Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 7: Bộ nhớ ngoài
CHƯƠNG 7: BỘ NHỚ NGOÀI
◼ 50 năm trước đâyngày 1195chiếc ổ cứng RAMAC
195) – Chiếc ổ cứng máy tính đầu tiên trên thế giớđã
ra đờivớcấu tạo làm từ 50 lớp đĩa có đường kính tớ...
mnặng tớ1 tấn và chchứa đượ..MB dữ liệ.
◼ Sản phẩm RAMAC tích hợp có chiều rộng gấp đô2 chiếc
tủ lạnh, nhưng lại không cao bằng và nặng 1 tấ.
RAMAC có tổng cộng 50 lớp đĩa có đường kính khoảng
m vớtốc độ quay trung bình đạ200 /phútnhưng
dung lượng lưu trữ chcó đúng MBđủ để lưu một bài
hácó độ dà5 phúđược mã hoá chuẩn M3 12b.
◼ IBM chcho xuấxưởng đúng 12 chiếc ổ đĩa RAMA.
◼ Ngày nay, chúng ta có những chiếc ổ đĩa cứng với rất
nhiều kích cỡ và đặc tính khác nhaTừ chiếc ổ đĩa cứng
nhỏ nhất thế giới của Toshiba với kích thước khoảng
cm và dung lượng lưu trữ GB và GB cho đến những
chiếc ổ đĩa cứng dung lượng khổng lồ 75G. Các nhà
sản xuấđã tung ra thtrường hàng loạsản phẩm ổ đĩa
cứng dành riêng cho máy chủ, máy tính để bàn, máy
tính xách taymáy ghvideothiếbnghe nhạc s… Bạn
có thể tìm thấy ổ đĩa cứng ở bấkỳ đâutrong mộchiếc
ô tô, máy bay hay trong các ứng dụng quân s. Bên
cạnh đógiá thành của ổ đĩa cứng cũng đã giảm đmột
cách đáng k. Nếu chiếc dung lượng lưu trữ trong ổ
cứng RAMAC của IBM có giá 100USD/MB, thnhững
chiếc ổ cứng ngày nay chcó giá 03 cent/M.
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
7.1 ĐĨA TỪ
◼ Đĩa từ là một tấm kim loại/nhựa hình tròn có bề mặt phủ vật
liệu từ tínDữ liệu được ghlên/đọc ra từ đĩa thông qua một
thiếbgọlà đầu đọTrong khcó thao tác đọc/ghiđầu đọc
đứng yên và tấm đĩa quay liên tục bên dướn.
◼ Cơ chế ghdựa trên từ trường sinh bởdòng điện đqua ống
xoắ. Các xung động được gửđến đầu đọc, sau đó những
khuôn dạng từ khác nhau ứng vớcác dòng điện âm/dương
sẽ được ghlên bề mặđĩa ở bên dướ.
◼ Cơ chế đọc dựa trên dòng điện trong ống xoắn vốn được sinh
bởsự dịch chuyển từ trường quanh nKhbề mặđĩa đqua
dướđầu đọc, nó sẽ sinh ra một dòng điện có cùng cực với
dòng đã được ghtrước đ.
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 dướ. 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 đọ.
◼ Các rãnh kề nhau được phân biệt bằng các gap (khoảng
trống), nhờ đó ngăn chặn ở mức tốthiểu các sasót do sự
canh biên không chính xác của đầu đọc hoặc nhiễu của các
trường điện tĐể đơn giản hóa về mặđiện tửmỗtrack có
số bit thông tin bằng nhaDo đó dộ trù mậtính theo số bit
trên mỗinch tuyến tính sẽ tăng lên khchúng ta đtừ track
xa nhấbên ngoàvào đến track gần nhấbên trong đĩ.
Tổ chức dữ liệu trên đĩa
◼ Như đã đề cập đến trong các chương trướcdữ liệu
được chuyển đến và đkhỏđĩa theo từng khốmộ.
Thông thường kích thước của một khốdữ liệu nhỏ
hơn dung lượng của tracCụ thể hơndữ liệu được
lưu trong các vùng có kích thước khốgọlà sector
(cung. Trên mỗi track thường có từ 10 đến 100
sectodữ liệu và chúng có thể có độ dàcố định hay
thay đổĐể tránh những sasót về độ chính xác có
thể xảy ra trong hệ thốngcác sectoliền nhau được
tách biệbởcác gap liên track (liên – bản gh.
◼ Với cách tổ chức như vậy, để xác định từng sector
trong trackcần phảcó một điểm bắt đầu của track
cũng như cách thức nhận biết điểm bắt đầu và kết
thúc của một secto. Các yêu cầu này được quản lý
thông qua dữ liệu điều khiển đã được ghi lên đĩ.
