Bài giảng Bộ nhớ và thiết bị lưu trữ dữ liệu

5/14/2013 1 Chương 6:BỘ NHỚ VÀ THIẾT BỊ LƯU TRỮ DỮ LIỆU Phạm Văn Thành Nội dung I. Bộ nhớ trong. II. Đĩa từ. III. Đĩa quang. 2 5/14/2013 2 I. Bộ nhớ trong. A. Cấu trúc vật lý B. Cấu trúc logic và cách truy nhập 3 I. Bộ nhớ trong. • Đơn vị nhỏ nhất của bộ nhớ là một tế bào nhớ, mỗi một tế bào nhớ được sử dụng để lưu trữ một bit thông tin. • Nhiều bit thông tin gộp lại để biểu diễn cho một từ nhớ (từ nhớ có thể là 8 bit hoặc 16 bit), máy tính sử dụng từ nhớ là 8 bit (1 byte), mỗi byte có địa chỉ riêng gọi là địa chỉ vật lý và vi xử lý sẽ truy nhập dữ liệu theo địa chỉ vật lý này. • Quá trình truy nhập bộ nhớ trong được chia làm 2 chu kỳ: chu kỳ ghi và chu kỳ đọc. • Gồm có ba loại: 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM (random access memory) 2. Bộ nhớ chỉ đọc ROM (read only memory), 3. Bộ nhớ đệm Cache 4 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 3 I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM (random access memory) – Là bộ nhớ có khả năng đọc và ghi dữ liệu. – Bộ nhớ chính trong máy vi tính, được sử dụng để lưu trữ tất cả các lệnh và dữ liệu cho vi xử lý trong quá trình xử lý. – Truy nhập bất kỳ có nghĩa là dữ liệu được lưu trữ trong các từ (các byte) ở bộ nhớ và được đọc/ghi theo địa chỉ vật lý một cách bất kỳ. 5 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM (random access memory) – Là bộ nhớ bị mất dữ liệu khi bị máy tính bị ngắt nguồn điện vì vậy việc sử dụng thêm bộ nhớ ngoài (thiết bị lưu trữ) là rất cần thiết. – có 2 loại là:
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ tĩnh SRAM (static random access memory)
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ động DRAM (dynamic random access memory) 6 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 4 I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ tĩnh SRAM (static random access memory): o Là loại RAM được cấu tạo từ các mạch Flip-Flop o Mỗi mạch flip-flop là một tế bào RAM tĩnh và được cấu tạo bởi 8 transistot hiệu ứng trường FET (field effect transistor). o Tĩnh chỉ ra rằng khi nguồn nuôi chưa bị cắt thì nội dung của ô nhớ vẫn được giữ nguyên mà không cần làm tươi như RAM động 7 Cấu trúc vật lý 8 Cấu tạo SRAM C O LU M N SU PPO RT C IR C U ITR Y Đ/c hàng RAS DATA I/O SRAM Chip ROW SUPPORT CIRCUITRY READ/WRITE ADDRESS BL BL Vcc W CS I. Bộ nhớ trong.Cấu trúc vật lý 5/14/2013 5 I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ tĩnh SRAM (static random access memory): oCác chân vi mạch SRAM được chia thành 4 nhóm chính:  Chân địa chỉ (tín hiệu địa chỉ sẽ chọn ra từ nhớ cần truy nhập).  Chân dữ liệu (nơi dữ liệu được đưa vào và ra khỏi bộ nhớ).  Các chân tín hiệu điều khiển (/S chọn vi mạch, /G cho phép chọn bộ nhớ ra, /W cho phép ghi/đọc dữ liệu (khi ghi /W= 0, khi đọc /W=1)).  Nguồn điện và tiếp đất. 9 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ tĩnh SRAM (static random access memory): oƯu điểm: là không mất thời gian làm tươi nên có tốc độ truy nhập dữ liệu nhanh. oNhược điểm: Để lưu trữ một bit thông tin SRAM cần tới 8 transistor hiệu ứng trường→ việc tăng dung lượng của RAM thì kích thước cũng tăng theo. oThường được sử dụng để làm bộ nhớ đệm Cache L1, L2 và L3 (bộ nhớ truy cập nhanh). 10 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 6 I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ đông DRAM (dynamic random access memory): oLà loại RAM có cấu tạo đơn giản hơn SRAM. oĐể lưu trữ một bit thông tin, một tế bào DRAM chỉ cần một FET và một tụ điện, dữ liệu được lưu trữ dưới dạng tích điện của tụ điện. Vì điện tích của tụ sẽ mất dần theo thời gian nên tế bào DRAM cần được làm tươi liên tục để giữ nội dung thông tin 11 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ động DRAM : oThời gian làm tươi nhỏ hơn 2ms một lần → thời gian truy nhập của DRAM tương đối chậm (60- 120ns) so với SRAM (12-25ns). 12 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 7 13 Cấu tạo DRAM C O LU M N SU PPO RT C IR C U ITRY ADDRESS MUX bus ịa chỉđ GW T D B C S Transistor Ma trận nhớ Đ/c hàng RAS READ/WRITE CAS DATA I/O DAM Chip ROW SUPPORT CIRCUITRY I. Bộ nhớ trong.Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ đông DRAM oƯu điểm của DRAM:  Một tế bào DRAM nhỏ hơn khoảng 1/4 tế bào SRAM→ DRAM là có khả năng mở rộng dung lượng lớn  Do cấu trúc đơn giản và số lượng lớn, sản xuất DRAM rẻ hơn SRAM. Vì những lý do trên mà DRAM được dùng chủ yếu làm bộ nhớ chính của hầu hết mọi máy tính cá nhân. 14 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 8 I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ đông DRAM oNhược điểm của DRAM:  Tuy nhiên tốc độ của DRAM chậm nên các nhà sản xuất phần cứng luôn luôn tìm mọi biện pháp để khắc phục nhược điểm đó.  