談?dòng)?jì)算機(jī)存儲技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展

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摘要：在信息指數(shù)式增長的大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，研究與發(fā)展計(jì)算機(jī)存儲技術(shù)顯得尤為重要。首先從計(jì)算機(jī)存儲技術(shù)現(xiàn)狀展開，對機(jī)械硬盤及固態(tài)硬盤的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析與總結(jié)，為之后的工作提供一定的啟發(fā)，繼而探討虛擬存儲和網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)，提出可能的未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：SSD；HDD；存儲技術(shù)；計(jì)算機(jī)

一、引言

在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，如何安全、高效、經(jīng)濟(jì)地存儲大規(guī)模的數(shù)據(jù)，顯得十分重要?？v觀計(jì)算機(jī)存儲技術(shù)的發(fā)展歷程，從1956年開始推出首款機(jī)械硬盤，到19世紀(jì)70年代推出SAN，再到80年明NAS，以及2006年的ObjectStorage。從存儲技術(shù)的發(fā)展歷程中可以看出，存儲技術(shù)是不斷向上與應(yīng)用融合的過程，但這些技術(shù)并非完全替換，而是應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，因此即使到現(xiàn)在，硬盤、SAN、NAS技術(shù)依然廣泛應(yīng)用在相關(guān)領(lǐng)域中。從存儲技術(shù)的發(fā)展歷程中，不難看出，大約每10年就會有一次新的存儲技術(shù)革新。

二、計(jì)算機(jī)存儲技術(shù)現(xiàn)狀

（一）機(jī)械硬盤世界上第一款機(jī)械硬盤SSD(SolidStateDrive)由IBM公司在1956年推出，名為IBM350RAMAC[1]。這款機(jī)械硬盤包含50張24英寸的盤面，體積巨大，然后存儲容量卻十分有限，僅僅5MB。盡管如此，在當(dāng)時(shí)RAMAC是十分具有影響力的計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備，被用于商業(yè)、金融、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。機(jī)械硬盤的主要部件包含：盤片、磁頭、控制電機(jī)、盤片轉(zhuǎn)軸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口、緩存、磁頭控制器等幾個(gè)部分。磁頭可沿盤片的半徑方向移動(dòng)，盤片可以達(dá)到幾千轉(zhuǎn)/每分鐘的速度高速旋轉(zhuǎn)，使得磁頭可以移動(dòng)到盤片的指定區(qū)域上訪問數(shù)據(jù)。硬盤是一種精密的電子設(shè)備，如何防塵是它面臨的一個(gè)重要問題，因而進(jìn)入機(jī)械硬盤的空氣必須經(jīng)過一定的過濾。機(jī)械硬盤由于它的機(jī)械特性，抗震性較差。傳統(tǒng)機(jī)械硬盤在防震抗摔、速度、功耗、重量、噪音、性能方面遠(yuǎn)不如固態(tài)硬盤，但由于其價(jià)格優(yōu)勢，故在應(yīng)用市場上仍占有較大份額。

（二）固態(tài)硬盤相比于機(jī)械硬盤等計(jì)算機(jī)存儲技術(shù)而言，固態(tài)硬盤SSD(SolidStateDisk)的發(fā)展相對短暫。但它可以說是應(yīng)需求巨大且變化快速的存儲市場要求而迅速興起的一項(xiàng)技術(shù)。市場統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來，固態(tài)硬盤的銷售容量上已經(jīng)完美超越了高性能的機(jī)械硬盤。隨著Flash閃存產(chǎn)能逐步邁向穩(wěn)定，未來固態(tài)硬盤的市場份額將更上一層樓。隨著閃存存儲技術(shù)的不斷發(fā)展，固態(tài)硬盤SSD在存儲領(lǐng)域逐漸彌補(bǔ)了RAM和HDD的性能差距。SSD相比HDD具有許多優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在高性能、重量輕、速度快、抗震性、功耗低[2]等特性。SSD的主要劣勢是價(jià)格高，但隨著近年來MLC、TLC和QLC的發(fā)展，SSD的價(jià)格逐漸降低。固態(tài)硬盤主要由SSD控制器、閃存芯片、RAM以及Host接（如SATA、SAS、PCIe等）組成。SSD控制器控制多條通道(channel)，每個(gè)通道上掛載多個(gè)閃存芯片(Chip)，每個(gè)芯片上有多個(gè)晶圓(Die)，每個(gè)晶圓中包含多個(gè)分組(Plane)，每個(gè)分組內(nèi)包含多個(gè)閃存塊(Block)，閃存塊中又包含多個(gè)閃存頁(Page)。SSD操作粒度具有差別，以閃存塊為擦除單位，以閃存頁為讀寫單位。SSD的核心技術(shù)包括：異址更新、磨損平衡、地址映射、垃圾回收。固態(tài)存儲的性能表現(xiàn)如此卓越，在諸多行業(yè)應(yīng)用中都有十分大的需求，存儲生產(chǎn)商家們在該領(lǐng)域也都做出了不懈的努力與探索。SSD除了在傳統(tǒng)工業(yè)、計(jì)算機(jī)、軍事、企業(yè)存儲、航天領(lǐng)域具有應(yīng)用前景，在云服務(wù)器、嵌入式設(shè)備等領(lǐng)域也具有非常大的市場。

