Bài giảng Kiến trúc máy tính - Bài 6: Bộ nhớ ngoài - Phan Thanh Toàn
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Giảng viên: ThS. Phan Thanh Toàn
BÀI 6
BỘ NHỚ NGOÀI
Giảng viên: ThS. Phan Thanh Toàn
2
v1.0014103210
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 môn học sau:
• Kỹ thuật số;
• Kỹ thuật điện tử.
3
v1.0014103210
HƯỚNG DẪN HỌC
• Đọc tài liệu và tóm tắt những nội dung chính của từng bài.
• Luôn liên hệ và lấy ví dụ thực tế khi học đến từng vấn đề và khái niệm.
• Sử dụng các ngôn 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.
4
v1.0014103210
CẤU TRÚC NỘI DUNG
6.1. Đĩa từ và ổ đĩa từ
6.2. Đĩa quang
5
v1.0014103210
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
6
v1.0014103210
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.
7
v1.0014103210
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 không 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).
8
v1.0014103210
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 tròn, 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
Tổng số sector
track
track
liên cung
rãnh
5 1/4 inch 306 KB
5 1/4 inch 1.2 MB
3 1/2 inch 720 KB
3 1/2 inch 1.44 MB
40
80
80
80
9
15
9
2
1
2
1
0.330
0.160
0.115
0.115
720
2400
1440
2880
18
9
v1.0014103210
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 không 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 ô bit trước đó không
có xung số liệu (bit số liệu =0);
. Tốc độ truyền: 250KB/s hoặc 500KB/s.
10
v1.0014103210
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 ô bit có bit số liệu =0.
Phương pháp mã hóa nhóm GCG
. Chuyển nhóm 4 bit số liệu cần ghi thành nhóm 5 bit;
. Không có quá 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
. 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
v1.0014103210
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 vòng/phút;
Mô tơ bước.
12
v1.0014103210
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
DRO
. 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.
13
v1.0014103210
6.1.3. ĐĨA MỀM VÀ Ổ ĐĨA MỀM (tiếp theo)
• Thanh ghi trạng thái
Chứa các thông tin về bộ điều khiển
7
0
MRQ
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: Không ở chế độ DMA;
BUSY: 1 kích hoạt lệnh;
ACTD, ACTC, ACTB, ACTA: Ổ đĩa tương ứng được chọn, 1 được chọn.
14
v1.0014103210
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.
15
v1.0014103210
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.
16
v1.0014103210
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.
17
v1.0014103210
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:
. 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
v1.0014103210
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.
19
v1.0014103210
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.
Thanh ghi
Thanh ghi số liệu
Địa chỉ
1F0h
1F1h
1F6h
1F7h
3F6h
3F7h
Độ rộng
Đọc/Ghi
16
8
R/W
R
Thanh ghi lỗi
Thanh ghi đầu từ/ổ đĩa
Thanh ghi trạng thái
Thanh ghi lối ra số
Thanh ghi địa chỉ ổ đĩa
8
R/W
R
8
8
W
8
R
20
v1.0014103210
Tải về để xem bản đầy đủ
35 trang
12/04/2022
6980
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kiến trúc máy tính - Bài 6: Bộ nhớ ngoài - Phan Thanh Toàn", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_kien_truc_may_tinh_bai_6_bo_nho_ngoai_phan_thanh_t.pdf
