Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 7: Bộ nhớ ngoài

Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 7: Bộ nhớ ngoài, chương này trình bày về đĩa và ổ đĩa từ (magnetic disk); nguyên lý ghi và đọc trên đĩa từ; tổ chức dữ liệu và định dạng; tính chất vật lý đĩa và ổ đĩa từ; thông số hiệu suất đĩa; đĩa và ổ đĩa cứng (solid state drives); đĩa và ổ đĩa quang (optical disk);... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 7: Bộ nhớ ngoài BỘ NHỚ NGOÀIVŨ NGỌC THANH SANGTRỊNH TẤN ĐẠTKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TINĐẠI HỌC SÀI GÒNEmail: trinhtandat@sgu.edu.vnWebsite: https://sites.google.com/site/ttdat88ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ (MAGNETIC DISK) • Là ổ đĩa lưu trữ thứ cấp trong máy tính. • Được sử dụng để đọc và ghi dữ liệu trong đĩa. • Dữ liệu trên đĩa từ được ghi và đọc thông qua quá trình từ hóa. • Được cấu tạo từ các chất nền (nhôm/ hợp kịp nhôm/ thủy tinh hoặc các nguyên liệu không từ tính) phủ lớp nguyên liệu từ tính. • Ví dụ: đĩa cứng, đĩa zip, đĩa mềm,… Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy TínhĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - NGUYÊN LÝ GHI VÀ ĐỌC TRÊN ĐĨA TỪ • Dữ liệu được đọc và ghi thông qua cuộn dây dẫn gọi là “đầu” (head). Trong đa số các cấu trúc luôn có hai đầu: đầu đọc và đầu ghi. • Trong quá trình đọc và ghi đĩa sẽ xoay quanh head. Đầu ghi quy nạp/ đầu đọc từ tính Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy TínhĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - NGUYÊN LÝ GHI VÀ ĐỌC TRÊN ĐĨA TỪ• Cơ chế ghi dựa vào hiện tượng dòng điện chạy qua các dây dẫn tạo ra từ trường.• Các xung điện được gửi đến đầu ghi, các kết quả mẫu từ tính được ghi lại vào bề mặt dưới của đĩa, bao gồm nhiều mẫu khác nhau cho dòng điện âm và dương.• Đầu ghi được cấu tạo từ các vật liệu dễ nhiễm từ và hình dạng là “rectangular doughnut” với khoảng trống dọc theo một bên, một vài vòng dây Đầu ghi quy nạp/ đầu đọc từ tính dẫn dọc theo phía đối diện. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy TínhĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - NGUYÊN LÝ GHI VÀ ĐỌC TRÊN ĐĨA TỪ• Dòng điện trong dây dẫn tạo ra từ trường qua khe hở, từ trường này sẽ từ hóa một vùng nhỏ của môi trường ghi.• Đảo chiều của dòng điện làm đổi chiều của từ hóa trên phương tiện ghi. Đầu ghi quy nạp/ đầu đọc từ tính Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy TínhĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - NGUYÊN LÝ GHI VÀ ĐỌC TRÊN ĐĨA TỪ• Cơ chế đọc dựa vào hiện tượng từ trường chuyển động với cuộn dây dẫn tạo ra dòng điện trong cuộn dây.• Khi bề mặt đĩa quay về phía dưới của head -> tạo ra dòng điện cùng cực với cực đã được ghi.• Cấu trúc của đầu đọc gần tương tự đầu ghi ? Cùng một head có thể sử dụng cho cả hai. Các Đầu ghi quy nạp/ đầu đọc từ tính đầu đơn thường được sử dụng cho đĩa mềm, đĩa cứng cũ. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy TínhĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - NGUYÊN LÝ GHI VÀ ĐỌC TRÊN ĐĨA TỪ • Các hệ thống đĩa cứng hiện đại yêu cầu một đầu đọc riêng biệt và được đặt để thuận tiện với đầu ghi. • Đầu đọc bao gồm cảm biến từ trở được che lại một phần. Vật liệu cho cảm biến từ có điện trở phụ thuộc vào hướng từ hóa của môi trường chuyển động phía dưới vật liệu. • Bằng cách cho dòng điện qua cảm biến từ, các thay đổi về điện trở được phát hiện dưới dạng tín hiệu điện áp. • Thiết kế từ cho phép hoạt động ở tần số cao hơn, tương đương với mật độ lưu trữ và tốc độ hoạt động lớn hơn. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy TínhĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TỔ CHỨC DỮ LIỆU VÀ ĐỊNH DẠNG • Tổ chức dữ liệu trên đĩa trong một tập hợp các vòng đồng tâm, được gọi là các rãnh. Mỗi rãnh có cùng chiều rộng với phần head. Có hàng nghìn rãnh trên mỗi bề mặt. • Gia tăng các khoảng trống giữa các rãnh liền kề để giảm thiểu các lỗi do đầu bị lệch, nhiễu từ trường. • Dữ liệu được vận chuyển đến và từ các cung (sectors). Mỗi rãnh sẽ bao gồm hàng trăm vòng cung với độ dài cố định hoặc thay đổi Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính Bố cục dữ liệu đĩaĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TỔ CHỨC DỮ LIỆU VÀ ĐỊNH DẠNG • Quét các thông tin với cùng tỉ lệ bằng cách quay đĩa với tốc độ cố định được gọi là vận tốc góc không đổi (constant angular velocity - CAV). • Đĩa được chia thành các vòng cung với dạng pie-sharp và thành các rãnh đồng tâm. • Ưu điểm khi sử dụng CAV là khối dữ liệu riêng lẻ có thể được giải quyết trực tiếp theo rãnh và sector ? Di chuyển head từ vị trí hiện tại đến một vị trí cụ thể • Nhược điểm là khối lượng dữ liệu có thể lưu trữ từ các vòng dài rãnh ngoài sẽ phải giống với khối lượng dữ liệu của các vòng ngắn rãnh trong. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy TínhĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TỔ CHỨC DỮ LIỆU VÀ ĐỊNH DẠNG • Để gia tăng mật độ, hệ thống đĩa cứng hiện đại sử dụng kỹ thuật ghi đa vùng (multiple zone recording), kỹ thuật chia ...