Bo nho ngoai

1. CHƢƠNG 5: BỘ NHỚ NGOÀI
 50 năm trước đây, ngày 13/9/1956, chiếc ổ cứng RAMAC
(1956) – Chiếc ổ cứng máy tính đầu tiên trên thế giới đã
ra đời, với cấu tạo làm từ 50 lớp đĩa có đường kính tới...
0,6m, nặng tới 1 tấn và chỉ chứa được... 5MB dữ liệu.
 Sản phẩm RAMAC tích hợp có chiều rộng gấp đôi 2 chiếc
tủ lạnh, nhưng lại không cao bằng và nặng 1 tấn.
RAMAC có tổng cộng 50 lớp đĩa có đường kính khoảng
0,6m với tốc độ quay trung bình đạt 1.200 /phút, nhưng
dung lượng lưu trữ chỉ có đúng 5MB, đủ để lưu một bài
hát có độ dài 5 phút được mã hoá chuẩn MP3 128bit.
 IBM chỉ cho xuất xưởng đúng 12 chiếc ổ đĩa RAMAC.

2.  Ngày nay, chúng ta có những chiếc ổ đĩa cứng với rất
nhiều kích cỡ và đặc tính khác nhau. Từ chiếc ổ đĩa cứng
nhỏ nhất thế giới của Toshiba với kích thước khoảng
2cm và dung lượng lưu trữ 2GB và 4GB cho đến những
chiếc ổ đĩa cứng dung lượng khổng lồ 750GB. Các nhà
sản xuất đã tung ra thị trường hàng loạt sản phẩm ổ đĩa
cứng dành riêng cho máy chủ, máy tính để bàn, máy
tính xách tay, máy ghi video, thiết bị nghe nhạc số… Bạn
có thể tìm thấy ổ đĩa cứng ở bất kỳ đâu, trong một chiếc
ô tô, máy bay hay trong các ứng dụng quân sư. Bên
cạnh đó, giá thành của ổ đĩa cứng cũng đã giảm đí một
cách đáng kể. Nếu chiếc dung lượng lưu trữ trong ổ
cứng RAMAC của IBM có giá 10.000USD/MB, thì những
chiếc ổ cứng ngày nay chỉ có giá 0,03 cent/MB.

3. Những cột mốc trong tiến trình phát triển ổ đĩa cứng
1956 Ổ cứng IBM RAMAC 350 với 50 lớp đĩa có đường kính 24-inch
1962 IBM sản xuất thành công hệ thống lưu trữ kết hợp 6 ổ đĩa cứng 14-inch, mỗi
ổ có dung lượng lưu trữ 2MB.
1979 IBM sản xuất thành công ổ đĩa cứng 8-inch.
1980 Ổ đĩa cứng 5.25-inch Winchester lần đầu tiên ra mắt. Thiết kế của loại ổ đĩa
này đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của thị trường PC.
1983 Rodine ra mắt ổ đĩa cứng 10MB 3.25-inch. Kích thước ổ đĩa này hiện vẫn là
kích thước chuẩn của ổ đĩa cứng hiện nay.
1988 PrairieTek ra mắt ổ đĩa cứng 2.5-inch 20MB. Kích thước của ổ đĩa này hiện
là kích thước chuẩn ổ đĩa cứng dành cho laptop hiện nay.
1991 Integrated Peripherals ra mắt ổ đĩa 1.8-inch. Loại ổ đĩa này chỉ thực sự được
biết đến khi Apple tung ra chiếc iPod đầu tiên khoảng 10 năm trước đây.
1992 Hewlett-Packard ra mắt ổ đĩa cứng 1.3-inch.
1999 IBM ra mắt ổ đĩa cứng "tí hon" 1-inch 340MB. Dung lượng loại ổ này hiện
đã lên tới 8GB
2004 Toshiba thu nhỏ kích thước ổ đĩa cứng xuống còn 0.85 inch. Đây được xem
là chiếc ổ đĩa cứng nhỏ nhất thế giới

