計算機(jī)硬件儲存設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)儲存的發(fā)展

1、計算機(jī)硬件儲存設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)儲存的發(fā)展   本文關(guān)鍵詞：    本文簡介：摘要：伴隨著計算機(jī)硬件技術(shù)的不斷更新，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展的背景之下，計算機(jī)功能更加多樣化，滿足人們在生活、工作等方面的需求，特別是在資料儲存方面，人們提出了較高的要求，硬件儲存器和網(wǎng)絡(luò)儲存這兩個途徑在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新中發(fā)揮著積極的作用。筆者主要從計算機(jī)硬件儲存和網(wǎng)絡(luò)儲存的角度出發(fā)，分析存儲的發(fā)展過程，    本文內(nèi)容：   ：伴隨著計算機(jī)硬件技術(shù)的不斷更新，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展的背景之下，計算機(jī)功能更加多樣化，滿足人們在生活、工作等方面的需求，特別

2、是在資料儲存方面，人們提出了較高的要求，硬件儲存器和網(wǎng)絡(luò)儲存這兩個途徑在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新中發(fā)揮著積極的作用。筆者主要從計算機(jī)硬件儲存和網(wǎng)絡(luò)儲存的角度出發(fā)，分析存儲的發(fā)展過程，并探討發(fā)展中存在的問題。   ：計算機(jī)硬件儲存；HDD；SSD；網(wǎng)盤；云存儲   隨著計算機(jī)的出現(xiàn)，人們的生產(chǎn)和生活方式發(fā)生了極大變化，特別是在計算機(jī)硬件技術(shù)不斷升級和發(fā)展的背景之下，計算機(jī)的儲存也獲得了更加清晰的發(fā)展方向，有著更加可靠的發(fā)展途徑。伴隨著時代的不斷進(jìn)步，很多技術(shù)都獲得了發(fā)展，計算機(jī)儲存技術(shù)就是其中的一項(xiàng)。人們所使用的儲存技術(shù)是在不斷發(fā)展的背景下出現(xiàn)的，并且能夠結(jié)合不同時代

3、的發(fā)展需求，融入不同的內(nèi)容，為了更好滿足人們對資料存儲的需求，本文將介紹計算機(jī)硬件存儲的現(xiàn)狀及幾種常用的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)，從而為用戶選擇資料存儲方式提供參考。   1.1機(jī)械硬盤   1956年IBM公司推出了世界上第一個硬盤驅(qū)動器RAMAC，開啟了硬盤領(lǐng)域的發(fā)展史。1973年，IBM發(fā)明了第一臺Winchester（溫氏）硬盤（簡稱HDD），它的特點(diǎn)是工作時磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動的盤片上方，而不與盤片直接接觸。使用時，磁頭沿高速旋轉(zhuǎn)的盤片上做徑向移動，這便是現(xiàn)在所有硬盤的雛形。傳統(tǒng)的溫徹斯特硬盤雖然外表普通，內(nèi)部卻是一個集機(jī)、電、磁于一體的精密設(shè)備。浮動磁頭組

4、件是硬盤中最精密的部件之一，它采用了非接觸式頭、盤結(jié)構(gòu)，加電后在高速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面飛行，飛高間隙只有0.080.3m。磁盤工作的最主要原理就是完成數(shù)據(jù)的記錄工作，并且需要獲得特定的磁粒子極性的幫助。磁頭在讀取數(shù)據(jù)時，盤面會處在一個高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，此時的磁頭不會和盤面接觸，這樣就不會磨損，但是又不影響數(shù)據(jù)讀取。在運(yùn)行的過程當(dāng)中，這種操作會使得磁粒子的不同極性轉(zhuǎn)換成不同的電脈沖信號，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的幫助之下，會使得原始的信號成為電腦當(dāng)中可以使用的一些數(shù)據(jù)。在寫的操作方面恰好和上述操作相反。傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤需要借助機(jī)械部件來進(jìn)行驅(qū)動，因此，在讀寫數(shù)據(jù)時，需要借助物理旋轉(zhuǎn)的磁盤，在整體的存儲過程當(dāng)中，探索

