Phần cứng - Chương 3: Phân vùng và định dạng ổ cứng

CHƯƠNG 3: PHÂN VÙNG VÀ ĐỊNH DẠNG Ổ CỨNG Sự phát triển, cấu tạo và công nghệ áp dụng trên Ổ cứng. Tổng quan Ổ cứng thường được gắn liền với máy tính để lưu trữ dữ liệu cho dù chúng xuất hiện muộn hơn so với những chiếc máy tính đầu tiên. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, ổ đĩa cứng ngày nay có kích thước càng nhỏ đi đến các chuẩn thông dụng với dung lượng thì ngày càng tăng lên. Những thiết kế đầu tiên ổ đĩa cứng chỉ dành cho các máy tính thì ngày nay ổ đĩa cứng còn được sử dụng trong các thiết bị điện tử khác như máy nghe nhạc kĩ thuật số, máy ảnh số, điện thoại di động..,quay phim kĩ thuật số, thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân... Ổ đĩa cứng đã có những bước tiến công nghệ nhằm giúp lưu trữ và truy xuất dữ liệu nhanh hơn: vd : sự xuất hiện của các ổ đĩa cứng lai giúp cho hệ điều hành hoạt động tối ưu hơn, giảm thời gian khởi động của hệ thống, tiết kiệm năng lượng, sự thay đổi phương thức ghi dữ liệu trên các đĩa từ làm cho dung lượng mỗi ổ đĩa cứng tăng lên đáng kể. Lịch sử phát triển Năm1955 Ổ cứng đầu tiên trên thế giới có là IBM 350 Disk File được chế tạo bởi Reynold Johnson ra mắt năm 1955 cùng máy tính IBM 305. Ổ cứng này có tới 50 tấm đĩa kích thước 24" với tổng dung lượng là 5 triệu kí tự. Một đầu từ được dùng để truy nhập tất cả các tấm đĩa khiến cho tốc độ truy nhập trung bình khá thấp. IBM System 305, máy tính đầu tiên trên thế giới được trang bị ổ cứng, xuất hiện năm 1956 và hoạt động theo nguyên lý tính toán và điều khiển truy cập ngẫu nhiên tới dữ liệu (RAMAC). Toàn bộ hệ thống ổ cứng cần tới 50 đĩa có đường kính 24 inch (61 cm) và được phủ một lớp oxide sắt. Nó chứa 5 MB dữ liệu, tức bằng 1/100 dung lượng thẻ flash trong camera Bức ảnh chụp RAMAC đang hoạt động. RAMAC cần cả một chuyên gia túc trực bên cạnh do sức nóng trong quá trình hoạt động của nó có thể khiến các ống nối bị bật ra nhiều lần. (hình 1). (Hình 1) Năm 1973 IBM giới thiệu hệ thống đĩa 3340 "Winchester", ổ đĩa đầu tiên sử dụng kĩ thuật lắp ráp đóng hộp (sealed head/disk assembly - HDA). Kĩ sư trưởng dự án/chủ nhiệm dự án Kenneth Haughton đặt tên theo "súng trường Winchester" 30-30 sau khi một thành viên trong nhóm gọi nó là "30-30" vì các trục quay 30 MB của ổ đĩa cứng. Hầu hết các ổ đĩa hiện đại ngày nay đều sử dụng công nghệ này, và cái tên "Winchester" trở nên phổ biến khi nói về ổ đĩa cứng và dần biến mất trong thập niên 1990 .(h.2) Models A2, B1 and B2 announced March 13, 1973( h.2) Năm 1982, Hitachi phát hành ổ đầu tiên trên thế giới có dung lượng vượt ngưỡng 1 GB. H-8598 1,2 GB (ảnh) chứa 10 đĩa 14 inch và hai đầu đọc/ghi. Sáu năm sau, hãng này tiếp tục ra mắt phiên bản 1,89 GB với 8 đĩa 9,5 inch, giảm tỷ trọng 121 kg/GB xuống còn 42 kg/GB. Hitachi tuyên bố đây là ổ cứng đầu tiên mà một người có thể... tự xách đi.