Tìm hiểu về cấu tạo ổ đĩa cứng và nguyên lý vận hành bên trong ổ đĩa cứng

Ổ đĩa cứng ngày nay rất phổ biến, nhưng có bao giờ bạn muốn biết nó được cấu tạo như thế nào và vận hành ra sao?

Ngày đăng: 12-03-2016

3,072 lượt xem

CẤU TẠO Ổ ĐĨA CỨNG VÀ NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH

Các bạn thân mến! Ngày nay nói đến ổ đĩa cứng dường như đã trở nên quá bình thường cho mọi người, thậm chí có người còn bảo là nó sắp "hết thời" rồi. Ai mà biết được khi mà lĩnh vực công nghệ phát triển quá nhanh chóng. Thế nhưng là dân "I Tờ" chúng ta cũng cần biết nó được cấu tạo như thế nào và vận hành ra sao, cũng như nhà máy sản xuất đã sản xuất ra như thế nào. Biển học mênh mông, hơn nữa chỉ cần lên Google gõ vài chử là cũng có thể biết được. Tuy nhiên thay vì phải gõ nhiều lần, đọc nhiều chổ thì hãy để tại hạ làm điều đó giúp cho quý vị, quý vị chỉ việc ngồi thưởng thức mà thôi! Xin được phép bắt...đầu!!!

SƠ NÉT VỀ LỊCH SỬ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH NÊN Ổ ĐĨA CỨNG:

Mấy ngày qua có nhiều anh em bằng hữu gần xa hỏi mình là dạo này bộ có chuyện gì sao mà thấy mấy bài viết của Phước Lợi Group sặt mùi kỹ thuật cứng ngắt chứ không thấy vui vẻ như trước. Mình nói tại ăn tết hết tiền nên hỏng có vui, mấy bữa qua cày kiếm được chút đỉnh nên hôm nay hát bài : " và con tim đã vui trở lại " được rồi nên viết vui vui một tí để anh em đọc không có nhàm chán. Tuy nhiên nếu chư vị nào khó tính xin cũng bỏ qua cho!!! Tại hạ xin được phép chân thành cảm tạ!

Vào năm ... ủa mà khoan! Có quý vị nào chưa biết ổ đĩa cứng là gì không vậy ta? Thôi thì chúng ta dành ít phút để giải thích nhé. Ổ đĩa cứng hay tên tiếng Tây tiếng U là Hard Disk Driver viết tắt là HDD. Nó là hard tức là cứng ( có nghĩa là ném trúng lổ đầu đó nhé!!!) nhưng ném là nó chết trước mình!!! Đây là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu, dữ liệu được ghi lên những tấm đĩa hình tròn được phủ một lớp từ tính. Nói thế này cho dễ hiểu, các bạn có biết băng cassette không? Bạn nào mê nhạc sẽ rành chuyện này lắm, đó là băng làm bằng dây nhựa phủ từ tính, băng khi chạy qua đầu từ ghi thì từ tính sẽ được sắp xếp theo một trật tự nào đó để rồi khi băng từ chạy ngang đầu phát nó sẽ làm cho đầu phát nhiễm từ và sinh ra dòng điện biến động giống như khi ghi vào, dòng điện này qua mạch khuyếch đại sẽ chạy đến loa làm dao động màn loa tạo ra âm thanh. Dữ liệu chính là sơ đồ sắp xếp từ tính trên bề mặt của băng từ. Từ đó để lưu trữ được nhiều dữ liệu hơn người ta chế ra đĩa từ dạng tròn, vì đĩa từ quay tròn tốc độ khá lớn nên phải làm bằng hợp kim chứ không làm bằng nhựa. Có một đầu đọc cấu tạo tương tự như đầu đọc băng cassette vậy nhưng nhỏ hơn rất nhiều sẽ di chuyển trên bề mặt đĩa từ đó để đọc được dữ liệu theo đúng ý chứ không theo kiểu tuần tự từ đầu tới cuối như băng từ. Có thể có nhiều đĩa và nhiều đầu đọc, để đảm bảo tính an toàn tất cả được đóng trong một khối kín bằng kim loại. Và cả khối đó gọi là ổ đĩa cứng! Hình ổ cứng mình khỏi đưa lên ở đây vì trong các bài viết của mình đều có hết rồi. Bây giờ mình bắt đầu trở về quá khứ nhé!

