Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu tìm hiểu về thiết bị lưu trữ dữ liệu từ tính (ổ đĩa cứng)
1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu thiết bị lưu trữ liệu từ tính Trường: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Thanh Hải Nhóm thực hiện: Nhóm số Lớp: KHMT – k10 Thành viên Nhóm trưởng: Ngô Văn Sơn Nguyễn Thế Quyền Nguyễn Văn Hải Nguyễn Viết Hoàng Nguyễn Minh Quang Yêu cầu: Trình bày cấu tạo nguyên lý ghi/đọc liệu ổ đĩa từ (đĩa cứng) Các thông số đặc tính kỹ thuật ổ đĩa cứng ngày Mục Lục Cấu tạo ổ đĩa cứng Ổ đĩa cứng gồm thành phần, phận liệt kê giải thích sơ sau: 1.1 Cụm đĩa Bao gồm toàn đĩa, trục quay động • • • • • Đĩa từ Trục quay: truyền chuyển động đĩa từ Động cơ: Được gắn đồng trục với trục quay đĩa 1.2 Cụm đầu đọc Đầu đọc (head): Đầu đọc/ghi liệu Cần di chuyển đầu đọc (head arm actuator arm) 1.3 Cụm mạch điện Hình • Mạch điều khiển: có nhiệm vụ điều khiển động đồng trục, điều khiển di chuyển cần di chuyển đầu đọc để đảm bảo đến vị trí bề mặt đĩa • Mạch xử lý liệu: dùng để xử lý liệu đọc/ghi ổ đĩa cứng • Bộ nhớ đệm (cache buffer): nơi tạm lưu liệu trình đọc/ghi liệu Dữ liệu nhớ đệm ổ đĩa cứng ngừng cấp điện • Đầu cắm nguồn cung cấp điện cho ổ đĩa cứng • Đầu kết nối giao tiếp với máy tính • Các cầu đấu thiết đặt (tạm dịch từ jumper) thiết đặt chế độ làm việc ổ đĩa cứng: Lựa chọn chế độ làm việc ổ đĩa cứng (SATA 150 SATA 300) hay thứ tự kênh giao tiếp IDE (master hay slave tự lựa chọn), lựa chọn thông số làm việc khác 1.4 Vỏ đĩa cứng Vỏ ổ đĩa cứng gồm phần: Phần đế chứa linh kiện gắn nó, phần nắp đậy lại để bảo vệ linh kiện bên Vỏ ổ đĩa cứng có chức nhằm định vị linh kiện đảm bảo độ kín khít để không cho phép bụi lọt vào bên ổ đĩa cứng Ngoài ra, vỏ đĩa cứng có tác dụng chịu đựng va chạm (ở mức độ thấp) để bảo vệ ổ đĩa cứng 1.5 Đĩa từ Hình 2.4: Ổ đĩa từ Đĩa từ (platter): Đĩa thường cấu tạo nhôm thuỷ tinh, bề mặt phủ lớp vật liệu từ tính nơi chứa liệu Tuỳ theo hãng sản xuất mà đĩa sử dụng hai mặt Số lượng đĩa nhiều một, phụ thuộc vào dung lượng công nghệ hãng sản xuất khác Mỗi đĩa từ sử dụng hai mặt, đĩa cứng có nhiều đĩa từ, chúng gắn song song, quay đồng trục, tốc độ với hoạt động 1.6 Track Hình 2.5 Trên mặt làm việc đĩa từ chia nhiều vòng tròn đồng tâm thành track Track hiểu đơn giản giống rãnh ghi liệu giống đĩa nhựa (ghi âm nhạc trước đây) cách biệt rãnh ghi gờ phân biệt chúng vòng tròn đồng tâm không nối tiếp thành dạng xoắn trôn ốc đĩa nhựa Track ổ đĩa cứng không cố định từ sản xuất, chúng thay đổi vị trí định dạng cấp thấp ổ đĩa (low format ) 1.7 Sector Khu vực 10 11 12 13 14 15 Trên track chia thành phần nhỏ đoạn hướng tâm thành sector Các sector phần nhỏ cuối chia để chứa liệu Theo chuẩn thông thường sector chứa dung lượng 512 byte Số sector track khác từ phần rìa đĩa vào đến vùng tâm đĩa, ổ đĩa cứng chia 10 vùng mà vùng có số sector/track Bảng cho thấy khu vực với thông số khác ảnh hưởng chúng đến tốc độ truyền liệu ổ cứng Các khu vực ghi liệu ổ đĩa cứng Hitachi Travelstar 7K60 2,5" 1.8 Cylinder Tập hợp track cùng bán kính (cùng số hiệu trên) mặt đĩa khác thành cylinder Nói cách xác thì: đầu đọc/ghi làm việc track tập hợp toàn track bề mặt đĩa lại mà đầu đọc lại làm việc