4.  Đĩa từ là một tấm kim loại/nhựa hình tròn có bề mặt phủ vật
liệu từ tính. Dữ liệu được ghi lên/đọc ra từ đĩa thông qua một
thiết bị gọi là đầu đọc. Trong khi có thao tác đọc/ghi, đầu đọc
đứng yên và tấm đĩa quay liên tục bên dưới nó.
 Cơ chế ghi dựa trên từ trường sinh bởi dòng điện đi qua ống
xoắn. Các xung động được gửi đến đầu đọc, sau đó những
khuôn dạng từ khác nhau ứng với các dòng điện âm/dương
sẽ được ghi lên bề mặt đĩa ở bên dưới.
 Cơ chế đọc dựa trên dòng điện trong ống xoắn vốn được sinh
bởi sự dịch chuyển từ trường quanh nó. Khi bề mặt đĩa đi qua
dưới đầu đọc, nó sẽ sinh ra một dòng điện có cùng cực với
dòng đã được ghi trước đó.
7.1 ĐĨA TỪ

6. TỔ CHỨC VÀ ĐỊNH DẠNG DỮ LIỆU
 Đầu đọc là một thiết bị tương đối nhỏ có khả năng đọc/ghi
từ/lên một phần của tấm đĩa quay bên dưới. Điều này dẫn
đến việc tổ chức dữ liệu trên đĩa theo dạng một tập hợp các
vòng tròn đồng tâm gọi là các track (rãnh). Mỗi track có
cùng độ rộng như đầu đọc.
 Các rãnh kề nhau được phân biệt bằng các gap (khoảng
trống), nhờ đó ngăn chặn ở mức tối thiểu các sai sót do sự
canh biên không chính xác của đầu đọc hoặc nhiễu của các
trường điện từ. Để đơn giản hóa về mặt điện tử, mỗi track có
số bit thông tin bằng nhau. Do đó dộ trù mật tính theo số bit
trên mỗi inch tuyến tính sẽ tăng lên khi chúng ta đi từ track
xa nhất bên ngoài vào đến track gần nhất bên trong đĩa.

7. Tổ chức dữ liệu trên đĩa

9.  Như đã đề cập đến trong các chương trước, dữ liệu
được chuyển đến và đi khỏi đĩa theo từng khối một.
Thông thường kích thước của một khối dữ liệu nhỏ
hơn dung lượng của track. Cụ thể hơn, dữ liệu được
lưu trong các vùng có kích thước khối gọi là sector
(cung). Trên mỗi track thường có từ 10 đến 100
sector dữ liệu và chúng có thể có độ dài cố định hay
thay đổi. Để tránh những sai sót về độ chính xác có
thể xảy ra trong hệ thống, các sector liền nhau được
tách biệt bởi các gap liên track (liên – bản ghi).

10.  Với cách tổ chức như vậy, để xác định từng sector
trong track, cần phải có một điểm bắt đầu của track
cũng như cách thức nhận biết điểm bắt đầu và kết
thúc của một sector. Các yêu cầu này được quản lý
thông qua dữ liệu điều khiển đã được ghi lên đĩa.
Do vậy đĩa sẽ được định dạng với một số dữ liệu
phụ đi kèm và chỉ được sử dụng bởi ổ đĩa. Người sử
dụng không thể truy cập đến những dữ liệu này

11. CÁC ĐẶC TRƢNG CHÍNH
 Những đặc trưng chính của đĩa bao gồm:
 Sự di chuyển của đầu đọc
 Tính khả chuyển của đĩa
 Các mặt đĩa
 Các tấm đĩa
 Cơ chế làm việc của đầu đọc

12. SỰ DI CHUYỂN CỦA ĐẦU ĐỌC
 Đầu đọc có thể được giữ cố định hoặc di chuyển
theo hướng tâm đĩa. Với đầu đọc cố định, có
một đầu đọc/ghi cho mỗi track. Tất cả các đầu
đọc được gắn lên một tay đòn kéo dài qua tất cả
các track trên đĩa. Với đầu đọc có thể di chuyển,
chỉ có một đầu đọc/ghi duy nhất. Ở đây đầu đọc
cũng được gắn lên một tay đòn có thể kéo dài
hoặc thu ngắn ứng với vị trí của track cần truy
cập trên đĩa. Hình 5.2 mô tả các loại đầu đọc cố
định và không cố định.

