Đọc xong chương này, bạn có thể nhận diện, phân biệt thiết bị lưu trữ. Hiểu biết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ổ đĩa cứng. Giải thích các chuẩn giao tiếp và thông số kỹ thuật của các thiết bị lưu trữ (HDD, CD-DVD). Phương pháp lắp đặt HDD, CD-DVD. Chẩn đoán và xử lý các lỗi thường gặp về thiết bị lưu trữ.
1. Thiết bị lưu trữ có vai trò gì?
Thiết bị lưu trữ có chức năng chính là lưu trữ toàn bộ các thông tin như: hệ điều hành (OS), software, data… Thiết bị lưu trữ còn được gọi là bộ nhớ phụ hay bộ nhớ ngoài, thuộc loại bộ nhớ bất biến (nonvolatile), có nghĩa là chúng không bị mất dữ liệu khi ngừng cung cấp nguồn điện cho chúng.
2. Ổ đĩa cứng là gì?
Ổ đĩa cứng (HDD – Hard Disk Drive): thiết bị lưu trữ phổ biến nhất mà bất kì một máy tính nào cũng có trang bị, dữ liệu được lưu trữ dữ liệu trên bề mặt các tấm đĩa hình tròn phủ vật liệu từ tính. Ưu điểm chính của HDD là nhỏ gọn, tốc độ truy xuất nhanh, dung lượng lưu trữ lớn, thời gian sử dụng bền lâu.
2.1. Cấu tạo ổ đĩa cứng
2.1.1. Cấu tạo vật lý của HDD?
– Khung sườn ổ cứng (Base Casting): Chức tất cả thành phần bên trong của ổ cứng, làm bằng hợp kim nhôm giúp định vị các chi tiết bên trong và đảm bảo độ kín.
– Đĩa từ (Platter): Nơi chứa dữ liệu của đĩa cứng. Bao gồm một hoặc nhiều lớp đĩa mỏng đặt trên một môtơ có tốc độ quay rất cao, làm bằng nhôm, hợp chất gốm và thuỷ tinh, 2 mặt được phủ lớp từ tính và lớp bảo vệ, được gắn trên cùng 1 trục.
– Đầu đọc (head): dùng đọc/ghi dữ liệu, mỗi mặt đĩa có một đầu đọc/ghi riêng.
– Bo mạch (Logic Board): truyền tín hiệu giữa máy tính và HDD. Thành phần quan trọng để điều khiển mọi hoạt động của đĩa cứng. Nó được cấu tạo gồm nhiều linh kiện điện tử rất nhỏ.
– Cache: bộ nhớ đệm dùng làm nơi lưu dữ liệu tạm thời.
– Moto: dùng để quay đĩa từ.
2.1.2. Cấu tạo luận lý của HDD?
– Track: là những vòng tròn đồng tâm trên mỗi 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).
– Sector: (cung) trên track chia thành những phần nhỏ bằng các đoạn hướng tâm thành các sector. Các sector là phần nhỏ cuối cùng được chia ra để chứa dữ liệu. Theo chuẩn thông thường thì một sector chứa dung lượng 512 byte.
– Cylinder: tập hợp những track đồng tâm của tất cả các lá đĩa.
– Cluster: tập hợp nhiều sector liền kề nhau.
2.2. Các thông số kỹ thuật?
Dung lượng: khả năng lưu trữ dữ liệu của đĩa. Dung lượng ổ đĩa cứng được tính bằng: (số byte/sector) × (số sector/track) × (số cylinder) × (số đầu đọc/ghi). Dung lượng của ổ đĩa cứng tính theo các đơn vị dung lượng cơ bản thông thường: GB, TB. Ví dụ: 80, 120, 250GB, 1TB….
Tốc độ quay của đĩa: là tốc độ vòng quay của phiến đĩa, thường được ký hiệu bằng rpm (revolutions per minute) là số vòng quay trong một phút. Tốc độ quay càng cao thì ổ càng làm việc nhanh do chúng thực hiện đọc/ghi nhanh hơn, thời gian tìm kiếm thấp. Các ổ cứng hiện nay quay ở một số tốc độ như: 5400rpm, 7200rpm, 10000rpm, 15000rpm…
Bộ nhớ đệm (cache hoặc buffer): trong ổ đĩa cứng cũng giống như RAM của máy tính, chúng có nhiệm vụ lưu tạm dữ liệu trong quá trình làm việc của ổ đĩa
cứng. Đơn vị thường bính bằng KB hoặc MB như: 4MB, 8MB, 16MB…
Chuẩn giao tiếp: Có nhiều chuẩn giao tiếp khác nhau giữa ổ đĩa cứng với hệ thống phần cứng, sự đa dạng này một phần xuất phát từ yêu cầu tốc độ đọc/ghi dữ liệu khác nhau giữa các hệ thống máy tính. Các chuẩn giao tiếp như ATA, SATA, SCSI…
Tốc độ truy xuất dữ liệu:
– Tốc độ truyền dữ liệu (transfer Rate).
