Bài giảng Chương 6: Thiết bị lưu trữ

 thi chuẩn ATAATAPIDo sự phát triển CDROMATA packet interface: chuẩn đa trên mạch giao tiếp ATA, cho phép các thết bị không phải ổ cứng có thể cắm vào cổng ATAChấp nhận hỗ trợ ATA thông qua BIOSATA-2. Fast-ATA và EIDE phát triển như phần mở rộng ATAĐịnh nghĩa chế độ chuyển giao dữ liệu PIO và DMA nhanh hơnbổ sung kênh ổ đĩa thứ hai, điều quản các đợt chuyển giao dữ liệu (block transfer mode)Định nghĩa các sector bằng LBA, khắc phục giới hạn ổ cứng 528MB.Dùnd mach giao tiếp 40 kimUtral ATA 33Biểu thị thực thi ATA/ATAPI-4 cung cấp tốc độ chuyển giao dữ liệu DMA.khả năng vận hành 33MB/sổ đĩa, bộ điều khiển, BIOS Ultra-ATA hỗ trợ hệ thống.Có thể dủng các đường cáp 40 kim.Ultra-ATA 66Nâng cấp khả năng vận hành 66MB/sCần ổ đĩa, bộ điều khiển, BIOS Ultra-ATA/66 hỗ trợ hệ thống.Tương thích với ATADùng cáp 40 kin/80 dâyUtral ATA 100/133Tốc độ chuyển giao dữ liệuHai yếu tố chuyển giao dữ liệu:Tốc độ lấy dữ liệu từ các lá đĩaTốc độ chuyển dữ liệu giữa ổ đĩa và bộ điều khiểnTốc độ lấy dữ liệu từ các lá đĩa và vùng đệm thường chậm hơn (5MB/s đĩa củ, Utral ATA 14MB/s).Tốc độ giữa ổ đĩa và bộ điều khiển nhanh hơn 5, 8, 16MB/s Utral ATA 33/66 MB/sLập Cahe đĩaKhông thể đáp ứng túc thời dữ liệuDùng kỹ thuật cahe để tăng tốc độ, nhu một vùng đệm để lưu trữ tạm thời dữ liệu.Cahe nạp đầy thông tin được tiên đoán là hệ thống yêu cầu.Thông tin truy cập ở cache truớc, sau đó mới đến ổ đĩa (nếu không có dữ liệu trên cache)Kiến tạo ổ đĩaKhung suờnCác lá đĩaTốc độ >5200 RPMCác đầu đọc ghiBộ phận điều động đầuMô tơ trục quayQuay đĩaMạch điện tửKhái niệm định dạng ổ đĩaBa bước cho tiến trình định dạng:Định dạng cấp thấpPhân hoạchĐịng dạng cấp caoĐịnh dạng cấp thấp (low-level format).Thông tin phần đầu phần đuôi của sector được ghi cùng dữ liệu giả.Các ke hở giữa track và sector được tạoNền móng để tổ chức đĩaĐịnh dạng cấp thấp thường cụ thể theo phần cứng.Các nhà sản xuất thường định dạng cấp thấp tại nơi sản xuất. Nếu không phải liên hệ nhà chế tạo trình định dạng cấp thấp của họPhân hoạchPhân hoạch cụ thể theo hệ điều hànhChia nhỏ ổ đĩa vật lý thành vài ổ logic nhỏ hơnDOS, windows 3.11 windows 95 dùng hệ thống FAT. (gom nhóm sector thành cluster 64 sector-32KB =1clusterFDISK là tiện ích dùng để phân hoạch ổ đĩaDOS, windows 95 giới hạn 2,1GB cho mỗi phân họachWindows NT 4.0 giới hạn 4,2GBWindows 98 trở về sau dùng các phân hoạch FAT32 hỗ trợ: 2TB.