Dữ liệu được lưu trữ dưới dạng điện tích trong một tụ điện của tế bào nhớ → điện tích cần được nạp liên tục lên tụ điện này sau một khoảng thời gian từ 1 đến 16ms→ quá trình làm tươi (refresh) bộ nhớ. 15 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ đông DRAM o Ba phương pháp làm tươi hay được dùng là:  Làm tươi /RAS (Row Address Stroble) : đọc giả một cột, cần xung làm tươi từ mạch lôgíc bên ngoài của vi mạch 8254 trong PC/XT, AT.  Làm tươi /CAS (Column Address Stroble) trước /RAS: đọc giả cột và dòng, được điều khiển bởi lôgíc bên trong vi mạch.  Làm tươi /CAS sau /RAS: /CAS được giữ ở trạng thái tích cực trong thời gian dài. Trong khoảng thời gian này /RAS được kích hoạt nhiều lần. Phương pháp này dùng lôgíc bên trong vi mạch nhớ → được dùng trong các máy vi tính hiện đại để giải phóng bộ vi xử lý làm tươi bộ nhớ. 16 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 9 I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ đông DRAM oCác mode hoạt động nhanh của DRAM: i. Mode trang (page mode): • Địa chỉ cột thay đổi rồi địa chỉ hàng giữ nguyên. Như vậy 1 trang ứng với 1 hàng trong mạng ô nhớ. Trước kia 1 lần ghi đọc thì phải giải mã và thay đổi cả RAS và CAS, trong mode này RAS giữ nguyên→ giảm thời gian thâm nhập xuống còn 50% so với mode thường (RAS không thể giữ nguyên lâu vô hạn được→ khoảng cỡ 200 lần phải thực hiện lại RAS 1 lần). 17 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ đông DRAM oCác mode hoạt động nhanh của DRAM: ii. Mode statis – column: • Quan hệ chặt chẽ với mode trang. • Tín hiệu CAS trong giai đoạn sau khi giữ nguyên không đổi ( ở mức thấp ) mạch điều khiển DRAM (nằm trong DRAM) phát hiện ra sự thay đổi địa chỉ cột sau 1 thời gian ngắn khi thấy CAS thay đổi → điều này tiết kiệm thời gian phản ứng và chuyển mạch → nhanh hơn mode trang. 18 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 10 I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ đông DRAM o Các mode hoạt động nhanh của DRAM: iii. Mode Nibble : • Bằng cách chuyển mạch tín hiệu CAS 4 lần cho 4 bit số liệu ra khỏi địa chỉ hàng, chỉ cần có địa chỉ bit đầu, 3 bit sau liên tiếp được dịch vào mà không cần đọc lại. iv. Mode nối tiếp: Là mode Nibble mở rộng. Với mỗi xung CAS, thì DRAM đếm địa chỉ cột tăng lên 1 tự động. Mode này cho việc đọc các bộ nhớ video hoặc nạp đường cache có đặc tính nối tiếp trên một vùng rộng các địa chỉ nhớ. v. Mode đan xen: Là cách tránh trễ do thời gian tiền nạp RAS. Bộ nhớ được chia làm 1 vài băng đan xen nhau theo 1 tỷ số nhất định. 19 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ đông DRAM oGiản đồ thời gian các mode hoạt động của DRAM 20 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 11 I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ đông DRAM oGiản đồ thời gian các mode hoạt động của DRAM 21 Cấu trúc vật lý Chế độ đan xen 2 hàng I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ đông DRAM oDo công nghệ phát triển mạnh, những nhược điểm của DRAM ngày càng được hoàn thiện hơn → Ra đời của các bộ nhớ RAM mới như: SDRAM, DDR SDRAM, RAMBUS.  SDRAM (Synchronous Dynamic RAM): là RAM đồng bộ, hoạt động cùng với tần số xung nhịp của hệ thống.  DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM): là phiên bản mới nhất của SDRAM, được thiết kế cho những CPU tốc độ cao và yêu cầu truyền dữ liệu lớn; có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ ghấp đôi SDRAM trong một chu kỳ xung đồng hồ 22 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 12 I. Bộ nhớ trong. 1. Bộ nhớ truy nhập bất kỳ RAM
Bộ nhớ truy nhập bất kỳ động DRAM 23 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 2. Bộ nhớ chỉ đọc ROM (Read Only Memory) • Là bộ nhớ chỉ đọc • Đặc điểm là không mất dữ liệu khi mất nguồn điện→được sử dụng để lưu trữ hệ điều hành vào ra cơ sở BIOS, máy tính sẽ lấy lệnh ở đây để khởi động và kiểm tra hệ thống. • Các loại: a) ROM lập trình sẵn masked ROM b) ROM lập trình được PROM (programable ROM) c) ROM lập trình và xoá được EPROM (eraseable programable ROM) d) ROM lập trình và xoá được bằng điện EEPROM (electrically eraseable programable ROM) 24 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 13 I. Bộ nhớ trong. 2. Bộ nhớ chỉ đọc ROM (Read Only Memory) a) ROM lập trình sẵn masked ROM: Là một mạng mạch được ghép nối sẵn trên vi mạch Những chỗ được nối qua một điốt (hay transistor) biểu diễn giá trị 1, những chỗ không được nối có giá trị 0. Do không cần bất cứ transistor nào nên mật độ thông tin của ROM rất cao.  Dữ liệu của ROM được in vào khuôn che quang khắc khi chế tạo vi mạch và không xoá đi được 25 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 2. Bộ nhớ chỉ đọc ROM (Read Only Memory) a) ROM lập trình sẵn masked ROM: 26 Cấu trúc vật lý Cấu tạo của ROM 5/14/2013 14 I. Bộ nhớ trong. 2. Bộ nhớ chỉ đọc ROM (Read Only Memory) b) ROM lập trình được PROM (programable ROM) PROM được cấy thêm một điện trở có tác dụng như một cầu chì:
Khi lập trình (đưa dữ liệu vào ROM), cầu chì này được giữ nguyên hoặc đốt cháy, tương ứng với bit cần lưu trữ.