14. Tính khả chuyển của đĩa
 Bản thân đĩa thường được gắn vào trong một ổ đĩa với
một tay đòn, một động cơ quay đĩa cũng như các mạch
điện tử cần thiết cho việc nhập/xuất dữ liệu nhị phân.
Đĩa không thể tháo rời được gắn vĩnh viễn vào trong ổ
đĩa trong khi ổ đĩa có thể tháo rời có thể lấy ra và thay
thế bằng một ổ đĩa khác.
 Lợi ích của loại đĩa có thể tháo rời là khả năng cung cấp
một lượng dữ liệu không có giới hạn trên một hệ thống
giới hạn các ổ đĩa. Hơn nữa đĩa đó còn có thể di chuyển
từ máy tính này sang máy tính khác.

15. Các mặt đĩa
 Hầu hết các đĩa đều có 2 mặt trừ một số loại cũ
chỉ có 1 mặt.
Số các tấm đĩa
 Một số ổ đĩa cho phép xếp chồng nhiều đĩa theo
chiều thẳng đứng với nhiều tay đòn được cung
cấp. Các tấm đĩa như thế được tổ chức theo đơn
vị disk pack (gói đĩa).

16. Cơ chế làm việc của đầu đọc
 Cơ chế làm việc của đầu đọc trong thao tác đọc/ghi
cho phép phân loại đĩa rất rõ ràng. Chúng ta có ba
cơ chế như sau:
 Cơ chế 1: giữ đầu đọc ở một khoảng cách cố định
với bề mặt đĩa
 Cơ chế 2: cho phép tiếp xúc về mặt vật lý giữa
đầu đọc với bề mặt đĩa
 Cơ chế 3: khoảng cách giữa đầu đọc với bề mặt
đĩa có thể thay đổi trong quá trình đọc/ghi.

17.  Để hiểu rõ cơ chế 3 nói trên, chúng ta cần tìm hiểu về
mối quan hệ giữa độ trù mật dữ liệu và kích thước của
khối không khí trống giữa đầu đọc và bề mặt đĩa bên
dưới nó
 Đầu đọc phải sinh ra một trường điện từ đủ lớn để
đọc/ghi một cách chính xác. Đầu đọc càng hẹp thì nó
càng phải ở gần bề mặt đĩa hơn để hoạt động. Đầu đọc
hẹp hơn dẫn đến bề rộng track nhỏ hơn và do vậy độ
trù mật dữ liệu tăng lên rất nhiều.
 Tuy nhiên, khi đầu đọc càng gần bề mặt đĩa, nguy cơ
pha tạp và không chính xác về dữ liệu càng lớn.

18.  Nhằm đẩy kỹ thuật đĩa lên một bước xa hơn, người ta đã
chế tạo ra ổ đĩa Winchester. Các đầu đọc Winchester
được sử dụng trong các ổ đĩa gần như không có tác
nhân tạp chất. Chúng được thiết kế để hoạt động gần
hơn với bề mặt đĩa. Do đó cho phép làm tăng độ trù mật
của dữ liệu trên đĩa.
 Đầu đọc có dạng một lá khí động học nằm trên bề mặt
đĩa khi đĩa không chuyển động. Áp suất không khí sinh
bởi đĩa xoay tròn đủ làm cho lá rút lên khỏi bề mặt đĩa.
Phần hệ thống không tiếp xúc với đĩa có thể được chế
tạo để sử dụng với những đầu đọc kiểu mới này.

19. THỜI GIAN TRUY CẬP ĐĨA
 Khi ổ đĩa hoạt động, đĩa quay với vận tốc không đổi.
Để đọc hoặc ghi, đầu đọc định vị track cần truy cập
và tại đầu của sector cần thao tác trên track đó. Việc
chọn track bao gồm việc di chuyển đầu đọc (trong hệ
thống đầu đọc di chuyển) hay lựa chọn một cách điện
tử một đầu đọc/ghi (trong hệ thống có đầu đọc cố
định).