三、計(jì)算機(jī)存儲技術(shù)未來發(fā)展

網(wǎng)絡(luò)存儲和虛擬存儲是當(dāng)前存儲技術(shù)發(fā)展的兩大主題。存儲技術(shù)的發(fā)展，不僅滿足用戶對大容量和高速度的基本使用要求，還對成本效益和安全性，以及存儲在時(shí)間上的可延展性和空間上的可擴(kuò)展性提出了更高的要求，這就使得各式存儲設(shè)備和存儲技術(shù)將不斷趨于融合，最終統(tǒng)一在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)內(nèi)。

（一）虛擬存儲目前存儲技術(shù)的發(fā)展主要方向?yàn)樘摂M化技術(shù)。隨著信息的指數(shù)級增加，如何高效利用現(xiàn)有的存儲架構(gòu)和存儲技術(shù)，簡化管理存儲，從而減少商家維護(hù)成本成為人們最為關(guān)注的焦點(diǎn)。虛擬存儲指的是將許多不同類型、獨(dú)立存在的物理存儲實(shí)體，通過軟件和硬件技術(shù)，融合轉(zhuǎn)換為一個(gè)邏輯虛擬存儲單元，統(tǒng)一管理和提供給用戶使用[3]。虛擬邏輯存儲單元的存儲容量是它所集中管理的各物理存儲體的存儲量的總和，而它具有的讀寫帶寬則幾乎接近各個(gè)物理存儲體的讀寫帶寬的總和。虛擬存儲技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，有助于更加有效地發(fā)揮當(dāng)前存儲設(shè)備的存儲能力以及提高存儲效率。存儲虛擬化的核心在于：如何把物理存儲設(shè)備映射到單一的邏輯資源池中。一般而言，虛擬技術(shù)是通過建立一個(gè)虛擬抽象層來實(shí)現(xiàn)的。該虛擬層向用戶提供了一個(gè)統(tǒng)一的接口，向用戶隱藏了復(fù)雜的物理實(shí)現(xiàn)。根據(jù)虛擬層在存儲系統(tǒng)中所處的區(qū)域，存儲虛擬化的實(shí)現(xiàn)方式可以分成：基于存儲設(shè)備端的虛擬存儲、基于存儲網(wǎng)絡(luò)的虛擬存儲和基于服務(wù)器端的虛擬存儲三種方式[4]。

（二）網(wǎng)絡(luò)存儲隨著信息需求的增加使得存儲容量高速擴(kuò)增，存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺已然成為一個(gè)發(fā)展核心，相應(yīng)地，應(yīng)用對這些平臺的要求也不斷提高，不僅僅是在存儲容量的需求上，還包括存取性能、傳輸性能、管控能力、兼容能力、擴(kuò)充能力等諸多維度?？梢哉f，存儲網(wǎng)絡(luò)平臺的綜合性能的好壞，將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常高效執(zhí)行。所以，發(fā)展一種具有經(jīng)濟(jì)效益的和可管理的先進(jìn)存儲技術(shù)將成為必然的發(fā)展趨勢。網(wǎng)絡(luò)存儲（NetworkStorage）是諸多數(shù)據(jù)存儲技術(shù)中的一類，網(wǎng)絡(luò)存儲架構(gòu)大致可以分為三種：直連式存儲DAS、網(wǎng)絡(luò)附加存儲NAS、存儲區(qū)域網(wǎng)SAN。

四、結(jié)語

在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，如何安全、高效、經(jīng)濟(jì)地存儲大規(guī)模的數(shù)據(jù)，顯得尤為重要。固態(tài)硬盤及機(jī)械硬盤在當(dāng)前的存儲市場上占據(jù)較大份額，而隨著固態(tài)硬盤技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，價(jià)格進(jìn)一步降低，固態(tài)硬盤將更受商業(yè)市場歡迎。網(wǎng)絡(luò)存儲和虛擬存儲是為來計(jì)算機(jī)存儲技術(shù)發(fā)展的兩大主要方向。

參考文獻(xiàn)

[1]喬曉飛.計(jì)算機(jī)硬件儲存設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)儲存的發(fā)展現(xiàn)狀[J].信息與電腦(理論版),2018(8):47-48+51.

[2]鄭文靜,李明強(qiáng),舒繼武.Flash存儲技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2010(4):158-168.

[3]劉偉.計(jì)算機(jī)存儲虛擬化技術(shù)及其應(yīng)用探究[J].信息系統(tǒng)工程,2018(8):38.

[4]劉素嬌.存儲虛擬化技術(shù)的研究[J].電腦編程技巧與維護(hù),2018(10):78-80.

作者：陳玉玲 徐濤 單位：西南大學(xué)