Khi đã được lập trình, nội dung PROM không thay đổi được vì không phục hồi lại được chức năng của cầu chì đã cháy. 27 Cấu trúc vật lý Cấu tạo của PROM I. Bộ nhớ trong. 2. Bộ nhớ chỉ đọc ROM (Read Only Memory) c) ROM lập trình và xoá được EPROM (eraseable programable ROM): EPROM là một FET có một cổng nổi (floating gate) để lưu trữ điện tích. Điện tích của cực này chỉ mất đi dưới tác dụng tia tử ngoại. Cực cửa điều khiển cần có điện thế cao khoảng 20V trong 5 ms để nạp cực cổng nổi. Điện tích của cổng nổi có tác dụng đóng và mở mạch FET. Từng FET đóng vai trò một tế bào nhớ. Cấu trúc ma trận và cách định địa chỉ từng tế bào giống như PROM. 28 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 15 I. Bộ nhớ trong. 2. Bộ nhớ chỉ đọc ROM (Read Only Memory) c) ROM lập trình và xoá được EPROM (eraseable programable ROM): Muốn xóa hay ghi phải tháo hẳn ra ngoài, cho ánh sáng tử ngoại chiếu vào có tần số xác định nào đó 29 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 2. Bộ nhớ chỉ đọc ROM (Read Only Memory) d) ROM lập trình và xoá được bằng điện EEPROM (electrically eraseable programable ROM): EEPROM hoạt động tương tự như EPROM. Cực nổi của EEPROM được xoá bởi một xung điện từ cực thoát. Lớp ôxit cách điện giữa cực cổng nổi và cực thoát rất mỏng nên điện tích lưu trữ bên trong cực nổi có thể thoát đi ở đây. 30 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 16 I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache a. Vấn đề nảy sinh: • Trong các máy tính có CPU chạy ở tốc độ cao thường gặp hiệu ứng “Nghẹt cổ chai ” (bottie neck) do việc truy nhập quá nhanh đến bộ nhớ. • Tốc độ CPU tăng nhanh hơn nhiều so với RAM động (DRAM - rẻ tiền) →Phải đưa vào sử dụng RAM tĩnh (SRAM) (nhanh hơn, đắt tiền hơn), có khả năng cung cấp hiệu suất Zero Wait State → giá thành cho cả hệ thống dùng SRAM rất cao. • Giải quyết: Dùng 1 lượng nhỏ SRAM nhanh để đạt được Zero Wait State trong hầu hết các trường hợp → Cache. 31 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache b. Khái niệm Cache: • 1 lượng nhỏ SRAM + bộ phận điều khiển cache (Cache controller) được bố trí giữa CPU và bộ nhớ chính. • Nguyên tắc làm việc: Như là 1 cái kho nhỏ trung gian nằm giữa phân xưởng sản suất là CPU và kho chính là bộ nhớ chính 32 Cấu trúc vật lý  Đảm bảo tính chất cung cấp nhanh, thuận tiện cho công việc của CPU. 5/14/2013 17 I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache c. Cách thức hoạt động của Cache: • Cache chứa những thông tin mới nhất mà CPU vừa sử dụng. Nếu CPU cần lại đúng những thông tin này thì nó cung cấp cho CPU với Zero Wait State. Trường hợp này gọi là Cache hit: "trúng tủ". • Nếu CPU yêu cầu thông tin mà hiện không nằm trong Cache → chuyển từ bộ nhớ chính (DRAM) đến cho CPU → mất nhiều wait state → Cache miss: "trật". • Đặc tính của chương trình là có những vòng lặp tương đối nhỏ trên các vị trí ô nhớ liên tục nhau → gọi là "tính cục bộ của việc quy chiếu" (Locality of reference). 33 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache c. Cách thức hoạt động của Cache: • Có 2 loại cục bộ là: • Cục bộ thời gian (Temporal locality): – Chương trình chạy trong các vòng lặp  Các lệnh giống nhau nhặt ra từ bộ nhớ là thường xuyên và liên tục và hầu hết các thông tin của vòng lặp vừa sử dụng được sử dụng lại ngay. → Cục bộ theo thời gian: Cache có nhiệm vụ làm nhanh, làm gọn các yêu cầu này. • Cục bộ không gian (Spatial locality): – Các chương trình và số liệu mà chương trình cần đến có khuynh hướng nằm trong các vị trí ô nhớ liên tục nhau→ Chương trình cần những mã lệnh hay những số liệu nằm kề cạnh ngay những vị trí vừa sử dụng trước đó. → Cục bộ không gian: Cache làm các tác vụ đọc ô nhớ với zero wait state. 34 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 18 I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache d. Thành phần của Cache: • Cache bao gồm các chip SRAM + Điều khiển Cache • Điều khiển cache bao gồm:
Bộ logic quản lý cache (Cache Managment Logic)
Cache Memory Directory. 35 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache d. Thành phần của Cache: • Cache bao gồm các chip SRAM + Điều khiển Cache • Điều khiển cache bao gồm:
Bộ logic quản lý cache (Cache Managment Logic)
Cache Memory Directory. 36 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 19 I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache d. Thành phần của Cache:
Bộ logic quản lý cache (Cache Managment Logic): Bộ phận quản lý được so sánh địa chỉ do CPU phát ra với bảng danh mục xem những vị trí nào lưu trữ trong Cache. o Nếu có: Cho phép Cache xuất thông tin (tất nhiên với zero wait state). o Nếu không có: Yêu cầu thông tin từ bộ nhớ chính, cho CPU và đồng thời được lưu trữ lại trong cache. 37 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache d. Thành phần của Cache:
Cache memory Directory (Còn được gọi là Tag RAM): Chứa 1 bảng danh mục của tất cả các địa chỉ ô nhớ đã được sao chép vào Cache. Nội dung của danh mục được so sánh với địa chỉ ô nhớ do CPU cung cấp  Xác định xem bản sao của thông tin có được chứa trong Cache hay không? Nội dung của danh mục được cập nhật thường xuyên, các thông tin mới nhất được lưu trữ trong Cache. 38 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 20 I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache e. Hiệu suất Cache: • Nếu không thoả mãn tính cục bộ nêu trên →hiệu suất cache không phát huy được. • Hầu hết các chương trình chạy với khá nhiều vòng lặp cho nên đa số các trường hợp Cache hit đạt 85- 95%. • Một lợi điểm của việc sử dụng Cache nữa là hiệu suất sử dụng bus hệ thống. Có thể truy xuất bus đồng thời: o CPU truy xuất đến cache. o 1 bộ phận quản lý bus khác truy xuất đến bộ nhớ chính qua bus hệ thống. →Phương pháp thiết kế look - through cache (nhìn xuyên qua). 