20.  Với hệ thống có đầu đọc di chuyển được, thời gian
cần để định vị track được gọi là thời gian tìm kiếm
(seek time). Trong hai trường hợp, khi track đã
được chọn, hệ thống chờ sector thích hợp quay đến
bên dưới đầu đọc. Thời gian cần thiết để sector
quay đến dưới đầu đọc này gọi là độ trễ quay
(rotational latency).
 Tổng thời gian tìm kiếm và độ trễ quay được gọi là
thời gian truy cập, hay thời gian cần thiết để định vị
dữ liệu cần đọc/ghi. Khi đầu đọc đã ở đúng vị trí,
thao tác đọc/ghi sẽ được thực hiện ngay khi sector
di chuyển dưới đầu đọc.

21. 7.2 BỘ NHỚ QUANG HỌC
 Với sự ra đời của đĩa CD (Compact Disk) vào năm
1983, sự phát triển của công nghệ lưu trữ đĩa bằng
kỹ thuật quang học với giá thành thấp đã tiến thêm
một bước đáng kể và hứa hẹn sẽ tạo ra một cuộc
cách mạng hóa trong việc lưu trữ dữ liệu trên máy
tính.
 Trong những năm vừa qua, nhiều dạng hệ thống đĩa
quang học đã được phát minh và ngày càng được
sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng máy tính.

22. BỘ NHỚ QUANG HỌC

23. CD
 CD Viết tắt của từ Compact Disk. Đây là loại đĩa
không thể xóa được, dùng để lưu trữ thông tin
âm thanh đã được số hóa. Hệ thống thông
thường sử dụng các đĩa có đường kính 12 cm và
có thể dùng để ghi hơn 60 phút âm thanh được
phát liên tục.

24. CD-ROM
 Viết tắt của cụm từ Compact Disk
Read-Only Memory. Đây là loại đĩa không thể
xóa được, dùng để lưu trữ dữ liệu máy tính. Hệ
thống thông thường sử dụng các đĩa có đường
kính 12 cm và có thể dùng để chứa hơn 550
megabyte dữ liệu.

25. CD-I
 Viết tắt của cụm từ Compact Disk
Interactive. Đây là một đặc tả dựa trên
việc sử dụng CD-ROM. Nó mô tả các
phương pháp cung cấp âm thanh, video,
hình ảnh đồ họa, văn bản, và các mã
chương trình thực thi được trên CD-ROM.

26. CD-ROM
 Hai loại đĩa audio CD và CD-ROM sử dụng công nghệ
chế tạo tương tự nhau.
 Sự khác biệt chính ở đây là các thiết bị đọc CD-ROM có
khả năng sửa lỗi nhằm bảo đảm dữ liệu được truyền
chính xác từ đĩa vào máy tính.

27. CD-ROM (tt)
 Mỗi đĩa được tạo thành từ nhựa tổng hợp, và được phủ
bởi một loại vật liệu có độ phản chiếu cao, thường là
nhôm. Thông tin cần ghi dưới dạng số hóa (có thể là âm
nhạc hoặc dữ liệu máy tính) được khắc lên bề mặt đĩa
dưới dạng các chuỗi vết lõm cực nhỏ. Công việc này
được thực hiện trước hết với một tia laser có cường độ
cao cực nhạy nhằm tạo ra một đĩa chủ. Đĩa này sau đó
sẽ được sử dụng làm khuôn để dập thành các bản sao.
Phần bề mặt đã bị đục lỗ của các bản sao đó sẽ được
phủ một lớp sơn trong suốt, giúp chúng không bị che lấp
bởi bụi bẩn.