gọi cylinder (cách giải thích xác xảy thường hợp đầu đọc khác có khoảng cách đến tâm quay đĩa khác trình chế tạo) Trên ổ đĩa cứng có nhiều cylinder có nhiều track mặt đĩa từ 1.9 Trục quay Trục quay trục để gắn đĩa từ lên nó, chúng nối trực tiếp với động quay đĩa cứng Trục quay có nhiệm vụ truyền chuyển động quay từ động đến đĩa từ Trục quay thường chế tạo vật liệu nhẹ (như hợp kim nhôm) chế tạo tuyệt đối xác để đảm bảo trọng tâm chúng không sai lệch - sai lệch nhỏ gây lên rung lắc toàn đĩa cứng làm việc tốc độ cao, dẫn đến trình đọc/ghi không xác 1.10 Đầu đọc/ghi Đầu đọc đơn giản cấu tạo gồm lõi ferit (trước lõi sắt) cuộn dây (giống nam châm điện) Gần công nghệ giúp cho ổ đĩa cứng hoạt động với mật độ xít chặt như: chuyển hạt từ xếp theo phương vuông góc với bề mặt đĩa nên đầu đọc thiết kế nhỏ gọn phát triển theo ứng dụng công nghệ Đầu đọc đĩa cứng có công dụng đọc liệu dạng từ hoá bề mặt đĩa từ từ hoá lên mặt đĩa ghi liệu Số đầu đọc ghi số mặt hoạt động đĩa cứng, có nghĩa chúng nhỏ hai lần số đĩa (nhỏ trường hợp ví dụ hai đĩa sử dụng mặt) 1.11 Cần di chuyển đầu đọc/ghi Cần di chuyển đầu đọc/ghi thiết bị mà đầu đọc/ghi gắn vào Cần có nhiệm vụ di chuyển theo phương song song với đĩa từ khoảng cách định, dịch chuyển định vị xác đầu đọc vị trí từ mép đĩa đến vùng phía đĩa (phía trục quay) Các cần di chuyển đầu đọc di chuyển đồng thời với chúng gắn chung trục quay (đồng trục), có nghĩa việc đọc/ghi liệu bề mặt (trên loại hai mặt) vị trí chúng hoạt động vị trí tương ứng bề mặt đĩa lại Sự di chuyển cần thực theo hai phương thức: • Sử dụng động bước để truyền chuyển động • Sử dụng cuộn cảm để di chuyển cần lực từ Đọc/ghi liệu ổ đĩa từ 2.1 Giao tiếp với máy tính Toàn chế đọc/ghi liệu thực máy tính (hoặc thiết bị sử dụng ổ đĩa cứng) có yêu cầu truy xuất liệu cần ghi liệu vào ổ đĩa cứng Việc thực giao tiếp với máy tính bo mạch ổ đĩa cứng đảm nhiệm Ta biết máy tính làm việc khác theo phiên làm việc, nhiệm vụ mà không theo kịch nào, trình đọc ghi liệu luôn xảy ra, tập tin bị thay đổi, xáo trộn vị trí Từ liệu bề mặt đĩa cứng không chứa cách liên tục mà chúng nằm rải rác khắp nơi bề mặt vật lý Một mặt khác máy tính xử lý đa nhiệm (thực nhiều nhiệm vụ thời điểm) nên cần phải truy cập đến tập tin khác thư mục khác Như chế đọc ghi liệu ổ đĩa cứng không đơn thực từ theo mà chúng truy cập ghi liệu ngẫu nhiên điểm bề mặt đĩa từ, đặc điểm khác biệt bật ổ đĩa cứng so với hình thức lưu trữ truy cập (như băng từ) Thông qua giao tiếp với máy tính, giải tác vụ, CPU đòi hỏi liệu (nó hỏi nhớ khác trước đến đĩa cứng mà thứ tự thường cache L1-> cache L2 ->RAM) đĩa cứng cần truy cập đến liệu chứa Không đơn CPU đòi hỏi nhiều tập tin liệu thời điểm, xảy trường hợp: Ổ đĩa cứng đáp ứng yêu cầu truy cập liệu thời điểm, yêu cầu đáp ứng Ổ đĩa cứng đồng thời đáp ứng yêu cầu cung cấp liệu theo phương thức riêng 2.2 Đọc ghi liệu bề mặt đĩa Sự hoạt động đĩa cứng cần thực đồng thời hai chuyển động: Chuyển động quay đĩa chuyển động đầu đọc Sự quay đĩa từ thực nhờ động gắn trục (với tốc độ lớn: từ 3600 rpm 15.000 rpm) chúng thường quay ổn định tốc độ định theo loại ổ đĩa cứng Hình 2.2 + Hình 2.2 : minh hoạ nguyên lý đọc/ghi từ bề mặt đĩa cứng với phương thức từ nằm ngang