39 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache f. Cache cấp 1 và Cache cấp 2. Xét các Cache này trong 386 & 486: • Cache cấp 1: Thường là nhỏ, cung cấp mã lệnh và số liệu sử dụng thường xuyên nhất. (4 Kb - 64 Kb), cache nằm trong CPU 486 là 8 Kb. • Cache cấp 2: Nằm giữa cache cấp 1 và bộ nhớ chính. Kích thước cache cấp 2 bao trùm cả cache cấp 1 (thường là 64 Kb - 512 Kb). • Để thiết kế kích thước cache phải giải quyết vấn đề: Nếu kích thước cache càng lớn: hiệu suất cao → giá thành cao. 40 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 21 41 I. Bộ nhớ trong.Cấu trúc vật lý 3. Bộ nhớ đệm Cache Cache cấp 1 42 Cache cấp 1: Kích thước Hit Rate 1 K 41% 8 K 73% 16 K 81% 32 K 86% 64 K 88% 128 K 89% I. Bộ nhớ trong.Cấu trúc vật lý 3. Bộ nhớ đệm Cache 5/14/2013 22 43 Cache cấp 2: • Cung cấp thông tin cho CPU khi cache cấp 1 bị trật. • Ví dụ nếu cache cấp 1 có tỷ lệ trúng là 73%  còn 27% là trật. Cache cấp 2 có khả năng cung cấp 1 hàng cache thông tin đến cho cache cấp 1 với tỉ lệ là 90% yêu cầu mà nó nhận được. Kết quả chỉ còn 2,7% của tất cả yêu cầu là phải lấy từ bộ nhớ chính chậm chạp. • Giữ thông tin hiện đang nằm trong cache cấp 1 + thông tin vào trước đó đã nằm ở cache cấp 1 (nhưng nay không còn nữa)  Cache cấp 2 phải lớn gấp mấy lần cache cấp 1. Kích thước tối ưu phải chọn cho thích hợp (64 K- 512 K). I. Bộ nhớ trong.Cấu trúc vật lý 3. Bộ nhớ đệm Cache I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache g. Cấu trúc của cache. Có 2 cấu trúc hiện đang được sử dụng: Look - Aside Cache (Nhìn từ 1 phía). Look - Through Cache (Nhìn xuyên qua). 44 Cấu trúc vật lý CPU CACHE Main Memory Bus Master 1 Bus Master 2 Bus Master 3 CPU CACHE Main Memory Bus Master 1 Bus Master 2 Bus Master 3 Look - Aside Cache Look - Through Cache 5/14/2013 23 I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache g. Cấu trúc của cache. Look - Aside Cache (Nhìn từ 1 phía).
Cấu trúc này không phân cách bus của CPU với bus hệ thống.
Khi CPU bắt đầu 1 chu kỳ bus thì tất cả thiết bị trong hệ thống đều cảm nhận được giống như khi không có cache. Riêng bộ phận điều khiển giám sát các yêu cầu của CPU và xem cache có chứa 1 bản sao của thông tin đang cần không?
Bộ phận điều khiển cache kết thúc chu kỳ bus nếu tác vụ là trúng tủ → thông báo cho bộ nhớ chính, bỏ qua yêu cầu vì đã tìm thấy thông tin trong cache rồi.
Nếu tác vụ là miss → chu kỳ bus hoàn thành theo bình thường từ bộ nhớ chính. 45 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache g. Cấu trúc của cache. Look - Aside Cache (Nhìn từ 1 phía).
Ưu điểm: Ít tốn thời gian trong các chu kỳ cache miss so với cấu trúc look - through do bus hệ thống được nối thẳng với Cache và bộ nhớ chính. Thiết kế đơn giản ( trong khi đó thiết kế look - through phải giao diện với cả bus của CPU và bus hệ thống). Giá thành cài đặt thấp. Tốc độ cao trong chương trình ứng dụng chạy độc lập (Stand - alone). 46 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 24 I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache g. Cấu trúc của cache. Look - Aside Cache (Nhìn từ 1 phía).
Nhược điểm: Sử dụng bus hệ thống không được giảm nhẹ đi (Mỗi truy xuất dẫn đến cả cache và bộ nhớ chính). Tất cả các yêu cầu dù là hit hay miss đều gây ra sự khởi đầu của 1 chu kỳ làm việc trong bộ nhớ chính → Ngăn cản không cho các thiết bị khác truy xuất bộ nhớ chính cho tới khi thời gian nạp lại đã quá hạn. Các thao tác đồng thời không thể xảy ra vì tất cả các bộ phận điều khiển bus chỉ nằm trên cùng 1 bus. Không thích hợp cho máy có nhiều bộ phận quản lý bus. 47 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache g. Cấu trúc của cache. Look - Through Cache (Nhìn xuyên qua).
Hiệu suất toàn diện của Look - through cao hơn look - aside.
Cache hit→ Lấy thông tin giữ lại ngay cho CPU với zero wait state; các yêu cầu của CPU không tự động chuyển đến bus hệ thống→ bus hệ thống rảnh rỗi để các hệ thống quản lý bus khác có thể sử dụng bus được.
Khi có 1 cache miss thì yêu cầu được chuyển đến bus hệ thống.
Cache phân cách bus cục bộ và bus hệ thống → Có thể cho phép thực hiện đồng thời 2 tác vụ trên bus cục bộ và trên bus hệ thống. 48 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 25 I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache g. Cấu trúc của cache. Look - Through Cache (Nhìn xuyên qua). 49 Cấu trúc vật lý Minh hoạ tác vụ bus đồng thời I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache g. Cấu trúc của cache. Look - Through Cache (Nhìn xuyên qua).
Ưu điểm: Giảm nhẹ việc sử dụng bus hệ thống vì hầu hết các truy xuất ô nhớ của CPU đều tới Cache. Bus hệ thống rảnh rỗi cho các bộ phận quản lý giao diện bus quản lý. Cho phép truy xuất đồng thời cả CPU và 1 bộ phận quản lý bus khác cùng thực hiện. Hoàn tất các tác vụ ghi trong zero wait state khi sử dụng các tác vụ ghi sau (Posted Write) (Ghi vào cache và thực hiện ghi sau vào bộ nhớ chính). 50 Cấu trúc vật lý 5/14/2013 26 I. Bộ nhớ trong. 3. Bộ nhớ đệm Cache g. Cấu trúc của cache. Look - Through Cache (Nhìn xuyên qua).
Nhược điểm:  Trong trường hợp cache miss qua việc tìm kiếm rồi mới truy xuất trên bus hệ thống tới bộ nhớ chính sẽ lâu hơn cấu trúc look - aside. Phức tạp, khó thiết kế và khó cài đặt hơn look - aside.  Giá thành cao. 51 Cấu trúc vật lý I. Bộ nhớ trong. A. Cấu trúc vật lý B. Cấu trúc logic và cách truy nhập 52 5/14/2013 27 I. Bộ nhớ trong. 1. Cách tổ chức và cách truy nhập bộ nhớ trong • Là hai đặc điểm quan trọng nhất của một cấu trúc máy tính. • Bộ nhớ máy tính là một tổ hợp các ô nhớ được đánh số theo từng byte (bắt đầu từ 0). Số đánh dấu địa chỉ một ô nhớ được gọi là địa chỉ vật lý (physical address) của ô nhớ. Không gian địa chỉ vật lý phụ thuộc vào số chân bus địa chỉ của bộ vi xử lý. • Ví dụ:
8086 có 20 chân bus địa chỉ thì không gian địa chỉ vật lý của nó là 220 = 1Mbyte.
