Giáo trình Kiến trúc máy tính - Chương 6: Bộ nhớ ngoài

Chương 6 Bộ nhớ ngoài 1 6.1 ĐĨA TỪ Cơ chế đọc và ghi từ Tổ chức và Định dạng Dữ liệu Tính chất vật lý Các tham số hiệu suất đĩa 6,2 RAID RAID cấp 0 . RAID CẤP 6 6.3 CÁC Ổ SSD Bộ nhớ flash SSD So với HDD Tổ chức SSD Những vấn đề thực tế 6.4 BỘ NHỚ QUANG HỌC Đĩa compact Đĩa đa năng kỹ thuật số Đĩa quang Độ nét cao 6.5 BĂNG TỪ NỘI DUNG 2 Đĩa từ • Đĩa từ là một tấm platter tròn chế tạo bằng vật liệu không từ tính, đƣợc gọi là chất nền (substrate), đƣợc phủ một lớp vật liệu có từ tính lên trên. – Chất nền thƣờng là vật liệu nhôm hoặc hợp kim nhôm • Gần đây, chất nền thủy tinh đƣợc sử dụng. • Ƣu điểm của chất nền thủy tinh: – Tăng tính đồng nhất bề mặt  tăng độ tin cậy của đĩa – Giảm các khiếm khuyết bề mặt  giảm lỗi đọc-ghi – Độ cứng tốt hơn  giảm động lực đĩa – Khả năng chống sóc và hƣ hỏng tốt hơn – Lower flight heights 3 CƠ CHẾ ĐỌC – GHI TỪ 4  Dữ liệu đƣợc ghi vào đĩa/ lấy ra từ đĩa thông qua 1 cuộn dây dẫn đƣợc gọi là đầu  Hệ thống thƣờng có 2 đầu: đầu đọc và đầu ghi  Trong quá trình đọc hoặc ghi, đầu đứng yên trong khi đĩa xoay bên dƣới  Ghi  Lợi dụng tính chất: dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra từ trƣờng  Xung điện đƣợc gửi đến đầu ghi  mẫu từ sinh ra đƣợc ghi vào bề mặt bên dƣới.  Các mẫu từ khác nhau thể hiện dòng điện dƣơng và âm  Đầu ghi đƣợc làm bằng vật liệu từ hoá, dạng hình chữ nhật rỗng với khe hở dọc một cạnh và vòng dây dẫn ở dọc cạnh đối diện  Dòng điện chạy trong dây tạo ra từ trƣờng trên khe  từ hoá một vùng nhỏ của môi trƣờng ghi  Đảo chiều dòng điện sẽ làm đảo chiều từ hóa trên môi trƣờng ghi CƠ CHẾ ĐỌC – GHI TỪ 5 Đọc (truyền thống )  lợi dụng tính chất: từ trƣờng chuyển động quanh cuộn dây tạo ra dòng điện trong cuộn dây  Khi bề mặt đĩa đi qua đầu, nó tạo ra một dòng điện cùng cực với dòng đã ghi.  Cấu trúc của đầu đọc cơ bản giống đầu ghi, do đó cùng một đầu có thể đƣợc sử dụng cho cả đọc và ghi. Đọc (hiện đại)  Đòi hỏi phải có đầu đọc, ghi riêng biệt  bộ cảm biến điện từ (MR) đƣợc che một phần  điện trở phụ thuộc vào hƣớng từ trƣờng di chuyển bên dƣới  tần số vận hành cao hơn  mật độ lƣu trữ lớn hơn và tốc độ nhanh hơn. Đầu đọc điện từ/ Đầu ghi điện cảm 6 Bố trí dữ liệu trên đĩa • Vòng tròn đồng tâm – track – Rãnh (gap) giữa các track  giảm lỗi – Độ rộng của track = độ rộng đầu • Track chia thành các sector • Sector: đơn vị dữ liệu đọc ra khỏi đĩa/ ghi vào đĩa – có hàng trăm sector/track – độ dài sector cố định hoặc biến đổi – phổ biến là sector 512 byte 7 Vận tốc đĩa 8 Bit gần tâm đĩa quay sẽ đi qua 1 điểm cố định chậm hơn so với bit bên ngoài !  