1 绪论
1.1课题的背景与研究意义
随着科学技术的发展，通讯、导弹、航空航天等领域所需要存储的数据在飞速的增长，越来越多的场合需要用到大容量存储数据的解决方案，然而传统的基于硬盘、SD/MMC卡的存储方案，虽然能实现大容量存储数据的功能，但无论是系统成本、体积、功耗、易用性和可靠性等方面都不尽如人意，因此怎样有效的存储大量数据，并且能够保证其高速存取，就成为一个必须要解决的大问题[1]。
存储是数据之家。信息技术的三个最基本概念是处理、传输、存储，任何信息基础的设施与设备都是经过这三者的组合而成的。
对于一个大容量的存储数据系统，人们关注的问题是其纠错能力，传输速度和操作安装的简易性。而其中的关键技术是数据通讯技术。与此同时，对于一个系统，我们还需要考虑扩大存储容量、提高读写速度、减小体积和质量、降低功耗的问题[2]。
因此本课题就是要设计出一套能以较低的成本与功耗，而实现高速的、大容量的、高可靠性的数据存储解决方案。基于本文的具体应用，是在一个数据采集系统中对采集的数据、图像、声音、大容量影音录像的存储；以及对编程的代码、编码、译码、链接、软件类库的存储。
1.2 国内外研究现状
1.2.1国内研究现状
目前我们常用的存储技术有三种：半导体存储(RAM、ROM、Flash)技术的特点是存储速度快，容量小；而磁存储(硬盘、软盘、磁带)技术的特点是容量大，速度慢；光存储(CD、DVD、MO、PC、BD、全息)综合了两者的优点，有高存储密度、高信息输入速率、快速随机存取信息及存储寿命长等特点[3]，但还达不到我们所需要的存储容量和速度。我们需要的是一种更加理想的存储技术，采用“固态RAM”，使得容量堪比硬盘，速度堪比内存，并且掉电后不丢失信息。下面将简单的介绍一下近些年国内发展出来的一些存储器：
中国科学院空间科学与应用研究中心是国内最早在卫星上采用固态存储器的单位之一[4]，并且在实践5号中率先采用了以SDRAM为介质的固态大容量存储器，使得存储
容量达到了512Mbit。而且为了应对空间单粒子翻转现象，采用了软件R—S编码纠错的方法。而且在后来的嫦娥一号卫星上采用的大容量存储器的容量已经达到了48Gbit，并且可以在此基础上根据需要进行扩展。
而在最近的嫦娥二号卫星上则采用了NAND型FLASH存储芯片固态大容量存储器,其存储容量达到了128Gbit。并且为了提高其存储和擦除的速率，采用了并行扩展加流水线操作的方式，其最高存储速率可达到500Mbit/s[5]。
1.2.2 国外研究现状
大容量存储技术在国外发展非常迅速。新的存储介质不断推出，新的存储体系不断涌现。数据存储的介质从磁带、光盘，到现在的磁盘、半导体，存储的速度越来越快、存储的容量越来越大。从发展的趋势来看，主要是依靠新的存储介质或是采用新的存储体系结构来提高存储带宽和容量。许多著名的厂商都在致力于新的高速、大容量硬磁盘和半导体存储技术的研究，新的应用产品不断出现。国际上是八十年代末九十年代初开始研制固态大容量数据存储器的，1996年开始投入商业使用。国际研制和生产固态存储器的厂商很多，早期多用于空间技术：
在2007年发射的德国卫星TerraSAR卫星上，固存容量为256Gbit，最高数据存储速率为300Mbit/s。而最近的印度卫星RISAT-1卫星上，固存容量为240Gbit，最高数据存储速率为4×160Mbit/s[6]。
美国的SEAKR公司生产的P9系列固态大容量存储器是以SDRAM为存储介质的[4]，容量最大可达到512Gbit，其最大传输速率为300Mbit/s，接口方式有模拟、并行数字及串行数字三种。它还采用了EDAC检错纠错技术来保证其数据的正确。
Fairchild 公司研制的高速大容量存储器主要是用于航空侦察的，它采用闪存为主要存储芯片。Fairchild公司曾在20世纪90年代中期将SSR用于F-16战斗机的侦察舱中[7]，其存储容量为54.4Gbit，最大写入带宽为240Mbit/s。
VCI公司是国际上SSR的主要供应商之一，其技术特点是采用层次化设计，可以根据需要扩展存储容量，有较高的存储密度，可以同时读写并且实现低功耗，还应用了EDAC算法来检错纠错[8]。其容量最高可达16Tbit，传输速率可达150Mbit/s。
1.3大容量存储数据系统发展趋势
大容量存储数据系统经过长期的发展，由于存储介质密度已经到了接近极限的地
步，所以要实现存储容量的扩展，就需要发明新的存储介质。而提升存储带宽则要借助于新的总线技术和接口技术。另外，存储体系结构的优化也能提高数据存储的速率。最后，容错性措施对大容量存储数据系统的有效性也具有很重大的影响，也是一个重要的研究方向。
1.3.1体系
考虑到系统的扩展和重构，目前的大容量存储数据系统一般会采用标准化的体系结构，系统内部会采用Compact PCI或VME等标准总线。为了对海量数据进行更加有效的管理以及对数据存取带宽进行大幅度提高，势必要推出新的体系结构和标准总线。1.3.2可靠性
可靠性也是关系到存储器性能的一个重要指标。为保证数据的有效性和正确性，大容量存储数据系统需要采用多种可靠性措施。比如以减小存储错误率为目的的采用硬件实现的错误探测/错误更正(EDC、IECC)算法；为避免故障坏块的影响而采用的自适应故障检测、隔离技术；为提高系统的稳定性而采用的抗辐射加固技术。
1.4 本文研究内容
当前雷达、通信等领域中，要求存储系统带宽GB/s，容量为TB级别。因此，研究大容量存储数据具有极其重要的现实意义。
固态存储器(Solid State Memory，SSM)在数据存储中得到了越来越广泛的应用。SSM 具有存储密度高、可靠性好、功耗小、访问速度快、成本低等特点。但是目前的SSM[9]，在存储大规模数据时仍然存在着一定的存取速度限制。
目前最常用DRAM和NAND Flash作为SSM的半导体存储介质[10]。但是，DRAM的存储密度较低，且易失，需要通过定期刷新来保持数据，因此以DRAM为介质的SSM很少用在新型存储设备中[11]。而NAND Flash的存储密度较高，其存储的数据可以在断电后保持，所以应用非常广泛[12]。但由于它的访问速度较慢，因此，目前学术界和工业界所亟待解决的问题是如何实现高速访问NAND Flash的存储阵列。
本文研究实现一种高性能的大容量数据存储系统。该系统是采用NAND型FLASH 作为基本存储介质，可靠性高、环境适应性强、体积小、重量轻，可以实现1024GB的海量存储和4GB/s的写入带宽，具有广阔的发展前景。
研究的主要工作如下：
(1)研究高速大容量存储数据系统的现状和发展趋势；
(2)研究和设计基于NAND型FLASH的大容量存储数据系统，包括系统设备组成设计和系统结构设计等，并对系统的主要功能模块进行详细的设计；
(3)进行存储数据系统的主控软件设计，对软件各个功能模块进行详细设计，实现各个模块的关键技术的解决方案；
(4)对所做的研究工作做总结。
2 基于NAND型FLASH的大容量存储系统硬件设计
现代的数据采集系统[13]会产生海量的高速高精度数据，在很多特殊场合中，单块存储板的存储技术的写入带宽渐渐不能满足系统的需求，因此需要设计一个由多块存储板组成的存储系统。本章研究一种由多块基于NAND型FLASH的存储板构成的大容量存储数据系统，以解决TB级数据的高速传输存储问题。
2.1 设计需求
(1) 海量存储：单个存储板的存储容量达到128GB以上，并且容量可配置，能够兼容不同容量的NAND型FLASH[14]。
(2) 高带宽：单板的写入带宽达到500MB/s以上。
(3) 模块化：设计模块化，以利于调试和维护。
(4) 高可靠性：系统在极端环境下也能正常工作。
2.2 总体硬件设计
设计框图如图2.1所示：
首先，FIFO缓冲主机端发送的命令，该命令指明了命令端口编号、命令类型、页偏移地址、页面数量、访存逻辑块地址；而主机端的扇区数据则进入四路缓冲feeder 之中。FIFO接到命令后，发送到Command 解释单元。
Command 解释单元的功能是判断请求的数据是否位于SRAM存储器之中，如果命中则立即返回数据至对应的feeder，否则继续查询SRAM 中的页表结构来进行逻辑至物理地址的转换。在这里，大容量SRAM除了存放写缓冲页面，还缓存损耗均衡信息与部分页表信息，如果它们没有在Cache中命中，则需要发送包含物理地址的Flash 访存请求至之后的命令分发单元。命令分发单元负责的功能是将Flash命令按各自Flash
模块的空间编址信息发送到各Agent单元。Agent单元才是Flash命令的调度实体，为了提高存储总线的带宽的利用率，Agent单元将接收到的多个Flash命令调度到Flash控制器上，使得命令能够在各Flash芯片上并发执行，使不同Flash 芯片上的各命令能够分时共享Flash存储总线。同时，为了检测和更正闪存中可能存在的错误，Flash控制器还采用检错纠错ECC编码器和解码器单元。
图2.1 设计框图
设计中，I/O接口[15]的实际带宽是取决于SRAM的访存带宽、SRAM Cache的命中率与Flash 阵列的访存带宽的。因此，除了要采用高带宽SRAM，还要提高Flash访存带宽，同时尽量缩短读取与写入数据的响应时间。所以，将Flash阵列分模块开发，让不同的Flash命令得以并发执行，并在模块内部采用多闪存总线结构，让读写命令和数据访问带宽得以成倍的增加。此外，为了缩短单个命令的读写平均延迟，可以采取一种芯片级交叉存取技术，将先后送到各个模块上的多个Flash命令并行发送到不同的Flash 芯片上并发执行，大大提高存储数据的效率。
2.3存储模块设计
2.3.1存储介质的选择
目前数字存储技术的存储介质不同，主要有磁介质、光介质以及半导体介质，各种技术都有自己的特点：磁记录技术的主要优点是存储容量大，数据可以长期掉电保存，可多次重复使用，磨损率极低；其主要缺点是机械部件抗振动能力差，不适宜在极端条件下作业。光记录技术的主要优点是存储容量大，存储时间长，且不受振动和磁场的影响，适应温度范围广；其缺点是寻道时间较长和无法重复写入。近年来[16]，半导体因其突出的优点已成为当前高速大容量数据存储的主流设备。
下面对存储器的各种材料作简单的介绍，并且对文中出现的几款存储器进行详细的说明。
半导体存储技术，传统的随机存取存储器[17]，简称随机存储器，常见的有动态、静态随机存储器：