80286 có 24 chân bus địa chỉ tức 224 = 16 Mbyte không gian địa chỉ vật lý.
Từ 80386 trở đi, với 32 chân bus địa chỉ, không gian địa chỉ vật lý là 232 =4 Gbyte • Tổ hợp các địa chỉ vật lý được gọi là không gian địa chỉ vật lý (physical address space). • Địa chỉ ô nhớ được đưa ra theo nhiều cách khác nhau lúc lập trình được gọi là địa chỉ lôgíc (lôgíc address). 53 Cấu trúc logic và cách truy nhập I. Bộ nhớ trong. 2. Bộ nhớ logic • Bộ nhớ lôgíc được đặt ra để tạo thuận lợi cho việc lập trình. • Không gian bộ nhớ được chia ra thành từng đoạn (segment) có độ lớn tối đa là 216 = 64 Kbyte (do thanh ghi địa chỉ lệch dài có 16 bit). • Trong chế độ thực (chế độ làm việc của 8086/8088), địa chỉ đoạn được ghi trong các thanh ghi đoạn (segment registor) được ánh xạ trực tiếp sang 16 bit cuối của 20 bit địa chỉ→ Địa chỉ đoạn lệch nhau 16 byte, và các đoạn có chiều dài cố định 64 Kbyte được chồng lên nhau. • Trong chế độ bảo vệ (từ 8086 trở đi), thanh ghi đoạn sẽ không dùng để ghi trực tiếp địa chỉ đoạn nữa mà chứa bộ chọn đoạn (segment selecter) gồm 13 bit trỏ đến bộ mô tả đoạn (segment descriptor), kích thước giới hạn đoạn (limit) (16 bit) và một số bit đặc tính khác (1 bit định nghĩa bộ nhớ cục bộ hay toàn cục, 2 bit định nghĩa mức ưu tiên). • Bộ mô tả đoạn chứa địa chỉ cơ sở (base address) là nơi bắt đầu đoạn (ở vi xử lý 80286 là 24 bit, từ 80386 trở đi là 32 bit). Kích thước giới hạn đoạn cho phép đoạn có độ dài tùy ý 54 Cấu trúc logic và cách truy nhập 5/14/2013 28 Nội dung I. Bộ nhớ trong. II. Đĩa từ. III. Đĩa quang. 55 II. Đĩa từ 1. Nguyên tắc lưu trữ thông tin 2. Phân loại 3. Cấu trúc vật lý của đĩa từ 4. Cấu trúc logic của đĩa từ 56 5/14/2013 29 • Thông tin được lưu trữ trên bề mặt cảm ứng từ là một chuỗi các phần tử nhiễm từ, hướng của phần tử nhiễm từ được sử dụng để lưu trữ bit 1 hoặc bit 0. • Đầu từ được làm từ vật liệu có độ từ thẩm cao, có cấu tạo dưới dạng một khung, trong khung được quấn dây dẫn. • Khi cấp điện, dòng điện chạy qua dây dẫn của đầu từ → từ trường trong khung cảm biến xuất hiện → định hướng các phần tử nhiễm từ có hướng nhất định phụ thuộc vào chiều của dòng điện→ Lưu trữ tương ứng với các bit 0 và 1 của dữ liệu. 57 Nguyên tắc lưu trữ thông tin II. Đĩa từ • Lưu ý: đĩa quay nên dữ liệu sẽ được lưu trữ trên quỹ đạo quay của đầu từ • Kích thước từng phần tử nhiễm từ và khoảng cách giữa chúng quyết định đến mật độ lưu trữ thông tin (Khoảng cách giữa chúng cũng không được nhỏ sẽ ảnh hưởng và triệt tiêu lẫn nhau). • Khi đọc: Đầu từ sẽ chạy qua vùng nhiễm từ→ xuất hiện trong khung dây sinh ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây.  Chiều của dòng điện phụ thuộc vào chiều của từ trường hay chính là chiều của các phần tử nhiễm từ trên đĩa.  Số vòng dây trên đầu từ khoảng từ 5 đến 500 vòng và khoảng cách giữa đầu từ với mặt đĩa là 50m.  Để đảm bảo chất lượng đọc/ghi, số vòng dây trên đầu đọc lớn hơn số vòng dây trên đầu ghi. 58 Nguyên tắc lưu trữ thông tin II. Đĩa từ Cấu trúc vật lý của đĩa từ 5/14/2013 30 II. Đĩa từ 1. Nguyên tắc lưu trữ thông tin 2. Phân loại 3. Cấu trúc vật lý của đĩa từ 4. Cấu trúc logic của đĩa từ 59 A.Đĩa mềm ( Floppy Disk) B.Đĩa cứng (Hard Disk Driver) 60 Phân loại II. Đĩa từ 5/14/2013 31 A.Đĩa mềm ( Floppy Disk) • Là đĩa hình tròn • Được chế tạo từ chất dẻo và mềm, trên đó phủ một lớp ô xít vật liệu từ (như sắt, niken, côban,... ). • Chứa trong một vỏ nhựa bảo vệ, kích thước 3   hoặc 5   inch. • Hiện nay chỉ còn tồn tại loại 3   inch có dung lượng 1.44 MB hoặc 2.88 MB • Không còn được sử dụng nhiều 61 Phân loại II. Đĩa từ A.Đĩa mềm ( Floppy disk driver) • Cấu tạo:
Nắp trượt bảo vệ khe đọc/ghi
Lỗ bảo vệ: cho phép ghi hoặc chỉ đọc dữ liệu
Lỗ mật độ cao: đánh dấu dạng đĩa
Tâm quay hình tròn bằng kim loại và đĩa mềm. 62 Phân loại II. Đĩa từ 5/14/2013 32 A.Đĩa mềm ( Floppy Disk) • Ổ đọc đĩa mềm: Ổ đĩa mềm bao gồm có phần cơ khí (động cơ), phần điện tử, bộ phận đọc/ghi và giải mã. 63 Phân loại II. Đĩa từ A. Đĩa mềm ( Floppy Disk)  Phần cơ khí (động cơ):
Động cơ quay: là một động cơ điện một chiều, được điều khiển bằng cách đo vận tốc quay qua một cảm biến. Tốc độ quay 300 hoặc 360 vòng/phút, sai số 1% đến 2%.