5、性十分突出，這將導(dǎo)致硬盤的數(shù)據(jù)傳輸效率受到了嚴(yán)重的限制，從而成為機(jī)械硬盤無法突破的瓶頸，并且嚴(yán)重制約了PC性能的提升。   1.2固態(tài)硬盤   固態(tài)硬盤（簡稱SSD），是在傳統(tǒng)硬盤上衍生出來的概念，簡單說就是用半導(dǎo)體芯片制成的硬盤1。固態(tài)硬盤在很多方面的要素和普通硬盤是相同的，例如，接口的規(guī)范和定義等等，并且產(chǎn)品的外形和尺寸也和普通的硬盤一樣。固態(tài)硬盤中是一個大的PCB板，上面分布有主控芯片和Flash顆粒等一些比較小的元器件。固態(tài)硬盤實(shí)際上就是一個體積比較大的U盤。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，固態(tài)硬盤的存儲介質(zhì)一般是一些閃存的芯片，它最主要的原理就是在主控芯

6、片的幫助之下，把數(shù)據(jù)燒錄在閃存的芯片上2。這樣的存儲方式和其他方式比起來，存儲時間比較長，同時，不需要獲得電源的支持。由于結(jié)構(gòu)上的不同，固態(tài)硬盤在讀取寫入數(shù)據(jù)時不需要等待，由于SSD固態(tài)硬盤沒有磁頭，所以幾乎不存在尋道時間這一概念，它讀取寫入數(shù)據(jù)的速度相對傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤高很多。固態(tài)硬盤因沒有任何機(jī)械裝置，所以無噪音，另外，相對抗震、超低功耗都是它的優(yōu)點(diǎn)。隨著半導(dǎo)體制程的發(fā)展，為了進(jìn)一步提高容量、降低成本，閃存芯片的制程工藝從早期的50nm發(fā)展到現(xiàn)在的15nm，工藝越先進(jìn)，閃存芯片的氧化層越薄，可靠性也就越差，廠商要解決這個問題但又會提高成本，以至于發(fā)展到一定程度制程工藝已不具備優(yōu)勢，因此，容量

7、與壽命成為固態(tài)硬盤面臨的重要矛盾。   1.3固態(tài)硬盤的發(fā)展趨勢   固態(tài)硬盤多屬于平面閃存，廠商針對固態(tài)硬盤存在的問題，生產(chǎn)出了3D閃存，隨著3D閃存技術(shù)的不斷發(fā)展，固態(tài)硬盤必然擺脫容量與壽命的矛盾，憑借速度的優(yōu)勢逐漸取代機(jī)械硬盤3。   2.1傳統(tǒng)網(wǎng)盤   最早期的網(wǎng)盤技術(shù)不能夠滿足網(wǎng)民的要求，因此，網(wǎng)民會把需要存儲的資料通過添加郵箱附件的形式發(fā)送到自己的郵箱當(dāng)中，該操作方式操作簡單，整體的安全性和可靠性突出，但是會受到郵箱的限制。后來，在論壇發(fā)帖添加附件的方式緩解了空間方面受限的問題，但是帖子會面臨被管理員刪

8、除的可能性。在論壇中和網(wǎng)友進(jìn)行資料的共享是網(wǎng)盤在共享服務(wù)方面的初級形態(tài)。網(wǎng)盤，又稱網(wǎng)絡(luò)U盤、網(wǎng)絡(luò)硬盤，是一些網(wǎng)絡(luò)公司推出的在線存儲服務(wù)4。也就是說傳統(tǒng)網(wǎng)盤的功能還停留在存儲數(shù)據(jù)，只是用戶存放文件的位置從本地挪到了服務(wù)器，很多時候面向個人服務(wù)的網(wǎng)盤并不提供備份功能。傳統(tǒng)網(wǎng)盤上傳的資料與服務(wù)器空間是一對一的關(guān)系，就是說用戶每上傳1G的資料，服務(wù)器必須提供1G的存儲空間，這就提高了對帶寬和存儲空間的要求。傳統(tǒng)網(wǎng)盤一開始只有最簡單的存儲功能，后來慢慢才有了共享功能，無法滿足用戶數(shù)據(jù)遷移與管理的需求。   2.2云存儲   伴隨著網(wǎng)盤市場競爭的日益激烈，在存儲技術(shù)

9、不斷發(fā)展的背景之下，傳統(tǒng)的網(wǎng)盤技術(shù)難以滿足人們的需求，傳輸?shù)乃俣缺容^慢，恢復(fù)能力低和安全性比較差的問題一直困擾著網(wǎng)盤企業(yè)，營運(yùn)成本高更是給企業(yè)帶來了致命的一擊。應(yīng)用云計算存儲技術(shù)使得網(wǎng)盤行業(yè)面臨著新的革命，使得傳統(tǒng)的網(wǎng)盤被云儲存所取代。云存儲最大優(yōu)勢在于將單一的存儲產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)存儲與服務(wù)，個人云存儲給用戶帶來的體驗(yàn)極好，所以獲得了巨大的投資，用戶獲得穩(wěn)定的服務(wù)，并且人們的存儲需求得到有效的滿足，進(jìn)而受到越來越多人的青睞5。云計算本身就是一個基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)的增加、使用和交付模式6。云存儲是在云計算概念上所延伸和發(fā)展出來的一個新的概念，一般會在集群應(yīng)用和網(wǎng)格技術(shù)等各種系統(tǒng)功能的輔助之下，結(jié)合分