Năm 1955 sau khi đã trình cho nhà sản xuất IBM về công trình nghiên cứu của mình Reynold Johnson cùng hãng IBM đã cho ra mắt chiếc máy tính IBM 305 với cái ổ cứng đầu tiên. Bạn có tưởng tượng được một cái ổ cứng với 50 tấm đĩa và mỗi đĩa có đường kính 24 inch!!! nhưng chỉ có một đầu từ để đọc nó mà thôi, vì vậy tốc độ rất chậm, tuy nhiên đây là một phát minh làm thay đổi thế giới công nghệ mà IBM phải bỏ ra nhiều tỉ đô la cho ông nghiên cứu.

Đến năm 1961 sau nhiều năm tếp tục nghiên cứu và phát triển hãng IBM đã cho ra đời ổ đĩa cứng mã số IBM 1311 với mổi mặt đĩa từ có một đầu đọc.

Năm 1973 hệ thống ổ đĩa cứng 3340 đã được đóng khối kín, nghĩa là những anh chị của nó trước giờ phải nằm trong phòng riêng chứ chưa được đóng gói và di chuyển. Các thế hệ ổ đĩa cứng sau này cũng được phát triển dựa trên thiết kế của ổ cứng số hiệu 3340 này. 3340 đã làm mưa làm gió trên thị trường cho đến năm 1990. Câu hỏi đặt ra là tại sao năm 1990 thì 3340 biến mất. Lý do là một anh chàng thông minh đã nhảy vào lĩnh vực này mà ngày nay anh ta trở thành một cây đại thụ trong lĩnh vực ổ đĩa cứng. Anh ta là ai chắc các bạn cũng có thể đoán ra được, đó là...anh chàng...Seagate. Năm 1980 Seagate bất ngờ tung sản phẩm ổ đĩa cứng ST 506 làm chấn động ngành công nghệ máy tính. Với kích thước nhỏ 5,25 inch đầu tiên và có dung lượng 5Mb??? Vậy mà ngày nay trong nhà các bạn toàn là T này với T nọ mà còn không đủ chổ chứa phải không? Nói đến đây lưu ý các anh chị là ai muốn trở thành cây đại thụ trong lĩnh vực nào đó thì đừng ngần ngại sản xuất cái mà người ta đã sản xuất, chỉ cần chúng ta nghiên cứu đến nơi, tung ra sản phẩm tốt hơn, đúng lúc đáp ứng được nhu cầu là thành công!!! Nhưng khuyên các bạn đừng sản xuất...ổ đĩa cứng đấy nhé, trừ khi nó là ổ đĩa cứng hình cầu ( gợi ý này có thể giúp các bạn làm giàu, mai mốt xin nhớ đến tại hạ khi các bạn trở thành cây đại thụ nhé!)

HÌNH ẢNH CẤU TẠO Ổ ĐĨA CỨNG ĐẦU TIÊN TRÊN THẾ GIỚI

Tiếp tục dòng chảy của lịch sử, thời đó bạn không thể bỏ tiền ra để rướt một em ổ đĩa cứng về nhà đâu, ổ đĩa cứng chỉ được sản xuất theo đơn đặt hàng của các nhà sản xuất lớn. Lúc đó IBM tung ra chiếc máy vi tính để bàn PC/TX có lắp luôn ổ đĩa cứng bên trong. Thời gian dần trôi, dường như người sử dụng không thỏa mãn với cái ổ cứng kèm theo máy đó, và các nhà sản xuất ổ cứng cũng muốn vươn tầm xa hơn nên họ bắt đầu tung ra những ổ đĩa cứng riêng lẻ và ai cũng có thể mua về lắp cho chiếc pc ở nhà. Nói ai cũng có thể chứ thời đó chắc phải "quý sờ tộc" mới mua nỗi!!!