Head: Đầu đọc/ghi di chuyển bề mặt đĩa Grain: Các thành phần hạt từ phương chúng xếp đồng hướng khoảng R,N: Vị trí từ ngược/thuận(theo quy ước); Mangnetic Field lines: Đường sức từ(khi đầu đọc/ghi); Binary value encoded: Giá trị tín hiệu nhị phân (0101…) nhận Khi đĩa cứng quay đều, cần di chuyển đầu đọc di chuyển đến vị trí bề mặt chứa phủ vật liệu từ theo phương bán kính đĩa Chuyển động kết hợp với chuyển động quay đĩa làm đầu đọc/ghi tới vị trí bề mặt đĩa Tại vị trí cần đọc ghi, đầu đọc/ghi có cảm biến với điện trường để đọc liệu (và tương ứng: phát điện trường để xoay hướng hạt từ ghi liệu) Dữ liệu ghi/đọc đồng thời đĩa Việc thực phân bổ liệu đĩa thực nhờ mạch điều khiển bo mạch ổ đĩa cứng Ghi vuông góc ổ cứng Đa số ổ cứng thị trường dùng công nghệ ghi gọi theo chiều dọc , bit lưu trữ bên cạnh bề mặt từ tính Công nghệ ghi theo chiều dọc có từ bắt đầu có ổ cứng Và công nghệ ghi gọi ghi vuông góc, công nghệ ổ cứng ngày sử dụng , cho phép ghi với mật độ cao Để hiểu liệu đọc, viết ổ cứng thiết bị lưu trữ tù tính khác , cần nhớ đặc điểm sau: + Tất dây dẫn tạo từ trường xung quanh chúng có dòng điện chạy qua + Một từ trường đủ mạnh sinh dòng điện dây dẫn + Chiều từ trường phụ thuộc vào chiều dòng điện ngược lại Đó tất mà bạn cần biết để hiểu liệu đọc, ghi ổ cứng Có vật liệu dẫn hình chữ U có cuộn dây dẫn xung quanh ( man châm hình móng ngựa ) để làm đầu đọc ghi ổ cứng Trong trình ghi số liệu lên ổ cứng, dòng điện cung cấp vào cuộn dây dẫn tạo từ trường xung quanh đầu đọc ghi Trường từ hoá bề mặt bên đầu đọc ghi , hạt từ tính thành hàng, chúng theo chiều trái phải phụ thuộc vào chiều dòng điện cung cấp qua cuộn dây dẫn Bit lưu trữ liên tiếp hạt từ tính 10 Trong trình đọc liệu ổ cứng, đầu đọc ghi qua vùng có từ trường xuất dòng điện cuộn dây dẫn, chiều dòng điện phụ thuộc vào chiều từ trường mà đầu đọc ghi qua, cho phép mạch điều khiển ổ đĩa đọc Bit lưu trữ Ghi vuông góc ghi dọc Mỗi bảng lưu trữ ổ đĩa làm nhôm kính bề mặt có lớp vật liệu từ, thông thường Oxit kim loại trộn với vật liệu khác Như phần nói đầu đọc ghi từ hoá hạt từ tính bề mặt đĩa tuỳ theo dòng điện cung cấp Chúng ta thấy thứ tự hạt từ hoá đại diện cho Bit liệu lưu trữ Trong công nghệ ghi dọc, sử dụng nhiều ổ cứng thị trường, hạt từ nằm theo chiều ngang chúng nằm cạnh bề mặt ổ cứng Bạn xem hình Trong năm trở lại hãng sản xuất dều nghiên cứu để tăng dung lượng lưu trữ ổ cứng ( tăng mật độ lưu trữ ) mà lại làm giảm kích thước hạt từ bề mặt ổ cứng Những hạt từ nhỏ có nhiều liệu lưu trữ ổ cứng Những hạt từ bị làm co lại dẫn đến vấn đề gọi superparamagnetism mà liên quan đến tính toàn vẹn liệu lưu trữ Superparamagnetism xảy mà hạt từ nhỏ đến mức mà nhiệt độ thay đổi làm đảo chiều từ tính thiết bị lưu trữ dẫn đến số liệu lưu trữ bị sai lệch Superparamagnetism làm cho nhà sản xuất ổ cứng dung lương cao bị hạn chế Hình mô tả công nghệ ghi vuông góc , hạt từ xắp xếp theo chiều dọc Khi ghi phương pháp vuông góc nhiều số liệu lưu trữ ổ cúng làm giảm tượng superparamagnetism xảy Thông số đặc tính 3.1 Dung lượng 11 Dung lượng ổ đĩa cứng (Disk capacity) thông số thường người sử dụng nghĩ đến đầu tiên, sở cho việc so sánh, đầu tư nâng cấp Dung lượng ổ đĩa cứng tính bằng: (số