Intel x86
Chương 5 - Bộ nhớ ngoài...
#1 - Đĩa từ...
Đĩa từ (Magnetic Disks)[1] Là một trong các loại thiết bị lưu trữ được sử dụng rộng rãi nhất trong các thiết bị tính toán nói chung và các máy tính cá nhân nói riêng
Đĩa từ thuộc loại bộ nhớ ổn định
Đĩa từ là bộ nhớ có dung lượng lớn, đặc biệt là đĩa cứng, dùng để lưu trữ thông tin lâu dài dưới dạng các tệp (files)
Để lưu được thông tin, đĩa từ sử dụng các đĩa nhựa hoặc đĩa kim loại có phủ lớp bột từ trên bề mặt
Có hai dạng đĩa từ chủ yếu
Đĩa từ mềm (Floppy Disks)
- Làm bằng plastic, có dung lượng nhỏ, tốc độ chậm và dễ hư hỏng
- Người từ sử dụng ổ đĩa mềm (FDD - Floppy Disk Drive) để đọc ghi đĩa mềm
- Nhiều hệ thống máy tính lắp mới hiện nay không đi kèm ổ đĩa mềm
Đĩa từ cứng (Hard Disks)[2]
- Đĩa cứng được gắn cố định trong ổ đĩa và được bọc trong một hộp kim loại bảo vệ
- Đĩa cứng làm bằng kim loại hoặc thủy tinh, có dung lượng cao, từ vài chục GB đến hàng ngàn GB và là thiết bị lưu trữ chủ yếu của các hệ thống máy tính
1.1 - Đĩa cứng...
Đĩa có thể lưu thông tin trên cả hai mặt (side), được đánh số mặt 0 và mặt 1
Cấu tạo của ổ đĩa cứng bao gồm
- Cụm đĩa / Các đĩa từ (Disks): Bao gồm nhiều đĩa từ xếp chồng lên nhau và được gắn với một trục motor quay. Đĩa từ thường được làm từ nhốm hoặc hợp chất gốm thủy tinh, và cả hai mặt đĩa đều được phủ một lớp vật liệu từ tính
- Đầu từ đọc ghi (Heads): Bao gồm đầu đọc / ghi và cánh tay thiết bị chuyển động. Khoảng cách giữa đầu từ và bề mặt đĩa là rất nhỏ, nhưng không tiếp xúc mà "bay" trên mặt đĩa
- Rãnh (Tracks): Là một đường tròn đồng tâm trên mặt đĩa để lưu thông tin. Các rãnh được đánh số 0 theo trật tự từ ngoài đĩa vào trong tâm và mỗi mặt đĩa có thể chứa hàng ngàn rãnh
- Cung (Sectors): Trên track chia thành những phần nhỏ bằng các đoạn hướng tâm thành các sector. Các sector là phần nhỏ cuối cùng được chia ra để chứa dữ liệu. Kích thước thông dụng của mỗi cung là 512 byte[3]
- Mặt trụ (Cylinder): Tập hợp các track cùng bán kính (cùng số hiệu) ở các mặt đĩa khác nhau tạo thành các cylinder
Công thức tính dung lượng của đĩa cứng =
Info
Đối với các ổ đĩa cứng cũ trước đây, các phần trên đĩa thường được thể hiện dưới dạng được sắp xếp thành từng đoạn, giống như các lát bánh pizza, điều đó có nghĩa là các khu vực bên ngoài đĩa có diện tích lớn hơn những khu vực gần trung tâm hơn, có nghĩa là chúng chứa ít bit hơn trên một đơn vị diện tích và kém hiệu quả hơn trong việc lưu trữ dữ liệu hơn các khu vực bên trong. Trên các đĩa cứng hiện đại, mỗi khu vực có cùng diện tích, do đó mỗi khu vực lưu trữ cùng số bit trên một đơn vị diện tích
1.2 - Các chuẩn ghép nối đĩa cứng...