Cũng theo nhu cầu phát triển năm 1986 - 1998 hãng sản xuất máy tính Apple tung ra chiếc máy tính có cổng kết nối SCSI nhằm để người sử dụng có thể tự nâng cấp thêm ổ cứng cho mình. Đó là lý do mà ngày nay chúng ta thấy quá bảnh khi sở hữu trái táo màu trắng dù nó đã bị cắn mất 1 miếng!!! Chúng ta học ở họ điều gì? không phải chúng ta sản xuất cái chúng ta có mà chúng ta sản xuất cái mà người khác cần, vấn đề là làm sao để thấy người khác cần gì, và cái đó có khả thi hay không? Cố lên nhé các bạn Việt Nam thân yêu! Bật mí nhỏ là mình đang định sản xuất bộ tool chuyên dụng để tháo ráp, thay đầu đọc ổ đĩa cứng để cung cấp cho anh em làm nghề cứu dữ liệu ổ đĩa cứng. Nếu thành công mình sẽ tung ra thị trường và...chắc loạn thị trường quá!!! Hãy đợi đấy!!!

Ngày nay!... Chắc không cần phải nói các anh chị và các bạn đã biết ổ đĩa cứng đã tiến xa đến mức không tưởng là như thế nào rồi. Cho nên tại hạ không nói nữa mà dành cho mọi người đương thời tự tìm hiểu. Bây giờ chúng ta bắt đầu xem :

CẤU TẠO Ổ ĐĨA CỨNG:


Đây là một sản phẩm công nghệ vô cùng phức tạp, mỗi một hãng sản xuất ổ đĩa cứng có một tuyệt chiêu riêng mà đôi khi chúng ta không tài nào hiểu nỗi, đó là lý do vì sao trong phần cấu tạo này tại hạ chỉ xin trình bày sơ nét bằng những kiến thức mà tại hạ đã học cũng như nhờ bác Google chỉ dạy thêm.

Phần vô cùng quan trọng có thể nói là cụm đĩa từ, nó bao gồm tất cả các đĩa từ, hệ thống trục quay và motor tức là động cơ.

Nhìn giống máy xay bột quá phải không các bạn, động cơ ngày xưa to bằng máy bơm nước bây giờ, ổ cứng này mà chạy chắc tiếng ồn phải kinh khủng lắm.

Đĩa từ được làm bằng nhôm hoặc thủy tinh và được tráng một lớp từ tính trên bề mặt. Ngày nay đĩa từ được sử dụng cả 2 bề mặt, trong một ổ đĩa cứng có thể có nhiều đĩa từ đặt đồng trục với nhau trên một trục quay của động cơ ( motor ). Trên bề mặt đĩa các cung tròn với độ lớn tùy theo kích thước của đầu đọc gọi là Track . Các bạn hay nghe nói ổ cứng bad track 0 phải không, có nghĩa là cung tròn từ tính số 0 đã bị bad đó. Trên cung từ ( track ) có chứa nhiều điểm từ tính nhỏ gọi là sector. Một sector có dung lượng là 512 byte. Nếu ổ cứng bị Bad 1 hoặc nhiều điểm từ tính thì gọi là ổ đĩa cứng bị bad sector. Tập hợp tất cả các track cùng bán kính nằm trên các mặt đĩa thì gọi là Cylinder hay có thể nói Cylinder là tập hợp các track mà các đầu từ cùng đọc vào cùng một thời điểm.