– Tốc độ tìm kiếm trung bình (Average Seek Time).
– Thời gian truy cập ngẫu nhiên (Random Access Time).
2.3. Các chuẩn giao tiếp là gì?
Chuẩn giao tiếp lưu trữ là tập hợp các qui định, phương thức giúp trao đổi dữ liệu giữa máy tính với các thiết bị lưu trữ. Cho đến hiện nay, các giao diện thông dụng ghép nối ổ đĩa cứng với máy tính gồm: Parallel ATA (PATA – Parallel Advanced Technology Attachments), còn gọi là ATA/IDE/EIDE (Integrated Drive Electronics), Serial ATA (SATA), SCSI – Small Computer System Interface, Serial Attached SCSI (SAS) và iSCSI – Internet SCSI. Trong tài liệu này, ta đề cập chi tiết ba chuẩn ghép nối thông dụng nhất cho máy tính là PATA/ATA/IDE, SATA và SCSI.
2.3.1. Chuẩn kết nối PATA/ATA/IDE là gì?
Chuẩn kết nối PATA/ATA/IDE sử dụng cáp dẹt có 40 hoặc 80 sợi để kết nối CD/DVD, HDD với với mạch điều khiển IDE trên mainboard của máy tính.
Một sợi cáp thường có 2 đầu nối tương ứng là Primary IDE và Secondary IDE, có thể kết nối hai thiết bị một ổ đĩa chủ (master) và một ổ đĩa tớ (slave). Tốc độ truyền dữ liệu cao nhất là 133 MBps
2.3.2. Chuẩn kết nối SATA là gì ?
SATA (Serial ATA) là đầu cắm 7 chân trên mainboard để cắm các loại ổ cứng, CD. SATA hỗ trợ nhiều tính năng tiên tiến vượt trội so với ATA như truyền dữ liệu nhanh hơn, hiệu quả hơn, truyền tín hiệu xa hơn, an toàn hơn.
Mỗi dây cáp chỉ kết nối 1 thiết bị. Do không dùng chung cable, nên không có các Jumper set trên HDD để phân chia chế độ Master, Slave.
Hiện nay có 3 loại tốc độ truyền dữ liệu: SATA thế hệ 1 tốc độ đạt 1.5Gbps (khoảng 150 MBps), SATA 2 đạt 3.0Gbps (khoảng 300MBps) và SATA 3 đạt 6.0Gbps (khoảng 600MBps).
Bảng so sánh chuẩn ATA – SATA
2.3.3. Chuẩn giao tiếp SCSI là gì?
SCSI (Small Computer System Interface) là một tập các chuẩn về kết nối vật lý và truyền dữ liệu giữa máy tính và thiết bị ngoại vi, số chân 50 hoặc 68, thường được sử dụng trong các máy chủ.
Tương tự SATA, chuẩn SCSI cũng cung cấp nhiều tính năng tiên tiến như tốc độ truyền dữ liệu và tính ổ định rất cao và tính năng cắm nóng (hotPlug). SCSI đạt được tốc độ truyền dữ liệu 320 MBps, 640 MBps.
2.4. Các công nghệ tích hợp vào HDD?
S.M.A.R.T (Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology)
– Tự động theo dõi và báo cáo tình trạng hoạt động (vật lý) của đĩa cứng. Được dùng kết hợp với chương trình trên OS để đưa ra cảnh báo cho người dùng.
– SMART hoạt động bằng cách so sánh các thông số hoạt động hiện tại của đĩa với các thông số mặc định của nhà sản xuất.
NCQ (Native Command Queuing)
– Dùng kỹ thuật sắp xếp câu lệnh tìm kiếm hợp lý giúp tăng tốc độ truy xuất dữ liệu.
– NCQ phải được hỗ trợ bởi chipset (Advanced Host Controller Interface – AHCI).
2.5. Lỗi thường gặp của HDD?
2.5.1. Lắp đặt sai kỹ thuật
– Triệu chứng, dấu hiệu: Máy không khởi động. Máy không nhận ra đĩa cứng (thường có thông báo “can not Found boot devices”) hoặc nhận không đúng dung lượng. Đĩa truy xuất chậm, không ổn định.
