Kiến trúc máy tính

Tuy nhiên, SSD mang lại rất nhiều tiện ích cho người dùng máy tính với hiệu suất làm việc cao, khối lượng công việc nhiều và cần rút ngắn thời gian hoàn thành công việc. Dưới đây là một số ưu điểm của bộ nhớ SSD so với bộ nhớ HDD:

- Giảm thiểu thời gian khởi động hệ điều hành.

- Khả năng truy xuất dữ liệu cực nhanh.

- Nạp chạy các phần mềm nhanh chóng.

- Bảo vệ dữ liệu cực tốt, khả năng chống sốc cao.

- Hoạt động không tiếng ồn, tản nhiệt hiệu quả và mát.

- Băng thông truyền tải dữ liệu lớn, giúp tăng khả năng làm việc của máy tính.

Hình 4. 42. Bên trong ổ đĩa SSD và HDD

c. Hybrid HD còn được gọi là ổ cứng lai. Nó là sản phẩm của sự kết hợp giữa ổ cứng dung lượng cao HDD và ổ cứng tốc độ truy xuất cao SSD.

Hình 4. 43. Ổ cứng SSHD

Hybrid HDD hoạt động theo nguyên tắc, khi người dùng sử dụng hệ thống sẽ kiểm tra những ứng dụng hay dữ liệu nào được sử dụng thường xuyên sẽ được lưu và ổ SSD, còn những ứng dụng, dữ liệu khác được lưu vào HDD. Ngắn gọn hơn thì HDD để lưu trữ dữ liệu và SSD để lưu các dữ liệu hay được sử dụng nhằm giúp CPU truy xuất nhanh hơn.

4.5.1.2. Ổ đĩa quang

Ổ đĩa quang, thuật ngữ dùng để chỉ các loại ổ đĩa đọc và ghi đĩa CD, DVD trên máy tính. Theo chiều phát triển của công nghệ, ổ đĩa quang này ngày càng rẻ,từ CD- ROM đến CD-RW rồi DVD combo và ngày nay, DVD-RW được xem là không thể thiếu cho một máy tính thông thường.

- CD ROM (chỉ đọc đĩa CD): Sử dụng đi-ốte Laser có bước sóng 780 nm, công suất phát tia Laser ổn định nhờ mạch ổn dòng.

- DVD ROM hay DVD combo (chỉ đọc đĩa CD/DVD): Sử dụng 2 đi-ốte Laser, một cho việc đọc đĩa CD có bước sóng 780 nm và một cho việc đọc đĩa DVD có bước sóng 650 nm, công suất phát tia Laser ổn định.

- CD RW (chỉ đọc và ghi đĩa CD): Sử dụng đi-ốte Laser có bước sóng 780 nm, công suất phát tia Laser được điều chỉnh với 3 mức: cao, trung bình và thấp tương ứng với 3 nhiệm vụ ghi, xóa và đọc đĩa.

DVD-R (DVD - Recordable): Giống như đĩa DVD-ROM, người dùng có thể ghi dữ liệu lên đĩa một lần và đọc được nhiều lần. Đĩa này chỉ có thể ghi được trên một mặt đĩa, dung lượng ghi trên mỗi mặt tối đa là 4.7 GB.

DVD-RW (DVD - Rewritable): Giống như đĩa DVD-ROM, người dùng có thể ghi, xoá và ghi lại dữ liệu lên đĩa nhiều lần.. Đĩa này cũng có thể ghi được trên một mặt đĩa, dung lượng ghi trên mỗi mặt tối đa là 4.7 GB. Sau đây ta sẽ tìm hiểu kỹ về ổ đĩa CD Rom.

Ổ đĩa CD Rom

Ổ đĩa CD Rom (Compac Disk Read Only Memory) là thiết bị có trong hầu hết các máy tính hiện nay, nó có ưu điểm là lưu trữ được dung lượng lớn, giá thành đĩa CD rẻ, có thể di chuyển đi nơi khác dễ dàng, CD Rom là ổ đĩa không thể thiếu trong quá trình cài đặt phần mềm cho máy tính Phần này tác giả sẽ trình bày các nguyên tắc ghi và đọc đĩa CD Rom, cấu tạo của đĩa CD Rom và cuối cùng là một số bệnh thường gặp của ổ đĩa CD Rom cũng như phương pháp sửa chữa khắc phục.

