Cơ bản về lưu trữ số, phần 1: Bộ nhớ và ổ lưu trữ gắn trong

Hiện nay dữ liệu có thể lưu trên rất nhiều thiết bị lưu trữ, từ ổ cứng trong của máy tính, đến ổ cứng ngoài, thẻ nhớ. Ngoài ra ổ lưu trữ thể rắn (SSD) cũng là một sản phẩm dần trở nên phổ biến do mức giá ngày càng rẻ.

Một vài thiết bị lưu trữ số: hai thanh RAM (cho máy tính để bàn và laptop), một ổ SSD, một ổ cứng của laptop, và một ổ cứng của máy bàn

Mỗi thiết bị lại có rất nhiều thông số cần quan tâm, như dung lượng, tốc độ trao đổi dữ liệu, giao diện kết nối… có thể làm người dùng bối rối khi muốn lựa chọn.

Bài viết dưới đây của CNET sẽ làm rõ một số khái niệm, và giúp bạn phân biệt được các thiết bị lưu trữ phổ biến nhất hiện nay.

1. Các đơn vị đo dung lượng

Đầu tiên, có lẽ ta cần làm quen với các đơn vị để đo dung lượng lưu trữ. Trên máy tính, đơn vị đo nhỏ nhất thường thấy là bit, là đơn vị nhị phân để chỉ giá trị 0 hoặc 1. Bit thường dùng trong các đơn vị chỉ tốc độ, ví dụ như tốc độ kết nối Internet, được đo bằng số bit được truyền trong một giây.

Đơn vị tiếp theo thường thấy là byte (ký hiệu là B). Một byte là một chuỗi gồm 8 bit. So với bit, byte thường được dùng nhiều hơn để chỉ các đơn vị đo dung lượng lưu trữ. Bạn có thể nghĩ về byte như là một chữ cái trong một văn bản. Ví dụ, ta cần 4 byte để lưu trữ từ "byte". Tuy nhiên byte là đơn vị quá nhỏ, và trong thực tế ta thường gặp các đơn vị như kilobyte, megabyte, gigabyte và terabyte.

Kilobyte;(KB hoặc kB): Theo định nghĩa thì 1 kilobyte bằng 1024 byte. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, người ta coi 1 kilobyte bằng 1.000 byte.

Megabyte (MB): Theo định nghĩa thì 1 megabyte bằng 1.000.000 byte. Tuy nhiên do sự chênh lệch giữa hệ thập phân và hệ nhị phân, 1 megabyte có khi được hiểu là 1.048.576 byte hoặc thậm chí 1.024.000 byte. Với bộ nhớ lưu trữ, 1 megabyte được hiểu là 1.000.000 byte.

Gigabyte (GB): Gigabyte là đơn vị thường chỉ dùng cho bộ nhớ lưu trữ. 1 gigabyte tương ứng 1.000.000.000 byte.

Terabyte (TB): Theo định nghĩa, 1 terabyte bằng 1.000.000.000.000 bytes, hoặc 1.000GB.

Hiện tại, ổ cứng 3,5 inch (thông dụng trong các máy tính để bàn) có dung lượng lớn nhất là 4 TB. Hầu hết máy tính hiện nay có dung lượng lưu trữ từ 120 GB tới 2 TB. Các thiết bị di động, như điện thoại di động hay máy tính bảng, có bộ nhớ từ 8 GB tới 120 GB.

2. Lưu trữ và bộ nhớ

Đây là hai khái niệm thường bị hiểu lầm, nhưng bản chất rất khác nhau.

Lưu trữ, hay thiết bị lưu trữ, nói đơn giản là nơi lưu giữ các thông tin (ví dụ như văn bản Word, ảnh, phim, các chương trình). Trong máy tính, các hệ điều hành, ví dụ như Windows 7 hay Mac OS, cũng được lưu trên thiết bị lưu trữ trong. Bộ lưu trữ là bộ nhớ bất biến, tức là thông tin vẫn được lưu lại khi thiết bị (ví dụ như máy tính) bị tắt đi, và có thể truy cập khi thiết bị được bật lại. Nó cũng giống như một cuốn sách hay cuốn vở luôn sẵn sàng để bạn đọc và ghi.

Bộ nhớ (hay còn gọi là bộ nhớ hệ thống, bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, hay RAM) là nơi thông tin được lưu để xử lý. Dữ liệu trong bộ nhớ hệ thống sẽ mất đi khi máy tính tắt. Khi ấy bộ nhớ trống không, không còn lưu lại gì. Nó cũng giống như bộ nhớ ngắn hạn trong bộ óc người, những hình ảnh hoặc ý tưởng được sinh ra và xử lý khi ta đọc sách, nhưng sẽ biến mất khi ta ngừng đọc.

Khi bạn bật máy tính, hầu hết thời gian khởi động là để hệ điều hành được đọc từ thiết bị lưu trữ chính của máy tính – như ổ cứng – vào bộ nhớ. Khi quá trình khởi động kết thúc tức là máy tính đọc xong và sẵn sàng làm các công việc khác.

Mặc dù có bản chất khác nhau, thiết bị lưu trữ và bộ nhớ vẫn có những mối liên quan. Ví dụ, văn bản Word mà bạn đang làm việc dở, được lưu trong bộ nhớ. Khi bạn lưu nó lại, một bản sao được lưu vào thiết bị lưu trữ của máy tính. Khi bạn tắt hoàn toàn Word, văn bản giờ chỉ nằm trên ổ cứng (thiết bị lưu trữ) và không còn được lưu trên bộ nhớ, cho tới khi bạn mở nó lên lần nữa.

Bộ nhớ của hệ thống đắt hơn nhiều so với thiết bị lưu trữ, xét trên cùng dung lượng

Điều này có nghĩa là bạn không thực sự thấy được thiết bị lưu trữ. Tất cả những gì hiện lên trên màn hình máy tính hay được phát qua loa thực chất đều được lưu trên bộ nhớ. Dù vậy, trước khi được đưa vào bộ nhớ, nó cần phải được đọc từ thiết bị lưu trữ của máy tính. Do vậy bộ nhớ càng có dung lượng lớn và tốc độ cao thì thông tin càng sẵn sàng nhanh hơn, và bạn có thể làm nhiều việc trên máy tính cùng một lúc (đa nhiệm). Thực tế dung lượng bộ nhớ bạn cần ít hơn dung lượng lưu trữ rất nhiều. Hầu hết máy tính mới hiện nay có dung lượng bộ nhớ ở mức từ 2 GB tới 8 GB, và bạn không cần nhiều hơn thế. Vậy cũng tốt, vì nếu so cùng mức dung lượng, thì bộ nhớ đắt hơn thiết bị lưu trữ rất nhiều.

Tất nhiên, bộ nhớ chỉ là một trong các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu năng của máy tính. Một yếu tố khác chính là thiết bị lưu trữ, ổ cứng (HDD) hoặc ổ lưu trữ thể rắn (SSD).

3. Ổ cứng và ổ lưu trữ thể rắn

Ổ cứng là thiết bị lưu trữ phổ biến nhất trong vài thập niên gần đây, bắt đầu trở nên phổ biến từ những năm 1960. Ổ lưu trữ thể rắn lại khá mới, và chỉ bắt đầu phổ biến trong 3 năm trở lại đây. Trong hầu hết các trường hợp, chúng có thể sử dụng thay thế cho nhau, và cả hai đều có những ưu và nhược điểm.

A. Ổ cứng (HDD): Mặc dù ổ cứng đã phát triển rất nhiều so với giai đoạn ban đầu, những điểm cơ bản của nó vẫn giữ nguyên. Đó là một cái hộp chứa một vài đĩa từ (được gọi là phiến đĩa) được gắn quanh một trục, giống như trục của đĩa CD hoặc DVD. Mỗi phiến đĩa có một đầu đọc/ghi gắn lên trên. Khi trục quay, đầu đọc cũng di chuyển ra vào liên tục để đọc hoặc ghi dữ liệu trên bất kỳ phần nào của phiến đĩa, trên một đơn vị lưu thông tin gọi là "data track". Hình thức truy cập dữ liệu này được gọi là "truy cập ngẫu nhiên", khác với hình thức "truy cập liên tục" kém hiệu quả trên các loại thiết bị lưu trữ cũ như băng từ.