Phần quan trọng không kém là cụm đầu đọc : nó bao gồm cuộn dây từ tính tạo chuyển động, các cuộn cảm từ nằm trên mỗi đầu đọc, các cánh tay sắt nâng cuộn cảm từ, jack kết nối với board mạch, chip giải mã và hệ thống mạch in trên nhựa dẻo chất liệu cao cấp.

Phần board mạch:

Board mạch gồm có Chip vi xử lý bao gồm cả CPU và chip gate ( I/O ). Chip Ram làm nơi lưu trữ dữ liệu tạm thời giao tiếp giữa chip Rom và chip vi điều khiển. Rom là chip chứa đoạn mã code vận hành điều khiển cũng như một số thông số ban đầu để điều khiển ổ đĩa cứng hoạt động. Chip ĐK motor biến dòng điện 1 pha thành 3 pha để điều khiển động cơ bước quay hệ thống mâm đĩa, đồng thời chip này cũng điều khiển cụm đầu đọc thông qua cuộn dây tạo chuyển động trên cụm đầu đọc. FET nguồn chuyển volt từ 5Volt sang 3.3 Volt cấp nguồn cho các chip. Trên mạch có điểm kết nối với cụm đầu đọc, lưu ý chổ này khá quan trọng, các bạn nên xem thêm bài viết : sửa, cứu dữ liệu ổ cứng để lâu bị gỉ mạch nhé! Toàn bộ phần mạch điện tử này khá quan trọng và đôi khi trong quá trình sử dụng nó có thể bị chạm cháy, các bạn có thể xem thêm bài viết: cứu dữ liệu ổ đĩa cứng bị chạm cháy mạch.

Phần cuối cùng là phần vỏ cứng bằng nhôm và inox bọc bên ngoài. Phần này khỏi phải trình bày nhé quý vị!

NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH Ổ ĐĨA CỨNG:

