Ổ cứng
Thursday, October 24, 2013
11:43 AM
I. Nội dung chính:
1. Khái niệm về ổ cứng
2. Cấu tạo và đặc tính ổ cứng: HDD và SSD
3. Nguyên lý hoạt động
4. Các thông số và đặc tính của ổ cứng
5. Cách sử dụng hợp lý ổ SSD và HHD
6. Thiết đặt các chế độ hoạt động của ổ cứng
7. Hãng sản xuất ổ cứng. II. Nội dung chi tiết:
1. Khai niệm về ổ cứng: là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu. Có 2 loại ổ đĩa cứng: một là Hard Disk Drive (viết tắt: HDD) dùng bằng đĩa từ, hai là Solid State Drive (Viết tắt: SSD) dùng bộ nhớ flash để lưu trữ dữ liệu trên máy tính một cách bền vững.
- Ổ cứng là loại bộ nhớ "không thay đổi" (non-volatile), có nghĩa là chúng không bị mất dữ liệu khi ngừng cung cấp nguồn điện cho chúng.
- Ổ cứng là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống bởi chúng chứa dữ liệu thành quả của một quá trình làm việc của những người sử dụng máy tính. Những sự hư hỏng của các thiết bị khác trong hệ thống máy tính có thể sửa chữa hoặc thay thế được, nhưng dữ liệu bị mất do yếu tố hư hỏng phần cứng của ổ cứng thường rất khó lấy lại được. 2. Cấu tạo ổ cứng: (HDD và SSD)
a. Cấu tạo và đặc tính của ổ HDD như sau:
- Đĩa từ (platter): Đĩa thường cấu tạo bằng nhôm hoặc thuỷ tinh, trên bề mặt được phủ một lớp vật liệu từ tính là nơi chứa dữ liệu. Tuỳ theo hãng sản xuất mà các đĩa này được sử dụng một hoặc cả hai mặt trên và dưới. Đĩa cứng có thể có nhiều đĩa từ, chúng gắn song song, quay đồng trục, cùng tốc độ với nhau khi hoạt động.
- Track: Trên một mặt làm việc của đĩa từ chia ra nhiều vòng tròn đồng tâm thành các track. Track có thể được hiểu đơn giản giống các rãnh ghi dữ liệu giống như các đĩa nhựa (ghi âm nhạc trước đây) nhưng sự cách biệt của các rãnh ghi này không có các gờ phân biệt và chúng là các vòng tròn đồng tâm chứ không nối tiếp nhau thành dạng xoắn trôn ốc như đĩa nhựa. 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 ). |[pic] |[pic] |[pic] |
|Các track, cylinder, sector |"Đầu đọc/ghi" và "Cần di chuyển đầu đọc" | |

- Sector: 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. Số sector trên các track là khác nhau từ phần rìa đĩa vào đến vùng tâm đĩa, các ổ đĩa cứng đều chia ra hơn 10 vùng mà trong mỗi vùng có số sector/track bằng nhau.
|Khu vực |Số sector/track |Số byte/track |Tốc độ truyền dữ liệu (MBps) |
|0 |720 |368.640 |44,24 |
|1 |704 |360.448 |43,25 |
|2 |696 |356.352 |42,76 |
|3 |672 |344.064 |41,29 |
|15 |360 |184.320 |22,12 |

- Cluster (liên cung): Cluster là một đơn vị lưu trữ gồm một hoặc nhiều sectors. Khi lưu dữ liệu vào ổ cứng, các dữ liệu được ghi vào hàng chục, hoặc hàng trăm clusters liền kề hoặc không liền kề 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.
- Cylinder: Tập hợp các track cùng bán kính (cùng số hiệu trên) ở các mặt đĩa khác nhau thành các cylinder. Nói một cách chính xác hơn thì: khi đầu đọc/ghi đầu tiên làm việc tại một track nào thì tập hợp toàn bộ các track trên các bề mặt đĩa còn lại mà các đầu đọc còn lại đang làm việc tại đó gọi là cylinder (cách giải thích này chính xác hơn bởi có thể xảy ra thường hợp các đầu đọc khác nhau có khoảng cách đến tâm quay của đĩa khác nhau do quá trình chế tạo). Trên một ổ đĩa cứng có nhiều cylinder bởi có nhiều track trên mỗi mặt đĩa từ.