2 giải pháp  Vận tốc góc không đổi (CAV)  Tăng khoảng cách giữa các bit trong các track khác nhau  Các sector hình pie và các track đồng tâm  Ƣu: Đánh địa chỉ từng khối dữ liệu theo track và sector  Nhƣợc: Lãng phí không gian các track ngoài  Mật độ dữ liệu thấp hơn  Ghi nhiều vùng để tăng công suất  Bề mặt chia thành nhiều vùng đồng tâm. Các track cùng 1 vùng có số bit nhƣ nhau.  Mạch phức tạp hơn Sơ đồ phƣơng pháp bố trí đĩa Vận tốc góc không đổi + đánh địa chỉ trực tiếp cho từng khối DL theo track và sector -- dung lƣợng dữ liệu hạn chế Ghi nhiều vùng + tổng dung lƣợng lƣu trữ lớn hơn -- mạch điện phức tạp hơn 9 Đặc tính vật lý của hệ thống đĩa • Chuyển động đầu -Đầu cố định -Đầu di chuyển • Tấm platter -Đơn tấm -Đa tấm • Tính di động của đĩa -Đĩa không tháo đƣợc -Đĩa tháo đƣợc • Cơ chế -Tiếp xúc (điã mềm) -Rãnh cố định -Rãnh khí động học (Winchester) • Mặt -1 mặt -2 mặt 10 Đặc tính (2)  Đĩa có đầu cố định  Một đầu đọc-ghi cho mỗi track  Đầu đƣợc gắn trên một cánh tay cố định kéo dài trên toàn bộ tracks  Đĩa có đầu di chuyển  Một đầu đọc-ghi  Đầu đƣợc gắn trên một cánh tay  Cánh tay có thể đƣợc kéo dài hoặc rút ngắn  Đĩa hai mặt  Lớp phủ từ tính đƣợc phủ lên cả hai mặt của tấm platter 11 Đặc tính (3)  Đĩa tháo được  Có thể đƣợc gỡ ra và thay thế bằng một đĩa khác  Ƣu điểm:  Hệ thống đĩa hữu hạn nhƣng sẵn sàng chứa lƣợn dữ liệu vô hạn  Đĩa có thể đƣợc di chuyển từ hệ thống máy tính này sang hệ thống khác  Ví dụ: đĩa mềm, đĩa cartridge ZIP  Đĩa không tháo được  Gắn cố định vào ổ đĩa  VD: Đĩa cứng trong máy tính cá nhân 12 Đa tấm platter  ổ đĩa chứa nhiều tấm đĩa xếp chồng lên nhau theo chiều dọc  Nhiều cánh tay gắn cố định trên 1 trục  một đầu đọc-ghi cho 1 bề mặt platter  Các đầu đƣợc gắn cố định, thẳng hàng với nhau  di chuyển cùng nhau  Các track gióng hàng trên mỗi tấm platter tạo thành các hình trụ 13 Cylinder 14 Phân loại Dựa vào cơ chế hoạt động, phân thành 3 loại đĩa • Rãnh cố định: truyền thống, đầu đọc-ghi cách platter 1 khoảng cố định • Tiếp xúc: Đầu tiếp xúc với môi trƣờng đọc-ghi khi thực hiện đọc/ghi (VD: đĩa mềm – rẻ, nhỏ, chậm) • Rãnh khí động học: Đầu hoạt động gần bề mặt đĩa – VD: đĩa Winchester • Mối quan hệ giữa mật độ dữ liệu và khoảng cách đầu-mặt đĩa: – Đầu phải tạo ra hoặc cảm nhận 1 trƣờng điện từ đủ lớn thì mới ghi và đọc đúng – Đầu càng hẹp  càng phải đặt gần bề mặt platter – Đầu hẹp hơn nghĩa là track hẹp hơn  mật độ dữ liệu lớn hơn – Đầu càng gần đĩa  khả năng lỗi càng cao 15 Đầu đĩa Winchester • Phát triển bởi IBM ở Winchester, Mỹ • Dùng trong các cụm ổ kín, hầu nhƣ không có chất gây ô nhiễm • Đầu hoạt động gần bề mặt đĩa hơn so với các đầu đĩa cứng thông thƣờng, do đó mật độ dữ liệu lớn hơn • Là 1 tấm foil khí động học đặt nhẹ trên bề mặt đĩa khi đĩa không di chuyển • Áp suất không khí sinh ra khi đĩa quay làm tấm foil nâng lên khỏi bề mặt  khoảng cách rất nhỏ • Bộ nhớ ngoài nhanh nhất 16 Các thông số đĩa cứng điển hình 17 Thời