《现代电子技术 教学课件 ppt作者 龚建荣 殷晓莹 第3章 信息存储技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代电子技术 教学课件 ppt作者 龚建荣 殷晓莹 第3章 信息存储技术（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 信息存储技术,数字化信息存储的要求为：高存储密度、高数据传输率、高存储寿命、高的擦写次数、低价格设备投资和低价格信息位。,3.1 磁盘存储系统,3.1.1 硬盘的性能指标 3.1.2 硬盘接口 3.1.3 硬盘技术发展趋势 3.1.4 RAID技术,3.1.1 硬盘的性能指标,1转速 2容量 3平均寻道时间 4缓存 5传输速度,3.1.2 硬盘接口,1IDE与Ultra-ATA接口,集成设备电路（Integrated Drive Electronics，IDE）是由几家世界著名公司共同开发的一个磁盘控制接口，并于1989年由ANSI（American National Standard
2、 Institute）确认为附加装置（Advanced Technology Attachment，ATA）标准。,SCSI（Small Computer System Interface）意指小型计算机系统接口。 SCSI实质上是一种主机适配器和智能控制器界面上统一的I/O总线，是多用途的输入输出接口。,2SCSI接口,（1）数据传输速率高 （2）高容量 （3）接口的智能化设计,3.1.3 硬盘技术发展趋势,1更高的主轴电机转速 2超级数字信号处理器（Ultra DSP）的应用 3高速缓存技术 4使用MR及GMR技术提高单碟容量 5硬盘内多盘片封装技术 6OAW技术 7PRML技术,3.1.
3、4 RAID技术,冗余磁盘阵列（Redundant Array Of Inexpensive Disks，RAID），是一种由多块廉价磁盘构成的冗余阵列。,RAID技术分为几种不同的等级，分别可以提高不同的速度、安全性和性价比。 它们的定义如下。 RAID0 磁盘划分技术； RAID1 磁盘镜像技术； RAID2 数据位交错技术； RAID3 并行磁盘阵列； RAID4 扇区交错技术； RAID5 块交错技术； RAID6 纠双错阵列。,图3-1 SCSI通道与主机连接示意图,RAID0是没有冗余，即无数据保护的RAID级别，它可以使跨越硬盘的整个阵列的数据容量最大，存取时间最短。,1RAID
4、0,图3-2 RAID0顺序连接示意图,图3-3 RAID0带区集连接示意图,虽然RAID0可以提供更多的空间和更好的性能，但是整个系统是不可靠的，如果出现故障，无法进行补救。 所以，RAID0一般只是在那些对数据安全性要求不高的情况下才被人们使用。 RAID1和RAID0则截然不同，其技术重点全部放在如何能够在不影响性能的情况下最大限度地保证系统的可靠性和可修复性。 RAID1又被称为磁盘镜像，每一个磁盘都具有一个对应的镜像盘。,2RAID1,图3-5 RAID1连接示意图,图3-6 RAID1多磁盘控制器连接示意图,一些面向高端应用的磁盘镜像系统都可以提供磁盘的热插拔功能。 所谓热插拔功能
5、，就是允许用户在不关闭系统、不切断电源的情况下取出和更换损坏的硬盘。 在数据通信领域，奇偶校验被用来确定数据是否被正确传送。,3RAID0+1,RAID3包括一个多数据驱动阵列和一个奇偶校验驱动器，数据被分散在多个驱动器之间分布存储，存储的方式为块交错方式。 它在写数据的同时产生一个奇偶校验位，并且被写入奇偶校验驱动器。,4RAID3,图3-7 RAID3连接示意图,RAID4与RAID3唯一不同的是数据分块的粒度，这种在扇区一级上进行数据交叉的分布方法提高了读速率，但对写请求因需修改校验数据而使速率降低，特别是写小块数据时。,5RAID4,RAID5不用专用的奇偶校验驱动器，而是将奇偶校验数
