Bài giảng Phần cứng & lắp ráp máy tính

ài Tổ chức vật lý của đĩa mềm  Để ổ đĩa mềm có thể ghi và đọc được dữ liệu ra từ đĩa mềm, người ta phải định dạng và đánh địa chỉ vào từng đơn vị của đĩa mềm. Phần này do hệ điều hành đảm nhiệm. Để có thể đánh địa chỉ cho đĩa người ta chia cấu trúc vật lý của đĩa mềm như sau:  Track: là các đường tròn đồng tâm, được chia làm 80 đường được đánh số từ ngoài vào trong, track ngoài cùng mang số 0.  Sector: Là đơn vị quản lý nhỏ nhất trên đĩa 1 Sector = 512 bytes cho mọi loại đĩa. Một track được chia làm nhiều Sector.  Cluster: Đơn vị này được tính theo Sector, 1 Cluster = 1,2,4,8,16,... Sector. Đây là đơn vị truy xuất thông tin trên đĩa, thường thì đĩa mềm 1Cluster = 1sector.  Head: Vì đĩa mềm có khả năng làm việc trên 2 mặt nên nó có 2 đầu ứng với 2 mặt đó. Để phân biệt hai đầu từ trên người ta đưa ra các giá trị 0 và 1 ứng với 2 đầu từ. Bộ nhớ ngoài Cấu trúc của Sector  Sector header: lưu trữ các thông tin về vị trí đầu đọc , cylinder, và số thứ tự vật lý của sector. Nó cũng đảm nhận luôn nhiệm vụ xác định sector có sử dụng được hay không hoặc sector nào sẽ lưu dữ liệu thay cho sector này. Thông tin cuối cùng mà sector header cung cấp chính là giá trị của việc kiểm tra lỗi chẵn lẽ (CRC), giá trị này giúp cho các chương trình xác định được sector header có chính xác hay không.  Góc rỗng (GAP): đối với một sector sự có mặt của góc rỗng là rất cần thiết. Góc rỗng cung cấp cho đầu đọc/ghi một khoảng thời gian nhất định để nó có thể chuyển từ việc đọc dữ liệu trên sector sang ghi dữ liệu. Khi đọc dữ liệu, đầu từ sẽ bỏ qua góc rỗng.  Góc rỗng mở rộng (Inter-GAP): Góc rỗng mở rộng thì cung cấp cho đầu đọc 1 khoản thời gian nhất định để đầu đọc có thể chuyển từ việc “ghi trên 1 sector này” sang “đọc sang sector kết tiếp”. Tương tự như Gócrỗng, khi đọc dữ liệu đầu đọc bỏ qua Góc rỗng mở rộng.  Dữ liệu: Thông thường khi ta format đĩa cứng duới nền Windows hoặc DOS thì một sector có thể chứa được 512 byte dữ liệu. Phần cuối cùng của vùng dữ liệu này chứa thông tin về mã sửa lỗi (ECCs), dùng cho việc phát hiện và sửa lỗi. Bộ nhớ ngoài Nguyên tắc cấp phát không gian lưu trữ  Khi cần không gian để lưu trữ file trên đĩa từ thì đơn vị cấp phát cơ bản là cluster. Ví dụ: ta cần lưu trữ một file có dung lượng 13 KB (giả sử 1 cluster = 4KB). Như vậy khi lưu file này sẽ được tách ra trên 4 cluster lần lượt là: Cluster 1 -> 4KB đầu tiên Cluster 2 -> 4KB tiếp theo Cluster 3 -> 4KB tiếp theo Cluster 4 (cluster cuối cùng): 1KB còn lại của file. Cluster cuối cùng có 3KB bị bỏ trống.  Như vậy luôn có một khoảng không gian bị bỏ phí trên ổ cứng - đây chính là một trong những điểm khác nhau và tiến bộ giữa các thế hệ FAT File System (Hệ thống tập tin). Bộ nhớ ngoài Tổ chức vật lý của đĩa mềm  Như vậy, ta đã thấy tất cả các điểm trên đĩa mềm đều có thể chỉ định bằng tổ hợp các giá trị (Head, Track, Sector) hay (Head, Track, Cluster). Tuy vậy, trên đây chỉ là cách tổ chức vật lý, rất khó cho quá trình làm việc của máy tính. Do đó, người ta đưa ra cách đánh địa chỉ cho các đơn vị lưu trữ trên đĩa theo logic chính xác và đơn giản hơn. Bộ nhớ ngoài Tổ chức logic của đĩa mềm  Để quản lý các thông tin trên đĩa mềm người ta tổ chức cấu trúc logic của nó như sau:  Boot Sector: Là Sector đầu tiên của đĩa mềm chứa các thông tin về đĩa mềm đó và các đoạn chương trình điều khiển khởi động nếu đó là đĩa khởi động. Khi truy xuất máy tính đọc các thông số này để xác định cấu trúc của đĩa, từ đó xác định vị trí thông tin truy xuất. Nếu là đĩa khởi động thì chương trình khởi động sẽ được thực hiện để tìm ra các file khởi động trên đĩa. Bộ nhớ ngoài Tổ chức logic của đĩa mềm  Khi đọc dữ liệu từ một file, HĐH sẽ tìm đến Cluster đầu tiên để đọc dữ liệu. Sau đó, đọc dần đến các Cluster tiếp theo cho đến Cluster mang giá trị fff. Sau đây là đoạn trích của một đoạn FAT:  Các Cluster 003, 004, 005, 009: cùng một file và Cluster 009 là Cluster kết thúc. Cluster 006 thuộc một file khác, Cluster 007, 008 là các Cluster còn trống.  Như vậy, bảng FAT rất quan trọng đối với đĩa, nó quyết định việc truy xuất thông tin trên đĩa và được sử dụng thường xuyên nên rất dễ bị lỗi. Do đó, trên đĩa người ta phải lưu trữ dự phòng bảng FAT thành 2 bảng là FAT1 và FAT2. Trong đó FAT1 được sử dụng và FAT2 dự trữ, khi FAT1 bị lỗi ta có thể thay FAT1 bằng FAT2 để tiếp tục làm việc. Bộ nhớ ngoài Tổ chức logic của đĩa mềm  Bảng FAT (File Allocation Table) được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1977 với phiên bản FAT12. Sau đó là các phiên bản FAT16 và FAT32  Bản FAT là công cụ lưu giữ các thông tin liên quan đến Cluster trên đĩa. Mỗi điểm vào của bảng FAT là ứng với một giá trị của tổ hợp (Head, Track, Cluster). Toàn bộ bảng FAT là ánh xạ của toàn bộ các đơn vị trên đĩa. Các điểm vào này được đánh địa chỉ tuần tự. Các điểm vào trên FAT của các Cluster trống trên đĩa thì mang giá trị 000, các Cluster đã ghi dữ liệu sẽ được đánh dấu bằng giá trị của Cluster tiếp theo trong chuỗi, nếu là Cluster cuối cùng sẽ mang giá trị fff. Khi ghi một file, HĐH sẽ lần trên bảng FAT tìm Cluster trống và ghi dữ liệu vào Cluster đó trên đĩa, đồng thời gán giá trị cho Cluster đó chỉ đến địa chỉ của các Cluster tiếp theo hoặc mang giá trị kết thúc fff. Trong giai đoạn này, HĐH cũng ghi địa chỉ của Cluster đầu tiên của chuỗi vào bảng thư mục (Root Directory).  Đĩa mềm sử dụng FAT 12. Bộ nhớ ngoài Tổ chức logic của đĩa mềm  Root Directory: Là bảng chứa thông tin về thư mục, mỗi điểm vào của bảng là những thông tin về các File hay Thư mục chứa trong thư mục gốc của đĩa. Những thông tin này giúp cho việc đọc dữ liệu trên đĩa. Cấu trúc của bảng có thể được mô tả như sau:  Nếu là File thì mục Cluster đầu sẽ lưu giữ Cluster đầu tiên của File, được ghi vào khi File được ghi và được sử dụng khi truy cập File. Nếu là thư mục con thì trỏ đến địa chỉ đầu của bảng thư mục con có cấu trúc như bảng thư mục gốc trên.  