gian truyền vào ra của đĩa 18 Rotation delay Các tham số hiệu năng • Khi ổ đĩa đang hoạt động đĩa quay với vận tốc không đổi • Để đọc/ghi, đầu phải đƣợc đặt ở track mong muốn và ở sector đầu tiên của track đó – Chọn track bằng cách di chuyển đầu (hệ thống đầu đĩa di chuyển đƣợc) hoặc lựa chọn đầu (hệ thống đầu cố định) – Khi đã chọn đƣợc track, đợi đến khi sector thích hợp xoay tới chỗ đầu • Thời gian tìm kiếm là thời gian cần để đặt đƣợc đầu vào track • Trễ quay là thời gian cần để điểm bắt đầu sector chạm đến đầu • Thời gian truy nhập = Thời gian tìm kiếm + Trễ quay – Thời gian cần để vào vị trí đọc và ghi • Thời gian truyền – Khi đầu vào vị trí, thao tác đọc/ghi đƣợc thực hiện khi sector di chuyển dƣới đầu – Đây là giai đoạn truyền dữ liệu 19 RAID • Sử dụng nhiều đĩa để nâng cao hoạt động • Gồm 7 mức • Mức không thể hiện mối quan hệ thứ bậc mà là các kiến trúc thiết kế khác nhau có chung ba đặc điểm: 1) Tập hợp các ổ đĩa vật lý đƣợc hệ điều hành coi nhƣ một ổ đĩa logic đơn 2) Dữ liệu đƣợc phân bố trên các ổ đĩa vật lý của một mảng theo cơ chế striping – phân dải 3) Dung lƣợng đĩa dƣ thừa đƣợc sử dụng để lƣu trữ thông tin parity, đảm bảo khả năng phục hồi dữ liệu trong trƣờng hợp đĩa bị hỏng Redundant Array of Independent Disks Mảng dƣ thừa nhiều đĩa độc lập 20 N = number of data disks; m proportional to log N RAID Levels 21 RAID mức 0, 1, 2 22 Hỗ trợ dung lƣợng dữ liệu trên bốn đĩa (không có sự dƣ thừa) RAID mức 3, 4, 5, 6 23 Hỗ trợ dung lƣợng dữ liệu trên bốn đĩa (không có sự dƣ thừa) Ánh xạ dữ liệu trên Mảng RAID mức 0 24 • Không có dƣ thừa • Dữ liệu trên đĩa logic đƣợc chia thành các dải (strip) • Dữ liệu đƣợc rải trên tất cả các đĩa vật lý (nhờ phần mềm quản lý mảng) • Rải kiểu Round Robin • Xử lý song song tối đa n dải/lần  Tăng tốc độ truyền • Lỗi đĩa bất kỳ gây ra mất dữ liệu RAID Level 0 RAID 0 cho khả năng truyền dữ liệu cao RAID 0 cho Tốc độ yêu cầu I/O cao Ứng dụng muốn có tốc độ truyền tải cao, phải đáp ứng 2 yêu cầu: • Phải có dung lƣợng truyền tải cao trên toàn bộ đƣờng dẫn giữa bộ nhớ máy chủ và các ổ đĩa riêng lẻ • Ứng dụng phải tạo ra các yêu cầu I/O để điều khiển mảng đĩa một cách hiệu quả  Addresses the issues of request patterns of the host system and layout of the data  Impact of redundancy does not interfere with analysis  Với 1 yêu cầu I/O cho 1 lƣợng nhỏ dữ liệu, chiếm phần lớn thời gian I/O là thời gian tìm kiếm và trễ xoay  Mảng đĩa có thể cung cấp tốc độ thực thi I/O cao bằng cách cân bằng tải I/O trên nhiều đĩa  Nếu kích thƣớc dải lớn, có thể xử lý song song nhiều yêu cầu I/O đang đợi, giảm thời gian xếp hàng cho mỗi yêu cầu R a i d 0 25 RAID Level 1 Đặc điểm • Khác với RAID mức 2 đến 6 ở cách tạo độ dƣ thừa: sao chép tất cả dữ liệu – Mirror • phân dải dữ liệu • mỗi dải logic