- Trục quay: Trục quay là trục để gắn các đĩa từ lên nó, chúng được 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 thường 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 được sai lệch - bởi chỉ một sự sai lệch nhỏ có thể gây lên sự rung lắc của toàn bộ đĩa cứng khi làm việc ở tốc độ cao, dẫn đến quá trình đọc/ghi không chính xác.
- Đầu đọc/ghi: Đầu đọc đơn giản được cấu tạo gồm lõi ferit (trước đây là lõi sắt) và cuộn dây (giống như nam châm điện). Gần đây các công nghệ mới hơn giúp cho ổ đĩa cứng hoạt động với mật độ sít chặt hơn như: chuyển các hạt từ sắp xếp theo phương vuông góc với bề mặt đĩa nên các đầu đọc được thiết kế nhỏ gọn và phát triển theo các ứng dụng công nghệ mới. 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.
- Cần di chuyển đầu đọc/ghi: Cần di chuyển đầu đọc/ghi là các thiết bị mà đầu đọc/ghi gắn vào nó. 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), có nghĩa rằng khi việc đọc/ghi dữ liệu trên bề mặt (trên và dưới nếu là loại hai mặt) ở một vị trí nào thì chúng cũng hoạt động cùng vị trí tương ứng ở các bề mặt đĩa còn lại.
b. Cấu tạo và đặc tính của ổ SSD như sau:
- SSD: Là loại ổ cứng được cấu thành từ nhiều chip nhớ Non-volatile memory chip (chip nhớ không thay đổi), ổ cứng SSD ghi và lưu dữ liệu trong các chip flash, nhờ vậy việc truy xuất dữ liệu gần như được diễn ra ngay tức khắc cho dù ổ cứng có bị phân mảnh sau một thời gian sử dụng..
- Có hai loại chip nhớ được sử dụng nhiều nhất trong chế tạo ổ SSD: Bộ nhớ NAND SLC (Single-Level Cell) – ô nhớ một cấp thường được các doanh nghiệp sử dụng vì giá thành cao hơn (3 USD/GB) và NAND MLC (Multi-Level Cell) – ô nhớ đa cấp được người dùng thông thường sử dụng (~1 USD/GB). Trong đó, 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 hai lần (2x) và tốc độ ghi sẽ chậm hơn ba lần (3x) trên một tế bào bộ nhớ NAND.
- Ổ SSD sử dụng SRAM để lưu dữ liệu, hoạt động đọc/ghi dữ liệu của SSD không kéo theo sự chuyển động của bất cứ phần nào trên ổ đĩa và do đó làm ổ đĩa bền vững hơn so với HDD, gần như không gây tiếng ồn, không có độ trễ cơ học nên mang lại tốc độ truy cập cao hơn. Đồng thời không mất thời gian khởi động như ổ HDD.
- Ngoài ra, nhờ không sử dụng đầu đọc cơ học để truy cập dữ liệu, SSD tiêu tốn ít điện năng hơn HDD và có thể hoạt động ở điện áp thấp hơn so với HDD, kích thước gọn hơn. Do đó, nó được sử dụng trong nhiều máy tính điện áp thấp. Ổ SSD của Texas Instrument sử dụng RAM có thời gian truy cập dữ liệu là 15 micro giây, nhanh gấp 250 lần ổ cứng truyền thống, còn ổ SSD sử dụng bộ nhớ flash có thời gian truy cập dữ liệu từ 80-120 micro giây.
- Ổ SSD có dải hoạt động nhiệt cao hơn HDD, thông thường trong dải nhiệt 5-55oC. Một số ổ flash có thể hoạt động ở nhiệt độ 70oC. Tuy nhiên, ổ SSD có những hạn chế về dung lượng lưu trữ, độ bền đọc/ghi so với ổ HDD thông thường. Hiện nay một ổ SSD dạng Flash có thể đọc ghi tối đa khoảng 10.000 lần cho ổ loại MLC và 100.000 lần cho ổ loại SLC. Ổ SSD đắt hơn nhiều lần so với HDD nếu tính trên đơn vị dung lượng lưu trữ.
|[pic] |[pic] |[pic] |

3. Nguyên lý hoạt động:
- Giao tiếp với máy tính: Toàn bộ cơ chế đọc/ghi dữ liệu chỉ được thực hiện khi máy tính (hoặc các thiết bị sử dụng ổ cứng) có yêu cầu truy xuất dữ liệu hoặc cần ghi dữ liệu vào ổ cứng. Việc thực hiện giao tiếp với máy tính do bo mạch của ổ cứng đảm nhiệm. Ta biết rằng máy tính làm việc khác nhau theo từng phiên làm việc, từng nhiệm vụ mà không theo một kịch bản nào, do đó quá trình đọc và ghi dữ liệu luôn luôn xảy ra, do đó các tập tin luôn bị thay đổi, xáo trộn vị trí.
