/ghi (Load/Unload cycle) được tính bằng số lần
chúng khởi động từ vị trí an tồn đến vùng làm việc của bề mặt đĩa cứng và
ngược lại. Thông số này chỉ một số hữu hạn những lần di chuyển mà có thể sau
số lần đó ổ đĩa cứng có thể gặp lỗi hoặc hư hỏng.

16


Sau mỗi phiên làm việc (tắt máy), các đầu từ được di chuyển đến một vị trí an
tồn nằm ngồi các đĩa từ nhằm tránh sự va chạm có thể gây xước bề mặt lớp từ
tính, một số ổ đĩa có thiết kế cần di chuyển đầu đọc tự động di chuyển về vị trí an
tồn sau khi ngừng cấp điện đột ngột. Nhiều người sử dụng năng động có thói
quen ngắt điện trong một phiên làm việc trên nền DOS (bởi khơng có sự tắt máy
chính thống) rồi tháo ổ đĩa cứng cho các cơng việc khác, q trình di chuyển có
thể gây va chạm và làm xuất hiện các khối hư hỏng (bad block).
Chu trình di chuyển là một thông số lớn hơn số lần khởi động máy tính (hoặc các
thiết bị sử dụng ổ đĩa cứng) bởi trong một phiên làm việc, ổ đĩa cứng có thể được
chuyển sang chế độ tạm nghỉ (stand by) để tiết kiệm điện năng nhiều lần.
Chịu đựng sốc
Chịu đựng sốc (Shock - half sine wave): Sốc (hình thức rung động theo nửa chu
kỳ sóng, thường được hiểu là việc giao động từ một vị trí cân bằng đến một giá
trị cực đại, sau đó lại trở lại vị trí ban đầu) nói đến khả năng chịu đựng sốc của ổ
đĩa cứng khi làm việc.
Với các ổ cứng cho máy tính xách tay hoặc các thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân
hay các ổ đĩa cứng ngồi thì thơng số này càng cao càng tốt, với các ổ đĩa cứng
gắn cho máy tính cá nhân để bàn thì thơng số này ít được coi trọng khi so sánh
lựa chọn giữa các loại ổ cứng bởi chúng đã được gắn cố định nên hiếm khi xảy ra

sốc.
Nhiệt độ và sự thích nghi
Tất cả các thiết bị dựa trên hoạt động cơ khí đều có thể bị thay đổi thơng số nếu
nhiệt độ của chúng tăng lên đến một mức giới hạn nào đó (sự giãn nở theo nhiệt
độ ln là một đặc tính của kim loại), do đó cũng như nhiều thiết bị khác, nhiệt
độ là một yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của ổ đĩa cứng nhất là bên
trong nó các chuyển động cơ khí cần tuyệt đối chính xác.
Nhiệt độ làm việc của ổ đĩa cứng thường là từ 0 cho đến 40 độ C, điều này
thường phù hợp với nhiều môi trường khác nhau, tuy nhiên khơng chỉ có vậy: độ
ẩm là yếu tố liên quan và kết hợp với môi trường tạo thành một sự phá hoại ổ đĩa
cứng.
Ổ cứng thường có các lỗ (chứa bộ lọc khơng khí) để cân bằng áp suất với bên
ngồi, do đó nếu như khơng khí trong mơi trường chứa nhiều hơi nước, sự ngưng
tụ hơi nước thành các giọt hoặc đóng băng ở đâu đó bên trong ổ đĩa cứng có thể
làm hư hỏng ổ nếu ta hình dung được tốc độ quay của nó lớn thế nào và khoảng
cách giữa đầu từ với bề mặt làm việc của đĩa từ nhỏ đến đâu.

17


Chính vì vậy trước khi đưa một ổ đĩa cứng vào làm việc lần đầu tiên (tháo bỏ vỏ
nhựa bọc kín nó khi sản xuất) trong thiết bị hoặc ổ đĩa cứng đã sử dụng được đưa
đến từ một môi trường khác đến một nơi làm việc mới (có nhiệt độ mơi trường
cao hơn), nên đặt nó vào khoang chứa trong một số thời gian nhất định trước khi
kết nối các dây cấp nguồn và cáp dữ liệu để chúng làm việc.

18


Thời gian thích nghi đủ lớn để để đảm bảo cho:

1.
Các giọt nước bị bay hơi hoặc các cụm băng tuyết biến thành hơi nước và
cân bằng với môi trường bên ngồi.
2.

Đảm bảo sự đồng đều về mơi trường bên trong và bên ngoài của ổ đĩa
cứng, tránh sự biến đổi (do nhiệt độ thay đổi đột ngột) với các thiết bị cơ
khí bên trong khi nhiệt độ của ổ đĩa cứng tăng lên sau một thời gian hoạt
động.

Link tài liệu:
Khái niệm và cấu tạo của ổ đĩa cứng:
/>%E1%BB%A9ng
/> />%A9ng,%C4%90%C4%A9a%20t%E1%BB%AB,ho%E1%BA%B7c%20h
%E1%BB%A3p%20kim%20coban%20m%E1%BB%8Fng
Cách thức hoạt động :
/> />Các thơng số và đặc tính kĩ thuật:
/>
19