SRAM[18]（静态随机存储器）：具有静止存取功能，不需要刷新电路就可以保存其内部存储的数据，不像DRAM那样，每隔一段时间就要对DRAM刷新充电一次，否则其内部存储的数据就会消失，可见SRAM具有较高的性能。但是SRAM 的集成度较低，相同容量的DRAM可以设计为较小的体积，而SRAM却需要较大的体积，所以在主板上SRAM一般作为CPU与主存储器间的高速缓存，有两种规格：一种是固定在主板上的高速缓存（Cache Memory ）；另一种是插在卡槽上的COAST（Cache On A Stick）扩充用的高速缓存。为了加速CPU的内部数据传送，自80486起，在CPU的内部也设计有高速缓存。SRAM虽然速度快，不需要刷新，但是也有其缺点：价格高，体积大，所以还不能作为主存。它的特点归纳如下：（1）优点：速度快，不必配合刷新电路，可提高工作效率。
（2）缺点：集成度低，功耗较大，体积较大，价格较高。
（3）使用SRAM的地方有：
(a) CPU与主存储器之间的高速缓存。
(b) CPU内部的L1／L2或外部的L2高速缓存。
(c) CPU外部扩充用的COAST高速缓存。
(d) CMOS 146818芯片。
静态随机存储器主要采用双极型材料，存储速度较快，但功耗较大，而且集成度较低，所以普遍容量较小，可作为高速缓冲器的材料。动态随机存储器主要采用MOS型材料，容量大，功耗低，但读取速度较慢，现如今PC上的主存储器多采用这种技术。
Flash Memory[19]（闪存存储器）：闪存是一种长寿命的非易失性存储器，数据删除不是以单个的字节为单位，而是以固定的区块为单位，区块大小一般为256KB 到20MB。由于其断电时仍能保存数据，闪存通常被用来保存设置信息，如在电脑的BIOS（基本输入输出程序）、PDA（个人数字助理）、数码相机中保存资料等。另外，闪存不像RAM（随机存取存储器）一样以字节为单位改写数据，所以还不能取代RAM。
闪存卡是利用闪存技术存储数据的存储器[20]，因其样子小巧，有如一张卡片，所以称之为闪存卡。根据不同的生产厂商和不同的应用，闪存卡大概有Smart Media （SM卡）、Compact Flash（CF卡）、Multi Media Card（MMC卡）、Secure Digital （SD卡）、Memory Stick（记忆棒）、XD-Picture Card（XD卡）和微硬盘（MICRODRIVE）。这些闪存卡虽然外观、规格不同，但是其技术原理都是一样的。
传统的存储数据是采用RAM的存储，电池没电了数据就会丢失。而采用闪存的产品，则克服了这一弊端，使得数据存储更为可靠。因此闪存被广泛应用在计算机、PDA、数码相机、录音笔、手机、数字电视、游戏机等电子产品中。
闪存盘可用来在电脑之间进行数据交换。从读写速度上讲，闪存盘采用USB 接口，读写速度比软盘高许多。从稳定性上讲，闪存盘没有机械读写装置，避免了移动硬盘容易受机械振动而造成损坏。另外闪存盘外形小巧，更易于携带，且采用支持热插拔的USB接口，使用非常方便。部分闪存盘还具有加密、定制等功能，令用户使用起来更具个性化。自从1998年U盘进入市场，其接口由USB1.0发展到3.0，速度逐渐提高。U盘的盛行也促进了USB接口的推广。
闪存正在朝大容量、低成本、低功耗的方向快速发展，目前市场上已经出现了闪存硬盘。随着制作工艺的提高和成本的降低，闪存将会更广泛地应用在日常生活之中。
另外FeRAM (铁电存储器)，MRAM（磁阻型随机存储器），PRAM（相变型随机存储器），在容量和读写性方面也都有着广泛的前景。
磁存储技术一直在容量方面保持领先的优势。现在的硬盘[21]，无论是SCSI还是IDE，都具有以下特征：
(1)磁头、盘片及运动机构密封。
(2)固定并高速旋转的盘片表面平整光滑。
(3)磁头沿盘片径向移动。
(4)磁头对盘片接触式启停，但工作时呈飞行状态不与盘片直接接触。
移动硬盘：由于制作工艺的改进，新型移动硬盘比旧的硬盘在存储容量上略有提升。新型移动硬盘的工作原理与传统硬盘的工作原理基本相同，不同之处是移动硬盘一般采用USB接口，而3.5寸的移动硬盘需要外接电源，2.5寸的移动硬盘不超过60G的一般不需要外接电源的。
在大容量磁存储技术中还有磁盘阵列，但磁盘阵列成本太高，存储速度也相对较慢。
与磁盘、光盘等存储系统相比，基于NAND型FLASH的固态存储系统具有可靠性高、环境适应性强、体积小、重量轻等优点，具有广阔的发展前景。
另外，由于SRAM具有较高的存取速度[22]，所以在主存储器中作为Cache。
综上所述，本文主要研究实现一种高性能的大容量数据存储系统，所以主要对主存储器进行研究。该系统选用NAND型FLASH作为基本存储介质，可以实现1024GB的海量存储和4GB/s的写入带宽。
FLASH芯片的分类与比较：根据芯片技术架构的不同，闪存芯片大致分为NOR、DINOR、NAND、AND等几种类型。下面将对常见的NOR和NAND型FLASH进行详细的分析比较[23]。NOR技术(亦称为Linear技术)是最早应用在闪存芯片上的，是Intel 公司在1988年开发成功的，它的出现改变了之前EPROM和EEPROM一统天下的局面，与其它的存储介质相比，它的可靠性高，随机读取速度快，非常适用于擦除和编程操作较少而自接执行的代码，尤其是纯代码存储的场合，如PC的BIOS固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储器等。
(1) NOR技术闪存芯片具有以下特点：
1)程序和数据可存放在同一芯片上，拥有独立的数据总线和地址总线，能快速随机
读取，允许系统从闪存芯片中直接读取代码执行，而无需先将代码下载至RAM中再执行；
2)可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必须以块为单位或对整片执行擦除操作，在对存储器进行重新编程之前需要对块或整片进行预编程和擦除操作；
3)传输效率很高，在1-4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是较低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。由于NOR技术闪存芯片的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又较大，因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储的应用中，NOR技术显得力不从心。不过，仍有支持者在以写入为主的应用中继续看好这种技术。
(2)NAND技术
NAND技术闪存芯片能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。它是实现大容量数据存储的理想数据存储介质。
NAND技术闪存芯片具有以下特点：
1)以页为单位进行读和编程操作，1页为256或512 Byte；以块为单位进行擦除操作，1块为4K、SK、16KByte或更大。
2)具有块编程和块擦除的功能，其块擦除时间是2ms，而NOR技术的块擦除时间为几百毫秒。
3)数据、地址采用同一总线，实现串行读取，不能按字节随机编程。
4)芯片尺寸小，引脚少，是位成本最低的固态存储器。
5)芯片包含有无效块，无效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来。影响NAND性能的主要因素有页容量、块容量、IO位宽、工作频率和制造工艺等。
(3)NAND技术和NOR技术的比较
1)性能比较
NAND和NOR的主要性能比较如表2.1所示。其中NAND和NOR均为三星公司同时期的产品。NAND的型号为K9F4G08U0A，NOR的型号为K8F1215ETM。
表2.1 NAND和NOR主要性能比较
由表2-1可以得出，NAND型FLASH在写速度、擦除速度和容量上面对NOR型FLASH具有巨大的优势。它最主要的缺点就是读速度相对较慢。我们在NAND的实际的运用中可以采用并行读取的方式来提高读带宽，从而克服这个缺点。
2)接口比较
NOR型FLASH带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。NAND器件使用复杂的I/O口来串行存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。
3)耐用性
在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次。NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势，典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍，每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。
4)使用难易度
可以非常直接地使用基于NOR的闪存，可以像其他存储器那样连接，并可以在上面直接运行代码。由于使用特殊的I/O接口，NAND的控制要复杂得多。在使用NAND 器件时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作。另外，由于NAND存在坏块问题，这更加大了使用NAND的难度。
结论：由于本文中最关键的指标要求是容量和写入带宽，对读取速度并没有过高的要求，所以NAND比NOR更满足需要。而且，实际应用当中还可以通过采用多片并行的方式提高数据读取带宽，因此本文采用NAND型FLASH作为存储介质。
2.3.2 存储板架构设计
存储板部分架构设计如图2.2所示。
图2.2 存储板设计图
存储板上使用主控芯片与16片NAND型FLASH（K9NCG08U5M），最高可以达到128GB的存储容量。其中主控芯片是存储板上数据接收、分发和发送的枢纽。它通过PCI接口芯片PCI9656连接到PCI总线上，实现32位的局部总线。四组NAND阵列分别通过DDR方式下的高速差分线与主控芯片相连，各自有四片NAND，进行数据的读写。
2.3.3 控制芯片选择