28. CD-ROM (tt)
 Thông tin được lấy ra từ CD hay CD-ROM bằng một tia laser
có năng lượng thấp chứa trong thiết bị đọc đĩa quang hay ổ
đĩa. Tia laser này sẽ chiếu qua lớp sơn bảo vệ trong suốt khi
bề mặt đĩa được quay tròn ngang qua nó. Cường độ của tia
sáng phản chiếu lại tia laser này thay đổi khi tia laser gặp
phải một vết lõm. Sự thay đổi đó sẽ được nhận biết bởi một
bộ dò sáng và được chuyển thành tín hiệu số.
 Với cách chế tạo như trên, một vết lõm ở gần tâm của một
đĩa quay sẽ đi qua một điểm cố định (chẳng hạn như một
dòng laser) chậm hơn một vết lõm ở phía ngoài của đĩa.
 Do vậy cần phải có một cách nào đó để bù trừ lại sự biến đổi
về mặt tốc độ, sao cho tia laser có thể đọc tất cả mọi vết lõm
với cùng một tốc độ.

29. CD-ROM (tt)
 Thông tin được đóng gói đều nhau dọc theo đĩa trong
từng phân đọan có cùng kích thước, và những phân
đoạn này có thể được quét qua ở cùng một tốc độ bằng
cách cho quay đĩa ở những vận tốc khác nhau.
 Đĩa sẽ được quay chậm hơn với những truy cập xảy ra ở
vùng gần cạnh ngoài đĩa và nhanh hơn đối với các truy
cập xảy ra ở vùng gần tâm đĩa. Do đó, dung lượng của
một rãnh và độ trễ do quay đĩa đều tăng lên với những
rãnh nằm gần cạnh ngoài của đĩa.
 Đã có nhiều loại CD-ROM với các mật độ lưu trữ khác nhau
được chế tạo.

30. ĐĨA QUANG
 Thành tựu gần đây nhất trong lĩnh vực chế tạo thiết bị
lưu trữ dữ liệu dạng quang học là đĩa quang có thể xóa
được. Loại đĩa này có thể được ghi đi ghi lại nhiều lần
như đĩa từ thông thường. Mặc dù có rất nhiều thử
nghiệm đã được tiến hành, cho đến nay công nghệ
chứng tỏ được khả năng thương mại trong việc chế tạo
đĩa quang xóa được vẫn dựa trên các hệ thống quang –
từ.

31.  Trong các hệ thống này, năng lượng của một chùm tia
laser được sử dụng cùng với một từ trường để ghi và
xóa thông tin thông qua việc làm đảo ngược các cực từ
trong một vùng nhỏ của đĩa, vốn được phủ một lớp vật
liệu từ tính. Chùm tia laser đốt nóng một vị trí được chỉ
định cụ thể trên đĩa, và một từ trường có thể làm thay
đổi hướng từ tại vị trí đó khi nhiệt độ tăng lên. Do quá
trình cực hóa từ như vậy không tạo nên thay đổi về mặt
vật lý của đĩa, đĩa có thể sử dụng được nhiều lần.
 Quá trình đọc đĩa được thực hiện thông qua việc dò
hướng từ do các tia laser đã được cực hóa đảm nhận.
Ánh sáng đã cực hóa phản chiếu từ một vị trí trên đĩa sẽ
thay đổi góc quay của nó tùy theo hướng của từ trường.

32.  Các loại đĩa quang xóa được có nhiều ưu điểm so với đĩa
từ:
 Dung lượng lưu trữ cao: Một đĩa quang có kích thước
5.25 inch có thể lưu 650 megabyte dữ liệu, trong khi đó
một đĩa Winchester loại tốt chỉ có thể lưu phân nửa
lượng dữ liệu đó.
 Tính khả chuyển: Đĩa quang có thể tháo rời ra khỏi ổ
đĩa.
 Có độ tin cậy cao: Kỹ thuật chịu lỗi trên đĩa quang
không cần thiết phải phức tạp như đối với đĩa từ có
dung lượng cao. Do đó chúng đạt được độ tin cậy cao
hơn trong việc lưu trữ dữ liệu.
 Đĩa quang sử dụng kỹ thuật vận tốc góc không đổi.