BỘ NHỚ NGỒI

VŨ NGỌC THANH SANG
TRỊNH TẤN ĐẠT
KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN
ĐẠI HỌC SÀI GỊN
Email:
Website: />

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 ngun liệu từ tính.
• Ví dụ: đĩa cứng, đĩa zip, đĩa mềm,…

Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

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 ln có hai đầu: đầu đọc và đầu
ghi.
• Trong q trình đọc và ghi đĩa sẽ xoay

quanh head.
Đầu ghi quy nạp/ đầu đọc từ tính

Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

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
dẫn dọc theo phía đối diện.

Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính

Đầu ghi quy nạp/ đầu đọc từ tính


ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - NGUYÊN LÝ GHI VÀ ĐỌC TRÊN ĐĨA TỪ

• Dịng điện trong dây dẫn tạo ra từ trường qua

khe hở, từ trường này sẽ từ hóa một vùng nhỏ
của mơi trường ghi.
• Đảo chiều của dịng điện làm đổi chiều của từ hóa
trên phương tiện ghi.

Đầu ghi quy nạp/ đầu đọc từ tính

Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

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 dịng điện trong
cuộn dây.
• Khi bề mặt đĩa quay về phía dưới của head -> tạo

ra dịng 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 đơn thường được sử dụng cho đĩa mềm, đĩa
cứng cũ.

Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


Đầu ghi quy nạp/ đầu đọc từ 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 mơi trường chuyển động phía dưới vật liệu.
• Bằng cách cho dịng 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 Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

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 Gịn

Kiến Trúc Máy Tính

Bố cục dữ liệu đĩa


ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TỔ CHỨC DỮ LIỆU VÀ ĐỊNH DẠNG
• Qt các thơng tin với cùng tỉ lệ bằng cách quay đĩa với
tốc độ cố định được gọi là vận tốc góc khơng đổi (constant

angular velocity - CAV).
• Đĩa được chia thành các vịng 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
vịng dài rãnh ngồi sẽ phải giống với khối lượng dữ liệu
của các vòng ngắn rãnh trong.
Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

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 Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TÍNH CHẤT VẬT LÝ

Chuyển động head:
• Tĩnh.
• Động

Đĩa:
• Đơn.
• Đa.

Khả năng di chuyển của đĩa:
• Khơng thể di chuyển.
• Có thể di chuyển


Cơ chế của head:
• Liên lạc (đĩa mềm).
• Khoảng cách cố định.
• Khoảng cách khí động học (Winchester)

Mặt:
• Một mặt.
• Nhiều mặt.
Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

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 Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

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 khơng thể di chuyển (Non removable disk):
o Gắn vĩnh viễn trên drive.

Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

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 Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

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 Gịn

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 ngồi nhanh.

Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

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 Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

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 Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn


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 khơng 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 Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

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 vịng quay mỗi
3ms. Trung bình latency time sẽ là 1.5ms

Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính



ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA TỪ - TÍNH CHẤT VẬT LÝ
• Transfer time:
o Phụ thuộc vào tốc độ xoay của đĩa dựa trên công
thức sau:
Với b = số lượng bytes cần truyền tải

N = số lượng bytes trên rãnh
r = tốc độ xoay trong vòng quay mỗi giây.
Tổng thời gian đọc hoặc ghi khối trung bình có thể

được biểu thị bằng:

Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


ĐĨA VÀ Ổ ĐĨA CỨNG (SOLID STATE DRIVES)

• Solid state: Mạch điện tử được xây dựng bằng chất bán dẫn.
• Được chế tạo bởi các thành phần trạng thái rắn. SSD có thể được sử dụng để thay thế ổ đĩa
cứng (Hard disk drive – HDD).
• SSD khơng có bất kỳ thành phần chuyển động cơ học nào . Giúp phân biệt với ổ đĩa từ truyền
thống.

• SSD sử dụng vi mạch để lưu dữ liệu trong chip nhớ điện tĩnh (non-vilatie memory).
• SSD sử dụng bộ nhớ Flash điện tĩnh để lưu trữ dữ liệu khi nguồn cấp điện cho máy tắt.


Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


SSD - KIẾN TRÚC
• Controller: Cung cấp giao diện thiết bị SSD và thực thi firmware.

• Addressing: Chứa logic thực thi các hàm đi qua thành phần bộ
nhớ Flash.
• Data buffer/cache: Các thành phần bộ nhớ RAM tốc độ cao được

sử dụng để kiểm tra tốc độ và gia tăng lưu lượng dữ liệu.
• Error correction: Các logic để phát hiện và chỉnh sửa lỗi.

Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


SSD – MỘT SỐ ƯU ĐIỂM SO VỚI HDD
• Hiệu suất cao, đáng kể cho quá trình đọc/ ghi mỗi giây.
• Độ bền: Ít bị sốc và rung động.
• Độ bền theo thời gian (tuổi thọ): cao hơn, SSD không dễ bị bào mịn cơ học.
• Tiêu thụ điện năng thấp hơn: sử dụng ít năng lượng hơn so với ổ cứng HDD có cùng kích

thước.
• Khả năng vận hành êm và mát hơn: u cầu ít khơng gian, chi phí năng lượng thấp.
• Thời gian truy cập và tốc độ trễ thấp hơn: Nhanh hơn 10 lần so với các đĩa quay trong ổ cứng
HDD. Hiện tại, ổ cứng HDD có lợi thế về chi phí trên mỗi bit và lợi thế về dung lượng, nhưng

những khác biệt này đang bị thu hẹp.
Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


SSD
• Tuy có nhiều ưu điểm so với HDD, SSD cũng tồn tại một số nhược điểm:
o Giá cả cao hơn so với các loại ổ đĩa truyền thống.
o Không gian lưu trữ thấp hơn.
o Bộ nhớ Flash SSD chậm hơn so với DRAM.

Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính