Bài giảng Kiến trúc máy tính Bài 6

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Giảng viên: ThS. Phan Thanh Tồn

v1.0014103210

1


BÀI 6
BỘ NHỚ NGỒI

Giảng viên: ThS. Phan Thanh Tồn

v1.0014103210

2


CÁC KIẾN THỨC CẦN CÓ

Để hiểu rõ bài này, yêu cầu học viên cần có các kiến thức
cơ bản liên quan đến các mơn học sau:
•

Kỹ thuật số;

•

Kỹ thuật điện tử.

v1.0014103210

3


HƯỚNG DẪN HỌC

•

Đọc tài liệu và tóm tắt những nội dung chính của từng bài.

•

Ln liên hệ và lấy ví dụ thực tế khi học đến từng vấn đề̀ và khái niệm.

•

Sử dụng các ngơn ngữ lập trình cơ bản như Pascal, C,… Để cài đặt một số thuật
toán trong bài học.

•

Làm bài tập và luyện thi trắc nghiệm theo yêu cầu từng bài.

v1.0014103210

4


CẤU TRÚC NỘI DUNG

6.1. Đĩa từ và ổ đĩa từ

6.2. Đĩa quang

v1.0014103210

5


6.1. ĐĨA TỪ VÀ Ổ ĐĨA TỪ
6.1.1. Nguyên tắc ghi và đọc
trên đĩa từ
6.1.2. Tổ chức vật lý của đĩa từ
6.1.3. Đĩa và ổ đĩa mềm

6.1.4. Đĩa và ổ đĩa cứng

6.1.5. Tổ chức logic của đĩa từ
6.1.6. Thâm nhập đĩa cứng qua
DOS và BIOS

v1.0014103210

6


6.1.1. NGUYÊN TẮC GHI VÀ ĐỌC TRÊN ĐĨA TỪ
•

Đĩa từ gồm:

 Vật liệu plastic có phủ lớp chất sắt từ làm môi trường đọc/ghi dữ liệu;
 Lớp sắt từ bao gồm các vùng rất nhỏ gọi là domain;
 Mỗi domain có một véc tơ từ độ riêng;
 Để lưu trữ thông tin sử dụng từ trường làm nhiễm từ các chất sắt từ, và sắp xếp
các véc tơ từ độ của các domain theo một chiều xác định.

v1.0014103210

7


6.1.2. TỔ CHỨC VẬT LÝ CỦA ĐĨA TỪ
•

Đĩa từ chỉ sử dụng được sau khi đã định dạng, đó là việc tổ chức, sắp xếp các
vùng lưu trữ thông tin trên đĩa.

•

Về mặt vật lý đĩa từ được chia thành:
 Rãnh từ (track): Là các vùng vòng tròn đồng tâm, có bề dày xác định dùng để
ghi từ, các rãnh cách nhau bởi vành hẹp khơng được từ hóa.
 Cung từ (sector): Mỗi rãnh từ được chia thành các cung (sector), mỗi sector =
512 byte, các sector được đánh số.
 Liên cung (Cluster): Một nhóm các sector liên tiếp, thường 2/4/8 sector.
 Từ trụ (Cylinder): Các track có cùng bán kính tạo thành một từ trụ (Cylinder).

v1.0014103210

8

6.1.3. ĐĨA MỀM VÀ Ổ ĐĨA MỀM
•

Đĩa mềm
 Là thiết bị lưu trữ ngoài.
 Cấu tạo gồm các thành phần:


Đĩa nhựa hình trịn, phủ sắt từ;



Vỏ nhựa bảo vệ.

 Có 2 loại: 5.25 inch, dung lượng 720KB và 3,5
inch dung lượng 1.44MB.
 40 – 80 track;
 Sector = 512 byte;
 8 -18 sector/1 track;
 2 mặt đĩa.
Đĩa

Số

Số sector/1

Kích thước

Bề rộng

track

track

liên cung

rãnh

5 1/4 inch 306 KB

40

9

2

0.330

720

5 1/4 inch 1.2 MB

80

15

1

0.160

2400

3 1/2 inch 720 KB

80

9

2

0.115

1440

3 1/2 inch 1.44 MB

80

18

1

0.115

2880

v1.0014103210

Tổng số sector

9


6.1.3. ĐĨA MỀM VÀ Ổ ĐĨA MỀM (tiếp theo)
•

Các phương pháp ghi dữ liệu và phát hiện lỗi trên đĩa mềm
 Số liệu ghi thành dòng bit nối tiếp dưới dạng mã nhị phân trên các track.
 Các bit số liệu ghi trên các ô bit (bit cell).
 Số liệu chuyển đổi sang dạng byte (8 bit).
 Phương pháp điều tần


Các xung nhịp ghi đều đặn ở đầu tất cả các ô bit, ở giữa các ô bit là các xung
số liệu tương ứng với bit 1, hoặc khơng có bit số liệu tương ứng với bit 0;



Mỗi byte số liệu trên đĩa gồm: 8 bit số liệu thực và giá trị 0FFh của byte nhịp
đồng hồ;



Tần số truyền số liệu: 125KB/s hoặc 250KB/s.