- Dữ liệu trên ổ cứng không được chứa một cách liên tục mà chúng nằm rải rác khắp nơi trên bề mặt vật lý của ổ HDD và trong các chip nhớ của ổ SSD.
- Một mặt khác máy tính có thể xử lý đa nhiệm (thực hiện nhiều nhiệm vụ trong cùng một thời điểm) nên cần phải truy cập đến các tập tin khác nhau ở các thư mục khác nhau. Như vậy cơ chế đọc và ghi dữ liệu ở ổ cứng không đơn thuần thực hiện từ theo tuần tự mà chúng có thể truy cập và ghi dữ liệu ngẫu nhiên tại bất kỳ điểm nào trên bề mặt đĩa từ của ổ HDD và trong các chip nhớ của ổ SSD, đó là đặc điểm khác biệt nổi bật của ổ cứng so với các hình thức lưu trữ truy cập tuần tự (như băng từ). 4. Các thông số và đặc tính của ổ cứng
a. Thông số và đặc tính của ổ HDD:
- Dung lượng ổ đĩa cứng (Disk capacity) là một thông số thường được người sử dụng nghĩ đến đầu tiên, là cơ sở cho việc so sánh, đầu tư và nâng cấp. Người sử dụng luôn mong muốn sở hữu các ổ đĩa cứng có dung lượng lớn nhất có thể theo tầm chi phí của họ. => 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: Byte, KB MB, GB, TB. => Đa số các hãng sản xuất đều tính dung lượng theo cách có lợi (theo cách tính 1 GB = 1000 MB mà thực ra phải là 1 GB = 1024 MB) nên dung lượng mà hệ điều hành (hoặc các phần mềm kiểm tra) nhận ra của ổ đĩa cứng thường thấp hơn so với dung lượng ghi trên nhãn đĩa (ví dụ ổ đĩa cứng 40 GB thường chỉ đạt khoảng 37-38 GB).
- Tốc độ quay của ổ đĩa cứng: Tốc độ quay của đĩa cứng thường được ký hiệu bằng rpm (viết tắt của từ tiếng Anh: revolutions per minute) 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 tốc độ quay thông dụng thường là: => 3.600 rpm: Tốc độ của các ổ đĩa cứng đĩa thế hệ trước. => 4.200 rpm: Thường sử dụng với các máy tính xách tay mức giá trung bình và thấp trong thời điểm 2007. => 5.400 rpm: Thông dụng với các ổ đĩa cứng 3,5” sản xuất cách đây 2-3 năm; với các ổ đĩa cứng 2,5” cho các máy tính xách tay hiện nay đã chuyển sang tốc độ 5400 rpm để đáp ứng nhu cầu đọc/ghi dữ liệu nhanh hơn. => 7.200 rpm: Thông dụng với các ổ đĩa cứng sản xuất trong thời gian hiện tại (2007) => 10.000 rpm, 15.000 rpm: Thường sử dụng cho các ổ đĩa cứng trong các máy tính cá nhân cao cấp, máy trạm và các máy chủ có sử dụng giao tiếp SCSI
- 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. => Độ lớn của bộ nhớ đệm có ảnh hưởng đáng kể tới hiệu suất hoạt động của ổ đĩa cứng bởi việc đọc/ghi không xảy ra tức thời (do phụ thuộc vào sự di chuyển của đầu đọc/ghi, dữ liệu được truyền tới hoặc đi) sẽ được đặt tạm trong bộ nhớ đệm. Đơn vị thường tính bằng KB hoặc MB. => Dung lượng bộ nhớ đệm thường là 2 hoặc 8 MB cho các loại ổ đĩa cứng dung lượng đến khoảng 160 GB, với các ổ đĩa cứng dụng lượng lớn hơn chúng thường sử dụng bộ nhớ đệm đến 16 MB hoặc cao hơn. Bộ nhớ đệm càng lớn thì càng tốt, nhưng hiệu năng chung của ổ đĩa cứng sẽ chững lại ở một giá trị bộ nhớ đệm nhất định mà từ đó bộ nhớ đệm có thể tăng lên nhưng hiệu năng không tăng đáng kể. => Hệ điều hành cũng có thể lấy một phần bộ nhớ của hệ thống (RAM) để tạo ra một bộ nhớ đệm lưu trữ dữ liệu được lấy từ ổ đĩa cứng nhằm tối ưu việc xử lý đối với các dữ liệu thường xuyên phải truy cập, đây chỉ là một cách dùng riêng của hệ điều hành mà chúng không ảnh hưởng đến cách hoạt động hoặc hiệu suất vốn có của mỗi loại ổ đĩa cứng. Có rất nhiều phần mềm cho phép tinh chỉnh các thông số này của hệ điều hành tuỳ thuộc vào sự dư thừa RAM trên hệ thống.