– Chẩn đoán, khắc phục: Kiểm tra jumper. Kiểm tra cáp nối, chọn đúng loại cáp dành cho ổ đĩa.
2.5.2. Bab sector
– 1 vùng sector hỏng có thể gây hỏng toàn bộ đĩa.
– Triệu chứng, dấu hiệu: Máy hay bị treo khi hoạt động. Xuất hiện thông báo lỗi ghi sao chép, di chuyển tập tin. Tên tập tin, thư mục bị thay đổi (□ □ □ □ □) hoặc mất. Truy xuất dữ liệu trên đĩa rất lâu. Nội dung tập tin hiển thị sai.
– Chẩn đoán, khắc phục: Dùng các chương trình chuyên dụng của mỗi hãng (dùng trong DOS, Windows) như: Seatools của Seagate, Data Lifeguard Diagnostics của Western Digital, ClearHDD của Samsung, Windows Check Disk, HDD Regenerator (Hiren’s Boot CD).
2.5.3. Lỗi bo mạch, hỏng chip
– Triệu chứng, dấu hiệu: Máy không nhận ra đĩa cứng. Trên bo mạch có mùi lạ. Đĩa cứng không quay (không rung động).
– Chẩn đoán, khắc phục: Quan sát trên mạch để tìm các dấu hiệu bất thường. Sử dụng một bo mạch khác cùng loại để thay thế.
3. Ổ đĩa quang là gì?
3.1. Khái niệm
Đĩa quang (optical disc) chỉ chung các loại đĩa mà dữ liệu được ghi/đọc bằng tia ánh sáng hội tụ. Tuỳ thuộc vào từng loại đĩa quang (CD, DVD…) mà chúng có các khả năng chứa dữ liệu với dung lượ ng khác nhau.
Ổ đĩa quang (Optical Disk Drive) là một loại thiết bị dùng để đọc đĩa quang, nó sử dụng một loại thiết bị phát ra một tia laser chiếu vào bề mặt đĩa quang và phản xạ lại trên đầu thu và được giải mã thành tín hiệu. Những ổ đĩa quang được sử dụng trong các máy vi tính bao gồm ổ đọc dữ liệu (Read-only) và ổ đọc-ghi kết hợp (Burn and Read)
Có hai họ đĩa quang chính: đĩa CD (Compact Disk) và đĩa DVD (Digital Video Disk). Đĩa CD ra đời trước có dung lượng nhỏ, tốc độ chậm, thường được sử dụng để lưu dữ liệu, âm thanh và phim ảnh có chất lượng thấp. Đĩa DVD ra đời sau, có dung lượng lớn, tốc độ truy nhập cao và cho phép lưu dữ liệu, âm thanh và phim ảnh có chất lượng cao hơn.
3.2. Đĩa CD là gì?
Họ đĩa CD gồm 3 loại chính: đĩa CD chỉ đọc (CD-ROM – Read Only CD), đĩa CD có thể ghi 1 lần (CD-R – Recordable CD) và đĩa CD có thể ghi lại (CD-RW – Rewritable CD).
Đĩa CD-ROM được ghi sẵn nội dung từ khi sản xuất và chỉ có thể đọc ra trong quá trình sử dụng. CD-ROM thường được sử dụng để lưu âm nhạc và các phần mềm.
Đĩa CD-R là đĩa có thể ghi một lần duy nhất bởi người sử dụng. Sau khi thông tin được ghi, đĩa trở thành loại chỉ đọc. CD-R định dạng theo kiểu CDFS (CD
file system)
Ngược lại, đĩa CD-RW cho phép xoá thông tin đã ghi và ghi lại nhiều lần. CD RW định dạng theo kiểu UDF (Universal Data Format). Đĩa CD-RW thường có giá thành cao và có thể ghi lại khoảng 1000 lần.
Dung lượng tối đa của đĩa CD là 700MB hoặc 80 phút nếu lưu âm thanh. Ổ đĩa sử dụng tia laser hồng ngoại với bước sóng 780 nm để đọc thông tin. Tốc độ truyền thông tin của đĩa CD được tính theo tốc độ cơ sở (150KB/s) nhân với hệ số nhân. Ví dụ, đĩa có tốc độ đọc 4X thì tốc độ tối đa có thể đọc là 4 x 150KB/s = 600 KB/s; nếu đĩa có tốc độ đọc 50X thì tốc độ tối đa có thể đọc là 50 x 150KB/s = 7500 KB/s.
