Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 5: Bộ nhớ ngoài - Phạm Hoàng Sơn

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH (TH152) • Chương 1: Tổng quan về kiến trúc máy tính • Chương 2: Biểu diễn thông tin trong máy tính • Chương 3: Bộ xử lý trung tâm • Chương 4: Bộ nhớ bán dẫn (bộ nhớ trong) • Chương 5: Bộ nhớ ngoài • Chương 6: Nhập xuất 1Phạm Hoàng Sơn Nội dung • Đĩa từ • Đĩa Quang • Thẻ nhớ • Băng từ • Hệ thống đĩa dự phòng RAID Phạm Hoàng Sơn 2 Đĩa từ • Công dụng: – Lưu trữ dài hạn các tập tin, hệ điều hành. – Thiết lập một cấp bộ nhớ bên dưới bộ nhớ trong để làm bộ nhớ ảo lúc chạy chương trình. Phạm Hoàng Sơn 3 Đĩa từ • Cấu tạo Phạm Hoàng Sơn 4 Đĩa từ • Cấu tạo trên 1 mặt đĩa – Rãnh: đường tròn đồng tâm trên mặt đĩa, mỗi mặt có khoảng 10.000 đến 30.000 rãnh. – Cung: nằm trên rãnh, là nơi chứa thông tin. Mỗi rãnh có khoảng 64 đến 800 cung Phạm Hoàng Sơn 5 Đĩa từ • Vận hành – Để đọc hoặc ghi thông tin vào một cung, đĩa từ dùng một đầu đọc/ghi di động áp vào mỗi mặt của mỗi lớp đĩa. – Các đầu đọc/ghi này được gắn chặt vào một thanh làm cho chúng cùng di chuyển trên một đường bán kính của mỗi lớp đĩa –tất cả các đầu này đều ở trên những rãnh có cùng bán kính của các lớp đĩa Phạm Hoàng Sơn 6 Đĩa từ • Các đặc tính – Đầu từ cố định hay đầu từ di động – „Đĩa cố định hay thay đổi – Một mặt hay hai mặt – Một đĩa hay nhiều đĩa – C ơ chế đầu từ • Tiếp xúc (đĩa mềm) • Không tiếp xúc Phạm Hoàng Sơn 7 Đĩa từ Phạm Hoàng Sơn 8 Đĩa quang • Công dụng: – Lưu trữ phim ảnh, tài liệu – Một số loại đĩa quang thông dụng: • CD (Compact Disk) • CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) • CD-R (CD-Recordable) • CD-RW (CD-Rewritable) • DVD (Digital Video Disk - Digital Versatile Disk) • DVD-R (DVD-Recordable) • DVD-RW (DVD-Rewritable) Phạm Hoàng Sơn 9 Đĩa quang • Cấu tạo: – Có các lỗ được khắc theo một track hình xoắn ốc – Track bắt đầu từ phía trong và kết thúc ở phía ngoài theo một đường khép kín các rìa đĩa 5mm – Mỗi lỗ là 1 tín hiệu – Đọc/ghi dữ liệu bằng tia laser Phạm Hoàng Sơn 10 Đĩa quang • Vận hành: – Bộ phận tiếp nhận ánh sáng sẽ nhận biết được những điểm mà tại đó tia laser bị phản xạ mạnh hay biến mất do các vết khắc (pit) trên bề mặt đĩa – Khi các nguồn sáng được thu nhận, bộ vi xử lý sẽ dịch các mẫu sáng thành các bit dữ liệu hay âm thanh Phạm Hoàng Sơn 11 Các loại thẻ nhớ • Hiện nay, thẻ nhớ là một trong những công nghệ mới nhất được dùng làm thiết bị lưu trữ • Thẻ nhớ flash là một dạng bộ nhớ bán dẫn EEPROM(công nghệ dùng để chế tạo các chip BIOS trên các vỉ mạch chính) • Được lắp qua cổng USB hoặc qua khe card riêng Phạm Hoàng Sơn 12 Băng từ • Băng từ có cùng công nghệ với các đĩa từ nhưng khác đĩa từ hai điểm: – Việc thâm nhập vào đĩa từ là ngẫu nhiên còn việc thâm nhập vào băng từ là tuần tự. – Đĩa từ có dung lượng hạn chế còn băng từ gồm có nhiều cuộn băng có thể lấy ra khỏi máy đọc băng nên dung lượng của băng từ là rất lớn (hàng