- Có nhiều chuẩn ghép nối đĩa cứng khác nhau, mỗi chuẩn có những đặc điểm và ưu điểm riêng
- IDE (EIDE): Đây là chuẩn kết nối đã được sử dụng rộng rãi trong quá khứ. Tốc độ truyền tải dữ liệu tối đa của IDE là 100MB/giây. Tuy nhiên, hầu hết các bo mạch chủ mới hiện này đã không còn hỗ trợ chuẩn kết nối này
- SATA (Serical ATA): SATA đã nhanh chóng trở thành chuẩn kết nối mới trong công nghệ ổ cứng nhờ khả năng ưu việt về tốc độ xử lý và truyền tài dữ liệu hơn IDE. SATA giúp giảm tiếng ồn và tăng luồng không khí trong hệ thống nhờ vào dây cáp SATA hẹp hơn so với dây cáp IDE. Tốc độ truyền tải dữ liệu của SATA có thể lên đến 150-550 MB/giây
- USB (Universal Serial Bus)[4]: USB là chuẩn kết nối phổ biến cho ổ cứng di động. USB cho phép cắm "nóng" và sử dụng ngay mà không cần phải khởi động lại hệ thống. Có hai chuẩn kết nói USB cơ bản là USB 2.0 và USB 3.0. USB 2.0 có băng thông truyền tải khoảng 312MB/s đến 600MB/s tùy thuộc vào bus cổng và cáp USB
- FireWire: Giống như USB, FireWire cũng là chuẩn kết nối phổ biến cho ổ cứng di động. FireWire cũng cho phép cắm "nóng" và sử dụng ngay mà không cần phải khởi động lại hệ thống
1.3 - Quản lý đĩa cứng...
Định dạng đĩa cứng
- Định dạng đĩa cứng là một bước quan trọng để đảm bảo rằng ổ đĩa có thể lưu trữ và quản lý dữ liệu một cách hiệu quả. Khi một ổ đĩa cứng mới được sản xuất, nó không có hệ thống tập hoặc cấu trúc dữ liệu nào. Định dạng giúp thiết lập một hệ thống tệp mà hệ điều hành có thể sử dụng để theo dõi và truy cập dữ liệu. Ngoài ra, định dạng cũng giúp kiểm tra các lỗi vật lý trên ổ đĩa và đánh dấu các sector hỏng để không sử dụng chúng, từ đó giảm nguy cơ mất dữ liệu
- Có 2 mức định dạng đĩa cứng
- Định dạng mức thấp (Lower level format) thường được thực hiện tại nhà máy sản xuất và không cần thiết phải thực hiện trừ khi có sự cố với ổ đĩa. Nó thiết lập các thông số vật lý của ổ đĩa, như cấu trúc rãnh và cung, mà không cần sự can thiệp của hệ điều hành
- Định dạng mức cao (High level format) là bước tiếp theo được thực hiện bởi hệ điều hành khi cài đặt. Nó tạo ra hệ thống tệp cần thiết để lưu trữ dữ liệu và có thể được thực hiện nhanh chóng mỗi khi cần thiết
Phân khu
- Một đĩa cứng vật lý có thể được chia thành nhiều phần để thuận tiện cho quản lý và lưu trữ
- Mỗi phần được gọi là một phân đoạn hay một phân khu (partition)
- Có hai loại phân khu: phân khu chính (primary partition) và phân khu mở rộng (extended partition). Thông thường, mỗi ổ đĩa chỉ có thể có một phân khu chính và một số phân khu mở rộng
- Phân khu chính chỉ có thể chứa duy nhất một ổ đĩa logic, nhưng phân khu mở rộng có thể được chia thành một hoặc một số ổ đĩa logic
- Bảng phân khu (partition table) là một bảng gồm các bản ghi lưu thông tin quản lý các phân khu đĩa cứng
- Kích thước của mỗi phân khu
- Loại phân khu: chẳng hạn như phân khu chính (primary), mở rộng (extended)
- Kiểu định dạng phân khu (FAT, NTFS, EXT)[5]
- Vị trí bắt đầu và kết thúc của phân vùng: định vị chính xác nơi mỗi phân khu bắt đầu và kết thúc trên ổ đĩa
Cung khởi động
- Mỗi lần bạn khởi động máy tính hay laptop, hệ thống sẽ luôn cần đến boot sector. Boot sector chứa chương trình mồi khởi động (Bootstrap loader) có nhiệm vụ kích hoạt việc nạp các thành phần của hệ điều hành từ đĩa vào bộ nhớ
- Nếu không có boot sector hoặc nếu nó bị hỏng, máy tính sẽ không thể khởi động bình thường
- Khi máy tính ở trạng thái tắt, phần mềm của nó - bao gồm hệ điều hành, mã ứng dụng và dữ liệu được lưu trữ trong 1 bộ nhớ ổn định. Khi máy tính được bật lên, hệ điều hành và các chương trình cần thiết phải được tải vào bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM, vì RAM cung cấp tốc độ truy cập nhanh hơn nhiều so với bộ nhớ ổn định
#2 - Đĩa quang...
