Tài liệu 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 ...
52 trang |
Chia sẻ: putihuynh11 | Lượt xem: 1067 | Lượt tải: 4
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Kiến trúc máy tính - Chương 6: Bộ nhớ ngoài, để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- kien_truc_may_tinh_ch06_bo_nho_ngoai_8451_1993033.pdf