đƣợc ánh xạ tới 2 đĩa vật lý riêng biệt sao cho mỗi đĩa trong mảng đều có 1 đĩa bản sao chứa dữ liệu giống hệt Hiệu quả • đọc từ một trong hai đĩa chứa dữ liệu yêu cầu • Ghi song song vào cả 2 đĩa • Dễ khắc phục sai sót. Khi 1 đĩa hỏng, truy cập dữ liệu từ ổ đĩa thứ hai • Đọc nhanh  cung cấp bản sao thời gian thực của tất cả dữ liệu • đạt đƣợc tốc độ yêu cầu I/O cao nếu phần lớn các yêu cầu là đọc • Nhƣợc điểm: đắt R a i d 1 26 RAID Level 2 Đặc điểm • Truy cập song song • Trong mảng truy cập song song, tất cả các đĩa đều tham gia vào xử lý yêu cầu I/O • Trục của các ổ đĩa đƣợc đồng bộ sao cho các đầu đĩa ở vị trí nhƣ nhau trên mỗi đĩa vào bất kỳ thời điểm nào • Phân dải dữ liệu – Dải rất nhỏ, thƣờng bằng 1 byte hoặc 1 word Hiệu quả • Mã sửa lỗi đƣợc tính từ các bit tƣơng ứng trên mỗi đĩa dữ liệu. Các bit mã đƣợc lƣu trữ ở các vị trí bit tƣơng ứng trên các đĩa chẵn lẻ • Thƣờng dùng mã Hamming, có thể sửa lỗi đơn bit và phát hiện lỗi đôi bit • Số lƣợng đĩa dƣ thừa tỷ lệ với log của số đĩa dữ liệu • Chỉ hiệu quả trong môi trƣờng xảy ra nhiều lỗi đĩa R a i d 2 27 RAID Level 3 Độ dư thừa • Chỉ cần 1 đĩa dƣ thừa, không phụ thuộc độ lớn mảng đĩa • Mỗi bit của đĩa parity làmột hàm parity của các bit tƣơng ứng trên tất cả các đĩa khác • Truy cập song song, với dữ liệu phân phối trong các dải rất nhỏ Hiệu quả • Khi ổ đĩa bị hỏng, ổ đĩa chẵn lẻ đƣợc truy cập và dữ liệu đƣợc tái tạo • Dữ liệu trên đĩa hỏng đƣợc tái tạo lại từ dữ liệu còn sót lại + thông tin parity • Trong một môi trƣờng định hƣớng giao dịch, hiệu suất bị ảnh hƣởng • Có thể đạt đƣợc tốc độ truyền dữ liệu rất cao R a i d 3 28 RAID Level 4 Đặc điểm  Truy cập độc lập Trong mảng truy cập độc lập, từng đĩa thành phần hoạt động độc lập sao cho các yêu cầu I/O riêng lẻ có thể đƣợc đáp ứng song song  Phù hợp tốc độ yêu cầu I/O cao, không phù hợp tốc độ truyền cao  Phân dải dữ liệu: Dải lớn  Dải parity tính theo dải dữ liệu tƣơng ứng ở ổ dữ liệu Hiệu quả • Mỗi khi xuất hiên lệnh ghi, phần mềm quản lý mảng phải – đọc dải ngƣời dùng cũ và dải chẵn lẻ cũ để tính bit chẵn lẻ mới – cập nhật cả 2 dải với dữ liệu mới và các bit parity mới tƣơng ứng • Do đó 1 lần ghi dải gồm 2 lần đọc + 2 lần ghi • Khả năng tắc nghẽn R a i d 4 29 Đặc điểm RAID Level 5 Đặc điểm • Tƣơng tự nhƣ RAID 4 • Chỉ khác ở sự phân bố dải chẵn lẻ trên tất cả các đĩa • Phân bổ bằng cơ chế quay vòng round-robin • Việc phân phối dải chẵn lẻ trên tất cả các ổ đĩa tránh đƣợc khả năng nút cổ chai I/O của RAID 4 • Thƣờng dùng trong server mạng Đặc điểm • 2 phép tính chẵn lẻ • kết quả lƣu ở các khối khác nhau trên các đĩa khác nhau • Ƣu điểm: tính sẵn sàng dữ liệu cực cao • Dữ liệu chỉ mất khi cả ba ổ đĩa hỏng trong khoảng thời gian trung bình để sửa chữa (MTTR - mean time to repair) • Chịu một write