3.3. Đĩa DVD là gì?
Tương tự họ CD, họ DVD cũng gồm nhiều loại: đĩa DVD chỉ đọc (DVD- ROM – Read Only DVD), đĩa có thể ghi 1 lần (DVD-R – Recordable DVD), đĩa có thể ghi lại (DVD-RW -Rewritable DVD), đĩa DVD mật độ cao (HD-DVD – High- density DVD) và đĩa DVD mật độ siêu cao (Blu-ray DVD – Ultra-high density DVD).
DVD-ROM thường được sử dụng để lưu phim ảnh và các phần mềm có dung lượng lớn. Đĩa DVD-R là đĩa có thể ghi một lần duy nhất bởi người sử dụng. Sau khi thông tin được ghi, đĩa trở thành loại chỉ đọc. Ngược lại, đĩa DVD-RW cho phép xoá thông tin đã ghi và ghi lại nhiều lần. Đĩa HD-DVD và Blu-ray DVD là các loại đĩa DVD có dung lượng siêu cao với dung lương tương ứng vào khoảng 15GB và 25GB với đĩa một lớp.
Đĩa DVD có khả năng ghi trên nhiều lớp khác nhau, có nhiều dung lượng khác nhau (DVD-5: 4,7GB một mặt, một lớp.DVD-9: 8,5GB một mặt, hai lớp.DVD-10: 9,4GB hai mặt, một lớp. DVD-18: 17.1GB hai mặt, hai lớp). Ổ đĩa DVD sử dụng tia laser hồng ngoại có bước sóng 650nm, ngắn hơn nhiều so với bước sóng tia laser dùng trong ổ đĩa CD. Tốc độ truyền thông tin của đĩa DVD được tính theo tốc độ cơ sở (1350KB/s) nhân với hệ số nhân. Ví dụ, đĩa có tốc độ đọc 4X thì tốc độ tối đa có thể đọc là 4 x 1350KB/s = 5400 KB/s; nếu đĩa có tốc độ đọc 16X thì tốc độ tối đa có thể đọc là 16 x 1350KB/s = 21600 KB/s. Đĩa HD-DVD và Blu-ray DVD là các đĩa quang cao cấp với dung lượng rất lớn và tốc độ truy nhập cao. Đĩa HD-DVD do Toshiba phát minh, sử dụng tia laser xanh với bước sóng rất ngắn. Đĩa HD-DVD đạt dung lượng 15GB cho một lớp và 30GB cho hai lớp. Đĩa Blu-ray DVD do Sony phát minh, sử dụng tia laser với bước sóng 405nm. Đĩa Blu-ray DVD đạt dung lượng 30GB cho một lớp và 50GB cho hai
lớp.
4. Một số thiết bị lưu trữ khác
Ngoài các thiết bị lưu trữ trên, còn có nhiều thiết bị lưu trữ khác giúp cho người sử dụng dễ dàng lưu trữ, chia sẽ thông tin.
4.1. Đĩa cứng thể rắn SSD là gì?
Đĩa cứng thể rắn (SSD – Solid-State Drive) là ổ cứng không sử dụng đĩa từ mà có cấu tạo từ những chip nhớ. Do đó, ổ cứng SSD có độ bền cao khi di chuyển (do không có bộ phận cơ khí), tiêu thụ ít điện năng hơn, nhẹ hơn, nhỏ hơn và tốc độ làm việc nhanh hơn ổ cứng thông thường rất nhiều.
4.2. Đĩa mềm FD và ổ đĩa mềm FDD là gì?
Đĩa mềm (FD – Floppy Disc): dung lượng có giới hạn, tối đa 2.88 MB. Hầu hết các đĩa mềm chỉ sử dụng dung lượng 1.44 MB, tốc độ truy xuất chậm, do dung lượng ít và tốc độ hạn chế nên ngày nay ổ đĩa mềm & đĩa mềm không còn phổ biến. ổ đĩa mềm (FDD – Floppy Disk Drive) dùng để đọc đĩa mềm.
4.3. Thẻ nhớ và USB là gì?
Là thiết bị lưu trữ nhỏ gọn sử dụng chip nhớ, phù hợp với các ứng dụng lưu trữ di động.
Thẻ nhớ gồm nhiều loại như: SM (SmartMedia), XD (xD-Picture Card), SD (Secure Digital), MMC (MultiMediaCard), MS (Memory Stick), MSPRO, CF (CompactFlash), MD, USB flash drive…