 Phương pháp điều tần sửa đổi 1 lần


Xung số liệu ghi ở giữa ô bit;



Xung đồng hồ ghi ở đầu một ô bit nếu trong ô bit này và ơ bit trước đó khơng
có xung số liệu (bit số liệu =0);



Tốc độ truyền: 250KB/s hoặc 500KB/s.

v1.0014103210

10


6.1.3. ĐĨA MỀM VÀ Ổ ĐĨA MỀM (tiếp theo)
 Phương pháp điều tần hai lần sửa đổi


Các bit số liệu ghi ở giữa ô bit;



Xung đồng hồ ghi ở đầu mỗi ơ bit có bit số liệu =0.

 Phương pháp mã hóa nhóm GCG


Chuyển nhóm 4 bit số liệu cần ghi thành nhóm 5 bit;



Khơng có q 2 bit số liệu = 0;



Các nhóm 5 bit được tổ chức liên tiếp trên đĩa, ở đầu và cuối cả dãy bit chỉ có
1 bit = 0.

 Phương pháp phát hiện lỗi: CRC
 Tổ chức của rãnh đĩa mềm

v1.0014103210



Đĩa được chia thành các track và sector;



Mỗi sector: 512 byte dữ liệu;



Các trường thông tin cho định vị và đồng bộ;



Trường CRC.

11


6.1.3. ĐĨA MỀM VÀ Ổ ĐĨA MỀM (tiếp theo)

•

Ổ đĩa mềm
 Mạch điều khiển;
 Đầu từ đọc/ghi thông tin;
 Mô tơ: 360 vịng/phút;
 Mơ tơ bước.

v1.0014103210

12


6.1.3. ĐĨA MỀM VÀ Ổ ĐĨA MỀM (tiếp theo)
•

Các thanh ghi của bộ điều khiển đĩa mềm
 Các chíp điều khiển FDD đều sử dụng DMA kênh 2 để truyền dữ liệu.
 Người sử dụng có thể cấu hình bộ điều khiển qua các thanh ghi.
 Các thanh ghi lối ra: Điều khiển mô tơ, chọn ổ đĩa và khởi động lại bộ
điều khiển.
0
7
MOTM

MOTC

MOTB

MOTA

DMA

RESET

DR



MOTM, MOTC, MOTB, MOTA: Điều khiển mô tơ các ổ D, C, B, A;



1 - start, 0 - stop;



DMA: Kênh DMA và IRQ, 1 - cho phép;



RESET: Khởi động lại bộ điều khiển, 1- cho phép;



DR1, DR0: Chọn ổ đĩa 00 ổ A, 01 ổ B, 10 ổ C, 11 ổ D.

v1.0014103210

DRO

13


6.1.3. ĐĨA MỀM VÀ Ổ ĐĨA MỀM (tiếp theo)
•

Thanh ghi trạng thái
Chứa các thông tin về bộ điều khiển
7
MRQ

0
DIO

NDMA

BUSY

ACTD

ACTC

ACTB

ACTA

 MRQ: Sẵn sàng ghi số liệu;
 DIO: 1 số liệu từ bộ điều khiển tới bộ VXL, 0 ngược lại;
 NDMA: Khơng ở chế độ DMA;
 BUSY: 1 kích hoạt lệnh;
 ACTD, ACTC, ACTB, ACTA: Ổ đĩa tương ứng được chọn, 1 được chọn.

v1.0014103210

14


6.1.4. ĐĨA CỨNG VÀ Ổ ĐĨA CỨNG
•

Cấu tạo đĩa cứng
 Cấu tạo đĩa cứng tương tự
đĩa mềm, tuy nhiên đĩa cứng
gồm nhiều đĩa xếp chồng
theo một trục thẳng đứng.
 Dung lượng đĩa cứng lớn
hơn đĩa mềm.
 Dữ liệu được tổ chức theo
rãnh từ, sector, cluster.
 Đầu đọc/ghi được chuyển
động bởi cần trục truy xuất.
 Đĩa cứng luôn quay trong khi
sử dụng máy.

v1.0014103210

15


6.1.4. ĐĨA CỨNG VÀ Ổ ĐĨA CỨNG
 Đầu đọc/ghi


Mỗi mặt đĩa có một đầu đọc/ghi riêng.