penalty đáng kể do mỗi lần ghi đều ảnh hƣởng đến hai khối chẵn lẻ RAID Level 6 R a i d 5 6 30 So sánh RAID (1) 31 Level Ưu điểm Nhược điểm Ứng dụng 0 Hiệu quả I/O cải thiện nhờ dàn tải I/O trên nhiều kênh và ổ đĩa Không tính toán parity Rất đơn giản Dễ triển khai Hỏng 1 ổ đĩa thì mất tất cả dữ liệu trong mảng Sản xuất, biên tập video Biên tập ảnh Ứng dụng yêu cầu băng thông cao 1 Độ dƣ thừa 100% Không cần tái tạo lại nếu có lỗi ổ đĩa Thiết kế lƣu trữ RAID đơn giản nhất Không hiệu quả Nhiều overhead nhất Kế toán Tài chính Ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy cao 2 Tốc độ truyền dữ liệu cực cao Thiết kế điều khiển đơn giản hơn RAID 3, 4, 5 Tốc độ truyền dữ liệu càng cao, tỉ lệ ổ mã sửa lỗi/ổ dữ liệu rất cao nếu kích thƣớc từ nhỏ - kém hiệu quả Đắt Không sử dụng trong thực tế 32 Level Ưu điểm Nhược điểm Ứng dụng 3 Tốc độ đọc/ ghi dữ liệu rất cao Đĩa hỏng không ảnh hƣởng nhiều đến thông lƣợng Tỉ lệ lệ ổ mã sửa lỗi/ổ dữ liệu thấp - hiệu quả cao Tốc độ giao dịch bằng tốc độ của 1 ổ đĩa đơn Thiết kế điều khiển khá phức tạp Sản xuất video Live streaming Biên tập ảnh Ứng dụng yêu cầu thông lƣợng cao 4 Tốc độ giao dịch dữ liệu đọc cao Tỉ lệ lệ ổ mã sửa lỗi/ổ dữ liệu thấp - hiệu quả cao Thiết kế điều khiển khá phức tạp Tốc độ giao dịch ghi thấp nhất Tái tạo dữ liệu khó khăn, kém hiệu quả Không sử dụng trong thực tế 5 Tốc độ giao dịch dữ liệu đọc cao nhất Tỉ lệ lệ ổ mã sửa lỗi/ổ dữ liệu thấp - hiệu quả cao Thiết kế điều khiển phức tạp nhất Tái tạo dữ liệu khó khăn, kém hiệu quả Server ứng dụng, Server database Server web, e-mail Server intranet 6 Chịu đƣợc lỗi dữ liệu cực lớn Chịu đƣợc lỗi ổ đĩa đồng thời Thiết kế điều khiển phức tạp hơn Overhead để tính địa chỉ parity cực cao Giải pháp hoàn hảo cho ứng dụng quan trọng So sánh RAID (2) Flash Memory Operation Bộ nhớ Flash 33 Ổ cứng bán dẫn - Solid State Drive (SSD) Là một thiết bị nhớ đƣợc chế tạo bằng linh kiện bán dẫn có thể đƣợc dùng để thay thế cho một ổ đĩa cứng (HDD) Thuật ngữ “solid state” để chỉ mạch điện tử đƣợc chế tạo bằng chất bán dẫn Bộ nhớ Flash Đƣợc sử dụng trong nhiều sản phẩm điện tử tiêu dùng bao gồm smart phones, thiết bị GPS, máy nghe nhạc MP3, máy ảnh kỹ thuật số và USB Chi phí và hiệu năng đã phát triển đến mức có thể sử dụng để thay thế ổ cứng HDD 2 loại bộ nhớ flash đặc biệt NOR • Đơn vị truy cập cơ bản: bit • Cung cấp truy cập ngẫu nhiên tốc độ cao • dùng để lƣu mã hệ điều hành điện thoại di động và trên máy tính Windows để chƣơng trình BIOS chạy khi khởi động NAND • Đơn vị cơ bản: 16 hoặc 32 bit • Đọc và ghi trong các block nhỏ • Dùng trong ổ USB flash, thẻ nhớ và ổ SSD • Không cung cấp bus địa chỉ truy cập ngẫu nhiên nên dữ liệu phải đƣợc đọc theo block 34 SSD so với HDD SSD có các ƣu điểm hơn HDD nhƣ sau: Số thao tác đọc/ghi