根据设计需求，存储板需要提供128GB以上的存储容量，因此其需要贴装16片以上容量为8GB的NAND芯片。对大量的NAND进行有效的控制需要功能强大的主控芯片。另外，存储板与外界高速的数据交换也需要性能优良的接口芯片。控制芯片及附加电路的选型主要基于以下四点考虑：可用I/O数量、电平类型、片内缓存量和I/O速率。
(1)可用I/O数量
考虑三星公司出品的容量为8GB的NAND型FLASH K9NCG08U5M，共有6个控制管脚和8个数据管脚。如果选择16片NAND，则需要控制管脚数224个。每4片进行分组片选只需找有64个引脚的控制芯片即可。
(2)电平类型
如FLASH芯片与控制芯片电平类型不一，（FLASH芯片为CMOS电平）则需外接电平转换芯片或者电路进行转换。
(3)片内缓存量
存储板上有多种不同的接口，用Block Ram来做数据缓存。存储板上的数据接口有2种：NAND接口、PCI接口。每个NAND至少需要一页（2KByte）大小的缓存，16片NAND需要的缓存数量为32KByte。
(4)I/O速率
存储板需要与外界进行高速数据传输，因此要求存储板应具有高速接口。
综合考虑管脚数、缓存、I/O速率等因素选定主控芯片为Xilinx公司主流的XCR3128芯片，其具有高达1Gbps的LVDS接口，具有片内缓存，可用管脚数为100，满足接口需求。其内部具有1296Kbit的Block Ram，满足数据接口缓存需要。高达1Gbps的I/O 速率也满足高速数据传输的需求。另外XCR3128的电平也为CMOS电平，可以直接接至FLASH K9NCG08U5M上。
XCR3128芯片简介：Xilinx自己设计高速UTMI收发器。XCR3128使用12MHz晶体和回转率控制垫，以减少电磁干扰的问题。48引脚LQFP（9mmх9mm）封装，XCR3128是最佳的成本/性能解决方案，以满足不同情况的高速存储类应用，如硬盘、光盘的CD - R / RW和DVD - ROM上。具有以下特性：
(1)符合通用串行总线规范修订版2.0；符合ATA/ATAPI-6规格转速1.0；符合USB 存储类规范ver.1.0 （散装只有议定书）。
(2)操作系统支持：WIN XP下载/ 2000 /WIN/ 98 / 98SE的Mac OS 9.X /十。
(3)集成USB 2.0收发器宏单元接口（UTMI）收发器和串行接口引擎（女士）。的USB 2.0认证（TestID = 40380268）。
(4)支持4个端点：控制(0 )/散装阅读(1) /散装收件(2) /中断(3)。512分之64字节数据净荷充分/高速批量端点。
(5)支持16位的多DMA模式和Ultra DMA模式接口（超66分之33）。嵌入式7.5的MIPS的RISC CPU。光盘文件大小：4000字；内存大小：128字节。
(6)支持省电模式和USB暂停指标。
(7)支持USB 2.0测试模式功能。
(8)支持2个GPIO （GPIO5＆6）可编程电（仅适用于64引脚封装）。
(9)支持电力控制装置的电源开/关运行时挂起模式（仅适用于64引脚封装）。
(10)支持32位和48位LBA硬盘。提供LED指示灯为全速和高速（仅适用于64引脚封装）；12 MHz的外部时钟以提供更好的电磁干扰；3.3V电源输入；5V的宽容跳板IDE接口。
(11)支持唤醒能力，采用48引脚LQFP / TQFP和64引脚LQFP / TQFP封装。
XCR3128芯片的结构与外围电路的连接如图2.3。
图2.3 主控芯片与其外围电路
每4片分成一组，每组的数据通过总线与主控芯片相连，每片FLASH芯片的读、写使能端分别与主控芯片相连。因为三星公司出品的容量为8GB的NAND型FLASH K9NCG08U5M，共有13个控制管脚和8个数据管脚，因此需占用XCR3128共32个数据引脚，32个控制引脚。主控芯片与16片FLASH芯片相连的电路图如图2.4所示。
图2.4 主控芯片与FLASH芯片
2.3.4 主要存储模块的设计
本系统的存储模块由8块NAND型FLASH存储板构成。该模块实现1TB的存储容量，以及4GB的存储带宽，是本系统设计的重点和难点。在本系统中，设计要求单板实现500MB的写入带宽，这几乎已经达到了NAND型FLASH写入带宽的极限。高指标对存储板上主控芯片及外接芯片上逻辑的设计提出了很高的要求。
图2.5 片上逻辑设计框图
片上逻辑设计框图如图2.5所示。主要的功能模块包括NAND阵列、NAND的读写缓存、ECC校验模块以及主控芯片XCR3128。NAND读写缓存用于数据缓冲；控制芯片是核心，控制存储板上各个芯片的协调运作，达到预定的功能。当控制器选择使能ECC模块时，就会产生输出到ECC的控制信号和数据，并且会接收ECC模块从存储芯片中读到的数据，同时根据ECC模块对数据所做出的校验信息，来对数据进行纠错；当控制器不使能ECC模块时，数据和控制信号则会被直接输出到存储芯片，协调控制除ECC外的各种操作。ECC模块是能够对数据进行校验的，它能够纠正单比特错误和检测双比特错误，而且计算速度也是很快的。在写数据时，ECC模块会产生将要写入的数据的ECC校验码，并将其存入存储芯片中；在读数据时，ECC模块会对数据进行ECC 校验码的比较，自动检错。Agent单元属于Flash 命令的调度实体，位于控制器与命令的分发单元中间，每一路Flash阵列都会通过一个Agent单元来进行命令调度。Agent 单元与交叉开关单元和控制器单元相连接，其功能是进行芯片级的并行性调度，采用基于公平性或基于吞吐量的调度算法来实现对并行写入功能的优化。
2.3.5 坏块解决方法
NAND存储器存在一些初始无效块[24]，并且在使用过程中也会出现存储单元的损坏。因此有必要记录每片NAND中坏块的位置，即在写和读之前都建立一个坏块表来保证数据被正确地存储和读取。在板卡每次上电之后，首先由XCR3128启动访问NAND，检测器件中的坏块并建立坏块表，然后存储在EEPROM中。当进行数据存储
操作时，XCR3128首先将产生的存储地址与坏块表进行比对，然后将数据存储到正确的地址当中。数据读取时，也由XCR3128根据坏块表给出正确的地址信息以读取数据。在存储板中，由于对NAND进行分组并行操作，将会产生新的坏块问题。由于组内每片NAND的坏块地址不可能完全相同，而读写操作是统一的，因此一旦组内某片NAND 的第n块是坏块，那么就认为组内所有NAND的第n块都是坏块。因此，组内NAND 每增加一个坏块，就会损失四个块的存储容量（0.5MB）。最差情况下，组内每片NAND 都有320个坏块，坏块的位置均不相同，则被视为存在320*4=1280个坏块，每块容量为128KB，这相当于损失了160MB的存储容量。整板16片NAND，共分成4组，一共会损失640MB的容量。但在实际使用过程中，每片NAND的实际坏块数量在20个以内，所以整板容量损失不超过0.5GB，这在海量存储中是完全可以接受的。
2.4 数据类型转换模块设计
为了对数据进行外界的交换还需对数据类型进行转换[25]。有的方案会选择PCI总线或RS-232串行总线，PCI总线的传输率可达132MB/s，还能即插即用，但是扩展槽相当有限，且插拔不方便。RS-232串行总线连接方便，但带宽有限，传输速度太慢，而且一条RS-232串口通信电缆只能连接1个物理设备。而USB通用串行总线则能很好地解决以上问题，其接口简单灵活且有较高的数据传输率，最新的USB3.0已经达到4Gbps 的传输速率；主机能够对实时数据做出快速响应，并及时进行分析和处理。
微控制器和USB接口的连接方式有[26]：一是用具备USB通信功能的单片机或CPU，如PDIUS-BD12；二是用带有USB接口的单片机或CPU，如EZ2USB等。然而这两种方法都需要自己来编写设备驱动程序，而且需要了解各个应用系统程序与各个设备驱动程序的接口，当然还必须把专用的USB接口芯片的固件编程及接口了解清楚。而另一种简便的方法就是该系统采用CH375芯片，CH375内置有能够与计算机通信的USB协议，工作时它会在计算机上产生一个虚拟COM口，用户就可以按照通用串行口的控制方式来使用此COM口。对于微机系统它是COM3或COM4，对于单片机或其他信号处理单元，它是一个简单的I/O端口。
2.4.1 CPU80486DX简介
Inte80486是Intel公司1989年推出的32位微处理器。它采用了1mm制造工艺，内部集成了120万个晶体管。内外部数据总线是32位，地址总线为32位，
可寻址空间为4GB，支持虚拟存储管理技术，虚拟存储空间为64TB。片内集成有浮点运算部件和8KB的cache（L1 cache），同时也支持外部cache（L2 cache）。整数处理部件采用精简指令集RISC结构，提高了指令的执行速度。此外，80486微处理器还引进了时钟倍频技术和新的内部总线结构，从而使主频可以超出100MHz。
Intel 80486微处理器内部结构：
80486 CPU内部包括总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件、控制和保护测试单元部件、整数执行部件、分段部件、分页部件，以及浮点运算部件和高速缓存（cache）管理部件。
1)总线接口部件
总线接口部件（BIU）与外部总线连接，用于管理访问外部存储器和I/O端口的地址、数据和控制总线[27]。对处理器内部，BIU主要与指令预取部件和高速缓存部件交换信息，将预取指令存入指令代码队列。
BIU与cache部件交换数据有三种情况[28]：一是向高速缓冲存储器填充数据；二是如果高速缓冲存储器的内容被处理器内部操作修改了，则修改的内容也由BIU写回到外部存储器中去；三是如果一个读操作请求所要访问的存储器操作数不在高速缓冲存储器中，则这个读操作便由BIU控制总线直接对外部存储器进行操作。在预取指令代码时，BIU把从外部存储器取出的指令代码同时传送给代码预取部件和内部高速缓冲存储器，以便在下一次预取相同的指令时，可直接访问高速缓冲存储器。
2)指令预取部件
80486 CPU内部有一个32字节的指令预取队列，在总线空闲周期，指令预取部件（pre-fetcher）形成存储器地址，并向BIU发出预取指令请求。预取部件一次读取16个字节的指令代码存入预取队列中，指令队列遵循先进先出FIFO（first in first out）的规则，自动地向输出端移动[29]。如果cache在指令预取时命中，则不产生总线周期。当遇到跳转、中断、子程序调用等操作时，预取队列被清空。
