談計算機存儲技術現(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)時代背景下，研究與發(fā)展計算機存儲技術顯得尤為重要。首先從計算機存儲技術現(xiàn)狀展開，對機械硬盤及固態(tài)硬盤的發(fā)展現(xiàn)狀進行分析與總結，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)絡存儲技術，提出可能的未來發(fā)展趨勢。

關鍵詞：SSD；HDD；存儲技術；計算機

一、引言

在大數(shù)據(jù)時代下，如何安全、高效、經(jīng)濟地存儲大規(guī)模的數(shù)據(jù)，顯得十分重要?？v觀計算機存儲技術的發(fā)展歷程，從1956年開始推出首款機械硬盤，到19世紀70年代推出SAN，再到80年明NAS，以及2006年的ObjectStorage。從存儲技術的發(fā)展歷程中可以看出，存儲技術是不斷向上與應用融合的過程，但這些技術并非完全替換，而是應用的不斷擴展，因此即使到現(xiàn)在，硬盤、SAN、NAS技術依然廣泛應用在相關領域中。從存儲技術的發(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革新。

二、計算機存儲技術現(xiàn)狀

（一）機械硬盤世界上第一款機械硬盤SSD(SolidStateDrive)由IBM公司在1956年推出，名為IBM350RAMAC[1]。這款機械硬盤包含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，在當時RAMAC是十分具有影響力的計算機存儲設備，被用于商業(yè)、金融、醫(yī)學等領域。機械硬盤的主要部件包含：盤片、磁頭、控制電機、盤片轉軸、數(shù)據(jù)轉換器、接口、緩存、磁頭控制器等幾個部分。磁頭可沿盤片的半徑方向移動，盤片可以達到幾千轉/每分鐘的速度高速旋轉，使得磁頭可以移動到盤片的指定區(qū)域上訪問數(shù)據(jù)。硬盤是一種精密的電子設備，如何防塵是它面臨的一個重要問題，因而進入機械硬盤的空氣必須經(jīng)過一定的過濾。機械硬盤由于它的機械特性，抗震性較差。傳統(tǒng)機械硬盤在防震抗摔、速度、功耗、重量、噪音、性能方面遠不如固態(tài)硬盤，但由于其價格優(yōu)勢，故在應用市場上仍占有較大份額。

（二）固態(tài)硬盤相比于機械硬盤等計算機存儲技術而言，固態(tài)硬盤SSD(SolidStateDisk)的發(fā)展相對短暫。但它可以說是應需求巨大且變化快速的存儲市場要求而迅速興起的一項技術。市場統(tǒng)計數(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。隨著閃存存儲技術的不斷發(fā)展，固態(tài)硬盤SSD在存儲領域逐漸彌補了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的主要劣勢是價格高，但隨著近年來MLC、TLC和QLC的發(fā)展，SSD的價格逐漸降低。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)，每個通道上掛載多個閃存芯片(Chip)，每個芯片上有多個晶圓(Die)，每個晶圓中包含多個分組(Plane)，每個分組內(nèi)包含多個閃存塊(Block)，閃存塊中又包含多個閃存頁(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)應用中都有十分大的需求，存儲生產(chǎn)商家們在該領域也都做出了不懈的努力與探索。SSD除了在傳統(tǒng)工業(yè)、計算機、軍事、企業(yè)存儲、航天領域具有應用前景，在云服務器、嵌入式設備等領域也具有非常大的市場。

三、計算機存儲技術未來發(fā)展

網(wǎng)絡存儲和虛擬存儲是當前存儲技術發(fā)展的兩大主題。存儲技術的發(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，以及存儲在時間上的可延展性和空間上的可擴展性提出了更高的要求，這就使得各式存儲設備和存儲技術將不斷趨于融合，最終統(tǒng)一在一個標準架構內(nèi)。

（一）虛擬存儲目前存儲技術的發(fā)展主要方向為虛擬化技術。隨著信息的指數(shù)級增加，如何高效利用現(xiàn)有的存儲架構和存儲技術，簡化管理存儲，從而減少商家維護成本成為人們最為關注的焦點。虛擬存儲指的是將許多不同類型、獨立存在的物理存儲實體，通過軟件和硬件技術，融合轉換為一個邏輯虛擬存儲單元，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物理存儲體的讀寫帶寬的總和。虛擬存儲技術的發(fā)展和應用，有助于更加有效地發(fā)揮當前存儲設備的存儲能力以及提高存儲效率。存儲虛擬化的核心在于：如何把物理存儲設備映射到單一的邏輯資源池中。一般而言，虛擬技術是通過建立一個虛擬抽象層來實現(xiàn)的。該虛擬層向用戶提供了一個統(tǒng)一的接口，向用戶隱藏了復雜的物理實現(xiàn)。根據(jù)虛擬層在存儲系統(tǒng)中所處的區(qū)域，存儲虛擬化的實現(xiàn)方式可以分成：基于存儲設備端的虛擬存儲、基于存儲網(wǎng)絡的虛擬存儲和基于服務器端的虛擬存儲三種方式[4]。

（二）網(wǎng)絡存儲隨著信息需求的增加使得存儲容量高速擴增，存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺已然成為一個發(fā)展核心，相應地，應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、擴充能力等諸多維度?？梢哉f，存儲網(wǎng)絡平臺的綜合性能的好壞，將直接影響到整個系統(tǒng)的正常高效執(zhí)行。所以，發(fā)展一種具有經(jīng)濟效益的和可管理的先進存儲技術將成為必然的發(fā)展趨勢。網(wǎng)絡存儲（NetworkStorage）是諸多數(shù)據(jù)存儲技術中的一類，網(wǎng)絡存儲架構大致可以分為三種：直連式存儲DAS、網(wǎng)絡附加存儲NAS、存儲區(qū)域網(wǎng)SAN。

四、結語

在大數(shù)據(jù)時代下，如何安全、高效、經(jīng)濟地存儲大規(guī)模的數(shù)據(jù)，顯得尤為重要。固態(tài)硬盤及機械硬盤在當前的存儲市場上占據(jù)較大份額，而隨著固態(tài)硬盤技術的進一步發(fā)展，價格進一步降低，固態(tài)硬盤將更受商業(yè)市場歡迎。網(wǎng)絡存儲和虛擬存儲是為來計算機存儲技術發(fā)展的兩大主要方向。

參考文獻

[1]喬曉飛.計算機硬件儲存設備與網(wǎng)絡儲存的發(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,舒繼武.Flash存儲技術[J].計算機研究與發(fā)展,2010(4):158-168.

[3]劉偉.計算機存儲虛擬化技術及其應用探究[J].信息系統(tǒng)工程,2018(8):38.

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

作者：陳玉玲 徐濤 單位：西南大學