Động cơ bước: có khả năng quay theo từng bước nhỏ, truyền chuyển động cho đầu từ theo chiều tịnh tiến dọc theo bán kính của đĩa.
Đầu từ (đầu đọc/ghi): o là bộ phận quan trọng nhất của ổ đĩa, nó chứa hai đầu đọc/ghi cho hai mặt đĩa. o Được điều khiển chuyển động tịnh tiến theo bán kính của đĩa bằng một động cơ bước. o Khi đưa đĩa vào ổ, hai đầu đọc/ghi cho hai mặt được kẹp xuống tiếp xúc với mặt đĩa. Vì đầu đọc/ghi tiếp xúc với mặt đĩa nên để chống xước khi tiếp xúc với đầu từ, người ta tráng trên mặt đĩa một lớp giảm ma sát. o Khi cần lấy đĩa ra, ta ấn vào nút trả đĩa và đĩa được đưa ra ngoài.. 64 Phân loại II. Đĩa từ 5/14/2013 33 A.Đĩa mềm ( Floppy Disk)  Phần điện tử :
là vi mạch điều khiển, có chức năng điều khiển quá trình quay của động cơ, chuyển động đầu từ, mã hoá và xử lý thông tin. • Ổ mềm giao tiếp với máy tính thông hai đường cáp là: cáp tín hiệu 34 sợi và cáp cấp nguồn điện 65 Phân loại II. Đĩa từ A.Đĩa mềm ( Floppy Disk)  Cáp tín hiệu 34 sợi 66 Phân loại II. Đĩa từ Chân Công dụng Ch©n C«ng dông 2 Chọn mật độ (tín hiệu = 1 là thường, =0 là cao ) 20 Xung bíc cña ®éng c¬ ®Çu tõ 4 Không dùng 22 D÷ liÖu ghi 6 Chọn tốc độ truyền tín hiệu (0) 24 Cho phÐp ghi 8 Chỉ số 0 ( xung tốc độ động cơ ổ đĩa ) 26 R·nh 0 ( xuÊt hiÖn khi ®Çu tõ vÒ r·nh 0) 10 Cho phép động cơ 0 (0) 28 B¶o vÖ ghi (0) 12 Chọn ổ đĩa 1 (1) 30 D÷ liÖu ®äc 14 Chọn ổ đĩa 0 (0) 32 Chän mÆt ®Üa 16 Cho phÐp ®éng c¬ 1 34 §æi ®Üa ( æ ®Üa s½n sµng lµm viÖc khi tÝn hiÖu b»ng 0) 18 Hưíng chuyÓn ®éng ®Çu tõ 5/14/2013 34 A.Đĩa mềm ( Floppy Disk) B.Đĩa cứng (Hard Disk Driver) 67 Phân loại II. Đĩa từ B. Đĩa cứng (Hard Disk Driver) a. Cấu tạo chung của ổ đĩa cứng:  Các đĩa từ:
Là đĩa hình tròn được làm từ vật liệu nền cứng như nhôm, thuỷ tinh hay gốm.
Lớp vật liệu nền này được phủ một lớp tiếp xúc bám (có thể là lớp nickel), phía trên lớp tiếp xúc là màng từ lưu trữ dữ liệu (là cobalt).
Bề mặt trên cùng được phủ một lớp chống ma sát (là Graphit hay Saphia) bảo vệ đĩa không bị nóng quá khi quay.
Các đĩa được ghép song song vào trục động cơ.
Đĩa cứng có thể quay với tốc độ lớn từ 3600 vòng/phút trở lên, nhanh hơn rất nhiều lần so với ổ đĩa mềm.
Do tốc độ quay lớn nên tốc độ truy nhập dữ liệu nhanh hơn nhiều so với đĩa mềm, thời gian truy nhập với ổ cứng được chia như sau: 68 Phân loại II. Đĩa từ 5/14/2013 35 B. Đĩa cứng (Hard Disk Driver) a. Cấu tạo chung của ổ đĩa cứng:  Các đầu từ:
Có nhiều đầu từ xếp xen kẽ giữa các đĩa và được gắn lên những tay đỡ kim loại
các tay đỡ kim loại được gắn với động cơ xoay và có khả năng quay chính xác.  Động cơ quay:
Có cấu tạo giống ổ đĩa mềm
Dùng cảm biển chỉ số để đo tốc độ quay để điều khiển động cơ luôn luôn quay ở tốc độ không đổi.  Giao diện kết nối:
Máy vi tính cá nhân: Nối với máy tính thông qua giao diện IDE (Integrated Drive Electronics)
Máy chủ: giao diện SCSI (Small Computer System Interface); là giao diện có tốc độ truy cập dữ liệu nhanh; giao diện SCSI gồm có 50 chân. 69 Phân loại II. Đĩa từ B. Đĩa cứng (Hard Disk Driver) 70 Phân loại II. Đĩa từ 5/14/2013 36 II. Đĩa từ 1. Nguyên tắc lưu trữ thông tin 2. Phân loại 3. Cấu trúc vật lý của đĩa từ 4. Cấu trúc logic của đĩa từ 71 • Đĩa từ là một thiết bị nhớ có khả năng lưu trữ nhiều thông tin. • Để việc quản lý được đơn giản, người ta chia thông tin trên đĩa từ thành nhiều đơn vị nhỏ hơn và dễ quản lý hơn:
Một ổ đĩa gồm có nhiều đĩa.
Mỗi đĩa có hai mặt (side), mặt trên đầu tiên có số thứ tự là 0.
Mỗi mặt chia làm nhiều đạo (track): là những đường tròn đồng tâm, các phần tử nhiễm từ lưu trữ thông tin nằm tuần tự trên track. Đĩa mềm có 80 đạo, đĩa cứng có từ 500 đến 1000 đạo và được đánh số từ ngoài vào trong (bắt đầu từ 0).
Mỗi đạo chia thành nhiều cung ( sector), mỗi cung có thể chứa từ 128 bytes đến 1024 bytes.