ĐỊNH DẠNG CẤP CAOhệ điều hành chưa thể lưu trữ nếu chưa định dạng cấp cao.Mổi phân hoạch ghi một VBS, hai bản sao FAT, và một thư mục gốcKiểm tra và xoá bỏ các sector hỏngFORMAT tiện ích của DOSCÁC HỆ THỐNG TỔ CHỨC TẬP TIN Ổ cứng IDE/EIDE hoặc SCSI: đã đưôc định dạng cấp thấp (thông tin cylinder, track, sector đã được ghi ra đĩa).Phân hoạch ổ đĩa với FDISK và định dạng bằng FOMAT (theo một hệ thống tập tin cụ thể)Đặc điểm cơ bản của FAT(File Allocation Table)DOS, Windows 3.x và Windows 95 dủng FAT để tổ chức tập tin trên ổ đĩa.Nhóm các sector tổ chức thành 1 liên sector (cluster).Mỗi liên sector được gán một sốFAT 12: dùng một con số 12bitFAT 16: dùng một con số 16bitFAT 32: dùng một con số 32bit (windows 98)Lưu trữ tập tin trong mọi liên sector, khi xoá tập tin các liên sector có thể dùng lại,FAT: linh hoạt, đáng tin cậy.FAT 12: 4096 (212) liên sector (clustor)Không dùng, các ổ cứng nhỏ (32MB).FAT 16: 65.536 (216) liên sectorổ đĩa 120MB một clustor: 120MB/65.536.ổ đĩa 500MB một clustor: 500MB/65.536 khoảng 7,6KB (thự tế 8KB)Lưu tập tin 2KB lãng phí (8KB-2KB)Hiện tượng phân mảnh tập tin (do các liên sector đều độc lập) hiệu ứng phụ.Một tập tin cần nhiều liên sector có thể nằm rải rác bất kỳ trên đĩa.VD:tập tin dùng 20 liên sector trên track 345, 2 liên sector trên track 1012, 50 liên sector trên track 2011Thực tế: buộc các ổ cứng làm việc cật lực cho việc truy tìm sector. định kỳ giải phân mảnh bằng các tiện ích: Defrag, speed disk (NU)FAT 16:DOS dùng hệ thống tập tin FAT 16Có 65.536 liên sector.Một liên sector có thể lớn tới 32KB.Phân hoạch tối đa: 65.536 x 32.768 = 2.147.486.648 byte (2,1 GB).Mọi tập tin chứa ít nhất 1 liên sectorNếu ổ đĩa >2,1GB tạo các phân hoạch logic tiếp theo tận dụng không gian bổ xung.VD: ổ đĩa 3,1 GB: tạo một phân hoạch 2,1GB và một phân hoạch 1GB.Cách giảm bớt không gian chùng: tạo nhiều phân họch nhỏ  các liên sector nhỏ hơnFat 32:hệ thống tập tin 32 bit (windows 95 OSR2) sau đó windows 98, Me, windows 2000, XP.4 bit phía trên được dành riêng.Dùng 28 bit còn lại để đánh số: 228 (268.435.456) liên sector.VD: phân hoạch 8GB với các liên sector 4KB.Kích cỡ tối đa cho 1 phân hoạch: 2TBLoại bỏ kích cỡ cố định thư mục gốc.Các ứng dụng DOS (không viết lại) chỉ truy cập tin tới 2GB.Các ứng dụng win32 có thể làm việc trên các tập tin tới 4GB.Các trình tiện ích được viết cho FAT16 không làm việc cho FAT32VIRUS và MBR:Thay mã MBR bằng mã riêng.Khi khởi động mã MBR được nạp vào bộ nhớ mã virus sẽ được nạp.Nếu BIOS hỗ trợ tính năng “bảo vệ MBR”. sẽ ngăn cấp thông tin được ghi vào MBR.Kích hoạt trong CMOS setup.