Mặc dù ý tưởng rất đơn giản, thiết kế bên trong của một ổ cứng hiện đại là một thế giới đầy những công nghệ hiện đại. Do dung lượng lưu trữ của ổ cứng tăng lên trong khi kích thước thật của chúng vẫn giữ nguyên, mật độ thông tin được lưu trữ trên phiến đĩa dày đặc đến nỗi ta phải dùng đơn vị đo là nm (nano mét - nanometer). Một nm bằng một phần tỷ của mét.

Trong một ổ cứng 2,5 inch, ví dụ như chiếc Western Digital Scorpio Blue, khoảng cách giữa đầu ghi và phiến đĩa chỉ là vài nm. Hai thành phần này không được phép chạm vào nhau – nếu không ổ cứng sẽ hỏng – và khi ổ cứng hoạt động, phiến đĩa quay với tốc độ 5400 vòng/phút (ổ cứng trên máy tính bàn hay các laptop cao cấp có tốc độ quay cao hơn, 7200 hoặc 10.000 vòng/phút). Nếu ta phóng to ổ cứng lên 13.000 lần, phiến đĩa sẽ giống như một đường đua hình tròn với đường kính khoảng 5,3 km, một data track dài khoảng hơn 1 cm, và đầu đọc có kích thước như một chiếc xe đua. Khi ổ cứng hoạt động, chiếc "xe đua" sẽ bay trên đường đua với khoảng cách chưa bằng một sợi tóc, với tốc độ hơn 5,4 triệu km/giờ.

Ổ cứng 2,5 inch  và 3,5 inch

Ổ cứng có hai kích cỡ chính, 3,5 inch (cho máy tính để bàn) và 2,5 inch (cho máy tính xách tay). Ổ cứng của máy tính xách tay cũng có một vài loại độ dày, như 9,5 mm (thông thường) hay 7 mm (siêu mỏng). Một ổ cứng được kết nối với máy tính thông qua một giao diện chuẩn.

Giao diện kết nối: Đây là chuẩn cho biết loại kết nối, cũng như tốc độ truyền dữ liệu giữa máy tính (hoặc một ổ SSD thông thường) và máy tính. Hiện nay có khá nhiều chuẩn kết nối, nhưng hầu hết ổ cứng cho người dùng phổ thông sử dụng chuẩn ATA nối tiếp (Serial ATA, hoặc SATA). Chuẩn này có ba thế hệ, bao gồm SATA I, SATA II, và SATA III, tương ứng với tốc độ tối đa là 1,5 Gbps, 3 Gbps và 6 Gbps. Thế hệ SATA mới nhất tương thích ngược với các thế hệ trước. Về mặt tốc độ, nếu sử dụng đúng chuẩn thì bạn sẽ có tốc độ tối ưu nhất.

Ưu điểm của ổ cứng: Nhìn chung ổ cứng có dung lượng lớn trên mỗi đơn vị (hiện tại dung lượng tối đa với ổ 3,5 inch là 4 TB, còn ổ 2,5 inch là 2 TB). Ổ cứng cũng có mức giá rẻ hơn, với giá cho mỗi gigabyte dung lượng tại Việt Nam chỉ vào khoảng 2000 đồng/gigabyte. Do đó, ổ cứng vẫn là thiết bị lưu trữ thông dụng nhất cho máy tính và việc lưu dữ liệu cũng chủ yếu dùng với ổ cứng.

Nhược điểm của ổ cứng: Do ổ cứng là một thiết bị cơ học, nó cũng chịu tác động khi hoạt động lâu ngày. Nó cũng tốn nhiều năng lượng hơn (so với SSD), sinh nhiệt, và chậm hơn nhiều. Ổ cứng cũng mất một thời gian để chuyển từ trạng thái nghỉ sang trạng thái hoạt động, khiến máy tính khởi động chậm. Nhìn chung, một ổ cứng với thời gian hoạt động trung bình, có thể dùng trong 5 năm.