Ở đĩa mềm và đĩa cứng định dạng (format) mỗi cung là 512 bytes. Đĩa mềm 3  có 18 cung/rãnh, đĩa cứng có nhiều rãnh nên số cung thay đổi từ ngoài vào trong. 72 Cấu trúc vật lý của đĩa từ II. Đĩa từ 5/14/2013 37 • Ổ đĩa cứng có nhiều đĩa song song→các đạo cùng vị trí hợp thành một trụ (cylinder) →Mô hình vật lý của một ổ đĩa từ: 73 Cấu trúc vật lý của đĩa từ II. Đĩa từ • Đơn vị nhỏ nhất được truyền từ đĩa từ đến máy vi tính được gọi là một khối (Block), một khối gồm có một hay nhiều cung. • Trên mỗi đĩa có rất nhiều đao, chu vi các đạo bên ngoài lớn hơn chu vi các đạo bên trong → mật độ thông tin bên ngoài ít hơn mật độ thông tin bên trong → lãng phí diện tích đĩa. • Để gải quyết vấn đề này người ta chia măt đĩa thành nhiều vùng, mỗi vùng có nhiều đạo, và các đạo của một vùng có số cung bằng nhau. Như vậy vùng bên ngoài chứa nhiều dữ liệu hơn trong khi tốc độ quay không đổi, điều đó có nghĩa là tốc độ truy cập dữ liệu của vùng bên ngoài cao hơn vùng bên trong. 74 Cấu trúc vật lý của đĩa từ II. Đĩa từ 5/14/2013 38 II. Đĩa từ 1. Nguyên tắc lưu trữ thông tin 2. Phân loại 3. Cấu trúc vật lý của đĩa từ 4. Cấu trúc logic của đĩa từ 75 • Phân khu đĩa cứng: Là phân chia ổ cứng thành các vùng độc lập (partition) dành cho những việc quản lý riêng. Ví dụ ổ cứng mới có dung lượng 40 GB, sẽ được phân khu ổ này thành 4 vùng và mỗi vùng có dung lượng tuỳ ý (chẳng hạn mỗi phân khu là 5 GB). Sau đó dùng các vùng này để cài đặt các hệ điều hành như Windows, Linux, hay cài đặt Unix, .v.v. Trong DOS dùng đầu 0, đạo 0, cung 1 để lưu trữ thông tin về phân khu được gọi là cung phân khu (partition sector), chứa bảng phân khu (partition table). Bảng phân khu có điểm vào phân khu (partition entry), mỗi điểm vào phân khu có giá trị là 16 byte chứa thông tin từng phân khu. 76 Cấu trúc logic của đĩa từ II. Đĩa từ 5/14/2013 39 • Hệ thống tệp (file system): Cấu trúc logic hay các tổ chức và lưu trữ tệp trên đĩa từ là nhiệm vụ của hệ điều hành. Cùng một ổ đĩa với cấu trúc vật lý giống nhau (đĩa, mặt, trụ, cung) các hệ điều hành quản lý dữ liệu khác nhau và có thể không truy nhập được dữ liệu của nhau. Cấu trúc logic của đĩa từ trong máy vi tính gồm các loại sau:
FAT 16 (file alocation table): quản lý được 216 = 65536 địa chỉ bộ nhớ. Mỗi một địa chỉ tương ứng với 512byte nên bảng FAT 16 có khả năng quản lý được 512x65536=33554432 byte.
FAT 32: có khả năng quản lý được 232 = 4294967294 địa chỉ bộ nhớ; FAT 32 có khả năng quản lý được 512x232 byte
NTFS (new technology file system): có khả năng quản lý được 16 Exabyte.
VFS: có trong hệ điều hành LINUX. 77 Cấu trúc logic của đĩa từ II. Đĩa từ • Hệ thống tệp (file system): FAT được sử dụng nhiều nhất cho các hệ điều hành DOS, Wiondows 9x, Windows 2000, Windows XP, Windows 2000 server. NTFS là bảng quản lý file không hỗ trợ hệ điều hành DOS, được sử dụng để cài Wiondows 9x, Windows 2000, Windows XP, Windows 2000 server; đặc điểm là có tính bảo mật cao, có khả năng quản lý file lớn → các hệ điều hành mạng (Window 2x, Window NT) thường sử dụng loại bảng quản lý file này. 78 Cấu trúc logic của đĩa từ II. Đĩa từ 5/14/2013 40 Nội dung I. Bộ nhớ trong. II. Đĩa từ. III. Đĩa quang. 79 III. Đĩa quang 1. Nguyên tắc lưu trữ thông tin 2. Cấu trúc vật lý của đĩa quang 3. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của ổ đĩa quang 80 5/14/2013 41 • Là thiết bị lưu trữ dữ liệu bên ngoài máy vi tính, thông tin không bị mất khi máy tính mất điện. • Điểm khác nhau giữa đĩa quang và đĩa từ chính là phương pháp lưu trữ thông tin. • Thông tin được lưu trữ trên đĩa quang dưới dạng thay đổi tính chất quang của bề mặt đĩa. • Khi ghi, tia laser được hội tụ vào một điểm rất nhỏ trên mặt đĩa→dung lượng lớn. 81 Nguyên tắc lưu trữ thông tin III. Đĩa quang • 4 loại chính: Đĩa CD-ROM (compact disk read only memory): là loại đĩa quang chỉ đọc, thông tin được lưu trữ ngay khi sản xuất. Đĩa CD-R (recordable compact disk): là đĩa quang ghi được, được phủ một lớp polimer nhạy màu, dưới tác dụng của tia laser sẽ bị đổi màu → lưu trữ thông tin. Đĩa CD-WR (writeable/ readable compact disk): là đĩa quang có khả năng ghi lại nhiều lần, bề mặt được phủ một lớp kim loại mỏng, trạng thái lớp kim loại sẽ bị thay đổi dưới tác dụng của tia laser. Đĩa DVD (digital video disk): là đĩa quang kỹ thuật số, có dung lượng rất lớn. 82 Nguyên tắc lưu trữ thông tin III. Đĩa quang 5/14/2013 42 III. Đĩa quang 1. Nguyên tắc lưu trữ thông tin 2. Cấu trúc vật lý của đĩa quang 3. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của ổ đĩa quang 83 a. Đĩa CD-ROM: • là một đĩa nhựa có đường kính 120mm, dày 1,2mm. • Có đường kính lỗ trục quay là 15mm. • Lỗ thông tin (pit) có đường kính 0,6 micro và sâu 0,12micron. • Các track cách nhau 1,6 micron, mật độ đĩa khoảng 16000 tpi (track per inch). • Tốc độ đọc cơ sở của đĩa quang là 150 Kbyte/giây. Trên các ổ quang chúng ta thấy ghi các tham số: 24X, 32X, 36X. 42X, 50X, 52X, ... là bội số của tốc độ cơ sở đó. 84 Cấu trúc vật lý của đĩa quang III. Đĩa quang 5/14/2013 43 a. Đĩa CD-ROM: 85 Cấu trúc vật lý của đĩa quang III. Đĩa quang Cấu trúc vật lý của đĩa quang b. Đĩa CD-R: • là đĩa quang ghi được, • có cấu trúc và hoạt động tương tự như CD- ROM thông thương • có ưu điểm là hoạt động được ở trên bất kỳ ổ đĩa CD nào. • Nhược điểm của loại đĩa này là không thể ghi chồng được lên dữ liệu cũ. 86 Cấu trúc vật lý của đĩa quang III. Đĩa quang 5/14/2013 44 b. Đĩa CD-R: • Cấu tạo: gồm 6 lớp
Lớp nhãn hiệu.