- Chuẩn giao tiếp: •
|Các chuẩn giao tiếp của ổ đĩa cứng | | |
|Giao tiếp |Tên tiếng Anh đầy đủ |Tốc độ |
|(viết tắt) | |truyền dữ liệu |
|SCSI |Small Computer |Nhiều loại, xem thêm |
| |System Interface | |
|Ultra160 SCSI | |160 Mbps |
|Ultra320 SCSI | |320 Mbps |
|ATA |Advanced |Max = 133 MBps |
| |Technology Attachment | |
|SATA |Serial ATA 150 |150 MBps |
|SATA II |Serial ATA 300 |300 MBps |
|SATA 3 |Serial ATA 600 |600 MBps |

b. Thông số và đặc tính của ổ SSD
- Một số ưu điểm của SSD so với 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.
- Tốc độ: Trong khi các ổ cứng HDD đang phải ì ạch chạy với tốc độ quay 5400 rpm, 7200 rpm với khả năng đọc/ghi dữ liệu ở mức SATA 2 nghĩa là hơn 200 MB/s thì SSD có tốc độ đọc/ghi dữ liệu vượt trội so với HDD do cách thức hoạt động của chip nhớ tốt hơn nhiều so với đĩa từ (đạt đến gần 500 MB/s) và đôi khi vượt cả mức SATA 3 (6Gbps). Trong khi chip nhớ khởi động lên là có thể làm việc ngay thì đĩa từ còn cần thời gian để động cơ quay đạt được đúng tốc độ.
- Chức năng sửa lỗi ECC (Error Correcting Code): là một chức năng giúp SSD có thể tự phát hiện và sửa các lỗi dữ liệu phát sinh trong quá trình sử dụng, giúp hạn chế tình trạng dữ liệu của chúng ta không may bị mất mát hoặc hư hỏng. Tuy nhiên ECC chỉ được trang bị trên những SSD cao cấp và do đó giá thành của chúng cũng đắt hơn SSD thông thường rất nhiều, tương tự thông số MLC/SLC và chuẩn Sata, ECC cũng được nhà sản xuất công bố và ghi rõ trên bao bì (cũng như trang web) của sản phẩm cho người sử dụng được biết.
- Chức năng nâng cao hiệu suất nhờ lệnh TRIM: Sau một thời gian sử dụng, hiệu suất của SSD sẽ dần suy giảm và khi sử dụng ổ SSD thì nó không đưa ra bất cứ cảnh báo hay hiện tượng lạ nào khi sắp gặp một sự cố nghiêm trọng, vì thế nguy cơ mất dữ liệu bất ngờ khi sử dụng SSD sau một thời gian dài là khá cao. Đó là bởi vì bộ nhớ NAND flash không thể ghi đè dữ liệu. Chip điều khiển sẽ xóa đi dữ liệu cũ và ghi đè lên vùng trống đó. Lệnh TRIM, cho phép một hệ điều hành được hỗ trợ như Windows 7, Windows 8, chủ động thông báo cho ổ SSD biết khối dữ liệu nào xem như không còn được dùng và có thể xóa từ bên trong. Việc này giúp ổ hoạt động hiệu quả hơn và dẫn đến hiệu năng nhanh hơn. Thường thì lệnh TRIM sẽ được tự kích hoạt theo mặc định. 5. Cách sử dụng hợp lý ổ SSD và HHD:
- Hiện nay, ngày càng nhiều người dùng có điều kiện sở hữu được máy tính có cấu hình mạnh, theo đó việc nâng cấp ổ cứng SSD cho laptop cũng là một trong những vấn đề luôn được người dùng quan tâm. Nâng cấp ổ cứng SSD đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ cải thiện được hiệu suất hoạt động của máy tính nhưng cũng cần lưu ý các vấn đề sau: => Sử dụng ổ cứng SSD có kích cỡ đúng chuẩn 2.5 inch, tùy theo mainboard hỗ trợ chuẩn SATA 2 hay SATA 3 (Ví dụ: Nếu