Khi truy cập thư mục thì thông tin xuất hiện trên màn hình chính là thông tin chứa trong bảng thư mục, do đó ta thấy dường như những thông tin này xuất hiện tức thời. Bộ nhớ ngoài Ổ đĩa cứng (HDD)  Dù rằng công nghệ mới không ngừng phát minh nhiều loại bộ phận lưu trữ một lượng thông tin lớn nhưng đĩa cứng vẫn giữ vị trí quan trọng. Đĩa cứng có hai nhiệm vụ trong máy tính:  Lưu trữ dài hạn các tập tin.  Thiết lập một cấp bộ nhớ để làm bộ nhớ ảo lúc chạy chương trình.  Ổ đĩa cứng lưu giữ thông tin dưới dạng nhị phân trên bề mặt các tấm đĩa hình tròn phủ vật liệu từ tính.  Ban đầu, ổ cứng được thiết kế để hoạt động trong máy tính điện tử. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, ổ cứng ngày có kích thước càng nhỏ và dung lượng càng lớn nên ngày nay đĩa cứng còn được sử dụng trong các thiết bị điện tử khác như máy nghe nhạc kĩ thuật số, máy ảnh kĩ thuật số, máy quay phim kĩ thuật số, đầu máy DVD, v.v. Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng  Các thành phần quan trọng của đĩa cứng:  Khung vỏ ổ đĩa  Tấm đĩa  Đầu từ (đầu đọc)  Bộ dịch chuyển đầu từ  Cần đọc Mô tơ trục quay  Bản mạch  Bộ nhớ đệm Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng  Khung vỏ đĩa cứng: Bộ khung cơ khí rất quan trọng đối với hoạt động chính xác của ổ đĩa cứng, ảnh hưởng đến sự hợp nhất về cấu trúc, về nhiệt và về điện của ổ đĩa. Khung cần phải cứng và tạo nên một cái nền vững chắc để lắp ráp các bộ phận khác. Các ổ đĩa cứng thường dùng khung nhôm đúc, nhưng các ổ cứng loại nhỏ của máy tính xách tay thường dùng vo plastic. Vật liệu vỏ cụ thể phụ thuộc vào yếu tố hình dạng (form factor) tức là kích thước của ổ cứng. .  Đầu từ: được chế tạo giống như vi mạch dùng công nghệ quang hóa. Do kích thước nhỏ và nhẹ nên độ rộng của rãnh ghi cũng nhỏ hơn và thời gian dịch chuyển đầu tư nhanh hơn. Trong cấu trúc tổng thể, các đầu đọc/ghi này được gắn vào các cánh tay kim loại dài điều khiển bằng các môtơ. Ðầu từ ổ đĩa cứng có khả năng đọc/ghi được các rãnh rất nhỏ (hơn 1000 rãnh trên một đĩa). Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng  Môtơ trục quay: Một trong những yếu tố xác định chất lượng của ổ cứng là tốc độ mà đĩa từ lướt qua dưới đầu đọc/ghi. Đĩa từ lướt qua đầu từ với tốc độ khá cao (ít nhất là 3600 vòng/phút).  Môtơ trục (spindle môtơ) có chức năng làm quay các đĩa từ. Khi môtơ được cấp điện, một từ trường được tạo ra trong các cuốn dây môtơ. Khi điện cắt, năng lượng từ trường lưu trữ trong các cuộn dây môtơ được giải phóng dưới dạng xung điện thế ngược. Kỹ thuật Hãm động (dynamic braking) sẽ sử dụng năng lượng của xung điện thế ngược đó để làm dừng đĩa lại. Nếu tốc độ của ổ cứng (rpm - revolutions per minute - số vòng trên phút) càng cao thì tốc độ truy xuất dữ liệu sẽ càng nhanh. Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng  Bản mạch đĩa cứng: ổ đĩa cứng được điều khiển bởi các mạch điện tử tương đối phức tạp. Mạch điện tử được gắn dưới bộ khung và chứa hoàn toàn các mạch cần thiết để truyền tải các tín hiệu điều khiển và dữ liệu với bộ giao diện vật lý riêng, điều khiển đầu đọc/ghi, thực hiện đọc/ghi theo yêu cầu và để quay các đĩa từ. Mỗi một chức năng kể trên phải được thực hiện hoàn hảo với độ chiính xác cao. Bo mạch điều khiển này bao gồm bộ chip controller, chip input/output IO, bộ nhớ đệm cho ổ cứng (HDD cache), một ổ cắm nguồn 5+ 5- 12- 12+, và chân cắm chuẩn IDE 39/40 chân.  Bộ dịch chuyển đầu từ: Thách thức lớn nhất trong việc điều khiển đầu tư là giữ cho được nó đúng ngay tâm rãnh mong muốn. Nói cách khác là các nhiễu loại khí động học, các hiệu ứng nhiệt trên đĩa từ và các biến thiên của dòng điều khiển môtơ có thể gây nên sai số trong việc điều định vị trí đầu từ. Vị trí của đầu từ phải luôn luôn được kiểm tra và điều chỉnh kịp thời để đảm bảo vị trí rãnh thật chính xác. Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng  Bộ nhớ đệm: tuy các nhà sản xuất đang ngày càng một nâng cao tốc độ của ổ cứng nhưng chắc chắn là tốc độ truy xuất dữ liệu của ổ cứng sẽ không bao giờ có thể nhanh bằng RAM. Để giảm bớt phần nào khoảng cách đó, các nhà sản xuất phần cứng và phần mềm đã tạo ra bộ đệm ổ cứng (disk cache). Bộ đệm của ổ cứng sử dụng một phần của RAM để lưu trữ những thông tin thường xuyên được các ứng dụng truy nhập. Chính việc lưu trữ những thông tin này trên RAM, bộ đệm đã giúp tốc độ truy xuất dữ liệu nhanh hơn và giúp kéo dài tuổi thọ của ổ cứng. Nguyên tắc hoạt động của bộ đệm khá đơn giản: những dữ liệu thường xuyên được truy nhập sẽ được lưu trữ trong RAM khi đó nếu có ứng dụng yêu cầu truy cập những dữ liệu này thì những dữ liệu này sẽ được lấy ra trực tiếp từ RAM chứ không cần ổ cứng phải làm những công vịêc như: quay đĩa, xác định vị trí đầu đọc, tìm kiếm  Bộ nhớ đệm càng cao thì tốc độ truy xuất dữ liệu trên ổ cứng sẽ nhanh hơn rất nhiều và vấn đề sai sót dữ liệu cũng rất thấp.  Có 4 kiểu bộ đệm ổ cứng chính. Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng  Bộ đệm “mềm” (Software disk caches): sử dụng một phần bộ nhớ chính của máy để truy xuất và lưu trữ tạm thời một phần dữ liệu của ổ cứng. Loại bộ đệm này do một chương trình tao và quản lý cho nên không cần đế những phần cứng hỗ trợ đặc biệt. VCACHE chính là một ví dụ thực tế về bộ đệm mềm.  Bộ đệm “cứng” (on-board disk caches): sử dụng bộ nhớ và bộ điều khiển cache được thiết kế ngay trên board mạch của ổ cứng. Mặc dù nó không hề sử dụng bất cứ một phần RAM nào của bộ nhớ chính để làm công việc lưu trữ tạm thời nhưng chúng có dung lượng rất thấp (128KB->2MB cá biệt có thể lên đến 4MB) và cực kỳ đắt tiền. Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng  Bộ đệm “riêng” (disk caching controllers): tương tự như bộ đệm cứng, bộ đệm riêng sử dụng bộ nhớ riêng (có cấu trúc khác RAM) nhưng bộ nhớ và bộ điều khiển mà bộ đệm này sử dụng là bộ nhớ và chíp điều khiển được gắn riêng rẽ trên một card điều khiển chứ không phải là trên board mạch của ổ cứng và lẽ dĩ nhiên giá thành của chúng rất đắt. Tuy nhiên, bộ đệm riêng lại hoạt động tốt và nhanh hơn rất nhiều so với bộ đệm cứng vì nó vượt qua được một số giới hạn của những phần của ổ cứng mà bộ đệm cứng luôn bị ảnh hưởng.  