3)指令译码部件
指令译码部件IDU（instruction decode unit）从指令预取队列中读取指令并译码，将其转换成相应控制信号[30]。译码过程分两步：首先确定指令执行时是否需要访问存储器，若需要则立即产生总线访问周期，使存储器操作数在指令译码后能准备好；然后产生对其他部件的控制信号。
4)控制和保护测试单元部件
控制部件CPTU（control and protection test unit）对整数执行部件、浮点运算部件和分段管理部件进行控制，使它们执行已译码的指令。
5)整数执行部件
整数执行部件IU（integer data-path unit）包括四个32位通用寄存器、两个32位间址寄存器、两个32位指针寄存器、一个标志寄存器、一个64位桶形移位寄存器和算术逻辑运算单元等。它能在一个时钟周期内完成整数的传送、加减运算、逻辑操作等。80486 CPU采用了RISC技术，并将微程序逻辑控制改为硬件布线逻辑控制，缩短了指令的译码和执行时间，一些基本指令可在一个时钟周期内完成。
两组32位双向总线将整数单元和浮点单元联系起来，这些总线合起来可以传送64位操作数。这组总线还将处理器单元与cache联系起来，通用寄存器的内容通过这组总线传向分段单元，并用于产生存储器单元的有效地址。
6)浮点运算部件
80486 CPU内部集成了一个增强型80487数学协处理器，称为浮点运算部件FPU（floating point unit），用于完成浮点数运算。由于FPU与CPU集成封装在一个芯片内，而且它与CPU之间的数据通道是64位的，所以当它在内部寄存器和片内Cache取数时，运行速度会极大提高。
7)分段部件和分页部件
80486 CPU设置了分段部件SU（segmentation unit）和分页部件PU（paging unit），实现存储器保护和虚拟存储器管理。分段部件将逻辑地址转换成线性地址，采用分段cache可以提高转换速度。分页部件用来完成虚拟存储，把分段部件形成的线性地址进行分页，转换成物理地址。为提高页转换速度，分页部件中还集成了一个转换后援缓冲器TLB（the translation look-aside buffer）。
2.4.2 CH375型USB芯片简介
CH375是一个USB总线的通用接口芯片，支持Host主机方式和Slave设备方式。CH375芯片内部集成了PLL倍频器、主从USB接口SIE、数据缓冲区、被动并行接口、异步串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器、通用的固件程序等。在本地端，CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU等控制器的系统总线上。CH375的USB主机方式支持各种常用的USB全速设备，外部单片机/DSP/MCU可以通过CH375按照相应的USB协议与USB设备通信。
当第一次带电插入PC机USB接口时，系统会提示安装相应的驱动程序，驱动程序可从相关网站免费下载。驱动程序安装完后，系统会自动增加一个COM口，用户就可以按照传统的串行口控制方式来使用这个COM口。
CH375芯片有如下特点：全速USBHOST主机接口USBV1.1，支持动态切换主机与设备方式，外围元器件只需要一个晶体和2个电容；主机端点输入和输出缓冲区各64B，支持常用的12Mb/s全速USB设备；支持USB设备的控制传输、批量传输和中断传输；自动检测USB设备的连接和断开，提供设备连接和断开的事件通知；内置控制传输协议处理器，简化常用的控制传输；并行接口包含8位数据总线，4线控制(读选通、写选通、片选输入和中断输出)；串行接口包含串行输入、串行输出和中断输出，支持通信波特率动态调整；支持5V电源电压和3.3V电源电压。
2.4.3 总体转换电路的设计
USB通用串行接口是数据采集系统通讯接口一种较好的选择，有使用安装灵活，传输速度快，可靠性高，易于扩展等优点，已逐渐成为现代数据通讯的发展趋势。与传统串口相比[31]，传输速度大大提高，方便了实际测量工作。
微处理器采用32位微处理器Intel80486DX，经USB数据转换芯片CH375转换成USB数据格式经由USB端口与外界交换。
因为CPU数据端口为32位，所以用四片CH375来转换。数据端口分别对应接入80486的D0-D31引脚，片选通过A2,A3,A4经译码器片选选出[32]。中断、读、写等引脚如图与CPU依次相连。每片CH375的TXD引脚接地,从而使CH375工作于并口方式。
使用USB接口的传输电路需用CP2101进行电平转换，复位电路采用常用的硬件按钮复位，程序下载则采CPU内JTAG调试电路。由于系统统一采用3.3 V供电，故将
USB提供的5 V电压经LP2987元件进行转换。
数据转换电路原理图如图2.5所示。
图2.5 数据转换电路原理图
2.5 本章小结
本章主要完成了大容量采集存储系统的硬件设计，对存储和数据转换2个主要的硬件模块作了详细设计，其中存储模块由八块NAND型FLASH存储板卡构成，数据转换模块由四片数据转换芯片与USB接口构成。
3 基于NAND型FLASH的大容量存储系统软件设计
本文研究的大容量存储数据系统的硬件结构是比较复杂的，性能指标也是比较苛刻的，因此需要一套功能完善的主控软件来有效协调控制系统各部分的工作，从而实现预定的功能要求，其中主要实现大量数据的快速读写。本章节即研究大容量存储数据系统的主控软件。
3.1 软件需求分析
本系统的研制是为了给用户提供一个能够对存储系统进行高效方便的操控的软件平台。用户通过该平台能对存储系统发出各种指令使之完成相应的操作，同时，用户还能通过该平台实时监控存储系统的运行状态。本软件系统还兼顾效率与实用性，尽量做到用户界面的美观大方，操作的简便，与传统的Windows软件的操作方式保持一致[33]。
本系统的设计需求主要分为以下几个方面：
(1)数据观测
用户可以通过主机进行实时观测并存储数据。观测模式可分为原始数据模式和频谱模式。原始数据模式下，主机接收实时采样原始数据，观测深度可设置。频谱模式下[34]，将采集的数据做32k点FFT后上传至主机。
(2)数据存储
用户可以通过软件触发采集操作。触发之后，数据将实时存入存储板中。采集操作可以在预定的时间内自动停止，也可以手动停止。存储数据的相关信息，包括存储的时间、备注等，都保存在主机中，记录存储信息。
(3)数据擦除
用户可以通过软件将存储空间的内容擦除，也可以指定存储信息进行擦除。
(4)ECC校验
系统可以自主进行ECC校验[35]，发现错误、纠正错误，使系统能够更加稳定的工作。
3.2 编程语言的选择与数据库的链接
存储软件系统需要在主机中存储大量的数据，因此需用一种有效的手段对存储的数据进行有效的管理。Visual C++提供了很多种数据库访问技术，包括ODBC、DAO等。它还可以支持Oracle、SQL Server和ACCESS等不同类型的数据库。
因此本文选用Visual C++作为主控语言，用它来实现系统与数据库的连接[36]。每次采集完毕之后，各种信息都会存储在主机的数据库中。
3.2.1 ODBC数据库互联技术
开放式数据库互联（Open Data Base Connectivity,简称ODBC）是一个统一的用于访问数据库的界面标准，同事也是一个数据库的访问库，可以让应用程序直接操控数据库中的数据，是一个具有独立性的数据库。ODBC是微软公司WOSA（Windows Open
目录 第1章项目建设背景与方案设计原则 (2) 第2章医疗影像云建设需求分析 (2) 2.1云平台的基础安全保障 (2) 2.2云环境下安全责任分类界定 (4) 2.3云环境下引入的特有安全需求 (5) 第3章医疗影像云云安全建设方案 (6) 3.1平台安全架构设计 (6) 3.2医院接入架构设计 (7) 3.2.1前置机接入安全设计 (7) 3.2.2专线接入安全设计 (7) 3.3平台安全区域边界设计 (8) 3.3.1网络接入域 (8) 3.3.2内网业务区 (8) 3.3.3安全管理区 (9) 3.4平台安全设备汇总 (9) 第4章医疗影像云云安全解决方案技术特点 (10) 4.1部署架构 (10) 4.1.1南北向安全服务流 (11) 4.1.2东西向安全服务流 (11) 4.2东西向安全服务设计 (11) 4.2.1安全服务交付形式 (11) 4.2.2安全服务交付内容 (12) 4.3南北向安全服务交付设计 (12) 4.3.1安全接入服务 (12) 4.3.2安全防御服务 (13) 4.3.3应用交付服务 (14)
第1章项目建设背景与方案设计原则 ◆统一规范 遵循在统一的框架体系下，参考国际国内各方面的标准与规范，严格遵从各项技术规定，做好整个医疗影像云系统的标准化设计与部署。 ◆成熟稳定 本次建设方案采用的是成熟稳定的技术和产品，确保能够适应各方面的需求，并满足未来业务增长及变化的需求。 ◆实用先进 为避免投资浪费，方案设计不仅要求能够满足目前业务使用的需求，还必须具备一定的先进性和发展潜力，具备纵向扩增以及平滑横向扩展的能力，以便IT基础架构在尽可能短的时间内与业务发展相适应。 ◆安全可靠 由于医疗影像云属于对医疗系统提供公共服务的云平台，因此针对平台自身业务熟悉，结合国家对云平台的相关建设要求和标准，本次云平台安全体系建设参考和采用以下相关国家标准： 信息系统安全保护等级定级指南（GB/T 22240-2008） 信息系统安全等级保护基本要求（GB/T 22239-2008） 信息系统安全等级保护实施指南（国家标准报批稿） 信息系统安全等级保护测评准则（国家标准报批稿） 信息系统等级保护基本要求-云计算要求-标准草案 第2章医疗影像云建设需求分析 2.1云平台的基础安全保障 云平台的基础安全保障，是云服务方所需承担的基本、必须义务。提供SAAS服务的云
