Tìm hiểu ổ cứng SSD và HDD

Với ổ SSD, dữ liệu lưu trên bộ nhớ không mất đi khi ngừng cung cấp nguồn điện. Khoảng hơn một năm trở lại đây, thị trường máy tính chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của ổ cứng thể rắn SSD. Mỗi thế hệ ổ SSD ra đời đem lại hiệu suất làm việc cao hơn và giá thành cũng hạ đi ít nhiều. Trước những dấu hiệu này, nhiều chuyên gia đã dự đoán, 2009 sẽ là năm của ổ cứng thể rắn. Và có vẻ như dự đoán này đang dần chứng minh tính chính xác khi ngày càng có nhiều mẫu laptop, netbook mới đưa ra tùy chọn ổ cứng thể rắn bên cạnh ổ HDD truyền thống. SSD là loại ổ cứng cấu thành từ nhiều chip nhớ. Ảnh: Mydigitallife. SSD (Solid State Disk) là loại ổ cứng cấu thành từ nhiều chip nhớ "không thay đổi" (non- volatile memory chip), nghĩa là dữ liệu lưu trên bộ nhớ không bị mất đi khi ngừng cung cấp nguồn điện cho chúng. Có 2 loại chip nhớ được sử dụng trong chế tạo ổ SSD: Bộ nhớ NAND SLC (Single-Level Cell) - tế bào đơn cấp và NAND MLC (Multi-Level Cell) - tế bào đa cấp. Trong khi các chip SLC chỉ lưu giữ 1 bit/transistor (0 hoặc 1), còn chip MLC lại chứa 2 bit/ transistor (00, 01, 10 và 11). Vì vậy, lượng dữ liệu lưu trữ của chip MLC nhiều gấp hơn đôi chip SLC, nhưng tốc độ đọc trung bình lại chậm hơn 2 lần (2x) và tốc độ ghi sẽ chậm hơn 3 lần (3x) trên một tế bào bộ nhớ NAND. Bên cạnh khả năng truy xuất dữ liệu tốc độ cao, ổ thể rắn SSD còn có độ bền tốt. Hiện tại, mỗi chip MLC có thể ghi/xóa 10.000 lần, còn tuổi thọ của chip SLC lên đến 100.000 lần. Mỗi tế bào chip nhớ được chia nhỏ thành nhiều phần nhớ (page) có dung lượng 4 KB. Đây là đơn vị nhỏ nhất để có thể lưu và đọc dữ liệu. Cứ 128 page (512 KB) tạo thành một vùng nhớ (block). Và đây chính là nhược điểm chính của ổ SSD, bởi dữ liệu chỉ được xóa trên đơn vị các block. Vì vậy, để ghi đè một phần 4 KB dữ liệu xác định, bộ điều khiển trên ổ SSD sẽ phải đọc cả 512 KB (1 block), thay đổi và di chuyển lượng dữ liệu thừa ra khỏi block đó trước khi xóa để ghi đè 4 KB (page). Như vậy, việc ghi 4 KB dữ liệu sẽ phải trải qua quá trình xử lý nhiều bước, phức tạp. Song nhược điểm này đã dần được khắc phục bằng nhiều giải pháp. Ví dụ, ghi 4 KB đó vào phần trống trên tế bào nhớ và đồng thời tối ưu hóa cấu trúc bộ nhớ. Một cách khác là yêu cầu hệ điều chuyển tiếp lệnh xóa dữ liệu TRIM command, nhờ đó quá trình ghi dữ liệu sẽ nhanh hơn, còn việc xóa dữ liệu thì diễn ra từ từ. Tuy nhiên, không phải loại ổ SSD nào cũng hỗ trợ lệnh TRIM và cũng mới chỉ có hệ điều hành Linux (Kernels mới) và Windows 7 hỗ trợ lệnh này. HDD thường được gọi tắt là ổ cứng. Ảnh: Slipperybrick. HDD (Hard Disk Drive), thường được gọi tắt là ổ cứng, là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu trên bề mặt các phiến đĩa tròn (làm bằng nhôm, thủy tinh hoặc gốm được phủ vật liệu từ tính. Ổ đĩa cứng cũng là loại bộ nhớ "non-volatile" giống như ổ cứng thể rắn SSD nhưng có cấu trúc hoàn toàn khác. Cấu trúc dữ liệu của ổ cứng HDD được phân chia thành Track (rãnh từ), Sector (cung từ), Cluster (liên cung). Track Trên một mặt làm việc của đĩa từ chia ra nhiều vòng tròn đồng tâm tạo thành các track (rãnh từ) để xác định các vùng lưu trữ dữ liệu riêng biệt trên mặt đĩa. 