byte/sector) × (số sector/track) × (số cylinder) × (số đầu đọc/ghi) Dung lượng ổ đĩa cứng tính theo đơn vị dung lượng thông thường: byte, kB MB, GB, TB 3.2 Tốc độ quay ổ đĩa cứng Tốc độ quay đĩa cứng thường ký hiệu rpm (viết tắt từ tiếng Anh: revolutions per minute) số vòng quay phút Tốc độ quay cao ổ làm việc nhanh chúng thực đọc/ghi nhanh hơn, thời giam tìm kiếm thấp Các tốc độ quay thông dụng thường là: • 3.600 rpm: Tốc độ ổ đĩa cứng đĩa hệ trước • 4.200 rpm: Thường sử dụng với máy tính xách tay mức giá trung bình thấp thời điểm 2007 • 5.400 rpm: Thông dụng với ổ đĩa cứng 3,5” sản xuất cách 2-3 năm; với ổ đĩa cứng 2,5” cho máy tính xách tay chuyển sang tốc độ 5400 rpm để đáp ứng nhu cầu đọc/ghi liệu nhanh • 7.200 rpm: Thông dụng với ổ đĩa cứng sản xuất thời gian (2007) • 10.000 rpm, 15.000 rpm: Thường sử dụng cho ổ đĩa cứng máy tính cá nhân cao cấp, máy trạm máy chủ có sử dụng giao tiếp SCSI 3.3 Các thông số thời gian ổ đĩa cứng Thời gian tìm kiếm trung bình: (Average Seek Time) khoảng thời gian trung bình (theo mili giây: ms) mà đầu đọc di chuyển từ cylinder đến cylinder khác ngẫu nhiên (ở vị trí xa chúng) Thời gian tìm kiếm trung bình cung cấp nhà sản xuất họ tiến hành hàng loạt việc thử việc đọc/ghi vị trí khác chia cho số lần thực để có kết thông số cuối Thông số thấp tốt Thời gian tìm kiếm trung bình không kiểm tra phần mềm phần mềm không can thiệp sâu đến hoạt động ổ đĩa cứng Thời gian truy cập ngẫu nhiên: (Random Access Time): Là khoảng thời gian trung bình để đĩa cứng tìm kiếm liệu ngẫu nhiên Tính mili giây (ms) Đây tham số quan trọng chúng ảnh hưởng đến hiệu làm việc hệ thống, người sử dụng nên quan tâm đến chúng lựa chọn ổ đĩa cứng Thông số thấp tốt Tham số: Các ổ đĩa cứng sản xuất gần (2007) có thời gian truy cập ngẫu nhiên khoảng: đến 15 ms Thời gian làm việc tin cậy MTBF: (Mean Time Between Failures) tính theo (hay hiểu cách đơn tuổi thọ ổ đĩa cứng) Đây khoảng thời gian mà nhà sản xuất dự tính ổ đĩa cứng hoạt động ổn định mà sau thời gian ổ đĩa cứng xuất lỗi (và không đảm bảo tin cậy) 12 3.4 Bộ nhớ đệm Bộ nhớ đệm (cache buffer) ổ đĩa cứng giống RAM máy tính, chúng có nhiệm vụ lưu tạm liệu trình làm việc ổ đĩa cứng Độ lớn nhớ đệm có ảnh hưởng đáng kể tới hiệu suất hoạt động ổ đĩa cứng việc đọc/ghi không xảy tức thời (do phụ thuộc vào di chuyển đầu đọc/ghi, liệu truyền tới đi) đặt tạm nhớ đệm Đơn vị thường bính kB MB 3.5 Chuẩn giao tiếp Các chuẩn giao tiếp ổ đĩa cứng Giao tiếp (viết tắt) SCSI Ultra160 SCSI Ultra320 SCSI ATA SATA 150 SATA 300 SATA 600 Có nhiều chuẩn giao tiếp khác ổ đĩa cứng với hệ thống phần cứng, đa dạng phần xuất phát từ yêu cầu tốc độ đọc/ghi liệu khác hệ thống máy tính, phần lại ổ giao tiếp nhanh có giá thành cao nhiều so với chuẩn thông dụng Hình Bảng so sánh chuẩn ATA thường sử dụng nhiều với ổ đĩa cứng thời gian gần Chuẩn Standard Phát triển (năm) 13 ATA-1 1988 ATA-2 1993 ATA-3 1995 ATA-4 1996 ATA-5 1998 ATA-6 2000 ATA-7 2001 ATA-8 2004 SMART = Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology ATAPI = AT Attachment Packet Interface MB = Megabyte; million bytes GB = Gigabyte; billion bytes PB = Petabyte; quadrillion bytes CHS = Cylinder, Head, Sector LBA = Logical block address PIO = Programmed