Hình 4. 44. Ổ đĩa CD Rom

Về tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của CD Rom dựa vào các yếu tố

+ Chủng loại ổCD Rom

+ Tốc độ đọc dữliệu của ổCD Rom :

Tốc độ đọc dữliệu của ổCD Rom được tính bằng số X Ổ 1X có tốc độtruy cập dữliệu là 150KB

=> Ổ 10X sẽ có tốc độ truy cập là 10 x 150K = 1.500 KB

=> Ổ 48X có tốc độ truy cập là 48 x 150K = 7200 KB

=> Ổ 52X có tốc độ truy cập là 52 x 150K = 7800 KB

Cấu tạo của đĩa CD Rom

Đĩa CD Rom trắng được phủ một lớp hoá học lên bề mặt sau của đĩa (bề mặt dán giấy), lớp hoá học này có tính chất phản xạ ánh sáng như lớp bạc z Đĩa CD đã có tín hiệu thì tín hiệu được ghi lên đĩa thành các đường Track hình xoáy chôn ốc, tín hiệu ghi là các điểm hoá chất bị đốt cháy mất khả năng phản xạ, xen kẽ với các điểm có khả năng phản xạ .

Hình 4. 45. Đĩa CD Rom

Hình 4. 46. Bề mặt đĩa CD Rom

(Tín hiệu được ghi theo các đường Track)

Các đường track của đĩa CD Rom có mật độ rất dầy khoảng 6000 Track / 1cm vì vậy kích thước của chúng rất nhỏ.

Nguyên lý ghi dữ liệu lên đĩa CD Rom

Dữ liệu ghi lên đĩa CD Rom là dạng tín hiệu số 0, 1 ở đầu ghi, người ta sử dụng súng Lazer để ghi dữ liệu lên đĩa

Hình 4. 47. Nguyên lý ghi dữ liệu lên đĩa CD Rom

Đĩa quay với tốc độ cao và súng Lazer sẽ chiếu tia lazer lên bề mặt đĩa, tia lazer được điều khiển tắt sáng theo tín hiệu 0 hay 1 đưa vào => ứng với tín hiệu 0 => tia lazer tắt, ứng với tín hiệu 1 => tia lazer sáng đốt cháy bề mặt đĩa thành 1 điểm làm mất khả năng phản xạ. Mạch Servo sẽ điều khiển tốc độ quay đĩa cũng như điều khiển cho tia lazer hội tụ trên đĩa và ghi tín hiệu thành các đường trắc hình xoắn chôn ốc .

Nguyên lý đọc tín hiệu từ đĩa CD Rom

Đĩa có dữ liệu được quay với tốc độ cao, mắt đọc sẽ đọc dữ liệu ghi trên đĩa theo nguyên tắc: Sử dụng tia lazer (yếu hơn lúc ghi) chiếu lên bề mặt đĩa dọc theo các đường track có dữ liệu, sau đó hứng lấy tia phản xạ quay lại rồi đổi chúng thành tín hiệu điện . Khi tia lazer chiếu qua các điểm trên bề mặt đĩa bị đốt cháy sẽ không có tia phản xạ => và tín hiệu thu được là 0 Khi tia lazer chiếu qua các điểm trên bề mặt đĩa không bị đốt cháy sẽ có tia phản xạ => và tín hiệu thu được là 1. Tia phản xạ sẽ được ma trận Đi-ốte đổi thành tín hiệu điện, sau khi khuếch đại và xử lý ta thu được tín hiệu ban đầu.

Hình 4. 48. Nguyên lý đọc tín hiệu từ đĩa CD Rom

Đĩa quay và khi tia lazer chiếu qua điểm bị cháy sẽ mất tia phản xạ  cho ta tín hiệu 0, qua điểm bình thường có tia phản xạ cho ta tín hiệu 1.

Tín hiệu khi đọc nếu ngược với khi ghi thì chỉ việc cho qua cổng đảo tín hiệu sẽ được đảo lại .

101 => Cổng đảo => 010

Các thông số trên ổ đĩa

- Tốc độ ổ đĩa

Tốc độ (Speed) để đọc, hoặc ghi dữ liệu trên máy của ổ đĩa được biểu hiện qua (1X, 2X,4X,...24X). X càng lớn tốc độ càng nhanh. Tuy nhiên, tốc đô ̣ 1x của CDs là

150 kilobytes/s, trong khi tốc đô ̣ 1x của DVDs là 1,32 megabytes/s.