trăm GB) Phạm Hoàng Sơn 13 Hệ thống đĩa dự phòng RAID • RAID - Redundant Array of Independent Disks • Cơ chế RAID có các đặc tính sau: – RAID là một tập hợp các ổ đĩa cứng (vật lý) được thiết lập theo một kỹ thuật mà hệ điều hành chỉ “nhìn thấy” một ổ đĩa (logic) duy nhất. – Với cơ chế đọc/ghi thông tin diễn ra trên nhiều đĩa (ghi đan chéo hay soi gương). – Trong mảng đĩa có lưu các thông tin kiểm tra lỗi dữ liệu. Do đó, dữ liệu có thể được phục hồi nếu có một đĩa trong mảng đĩa bị hư hỏng Phạm Hoàng Sơn 14 Hệ thống đĩa dự phòng RAID • RAID 0 – Ổ đĩa logic có được (mà hệ điều hành nhận biết) có dung dượng bằng tổng dung lượng của các ổ đĩa thành viên – Dữ liệu được ghi phân tán trên tất cả các đĩa trong mảng – Kỹ thuật này không có cơ chế an toàn dữ liệu Phạm Hoàng Sơn 15 Hệ thống đĩa dự phòng RAID • RAID 1 (Mirror - Đĩa gương) – Dùng 2 đĩa. Khi thông tin được viết vào một đĩa, thì nó cũng được viết vào đĩa gương và như vậy luôn có một bản sao của thông tin – Dung lượng còn lại 50% – Cung cấp cơ chế an toàn dữ liệu, dễ dàng phục hồi khi có sự cố Phạm Hoàng Sơn 16 Hệ thống đĩa dự phòng RAID • RAID 2 – Dùng kỹ thuật truy cập đĩa song song, tất cả các đĩa thành viên trong RAID đều được đọc khi có một yêu cầu từ ngoại vi – Với một thao tác ghi dữ liệu lên một đĩa, tất cả các đĩa dữ liệu và đĩa sửa lỗi đều được truy cập để tiến hành thao tác ghi Phạm Hoàng Sơn 17 Hệ thống đĩa dự phòng RAID • RAID 3 – Dùng kỹ thuật ghi song song – Số lượng đĩa tối thiểu là 3 đĩa có các thông số kỹ thuật giống nhau – Chỉ một đĩa trong mảng được dùng để lưu các thông tin kiểm tra lỗi (parity bit) – Dung lượng còn lại = (n-1)/n, với n là số lượng đĩa Phạm Hoàng Sơn 18 Hệ thống đĩa dự phòng RAID • RAID 4 – từ RAID 4 đến RAID 6 dùng kỹ thuật truy cập các đĩa trong mảng độc lập. – Trong một mảng truy cập độc lập, mỗi đĩa thành viên được truy xuất độc lập, do đó mảng có thể đáp ứng được các yêu cầu song song của ngoại vi – Sử dụng 1 đĩa chứa các bit kiểm tra, các đĩa còn lại chứa dữ liệu Phạm Hoàng Sơn 19 Hệ thống đĩa dự phòng RAID • RAID 5 – Dữ liệu được ghi từng khối trên các đĩa thành viên – Các bit chẵn lẻ được ghi trải đều lên trên tất cả các ổ đĩa trong mảng – Hệ thống vẫn hoạt động khi có đĩa hư – Hiệu suất sử dụng đĩa cho cách thiết lập này là n-1/n Phạm Hoàng Sơn 20 Hệ thống đĩa dự phòng RAID • RAID 6 – Trong kỹ thuật này, cần có n+2 đĩa trong mảng. Trong đó, n đĩa dữ liệu và 2 đĩa riêng biệt để lưu các khối kiểm tra. – Một trong hai đĩa kiểm tra dùng cơ chế kiểm tra như trong RAID 4&5, đĩa còn lại kiểm tra độc lập theo một giải thuật kiểm tra Phạm Hoàng Sơn 21 Câu hỏi ôn tập 1. Các bộ phận lưu trữ thông tin Các giao diện với các bộ phận vào ra. 2. Mô tả vận hành của ổ đĩa cứng. Cách lưu trữ thông tin trong ổ đĩa cứng 3. Mô tả các biện pháp an toàn trong việc lưu trữ thông tin trong đĩa cứng. 4. Nguyên tắc vận hành của đĩa quang. Ưu khuyết điểm của các loại đĩa quang Phạm Hoàng Sơn 22