https://www.doczj.com/doc/fc18332914.html, 数据存储的四种常见方式 数据存储，它的概念为数据在交流过程的情况下发生的临时数据以及加工的操作的进程里面要进行查找的讯息，一般的存储介质包含有磁盘以及磁带。数据存取的方法和数据文件组织紧紧的相连，它的最主要的就是创立记录逻辑和物理顺序的两者之间的互相对应的联系，进行存储地址的肯定，从而使得数据进行存取的速度得到提升。进行存储介质的方法因为使用的存储介质不一样采用的方法也不一样，当磁带上面的数据只是按照次序来进行存取的时候;在磁盘上面就能够根据使用的需求使用顺序或者是直接存取的方法。 ●在线存储 (Online storage)：有时也称为二级存储。这种存储方式的好处是读写非常 方便迅捷，缺点是相对较贵并且容易因为误操作或者防病毒软件的误删除而使数据受到损害。这种存储方式提供最好的数据获取便利性，大磁盘阵列是其中最典型的代表之一。 ●脱机存储 (Offline storage)：脱机存储用于永久或长期保存数据，而又不需要介质当 前在线或连接到存储系统上。这种存储方式指的是每次在读写数据时，必须人为的将存储介质放入存储系统。脱机存储的介质通常可以方便携带或转运，如磁带和移动硬盘。 ●近线存储 (Near-line storage)：也称为三级存储。自动磁带库是一个典型代表。比起 在线存储，近线存储提供的数据获取便利性相对差一些，但是价格要便宜些。近线存储由于读取速度较慢，主要用于归档较不常用的数据。 ●异站保护 (Off-site vault)：这种存储方式保证即使站内数据丢失，其他站点仍有数 据副本。为了防止可能影响到整个站点的问题，许多人选择将重要的数据发送到其他站点来作为灾难恢复计划。异站保护可防止由自然灾害、人为错误或系统崩溃造成的数据丢失。
大数据存储方式概述 随着信息社会的发展，越来越多的信息被数据化，尤其是伴随着Internet的发展，数据呈爆炸式增长。从存储服务的发展趋势来看，一方面，是对数据的存储量的需求越来越大，另一方面，是对数据的有效管理提出了更高的要求。首先是存储容量的急剧膨胀，从而对于存储服务器提出了更大的需求；其次是数据持续时间的增加。最后，对数据存储的管理提出了更高的要求。数据的多样化、地理上的分散性、对重要数据的保护等等都对数据管理提出了更高的要求。随着数字图书馆、电子商务、多媒体传输等用的不断发展，数据从GB、TB 到PB量级海量急速增长。存储产品已不再是附属于服务器的辅助设备，而成为互联网中最主要的花费所在。海量存储技术已成为继计算机浪潮和互联网浪潮之后的第三次浪潮,磁盘阵列与网络存储成为先锋。 一、海量数据存储简介 海量存储的含义在于，其在数据存储中的容量增长是没有止境的。因此，用户需要不断地扩张存储空间。但是，存储容量的增长往往同存储性能并不成正比。这也就造成了数据存储上的误区和障碍。海量存储技术的概念已经不仅仅是单台的存储设备。而多个存储设备的连接使得数据管理成为一大难题。因此，统一平台的数据管理产品近年来受到了广大用户的欢迎。这一类型产品能够整合不同平台的存储设备在一个单一的控制界面上，结合虚拟化软件对存储资源进行管理。这样的产品无疑简化了用户的管理。 数据容量的增长是无限的，如果只是一味的添加存储设备，那么无疑会大幅增加存储成本。因此，海量存储对于数据的精简也提出了要求。同时，不同应用对于存储容量的需求也有所不同，而应用所要求的存储空间往往并不能得到充分利用，这也造成了浪费。 针对以上的问题，重复数据删除和自动精简配置两项技术在近年来受到了广泛的关注和追捧。重复数据删除通过文件块级的比对，将重复的数据块删除而只留下单一实例。这一做法使得冗余的存储空间得到释放，从客观上增加了存储容量。 二、企业在处理海量数据存储中存在的问题 目前企业存储面临几个问题，一是存储数据的成本在不断地增加，如何削减开支节约成本以保证高可用性；二是数据存储容量爆炸性增长且难以预估；三是越来越复杂的环境使得存储的数据无法管理。企业信息架构如何适应现状去提供一个较为理想的解决方案，目前业界有几个发展方向。 1.存储虚拟化 对于存储面临的难题，业界采用的解决手段之一就是存储虚拟化。虚拟存储的概念实际上在早期的计算机虚拟存储器中就已经很好地得以体现，常说的网络存储虚拟化只不过是在更大规模范围内体现存储虚拟化的思想。该技术通过聚合多个存储设备的空间，灵活部署存储空间的分配，从而实现现有存储空间高利用率，避免了不必要的设备开支。 存储虚拟化的好处显而易见，可实现存储系统的整合，提高存储空间的利用率，简化系统的管理，保护原有投资等。越来越多的厂商正积极投身于存储虚拟化领域，比如数据复制、自动精简配置等技术也用到了虚拟化技术。虚拟化并不是一个单独的产品，而是存储系统的一项基本功能。它对于整合异构存储环境、降低系统整体拥有成本是十分有效的。在存储系统的各个层面和不同应用领域都广泛使用虚拟化这个概念。考虑整个存储层次大体分为应用、文件和块设备三个层次，相应的虚拟化技术也大致可以按这三个层次分类。 目前大部分设备提供商和服务提供商都在自己的产品中包含存储虚拟化技术，使得用户能够方便地使用。 2.容量扩展 目前而言，在发展趋势上，存储管理的重点已经从对存储资源的管理转变到对数据资源
分布式数据库技术在大数据中的应用
分布式数据库技术在大数据中的应用 摘要随着当前运营商对数据管理和应用需求的不断增加，分布式数据库技术得到极大的发展。在本文中首先对当前大数据环境下的分布式数据库技术进行介绍，然后分析分布式数据库技术在大数据中的具体应用。 关键词分布式数据库；数据管理；数据处理 中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）165-0108-01 随着当前移动互联网技术的迅猛发展，数据的种类和数量呈现快速的增长，传统的处理方式逐渐的不能够适应当前的发展需要，基于此种背景下，分布式数据库技术需要得到更快的发展，以达到对大数据的存储、管理以及分析等处理要求。 1 大数据中发展分布式数据库的意义 在面对当前的大数据时代，传统的集中式数据库已经逐渐的不能够满足人们的使用要求，需要找到新的处理方式来进行更新，分布式数据库就是在这样的背景下逐渐的被发展和应用。分布式数据库在使用中有着许多传统集中式数据库不具备的优点：第一，分布式数据库有着极为强大的扩展能力，这是传统数据库所不具备的，在数据的存储方面表现出巨大的优势；第二，来自于成本上的优势。
在大数据中，如果仍旧采用原有的数据库，在进行扩容的时候，会花费大量的资金，使得成本上花费巨大，而且所取得的效果也是有限的。分布式数据库则只需要较少的资金就能够完成扩容处理，占据着特别大的优势[1]；第三，分布式数据库在用户上有着很大的优势，分布式数据库让人们对大数据的存储、分析和处理变得容易和快捷。 2 分布式数据库技术分析 在大数据中，分布式数据库技术得到极大的发展，也正是由于分布式数据库技术表现出来的先进性能，才使得分布式数据库得到广泛的使用。在分布式数据库中，其由很多个并行的处理单元组成，而且每个处理单元都是一个完整的系统，其中包括数据的存储，数据的分析等，对于每一个处理单元来说，其所处的位置和作用都是对等的，而且是相对独立的。混合存储技术：突破传统行存的限制，实现行列混合存储。该项技术对于分布式数据库的性能有着很大的提升，使得分布式数据库在运行速度和运行的灵活性上都有很大的提高。再就是智能索引技术，该种技术所占用的空间减少，并且能够很好的解决后面数据库慢的问题，不会对后面的索引数据造成影响[2]。除此之外，分布式数据库中还具有许多先进的技术，如并行处理技术、高效透明压缩技术等，都是传统数据库中所不具备
https://www.doczj.com/doc/fc18332914.html, 常见的几种数据存储方法 在数据恢复中，小编经常强调“数据覆盖”的问题，也就是数据丢失后，如果往丢失磁盘存入了新数据，那么就可能造成数据覆盖，影响后续的数据恢复进程。因此，也有很多人有疑问：“怎么才能知道新存入的数据是不是刚好覆盖到了丢失数据上面呢？”这个问题其实和我们磁盘的数据存储方法有关了。 我们平时用来保存数据的存储介质不外乎这几种：硬盘、存储卡（内存卡）、U盘、光盘。常见的数据存储方法主要有下面四种： 1、顺序存储方法 把逻辑上相邻的结点存储在物理位置上相邻的存储单元里，结点间的逻辑关系由存储单元的邻接关系来体现。由此得到的存储表示称为顺序存储结构，通常借助程序语言的数组描述。该方法主要应用于线性的数据结构。非线性的数据结构也可通过某种线性化的方法实现顺序存储。 简单来说，如果你的数据存储介质的存储方法是顺序存储，比如顺序是从前往后，那么数据丢失后，新存入的数据也是按照从前往后的顺序写入的。 2、链接存储方法 该方法不要求逻辑上相邻的结点在物理位置上亦相邻，结点间的逻辑关系由附加的指针字段表示。由此得到的存储表示称为链式存储结构,通常借助于程序语言的指针类型描述。 这种存储方法乍一看是没有顺序可言的，可以简单理解成数据呈点状存储在磁盘中。 3、索引存储方法 该方法通常在储存结点信息的同时，还建立附加的索引表。索引表由若干索引项组成。若每个结点在索引表中都有一个索引项，则该索引表称之为稠密索引。若一组结点在索引表中只对应一个索引项，则该索引表称为稀疏索引。索引项的一般形式是：(关键字、地址)。 关键字是能唯一标识一个结点的那些数据项。稠密索引中索引项的地址指示结点所在的存储位置；稀疏索引中索引项的地址指示一组结点的起始存储位置。 4、散列存储方法 该方法的基本思想是：根据结点的关键字直接计算出该结点的存储地址。 四种基本存储方法，既可单独使用，也可组合起来对数据结构进行存储映像。同一逻辑结构采用不同的存储方法，可以得到不同的存储结构。选择何种存储结构来表示相应的逻辑结构，视具体要求而定，主要考虑运算方便及算法的时空要求。
磁盘文件数据存储方式 在介绍各种操作文件方式之前，需要先介绍磁盘上文件数据的组织方式。 实际上，文件是在计算机内存中以二进制表示的数据. 在外部存储介质上的另一种存放形式。 文件通常分为二进制文件和文本文件。 根据数据的组织的形式，可分为 ASCII文件和二进制文件。 ASCII文件又称文本文件，它的每一个字节放一个ASCII代码，代表一个字符。二进制文件是把内存中的数据按其在内存中的存储形式原样输出到磁盘上存放。 如果有一个整数10000，在内存中占2个字节，如果按ASCII码形式输出，则占5个字节，而按二进制形式输出在磁盘上只占2个字节。 用ASCII码形式输出与字符一一对应，一个字节代表一个字符因而便于对字符进行逐个处理，也便于输出字符 。但一般占存储空间较多，而且要花费转换时间。 用二进制形式输出数值，可以节省外存空间和转换时间，但一个字节并不对应一个字符，不能直接输出字符 形式。 一般中间结果数据需要暂时保存在外存上，以后又需要输入到内存的，常用二进制文件保存。 ASCII形式 00110001 00110000 00110000 00110000 00110000 内存中的存储形式 00100111 00010000 二进制形式 00100111 00010000 比如在内存中数据 00110000 00111001 (十进制为12345) 在磁盘上可以以ASCII码存储为 00110001 00110010 00110011 00110100 00110101 '1' '2' '3' '4' '5' 二进制存储格式 00110000 00111001