Ghi dữ liệu: Tín hiệu điện ở dạng 0,1 được đưa vào đầu từ ghi lên bề mặt đĩa
thành các nam châm rất nhỏ và đảo chiều tùy theo tín hiệu 0 hay 1.



Đọc dữ liệu: Đầu đọc lướt qua các track, tại các điểm giao nhau của các nam
châm có từ trường biến đổi và cảm ứng lên cuộn dây tạo ra xung điện  lấy
ra tín hiệu 0, 1.

v1.0014103210

16


6.1.4. ĐĨA CỨNG VÀ Ổ ĐĨA CỨNG

 Mô tơ điều khiển: Giúp đầu từ dịch chuyển ngang trên bề mặt đĩa để có thể
đọc/ghi dữ liệu.
 Mạch điều khiển
 Là mạch điện nằm phía sau ổ cứng, có tác dụng;
 Điều khiển tốc độ quay đĩa;
 Điều khiển dịch chuyển các đầu từ;
 Mã hóa và giải mã các tín hiệu đọc/ghi.
v1.0014103210

17


6.1.4. ĐĨA CỨNG VÀ Ổ ĐĨA CỨNG (tiếp theo)
•

Dung lượng và tốc độ truyền dữ liệu
 Dung lượng lưu trữ


Là đại lượng đặc trưng cho khả năng lưu trữ của đĩa cứng (MB, GB, TB);



Dung lượng đĩa từ phụ thuộc vào mật độ tích hợp của các phần tử sắt từ trên
bền mặt đĩa.

 Thời gian truy xuất


Là yếu tố quan trọng đặc trưng cho tốc độ đọc/ghi dữ liệu trên đĩa cứng;



Thời gian truy xuất = thời gian tìm kiếm + thời gian dịch chuyển đầu từ + thời
gian quay trễ;



Thời gian tìm kiếm: Thời gian chuyển đầu từ từ track này sang track khác;



Thời gian chuyển đầu từ: Là thời gian chuyển đổi giữa 2 đầu từ khi đọc/ghi;



Thời gian quay trễ: Là thời gian từ khi đầu từ được định vị lên track cho đến
khi tìm được sector cần đọc/ghi.

 Tốc độ truyền dữ liệu của ổ đĩa phụ thuộc 3 yếu tố:

v1.0014103210



Truyền tín hiệu giữa đĩa và bộ điều khiển: Số byte chuyển qua đầu từ trong
1 giây;



Xử lí trong bộ điều khiển;



Truyền tín hiệu giữa bộ điều khiển và bộ nhớ chính.

18


6.1.4. ĐĨA CỨNG VÀ Ổ ĐĨA CỨNG (tiếp theo)
•

Định dạng RLL ghi trên đĩa cứng
 Các bit thông tin ghi trên đĩa theo định dạng RLL (Run Length Limited).
 Phương pháp RLL đòi hỏi phải nghi các xung bit nhịp.
 Mạch logic RLL sẽ tự xác định trong khoảng thời gian giữa 2 nhóm bit có bao
nhiêu bit 0 được xen vào.
 Loại mã RLL được sử dụng phổ biến nhất là mã RLL2,7, tức là có ít nhất 2 và
nhiều nhất là 7 bit 0 giữa 2 nhóm bit được ghi.

•

Chuẩn ghép nối IDE
 ATA IDE là chuẩn ghép nối ổ đĩa cứng với máy vi tính.
 Chuẩn giao tiếp qua cáp dẹt 40 chân.
 Độ dài cực đại của cáp là: 18 inch.
 Chuẩn IDE cho phép truyền số liệu giữa ổ đĩa cứng và bộ nhớ chính là: 700KB/s
– 1MB/s, sau đó tăng lên 3.3MB/s.
 Chuẩn IDE hỗ trợ kết nối tới 2 ổ đĩa cứng.
 Dung lượng đĩa lớn nhất chuẩn IDE quản lí được là: 528MB.

v1.0014103210

19


6.1.4. ĐĨA CỨNG VÀ Ổ ĐĨA CỨNG (tiếp theo)