Lớp phủ chống xước
Lớp phim bảo vệ tia tử ngoại
Lớp phim phản xạ: nó được làm bằng vàng hoặc hợp kim màu, độ dày của nó từ 50 đến 100nm.
Lớp màu polymer hữu cơ
Lớp polycarbonat trong suốt • Lớp màu polymer là lớp chứa dữ liệu và nằm ngay sát mặt chứa nhãn hiệu → tránh làm xước mặt này của đĩa. • Khi bị laser đốt cháy, lớp màu này chuyển sang màu đen và đóng vai trò các lỗ dữ liệu (pit) của CD thường. 87 Cấu trúc vật lý của đĩa quang III. Đĩa quang c. Đĩa CD-WR: là loại đĩa quang có thể ghi lại được, nó gồm có 8 lớp: • Lớp nhãn hiệu. • Lớp phủ chống xước. • Lớp phim bảo vệ tia tử ngoại. • Lớp phim phản xạ: nó được làm bằng vàng hoặc hợp kim màu, độ dày của nó từ 50 đến 100nm. • Lớp cách điện trên • Lớp kim loại lưu trữ dữ liệu • Lớp cách điện dưới • Lớp polycarbonat trong suốt 88 Cấu trúc vật lý của đĩa quang III. Đĩa quang 5/14/2013 45 c. Đĩa CD-WR: • Nguyên tắc lưu trữ dựa theo sự thay đổi trạng thái của lớp kim loại khi bị chiếu tia laser vào. Lớp kim loại khi bị chiếu tia laser vào sẽ có hai trạng thái là trạng thái tinh thể (phản xạ ánh sáng, vùng trống) và trạng thái vô định hình (không phản xạ ánh sáng, vùng bị đốt đen của đĩa CD-R). • Quá trình thay đổi trạng thái này tuỳ theo công suất của tia laser, để thực hiện việc đọc, ghi và xoá, ổ CD-WR dùng 3 mức công suất phát tia laser như sau:
Công suất cao (công suất ghi): để tạo lớp vô định hình.
Công suất trung bình (công suất xoá): để tạo lớp tinh thể
Công suất thấp (công suất đọc): dùng để đọc dữ liệu. 89 Cấu trúc vật lý của đĩa quang III. Đĩa quang d. Đĩa DVD: • Là loại đĩa tương đối mới, • Là đĩa quang mật độ cao hay còn gọi là đĩa quang kỹ thuật số. • Có khả năng lưu trữ dữ liệu cao hơn các đĩa quang khác nhiều lần • Tốc độ truy cập dữ liệu nhanh và các bản sao lưu từ đĩa gốc vẫn đảm bảo chất lượng như đĩa gốc. • Cấu tạo của đĩa DVD giống với nguyên tắc cấu tạo của đĩa CD, tuy nhiên có một số điểm khác biệt như sau:
Kích thước lỗ nhỏ hơn 2,08 lần so với đĩa CD.
Khoảng cách giữa các đạo nhỏ hơn 1,02 lần.
Vùng dữ liệu lớn hơn 1,02 lần.
Mã hoá dữ liệu tiết kiệm hơn 1,06 lần.
Sửa lỗi hiệu quả hơn 1,332 lần.
Kích thước phần đầu khối nhỏ hơn 1,06 lần. • → cùng một lớp lưu trữ dữ liệu duy nhất đĩa DVD có khả năng lưu trữ lớn hơn đĩa CD gấp 7 lần. • DVD sử dụng nhiều lớp để lưu trữ dữ liệu, mỗi lớp cách nhau khoảng 20 đến 70 micromet nên khả năng lưu trữ của một đĩa DVD lên tới gần 4,7 GB. • Tốc độ truy nhập cơ sở (1x) của một ổ DVD là 1,38 MB/s. 90 Cấu trúc vật lý của đĩa quang III. Đĩa quang 5/14/2013 46 d. Đĩa DVD: • Đĩa DVD có 4 loại như sau: – Đĩa DVD-R: là đĩa chỉ ghi được dữ liệu một lần, dùng công nghệ như CD-R, lưu dữ liệu trên một lớp màu polymer hữu cơ. Dung lượng của loại đĩa này khoảng 4,7 GB. – Đĩa DVD-RAM: là đĩa ghi được nhiều lần, dùng công nghệ đổi trạng thái tương tự như đĩa quang từ. Đĩa này không đọc được trong các ổ đĩa quang, mà nó được nằm trong một cát xét bằng nhựa, chỉ hoạt động khi nằm trong vỏ cát xét này. Dung lượng của đĩa này tương đối cao, khoảng 4,7 GB trên một mặt đĩa. – Đĩa DVD-RW: là đĩa ghi dữ liệu nhiều lần, dùng công nghệ đổi trạng thái lớp hợp kim để ghi dữ liệu như đĩa CD-WR. Các đĩa DVD-R, DVD-RAM, DVD-RW có tuổi thọ từ 100 đến 300 năm. – Đĩa DVD+WR: là đĩa có khả năng ghi dữ liệu nhiều lần, có dung lượng trung bình 2,8 GB. Các thế hệ DVD+WR sau này có khả năng lưu trữ khoảng 4,7 GB. 91 Cấu trúc vật lý của đĩa quang III. Đĩa quang