字符，字节和编码 摘要：本文介绍了字符与编码的发展过程，相关概念的正确理解。举例说明了一些实际应用中，编码的实现方法。然后，本文讲述了通常对字符与编码的几种误解，由于这些误解而导致乱码产生的原因，以及消除乱码的办法。本文的内容涵盖了“中文问题”，“乱码问题”。 掌握编码问题的关键是正确地理解相关概念，编码所涉及的技术其实是很简单的。因此，阅读本文时需要慢读多想，多思考。 引言 “字符与编码”是一个被经常讨论的话题。即使这样，时常出现的乱码仍然困扰着大家。虽然我们有很多的办法可以用来消除乱码，但我们并不一定理解这些办法的内在原理。而有的乱码产生的原因，实际上由于底层代码本身有问题所导致的。因此，不仅是初学者会对字符编码感到模糊，有的底层开发人员同样对字符编码缺乏准确的理解。 1. 编码问题的由来，相关概念的理解 1.1 字符与编码的发展 从计算机对多国语言的支持角度看，大致可以分为三个阶段： 系统内码说明系统 阶段一ASCII 计算机刚开始只支持英语，其它语言不能 够在计算机上存储和显示。 英文 DOS 阶段二 ANSI编码 （本地化） 为使计算机支持更多语言，通常使用 0x80~0xFF 范围的 2 个字节来表示 1 个字符。比如：汉字 '中' 在中文操作系 统中，使用 [0xD6,0xD0] 这两个字节存 储。 不同的国家和地区制定了不同的标准，由 此产生了 GB2312, BIG5, JIS 等各自的 编码标准。这些使用 2 个字节来代表一 个字符的各种汉字延伸编码方式，称为 ANSI 编码。在简体中文系统下，ANSI 编 码代表 GB2312 编码，在日文操作系统 下，ANSI 编码代表 JIS 编码。 不同 ANSI 编码之间互不兼容，当信息在 国际间交流时，无法将属于两种语言的文 中文 DOS，中文 Windows 95/98， 日文 Windows 95/98
医院医疗影像云解决方案 关键字: 医院、医疗、影像云、云计算、云存储 一、业务场景 为改变目前医院医疗影像为院内建设模式，把影像数据托管至云平台上，从而实现医疗影像的跨院、跨区域、跨个人以及更方便的电子化数据的互通与共享。 二、客户需求分析 1、医院影像数据需要安全保存，实现异地冗余灾备。 2、跨院区影像需要集中存储，影像共享。 三、解决方案 1、整体架构 医疗影像云平台由上海基地负责影像云平台开发、PACS系统集成开发、影像应用产品迭代开发。影像云的业务采用集中式的部署及管理，同时系统平台采用分布式架构，以实现负载均衡。 下图是整体业务逻辑架构：
其中，院内的影像数据可以通过MPLS-VPN方式，通过前置机传输至影像云中心；同样，云中心亦可以通过MPLS-VPN方式把归档好的影像数据回传至院内PACS；当客户使用影像云诊断及应用工具时，则可以采用更为便捷的互联网方式进行随时随地的快速调阅和应用。可以采用专线以及互联网的方式替代MPLS-VPN方式。 2、医院侧前端部署架构 医院前置机部署于医院侧，是连接医院系统/设备和云存储中心系统的桥梁，只要遵循DICOM3.0协议标准的影像设备如DR，CT等以及院内PACS系统都可以接入云归档系统。 该前置主要实现功能如下： ?根据Dicom标准协议从医院PACS系统或放射设备上获取影像 信息； ?根据Dicom标准协议从云端将归档影像信息传送到医院PACS
系统或设备； ?影像数据处理，包括入库、归档、加密、压缩等； ?根据自定义协议发送影像信息到云影像中心应用集群；与云影 像系统中心应用的协同业务处理； ?路由网关安全控制，隔离医院内外部系统。 ?统一标准PACS系统，支持C-MOVE,C-GET,C-FIND等指令。 影像传输流程，如下图所示： 1）院内PACS可以通过Dicom的C-STORE协议主动发送影像数据到院内前置机影像交互模块或者在PACS上增加节点，院内前置机影像交互模块通过Dicom的C-MOVE协议的方式来获取影像； 2）索引处理：通过读取原始的DICOM影像数据，得出患者姓名、性别、检查编号等信息并进行记录管理； 3）加密处理：支持DICOM TLS加密方式，将DICOM影像文件在传输过程的相关信息进行加密。 4）加压处理：采用DICOM J2k压缩算法，使压缩比更高，压缩率能够达到35%－40%； 5）影像交互：传输的DICOM索引信息及加密加压后的DICOM文件通过内部通道传送到云端存储。 6）影像回传：院内系统通过DICOM query（C-Get,C-Find）协议向前置机发起回传请求，院内前置机从云端应用集群获取影像数据后
大数据存储技术研究 3013218099 软工二班张敬喆 1.背景介绍 大数据已成为当前社会各界关注的焦点。从一般意义上讲，大数据是指无法在可容忍的时间内，用现有信息技术和软硬件工具对其进行感知、获取、管理、处理和服务的数据集合。近年来，大数据的飙升主要来自人们的日常生活，特别是互联网公司的服务。据著名的国际数据公司(IDC)的统计，2011年全球被创建和复制的数据总量为1.8ZB(1ZB=1021B)，其中75%来自于个人（主要是图片、视频和音乐），远远超过人类有史以来所有印刷材料的数据总量(200PB，1PB=1015B)。 然而，与大数据计算相关的基础研究，诸如大数据的感知与表示、组织与存储、计算架构与体系、模式发现与效应分析等，目前还没有成体系的理论成果。对于大数据计算体系的研究，一方面，需要关注大数据如何存储，提供一种高效的数据存储平台；另一方面，为了应对快速并高效可靠地处理大数据的挑战，需要建立大数据的计算模式以及相关的优化机制。 2.相关工作 为了应对数据处理的压力，过去十年间在数据处理技术领域有了很多的创新和发展。除了面向高并发、短事务的OLTP内存数据库外（Altibase，Timesten），其他的技术创新和产品都是面向数据分析的，而且是大规模数据分析的，也可以说是大数据分析的。 在这些面向数据分析的创新和产品中，除了基于Hadoop环境下的各种NoSQL外，还有一类是基于Shared Nothing架构的面向结构化数据分析的新型数据库产品（可以叫做NewSQL），如：Greenplum（EMC收购），Vertica（HP 收购），Asterdata（TD 收购），以及南大通用在国内开发的GBase 8a MPP Cluster等。目前可以看到的类似开源和
数据存储的四种常见方式 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
数据存储的四种常见方式 数据存储，它的概念为数据在交流过程的情况下发生的临时数据以及加工的操作的进程里面要进行查找的讯息，一般的存储介质包含有磁盘以及磁带。数据存取的方法和数据文件组织紧紧的相连，它的最主要的就是创立记录逻辑和物理顺序的两者之间的互相对应的联系，进行存储地址的肯定，从而使得数据进行存取的速度得到提升。进行存储介质的方法因为使用的存储介质不一样采用的方法也不一样，当磁带上面的数据只是按照次序来进行存取的时候;在磁盘上面就能够根据使用的需求使用顺序或者是直接存取的方法。 在线存储 (Online storage)：有时也称为二级存储。这种存储方式的好处是读写非常方便迅捷，缺点是相对较贵并且容易因为误操作或者防病毒软件的误删除而使数据受到损害。这种存储方式提供最好的数据获取便利性，大磁盘阵列是其中最典型的代表之一。 脱机存储 (Offline storage)：脱机存储用于永久或长期保存数据，而又不需要介质当前在线或连接到存储系统上。这种存储方式指的是每次在读写数据时，必须人为的将存储介质放入存储系统。脱机存储的介质通常可以方便携带或转运，如磁带和移动硬盘。 近线存储 (Near-line storage)：也称为三级存储。自动磁带库是一个典型代表。比起在线存储，近线存储提供的数据获取便利性相对差一些，但是价格要便宜些。近线存储由于读取速度较慢，主要用于归档较不常用的数据。 异站保护 (Off-site vault)：这种存储方式保证即使站内数据丢失，其他站点仍有数据副本。为了防止可能影响到整个站点的问题，许多人选择将重要的数据发送到其他站点来作为灾难恢复计划。异站保护可防止由自然灾害、人为错误或系统崩溃造成的数据丢失。
LINGHANG TECHNOLOGIES CO.,LTD 中科分布式存储系统技术白皮书 北京领航科技 2014年04
目录 1、产品介绍 (3) 1.1 云时代的政府/企业烦恼 (3) 1.2 产品服务与定位 (3) 2、中科分布式存储应用场景 (4) 2.1 目标用户 (4) 2.2 产品模式 (4) 2.2.1高性能应用的底层存储 (4) 2.2.2企业级海量数据存储平台 (5) 2.2.3容灾备份平台 (5) 2.3 使用场景 (5) 2.3.1企业级数据存储 (5) 2.3.2私有云计算 (6) 2.3.3海量数据存储 (6) 2.3.4大数据分析 (7) 2.3.5 容灾备份 (7) 3、中科分布式存储核心理念 (8) 4、中科分布式存储功能服务 (9) 4.1 存储系统功能介绍 (9) 4.2 WEB监控管理端功能介绍 (11) 5、系统技术架构 (12) 5.1 系统总体架构 (12) 5.2 系统架构性特点 (12) 5.3 技术指标要求 (14) 5.4 系统软硬件环境 (15)