( h.3) ( h.3) Thập niên 1990 Đa số các ổ đĩa cứng cho máy vi tính đầu thập kỷ 1980 không bán trực tiếp cho người dùng cuối bởi nhà sản xuất mà bởi các OEM như một phần của thiết bị lớn hơn . Chiếc IBM PC/XT được bán ra đã có một ổ đĩa cứng lắp trong nhưng xu hướng tự cài đặt nâng cấp bắt đầu xuất hiện. Các công ty chế tạo ổ đĩa cứng bắt đầu tiếp thị với người dùng cuối bên cạnh OEM và đến giữa thập niên 1990, ổ đĩa cứng xuất hiện trong các cửa hàng bán lẻ. PC XT - Model 5160 OEM (viết tắt của Original Equipment Manufacturer trong tiếng Anh) là nhà sản xuất thiết bị gốc. Ngày nay Dung lượng ổ đĩa cứng tăng trưởng theo hàm mũ với thời gian. Đối với những máy PC thế hệ đầu, ổ đĩa dung lượng 20 megabyte được coi là lớn. Cuối thập niên 1990 đã có những ổ đĩa cứng với dung lượng trên 1 gigabyte. Vào thời điểm đầu năm 2005, ổ đĩa cứng có dung lượng khiêm tốn nhất cho máy tính để bàn còn được sản xuất có dung lượng lên tới 40 gigabyte còn ổ đĩa lắp trong có dung lượng lớn nhất lên tới một nửa terabyte (500 GB).(h.4) (h.4) Cấu tạo Ổ đĩa cứng gồm các thành phần, bộ phận có thể liệt kê cơ bản và giải thích sơ bộ như sau: Cụm mạch điện Vỏ đĩa Cụm đầu đọc Vỏ đĩa cứng: Vỏ ổ đĩa cứng gồm các phần: Phần đế chứa các linh kiện gắn trên nó, phần nắp đậy lại để bảo vệ các linh kiện bên trong. Vỏ ổ đĩa cứng có chức năng chính nhằm định vị các linh kiện và đảm bảo độ kín khít để không cho phép bụi được lọt vào bên trong của ổ đĩa. Ngoài ra, vỏ đĩa cứng còn có tác dụng chịu đựng sự va chạm (ở mức độ thấp) để bảo vệ ổ đĩa cứng. Do đầu từ chuyển động rất sát mặt đĩa nên nếu có bụi lọt vào trong ổ đĩa cứng cũng có thể làm xước bề mặt, mất lớp từ và hư hỏng từng phần (xuất hiện các khối hư hỏng (bad block)).Thành phần bên trong của ổ đĩa cứng là không khí có độ sạch cao, để đảm bảo áp suất cân bằng giữa môi trường bên trong và bên ngoài, trên vỏ bảo vệ có các hệ lỗ thoáng đảm bảo cản bụi và cân bằng áp suất. Cụm đĩa :Bao gồm toàn bộ các đĩa, trục quay và động cơ.bản và giải thích sơ bộ như sau: Đĩa từ. Trục quay: truyền chuyển động của đĩa từ. Động cơ: Được gắn đồng trục với trục quay và các đĩa Toàn bộ phần cụm đĩa Đĩa từ Đĩa từ (platter): Đĩa thường cấu tạo bằng nhôm hoặc thuỷ tinh, trên bề mặt được phủ một lớp vật liệu từ tính là nơi chứa dữ liệu. Tuỳ theo hãng sản xuất mà các đĩa này được sử dụng một hoặc cả hai mặt trên và dưới. Số lượng đĩa có thể nhiều hơn một, phụ thuộc vào dung lượng và công nghệ của mỗi hãng sản xuất khác nhau. Mỗi đĩa từ có thể sử dụng hai mặt, đĩa cứng có thể có nhiều đĩa từ, chúng gắn song song, quay đồng trục, cùng tốc độ với nhau khi hoạt động. Track Trên một mặt làm việc của đĩa từ chia ra nhiều vòng tròn đồng tâm thành các track. Track có thể được hiểu đơn giản giống các rãnh ghi dữ liệu giống như các đĩa nhựa (ghi âm nhạc trước đây) nhưng sự cách biệt của các rãnh ghi này không có các gờ phân biệt và chúng là các vòng tròn đồng tâm chứ không nối tiếp nhau thành dạng xoắn trôn ốc như đĩa nhựa. Track trên ổ đĩa cứng không cố định từ khi sản xuất, chúng có thể thay đổi vị trí khi định dạng cấp thấp ổ đĩa Sector - Cung Là đơn vị dữ liệu nhỏ nhất có thể truy cập