I/O DMA = direct memory access UDMA = Ultra DMA 3.6 Tốc độ truyền liệu Tốc độ chuẩn giao tiếp nghĩa ổ đĩa cứng đáp ứng theo tốc độ nó, đa phần tốc độ truyền liệu chuẩn giao tiếp thấp so với thiết kế chúng gặp rào cản vấn đề công nghệ chế tạo Các thông số sau ảnh hưởng đến tốc độ truyền liệu ổ đĩa cứng: • Tốc độ quay đĩa từ • Số lượng đĩa từ ổ đĩa cứng: nhiều đĩa từ số lượng đầu đọc lớn, khả đọc/ghi đồng thời đầu từ mặt đĩa nhiều lượng liệu đọc/ghi lớn • Công nghệ chế tạo: Mật độ sít chặt track công nghệ ghi liệu bề mặt đĩa (phương từ song song vuông góc với bề mặt đĩa): dẫn đến tốc độ đọc/ghi cao • Dung lượng nhớ đệm: Ảnh hưởng đến tốc độ truyền liệu tức thời thời điểm Bảng so sánh sau tốc độ vùng ổ cứng khác giúp nhận số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền liệu ổ đĩa cứng 14 Ổ đĩa cứng Ultra-ATA/100 Hitachi (IBM) Deskstar 120GXP Vùng Vùng Vùng Trung bình Ổ đĩa cứng Maxtor DiamondMax D540X-4G120J6 120GB ATA Vùng Vùng Trung bình Như ta thấy tốc độ truyền liệu thực mức trung bình 42,27 MBps ổ đĩa có giao tiếp Ultra-ATA/100 (với tốc độ thiết kế truyền liệu 100 MBps) gần 1/2 so với tốc độ giao tiếp Đa phần tốc độ truyền liệu chuẩn giao tiếp thấp so với thiết kế có nhiều thông số ảnh hưởng đến tốc độ truyền liệu ổ cứng như: tốc độ quay đĩa từ, số lượng đĩa từ ổ đĩa cứng, công nghệ chế tạo, dung lượng nhớ đệm… Tốc độ truyền liệu chuẩn giao tiếp SAS tăng qua năm 3.7 Kích thước Kích thước ổ đĩa cứng chuẩn hoá số kích thước để đảm bảo thay lắp ráp vừa với máy tính Kích thước ổ đĩa cứng thường tính theo inch (") Kích thước vỏ loại ổ đĩa cứng: xem bảng 3.8 Sự sử dụng điện Đa số ổ đĩa cứng máy tính cá nhân sử dụng hai loại điện áp nguồn: Vdc 12 Vdc (DC dc: Loại điện áp chiều) Các ổ đĩa cứng cho máy tính xách tay sử dụng loại điện áp nguồn Vdc Các ổ đĩa cứng gắn thiết bị số cầm tay khác sử dụng nguồn có mức điện áp thấp với công suất thấp Điện cung cấp cho ổ đĩa cứng phần lớn phục vụ cho động quay ổ đĩa, phần lại nhỏ cung cấp cho bo mạch ổ đĩa cứng Tuỳ loại động mà chúng sử dụng điện áp 12V Vdc (thông qua định mức tiêu thụ dòng điện mức điện áp này) Trên ổ đĩa cứng ghi rõ thông số dòng điện tiêu thụ loại điện áp sử dụng để đảm bảo cho người sử dụng tính toán công suất chung 15 Ổ đĩa cứng thường tiêu thụ điện lớn thời điểm khởi động hệ thống (hoặc thời điểm đĩa cứng bắt đầu hoạt động trở lại sau tạm nghỉ để tiết kiệm điện năng) khởi động động đồng trục quay đĩa từ, giống động điện thông thường, dòng điện tiêu thụ đỉnh cực đại giai đoạn gấp lần công suất tiêu thụ bình thường Ổ cứng thông thường lấy điện trực tiếp từ nguồn máy tính, với ổ đĩa cứng sử dụng cung cấp điện riêng kèm theo chúng dùng nguồn điện cung cấp qua cổng giao tiếp USB 3.9 Các thông số khác KÍCH THƯỚC VỎ CÁC LOẠI Ổ CỨNG CAO Loại 5,25 Dùng máy tính hệ trước 3,25" (82,6mm) 1,63" (41,3mm) Loại 3,5” Thường sử dụng máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ 1,63" (41,3mm) 1,00" (25,4mm) Loại 2,5” Thường sử dụng máy tính xách tay 19,0mm (0,75") 17,0mm (0,67") 12,7mm (0,50") 12,5mm (0,49") 9,5mm (0,37") 8,5mm (0,33") Loại 1,8" nhỏ dùng thiết bị kỹ thuật số cá nhân 9,5mm (0,37") 7,0mm (0,28") Loại 1,8" PC Card 16 8,0mm (0,31") 5,0mm (0,20") Loại 