Buffers : Buffers gặp rất nhiều giới hạn trong các quá trình giao tiếp và chuyển đổi dữ liệu bởi vì khả năng quản lý dữ liệu của nó rất kém. Khi lưu trữ dữ liệu tạm thời, buffer lưu trữ một lúc cả một track vì thế nếu muốn tìm một sector nào trên track này thì hệ điều hành lại phải tiếp tục tìm kiếm trên track mà buffer cung cấp - chậm hơn hẳn so với cache. Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng  VCACHE : Windows có một driver ảo gọi là VCACHE có nhiệm vụ quản trị bộ nhớ đệm cho ổ cứng. VCACHE chính là một sự thay thế cho “bộ đệm mềm” của DOS và các version Windows trước đó (thường được gọi là SmartDrive). VCACHE có khả năng thay đổi rất nhanh dung lượng bộ nhớ mà nó sử dụng, điều mà các trình quản lý bộ đệm trong DOS không thể làm được. Khi đĩa cứng hoạt động liên tục (chép file hoặc đọc file lớn) trong khi đó việc truy cập bộ nhớ lại thấp thì nó sẽ tự động điều chỉnh kích thước bộ đệm (tăng lên) cho phù hợp để RAM có thể chia sẻ bớt một phần công việc của đĩa cứng. Nguợc lại, khi ổ cứng ít hoạt động (ít truy xuất dữ liệu) nhưng RAM lại liên tục có lệnh truy xuất (khi chạy các ứng dụng tính toán cao cấp) thì nó sẽ tự động điều chỉnh kích thước bộ đệm (giảm xuống) để có được dung lượng RAM tối đa cho các ứng dụng tính toán. Nó sử dụng quá trình “đọc trước – ghi từ cache xuống” (read-ahead and write-behind caching). Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng – Tấm đĩa  Tấm đĩa cứng được làm từ vật liệu nền cứng như nhôm, thủy tinh hay gốm. Lớp vật liệu nền được phủ một lớp tiếp xúc bám (nickel) phía trên lớp tiếp xúc bám là màng từ lưu trữ dữ liệu (Cobalt). Bề mặt trên cùng được phủ một lớp chống ma sát (graphit hay saphia ). Do cấu tạo cơ học bền, đĩa cứng có thể quay với tốc độ lớn (3600 vòng/phút hoặc lớn hơn nữa).  Các ổ đĩa cứng hiện đại ngày nay có mật độ thông tin vào khoảng 100 đến 300 Mbit trong một inch vuông.  Hai yếu tố quan trọng quyết định đến mật độ lưu trữ cao là:  Cấu trúc hạt của vật liệu từ thật nhỏ,  Bề mặt đĩa thật phẳng để giữ khoảng cách giữa đầu đọc và mặt đĩa tại giá trị tối thiểu.  Ðĩa từ sau khi phủ lớp phim nhạy từ và lớp bảo vệ được đánh bóng và ghép vào trục động cơ. ổ đĩa có thể có một hay nhiều đĩa chồng lên nhau. Trước khi định vị chồng đĩa, chồng đầu từ được ghép xen kẽ giữa các đĩa. Bộ nhớ ngoài Cấu trúc đĩa cứng  Khác với đĩa mềm, do tốc độ quay nhanh, đầu đọc/ghi không được tiếp xúc với bề mặt đĩa cứng. Ðầu đọc được giữ cách xa mặt đĩa qua một lớp đệm không khí. Lớp đệm không khí này được hình thành khi dĩa quay với tốc độ cao.  Khoảng cách giữa đầu từ và mặt đĩa chỉ vào khoảng vài micrômét, nhỏ hơn rất nhiều một hạt bụi khói trung bình. Vì thế phía bên trong ổ đĩa cứng cần được giữ thật sạch. Người sử dụng không được phép mở ổ đĩa trong môi trường bình thường. Ðể sản xuất hoặc sửa chữa đĩa cứng người ta cần đến môi trường siêu sạch như thường gặp trong công nghiệp vi điện tử. Bộ nhớ ngoài Cấu trúc vật lý ổ cứng  Đĩa cứng rất giống đĩa mềm. Do đó, về cấu tạo và tổ chức của nó cũng giống nhau gồm Head, Track, Sector, Cluster, FAT. Tuy nhiên, chúng cũnng có thêm một số khác biệt như sau:  Do có cấu trúc nhiều đĩa nên số đầu từ của ổ đĩa cứng cũng nhiều hơn và được đánh số từ 0 cho lớp trên cùng và tăng dần xuống dưới. Cũng vì lý do như trên mà trong ổ đĩa cứng còn có khái niệm Cylinder là hình trụ, tập hợp các Track có cùng chỉ số. Bộ nhớ ngoài Cấu trúc logic ổ cứng  Do dung lượng đĩa cứng lớn nên để nguyên ổ đĩa như vậy sẽ gây khó khăn cho việc tổ chức cũng như tìm kiếm thông tin trên đĩa. Để khắc phục tình trạng trên, người ta cho phép chia ổ đĩa cứng thành nhiều phần có kích thước nhỏ hơn.  Mỗi phần này hoạt động tương tự như một ổ đĩa cứng riêng biệt gọi là Partition. Để quản lý các Partition này, người ta dùng bảng Master Boot Record để lưu giữ các thông tin này, toàn bộ cấu trúc logic của đĩa cứng như sau: Bộ nhớ ngoài Cấu trúc logic ổ cứng  Master Boot Record: là Sector đầu tiên của ổ đĩa cứng, nó chứa các thông tin về các Partition như số thứ tự, tên ổ đĩa logic, trạng thái, kích thước của Partition v.v... gọi là các điểm vào. Mỗi Master Boot Record có thể quản lý 4 điểm vào, mỗi điểm vào có kích thước 16 bytes, như vậy cần 64 bytes để lưu giữ các điểm vào này gọi là bảng Partition. Không gian còn lại của Sector này được lưu trữ chương trình Bootrap của đĩa khởi động.  Như trên, ta thấy mỗi Master Boot Record chỉ chứa 4 điểm vào, vậy mỗi đĩa cứng chỉ phân tối đa thành 4 phần. Để khắc phục điều này, người ta lấy Sector đầu tiên của Partition thứ 4 để quản lý các phần chia tiếp theo như là một Master Boot Record thực thụ gọi là Master Boot Record phụ, cứ như thế mà ta có thể chia đĩa cứng thành nhiều phần khác nhau.  Master Boot Record được tạo ra bởi chương trình Fdisk của DOS, do đo, ta có thể khôi phục lại nó bằng lệnh này khi nó bị hỏng với tham số mbr, tức là lệnh Fdisk /mbr. Bộ nhớ ngoài Cấu trúc logic ổ cứng  Partition (Phân khu): Là phần được chia bởi ổ đĩa cứng, nó làm việc như một ổ đĩa biệt lập và có cấu trúc giống hệt như ổ đĩa mềm. Thông tin về Partition được lưu giữ trong bảng Partition trên Master Boot Record. Đối với các hệ điều hành DOS và Windows chỉ cho phép khởi động ở Partition đầu tiên. Ngoài ra, còn có một số hệ điều hành cho phép khởi động từ các Partition khác. Để phân đĩa cứng thành các Partition, ta dùng lệnh Fdisk của DOS, theo dõi các trình đơn của tiện ích này để chia đĩa cứng và tạo Partition khởi động. Bộ nhớ ngoài Hệ thống tập tin  Bảng FAT đĩa cứng: Về cơ bản, bảng FAT ổ cứng giống hệt như việc tổ chức trên đĩa mềm, song chúng chỉ khác nhau về kích thước.  FAT12 được dùng cho ổ đĩa mềm, ổ đĩa có dung lượng từ 32MB trở xuống. FAT12 sử dụng 12 bit để đếm nên chỉ có khả năng quản lý các ổ đĩa có dung lượng thấp hơn 32Mb với số lượng cluster thấp. Đối với đĩa mềm, do kích thước đĩa hạn chế nên chỉ cần dùng 12 bits để đánh địa chỉ là đủ, thường được gọi là FAT 12.  