bạn dùng chuẩn SATA 3 nhưng máy tính chỉ hỗ trợ được chuẩn SATA 2 thì ổ cứng của bạn chỉ chạy được tối đa ở mức chuẩn SATA 2). => Tuy rằng ổ cứng SSD có tốc độ truy xuất dữ liệu cao nhưng vì dùng chip nhớ flash nên việc đọc/ghi dữ liệu nhiều sẽ làm giảm tuổi thọ của ổ cứng. Vì thế, thông thường ổ cứng SSD với dung lượng nhỏ chúng ta chỉ nên cài đặt hệ điều hành, drivers các ứng dụng phần mềm vì chúng ta không chỉnh sửa, xóa nhiều đảm bảo ổ cứng kéo dài tuổi thọ, còn các dữ liệu cá nhân, nhạc, hình ảnh, phim,…chúng ta phân vùng lại và lưu vào ổ HDD. => Khi bạn mua thêm một ổ cứng SSD thì bạn sẽ dư ra một ổ HDD, để tận dụng ổ HDD này thì bạn có thể dùng thiết bị Caddy bay để gắn vào máy thay thế ổ đĩa CD/DVD Rom. Caddy bay SATA có các loại dùng cho laptop thông thường dày 12,7 mm; 9,5 mm; hoặc loại dùng cho các máy tính xách tay đời mới Ultrabook dày 7 mm. Tuy nhiên đây không phải là một sản phẩm phổ biến và được ưa dùng trên thị trường nên việc lựa chọn hay tìm được sản phẩm chính hãng không dễ.
- Khi sử dụng ổ cứng HDD ta không nên di chuyển nhiều lúc máy đăng bật. Hãy tắt đi rồi mới di chuyển. 6. Thiết đặt các chế độ hoạt động của ổ cứng
a. Phân vùng: (partition): là tập hợp các vùng ghi nhớ dữ liệu trên các Track, cylinder gần nhau hoặc các chip nhớ ở ổ SSD với dung lượng theo thiết đặt của người sử dụng để sử dụng cho các mục đích sử dụng khác nhau.
b. Định dạng của phân vùng: Lựa chọn định dạng các phân vùng là hành động tiếp sau khi quy hoạch phân vùng ổ cứng. Tuỳ thuộc vào các hệ điều hành sử dụng mà cần lựa chọn các kiểu định dạng sử dụng trên ổ cứng. Một số định dạng sử dụng trong các hệ điều hành họ Windows có thể là:
- FAT (File Allocation Table): Chuẩn hỗ trợ DOS và các hệ điều hành họ Windows 9X/Me (và các hệ điều hành sau ). Phân vùng FAT hỗ trợ độ dài tên 11 ký tự (8 ký tự tên và 3 ký tự mở rộng) trong DOS hoặc 255 ký tự trong các hệ điều hành 32 bit như Windows 9X/Me. FAT có thể sử dụng 12 hoặc 16 bit, dung lượng tối đa một phân vùng FAT chỉ đến 2 GB dữ liệu.
- FAT32 (File Allocation Table, 32-bit): Tương tự như FAT, nhưng nó được hỗ trợ bắt đầu từ hệ điều hành Windows 95 OSR2 và toàn bộ các hệ điều hành sau này. Dung lượng tối đa của một phân vùng FAT32 có thể lên tới 2 TB (2.048 GB).
- NTFS (Windows New Tech File System): Được hỗ trợ bắt đầu từ các hệ điều hành họ NT/2000/XP/Vista. Một phân vùng NTFS có thể có dung lượng tối đa đến 16 exabytes.
- exFAT (extended File Allocation Table): được thiết kế đặc biệt cho các ổ flash USB.
- Không chỉ có thế, các hệ điều hành họ Linux sử dụng các loại định dạng tập tin riêng. 7. Hãng sản xuất ổ cứng: Có rất nhiều hãng, công ty sản xuất ổ đĩa cứng, có thể kể đến một số thương hiệu như sau (sắp xếp ngẫu nhiên không theo quy luật): IBM, Seagate, Hitachi, Western Digital, Sam sung.... ter