1,0" Micro Device 5,0mm (0,20") Các thông số người sử dụng thường ý chúng thường không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất làm việc ổ cứng Các thông số không nên lấy làm tiêu so sánh ổ đĩa cứng lựa chọn sử dụng thông thường 3.10 Độ ồn Độ ồn ổ đĩa cứng thông số tính dB, chúng đo ổ đĩa cứng làm việc bình thường Ổ đĩa cứng với đặc trưng hoạt động chuyển động khí đĩa từ cần di chuyển đầu đọc, chúng không tránh khỏi phát tiếng ồn Do ổ đĩa cứng thường có độ ồn thấp nhiều so với quạt làm mát hệ thống làm việc nên người sử dụng không cần quan tâm đến thông số Những tiếng “lắc tắc” nhỏ phát trình làm việc ổ cứng cách không đặn sinh cần đỡ đầu đọc/ghi di chuyển dừng đột ngột vị trí cần định vị để làm việc Âm giúp người sử dụng biết trạng thái làm việc ổ đĩa cứng mà không cần quan sát đèn trạng thái HDD 3.11 Chu trình di chuyển Chu trình di chuyển cần đọc/ghi (Load/Unload cycle) tính số lần chúng khởi động từ vị trí an toàn đến vùng làm việc bề mặt đĩa cứng ngược lại Thông số số hữu hạn lần di chuyển mà sau số lần ổ đĩa cứng gặp lỗi hư hỏng Sau phiên làm việc (tắt máy), đầu từ di chuyển đến vị trí an toàn nằm đĩa từ nhằm tránh va chạm gây xước bề mặt lớp từ tính, số ổ đĩa có thiết kế cần di chuyển đầu đọc tự động di chuyển vị trí an toàn sau ngừng cấp điện đột ngột Nhiều người sử dụng động có thói quen ngắt điện phiên làm việc DOS (bởi tắt máy thống) tháo ổ đĩa cứng cho công việc khác, trình di chuyển gây va chạm làm xuất khối hư hỏng (bad block) Chu trình di chuyển thông số lớn số lần khởi động máy tính (hoặc thiết bị sử dụng ổ đĩa cứng) phiên làm việc, ổ đĩa cứng chuyển sang chế độ tạm nghỉ (stand by) để tiết kiệm điện nhiều lần 3.12 Chịu đựng sốc Chịu đựng sốc (Shock - half sine wave): Sốc (hình thức rung động theo nửa chu kỳ sóng, thường hiểu việc giao động từ vị trí cân đến giá trị cực đại, sau lại trở lại vị trí ban đầu) nói đến khả chịu đựng sốc ổ đĩa cứng làm việc Với ổ cứng cho máy tính xách tay thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân hay ổ đĩa cứng thông số cao tốt, với ổ đĩa cứng gắn cho máy tính cá 17 nhân để bàn thông số coi trọng so sánh lựa chọn loại ổ cứng chúng gắn cố định nên xảy sốc 3.13 Nhiệt độ thích nghi Tất thiết bị dựa hoạt động khí bị thay đổi thông số nhiệt độ chúng tăng lên đến mức giới hạn (sự giãn nở theo nhiệt độ đặc tính kim loại), nhiều thiết bị khác, nhiệt độ yếu tố ảnh hưởng đến trình làm việc ổ đĩa cứng bên chuyển động khí cần tuyệt đối xác Nhiệt độ làm việc ổ đĩa cứng thường từ 40 độ C, điều thường phù hợp với nhiều môi trường khác nhau, nhiên vậy: độ ẩm yếu tố liên quan kết hợp với môi trường tạo thành phá hoại ổ đĩa cứng Ổ cứng thường có lỗ (chứa lọc không khí) để cân áp suất với bên ngoài, không khí môi trường chứa nhiều nước, ngưng tụ nước thành giọt đóng băng bên ổ đĩa cứng làm hư hỏng ổ ta hình dung tốc độ quay lớn khoảng cách đầu từ với bề mặt làm việc đĩa từ nhỏ đến đâu Chính trước đưa ổ đĩa cứng vào làm việc lần (tháo bỏ vỏ nhựa bọc kín sản xuất) thiết bị ổ đĩa cứng sử dụng đưa đến từ môi trường khác đến nơi làm việc (có nhiệt độ môi trường cao hơn), nên đặt vào khoang chứa số thời gian định trước kết nối dây cấp nguồn cáp liệu để chúng làm việc Thời gian thích