ĐĨA CD-ROM (compact disc)Đầu năm 1982: hãng Sony và Philips.Compact nhạc (audio CD).Ghi dữ liệu dưới dạng số hóa (digital)sử dụng các pit (hốc) và land (ụ).Giải pháp chức thông tin máy tính: (văn bản, hình ảnh đồ họa, các chương trình, phim, file âm thanh)Cấu tạo đĩa CDDập các pit và land lên một đĩa chất dẻo poly-carbonate.phủ một lớp tráng bạc (phản quang) lên đĩa để phản xạ ánh sáng laser.Sau tráng bạc được tráng một lớp sơn(tránh hoá chất ăn mònDữ liệu trên CDGhi thành một đường rãnh (track) xoắn ốc liên tục, duy nhất, chạy từ tâm quay ra vùng ngoài rìa.Một pit (sâu 0,12µm, rộng 0,6µm). Các pit và land có thể dài 0,9 đến 3,3µm.Khoảng cách 2 vòng xoắn 1,6µm  cung cấp khỏng 16.000 track trên 1 inch bán kính (TPI)sử dụng một tia laser và thiết bị phát hiện tia laser để cảm nhận sự hiện diện hay vắng mặt các pit.Tia sáng đập vào một land phản chiếu lại mắt đọc.Tia sáng đập vào pit, tia sáng sẽ bị phân tán theo mọi hướng.sự biến thiên các pit sang land và ngược lại tương ứng với các mức nhị phân. Không phải là sự có mât hay vắng mặtKiểu giải mã trong các ổ đĩa CDROM: Eight-to-Fourteen Modulation (EFM).EFM và cách lưu trữ dữ liệuDòng bit (bit stream): dữ liệu, thông tin sửa lỗi, thông tin địa chỉ, các mẫu đồng bộ hóa: được đại diện bằng các pit và land.Chuyển mỗi byte (8 bit) thành ra một chuỗi 14 bit( symbol).Một số nhị phân 1 phải được phân cách bởi ít nhất hai số nhị phân 01 frame CD-ROM tạo bởi:24 bit đồng bộ hóa14 bit điều khiển24 symbol dữ liệu8 symbol sửa lỗi14 bit kết thúc.(mỗi symbol phân cách bởi 3 bit kết hợp nữa)Tổng bit trong frame: 588Khối dữ liệu (data block) có 98 frameMỗi bock mang: 98*24=2352 bytes dữ liệu, cộng byte sữa lỗi, đồng bộ hóa, byte địa chỉ.Đĩa CDROM có thể giao 153.6KB dữ liệu (khoảng 75 block)/giây.Đĩa CDROM giống như CD nhạc có thể chứa 79 phút dữ liệu. Nhiều CD có khuynh hướng giới hạn con số này 60 phút.Có 270.000 blocks dữ liệu trong 60 phútMỗi block chứa 2048 byte dữ liệu  dung lượng sẽ là 553MB.Nếu 79 phút  dung lượng 682MB.Việc bảo quản các đĩa CDROMĐừng bẻ cong:Đừng đốt nóngĐừng làm trầy xước đĩa.Đừng dùng hóa chất trên đĩa.Đối với CD-R: tránh phơi dưới ánh sángỔ đĩa tốc độ quay bộiTốc độ dữ liệu của đĩa CD audio là 150KB/s.Đối với các dữ liệu máy tính có thể truyền nhanh hơn nhiều.ổ đĩa multi-spin đầu tiên 2x: 300KB/s, nếu gặp thông tin audio sẽ trở về 150KB/s.Tốc độ 4x (600KB/s)Cấu trúc ổ đĩa CDCD-ROM/CD-R: có khả năng tiếp nhận nhiều đĩa có kích thước khác nhau.