Ổ SSD (bên trái) và ổ cứng laptop thường

B. Ổ lưu trữ thể rắn (SSD): Không giống như ổ cứng, trong SSD không có một thành phần nào chuyển động. Giống như bộ nhớ của hệ thống, SSD được tạo từ các chip nhớ có công dụng lưu thông tin. Tuy nhiên các chip nhớ này là loại bất biến, và có thể lưu lại thông tin sau khi tắt máy giống như ổ cứng. Hầu hết SSD thông thường có kích cỡ 2,5 inch, và nhìn bên ngoài thì chúng cũng giống các ổ cứng 2,5 inch thông thường. Các ổ SSD có thể lắp trong các vỏ máy thông thường, chung với các ổ cứng có cùng giao diện. Do trong SSD không có thành phần chuyển động, SSD có thể có bề ngoài với rất nhiều kích cỡ và kiểu dáng, khiến cho nó trở thành lựa chọn tốt nhất cho các thiết bị di động, như smartphone hay máy tính bảng. Nhìn chung thời gian sử dụng của một SSD phụ thuộc vào số lần bạn ghi dữ liệu vào ổ (càng ít càng tốt), và dung lượng của ổ (càng lớn càng tốt).

Bên trong của SSD và ổ cứng. Khi mở nắp ổ cứng, nó sẽ không thể hoạt động được nữa. Tuy nhiên SSD không có thành phần nào di chuyển khi hoạt động, và do vậy vẫn dùng được kể cả khi không có nắp

Ưu điểm của SSD: Nhanh hơn rất nhiều so với ổ cứng thông thường, tiết kiệm năng lượng hơn, bền bỉ hơn, hoạt động mát và êm hơn. Việc nâng cấp ổ lưu trữ chính trên máy tính từ ổ cứng lên SSD sẽ đem lại lợi ích rất lớn về mặt hiệu năng. Hầu hết SSD đều có thể dùng trong hơn 5 năm, một vài trường hợp có thể kéo dài tới hàng trăm năm.

Nhược điểm của SSD: Nhược điểm lớn nhất của SSD là giá. Hiện tại giá trên mỗi GB dung lượng của ổ SSD ở Việt Nam cao hơn ổ cứng khoảng 10 – 15 lần. Dung lượng lưu trữ của SSD cũng là giới hạn, với dung lượng tối đa, ở mức giá không quá bất hợp lý, là 512 GB. Hiệu năng của SSD cũng sẽ suy giảm sau một số lần ghi nhất định; có nghĩa là, một SSD chỉ có một số lần ghi hạn định. Sau khi vượt quá số lần ghi đó, nó sẽ trở nên không thể tin cậy. Trước khi bạn muốn tiếp tục ghi vào một phần của ổ, bạn sẽ phải xóa thông tin được lưu trên phần đó. Đây là lý do số lần ghi giới hạn còn được gọi là số vòng ghi/xóa (PE). Trong thực tế, đây không phải vấn đề lớn vì đến khi SSD đạt đến giới hạn ghi thì nhiều khả năng nó đã được thay thế rồi.

SSD sử dụng tốt nhất trong vai trò thiết bị lưu hệ điều hành của máy tính; nó sẽ làm tăng hiệu năng tổng thể của máy lên rất nhiều nếu so sánh với ổ cứng. Đối với máy tính để bàn, bạn có thể sử dụng SSD như là ổ chính và thêm ổ cứng khác để lưu trữ dữ liệu. Đây là giải pháp tốt nhất để cân bằng giữa hiệu năng, giá thành, và không gian lưu trữ. Hoặc bạn cũng có thể chọn giải pháp ổ lai.

C. Ổ lai: Giống như cái tên, ổ lai là loại ổ có cả phiến đĩa và không gian lưu trữ trên chip nhớ trong cùng một vỏ. Các loại ổ lai sử dụng một thuật toán để tự động đưa các tập tin được truy cập nhiều nhất, ví dụ các tập tin của hệ điều hành, vào phần chip nhớ flash, và chuyển các tập tin ít thay đổi, như phim ảnh, vào phần ổ cứng. Giải pháp này đem lại hiệu năng gần như SSD mà không có giá quá cao hay bị giới hạn về không gian lưu trữ. Hiện nay, loại ổ lai thông dụng nhất là Seagate Momentus XT. Apple gần đây cũng công bố loại ổ lai của riêng họ, gọi là Fusion Drive.

Kiểm nghiệm thực tế, ổ lai có làm tăng hiệu năng của máy tính nếu so với ổ cứng thông thường, nhưng không thể nào nhanh bằng SSD.

Tuấn Anh