 Vi xử lí thâm nhập bộ điều khiển IDE qua một số thanh ghi điều khiển.
Địa chỉ

Độ rộng

Đọc/Ghi

Thanh ghi số liệu

1F0h

16

R/W

Thanh ghi lỗi

1F1h

8

R

Thanh ghi đầu từ/ổ đĩa

1F6h

8

R/W

Thanh ghi trạng thái

1F7h

8

R

Thanh ghi lối ra số

3F6h

8

W

Thanh ghi địa chỉ ổ đĩa

3F7h

8

R

Thanh ghi

v1.0014103210

20


6.1.4. ĐĨA CỨNG VÀ Ổ ĐĨA CỨNG (tiếp theo)
•

Thanh ghi báo lỗi (1F1h)
B7
NDM

B0
NTO

ABT

X

NID

X

UNC

BBK

NDM

1: Khơng tìm thấy dấu địa chỉ dữ liệu

0: Khơng có lỗi

NTO

1: Khơng tìm thấy rãnh 0

0: Khơng có lỗi

ABT

1: Lệnh bị bỏ

0: Lệnh được thực hiện

NID

1: Khơng tìm thấy dấu ID

0: Khơng có lỗi

UNC

1: Lỗi dữ liệu không sửa được

0: Không lỗi hoặc lỗi sửa được

BBK

1: Sector được đánh dấu là hỏng

0: Không lỗi

X

Không sử dụng

v1.0014103210

21


6.1.4. ĐĨA CỨNG VÀ Ổ ĐĨA CỨNG (tiếp theo)
•

Thanh ghi trạng thái (1F7h)
B0

B7
BSY

RDY

WFT

SKC

DRQ

CORR

IDX

BSY

1: Ổ đĩa bận

0: Không bận

RDY

1: Ổ đĩa sẵn sàng

0: Không sẵn sàng

WFT

1: Lỗi viết

0: Không lỗi

SKC

1: Định vị đầu từ xong

0: Đang định vị

DRO

1: Dữ liệu có thể được truyền

0: Không

CORR

1: Lỗi dữ liệu

0: Không lỗi

IDX

1: Chỉ số đĩa vừa qua

0: Không qua

ERR

1: Thanh ghi báo lỗi có chứa thơng
tin lỗi

0: Khơng chứa

v1.0014103210

ERR

22


6.1.5. TỔ CHỨC LOGIC CỦA ĐĨA TỪ

•

Về mặt logic đĩa từ được tổ chức gồm các thành phần sau
 Sector logic: Cách đánh số sector bởi hệ điều hành.
 Phân khu (partition): Một đĩa cứng được chia thành nhiều phân khu (gọi là các
partition), mỗi phân khu được coi như một đĩa logic độc lập.
 Các phân khu được kí hiệu bởi chữ cái từ C – Z.
 Có 3 loại phân khu: DOS chính, DOS mở rộng, Phi DOS.
 Để lưu trữ các thông tin về các phân khu hệ điều hành sử dụng sector 0, rãnh 0,
sector vật lý 1.
 Boot sector


Dài 512 byte, đặt tại sector 0 của ổ đĩa logic;



Chứa chương trình khởi động (bootstrap loader), sử dụng để nạp lõi của hệ
điều hành vào RAM.

v1.0014103210

23

6.1.5. TỔ CHỨC LOGIC CỦA ĐĨA TỪ
Mục

Vị trí

1

00h

Chỉ thị nhảy, JUMP về chương trình khởi động

3 byte

2

03h

Tên nhà sản xuất, số phiên bản

8 byte

3

0Bh

Số byte trên một sector

1 word

4

0Dh

Số sector/1 cluster

1 byte

5

0Eh

Số sector dành cho boot sector

1 word

6

10h

Số bản FAT

1 byte

7

11h

Số điểm vào trên thư mục gốc

1 word

8

13h

Số sector trên tệp đĩa (Volume)

1 word

9

16h

Số sector dành cho FAT

1 word

10

18h

Số sector/1 track

1 word

11

1Ah

Số đầu từ

1 word

12

1Ch

Số sector ẩn

2 word

13

22h

Số ổ đĩa

1 byte

14

23h

Dự trữ

1 byte

v1.0014103210

Nội dung

Số byte

24


6.1.5. TỔ CHỨC LOGIC CỦA ĐĨA TỪ (tiếp theo)
•

Hệ điều hành lưu trữ các tệp tin lên đĩa theo các đơn vị gọi là liên cung (cluster).

•

Một cluster = 2/4/8… sector.

•

Để theo dõi các liên cung đã sử dụng và chưa sử dụng hệ điều hành dùng bảng FAT
và thư mục gốc (Root Directory).

•

Bảng FAT gồm một số các điểm vào ứng với số liên cung trên đĩa từ.

•

FAT-12, FAT-16, FAT-32.

•

Hai điểm vào đầu tiên để nhận dạng loại đĩa, các điểm vào tiếp theo cho biết tình
trạng của liên cung (tự do, đã sử dụng,…).
Mã

v1.0014103210

Ý nghĩa

0000h

Liên cung còn trống

FFF0h-FFF6h

Liên cung dành riêng

FFF7h

Liên cung bị hỏng

FFF8h-FFFFh

Liên cung cuối của tệp

xxxxh

Liên cung kế tiếp của tệp
25