FAT16 Với hệ điều hành MS-DOS, hệ thống tập tin FAT (FAT16 – để phân biệt với FAT32) được công bố vào năm 1981 đưa ra một cách thức mới về việc tổ chức và quản lý tập tin trên đĩa cứng, đĩa mềm. Tuy nhiên, khi dung lượng đĩa cứng ngày càng tăng nhanh, FAT16 đã bộc lộ nhiều hạn chế. Với không gian địa chỉ 16 bit, FAT16 chỉ hỗ trợ đến 65.536 liên cung (cluster) trên một partition, gây ra sự lãng phí dung lượng đáng kể (đến 50% dung lượng đối với những ổ đĩa cứng trên 2 GB). Bộ nhớ ngoài Hệ thống tập tin  FAT32: Được giới thiệu trong phiên bản Windows 95 Service Pack 2 (OSR 2), được xem là phiên bản mở rộng của FAT16. Do sử dụng không gian địa chỉ 32 bit nên FAT32 hỗ trợ nhiều cluster trên một partition hơn, do vậy không gian đĩa cứng được tận dụng nhiều hơn. Ngoài ra với khả năng hỗ trợ kích thước của phân vùng từ 2GB lên 2TB và chiều dài tối đa của tên tập tin được mở rộng đến 255 ký tự đã làm cho FAT16 nhanh chóng bị lãng quên. Tuy nhiên, nhược điểm của FAT32 là tính bảo mật và khả năng chịu lỗi (Fault Tolerance) không cao.  Tuy nhiên, với một ổ đĩa nhỏ mà ta dùng bảng FAT lớn sẽ gây lãng phí không gian chứa bảng FAT và ảnh hưởng đến tốc độ truy tìm. Bộ nhớ ngoài Hệ thống tập tin  NTFS (New Technology File System) là một hệ thống tập tin được Microsoft giới thiệu vào tháng 7 năm 1993 cùng với hệ điều hành Windows NT version 3.1. Các hệ điều hành Windows NT sau đó, Windows 2000, Windows XP và Windows Server 2003 đều hổ trợ NTFS.  Hệ thống file NTFS có khả năng hoạt động cao và có chức năng tự sửa chữa. Nhờ có tính năng lưu giữ lại các thông tin xử lý, NTFS có khả năng phục hồi file cao hơn trong những trường hợp ổ đĩa có sự cố. Nó hỗ trợ chế độ bảo mật ở mức độ file, nén và kiểm định. Nó cũng hỗ trợ các ổ đĩa lớn và các giải pháp lưu trữ mạnh mẽ như RAID.  NTFS tăng cường khả năng lưu trữ, tính bảo mật cho tập tin và thư mục, khả năng mã hóa dữ liệu đến từng tập tin. Ngoài ra, NTFS có khả năng chịu lỗi cao, cho phép người dùng đóng một ứng dụng “chết” (not responding) mà không làm ảnh hưởng đến những ứng dụng khác. Tuy nhiên, NTFS lại không thích hợp với những ổ đĩa có dung lượng thấp (dưới 400 MB) và không sử dụng được trên đĩa mềm.  NTFS hiện có các phiên bản: v1.0, v1.1, v1.2 ở các phiên bản Windows NT 3.51 và 4, v3.0 ở phiên bản Windows 2000, v3.1 ở các phiên bản Windows XP và Windows Server 2003. Riêng Windows XP và Windows Server 2003 còn hỗ trợ các phiên bản v4.0, v5.0, v5.1. Bộ nhớ ngoài Các thông số cần lưu ý Bộ nhớ ngoài Các thông số cần lưu ý  Dung lượng (đơn vị gigabyte - GB)  Tốc độ truy xuất trung bình (đơn vị mili giây - ms)  Tốc độ truy xuất trung bình thấp đồng nghĩa với khả năng đáp ứng yêu cầu đọc ghi dữ liệu cao.  Độ lớn của bộ nhớ đệm (đơn vị megabyte - MB)  Độ lớn của bộ đệm có ảnh hưởng đáng kể tới hiệu suất hoạt động của ổ cứng.  Số vòng quay một phút (đơn vị vòng/phút - rpm)  Tốc độ quay của tấm đĩa dữ liệu và mô tơ.  Kích thước (đơn vị inch - ")  Hầu hết các ổ đĩa cứng ngày nay có kích thước 3,5" đối với máy để bàn và 2,5" đối với máy xách tay. Các ổ đĩa 2,5" thường chậm hơn và có dung lượng thấp hơn đồng thời tiêu thụ ít điện năng hơn và an toàn hơn khi di chuyển. Bộ nhớ ngoài Các chuẩn giao tiếp ổ cứng - IDE  IDE: khái niệm IDE (Integrated Device Electronics) được Western Digital và Compaq đưa ra năm 1986. IDE không phải là chuẩn phần cứng mà chỉ là một phần trong bộ đặc tả giao tiếp công nghiệp ATA (AT Attachment) Việc tích hợp bộ điều khiển IDE lên ổ đĩa cứng được xem là một bước tiến rất quan trọng vì tách biệt được chức năng điều khiển ra khỏi chuẩn giao tiếp. Nhờ vậy, nhà sản xuất có thể độc lập nghiên cứu nâng cao băng thông mà không làm thay đổi giao tiếp; đạt được cả yếu tố thời gian và hiệu quả đầu tư.  IDE đáp ứng được hai yếu tố quan trọng là chi phí rẻ và tương thích rộng. Đặc tả IDE được thiết kế hỗ trợ 2 ổ đĩa cứng gắn trong dung lượng tối đa 528 MB/ổ đĩa (băng thông tối đa chỉ lên đến 2MBps hoặc 3MBps)  Năm1993, Western Digital đưa ra chuẩn EIDE (Enhanced IDE) để giải quyết 'thắt cổ chai' ATA. EIDE hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu cao 16,6MBps và đĩa cứng dung lượng 137GB. Bốn thiết bị có thể gắn trên một hệ thống EIDE và được chia thành hai kênh. Mỗi kênh hỗ trợ hai thiết bị và phân biệt thứ bậc master/slave (chính/phụ). Bộ nhớ ngoài Các chuẩn giao tiếp ổ cứng - ATA  Chuẩn Parallel ATA (P-ATA) được phát triển từ giao tiếp IBM Advanced Technology (AT), thực hiện nhiệm vụ định nghĩa tập lệnh và thanh ghi để tạo nên ngôn ngữ giao tiếp giữa ổ đĩa lưu trữ với PC.  ATA-2:có thể truyền với tốc độ 16,6MBps.  ATA-3 có thêm tính năng tự phân tích và báo cáo (Self- Monitoring Analysis and Reporting Technology - SMART) giúp tăng độ tin cậy của ổ đĩa cứng  ATA-4, kể cả Ultra ATA tăng gấp đôi băng thông dữ liệu 33,3MBps. còn bổ sung chế độ Ultra DMA mode 2 (33,3MBps). ATA-4 được tích hợp vào đặc tả AT Attachment Program Interface (ATAPI) chung cho cả ổ CD-ROM, ổ băng và thiết bị lưu trữ di động. Ultra ATA còn nâng độ chính xác dữ liệu bằng cách dùng mã phát hiện lỗi truyền dữ liệu Cyclical Redundancy Checking (CRC). Bộ nhớ ngoài Các chuẩn giao tiếp ổ cứng - ATA  ATA-5, gồm cả Ultra ATA/66, tăng băng thông gấp đôi so với Ultra ATA. Nhiễu điện từ bắt đầu xuất hiện rõ rệt nên tuyến cáp 40 dây trước đây dùng trong chuẩn ATA và Ultra ATA buộc lòng phải thay thế. Tuyến cáp mới có đến 80 dây, trong đó dùng 40 dây làm vật dẫn tiếp đất. Tuy nhiên, đầu nối vẫn giữ nguyên thiết kế 40 chân nên ổ đĩa Ultra ATA/66 hoàn toàn tương thích với thiết bị Ultra ATA/33 và DMA, EIDE/IDE, ổ CD-ROM,... Đặc tả ATA-5 giới thiệu mã phát hiện lỗi CRC mới và có thêm chế độ Ultra DMA mode 3 (44,4MBps) và mode 4 (66,6MBps).  ATA-6, còn được gọi là Ultra DMA mode 5, cũng xuất hiện không lâu sau. Tăng tốc độ truyền dữ liệu lên mức tối đa 100MBps. Mặc dù mọi người đều xem Ultra ATA/100 như phiên bản cuối cùng của giao tiếp Parallel ATA trước khi chuyển sang Serial ATA. Tuy nhiên, vào giữa năm 2001, chuẩn ATA/133 (Ultra DMA 133) lại ra đời 'ngoài kế hoạch' và nâng băng thông lên 133MBps. Bộ nhớ ngoài Các chuẩn giao tiếp ổ cứng - SATA  SATA (Serial Advanced Technology Attachment) Vào năm 1999, một số công ty gồm APT Technologies, Dell, IBM, Intel, Maxtor, Quantum và Seagate Technologies quyết định hợp tác thiết kế chuẩn giao tiếp Serial ATA cho ổ cứng và thiết bị ATA Packet Interface (ATAPI) với mục tiêu thay thế Parallel ATA. So với Parallel ATA, Serial ATA dùng điện áp thấp, đầu chân cắm nhỏ gọn và ít dây hơn. Đặc biệt, Serial ATA tương thích hoàn toàn với phần mềm trước đây dành cho thiết bị Parallel ATA và ATAPI.  