trong một giây (IOPS) cao hơn Độ bền Tuổi thọ dài hơn Tiêu thụ ít năng lƣợng hơn Khả năng chạy êm và mát hơn Thời gian truy cập ngắn hơn 35 Cấu trúc SSD 36 Host system: • Phần mềm hệ điều hành • Phần mềm hệ thống tập tin • Phần mềm điều khiển I / O • Giao diện SSD: • Bộ điều khiển • Bộ định địa chỉ • Bộ đệm dữ liệu / bộ nhớ cache • Khối sửa lỗi • Các thành phần bộ nhớ Flash Vấn đề thực tế Hiệu năng SSD có khuynh hƣớng giảm dần khi thiết bị đƣợc sử dụng • Cả block phải đƣợc đọc từ flash memory và đƣợc đặt trong bộ đệm RAM • Trƣớc khi block đƣợc ghi lại vào bộ nhớ flash, toàn bộ block trong bộ nhớ flash phải đƣợc xoá • Khi đó block từ bộ đệm mới đƣợc ghi vào flash memory Flash memory không thể sử dụng đƣợc sau một số lần ghi • Kỹ thuật kéo dài tuổi thọ: – Front-end bộ nhớ flash bằng 1 cache để giữ chậm và nhóm các xử lý ghi – Dùng thuật toán wear-leveling: phân bố đều các lần ghi trên các khối cell – Quản lý bad-block • Hầu hết các thiết bị flash ƣớc tính thời gian hoạt động còn lại của chúng để hệ thống có thể dự đoán hỏng hóc và có hành động dự phòng Có hai vấn đề xảy ra đối với SSD mà không xảy ra với HDDs 37 Sản phẩm đĩa quang 38 Compact Disk Read-Only Memory (CD-ROM) • Audio CD và CD-ROM dùng công nghệ tƣơng tự nhau – Điểm khác biệt chính: CD-ROM player có độ gồ ghề hơn và có thiết bị sửa lỗi để đảm bảo cho dữ liệu đƣợc truyền đúng • Quá trình sản xuất: – Đĩa đƣợc chế tạo từ nhựa polycarbonate – Dữ liệu đƣợc lƣu dƣới dạng một chuỗi các lỗ cực nhỏ (pit) trên bề mặt • Dùng laser cƣờng độ cao tập trung tạo ra đĩa master – Đĩa master đƣợc dùng làm khuôn để tạo ra các bản sao trên polycarbonate – Bề mặt sau đó đƣợc phủ 1 lớp phản xạ tốt, thƣờng là nhôm/vàng – Tiếp tục phủ lên 1 lớp sơn acrylic trong suốt để chống bụi và trầy xƣớc – Cuối cùng có thể dùng kĩ thuật in lụa để in nhãn hiệu lên bề mặt acrylic 39 Hoạt động của CD 40 Tổ chức thông tin theo đƣờng xoắn ốc Bắt đầu hoặc kết thúc của 1 pit = bit 1; Không thay đổi độ cao = bit 0 Vân tốc tuyến tính không đổi (CLV): Thông tin đƣợc quét cùng tốc độ bằng cách quay đĩa ở tốc độ khác nhau Định dạng khối CD-ROM 41 • Mode 0= trƣờng data rỗng • Mode 1= 2048 byte data+error correction • Mode 2= 2336 byte data  Phù hợp để phân phối số lƣợng lớn dữ liệu cho một số lƣợng lớn ngƣời dùng  Không phù hợp cho các ứng dụng cá nhân do chi phí lớn cho quá trình ghi ban đầu  Ƣu điểm:  chứa thông tin có thể đƣợc nhân bản rộng rãi một cách không tốn kém  tháo ra đƣợc, cho phép đĩa đƣợc sử dụng để lƣu trữ  Nhƣợc điểm:  Chỉ đọc, không updated đƣợc  Thời gian truy cập lâu hơn so với ổ đĩa từ CD-ROM 42 CD Recordable CD Rewritable (CD-R) (CD-RW) • Ghi 1 lần đọc nhiều lần • Thích hợp với các ứng dụng chỉ cần một hoặc một số ít bản sao của một bộ dữ liệu • Đĩa có thể đƣợc ghi một