được của đĩa cứng .Trên track chia thành những phần nhỏ bằng các đoạn hướng tâm thành các sector một sector chứa dung lượng 512 byte. Số sector trên các track là khác nhau từ phần rìa đĩa vào đến vùng tâm đĩa, các ổ đĩa cứng đều chia ra hơn 10 vùng mà trong mỗi vùng có số sector/track bằng nhau. Trục quay Trục quay là trục để gắn các đĩa từ lên nó, chúng được nối trực tiếp với động cơ quay đĩa cứng. Trục quay có nhiệm vụ truyền chuyển động quay từ động cơ đến các đĩa từ. Trục quay thường chế tạo bằng các vật liệu nhẹ (như hợp kim nhôm) và được chế tạo tuyệt đối chính xác để đảm bảo trọng tâm của chúng không được sai lệch - bởi chỉ một sự sai lệch nhỏ có thể gây lên sự rung lắc của toàn bộ đĩa cứng khi làm việc ở tốc độ cao, dẫn đến quá trình đọc/ghi không chính xác. cylinder Tập hợp các track cùng cùng bán kính (cùng số hiệu trên) ở các mặt đĩa khác nhau thành các cylinder. Khi đầu đọc/ghi đầu tiên làm việc tại một track nào thì tập hợp toàn bộ các track trên các bề mặt đĩa còn lại mà các đầu đọc còn lại đang làm việc tại đó gọi là cylinder (cách giải thích này chính xác hơn bởi có thể xảy ra thường hợp các đầu đọc khác nhau có khoảng cách đến tâm quay của đĩa khác nhau do quá trình chế tạo). Trên một ổ đĩa cứng có nhiều cylinder bởi có nhiều track trên mỗi mặt đĩa từ. Cụm đầu đọc: Đầu đọc (head): Đầu đọc/ghi dữ liệu Cần di chuyển đầu đọc (head arm hoặc actuator arm). Bên trong một ổ đĩa cứng (thông dụng ngày nay) sau khi mở nắp và tháo bỏ các tấm đĩa dữ liệu. Phần ở giữa là động cơ liền trục (spindle motor). Bên trái (gần đó) là "đầu đọc/ghi" và "Cần di chuyển đầu đọc". Đầu đọc/ghi: Đầu đọc đơn giản được cấu tạo gồm lõi ferit (trước đây là lõi sắt) và cuộn dây (giống như nam châm điện). Gần đây các công nghệ mới hơn giúp cho ổ đĩa cứng hoạt động với mật độ xít chặt hơn như: chuyển các hạt từ sắp xếp theo phương vuông góc với bề mặt đĩa nên các đầu đọc được thiết kế nhỏ gọn và phát triển theo các ứng dụng công nghệ mới. Đầu đọc trong đĩa có công dụng đọc dữ liệu dưới dạng từ hoá trên bề mặt đĩa từ hoặc từ hoá lên các mặt đĩa khi ghi dữ liệu. Số đầu đọc ghi luôn bằng số mặt hoạt động được của các đĩa cứng, có nghĩa chúng nhỏ hơn hoặc bằng hai lần số đĩa. Cụm mạch điện : Mạch điều khiển: có nhiệm vụ điều khiển động cơ đồng trục, điều khiển sự di chuyển của cần di chuyển đầu đọc để đảm bảo đến đúng vị trí trên bề mặt đĩa. Mạch xử lý dữ liệu: dùng để xử lý những dữ liệu đọc/ghi của ổ đĩa cứng. Bộ nhớ đệm (cache hoặc buffer): là nơi tạm lưu dữ liệu trong quá trình đọc/ghi dữ liệu. Dữ liệu trên bộ nhớ đệm sẽ mất đi khi ổ đĩa cứng ngừng được cấp điện. Đầu cắm nguồn cung cấp điện cho ổ đĩa cứng. Đầu kết nối giao tiếp với máy tính. Các cầu đấu thiết đặt (jumper) thiết đặt chế độ làm việc của ổ đĩa cứng: Lựa chọn chế độ làm việc của ổ đĩa cứng (SATA 150 hay SATA 300) hay thứ tự trên các kênh trên giao tiếp IDE (master hay slave haytự lựa chọn),lựa chọn các thông số làm việc khác. Công nghệ áp dụng trên Ổ Cứng ( Ổ đĩa cứng ). Hiện nay có 3 