Sau đây, chúng ta sẽ giải thích một số các ví dụ sau:

Ví dụ 4.8: Ổ đĩa CD - 52X

1X có giá trị là 150 Kbps (Kilobyte per second) số byte dữ liệu đọc được trên 1 giây. Vậy với một ổ đĩa 52X thì tốc độ đọc dữ liệu tối đa của ổ đĩa đó là 52 x 150 Kbps

Ví dụ:

Ổ đĩa CD-RW - 52x32x52x

Cũng như các ổ đĩa CD-ROM, các con số được nhà sản suất ghi trên ổ đĩa CD- RW chính là tốc độ tối đa khi ổ đĩa hoạt động ở các chế độ đọc/ghi khác nhau. Số đầu tiên biểu diễn cho tốc độ đọc đĩa của ổ đĩa, số kế tiếp là tốc độ tối đa ghi được đối với các đĩa ghi lại (CD-RW) và số sau cũng chính là tốc độ cho phép ghi trên đĩa CD-R.

Thời gian truy cập

Thời gian truy cập cho một ổ đĩa quang được đo lường cùng một cách như với một ổ đĩa cứng của PC. Nói một cách khác, thời gian truy cập là thời gian trì hoãn giữa ổ đĩa nhận lệnh để đọc thật sự một bit dữ liệu đầu tiên của nó. Thời gian này được ghi lại trong hàng triệu giây; một đánh giá của nhà sản xuất bình thường có thể là 95ms. Đó là một tốc độ truy cập trung bình; tốc độ truy cập thực tế phụ thuộc hoàn toàn vào vị trí dữ liệu trên đĩa. Khi cơ cấu đọc được định vị vào phần gần trung tâm chu vi hẹp hơn, tốc độ truy cập nhanh hơn là khi nó được đặt vị trí ở chu vi bên ngoài rộng hơn. Các tốc độ truy cập được báo bởi nhà sản xuất là số trung bình lấy từ việc tính toán một chuỗi đọc ngẫu nhiên từ một đĩa.

Bộ nhớ đệm

Hầu hết ổ đĩa đĩa quang bao gồm các bộ nhớ đệm (buffer hay cache) bên trong bên bo mạch. Những bộ nhớ đệm này thực sự là những chip nhớ được lắp đặt trên bo mạch điện của ổ đĩa cho phép ổ đĩa sắp xếp hay lưu trữ dữ liệu trong các phân đoạn lớn hơn trước khi gửi đến PC. Một bộ nhớ đệm thường từ 128KB lên tới 8MB hay nhiều hơn (tùy thuộc ổ đĩa). Nói chung, các ổ đĩa có khả năng ghi lại nhanh hơn đi với bộ nhớ đệm lớn hơn để xử lý những tốc độ truyền cao hơn.

4.5.2. Hệ thống đĩa dự phòng RAID

Giới thiệu chung

RAID là viết tắt của cụm từ Redundant Array of Independent Disks (mảng dư thừa của các đĩa độc lập).

- Để dùng được RAID, phải có:

+) Card điều khiển theo kiểu RAID.

+) Phần mềm điều kiển RAID.

Từ đó có thể tăng dung lượng của hệ thống nhớ ngoài lên hàng nghìn GB.

- Đặc trưng cơ bản của RAID:

+ Hệ thống gồm nhiều đĩa vật lý, nhưng hệ điều hành coi như là một địa chỉ logic duy nhất.

+ Dữ liệu có thể được phân bố trên các đĩa vật lý khác nhau.

+ Vì dữ liệu lớn nên có một phần của hệ thống (nằm trên một hoặc nhiều đĩa) dùng để nhớ các thông tin nhằm an toàn dữ liệu trong trường hợp đĩa có sự cố.

Các loại RAID

- Có 6 mức RAID: RAID 0đến RAID 5.

- Sự phân loại RAID không nhằm mục đích phân cấp, không có khái niệm mức RAID tốt nhất. Các mức khác nhau tương ứng với các mục đích khác nhau.

a) RAID 0

- Dùng một tập hợp các đĩa.

- Không có đặc trưng thứ 3 (thông tin an toàn).

- Các đĩa được chia thành các Strip (mỗi Strip gồm các khối vật lý, các Sector hoặc đơn vị khác).

Strip

Hình vẽ dưới đây mô tả việc Hệ điều hành quản lý đĩa RAID như thế nào: Các Strip của các đĩa vật lý khác nhau được AMS (Array Management Software) “xem như” là các strip của chỉ một đĩa.

Strip 0

Strip

Strip 1

Strip 2

Array Management Software

Strip 3

Hình 4. 49. RAID 0

b) RAID 1

- Dùng kỹ thuật mirroring (ghi cùng một dữ liệu lên 2 đĩa): Có 2n đĩa thì dùng n đĩa chứa dữ liệu, còn n đĩa Back - up.

Strip

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 233 trang tài liệu này.