Do vậy đĩa sẽ được định dạng với một số dữ liệu
phụ đkèm và chđược sử dụng bởổ đĩNgườsử
dụng không thể truy cập đến những dữ liệu này
CÁC ĐẶC TRƯNG 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
SỰ DI CHUYỂN CỦA ĐẦU ĐỌC
◼ Đầu đọc có thể được giữ cố định hoặc dchuyển
theo hướng tâm đĩ. Với đầu đọc cố định, có
một đầu đọc/ghcho mỗtrac. Tất cả các đầu
đọc được gắn lên mộtay đòn kéo dàqua tấcả
các track trên đĩVớđầu đọc có thể dchuyển,
chcó mộđầu đọc/ghduy nhấỞ đây đầu đọc
cũng được gắn lên một tay đòn có thể kéo dài
hoặc thu ngắn ứng vớvtrcủa track cần truy
cập trên đĩHình 2 mô tả các loạđầu đọc cố
định và không cố địn.
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 phâ.
Đĩa không thể tháo rờđược gắn vĩnh viễn vào trong ổ
đĩa trong khổ đĩa có thể tháo rờcó thể lấy ra và thay
thế bằng mộổ đĩa khá.
◼ Lợích của loạđĩa có thể tháo rờlà khả năng cung cấp
một lượng dữ liệu không có giớhạn trên một hệ thống
giớhạn các ổ đĩHơn nữa đĩa đó còn có thể dchuyển
từ máy tính này sang máy tính khá.
Các mặt đĩa
◼ Hầu hếcác đĩa đều có 2 mặtrừ một số loạcũ
chcó 1 mặ.
Số các tấm đĩa
◼ Mộsố ổ đĩa cho phép xếp chồng nhiều đĩa theo
chiều thẳng đứng vớnhiều tay đòn được cung
cấCác tấm đĩa như thế được tổ chức theo đơn
vdisk pack (góđĩa.
Cơ chế làm việc của đầu đọc
◼ Cơ chế làm việc của đầu đọc trong thao tác đọc/ghi
cho phép phân loạđĩa rất rõ ràn. Chúng ta có ba
cơ chế như sa:
◼ Cơ chế giữ đầu đọc ở mộkhoảng cách cố định
vớbề mặđĩa
◼ Cơ chế : cho phép tiếp xúc về mặt vật lý giữa
đầu đọc vớbề mặđĩa
◼ Cơ chế : khoảng cách giữa đầu đọc vớbề mặt
đĩa có thể thay đổtrong quá trình đọc/gh.
◼ Để hiểu rõ cơ chế 3 nótrên, chúng ta cần tìm hiểu về
mốquan hệ giữa độ trù mật dữ liệu và kích thước của
khối không khí trống giữa đầu đọc và bề mặt đĩa bên
dướnó
◼ Đầu đọc phải sinh ra một trường điện từ đủ lớn để
đọc/ghi một cách chính xá. Đầu đọc càng hẹp thì nó
càng phảở gần bề mặt đĩa hơn để hoạt độn. Đầu đọc
hẹp hơn dẫn đến bề rộng track nhỏ hơn và do vậy độ trù
mậdữ liệu tăng lên rấnhiề.
◼ Tuy nhiên, khi đầu đọc càng gần bề mặt đĩa, nguy cơ
pha tạp và không chính xác về dữ liệu càng lớ.
◼ Nhằm đẩy kỹ thuậđĩa lên mộbước xa hơnngườta đã
chế tạo ra ổ đĩa Wincheste. Các đầu đọc Winchester
được sử dụng trong các ổ đĩa gần như không có tác
nhân tạp chấ. Chúng được thiết kế để hoạt động gần
hơn vớbề mặđĩDo đó cho phép làm tăng độ trù mật
của dữ liệu trên đĩ.
◼ Đầu đọc có dạng một lá khđộng học nằm trên bề mặt
đĩa khđĩa không chuyển độn. Áp suất không khsinh
bởđĩa xoay tròn đủ làm cho lá rút lên khỏbề mặt đĩ.
Phần hệ thống không tiếp xúc vớđĩa có thể được chế
tạo để sử dụng vớnhững đầu đọc kiểu mớnà.
THỜI GIAN TRUY CẬP ĐĨA
◼ Khổ đĩa hoạt động, đĩa quay vớvận tốc không đổ.
Để đọc hoặc ghiđầu đọc định vtrack cần truy cập và
tại đầu của sector cần thao tác trên track đ. Việc
chọn track bao gồm việc dchuyển đầu đọc (trong hệ
thống đầu đọc dchuyển) hay lựa chọn mộcách điện
tử một đầu đọc/ghi (trong hệ thống có đầu đọc cố
định.
◼ Vớhệ thống có đầu đọc dchuyển được, thờgian
cần để định vtrack được gọlà thờgian tìm kiếm
(seek timeTrong hatrường hợpkhtrack đã được
chọn, hệ thống chờ sector thích hợp quay đến bên
dưới đầu đọ. Thời gian cần thiết để sector quay
đến dướđầu đọc này gọlà độ trễ quay (rotational
latency.
◼ Tổng thờgian tìm kiếm và độ trễ quay được gọlà
thờgian truy cậphay thờgian cần thiết để định vị
dữ liệu cần đọc/gh. Khi đầu đọc đã ở đúng vị trí,
thao tác đọc/ghsẽ được thực hiện ngay khsector
dchuyển dướđầu đọ.
Tải về để xem bản đầy đủ
32 trang
15260
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 7: Bộ nhớ ngoài", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_kien_truc_may_tinh_chuong_7_bo_nho_ngoai.ppt