Thế hệ sản phẩm Serial ATA đầu tiên xuất hiện trên thị trường vào giữa 2002, đạt tốc độ 150MBps. Các phiên bản kế tiếp có thể đạt băng thông 300MBps và 600MBps. Bộ nhớ ngoài Một số chuẩn giao tiếp ổ cứng  So sánh giữa PATA và SATA Parallel ATA Serial ATA Băng thông 100/133 MB/Secs 150/300/600 MB/Secs Volts 5V /12V 250mV Số chân 40 7 Chiều dài cáp tối đa 18 inch (45.72cm) 1 meter (100cm) Cable Rộng bản Mỏng Tính thông thoáng Cáp rộng bản nên chiếm diện tích Gọn gàng Bộ nhớ ngoài Các chuẩn giao tiếp ổ cứng  SCSI: Có thể kết nối 8 thiết bị lưu giữ phụ như đĩa cứng và đĩa CD-ROM có thể kết nối liên tiếp thiết bị này sau thiết bị khác. Điều này được gọi là chuỗi cánh hoa. Một IDC số hiệu để phân biệt các thiết bị khác nhau được gán cho một thiết bị được kết nối và một điện trở được gọi là đầu cuối, chỉ ra rằng thiết bị đầu cuối được nối. Luồng dữ liệu theo 2 chiều Lớn nhất có thể có 8 thiết bị Thiết bị đầu cuối Đĩa cứng CD-ROM MO Bộ nhớ ngoài Các chuẩn giao tiếp ổ cứng SCSI Băng thông 20/40/80 MB/Secs Số chân 50/63 Cable Rộng bản Peer-to-Peer (nối ngang hàng) 8/16 thiết bị  Ổ cứng chuẩn SCSI Bộ nhớ ngoài Công nghệ RAID  Một phương pháp giúp tăng cường độ an toàn của thông tin trên đĩa từ là dùng một mảng đĩa từ. Mảng đĩa từ này được gọi là Hệ thống đĩa dự phòng (RAID - Redundant Array of Independent Disks). Cách lưu trữ dư thông tin làm tăng giá tiền và sự an toàn (ngoại trừ RAID 0)  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” chỉ là 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. Bộ nhớ ngoài Các công nghệ RAID  RAID 0: một dữ liệu được phân bố đều trên nhiều đĩa, đặc tính này giúp tăng tốc độ lưu trữ lên rất cao.  RAID 1: những nội dung giống nhau được ghi trong 2 đĩa cứng với dung lượng như nhau. Một trong 2 đĩa thao tác liên tục và đĩa kia được sử dụng như bản sao lưu.  RAID 5: Đây có lẽ là dạng RAID mạnh mẽ nhất, với 3 hoặc 5 đĩa cứng riêng biệt. Dữ liệu và bản sao lưu được chia lên tất cả các ổ cứng  RAID 0 +1: Hệ thống RAID kết hợp 0+1 tổng hợp ưu điểm của cả hai “đàn anh”. Tuy nhiên chi phí cho một hệ thống kiểu này khá đắt, cần tối thiểu 4 đĩa cứng để chạy RAID 0+1. Dữ liệu sẽ được ghi đồng thời lên 4 đĩa cứng với 2 ổ dạng Striping tăng tốc và 2 ổ dạng Mirroring sao lưu. 4 ổ đĩa này phải giống hệt nhau và khi đưa vào hệ thống RAID 0+1, dung lượng cuối cùng sẽ bằng ½ tổng dung lượng 4 ổ, ví dụ bạn chạy 4 ổ 80GB thì lượng dữ liệu “thấy được” là (4*80)/2 = 160GB. Bộ nhớ ngoài Sử dụng Rai  Thực ra, kỹ thuật này không nằm trong số các kỹ thuật có cơ chế an toàn dữ liệu. Khi mảng được thiết lập theo RAID 0, ổ đĩa logic có được 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.  Tuy nhiên, như đã nói ở trên, kỹ thuật này không có cơ chế an toàn dữ liệu, nên khi có bất kỳ một hư hỏng nào trên một đĩa thành viên trong mảng cũng sẽ dẫn đến việc mất dữ liệu toàn bộ trong mảng đĩa. Xác suất hư hỏng đĩa tỉ lệ thuận với số lượng đĩa được thiết lập trong RAID 0. RIAD 0 có thể được thiết lập bằng phần cứng (RAID controller) hay phần mềm (Stripped Applications). Bộ nhớ ngoài Cáp kết nối ổ cứng Bộ nhớ ngoài Kết nối nhiều ổ đĩa Bộ nhớ ngoài Kết nối nhiều ổ đĩa  Các loại đĩa IDE giao tiếp với hệ thống thông qua Bus cắm vào hai khe cắm IDE1 và IDE2 trên Mainboard. Mỗi khe cắm cho dùng chung hai thiết bị làm việc theo chế độ khách chủ. Như vậy, trên toàn bộ máy tính sử dụng ổ đĩa IDE có thể sử dụng 4 ổ đĩa như sau:  Primary Master.  Primary Slave  Secondary Master.  Secondary Slave.  Để thiết lập chế độ Master, Slave cho ổ đĩa cứng ta cắm lại Jump thiết lập, thường được chỉ dẫn trực tiếp trên đĩa cứng hoặc Catalogue đi cùng. Tuy nhiên, một số loại đĩa cứng tự động nhận Master khi cắm cùng với các ổ đĩa khác.  Đối với loại đĩa giao diện SCSI thì cần phải có Card giao diện SCSI để điều khiển đĩa này. Card này được cắm vào bus PCI hay ISA của Mainboard. Cácloại đĩa này cho phép sử dụng tối đa 7 thiết bị. Bộ nhớ ngoài Set Jum ổ cứng Bộ nhớ ngoài Set Jum ổ cứng  Các chế độ chạy của ổ cứng:  Master or Single Driver  Slave  Cable select  Dùng jum để set cho ổ cứng chạy ở chế độ ta mong muốn. Bộ nhớ ngoài định dạng đĩa từ  Để đĩa từ có thể làm việc được ta cần phải định dạng (format) nó để tạo ra cấu trúc logic.  Đĩa mềm:  Trong DOS, ta dùng lệnh “Format a:”. Nếu muốn đĩa này thành đĩa khởi động ta thêm thông số /s vào lệnh Format như sau Format a: /s để HĐH copy các file hệ thống vào đĩa giúp nó trở thành đĩa khởi động.  Đĩa cứng: Toàn bộ quá trình định dạng có thể chia thành các bước như sau:  Định dạng cấp thấp  Phân chia đĩa  Định dạng cấp cao Bộ nhớ ngoài Định dạng cấp thấp (Low Level Format)  Đối với một ổ cứng mới ta phải LLF, Fdisk & Format thì mới sử dụng được. Sở dĩ khi ta mua một HDD mới về chỉ cần Fdisk, format là sử dụng được không cần phải LLF là do nhà sản xuất đã LLF trước khi đưa HDD ra thị trường. LFF làm nhiều chuyện như chia track, tạo Track Number, chia Sector, tạo byte CRC (Cyclic Redundancy Check) Giữa hai sector kế tiếp nhau trên cùng một Track LLF sẽ chừa lại một khoảng trống gọi là Gap, khoảng trống nàydùng để dự phòng trường hợp đầu từ bị lệch, no vẫn có thể đọc được Sector tiếp theo hoặc dự phòng trong trường hợp Bad Sector.  Để định dạng cấp thấp ta nên dùng các chương trình Disk Manager riêng của từng nhãn hiệu.  Low level format trước đây hay dùng cho đĩa cứng cũ nhưng với đĩa cứng mới sau này, thường thay tên khác là Zero-fill Bộ nhớ ngoài Định dạng cấp thấp  Không Fdisk được HDD: trường hợp này bắt buộc dùng LLF, đơn giản không Fdisk thì không Format được dĩ nhiên là sẽ không dùng được. Không Fdisk được: chạy Fdisk báo “No fixed disk present” hoặc khi vào Fdisk được nhưng thao tác tiếp theo thì treo máy.  