Storage [Chapter 2.1] Tìm hiểu ổ cứng HDD

root · Jul 18, 2016

Tìm hiểu các thành phần ổ cứng HDD

Đĩa cứng HDD – Hard disk Driver.
Hiện nay đĩa cứng được chia 2 loại chính: HDD và SSD
Ổ cứng là thiết bị rất quan trọng dùng để lưu trữ dữ liệu. Những thành phần khác trong máy tính bị hư hỏng có thể sửa chữa hoặc thay thế được. Nhưng nếu ổ cứng bị hỏng thì bạn sẽ mất dữ liệu và thường rất khó để lấy lại được.

- Tham khảo thêm các bài viết tìm hiểu về ổ cứng HDD và SSD dành cho PC, laptop và các máy chủ Server.

I/ Tìm hiểu các thành phần ổ cứng HDD

1/ Giới thiệu ổ cứng HDD

Ổ đĩa cứng HDD 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.

- Có thể kể các loại ổ cứng HDD thông dụng như

HDD 5400 rpm/s
HDD 7200 rpm/s thông dụng với các ổ cứng sản xuất từ thời 2008
HDD 10000rpm/s Thường sử dụng trong các server, thiết bị lưu trữ
HDD 15000rpm/s Thường sử dụng trong các server, thiết bị lưu trữ

2/ Các thành phần ổ cứng HDD

- Trong đĩa cứng HDD có rất nhiều thành phần.

- Ở đây mình chỉ nói sơ qua một vài thành phần chính của ổ cứng HDD dùng để lưu dữ liệu thôi.

Plater: đĩa từ
Track
Cylinder
Trục quay
Heads – các đầu đọc ghi

2.1/ Platter HDD - đĩa từ HDD

- Đĩa từ (platter): Đĩa từ thường cấu tạo bằng nhôm hoặc thuỷ tinh, trên bề mặt được phủ một lớp vật liệu từ tính. Đây là nơi để chứa dữ liệu…

-Tùy thuộc vào dung lượng và công nghệ của mỗi hãng sản xuất khác nhau mà:

Số lượng đĩa từ trên ổ cứng HDD có thể là một đĩa từ hoặc nhiều hơn một
Đĩa từ có thể sử dụng được cả hai mặt (mặt trên và mặt dưới).
Mỗi ổ cứng HDD có thể có nhiều đĩa từ, được gắn song song với nhau, quay đồng trục và cùng tốc độ với nhau khi hoạt động.

Như hình dưới đây cho thấy ổ cứng này có 4 đĩa từ (Platter).

Dưới đây là các thành phần đơn vị lưu trữ dữ liệu trên đĩa từ.

Sector
Cluster
Track

2.2/ Track HDD

- Trên một mặt của đĩa từ chia ra làm nhiều vòng tròn đồng tâm gọi là các track.
- Thường mỗi đĩa từ có từ 321 đến 2048 rãnh (Track).
- Track trên ổ cứng không cố định. Có thể thay đổi vị trí của Track khi sử dụng low format (định dạng cấp thấp ổ đĩa).

- Khi một ổ đĩa cứng HDD đã hoạt động quá nhiều năm liên tục, sẽ xuất hiện nhiều khối hư hỏng (bad block) thì có nghĩa là phần cơ của nó đã rơ rão và làm việc không chính xác như ban đầu. Lúc này tốt nhất là format cấp thấp cho nó để tương thích hơn với chế độ làm việc của phần cơ.

2.3/ Sector HDD

- Các track được chia thành nhiều đơn vị logic gọi là sector (cung từ).
- 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 HDD đều chia ra hơn 10 vùng mà trong mỗi vùng có số sector/track bằng nhau.

- Mỗi một sector có địa chỉ riêng (được quy định bằng số track cộng với số sector), dùng để tổ chức và định vị dữ liệu.

- Kể từ 1/2011 các hãng sản xuất đĩa cứng HDD đã chuyển sang công nghệ mới Advance Format.

Cấu trúc sector 512-byte và Advance Format

Sync/DAM: Khối chứa địa chỉ vị trí dữ liệu
ECC: Mã sửa lỗi

- Sector 512-byte:

Sector 512 byte có 40 byte ECC và có thêm một khoảng trắng nhỏ giữa các sectors.

- Advanced Format:

Sử dụng sector 4 Kb và 100 byte cho ECC. Tương đương với 8 Sector 512 byte sử dụng 230 byte cho ECC. Vì vậy, Advance Format tiết kiệm được các khoảng trống nhỏ giữa các sector và 220 byte so với Sector 512 Byte.
Như vậy, Adanced Format giúp giảm không gian lưu trữ lãng phí khoảng 8 lần, hiệu suất tăng 7-11 %
Cải tiến việc sửa lỗi theo khối lên đến 50% vì sử dụng đoạn mã ECC lớn.

2.4/ Cluster HDD

- Các Sector trên cùng một track kết hợp với nhau tạo thành Cluster và dữ liệu sẽ được lưu trữ trên các Cluster.
- Thường khi format thì 1 Cluster = 8 Sector (4Kb).

Trên windows gọi đơn vị này là Cluster
Trên Linux gợi đơn vị này là inode.

- Khi lưu trữ 1 tập tin vào đĩa cứng HDD . Ổ cứng HDD sẽ tìm kiếm các cluster còn trống kế tiếp nhau để ghi dữ lieuek lên. Trong trường hợp các cluster không liên nhau thì nó sẽ kiếm các cluster còn trống kế tiếp đó nữa (đây chính là nguyên nhân của sự phân mãnh trên đĩa cứng HDD).

2.5/ Cylinder HDD

- Tập hợp các track cùng bán kính ở các mặt đĩa từ khác nhau tạo thành các Cylinder.
- Cylinder là tập hợp các track có Heads (đầu đọc/ghi) đang nằm trên một track nào đó thì tập hợp toàn bộ các track trên các bề mặt đĩa còn lại mà các heads (đầu đọc/ghi) còn lại đang làm việc tại đó.

- Mỗi đĩa từ có nhiều track nên trên một ổ đĩa cứng HDD sẽ có nhiều cylinder.

2.6/ Trục quay HDD

- Trục quay là trục để gắn các đĩa từ lên nó, chúng được nối trực tiếp với động cơ quay đĩa cứng HDD. Trục quay có nhiệm vụ truyền chuyển động quay từ động cơ đến các đĩa từ.

2.7/ Head HDD - Đầu đọc/ghi

- Đầu đọc đơn giản được cấu tạo gồm lõi ferit và cuộn dây (giống như nam châm điện). Đầu đọc nằm cách đĩa từ 1 khoảng cách rất nhỏ để đọc và ghi dữ liệu dưới dạng từ hóa trên bề mặt đĩa từ.
- Gần đây các công nghệ mới hơn giúp cho ổ đĩa cứng HDD hoạt động với mật độ xít 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 HDD 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, có nghĩa chúng nhỏ hơn hoặc bằng hai lần số đĩa (nhỏ hơn trong trường hợp ví dụ hai đĩa nhưng chỉ sử dụng 3 mặt).

Search