Strip

n đĩa dữ liệu

Hình 4. 50. RAID 1

n đĩa back - up

- Đặc điểm của loại RAID này là giá thành cao, vì phải dùng gấp đôi số đĩa để chứa dữ liệu.

c) RAID 2

- Mức RAID này nhắm vào việc sử dụng với các máy tính cỡ lớn và mini.

- Với RAID 2, các Strip rất bé (khoảng 1 byte hoặc một word).

- Dùng n + m đĩa (m < n), trong đó n đĩa chứa dữ liệu, m đĩa chứa mã Hamming.

f0(b)

f1(b)

f2(b)

n đĩa dữ liệu

d) RAID 3

m đĩa chữa mã Hamming Hình 4. 51. RAID 2

- Tất cảc các ổ đĩa trong RAID 3 cùng hoạt động để đọc hay ghi một file lớn. RAID 3 thích hợp để lưu các file ảnh lớn.

p(b)

n đĩa dữ liệu

Parity

Hình 4. 52. RAID 3

- Dùng n + 1 đĩa trong đó n đĩa chứa dữ liệu còn 1 đĩa chứa mã Parity.

- Parity lưu giữ các bản sao dữ liệu ở dạng đa thức. Trong trường hợp có một đĩa xảy ra sự cố, đẳng thức được giải để thiết lập lại dữ liệu bị mất.

Ví dụ 4.9: 1 + 3 + 4 + ? = 9 => ? = 1.

e) RAIR 4

- Hệ thống hoạt động độc lập.

- Parity được ghi lên một ổ đĩa riêng, nhưng như vậy có thể gây ra tẵc nghẽn dữ liệu.

165

- RAID 4 thích hợp với những hệ thống đọc nhiều hơn ghi.

p(0 - 3)

p(4 - 7)

Block 0

Block 4

Block 1

Block 5

Block 2

Block 6

Block 3

Block 7

Hình 4. 53. RAID 4

f) RAID 5

- Hệ thống được truy cập độc lập để thực hiện những yêu cầu đọc hay ghi riêng biệt trong cùng một thời gian.

- Dùng n đĩa, mỗi đĩa chứa cả dữ liệu lẫn thông tin an toàn, vì vậy phân tán thông tin an toàn lên tất cả các đĩa, do đó ngăn chặn sự tắc nghẽn dòng dữ liệu trong quá trình tính toán và ghi dữ liệu parity.

Tuy nhiên, việc truy nhập dữ liệu chậm đi vì hệ thống phải bỏ qua các khối thông tin parity xen kẽ để tìm dữ liệu lưu trữ.

Block 0

Block 4

Block 8

Block 12

P (16-19)

. . .

Block			1
Block			5
Block			9
P (12-15)
Block 16
.	.	.

Block			2
Block			6
P (8-11)
Block 13
Block 17
.	.	.

Block			3
P (4-7)
Block 10
Block 14
Block 18
.	.	.

P	(0-3)
Block 7
Block 11
Block 15
Block 19
.	.	.

Hình 4. 54. RAID 5

4.6. Bộ nhớ ảo

Trong những ngày đầu tiên của kỷ nguyên máy tính, bộ nhớ của máy tính thường nhỏ và đắt tiền. Máy IBM 650 là một máy tính cho nghiên cứu khoa học dẫn đầu lúc đó (cuối những năm 1950) chỉ có bộ nhớ 2000 word. Một trong các compiler đầu tiên cho ALGOL 60 đã được viết cho các máy tính có bộ nhớ chỉ có 1024 word. Thời kì này các nhà lập trình thường phải dành phần lớn thời gian nhằm làm sao cho chương trình càng bé càng tốt để có thể lọt được vào một bộ nhớ rất nhỏ.

Một giải pháp truyền thống cho vấn đề này là sử dụng bộ nhớ phụ, chẳng hạn đĩa. Người lập trình chia chương trình ra làm một số phần, gọi là overlay, mỗi overlay có thể nằm lọt trong bộ nhớ. Để chạy chương trình, overlay thứ nhất được đọc vào và nó sẽ chạy được một lúc. Trước khi kết thúc, nó sẽ đọc overlay tiếp theo vào và gọi overlay đó ra làm việc và việc đó cứ tiếp diễn như thế. Người lập trình phải lo chia chương trình thành các overlay, phải quy định từng overlay sẽ được giữ ở đâu trong bộ nhớ phụ, phải thu xếp để vận chuyển các overlay giữa bộ nhớ chính và bộ nhớ phụ và nối chung là phải tự mình quản lý toàn bộ quá trình overlay.