Không format được HDD: như trường hợp trên máy sẽ báo “Bad Track 0 - Disk Unsable”  Các trường hợp sau vẫn có thể không dùng LFF hoặc tùy bạn quyết định. Nhưng hãy nhớ Đừng quá lạm dụng  Khi đang format thì máy báo Trying to recover allocation uint xxxx. Lúc này máy báo cho ta biết Cluster xxxx bị hư và nó đang cố gắng phục hồi lại cluster đó, nhưng thông thường cái ta nhận được là 1 Bad Sector.  Khi chạy Scandisk hay NDD (Norton Disk Doctor) hay bất kỳ phần mềm kiểm tra bề mặt đĩa (Surface Scan) nào ta sẽ gặp rất nhiều Bad Sector.  Đang chạy bất kỳ ứng dụng nào nhận được 1 câu thông báo như “Error reading data on driver C:, Retry, Abort, Ignore, Fail?” hoặc “Sector not found on driver C:, Retry, Abort, Ignore, Fail?”“A serious error occur when reading driver C:, Retry or Abort?” Bộ nhớ ngoài Phân chia đĩa cứng  Phân chia đĩa: Phân chia đĩa cứng thành nhiều thành phân vùng (Partition) để tạo các ổ đĩa logic như đã trình bày ở trên. Chức năng này do chương trình Fdisk của hệ điều hành đảm nhiệm, chương trình tạo ra các Partition, xác định Partition cho phép khởi động và tạo ra Master Boot Record chứa bảng các thông số về Partition. Ngoài ra, chương trình cũng cho phép xem, sửa và xóa các Partition đã có.  Để chia đĩa ta dùng các chương trình: fdisk (chạy trên môi trường DOS), Patition Magic (chạy trên môi trường DOS hoặc Windows) Bộ nhớ ngoài Định dạng đĩa cứng  Định dạng cấp cao: Đây là phần xác định các thông số logic, cấu hình các Partition đã được chia để nó làm việc như một ổ đĩa thực thụ. Phần này do chương trình Format của hệ điều hành đảm nhiệm, nhằm tạo ra Boot Sector, FAT, Root Directory v.v...  Khi muốn tạo ra đĩa khởi động ta dùng lệnh sau đối với các Partition đã được thiết kế khởi động trong phần phân đĩa ở trên:  Format Tên ổ đĩa logic : / s.  Đối với các Partition không cần khởi động ta dùng lệnh sau để tạo một ổ đĩa lưu dữ liệu bình thường: Format Tên ổ đĩa logic. Kết thúc các quá trình này ta đã kết thúc quá trình định dạng đĩa cứng và có thể sử dụng bình thường. Phần cứng máy tính Bộ nhớ ảo  Trước đây, khi độ dài của chương trình vượt quá giới hạn dung lượng bộ nhớ thì người lập trình phải phân chia chương trình của mình thành từng phần tự loại bỏ nhau (overlays) và phải tự quản lý việc trao đổi thông tin giữa bộ nhớ và đĩa từ. Bộ nhớ ảo làm nhẹ trách nhiệm của các nhà lập trình bằng cách làm cho việc trao đổi thông tin này được thực hiện một cách tự động.  Trong các bộ xử lý hiện đại, bộ nhớ ảo được dùng để cho phép thực hiện cùng lúc nhiều tiến trình (process), mỗi tiến trình có một không gian định vị riêng. Nếu tất cả các không gian định vị này đều thuộc không gian định vị bộ nhớ trong thì rất tốn kém. Bộ nhớ ảo bao gồm bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài được phân tích thành khối để có thể cung cấp cho mỗi chương trình một số khối cần thiết cho việc thực hiện chương trình đó. Phần cứng máy tính Bộ nhớ ảo  Ta thấy một chương trình chứa trong bộ nhớ ảo gồm 4 khối:  3 trong 4 khối nằm ở bộ nhớ trong, khối thứ tư nằm trên đĩa cứng (Trang D) Bộ nhớ ngoài Đĩa quang  Ra đời vào năm 1978, đây là sản phẩm của sự hợp tác nghiên cứu giữa hai công ty Sony và Philips trong công nghiệp giải trí.  Từ năm 1980 đến nay, công nghiệp đĩa quang phát triển mạnh trong cả hai lĩnh vực giải trí và lưu trữ dữ liệu máy tính. Bộ nhớ ngoài Đĩa quang  Tương tự như đĩa từ, đĩa quang là môi trường lưu trữ dữ liệu ngay cả khi mất nguồn điện. Ðiểm khác nhau giữa đĩa quang và dĩa từ nằm ở phương pháp lưu trữ vật lý. Thông tin dược lưu trữ trên đĩa quang dưới dạng thay đổi tính chất quang trên bề mặt đĩa. Tính chất này được phát hiện qua chất lượng phản xạ một tia sáng của bề mặt đĩa. Tia sáng này thường là một tia LASER với bước sóng cố định (790nm đến 850nm). Bề mặt đĩa được thay đổi khi ghi để có thể phản xạ tia laser tốt hoặc kém. Tia laser được hội tụ vào một điểm rất nhỏ trên mặt đĩa, vì thế đĩa quang có dung tích lưu trữ lớn hơn nhiều lần so với đĩa từ.  Hai nhược điểm chính của đĩa quang là:  Chỉ ghi dược một lần (nay đã dược khắc phục với đĩa CD-WR),  Tốc độ đọc chậm hơn đĩa từ. Bộ nhớ ngoài Tổ chức dữ liệu trên bề mặt đĩa  Trên CD được khắc các lỗ sâu 0,12 micron và rộng 0,6 micron. Các lỗ này được bố trí theo một track hình xoắn ốc với khoảng cách 1,6 micron giữa các vòng, khoảng 16.000 track/inch. Các lỗ (pit) và nền (land) kéo dài khoản 0,9 đến 3,3 micron. Track bắt đầu từ phía trong và kết thúc ở phía ngoài theo một đường khép kín các rìa đĩa 5mm.  Dữ liệu lưu trên CD thành từng khối, mỗi khối chứa 2.352 byte. Trong đó, 304 byte chứa các thông tin về bit đồng bộ, bit nhận dạng (ID), mã sửa lỗi (ECC), mã phát hiện lỗi (EDC). Còn lại 2.048 byte chứa dữ liệu. Tốc độ đọc chuẩn của CD-ROM là 75 khối/s hay 153.600 byte/s hay 150KB/s (1X). Bộ nhớ ngoài Cách thức truy cập dữ liệu trên đĩa quang  Quá trình đọc thông tin dựa trên sự phản chiếu của các tia laser năng lượng thấp từ lớp lưu trữ dữ liệu. 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. Các tia phản xạ mạnh chỉ ra rằng tại điểm đó không có lỗ khắc và điểm này được gọi là điểm nền (land).  Bộ nhận ánh sáng trong ổ đĩa thu nhận các tia phản xạ và khuếch tán được khúc xạ từ 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. Bộ nhớ ngoài Đĩa quang  Ðiểm khác nhau giữa đĩa quang và đĩa từ là đĩa quang cần kiểm tra và sửa lỗi nhiều hơn. Thông tin rất dễ bị nhiễu chẳng hạn khi một hạt bụi nằm giữa nguồn laser và nơi cần đọc trên đĩa. Vì thế đĩa quang cần nhiều thông tin CRC hơn đĩa từ. Lỗi đọc phải được phát hiện và sửa lại dùng mã CRC đi kèm theo dữ liệu  tốc độ quay của đĩa vào khoảng 200 đến 500 vòng/phút đối với CD-ROM và 350 đến 500 vòng/phút đối với DVD tùy thuộc vào vị trí mắt đọc trên đĩa. Khi mắt đọc các track gần tâm đĩa thì vận tốc quay của đĩa càng cao. Bộ nhớ ngoài Bộ nhớ Flash  Hiện nay, thẻ nhớ là một trong những công nghệ mới nhất được dùng làm thiết bị lưu trữ.  