Ổ đĩa cứng – HDD (Phần 2)

Các thành phần cấu tạo ổ đĩa cứng

Ổ đĩa cứng gồm các thành phần, bộ phận có thể liệt kê tổng quát và giải thích như sau:

1. Cụm đĩa

- Đĩa từ (platter): Thường bằng nhôm hoặc thuỷ tinh, trên bề mặt được phủ một lớp vật liệu từ tính để chứa dữ liệu. Tuỳ theo hãng sản xuất mà số lượng đĩa có thể nhiều hơn một và các đĩa này được sử dụng một hoặc cả hai mặt trên và dưới. Các đĩa từ được gắn song song, quay đồng trục, cùng tốc độ với nhau khi hoạt động.

- Động cơ và trục quay: các đĩa từ được gắn lên trục quay 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 được 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 bị sai lệch.

2. Cụm đầu đọc

- Đầu đọc/ghi (head): Đầu đọc đơn giản được cấu tạo gồm lõi ferit và cuộn dây (giống như nam châm điện). Đầu đọc trong đĩa cứng 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.

- Cần di chuyển đầu đọc/ghi (head arm hoặc actuator arm): Đầu đọc/ghi được gắn vào cần di chuyển đầu đọc/ghi. Cần có nhiệm vụ di chuyển theo phương song song với các đĩa từ ở một khoảng cách nhất định, dịch chuyển và định vị chính xác đầu đọc tại các vị trí từ mép đĩa đến vùng phía trong của đĩa (phía trục quay). Các cần di chuyển đầu đọc được di chuyển đồng thời với nhau do chúng được gắn chung trên một trục quay (đồng trục).

3. 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 nối (jumper): Lựa chọn chế độ làm việc của ổ đĩa cứng (SATA 150 hoặc SATA 300) hay thứ tự trên các kênh trên giao tiếp IDE (master hay slave hoặc tự lựa chọn), lựa chọn các thông số làm việc khác…

4. Vỏ đĩa cứng

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, chịu đựng sự va chạm (ở mức độ thấp) để bảo vệ ổ đĩa cứng và đảm bảo độ kín khít để không cho phép bụi được lọt vào bên trong của ổ đĩa cứng. Trên vỏ bảo vệ có các lỗ thoáng đảm bảo cản bụi và cân bằng áp suất giữa môi trường bên ngoài và môi trường không khí có độ sạch cao bên trong.

Cấu trúc dữ liệu của đĩa cứng

Track

Trên một mặt làm việc của đĩa từ chia ra nhiều vòng tròn đồng tâm tạo thành các track (rãnh) 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).

Khi 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 tín hành format cấp thấp cho nó để tái cấu trúc lại các track cho phù hợp hơn với sự xuống cấp của phần cơ.

Sector

Mỗi track được chia thành những phần nhỏ bằng 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 chứa (dung lượng) 512 byte. Số sector trên các track từ phần rìa đĩa vào đến vùng tâm đĩa là khác nhau, các ổ đĩa cứng đều chia ra hơn 10 vùng mà trong mỗi vùng có số sector/track bằng nhau.

Cluster

Trong lĩnh vực lưu trữ dữ liệu (đĩa mềm hoặc đĩa cứng) ở mức độ hệ điều hành (HĐH), cluster (liên cung) là một đơn vị lưu trữ gồm một hoặc nhiều sector. Khi HĐH lưu trữ một tập tin vào đĩa, nó ghi tập tin đó vào hàng chục, có khi hàng trăm cluster liền nhau. Nếu không sẵn cluster liền nhau, HĐH sẽ tìm kiếm cluster còn trống ở kế đó và ghi tiếp tập tin lên đĩa. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi toàn bộ được cất giữ hết.

Cylinder

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 1 của mặt trên và rãnh 1 của mặt dưới. Trên các đĩa cứng sắp xếp cái này chồng lên cái kia, một cylinder gồm các rãnh trên cả hai mặt của tất cả các đĩa. Trên một ổ đĩa cứng có nhiều cylinder bởi có nhiều track trên mỗi mặt đĩa từ.

Đọc và ghi dữ liệu trên bề mặt đĩa

Sự hoạt động của đĩa cứng cần thực hiện đồng thời hai chuyển động: Chuyển động quay của các đĩa và chuyển động ra vô của các đầu đọc. Đĩa từ quay được nhờ gắn cùng trục với động cơ và có tốc độ rất lớn từ 3600 đến 15.000 vòng/phút. Mỗi loại ổ đĩa cứng có một tốc độ nhất định tùy theo công nghệ chế tạo.

Khi đĩa cứng quay đều, cần di chuyển 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 làm đầu đọc/ghi tới bất kỳ vị trí nào trên bề mặt đĩa.

Tại các vị trí cần đọc ghi, đầu đọc/ghi có các bộ cảm biến với điện trường để đọc hay ghi dữ liệu.

Dữ liệu được ghi/đọc đồng thời trên mọi đĩa. Việc thực hiện phân bổ dữ liệu trên các đĩa được thực hiện nhờ các mạch điều khiển trên bo mạch của ổ đĩa cứng.

còn tiếp

Duy Thông

Sưu tầm

Leave a Comment.