công nghệ áp dụng trên ổ cứng S.M.A.R.T (Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology) là công nghệ tự động giám sát tình trạng hoạt động của ổ cứng thông qua BIOS, các phần mềm thông báo cho người sử dụng biết trước các hư hỏng có thể xẩy ra để có các hành động chuẩn bị đối phó (như sao chép dữ liệu dự phòng hoặc có các kế hoạch thay thế ổ đĩa cứng mới). S.M.A.R.T chỉ giám sát những sự thay đổi, ảnh hưởng của phần cứng đến quá trình lỗi xảy ra của ổ đĩa cứng bao gồm những hư hỏng theo thời gian của phần cứng như: đầu đọc/ghi, động cơ, bo mạch của ổ đĩa. S.M.A.R.T không hề ảnh hưởng đến tốc độ làm việc và truyền dữ liệu của ổ đĩa cứng. Gần đây S.M.AR.T được coi là một tiêu chuẩn quan trọng trong ổ đĩa cứng và người sử dụng có thể bật (enable) hoặc tắt (disable) chức năng này trong BIOS. Ổ cứng lai (Hybrid Hard Disk Drive) là các ổ đĩa cứng thông thường được gắn thêm các phần bộ nhớ flash trên bo mạch của ổ đĩa cứng. Cụm bộ nhớ flash này hoạt động khác với cơ chế làm việc của bộ nhớ đệm (cache) của ổ đĩa cứng do dữ liệu chứa trên chúng không bị mất đi khi mất điện nguồn. Vai trò của phần bộ nhớ flash là: Lưu trữ dữ liệu trước khi ghi vào đĩa cứng, chỉ khi máy tính đã đưa các dữ liệu đến một mức nhất định (tuỳ từng loại ổ cứng lai) thì ổ đĩa cứng mới tiến hành ghi dữ liệu vào các đĩa từ, điều này giúp sự vận hành của ổ đĩa cứng hiệu quả và tiết kiệm điện năng hơn nhờ việc không phải thường xuyên hoạt động. Giúp tăng tốc độ giao tiếp với máy tính vì việc đọc dữ liệu từ bộ nhớ flash nhanh hơn so với việc đọc dữ liệu tại các đĩa từ. Giúp hệ điều hành khởi động nhanh hơn nhờ việc lưu các tập tin khởi động của hệ thống vào bộ nhớ flash. Kết hợp với bộ nhớ đệm của ổ đĩa cứng tạo thành một hệ thống hoạt động hiệu quả. Những ổ cứng lai được sản xuất hiện nay thường sử dụng bộ nhớ flash với dung lượng không lớn (128, 256 MB) vì giá thành sản xuất bộ nhớ flash quá cao Mặt khác, ổ cứng lai có giá thành khá đắt (khoảng 300 USD cho dung lượng 32 GB) nên chúng chỉ mới được sử dụng trong một số loại máy tính xách tay cao cấp. Ổ cứng SSD (Solid-State Drive) là ổ cứng không sử dụng đĩa từ mà hoàn toàn dựa trên bộ nhớ flash NAND. Do đó, ổ cứng SSD có độ bền cao khi di chuyển tiêu thụ ít điện năng hơn, nhẹ hơn, nhỏ hơn và tốc độ làm việc nhanh hơn ổ cứng thông thường rất nhiều. Hiện giá SSD vẫn còn cao so với túi tiền của người tiêu dùng, dù vẫn giảm 30%/năm. Ví dụ, loại 64 GB giá khoảng 900 USD, 128 GB giá 1.500 USD trong khi ổ cứng thông thường dung lượng tương đương chỉ có giá trên dưới 100 USD. Tiến độ thực hiện công việc TT Thời gian Nội dung công việc Cá nhân Ghi chú 1 7h30-10h Bước đầu phân công + trao đổi cách làm. 5 thành viên. 2 15h – 17h30 Lịch sử phát triển Cấu tạo Công nghệ áp dụng T.Cường, T.Anh. D.Huyền, Ngọc. Hào. 3 19h – 21h30 Từng thành viên thực hiện công việc của mình. Mỗi thành viên một công việc 4 8h – 11h Tổng hợp,chỉnh sửa điều chỉnh. 5 thành viên 5 13h30 – 18h Gấp rút chỉnh sửa và đưa ra quyết định. 5 thành viên