Tốc độ, yêu cầu về dòng điện cung cấp thấp và đặc biệt với kích thước nhỏ gọn của các loại thẻ nhớ làm cho kiểu bộ nhớ này được dùng rộng rãi trong công nghệ lưu trữ và giải trí hiện nay. Bộ nhớ ngoài Bộ nhớ Flash  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 cấu tạo bởi các hàng và các cột. Mỗi vị trí giao nhau là một ô nhớ gồm có hai transistor, hai transistor này cách nhau bởi một lớp ô-xít mỏng. Một transistor được gọi là floating gate và transistor còn lại được gọi là control gate. Floating gate chỉ có thể nối kết với hàng (word line) thông qua control gate. Khi đường kết nối được thiết lập, bit có giá trị 1. Để chuyển sang giá trị 0 theo một qui trình có tên Fowler-Nordheim tunneling. Phần cứng máy tính Mainboard  Mainboard: (Còn gọi là motherboard) là một bản mạch đóng vai trò là trung gian giao tiếp giữa CPU và các thiết bị khác của máy tính.  Bản mạch chính chứa đựng những linh kiện điện tử và những chi tiết quan trọng nhất của một máy vi tính cá nhân như: bộ vi xử lý CPU (central processing unit), hệ thống bus và các vi mạch hỗ trợ. Bản mạch chính là nơi lưu trữ các đường nối giữa các vi mạch, đặc biệt là hệ thống bus. Vì vậy, bản mạch chính cần thoả mãn nhiều điều kiện về cấu trúc và đặc tính điện khắt khe như: gọn, nhỏ và ổn định với nhiễu từ bên ngoài. Mainboard Các thành phần chính của Mainboard  Các thành phần chính:  Khe cắm CPU: socket, slot  Chipset & hệ thống BUS  Khe cắm RAM  Các khe cắm mở rộng: dùng đề cắm các bộ điều hợp (Card màn hình, âm thanh). Gồm các chuẩn: ISA, PCI, AGP, PCI Express  Giao tiếp vào ra (I/O): Cổng chuột – bàn phím, cổng COM, cổng máy in  Khe cắm IDE - Khe cắm Floppy  Khe cắm điện cho mainboard  Các ROM chứa các chương trình hỗ trợ khởi động và kiểm tra thiết bị.  Pin và CMOS lưu trữ các thông số thiết lập cấu hình máy tính gồm cả RTC (Real Time Clock - đồng hồ thời gian thực). Các Jump thiết lập các chế độ. Trong một số mainboard mới, các Jump này được thiết lập tự động bằng phần mềm. Mainboard Các thành phần chính của Mainboard  Các thành phần chính: 1. Socket 2. Chipset - North Bridge 3. DIMM Slot 4. Power connector 5. FDD 6. IDE 7. Battery 8. Chipset - South Bridge 9. Serial ATA Interface 10.Front Panel connector 11.ROM BIOS 12.AGP Slot 13.USB 14.PCI Slot 15.Port (Back Panel) 16.Power connector (For Pentium4) Mainboard Kiến trúc của Chipset  Để chọn được bo mạch chủ (BMC) xử lý nhanh, hoạt động ổn định thì yếu tố quan tâm hàng đầu phải là chipset - đây là trung tâm đầu não quản lý mọi hoạt động của BMC, từ việc giao tiếp CPU, bộ nhớ, đồ họa đến các thiết bị ngoại vi (chuột, bàn phím, âm thanh, mạng, modem, printer...). Mainboard Kiến trúc của Chipset  Thông thường, chipset gồm 2 thành phần: chipset cầu bắc (North Bridge Chipset) và chipset cầu nam (South Bridge Chipset). Nhiệm vụ của hai chipset này được quy định rõ ràng và hiếm khi thay đổi. Năm 1997, giao tiếp AGP được giới thiệu và chipset cầu bắc có thêm nhiệm vụ kết nối với card đồ họa.  Chipset cầu bắc sẽ quản lý việc giao tiếp dữ liệu với CPU, RAM và card đồ họa, vì vậy nó rất quan trọng, khả năng xử lý của BMC phụ thuộc chipset này rất nhiều.  Chipset cầu nam quản lý các thiết bị ngoại vi, thông tin từ ngoài vào chipset cầu nam được đưa lên cầu bắc để xử lý và trả kết quả về. Tuy nhiên cũng có một số ngoại lệ như chipset Intel 875P lại đưa giao tiếp mạng gigabit lên chip cầu bắc để tránh nghẽn đường truyền từ chip cầu nam lên cầu bắc. Mainboard Hệ thống Bus  BUS: Là hệ giao thông huyết mạch của cả hệ thống máy tính, bus liên tục được nâng cấp, mở rộng để bắt kịp nhu cầu ứng dụng thực tiễn. Hệ thống máy tính ngày nay vẫn được cấu thành từ 3 bộ phận cơ bản là bộ xử lý, bộ nhớ và thiết bị ngoại vi; không thay đổi nhiều so với kiến trúc máy tính đầu tiên do IBM thiết kế. Để chuyển tải dữ liệu giữa các bộ phận, nhiều tuyến mạch kết nối đã được lập ra. Do có chức năng tương đồng với tuyến xe buýt (bus) trong cuộc sống mà tuyến mạch kết nối này cũng được đặt tên là bus.  Hệ thống máy tính hiện đại xây dựng và phát triển dựa trên hai hệ thống bus chủ đạo:  System Bus - nối kết từ bộ xử lý đến bộ nhớ chính, cache level 2  I/O Bus (bus ngoại vi) - nối kết thiết bị ngoại vi với bộ xử lý thông qua cầu chipset. Mainboard Hệ thống Bus  Trong kiến trúc Dual Independent Bus (DIB - hai tuyến bus độc lập).  Bus hệ thống: dùng chung được tách thành Frontside Bus và Backside Bus.  FSB là nhịp cầu quan trọng nối bộ xử lý với bộ nhớ chính và tuyến bus ngoại vi. Đôi lúc, thuật ngữ FSB và system bus được xem là một.  BSB chỉ tập trung chuyển tải dữ liệu giữa bộ xử lý với bộ đệm thứ cấp. Tách bus hệ thống thành 2 kênh độc lập góp phần tăng hiệu năng xử lý nhờ cho phép bộ xử lý truy xuất đồng thời trên cả hai kênh giao tiếp quan trọng.  Bus ngoại vi: có nhiều dạng khác nhau và dần dần chuyên biệt hóa theo yêu cầu của ứng dụng. ISA Bus thuộc loại lâu đời nhất và đã bị thay thế hoàn toàn từ giữa năm 2000. PCI Bus được giới thiệu lần đầu trong hệ thống Pentium vào năm 1993. AGP là chuẩn bus được thiết kế để đáp ứng yêu cầu băng thông của xử lý đồ họa. PCI Express mới nhất có khá nhiều ưu điểm, đặc biệt là không gây xáo trộn lớn lên kiến trúc PCI hiện tại. Mainboard Hệ thống Bus - ISA  ISA: Lần xuất hiện đầu tiên trên máy tính, bus ISA được thiết kế ở dạng 8bit, sử dụng tần số 4,77MHz (bằng với xung bộ xử lý). Sau nhiều năm cải tiến, chuẩn được chính thức công nhận và mang tên Industry Standard Architecture (ISA) vào năm 1982. Trong hệ thống IBM PC/AT 80286, bus ISA được nâng lên 16bit. Vào lúc này, tốc độ bus hệ thống mới chỉ đạt 6MHz; sau đó không lâu thì đạt 8MHz. Mainboard Hệ thống Bus - ISA  Bus ISA dùng giao tiếp 16bit, xung 8MHz (mức xung chuẩn của bộ xử lý) và đạt tốc độ truyền dữ liệu trên lý thuyết là 16MBps. Tuy nhiên, tốc độ thực tế bị giảm đi một nửa (còn 8MBps) vì cần dành 1 đường bus cho địa chỉ và một đường bus khác cho dữ liệu 16bit.  Thiết bị dùng khe mở rộng ISA phát triển cho đến cuối thập niên 1990 bởi vì khả năng đáp ứng của thiết bị ngoại vi lúc này mới chỉ ở mức 5MBps.  