Ổ đĩa quay ở tốc độ tuyến tính không đổi (CLV).Khi dò đến mép đĩa sẽ chậm lại và ngược lạidữ liệu đọc ở tốc độ không đổi.Phần mạch điện tử có khả năng phát hiện và sữa sai mọi lỗi dữ liệu.Phần cơ của ổ đĩa CDROMKhung sườn.Mặt vỏ trước, đèn led, nút chỉnh âm lượng và nút đẩy đĩa ra.Bo mạch in chính:điều khiển ổ đĩa giao tiếp, bo mạch in headphone.bộ phận trượt, thân nạp đĩa và nắp chắn.Một cụm motơ/ bánh răng truyền dẫn động cho cơ cấu nạp/đẩy đĩaĐộng cơ ổ đĩa: quay va đọc đĩa.Thiết bị quang:chứa một di-ốt phát và mắt đọc tia laser. Thiết bị quang trược dọc theo đường rayPHẦN ĐIỆN TỬ CỦA Ổ ĐĨA CDROMKhu vực mạch điều khiển: giao tiếp ngoại vi với bo mạch điều khiển ổ đĩa, thường dùng kiểu giao tiếp EIDE/IDE.Khu vực ổ đĩa quản lý các hoạt động vật lý, giải mã dữ liệu, sửa lỗiĐĩa DVDPhương tiện lưu trữ quang mật độ quangDVD video dùng để lưu trữ phim ảnh.DVD ROM lưu trữ phần mềm và dữ liệu máy tính. thời gian truy cậpThời gian cần thiết để tìm đến những thông tin cần thiết trên đĩa.Tương đối chậm, có thể cần đến vài trăm mili giây.Matsushita: 470msTỐC ĐỘ TRUYỀN DỮ LIỆUhai phương tiện tiêu biểu để đo tốc độ truyền dữ liệu:Tốc độ đọc dữ liệu vào trong bộ nhớ đệm on-board của ổ đĩa.(tốc độ truyền dữ liệu tuần tự).Creative Labs (matsushita): cung cấp 1.35MB/s ở DVD và 900KB/s đối với CD thưòngTốc độ chuyển giao dữ liệungang qua hệ thống cáp trên mạch điều khiển ổ đĩa (tốc độ dữ liệu có đệm trữ)8,3MB/s ở DMA mode 113,3MB/s ở DMA mode 2Các dạng thức dữ liệu lưuCác dạng thức dữ liệu có ý nghĩa quan trọng: chỉ ra những cấu trúc dữ liệu trên đĩa (volum, file, block,sector, mã CRC, đường dẫn, bảng ghi, bảng cấp phát file, phân khu).Dạng thức ở các sách A,B,C là UDF (UDF bridge (Universal Disk Format).Dạng thức ISO-9660Các chuẩn DVD âm nhạc và phim ảnhkỹ thuật nén MPEG (mition Picture Experts Group): nén âm thanh và hình ảnhMPEG-1: là 30 frame hình trên gây (frame per second) với độ phân giải352x240. Nén âm thanh đặt tả kỹ thuật âm thanh nổi.Cho phép 44.1 ngàn mẫu trên giâyMPEG-2: 60 frame/s với độ phân giải 720x480.Nén âm thanh vòng và nổi Dolby AC-3 5.Thực hiện 48 ngàn mẫu trên giâyTính năng tương thícg CDhỗ trợ các thiết bị đời củ.DVD tương thích ngược với: CD audio, CD-ROM, CD-1, CD Extra, CD-ROM/XA.ĐĨA DVD:giống các đĩa CDROM cổ điển: dữ liệu ghi theo mẫu hình xoắn ốc (pit va land)Kích thước giống CDROM.Dữ liệu dày hơn  dùng tia laser có bước sóng nhỏ hon nhiềuCó thể dùng nhiều lớp pit và land, mỗi lớp có một lớp phản quang riêng.Có thể sử dụng 2 mặt.Có khả năng cung cấp đến 4 lớp dữ liệuThực tế: thường là đĩa DVD 1 mặt: cung cấp 8.5GB dữ liệu với loại đĩa 2 lớp một mặt.