1、产品介绍 1.1云时代的政府/企业烦恼 ?政府、企事业单位每天产生的大量视频、语音、图片、文档等资料，存在 哪里？ ?政府、企事业单位各个部门、各个子系统之间强烈的数据共享需求如何满 足？ ?大数据如何高效处理以达到统一存取、实时互动、价值传播、长期沉淀？ ?您是否为单位电子邮箱充斥大量冗余数据还要不断扩容而烦恼？ ?政府、企事业单位的私有云平台为什么操作和数据存取这么慢？ ?政府、企事业单位的存储平台数据量已接近临界值需要扩容，但上面有重 要业务在运行，如何能在线扩展存储空间？ ?公司的每一个子公司都有重要客户数据，要是所在的任何一个城市发生大 规模灾难（比如地震）数据怎么办？ ?政府、企事业单位有一些历史数据平时比较少用到,但又不能丢掉，占用 了大量的高速存储资源，能否移到更廉价的存储设备上去？ 1.2产品服务与定位 大数据时代已经来临！ 面对数据资源的爆炸性增长，政府、企事业单位每天产生的海量视频、语音、图片、文档和重要客户数据等资料如何有效存取？政府多个部门之间、公司和子公司之间、公司各个部门之间强烈的数据共享需求如何满足？如果
本栏目责任编辑：代影数据库与信息管理Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第6卷第29期(2010年10月)海量空间数据组织及存储方案 李慧玲 （长治学院计算机系，山西长治046011） 摘要：目前信息管理系统中需要存储的数据越来越多，而且数据的结构也变的越来越复杂。那么如何来组织和存储数据就变得很重要。该文以土地档案海量数据为例，从数据的存储方式、空间数据引擎以及利用关系数据库三个方面进行说明MAPGIS 是如何组织和管理海量空间数据的。 关键词：GIS 技术；海量空间数据；图档一体化 中图分类号：TP311文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2010)29-8168-02 Organization and Storage Solutions of Massive Spatial Data LI Hui-ling (Computer Science Department,Changzhi University,Changzhi 046011,China) Abstract:The current information management systems need to store more data,and data structure becomes more and more complex.So how to organize and store data becomes very important.This land mass data files,for example,from the data is stored,spatial data and the use of relational database engines are described from three aspects that MAPGIS is how to organize and manage massive spatial data.Key words:GIS technology;massive spatial data;integration of drawing and files 现阶段，档案管理正在从以纸质档案管理为主逐步向以纸质档案管理和电子档案管理并重发展转变。随着信息化程度的提高，档案管理最终将以电子档案管理为主。土地档案的数据越来越多，而且除了海量属性数据之外，还有图形数据等等，那么如何来更好的存储这些海量空间数据才是真正的解决土地档案管理问题。本文利用GIS 技术和采用关系数据库结合的方式从三方面叙述并解决了这个问题，并能实现图档一体化管理。 1数据在GIS 中是如何存储的 目前，数据的存储方式有以下三种：1)GIS 数据是通过文件与关系数据库两者的结合来共同存储和管理的。当前大部分GIS 应用软件都是采用这种方式来对数据进行管理的。2)GIS 应用软件中的所有数据都存储在文件中。所谓的文件存储也就是将所有的数据包括空间数据和非空间数据都存储在一个或者多个文件中。3)采用数据库来存储和管理空间数据和属性数据的方式。通过这种方式来存储数据，包括空间数据和属性数据，即空间数据也可存放在数据库中。利用数据库来存储海量空间数据，这是GIS 应用软件发展的必然趋势。通过数据库来存储空间数据，解决了用文件存储空间数据时，对数据不能进行并发操作的缺点；用C/S (Client/Server)的操作模式，解决了以前空间数据不能进行分布式处理等问题。它从理论上保证了数据的完整性和数据的共享性，实现了属性数据和空间数据的一体化存储。利用关系数据库来存储空间数据将GIS 本身的问题转移到数据库的领域中，给开发GIS 应用软件的开发带来了新的解决方向[1]。就目前的形势，大型数据库厂商越来越重视空间数据的存储，通过研究与摸索，大型数据库厂商各自推出了自己的关于空间数据存储的解决方案，如0racle Satial ，B lade,Informix Satial 。GIS 技术的发展在这些厂商对于空间数据存储的支持下，有了更广阔的应用前景。无论采用哪种模式建立GIS 系统，通过利用0rac1e 的空间数据存储技术，在开发GIS 产品中，都可以跳过传统GIS 平台开发时所需要的一些必要的步骤，解决了大型空间数据不能多人维护数据的问题。另外数据库本身自带的一些特点，可以解决GIS 存在的一些问题：比如说数据库可支持多用户并发操作，克服了文件方式不能多用户同时操作数据的缺点，同时由于数据库的支持克服了以前由于不同GIS 厂商之间数据文件格式不同，导致的空间数据从一个GIS 平台移植到另外一个GIS 平台上数据处理的复杂性，从而保证空间数据能够做到完全意义上的共享，提高了GIS 系统的可用性和实用性[2]。这样GIS 平台的发展加上数据库技术的提高，两者的结合可以很好的解决土地档案海量空间数据的存储问题。 2SDE SDE 中文全称是，空间数据引擎。现在市场上的数据库几乎都是利用关系原理建立的，可是GIS 管理数据强调空间性以及拓扑关系，明显GIS 数据是不能直接存储在这些数据库中的，更不能对其进行查询了。所以要结合两者，并利用各自的优势，就要有一个中间件来联系数据库和GIS 系统。MAPGIS 就是在关系数据库的基础上，增加了联系二者的纽带?—空间数据引擎(SDE)，空间数据引擎将客户端接收到的空间数据、属性数据的查询、添加、修改等操作转换成数据库中的关系操作。同时SDE 还优化了对数据库的操作，而且SDE 为系统管理员或客户端提供了GIS 的概念模型，利用SDE ，可以直接以GIS 的概念对数据进行维护和权限管理，使用户脱离了关系数据库中许多繁琐的细节等。空间数据引擎还增加了关系数据库中实现不了一些功能，对数据进行自动检查和维护功能，如拓扑一致性检查等。当然近些年来，关系数据库也在不断的更新和发展，其技术也慢慢地成熟起来，实现了利用关系数据库对空间数据和属性数据进行一体化管理和存储，这种现象已经成为GIS 平台发展的一个趋势。空间数据引擎(Satial Data Engine)，收稿日期：2010-08-15 ISSN 1009-3044 Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.6,No.29,October 2010,pp.8168-8169E-mail:jslt@https://www.doczj.com/doc/fc18332914.html, https://www.doczj.com/doc/fc18332914.html, Tel:+86-551-569096356909648168
数据存储的四种常见方式精编W O R D版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】
数据存储的四种常见方式 数据存储，它的概念为数据在交流过程的情况下发生的临时数据以及加工的操作的进程里面要进行查找的讯息，一般的存储介质包含有磁盘以及磁带。数据存取的方法和数据文件组织紧紧的相连，它的最主要的就是创立记录逻辑和物理顺序的两者之间的互相对应的联系，进行存储地址的肯定，从而使得数据进行存取的速度得到提升。进行存储介质的方法因为使用的存储介质不一样采用的方法也不一样，当磁带上面的数据只是按照次序来进行存取的时候;在磁盘上面就能够根据使用的需求使用顺序或者是直接存取的方法。 在线存储(Online storage)：有时也称为二级存储。这种存储方式的好处是读写非常方便迅捷，缺点是相对较贵并且容易因为误操作或者防病毒软件的误删除而使数据受到损害。这种存储方式提供最好的数据获取便利性，大磁盘阵列是其中最典型的代表之一。 脱机存储(Offline storage)：脱机存储用于永久或长期保存数据，而又不需要介质当前在线或连接到存储系统上。这种存储方式指的是每次在读写数据时，必须人为的将存储介质放入存储系统。脱机存储的介质通常可以方便携带或转运，如磁带和移动硬盘。 近线存储(Near-line storage)：也称为三级存储。自动磁带库是一个典型代表。比起在线存储，近线存储提供的数据获取便利性相对差一些，但是价格要便宜些。近线存储由于读取速度较慢，主要用于归档较不常用的数据。 异站保护(Off-site vault)：这种存储方式保证即使站内数据丢失，其他站点仍有数据副本。为了防止可能影响到整个站点的问题，许多人选择将重要的数据发送到其他站点
数据存储的四种常见方式 数据存储，它的概念为数据在交流过程的情况下发生的临时数据以及加工的操作的进程里面要进行查找的讯息，一般的存储介质包含有磁盘以及磁带。数据存取的方法和数据文件组织紧紧的相连，它的最主要的就是创立记录逻辑和物理顺序的两者之间的互相对应的联系，进行存储地址的肯定，从而使得数据进行存取的速度得到提升。进行存储介质的方法因为使用的存储介质不一样采用的方法也不一样，当磁带上面的数据只是按照次序来进行存取的时候;在磁盘上面就能够根据使用的需求使用顺序或者是直接存取的方法。 ●在线存储(Online storage)：有时也称为二级存储。这种存储方式的好处是读写非常方 便迅捷，缺点是相对较贵并且容易因为误操作或者防病毒软件的误删除而使数据受到损害。这种存储方式提供最好的数据获取便利性，大磁盘阵列是其中最典型的代表之一。 ●脱机存储(Offline storage)：脱机存储用于永久或长期保存数据，而又不需要介质当前 在线或连接到存储系统上。这种存储方式指的是每次在读写数据时，必须人为的将存储介质放入存储系统。脱机存储的介质通常可以方便携带或转运，如磁带和移动硬盘。 ●近线存储(Near-line storage)：也称为三级存储。自动磁带库是一个典型代表。比起在 线存储，近线存储提供的数据获取便利性相对差一些，但是价格要便宜些。近线存储由于读取速度较慢，主要用于归档较不常用的数据。 ●异站保护(Off-site vault)：这种存储方式保证即使站内数据丢失，其他站点仍有数据副 本。为了防止可能影响到整个站点的问题，许多人选择将重要的数据发送到其他站点来作为灾难恢复计划。异站保护可防止由自然灾害、人为错误或系统崩溃造成的数据丢失。