Phần nguyên lý vận hành này mình xin phép được diễn giải theo cách nghĩ và cách nói riêng của mình, nếu như có gì không "chuẩn" thì anh em bỏ qua cho. Ổ đĩa cứng chỉ bắt đầu vận hành khi nó được cấp nguồn. Nguồn cấp cho ổ đĩa cứng 3.5" ( thường là ổ cứng dành cho PC ( máy vi tính để bàn) là 12Volt và 5Volt ( tức là dây vàng và dây đỏ từ nguồn ATX). Nguồn cấp cho ổ đĩa cứng 2.5" ( Ổ cứng dành cho laptop ) là 5Volt, nghĩa là chân 12Volt không dùng đến. Sau này có một số ổ đĩa cứng SSD sử dụng nguồn 3.3Volt nữa. Bây giờ để cho dễ hiểu mình ví dụ cả ổ đĩa cứng là một công ty nhé. Chip vi xử lý là phòng giám đốc. Chip Rom là phòng hành chánh, khối đĩa từ là kho. Chip Ram là thông dịch ( chắc là giám đốc nước ngoài mới cần phiên dịch???), hệ thống board mạch là hệ thống thông tin liên lạc giữa các phòng. Các bạn đừng cảm thấy rối, từ từ mình sẽ làm sáng tỏ mọi vấn đề. Khi chúng ta cấp nguồn cho ổ đĩa cứng thì là lúc công ty bắt đầu làm việc. Giám đốc sẽ hỏi phòng hành chánh là hôm nay làm cái gì? Phòng hành chánh sẽ mở hồ sơ lưu trữ và báo cho giám đốc lịch làm việc. Căn cứ vào nội dung thứ tự lịch làm việc đó giám đốc sẽ tiếp tục điều hành công ty. Trước tiên giám đốc sẽ truy xuất xuống kho, khi có lệnh truy xuất thì motor bắt đầu quay để cho kho hoạt động, nếu chip điều khiển motor và đầu đọc bị chết thì xem như mọi việc dừng ngay ở đó, cả công ty im lặng không một tiếng động. Nếu motor quay tốt, đầu đọc ok, nghĩa là mọi quá trình trao đổi thông tin bình thường. Kho gồm có nhiều bộ phận nữa, một bộ phận sẽ kiểm tra xem là phòng giám đốc, phòng hành chánh có phải là của công ty hay không, nếu thấy mật mã không trùng khớp thì coi như lệnh đưa xuống không thực thi ( tức là mã Rom, mã board không khớp với phần mã firmware trong kho) Tại đây có một lưu ý nhỏ, có nhiều bạn lầm tưởng là firmware nằm trên board mạch. Điều đó không đúng, trên board mạch và cụ thể là trong chip Rom chỉ chứa đoạn mã lệnh quy trình làm việc và một vài mã số nhận dạng board thôi ( đó là lịch làm việc của giám đốc mà mình nói lúc nãy ). Phần firmware chứa trên một khu vực đặc biệt nằm ở bề mặt đĩa gọi là vùng SA. Khi dữ liệu trong Rom không đồng bộ với mã nhận dạng trong SA thì ổ cứng sẽ dừng lại không detect. Đó là lý do mà khi chúng ta thay board khác ổ cứng không thể hoạt động, một vài trường hợp được là do may mắn hoặc dòng sản phẩm đó không kiểm tra gắc gao phần mã nhận dạng này. Nếu bộ phận kho bị khóa ( tức là ổ cứng bị password ) thông thường password chỉ nằm bên dưới mặt đĩa nên dù chúng ta có thay board, nạp Rom thì vẫn không phá được password, muốn phá cửa phải kêu thợ khóa thôi ( tool).Nếu như mọi thứ đều đồng bộ, không có ống khóa nào thì xem như quá trình khởi động của ổ cứng đã hoàn tất. Motor quay đều, các bộ phận đều sẳn sàng. Ổ cứng báo về cho máy vi tính là đã sẳn sàng. Khi có đơn hàng từ máy vi tính chuyển đến thông qua cổng Data thì các bộ phận lại làm việc, giám đốc ra lênh, ram phiên dịch gói thông tin truyền đến và phân phát cho các bộ phận, bộ phận kho làm việc liên tục, dữ liệu xuất nhập liên tục... Cơ chế ghi dữ liệu lên bề mặt đĩa từ hết sức phức tạp, mỗi một hãng sản xuất lại có một cách riêng, đó là lý do tại sao muốn sửa ổ đĩa cứng chúng ta phải mua nhiều tool tương ứng với từng thương hiệu ổ cứng.

Chúng ta cùng xem một đoạn video clip quay lại quá trình sản xuất ổ đĩa cứng nhé:

Link Video Clip về công nghệ sản xuất ổ cứng của hãng Western hiện nay:

Phần cấu trúc dữ liệu trên đĩa có dịp mình sẽ viết cho các bạn đọc nhé! Cảm ơn các bạn đã dành thời gian xem, nếu có gì cần chỉnh hay thắc mắc xin anh em cứ bình luận bên dưới nhé!

Nếu có Anh Chị hay Bác nào lớn tuổi đọc bài viết này xin thứ lỗi cho Lợi vì cách viết xưng là "mình" và gọi là "các bạn". Xin cảm ơn! 

Nếu anh chị em nào đọc thấy hay thì share facebook, google + giúp mình.  Hay nhất là đánh giá cho mình tại Google doanh nghiệp. Sự đánh giá của các bạn giúp chúng tôi làm tốt hơn mỗi ngày. Xin bấm vào link đánh giá bên dưới

Link đánh giá trên google doanh nghiệp

Vậy là mình có động cơ để viết tiếp. Cảm ơn các bạn!

Cảm tạ Chúa !

Tin liên quan

Bình luận (0)

Gửi bình luận của bạn

Captcha

.

 

Tin Hot nhất

Thống kê lượt xem

Tổng truy cập 347,664

Đang online36