6、据分散在数据流中，并分布在多个驱动器上。,6RAID5,RAID6又称P+Q阵列，它采用分块交叉和双盘容错。,7RAID6,图3-8 二维奇偶校验盘阵列,3.2 光盘存储系统,3.2.1 CD-ROM 3.2.2 CD-R/CD-RW 3.2.3 DVD 3.2.4 相变光盘 3.2.5 光盘库,磁盘的记录原理称为磁记录，是利用磁畴的两个极性来记忆“1”和“0”两个二进制数的。 光盘的记录原理是利用盘上压制凹坑的机械方法，利用凹坑的边缘来记录“1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分记录“0”，使用激光来读出（后面提到的磁光盘和相变光盘现在也统称为光盘，其中，磁光盘（Magneto Optical Di
7、sc-MOD）是利用磁的记忆特性，借助激光来写入和读出数据。 相变光盘（Phase Change Disc-PCD或PD）是利用一种特殊的材料，这种材料在激光加热前和加热后的反射率不同，利用它们的反射率不同来记忆“1”和“0”，这是“名副其实”的光盘）。,3.2.1 CD-ROM,CD-ROM可以说是光存储设备的鼻祖。,光驱的速度主要是由寻道时间和数据传输率共同决定的，数据传输率的提高依赖于转数的提高，光驱的转数有望提高到10 000 r/min以上，相应传输速率达到48X（7200KB/s）以上。,1速度,（1）数字伺服系统 （2）PCAV读取技术 （3）DSP控制电路 （4）抗震悬吊技术,
8、2纠错能力及可靠性,3.2.2 CD-R/CD-RW,CD-R是英文CD Recordable的简称，意为小型可写光盘。 它的特点是只写一次，写完后的CD-R光盘无法被改写，但可以在CD-ROM驱动器和CD-R刻录机上被多次读取。 另外一种相关的成功技术：CD-RW（可读写），也显露出它是一个合适的信息存储产品。 CD-RW提供次数有限的读写功能。,与CD-ROM不同，CD-R/CD-RW主要在写入速度上有所提高，从目前的四倍速写入，发展到六速及八速写入。,1速度,一般的CD-R刻录机都采用了容量为512 KB1 MB的缓存器，今后将提高到2 MB以上甚至更多。,2缓存器容量,最新的CD-R刻
9、录机将支持CD-UDF（Compact Disc Univwersla Disc Format）格式，在支持CD-UDF格式的DOS或Windows环境下，CD-R刻录机具有和软驱一样的独立盘符或图标。,3支持数据格式,除整盘刻写、轨道刻写和多段刻写3种刻写方式外，刻录机还将支持增量包刻写（Incremental Packet Writing）刻录方式。,4刻录方式,3.2.3 DVD,1DVD-ROM,DVD是数字视盘（Digital Video Disc）和数字万用盘（Digital Versatile Disc）的缩写，是下一代的光盘存储技术。 大部分DVD-ROM光驱具有100200
10、ms的查找时间，150250 ms的存取时间和1.3 MB/s的数据传输速率，短时最大传输率为12 MB/s或更高，自DVD-ROM盘片的数据传输速率大致等同于9倍速的CD-ROM光驱。DVD的转速为CD的3倍。,现有3种可写DVD-ROM的版本，它们是DVD-R，DVD-RAM和DVD-RW。 DVD-R可记录一次数据（仅能按顺序），而DVD-RAM和DVD-RW可重写数千次。 DVD-R像CD-R一样，采用有机染料聚合物技术，可与几乎所有的DVD光驱兼容。 初期时的容量为3.95 GB，但是到1999年中期扩大到4.7 GB。 DVD-RW（即先前的DVD-R/W和DVD-ER）是相变可擦
11、写格式，基于DVD-R技术的DVD-RW将可以在大部分的DVD光驱和DVD机上播放，初始容量为4.7 GB。,2VD-R/DVD-RW,3.2.4 相变光盘,相变（PD）光盘系统采用了在计算机、工作站环境中被广泛使用，与软盘、硬盘同样数据构造的单元格式，而且还采用了在计算机环境内立即可被使用的每单元512bit的MCAV格式，采用该格式可比采用CLV格式的CD-R/CD-RW更高速地进行读写操作，并实现了寻找速度的高速化。 PD光驱是“相变式可重复擦写光盘驱动器（Phase Change Rewritable Optical Disk Drive）”。,相变光盘系统为了保护光盘，采用了将光盘放