Nhưng khi bộ xử lý trở nên nhanh hơn và cần băng thông dữ liệu lớn hơn thì chuẩn ISA không đáp ứng nổi. Cuối thập niên 90, hầu hết card ISA còn lại đều chỉ mang tính đại diện cho công nghệ 8bit. Cái chết của ISA đã được chính thức văn bản hóa trong tài liệu PC99 System Design Guide do Intel và Microsoft biên soạn vào năm 1999. Mainboard Hệ thống Bus - PCI  PCI (Peripheral Component Interconnect) nguyên thủy dùng xung 33MHz, sau đó nâng lên 66MHz (phiên bản PCI 2.1) để nhân đôi băng thông lý thuyết (đạt 266MBps); nhanh gấp 33 lần bus ISA. PCI còn cho phép thiết lập chuyển đổi bus 32bit hoặc 64bit linh hoạt nên chấp nhận cả card 32bit lẫn 64bit. Việc hiện thực 64bit lên bus tốc độ 66MHz vào năm 99 đã nâng băng thông lý thuyết lên 524MBps. Độ trễ của bus PCI thấp hơn nên tốc độ hệ thống cũng được nâng lên. Từ giữa năm 1995, những thiết bị cần tốc độ chính yếu của máy tính đều chuyển sang sử dụng bus PCI. Phổ biến nhất chính là card điều khiển đĩa cứng và đồ họa; cả lúc tích hợp trên bo mạch chủ lẫn khi cắm trên khe mở rộng.  PCI chỉ cho phép thiết kế tối đa 5 cổng nối mở rộng nhưng lại cho phép thay thế mỗi cổng bằng hai thiết bị tích hợp. Kiến trúc này còn cho phép bộ xử lý hỗ trợ thêm một mạch cầu nữa.  Không chỉ có đặc tả chặt chẽ, chuẩn còn cung cấp được hai mức điện áp khác nhau: 5V và 3,3V. Vì thế, khe cắm được thiết kế thêm một số chân khóa (chân được đúc kín) để tránh trường hợp card 3,3V bị cắm nhầm sang khe 5V và ngược lại. Mainboard Hệ thống Bus – Các loại khe cắm PCI Mainboard Hệ thống Bus – AGP  AGP (Accelerated Graphic Port): Chipset AGP hoạt động như một cầu trung gian giữa bộ xử lý và bộ đệm cấp 2. Trong kiến trúc Single Edge Contact Cartridge của Pentium II, chipset AGP được gọi là bộ tăng tốc Quad Port (4 cổng) vì nằm giữa ngã tư nối đến bộ xử lý, bộ nhớ chính, I/O và cổng AGP.  Ban đầu hoạt động cùng tần số 66MHz với bus bộ xử lý (FSB), gấp đôi tần số PCI và đạt băng thông tối đa là 264MBps. Để hỗ trợ xử lý đồ họa, trong phiên bản AGP 2X, dữ liệu được truyền tại cả cạnh lên và xuống trong một xung nên tần số lên đến 133MHz (gấp đôi xung đồng bộ) và đạt băng thông 528MBps.  Băng thông của AGP còn được nâng lên gấp bốn (AGP 4X), gấp tám (AGP 8X) xung hệ thống nhằm tăng tốc độ truyền dữ liệu đồ họa và tạo cơ hội triển khai ứng dụng đồ họa cao cấp, nâng cao chất lượng hình ảnh mà không sợ ảnh hưởng đến tốc độ hiển thị. Mainboard Hệ thống Bus – Các loại khe AGP  Đặc tả AGP hiện có ba phiên bản:  1.0 (AGP 1X, 2X)  2.0 (AGP 1X, 2X, 4X)  3.0 (AGP 4X, 8X)  1X (266MB/s)  2X (533MB/s)  4X (1,07GB/s)  8X (2,1GB/s). Universal AGP slot AGP 2x slot (3.3v) AGP 4x/ 8x slot (1.5v) Mainboard Hệ thống Bus – Nhận biết các loại khe AGP Mainboard Hệ thống Bus – PCI Express  PCI Express dùng liên kết nối tiếp. Bus nối tiếp có băng thông/kênh rộng hơn kiến trúc bus song song và dễ mở rộng lên băng thông lớn hơn. Chuẩn cho phép thiết lập mạng theo giao tiếp điểm-điểm giữa các thiết bị, thay thế cho kiểu một-nhiều của kiến trúc song song nên không cần bộ điều khiển bus (tác nhân làm chậm và ngăn cản khả năng thay thế nóng).  Kiến trúc PCI Express còn giúp thu nhỏ 50% diện tích bo mạch chủ. Một phiên bản khác của PCI Express cũng đang được phát triển để thay thế cho tuyến cầu nam trong chipset.  Một kết nối điểm-điểm theo kiến trúc PCI Express Architecture với 32 đường dữ liệu có khả năng cung cấp băng thông 16GBps. Phần cứng máy tính Mainboard – Hệ thống Bus Phần cứng máy tính Mainboard – Giao tiếp input/output  Cổng serial đạt băng thông tối đa 115,2 Kbps  Cổng parallel đạt khoảng 500 Kbps (tùy dạng).  Hầu hết PC đều có hai cổng COM và một cổng parallel. Có thế tăng số lượng cổng COM và parallel nhưng hệ thống phải chấp nhận hy sinh IRQ.  USB 1.1 đạt tốc độ 12 Mbps  USB 2.0: Hi-Speed đạt băng thông 480 Mbps; 12 Mbps và 1,5 Mbps.  Firewire - IEEE 1394: hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu là 12,5, 25, 50 Mbps, còn tốc độ giao tiếp cáp đạt 100, 200, 400 Mbps. Cổng nối cáp IEEE 1394 có sẵn đường dẫn điện bên trong nhưng được thiết kế an toàn, không gây giật. Phần cứng máy tính Bộ nguồn (PSU)  Nguồn điện máy tính có chức năng chuyển đổi nguồn điện 110V/220V thành nguồn điện một chiều±3, 3V,±5V và±12V cung cấp cho toàn bộ hệ thống máy tính. Công suất trung bình của bộ nguồn hiện nay khoảng 200W. Công suất tiêu thụ một số thành phần như sau:  Mainboard : 20W - 35W.  CD-ROM : 20W - 25W  Ổ đĩa mềm : 5W - 15W.  Ổ đĩa cứng : 5W - 15W.  Ram : 5W /MB.  Card : 5W - 15W.  CPU : Tùy theo mức độ làm việc nhiều hay ít.  Các số liệu trên đây chỉ mang tính chất tham khảo, bởi vì hiện nay xu thế các hãng sản xuất đưa ra các thiết bị tiêu thụ điện năng nhỏ. Bên cạnh đó, tùy thuộc vào số lượng thiết bị mà máy tính sử dụng nhều hay ít điện năng. Phần cứng máy tính Bộ nguồn (PSU)  Ðầu cắm ATX có 20 chân  Ðể kiểm tra nhanh bộ nguồn có hoạt động hay không, bạn có thể kích nối tắt đường tín hiệu 14 và 15 (chập rồi nhả liền) hay chắc ăn nhất là cắm đầu nối nguồn vào Mainboard rồi kích nối tắt 2 chấu của Jumper PowerSw trên mainboard (khi thử chỉ cần có bộ nguồn và mainboard ATX là đủ, không cần thêm gì nữa). Chân Tín hiệu Chân Tín hiệu 1 +3.3v 11 +3.3v 2 +3.3v 12 -12v 3 Ðất (Ground) 13 Ðất (Ground) 4 +5v 14 PW_ON (mở nguồn) 5 Ðất (Ground) 15 Ðất (Ground) 6 +5v 16 Ðất (Ground) 7 Ðất (Ground) 17 Ðất (Ground) 8 PWRGOOD (nguồn tốt) 18 -5v 9 +5vSB 19 +5v 10 +12v 20 +5v Phần cứng máy tính Bộ nguồn (PSU)  Do có 1 số tính năng điều khiển từxa nên về nguyên tắc bộ nguồn phải luôn luôn được cấp điện. Ta sẽ không thấy công tắc Power tự giữ theo kiểu AT nữa (Sau khi bấm, công tắc sẽ tự giữ trạng thái đó cho đến khi bấm lần nữa để thay đổi trạng thái), thay vào đó là 1 nút bấm kích (tự động trở về vị trí ban đầu sau khi ngưng bấm) tương tự như nút Reset.  Khi bấm nút nầy, đường tín hiệu thứ 14 của đầu cắm nguồn (PW_ON) sẽ được nối đất để tạo ra tín hiệu mở máy nếu máy đang trong tình trạng tắt (hay tắt máy nếu máy đang trong tình trạng mở).  Chú ý: Khi mở máy bạn chỉ cần kích nút Power (bấm rồi nhả ngay) nhưng đặc biệt khi tắt, tùy theo mainboard có thể ta phải bấm rồi giử sau 4 giây mới được nhả (do xác lập trong Bios).  Khi trong tình trạng tắt, thực sự bộ nguồn vẫn tiêu thụ 1 lượng điện rất nhỏ để duy trì sự hoạt động cho mạch điều khiển tự động mở máy (theo xác lập trong Bios hay chương trình điều khiển). Chỉ khi nào bạn rút dây cắm nguồn hay tắt điện bằng công tắt phía sau bộ nguồn thì máy mới ngắt điện hoàn toàn.