数据存储设备

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1、蔡熙数据存储备份与灾难恢复数据存储设备存储设备发展历史光盘设备存储原理磁带设备技术原理及应用-硬盘设备存储原理及RAID技术存储设备的分类按存储介质分类存储介质口能寄存“0”或1两种代码并能区别两种状 态的物质或元器件半导体存储器磁表面存储器磁芯存储器口光盘存储器按存储方式分随机存储器(RAM)口静态RAM口动态RAM只读存储器(ROM)口掩模型只读存储器(MROM)口可编程只读存储器(PROM)口可擦除可编程只读存储器(EPROM)口电可擦除可编程只读存储器(EEPROM) 串行访问存储器口顺序存取存储器直接存取存储器按在计算机中的作用分类主存储器可以和CPU直接交换信息辅助存储器口用来存放

2、当前暂时不用的程序和数据，不能与 CPU直接交换信息缓冲存储器用在两个速度不同的部件之间，起到缓冲作用存储设备历史回顾-最早期的存储媒介打孔纸卡 -容量比打孔纸卡大穿孔纸带 -电子应用一一计数电子管大型磁带记录盘式磁带最珍贵的回忆盒式录音磁带超长的存储设备磁鼓早期盛行的移动存储软磁盘存储设备历史回顾 “重”大突破一一世界上第一台硬盘机目前最重要的存储设备硬盘第一张视频光盘 LD光盘体积更小、容量更大小光盘采用红外激光DVD光盘最先进的存储蓝光DVD、HD-DVD光盘存储设备概述光盘存储原理口借助激光把计算机转换后的二进制数据用数据 模式刻在扁平、具有反射能力的盘片上。口利用激光束在记录表面上存

3、储的信息，根据激 光束和反射光的强弱不同，可以实现信息的读/ 写。口由于光学读/写头和介质保持较大的距离，因此, 它是非接触型读/写的存储器。光存储设备主要部分口激光发生器和光监测器-激光二极管，可以产生对应波长的激光光 束，然后经过一系列的处理后射到光盘上, 然后经由光监测器捕捉反射回来的信号从 而识别实际的数据。光盘的分类及区别 CD-DA CD-ROM CD-I Photo CD Video-CD Enhanced-CD CD-R CD-RWMDDVD光盘存储技术的特点存储密度高与计算机联机能力强，易于实现随机检索 和远距离传输便于大量复制影像还原效果好-适用范围广光盘在数据存储备份系统

4、中的应用光盘塔光盘库光盘塔由几台或十几台CD-ROM驱动器串联构成, 通过软件来控件某台光驱的读写操作可同时支持几十个到几百个用户访问信息访问速度方面数据源方面安全方面光盘库特点口安装简单、使用方便，并支持几乎所有的常见 网络操作系统及各种常用通信协议D维护更换与管理非常容易，成本价格低口访问速度较低，自动换盘机构的换盘时间通常 在秒量级口信息处理能力强光盘库发展阶段口须通过SCSI总线连接服务器口对服务器要求较高口光驱速度慢，且易损坏 库二麻积庞大，无需服务器支持口不支持并发用户访问传输速度慢，光驱易损坏 三彳弋口速度快，单位成本低，对原光盘无磨损口安全性较差，数据易丢失磁带存储技术特点口互

5、换性好、易于保存具有咼纠错能力的编码技术口即写即读的通道技术口可靠性强读写速度快主要设备磁带机口单驱动产品，通常有磁带驱动器和磁带构成。自动加载磁带机口将磁带和磁带机有机结合磁带库广义的磁带库包换自动加载磁带机和磁带库 磁带库是指基于磁带的备份，一种将多台磁带 机整合到一个封闭机构中的箱式磁带备份设备 由多个驱动器、多个槽、机械手臂组成，并可 由机械手臂自动实现磁带的拆卸和装填磁带数据库读写工作原理螺旋扫描读写方式口高可靠性、高速度、高容量线性记录读写方式读写速度低、磨损小、磁带的可靠性较高、容 量易扩容、价格较低磁带的分类采用螺旋扫描读写方式面向工作组级的DAT (4mm)磁带机面向部门级的

6、8miri磁带机-数据流存储技术面向低端应用的Travan和DC系列面向高端应用的DLT和IBM的3480/349。/359。系 列磁带存储技术及其应用 DAT技术 技术DLT技术LTO技术AIT技术VXA技术硬盘存储原理采用磁介质的存储设备-密封在洁净的硬盘驱动器内腔的若干个磁 盘片上-磁道、扇区、柱面硬盘的物理组成盘片、磁头，盘片转轴及控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存硬盘的外部结构接口：包括电源接口和数据接口（IDE接口 和SCSI接口）控制电路板：包括主轴高速电路、磁头驱 动与伺服定位电路、读写电路、控制和接 口电路等-固定盖板：硬盘的面板，设有安装孔及透 气孔硬盘的内部结构

