談?dòng)?jì)算機(jī)存儲(chǔ)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(chǔ)技術(shù)顯得尤為重要。首先從計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)現(xiàn)狀展開，對(duì)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(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，提出可能的未來發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：SSD；HDD；存儲(chǔ)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(chǔ)大規(guī)模的數(shù)據(jù)，顯得十分重要。縱觀計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)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(chǔ)技術(shù)的發(fā)展歷程中可以看出，存儲(chǔ)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(chǔ)技術(shù)的發(fā)展歷程中，不難看出，大約每10年就會(huì)有一次新的存儲(chǔ)技術(shù)革新。

二、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(shì)，故在應(yīng)用市場(chǎng)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(chǔ)技術(shù)而言，固態(tài)硬盤SSD(SolidStateDisk)的發(fā)展相對(duì)短暫。但它可以說是應(yīng)需求巨大且變化快速的存儲(chǔ)市場(chǎng)要求而迅速興起的一項(xiàng)技術(shù)。市場(chǎng)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(chǎng)份額將更上一層樓。隨著閃存存儲(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展，固態(tài)硬盤SSD在存儲(chǔ)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(shì)，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(shì)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(chǔ)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(chǔ)生產(chǎn)商家們?cè)谠擃I(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(chǔ)、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(chǎng)。

三、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)未來發(fā)展

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和虛擬存儲(chǔ)是當(dāng)前存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的兩大主題。存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，不僅滿足用戶對(duì)大容量和高速度的基本使用要求，還對(duì)成本效益和安全性，以及存儲(chǔ)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(chǔ)設(shè)備和存儲(chǔ)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(chǔ)目前存儲(chǔ)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(jí)增加，如何高效利用現(xiàn)有的存儲(chǔ)架構(gòu)和存儲(chǔ)技術(shù)，簡化管理存儲(chǔ)，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(chǔ)指的是將許多不同類型、獨(dú)立存在的物理存儲(chǔ)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(chǔ)單元，統(tǒng)一管理和提供給用戶使用[3]。虛擬邏輯存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)容量是它所集中管理的各物理存儲(chǔ)體的存儲(chǔ)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(chǔ)體的讀寫帶寬的總和。虛擬存儲(chǔ)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(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)能力以及提高存儲(chǔ)效率。存儲(chǔ)虛擬化的核心在于：如何把物理存儲(chǔ)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(chǔ)系統(tǒng)中所處的區(qū)域，存儲(chǔ)虛擬化的實(shí)現(xiàn)方式可以分成：基于存儲(chǔ)設(shè)備端的虛擬存儲(chǔ)、基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的虛擬存儲(chǔ)和基于服務(wù)器端的虛擬存儲(chǔ)三種方式[4]。

（二）網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)隨著信息需求的增加使得存儲(chǔ)容量高速擴(kuò)增，存儲(chǔ)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)已然成為一個(gè)發(fā)展核心，相應(yīng)地，應(yīng)用對(duì)這些平臺(tái)的要求也不斷提高，不僅僅是在存儲(chǔ)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(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)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(chǔ)技術(shù)將成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)（NetworkStorage）是諸多數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)中的一類，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)架構(gòu)大致可以分為三種：直連式存儲(chǔ)DAS、網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)NAS、存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)市場(chǎng)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(chǎng)歡迎。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和虛擬存儲(chǔ)是為來計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)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(chǔ)存設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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)