lần bằng tia laser có cƣờng độ vừa phải • Cung cấp một bản ghi vĩnh viễn của khối lƣợng lớn dữ liệu ngƣời dùng • Tƣơng thích với ổ CD-ROM • Có thể ghi lại nhiều lần • Đĩa thay đổi pha sử dụng vật liệu có hai độ phản xạ khác nhau ở hai trạng thái pha khác nhau – Trạng thái vô định hình: Các phân tử có hƣớng ngẫu nhiên phản xạ ánh sáng kém – Trạng thái tinh thể: Có bề mặt nhẵn phản xạ ánh sáng tốt • Một chùm tia laser có thể thay đổi vật liệu từ pha này sang pha kia • Nhƣợc điểm: cuối cùng vật liệu mất đi đặc tính mong muốn vĩnh viễn • Ƣu điểm: có thể ghi lại đƣợc 43 Digital Versatile Disk (DVD) • Đĩa đa năng kỹ thuật số • Chất lƣợng hình ảnh ấn tƣợng • Dung lƣợng rất cao (4.7G mỗi lớp) • Trọn 1 bộ phim dài trên 1 đĩa đơn • Sử dụng nén MPEG • Đã đƣợc chuẩn hóa • Mã hoá vùng • Có thể đƣợc "cố định" 44 CD-ROM và DVD- ROM Đĩa đa năng kỹ thuật số 45 Đĩa quang độ phân giải cao • Đƣợc thiết kế cho video độ nét cao • Dung lƣợng lớn hơn nhiều so với DVD – Laser bƣớc sóng ngắn hơn: Dải màu xanh tím – Pit nhỏ hơn • HD-DVD – 15GB 1 lớp 1 mặt • Blue-ray – Lớp dữ liệu gần với laser hơn • Tập trung cao, ít biến dạng hơn, pit nhỏ hơn – 25GB trên một lớp 46 Đĩa quang độ phân giải cao 47 Băng từ • sử dụng kỹ thuật đọc và ghi giống các hệ thống đĩa • băng polyester mềm dẻo phủ bởi chất liệu từ hoá • Dữ liệu trên băng đƣợc tổ chức theo các track chạy dọc song song • Ghi nối tiếp: Dữ liệu đƣợc trải ra theo một dãy bit dọc trên mỗi track • Dữ liệu đƣợc đọc và ghi trong các block liền kề đƣợc gọi là bản ghi vật lý physical records • Các block trên băng đƣợc phân cách bằng các khoảng trống - inter-record gap • Rất rẻ 48 Đặc tính băng từ 49 LTO Tape Drives 50 Tổng kết Chương 6 • Đĩa từ – Cơ chế đọc và ghi từ – Tổ chức và định dạng dữ liệu – Đặc tính vật lý – Tham số hiệu suất đĩa • Solid state drives – Flash memory – SSD so với HDD – Tổ chức SSD – Vấn đề thực tế – Băng từ Bộ nhớ ngoài • RAID – RAID level 0 – RAID level 1 – RAID level 2 – RAID level 3 – RAID level 4 – RAID level 5 – RAID level 6 • Bộ nhớ quang – Đĩa Compact – Đĩa DVD – High-definition optical disks 51 Câu hỏi chƣơng 6 1. Ƣu điểm của việc sử dụng chất nền thủy tinh cho đĩa từ là gì? 2. Dữ liệu đƣợc ghi lên đĩa từ nhƣ thế nào? 3. Dữ liệu đƣợc đọc từ đĩa từ nhƣ thế nào? 4. Phân biệt CAV và ghi nhiều vùng. 5. Định nghĩa track, cylinder và sector. 6. Kích thƣớc sector điển hình là gì? 7. Định nghĩa thời gian tìm kiếm, trễ xoay, thời gian truy cập, và thời gian truyền. 8. Những đặc điểm chung của các cấp độ RAID? 9. Phân biệt các mức RAID. 10. Giải thích thuật ngữ dải dữ liệu. 11. Cách tạo độ dƣ thừa trong một hệ thống RAID? 12. Trong RAID, phân biệt truy cập song song và truy cập độc lập? 13. Sự khác nhau giữa CAV và CLV là gì? 14. Sự khác nhau giữa đĩa CD và DVD? 52