数据库的存储结构（文件、记录的组织和索引技术） by 沈燕然0124141 利用课余时间自学了第6章《数据库存储结构》，对于数据 库不同层次的存储结构，文件记录组织和索引技术有了一定的 了解，在这篇札记中将会结合一些具体应用中涉及到的数据存 储和索引知识，以及通过与过去学习过的一些数据结构比较来 记录自己学习的心得体会。这些实例涉及不同的数据库系统， 如Oracle, DB2和Mysql等等，它们之间会有一些差异。不过 本文旨在探讨数据存储方面的问题，因而兼容并包地将其一并收入，凡是可能需要说明之处都会加上相应的注解。：） 1、数据库（DBS）由什么组成？——逻辑、物理和性能特征 1、什么是数据库系统（DBS）——DBS用文件系统实现 在关系模型中，我们把DBS看成关系的汇集。DBS存在的目的就是为了使用户能够简单、方便、容易地存取数据库中的数据。因此在用户的眼中，数据库也就是以某种方式相关的表的集合。用户并不需要去关心表之间关系，更不需要了解这些表是怎样存储的。但是我们现在从DBA(数据库管理员)的角度来看，情况就比那稍稍复杂一点。 实际的数据库包含许多下面列出的物理和逻辑对象： ?表、视图、索引和模式(确定数据如何组织) ?锁、触发器、存储过程和包(引用数据库的物理实现) ?缓冲池、日志文件和表空间(仅处理如何管理数据库性能) 2、什么是表空间？——表空间相当于文件系统中的文件夹。 表空间被用作数据库和包含实际表数据的容器对象之间的一层，表空间可以包含多个不同的表。用户处理的实际数据位于表中，他们并不知道数据的物理表示，这种情况有时被称为数据的物理无关性。
上图描述了一个ORACLE数据库大致的表空间组织，USER中存放主要的数据表,TEMP存放临时数据表,INDX存放索引,TOOLS存放回退段(RBS). 表空间在DB2数据库系统中是比较典型的说法，在Mysql等系统中也直接使用文件系统中文件夹的概念。新建一个表的时候可以指定它所在的表空间，至于用文件具体存储数据时如何存储这可能就是各个数据库系统的商业机密了，至少DB2是这样。另外值得关注的一点是不同于oracles对表空间的严格要求，Mysql的数据库形式相对比较简单，以文件夹的形式存放在安装目录的/data/下面，该数据库的每一个表对应两个文件，一个存放表中数据，另一个存放元数据信息，也就是建表时指明的列属性等等信息。 3、文件中的记录在物理上如何实现？——文件组织形式 在外存中，DB以文件形式组织，而文件由记录组成。文件结构由OS的文件系统提供和管理。文件组织有两种方式——定长记录格式和变长记录格式。 那种格式更好？ 定长记录格式——优点是插入操作较简单。 缺点是对记录长度有硬性要求，而且有的记录可能横跨多个快，降低读写效率。 变长记录格式——优点是记录长度自由方便 缺点是记录长度差异导致删除后产生大量“碎片”，记录很难伸长，尤其“被拴记录”移动代价相当大。 中庸之道——预留空间和指针方式 记录长度大多相近——采用预留空间方法，取最大记录长为统一标准，在短记录多于空间处填特定空值或记录尾标志符。 记录长度相差很大——采用指针形式（每纪录后的指针字段把相同属性值记录链接起来）。文件中使用两种块——固定块（存放每条链中第一条记录）和溢出块（存放其 余纪录）。 3、记录在文件中怎样组织？
大数据技术原理及应用 (总10页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除
大数据技术原理及应用 大数据处理架构—Hadoop简介 Hadoop项目包括了很多子项目，结构如下图 Common 原名：Core，包含HDFS, MapReduce和其他公共项目，从Hadoop 版本后，HDFS和MapReduce分离出去，其余部分内容构成Hadoop Common。Common为其他子项目提供支持的常用工具，主要包括文件系统、RPC(Remote procedure call) 和串行化库。 Avro Avro是用于数据序列化的系统。它提供了丰富的数据结构类型、快速可压缩的二进制数据格式、存储持久性数据的文件集、远程调用RPC的功能和简单的动态语言集成功能。其中，代码生成器既不需要读写文件数据，也不需要使用或实现RPC协议，它只是一个可选的对静态类型语言的实现。Avro系统依赖于模式（Schema），Avro数据的读和写是在模式之下完成的。这样就可以减少写入数据的开销，提高序列化的速度并缩减其大小。 Avro 可以将数据结构或对象转化成便于存储和传输的格式，节约数据存储空间和网络传输带宽，Hadoop 的其他子项目（如HBase和Hive）的客户端和服务端之间的数据传输。 HDFS HDFS：是一个分布式文件系统，为Hadoop项目两大核心之一，是Google file system（GFS）的开源实现。由于HDFS具有高容错性（fault-tolerant）的特点，所以可以设计部署在低廉（low-cost）的硬件上。它可以通过提供高吞吐率（high throughput）来访问应用程序的数据，适合那些有着超大数据集的应
数据存放问题非常重要，然而在实际应用中却是错事连连。经常会出现掉盘、卷锁死等诸多问题，严重影响了整体系统的正常使用，所以数据专用存储已经成为市场上最关注的安防产品之一。 数据传统存储方式 在目前的数字领域中，最常用的无非是如下四种存储方式：硬盘、DAS、NAS、SAN。 1.硬盘 无论是DVR、DVS后挂硬盘还是服务器后面直接连接扩展柜的方式，都是采用硬盘进行存储方式。应该说采用硬盘方式进行的存储，并不能算作严格意义上的存储系统。其原因有以下几点： 第一，其一般不具备RAID系统，对于硬盘上的数据没有进行冗余保护，即使有也是通过主机端的RAID卡或者软RAID实现。严重的影响整体性能; 第二，其扩展能力极为有限，当录像时间超过60天时，往往不能满足录像时间的存储需求; 第三，无法实现数据集中存储，后期维护成本较高，特别是在DVS后挂硬盘的方式，其维护成本往往在一年之内就超过了购置成本。 应该说硬盘存储方式不适合大型数字视频监控系统的应用。特别是需要长时间录像的数字视频监控系统。一般这种方式都是与其它存储方式并存于同一系统中，作为其他存储方式的缓冲或应急替代。 2.DAS(直接附加存储) DAS(Direct Attached Storage)，全称为直接连接附加存储，采用DAS的方式可以很简单的实现平台的容量扩容，同时对数据可以提供多种RAlD级别的保护。 采用DAS方式时。在视频存储单元上部署相关的HBA卡。用于跟后端的存储设备建立数据通道。前端的视频存储单元可以是DVR，也可以是视频存储服务器。其通道可以采用光纤、IP网线、SAS线缆甚至于USB、1394线等。 采用DAS方式并不能同时支持很多视频存储服务单元同时接入，而且其扩容能力严重依赖所选择的存储设备自身的扩容能力。所以在大型数字视频监控系统中，应用DAS存储方式将造成系统维护难度的极大提升。 正是由于DAS存储的这些特点，所以这种存储方式一般应用于对于DVR的扩容或者小型数字视频监控项目中。
大数据数量庞大，格式多样化。大量数据由家庭、制造工厂和办公场所的各种设备、互联网事务交易、社交网络的活动、自动化传感器、移动设备以及科研仪器等生成。它的爆炸式增长已超出了传统IT基础架构的处理能力，给企业和社会带来严峻的数据管理问题。因此必须开发新的数据架构，围绕“数据收集、数据管理、数据分析、知识形成、智慧行动”的全过程，开发使用这些数据，释放出更多数据的隐藏价值。 一、大数据建设思路 1)数据的获得 大数据产生的根本原因在于感知式系统的广泛使用。随着技术的发展，人们已经有能力制造极其微小的带有处理功能的传感器，并开始将这些设备广泛的布置于社会的各个角落，通过这些设备来对整个社会的运转进行监控。这些设备会源源不断的产生新数据，这种数据的产生方式是自动的。因此在数据收集方面，要对来自网络包括物联网、社交网络和机构信息系统的数据附上时空标志，去伪存真，尽可能收集异源甚至是异构的数据，必要时还可与历史数据对照，多角度验证数据的全面性和可信性。 2)数据的汇集和存储 数据只有不断流动和充分共享，才有生命力。应在各专用数据库建设的基础上，通过数据集成，实现各级各类信息系统的数据交换和数据共享。数据存储要达到低成本、低能耗、高可靠性目标，通常要用到冗余配置、分布化和云计算技术，在存储时要按照一定规则对数据进行分类，通过过滤和去重，减少存储量，同时加入便于日后检索的标签。 3)数据的管理 大数据管理的技术也层出不穷。在众多技术中，有6种数据管理技术普遍被关注，即分布式存储与计算、内存数据库技术、列式数据库技术、云数据库、非关系型的数据库、移动数据库技术。其中分布式存储与计算受关注度最高。上图是一个图书数据管理系统。 4)数据的分析 数据分析处理：有些行业的数据涉及上百个参数，其复杂性不仅体现在数据样本本身，更体现在多源异构、多实体和多空间之间的交互动态性，难以用传统的方法描述与度量，处理的复杂度很大，需要将高维图像等多媒体数据降维后度量与处理，利用上下文关联进行语义分析，从大量动态而且可能是模棱两可的数据中综合信息，并导出可理解的内容。大数据的处理类型很多，主要的处理模式可以分为流处理和批处理两种。批处理是先存储后处理，而流处理则是直接处理数据。挖掘的任务主要是关联分析、聚类分析、分类、预测、时序模式和偏差分析等。 5)大数据的价值：决策支持系统 大数据的神奇之处就是通过对过去和现在的数据进行分析，它能够精确预测未来;通过对组织内部的和外部的数据整合，它能够洞察事物之间的相关关系;通过对海量数据的挖掘，它能够代替人脑，承担起企业和社会管理的职责。 6)数据的使用 大数据有三层内涵：一是数据量巨大、来源多样和类型多样的数据集;二是新型的数据处理和分析技术;三是运用数据分析形成价值。大数据对科学研究、经济建设、社会发展和文化生活等各个领