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 (low format). Một ổ đĩa cứng đã hoạt động nhiều năm liên tục, phần cơ của nó sẽ bị bào mòn và làm việc không chính xác như khi mới sản xuất. Nếu kiểm tra bằng các phần mềm cho thấy nhiều vùng trên đĩa bị hư hỏng (bad block) thì nên thực hiện định dạng cấp thấp ổ đĩa (low format) để tái cấu trúc lại các track cho phù hợp hơn với sự "xuống cấp" của phần cơ. Và tập hợp các track cùng bán kính ở các mặt đĩa khác nhau tạo thành các Cylinder (trụ). Trên đĩa hai mặt, một cylinder sẽ bao gồm rãnh của mặt trên và mặt dưới. Trên các đĩa cứng xếp chồng nhau, một cylinder gồm các rãnh trên cả hai mặt của tất cả các đĩa. Vì vậy trên một ổ đĩa cứng có nhiều cylinder bởi có nhiều track trên mỗi mặt của các đĩa từ. Sector Mỗi track lại được chia thành những các đoạn hướng tâm tạo thành các sector (cung từ). Sector là đơn vị chứa dữ liệu nhỏ nhất. Theo chuẩn thông thường thì một sector có dung lượng 512 byte. Số sector trên các track từ phần rìa đĩa vào đến tâm đĩa là khác nhau, các ổ đĩa cứng đều chia ra hơn 10 vùng và trong mỗi vùng có tỷ số sector/track bằng nhau. Cluster Trong lưu trữ dữ liệu ở mức độ hệ điều hành, cluster (liên cung) là một đơn vị lưu trữ gồm một hoặc nhiều sector. Khi hệ điều hành lưu trữ dữ liệu vào đĩa, nó ghi dữ liệu đó vào hàng chục, có khi hàng trăm cluster liền nhau. Nếu không có sẵn các cluster liền nhau, hệ điều hành sẽ tìm kiếm cluster còn trống ở gần và ghi tiếp dữ liệu lên đĩa. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi toàn bộ dữ liệu được lưu trữ hết. Hoạt động của đĩa cứng cần đồng thời hai chuyển động: Chuyển động quay của các phiến đĩa và chuyển động vào ra của các đầu đọc/ghi. Đĩa từ quay được nhờ gắn cùng trục với động cơ và có tốc độ quay rất lớn từ 3.600 đến 15.000 vòng/phút, nhưng phổ biến là hai loại 5.400 và 7.200 vòng/phút và mỗi loại ổ đĩa cứng lại có một tốc độ nhất định tùy theo công nghệ chế tạo. Khi đĩa cứng quay đều, đầu đọc sẽ di chuyển đến các vị trí trên bề mặt phủ vật liệu từ theo phương bán kính của đĩa. Chuyển động này kết hợp với chuyển động quay của đĩa có thể đưa nó tới bất kỳ vị trí nào trên bề mặt. Dữ liệu, do đó, được ghi/đọc đồng thời trên mọi đĩa. Việc thực hiện phân bổ dữ liệu như trên được thực hiện nhờ các mạch điều khiển trên bo mạch của ổ đĩa cứng. Chính vì việc dữ liệu được chia nhỏ và lưu trữ ở nhiều phần khác nhau trên mọi đĩa, nên ở ổ cứng sẽ xảy ra tình trạng phân mảnh ổ đĩa (fragmentation). Các file dữ liệu bị phân mảnh nhiều sẽ mất nhiều thời gian hơn để truy xuất. Do đó sẽ cần thường xuyên thực hiện chống phân mảnh ổ đĩa (defragmentation) nhờ các phần mềm chuyên dụng nhằm đưa dữ liệu về những vị trí gần nhau giúp cho việc truy xuất dữ liệu nhanh hơn.