7、磁头组件口由读写头、传动手臂、传动轴组成成不同的电磁头驱动机构口移动磁头盘片口硬盘存储数据的载体主轴组件口主轴组件轴承和马达等前置控制电路控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动等硬盘接口类型硬盘与主机系统间的连接部件作用在硬盘缓存和主机内存之间传输数据硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道-每种接口协议具备不同的传输速度，存取 效能的差异较大IDE-电子集成驱动器传输可靠性高、制造容易、兼容性好、易价廉、稳定性好、标准化程度高SATA-串口硬盘，以串行的方式发送数据 一次只传输一位，减少接口针脚四个针脚分别用于连接电缆、连接地线、 发送数据和接收数据-减少系统能耗、减少系统复杂性

8、-起点高、发展潜力大SCSI小型计算机接口专门为小型计算机系统设计的存储单元接 口，通常用于服务器承担关键业务的较大 的存储负载更适于中、高端存储应用接口支持数更多口 SCSI的带宽很宽CPU占用率低、并行处理能力强光纤通道专门为网络系统设计的热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设 备数量大硬盘接口技术比较接口类型优点不足应用领域IDE价格低廉性能较低PCSATA价格低、容量高性能、可靠性低中低端存储SCSI性能较高并行技术的弊端企业级存储SAS咼性能、咼可靠性未完全成熟中高端存储FC咼性能、咼可靠性价格较高高端存储什么是RAID独立磁盘冗余阵列，或简称磁盘阵列主要有两个目的：增加数据储存的可靠

9、性改善数据读取的速度与性能RAID的实现软件RAID例子：Windows Server 2003优点：成本低（随操作系统）缺点:RAID相关运算影响CPU性能 不支持所有RAID级别 与操作系统捆绑，缺乏灵活性。硬件RAIDRAID卡（基于主机）外部RAID控制器（基于磁盘阵列）优点：对主机CPU性能影响小，灵活性高缺点：贵RAID分级 RAID分级取决于三个因素:分条 Striping数据镜勺Mirroring-奇偶校验 Parity ( Error Correction )RAID分级一分盘片轴分条 人 fr/fifi 分条 Striping：将数据分散到不同物 理硬盘上，使读写数 AID

10、分级据时可以同时访问多 块硬盘。RAID分级一数据镜像数据镜像Mirroring：将同一数据写在两块 不同硬盘上，从而产生该数据两个副本。RAID分级一奇偶校验奇偶校验Parity (Error Correction )：通过数 学方法而不是单纯重复写同样数据来实现 数据保护。A0B0 CODO _Al,B1C1-DI _A2B2C2D2 _ A3.B3 C3D3 .A PARITYk B PARITY . .C PARITY 4 D PARITYBlock 0Block 1Block 2Block 3Blocks 0,1,2,3 Parityeg独立磁盘奇偶校验:校验信息单独存在磁盘 上，一

11、旦岀现磁盘损坏，用校验值减去其它磁 盘上对应位置的值，就能找回数据。RAID分级 RAIDo单纯依靠分条提高l/o性能，无数据保护。适用:I/O量大但不需要数据保护的应用e.g图像处理RAID分级 RAID 1通过数据镜像提升容错性。同一数据写在不同 硬盘上。可以承受一块甚至几块硬盘同时坏掉，但不 优化读取能。适用：数据安全可靠性要求非常高的应用eg人事会计系统RAID分级厲丛灶如血貝 RAIDi+o分条的镜像。数据先 被镜像，再分条，数据恢复简单 ,迅速。 RAIDo+i镜像的分条。数据 先被分条，再镜像，一旦一块硬 盘坏掉，级数下降成RAIDo,恢RAID分级RAID分级盘(b) RAID

12、 CM(a) RAID 1*0RAID分级RAID2带海明码的RAID （超算中应用较多，不做详 细讨论。）RAID LEVEL 2 : Hamming Code ECCAO to A3 = Word A CO to C3 二 Word CBO to B3 = Word B DO to D3 = Word DECC/Ax to Az = Word A ECC ECC/Bx to Bz = Word B ECC ECC/Cx to Cz = Word C ECC ECC/Dx to Bz = Word D ECCRAID分级RAID分级Copyright 1996 - 2004 Advanced

13、 Computer & Network Corporation. All Rights Reserved.RAID分级 RAID3通过分条提高性能，利用奇偶校验提升容 错性。在存储普通的信息的硬盘以外，用一块专门的 硬盘存储校验信息。RAID LEVEL 3: Parallel Transfer with ParityStripe 1Stripe 2Stripe 3Stripes 0,1,2 ParityCopyright 1996- 2004 Advanced Computer & Network Corporation. All Rights Reserved.wvnvacnc.camStripe 0 RAID4通过分条提高性能，利用奇偶校验提升容 错性。在存储普通的信息的硬盘以外，用一块专门的 硬盘存储校验信息。但允许某一数据单元（block）可 以从单块磁盘中读写，而无需访问整个条带，所以数 据读取的速度高。RAID LEVEL 4: Independent Data Disks with Shared Parity DiskBlock 0Block 1Block 2Block 3Blocks 0,1,2,3 ParityCopyrig