zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Công Nghệ Thông Tin

» Phần cứng

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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Báo xấu

25
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

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

BỘ NHỚ NGOÀI VŨ NGỌC THANH SANG TRỊNH TẤN ĐẠT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐẠI HỌC SÀI GÒN Email: trinhtandat@sgu.edu.vn Website: https://sites.google.com/site/ttdat88
ĐĨA 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 Tính
ĐĨA 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 Tính
ĐĨA 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 Tính
ĐĨA 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 Tính
ĐĨA 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 Tính
ĐĨA 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 Tính
ĐĨA 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 đĩa
ĐĨA 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 Tính
ĐĨA 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 bề mặt thành số vùng đồng tâm (thường là 16 vùng). • Trong mỗi vùng, số lượng bits của mỗi rãnh là hằng số. • Những vùng nằm xa trung tâm sẽ chứa được nhiều bits hơn (nhiều sectors) so với những vùng nằm gần trung tâm 🡺 Gia tăng khả năng lưu trữ tổng quát cho các mạch phức tạp. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính
ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TÍNH CHẤT VẬT LÝ Chuyển động head: Đĩa: • Tĩnh. • Đơn. • Động • Đa. Khả năng di chuyển của đĩa: Cơ chế của head: • Không thể di chuyển. • Liên lạc (đĩa mềm). • Có thể di chuyển • Khoảng cách cố định. • Khoảng cách khí động học (Winchester) Mặt: • Một mặt. • Nhiều mặt. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính
ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TÍNH CHẤT VẬT LÝ • Các head chuyển động hay cố định phụ thuộc vào hướng tấm của đĩa. • Head cố định: sẽ có một đầu cho đọc/ghi mỗi rãnh. Tất cả các head được gắn trên một nhánh cứng cáp ở tất cả các rãnh (ngày nay những hệ thống như vậy rất hiếm) • Head chuyển động: chỉ có 1 đầu đọc/ghi duy nhất. Head cũng được gắn trên nhánh, vì phải được đặt trên các rãnh, do đó các nhánh có thể mở rộng và thu hẹp để phục vụ mục đích trên. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính
ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TÍNH CHẤT VẬT LÝ • Đĩa di chuyển (Removable disk): o Có thể loại bỏ khỏi drive và được thay thế bởi ổ đĩa khác. o Cung cấp khả năng lưu trữ vô hạn. o Truyền tải dữ liệu dễ dàng giữa các hệ thống • Đĩa không thể di chuyển (Non removable disk): o Gắn vĩnh viễn trên drive. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính
ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TÍNH CHẤT VẬT LÝ • Đa đĩa (multiple platter): o Mỗi mặt sẽ có một đầu. o Các head được nối và căn chỉnh. o Dữ liệu bị sọc (striped) bởi các ông xy lanh (cylinder): ❖ Giảm thiểu khả năng di chuyển của đầu. ❖ Tăng tốc độ truyền tải. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính
ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TÍNH CHẤT VẬT LÝ • Đĩa mềm: o 8’’, 5.25’’, 3.5’’. o Khả năng lưu trữ nhỏ (tới 1.44Mbyte). o Tốc độ truyền tải chậm. o Phổ biến. o Rẻ. o Lỗi thời Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính
ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TÍNH CHẤT VẬT LÝ • Đĩa cứng Winchester o Được phát triển bởi IBM. o Head của Winchester như một cụm ổ kín ngăn cho các vật khác gây nhiễu. o Được thiết kế để hoạt động gần bề mặt đĩa hơn so với các đầu đĩa cứng thông thường. Cho phép mật độ dữ liệu tăng. o Phổ biến, rẻ, tốc độ lưu trữ ngoài nhanh. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính
ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - THÔNG SỐ HIỆU SUẤT ĐĨA • Chi tiết thực tế của hoạt động vào / ra đĩa phụ thuộc vào hệ thống máy tính, hệ điều hành và bản chất của kênh vào/ra và phần cứng bộ điều khiển đĩa. Sơ đồ thời gian của đĩa truyền tải I/O Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính
ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TÍNH CHẤT VẬT LÝ • Seek time ts: thời gian di chuyển đầu vào đúng rãnh (Vì để đọc và ghi, head cần được đặt vào rãnh mong muốn và đúng vào phần đầu tiên của sector của rãnh đó). • Rotatetion latency/ latency time tL: thời gian cần thiết cho phần đầu tiên của sector có thể tới head. • Khi head đã vào vị trí 🡺 cơ chế đọc và ghi sẽ bắt đầu thực hiện theo chuyển động của sector bên dưới head (truyền tải một phần dữ liệu của hoạt động). • Transfer time tT: thời gian truyền tải một phần dữ liệu. • Access time = seek time + latency time + transfer time = ts + tL + tT Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính
ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TÍNH CHẤT VẬT LÝ • Seek time sẽ bao gồm hai thành phần chính: Thời gian khởi tạo ban đầu, thời gian cần thiết để đi qua các rãnh khi arm bắt kịp tốc độ. • Lưu ý: thời gian truyền tải không phải là một hàm tuyến tính của số lượng rãnh mà sẽ bao gồm thời gian thiết lập (thời gian sau khi định vị head vào vị trí rãnh thiết lập đến khi xác định được rãnh). • Giá trị trung bình của ts do nhà sản xuất cung cấp. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính
ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TÍNH CHẤT VẬT LÝ • Latency time: o Tốc độ xoay: 3600 rpm cho đến 20,000 rpm cho cơ chế ghi. o Khi đạt đến tốc độ cuối, sẽ có một vòng quay mỗi 3ms. Trung bình latency time sẽ là 1.5ms Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.