12、入保护盒中使用的做法，而CD光盘是裸盘使用。 DVD凭借0.74m道宽（Track-Pitch，CD-ROM，PD为1.21.6m）、0.41m/bit的高密度记录线（CD-ROM，PD为0.870.9m/bit）、可缩短激光波长、采用增大开光数的镜头等特长，跻身于大容量、高精度、高质量存储设备之列。 PD与DVD-RAM兼容。,3.2.5 光盘库,光盘库存储系统是一种以光盘为主存储介质的大型专业性网络存储设备，用于较低成本的方式存储多媒体信息，一般用于不经常使用的数据准联机存储，在多媒体数据中称为二级库。,1SCSI光盘库（SCSI CD Tower） 2网络光盘库（Network CD T
13、ower） 3网络镜像光盘塔/光盘服务器（Network CD Server）,3.3 附网存储系统,3.3.1 附网存储系统的系统结构与技术特点 3.3.2 NAS的组成与实现,3.3.1 附网存储系统的系统结构与技术特点,附网存储系统（Network Attached Storage，NAS），也称做网络附加存储，它被定义为一种特殊的专用数据存储服务器，内嵌系统软件，可提供跨平台文件共享功能。,1NAS结构,（CIFS：Common Internet File System；NFS：Network File Interface） 图3-9 NAS与网络直接相连,（1）可扩展性强 （2）使用
14、和管理简单 （3）跨平台文件共享 （4）性能优化,2NAS系统的特点, ISP（Internet Service Provider）互联网服务提供商； ASP（Application Service Provider）应用服务提供商； CAD/CAM（计算机辅助设计/计算机辅助制造）； 大中小型企业； 大中小学和图书馆（教育行业）、出版社； 多媒体/影视动画的制作单位，广告公司； 政府、军队、银行等行业用户； 航空、医疗等行业用户； 所有需要快速增加大容量存储设备的网络应用场合。,3NAS应用,3.3.2 NAS的组成与实现,1NAS构成,图3-12 一个典型的NAS系统组成示意图,图3-13
15、 附网磁盘阵列结构,2附网磁盘阵列,3.4 存储区域网,3.4.1 SAN结构及其种类 3.4.2 SAN的特点及应用 3.4.3 SAN技术分析与最新发展,3.4.1 SAN结构及其种类,1点到点SAN,图3-14 FC点到点拓扑结构,图3-15 FC仲裁环拓扑结构,2环形SAN,图3-16 交换式光纤拓扑结构,3交换式SAN,3.4.2 SAN的特点及应用,（1）处理关键任务的数据库软件 （2）集中式存储备份 （3）高可用性和应用软件故障恢复环境 （4）可伸缩的虚拟存储 （5）提高故障容错度,3.4.3 SAN技术分析与最新发展,SAN的基本构成一般包括以下几部分。 （1）具有FC接口的存
16、储设备 （2）Host Bus Adapter。 （3）Fibre Channel Hub可将存储设备分享给多台服务器。 （4）FC电缆及GBIC。 （5）FC/SCSI转接器。 随着1 000 Mbit/s以太网技术的发展，光纤已逐渐走向桌面应用，将以太网与SCSI结合，便推出了iSCSI技术。,图3-17 一个典型的SAN系统的构成,图3-18 iSCSI工作原理,有3种实现iSCSI的办法。 （1）在标准网卡的驱动程序中加入处理TCP/IP和SCSI协议栈的代码，即占用CPU资源实现iSCSI，要求CPU处理的线速度不低于1 GB/s。 （2）在网卡中固化实现iSCSI协议的代码，以减轻CPU的负载，这种网卡有时被称之为卸载（off-Load）网卡。 （3）上述两种方法的混合办法。 为实现和现有FC SAN兼容，定义有iSCSI协议簇。,图3-19 iSCSI协议簇,图3-20 iFCP原理,还定义有FCIP和iFCP