nghi đủ lớn để để đảm bảo cho: Các giọt nước bị bay cụm băng tuyết biến thành nước cân với môi trường bên Đảm bảo đồng môi trường bên bên ổ đĩa cứng, tránh biến đổi (do nhiệt độ thay đổi đột ngột) với thiết bị khí bên nhiệt độ ổ đĩa cứng tăng lên sau thời gian hoạt động 3.14 Thời gian thích nghi cần thiết (xem bảng) Tương tự việc đưa máy tính xách tay từ trời xứ lạnh vào phòng làm việc ấm áp nên để thời gian chờ máy tính xách tay có ổ đĩa cứng - trừ trường hợp trời (xứ lạnh) máy hoạt động (đảm bảo không bị đóng băng tuyết bên ổ đĩa cứng) Với nhiệt độ theo bảng ta thấy khí hậu Việt Nam nước gần xích đạo khác có nhiệt độ trung bình cao có lẽ cần có thời gian thích ứng trước đưa ổ đĩa cứng vào sử dụng (trừ vùng có nhiệt độ thấp xuất tuyết Sa Pa Việt Nam) 18 Nhiệt độ trước hoạt động +40°F (+4°C) +30°F (-1°C) +20°F (-7°C) +10°F (-12°C) 0°F (-18°C) -10°F (-23°C) -20°F (-29°C) -30°F (-34°C) nhỏ 3.15 Các số thông số sản phẩm Phần giải thích số thông số khác ổ đĩa cứng Model: Ký hiệu kiểu sản phẩm ổ đĩa cứng, model sử dụng chung cho lô sản phẩm loại có đặc tính thông số giống Thông thường hãng có cách ký hiệu riêng thông số model để giải thích sơ qua số thông số ổ đĩa cứng Serial number: Mã số sản phẩm, ổ đĩa cứng có số hiệu riêng Thông số thường chứa đựng thông tin quy ước riêng hãng sản xuất thời gian sản xuất đơn thứ tự sản phẩm sản xuất 19 Firmware revision: Thông số phiên firmware sử dụng thời ổ đĩa cứng Thông số thay đổi người sử dụng nâng cấp phiên firmware ổ đĩa cứng (nhưng việc nâng cấp thường xảy ra) Một số hãng sản xuất phần mềm sử dụng thông số ổ đĩa cứng để nhận dạng tình trạng quyền phần mềm máy tính, nhiên cách không áp dụng rộng rãi 3.16 Các công nghệ sử dụng ổ đĩa cứng 3.16.1 S.M.A.R.T (Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology) công nghệ tự động giám sát, chuẩn đoán báo cáo hư hỏng xuất ổ đĩa cứng để thông qua BIOS, phần mềm thông báo cho người sử dụng biết trước hư hỏng để có hành động chuẩn bị đối phó (như chép liệu dự phòng có kế hoạch thay ổ đĩa cứng mới) 3.16.2 Ổ cứng lai (hybrid hard disk drive) ổ đĩa cứng thông thường gắn thêm phần nhớ flash bo mạch ổ đĩa cứng Cụm nhớ hoạt động khác với chế làm việc nhớ đệm (cache) ổ đĩa cứng: Dữ liệu chứa chúng không bị mất điện Trong trình làm việc ổ cứng lai, vai trò phần nhớ flash sau: + Lưu trữ trung gian liệu trước ghi vào đĩa cứng, máy tính đưa liệu đến mức định (tuỳ loại ổ cứng lai) ổ đĩa cứng tiến hành ghi liệu vào đĩa từ, điều giúp vận hành ổ đĩa cứng tối hiệu tiết kiệm điện nhờ việc thường xuyên hoạt động + Giúp tăng tốc độ giao tiếp với máy tính: Việc đọc liệu từ nhớ flash nhanh so với việc đọc liệu đĩa từ • Giúp hệ điều hành khởi động nhanh nhờ việc lưu tập tin khởi động hệ thống lên vùng nhớ flash • Kết hợp với nhớ đệm ổ đĩa cứng tạo thành hệ thống hoạt động hiệu Những ổ cứng lai sản xuất thường sử dụng nhớ flash với dung lượng khiêm tốn 256 MB chịu áp lực vấn đề giá thành sản xuất Do sử dụng dung lượng nhỏ nên chưa cải thiện nhiều đến việc giảm thời gian khởi động hệ điều hành, dẫn đến nhiều người sử dụng chưa cảm thấy hài lòng với chúng Tuy nhiên người sử dụng thường khó nhận hiệu chúng thực tác vụ thông thường việc tiết kiệm lượng chúng Hiện (2007) ổ cứng lai có giá thành đắt (khoảng 300 USD cho dung lượng 32 GB) nên chúng sử dụng số loại máy tính xách tay cao cấp Trong tương lai, ổ cứng lai tích hợp đến vài GB dung lượng nhớ flash khiến so sánh chúng với ổ cứng truyền thống trở lên khác biệt 20 3.16.3 RAID Theo RAB RAID chia thành cấp độ (level), cấp độ có tính riêng, hầu hết chúng xây dựng từ hai cấp độ RAID RAID Dưới số RAID RAID cần ổ đĩa Tổng quát ta có n đĩa (n >= 2) đĩa loại Dữ liệu chia nhiều phần đg ta dùng 02 ổ cứng 80GB hệ thống đĩa 160GB + Hoạt động: Dữ liệu chia làm nhiều phần lưu trữ đĩa cứng Mỗi đĩa chứa 1/n liệu + Ưu điểm: Tăng tốc độ đọc/ghi đĩa: đĩa cần phải đọc/ghi 1/n lượng liệu yêu cầu Lý thuyết tốc độ tăng n lần + Nhược điểm: Tính an toàn thấp Nếu đĩa bị hư liệu tất đĩa lại không sử dụng Xác suất để liệu tăng n lần so với dùng ổ đĩa đơn RAID Đây dạng RAID có khả đảm bảo an toàn liệu Cũng giống RAID 0, RAID đòi hỏi hai đĩa cứng để làm việc Đối với RAID 1, hiệu yếu tố hàng đầu nên chẳng có ngạc nhiên lựa chọn số cho người say mê tốc độ Tuy nhiên nhà quản trị mạng phải quản lý nhiều thông tin quan trọng hệ thống RAID thứ thiếu Dung lượng cuối hệ thống RAID dung lượng ổ đơn (hai ổ 80GB chạy RAID cho hệ thống nhìn thấy ổ RAID 80GB) + Hoạt động: (n=2)Dữ liệu ghi vào ổ giống hệt (Mirroring) Trong trường hợp ổ cứng đơn bị trục trặc, ổ cứng đơn lại lại tiếp tục hoạt động bình thường Bạn thay ổ đĩa cứng đơn bị hỏng mà lo lắng đến vấn đề thông tin thất lạc + Ưu điểm: Tốc độ đọc/ghi dung lượng lưu trữ = ổ cứng đơn Đảm bảo an toàn liệu Raid chuẩn RAID thiếu người quản trị mạng phải quản lý nhiều thông tin quan trọng + Khuyết điểm: Không phải lựa chọn cho người say mê tốc độ Hiệu yếu tố hàng đầu Không gia tăng dung lượng lưu trữ RAID cải tiến RAID 0,có cung cấp chế khôi phục liệu, Parity dùng để khôi phục liệu phân bố đồng tất ổ đĩa cứng Giả sử liệu A phân tách thành phần A1, A2, A3 , liệu chia thành phần chứa ổ đĩa cứng 0, 1, (giống RAID 0) Phần ổ đĩa cứng thứ chứa Parity (Ap) A1 A2 A3 để khôi phục liệu ổ đĩa cứng 0, 1, Dữ liệu B chia thành B1 B2 B3 Parity Bp, theo thứ tự B1 B2 B3 lưu trữ ổ 21 3, Bp lưu trữ ổ Các Parity lưu trữ ổ đĩa cứng RAID cho phép tối đa có ổ cứng bị chết thời điểm, có nhiều ổ cứng bị chết thời điểm toàn liệu coi hết RAID yêu cầu ổ cứng tham gia RAID phải có dung lượng Dung lượng xác cuối RAID tính cách: (Dung lượng ổ cứng)x(Số lượng ổ cứng tham gia RAID) - (Dung lượng ổ cứng) Yêu cầu tối thiểu RAID có ổ đĩa cứng + Hoạt động: Dữ liệu lưu lưu trữ tất ổ đĩa cứng vật lý Nguyên tắc phức tạp Với n = 3(Hình 3.16) Hình 3.16 + Ưu điểm: Tốc độ cải thiện tính an toàn liệu đảm bảo Thay ổ đĩa cứng bị hư dễ dàng Dung lượng lưu trữ = n – Tức bạn sử dụng ổ đĩa vật lý 500GB dung lượng cuối sử dụng 1TB + Khuyết điểm: Hư ổ xin chia buồn bạn Mặc dù điều khó xảy không xảy Chẳng hạn: nguồn dỏm bị sốc điện Ví dụ: ta có đoạn liệu(6 Block) tương ứng: Block 1, Block 2, Block 3, Block 4, Block 5, Block Block Block lưu vào ổ đĩa cứng vật lý(1, 2) sau lưu liệu chúng ghi vào đĩa cứng vật lý Block Block lưu vào ổ đĩa cứng vật lý(1, 3) sau lưu liệu chúng ghi vào đĩa cứng vật lý Block Block lưu vào ổ đĩa cứng vật lý(2, 3) sau lưu liệu chúng ghi vào đĩa cứng vật lý 22