10、布式文件系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中不同類型的存儲設(shè)備進(jìn)行軟件集合方面的協(xié)同操作，共同為外界提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能。在這樣的一種操作模式下，空間的利用率會得到較大的提升，同時，也會使得整體存儲的安全性得到有效的提高，網(wǎng)絡(luò)硬盤迎來了一個快速的發(fā)展時期。網(wǎng)絡(luò)云存儲技術(shù)三種常見類型如下。（1）DAS。DAS是直連方式存儲，在這種方式下，存儲設(shè)備是通過電纜直接到服務(wù)器的。I/O請求直接發(fā)送到存儲設(shè)備，它依賴于服務(wù)器，其本身是硬件的堆疊，不帶有任何存儲操作系統(tǒng)，是完全獨(dú)立于主機(jī)的RAID系統(tǒng)。（2）NAS。NAS是網(wǎng)絡(luò)接入存儲，NAS連接到普通的網(wǎng)絡(luò)上，通常是以太網(wǎng)，使用一個優(yōu)化的文件系統(tǒng)和瘦（剝離的）操作系統(tǒng)

11、。在NAS存儲系統(tǒng)中包含兩類設(shè)備：客戶端主機(jī)和NAS服務(wù)器。應(yīng)用程序在客戶端主機(jī)中產(chǎn)生文件I/O訪問請求的系統(tǒng)調(diào)用，假如被訪問的數(shù)據(jù)存在于本地文件系統(tǒng)中，那么文件I/O系統(tǒng)調(diào)用將會被本地文件系統(tǒng)處理；假設(shè)被訪問的數(shù)據(jù)存在于遠(yuǎn)程文件系統(tǒng)中，那么I/O重定向器則通過命令將通過網(wǎng)絡(luò)文件協(xié)議（NFS或CIFS）的消息報文交由NAS服務(wù)器處理。（3）SAN。SAN是存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，可以把一個或多個系統(tǒng)連接到存儲子系統(tǒng)。它是一種在服務(wù)器與外部存儲資源或獨(dú)立的存儲資源之間實(shí)現(xiàn)高速、可靠訪問的專用網(wǎng)絡(luò)。在SAN中，每個存儲設(shè)備并不隸屬于任何一臺單獨(dú)的服務(wù)器。在SAN的存儲系統(tǒng)中，其軟件體系結(jié)構(gòu)基本上與NAS相同

12、，關(guān)鍵區(qū)別是NAS系統(tǒng)中的磁盤控制器的驅(qū)動程序被替換成光纖通道協(xié)議棧（FC）或ISCSI、TCP/IP協(xié)議棧。它們提供了將塊級別I/O指令傳輸?shù)轿挥赟AN網(wǎng)絡(luò)另一端的存儲設(shè)備的能力。   在SAN結(jié)構(gòu)當(dāng)中文件管理系統(tǒng)會分別分布在每一個應(yīng)用服務(wù)器上，不會以集群式存在，而NAS是每一個應(yīng)用服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)共享協(xié)議的幫助之下，使用同一個文件管理系統(tǒng)，簡單來說，這兩種存儲系統(tǒng)的區(qū)別在于NAS有自己的文件系統(tǒng)管理，而SAN主要是把目光集中在磁盤、磁帶以及連接它們的一些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層面。   為給用戶帶來更好的云存儲體驗(yàn)，獲得更廣泛的使用，網(wǎng)絡(luò)廠商正在與全球存儲廠商合作，推動開放式網(wǎng)絡(luò)存儲發(fā)展，努力實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存儲的兼容性和互操性，為用戶提供可依賴的存儲解決方案，未來用戶不用為自己的電腦配置硬盤，而云端的網(wǎng)絡(luò)硬盤將會是唯一的存儲工具。   1袁飛.固態(tài)硬盤的研究與應(yīng)用D.成都:電子科技大學(xué),2010.   2張偉杰.探析計算機(jī)硬件儲存設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)儲存的發(fā)展現(xiàn)狀J.科技視界,2014(30):91.   3倪永軍,謝長生.網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)現(xiàn)狀、存在的問題及對策研究J.計算機(jī)工程與應(yīng)用,2003(10).