Đĩa quang (Optical Disks) hoạt động dựa trên nguyên lý quang học: sử dụng ánh sáng để đọc và ghi thông tin trên đĩa
Các đĩa quang thường được chế tạo bằng plastic với một mặt được tráng một lớp nhôm mỏng để phản xạ tia laser
Mặt đĩa quang được "khắc" rãnh và mức lõm của rãnh được sử dụng để biểu diễn các bit thông tin
Việc đọc thông tin trên đĩa quang được diễn ra theo các bước sau
- Phát tia laser: Tia laser được phát ra từ một điốt phát laser
- Điều hướng tia laser: Tia laser đi qua một bộ tách tia, sau đó đến một gương quay. Gương này được điều khiển để hướng tia laser đến đúng vị trí cần đọc trên mặt đĩa
- Phản xạ tia laser: Tia laser phản xạ từ mặt đĩa, phản ảnh các mức lồi lõm trên mặt đĩa, và quay trở lại gương quay
- Chuyển hướng tia phản xạ: Gương quay chuyển tia phản xạ trở lại qua bộ tách tia và tiếp tục đến bộ cảm biến quang điện
- Chuyển đổi tín hiệu: Bộ cảm biến quang điện chuyển đổi tia laser phản xạ thành tín hiệu điện tử, mà cường độ của tia laser được biểu diễn dưới dưới dạng mức tín hiệu ra
2.1 - Các loại đĩa quang...
- Có hai loại đĩa quang chính: đĩa CD (Compact Disk) và đĩa DVD (Digital Video Disk)
- Đĩa CD ra đời trước có dung lượng nhỏ, tốc độ chậm, thường được sử dụng để lưu dữ liệu, âm thanh và phim ảnh có chất lượng thấp
- Đĩa DVD ra đời sau, có dung lượng lớn, tốc độ truy cập cao và cho phép lưu dữ liệu, âm thanh và phim ảnh có chất lượng cao hơn
- Đĩa từ có hình tròn là do động cơ của đĩa cứng được thiết kế để quay tròn, giúp đảm bảo quá trình đọc và ghi dữ liệu diễn ra một cách liên tục và ổn định↩︎
- Trong máy tính, ổ C, D, F không phải là đĩa cứng, mà chúng là các phân vùng của đĩa cứng. Mỗi đĩa cứng có thể được chia thành nhiều phân vùng, và mỗi phân vùng se được hệ điều hành nhận biết như một ổ đĩa riêng biệt↩︎
- Các track ở vùng ngoài của đĩa cứng thường có nhiều sector hơn so với các track ở vùng trong. Điều này là do các track ở vùng ngoài có đường kính lớn hơn, do đó có thể chứa được nhiều sector hơn. Ngoài ra, tốc độ truyền dữ liệu của các track ở vùng ngoài cũng cao hơn với các track ở vùng trong↩︎
- Cổng USB không chỉ dùng để cắm các thiết bị USB, mà còn có nhiều tác dung khác như truyền tải dữ liệu, cung cấp năng lượng, và kết nối các thiết bị phụ trợ như chuột, bàn phím↩︎
- Định dạng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là NTFS (New Technology File System): Được sử dụng chủ yếu trên các hệ thống Windows, NTFS hỗ trợ quyền bảo mật cấp tệp, ghi nhật ký, mã hóa và nén tệp. NTFS cũng hỗ trợ kích thước tệp và phân vùng lớn, cung cấp hiệu suất và độ tin cậy cao↩︎