信息存储技术概况
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信息存储技术由来已久,随着科技的高速发展以及海量数据存储需求的不断推动,存储介质和存储技术也发生着日新月异的变化。
1、存储介质的发展
从存储介质来说,目前主要可以分为磁盘、闪速存储器、固态硬盘和光盘等。
传统的磁盘采用盘片作为存储介质,利用马达和磁头的运转进行数据的读取,这些部件的物理和机械特性具有功耗高、体积大、易损坏、机械运动造成摩擦发热等局限,限制了磁盘存储系统性能的应用场合。
闪速存储器(Flash Memory)最早源于EPROM器件,不需要高电压就可以实现擦除和重复编程,可靠性较高,其读写速度和容量近年来还在大幅提升中。
固态硬盘(Solid State Disk,SSD)又称电子硬盘,是一种以大量半导体存储器(FLASH或DRAM)作为存储介质的硬盘,通过SSD控制芯片实现对存储介质的主机传输协议(如SATA协议),实现数据的传输,具有抗震、宽温、无噪、可靠等优点。
光盘以“光信息”做为存储物的载体,具有容量大、可随机存取等优点,分不可擦写光盘,如CD-ROM,DVD-ROM等;和可擦写光盘,如CD-RW,DVD-RAM等。
在存储介质的研究,闪存以其独特的优势发展迅速,在容量和读写速度方面都在大幅提升,同时在各个领域里都有广泛的应用,美光公司推出的MT29F256G08A FLASH芯片单片的存储容量达到了256Gb。
纳米技术的突破使得纳米存储在不久的将来走向商业化。光存储技术也在飞速进步,常规的磁光和相变存储密度不断提高。
2、存储技术的发展
一直以来,存储系统的高速数据流与通用计算机低速的读写速度之间的矛盾是整个存储系统的瓶颈。
磁盘冗余阵列(Redundant Array of Independent Disk,RAID)技术、固态硬盘技术的使用缓解了这一矛盾。
(1) 磁盘冗余阵列技术
RAID技术有三个主要功能:第一,通过对数据进行条带化和对多块硬盘同时进行读写,提高数据存储速度;第二,通过扩展阵列中硬盘的数量和单个硬盘的容量,增加系统容量;第三,通过镜像或者存储奇偶校验信息的方式,实现对数据的冗余保护。
目前国外一些专业的高速数据采集存储设备研制和生产公司都有高性能的产品出现,并且在数据率、传输路径和存储方式上都取得了较大的突破。
在数据采集前端与数据存储单元之间,采用数据采集专用的高速数据传输接口(如FPDP接口)和专门设计的磁盘阵列控制卡负责对磁盘阵列的存取进行控制。主要代表产品有Conduant公司的Big River系列采集存储设备。这种技术方案比较成熟,采集存储数据率可达到
200~400MB/s,磁盘阵列容量可从数百个GB到数个TB。
数据存储也已经不再局限于采用SCSI磁盘阵列实现海量存储,为了提高存储容量和性价比,ATA和SATA接口的普通商用硬盘已经在高速数据存储磁盘阵列中得到广泛应用。
在国内研究方面,近年来,随着国防和民用的大量需求,许多科研院所对数据采集工作越来越重视,数据采集技术研究取得了突飞猛进的进步。
高速高精度ADC、LVDS、光纤、FPDP接口传输,以及RAID磁盘阵列技术的采用,都很好的促进了数据采集的研究开展和实际应用。
(2) 固态硬盘技术
固态硬盘以大量半导体存储器(FLASH或DRAM)作为存储介质,通过SSD控制芯片实现对存储介质的主机传输协议,实现数据的传输。广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。
固态硬盘的存储介质分为两种,一种是采用闪存(FLASH芯片)作为存储介质,另外一种是采用DRAM作为存储介质。
基于闪存的固态硬盘,采用FLASH芯片作为存储介质,这种固态硬盘最大的优点就是可以移动,而且数据保护不受电源控制,能适应于各种环境。
基于DRAM的固态硬盘,采用DRAM作为存储介质,目前应用范围较窄。它仿效传统硬盘的设计、可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理,并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。
应用方式可分为SSD固态硬盘和SSD固态硬盘阵列两种。它是一种高性能的存储器,而且使用寿命很长,美中不足的是需要独立电源来保护数据安全。
与普通硬盘相比,固态硬盘启动块,没有电机加速旋转的过程;不用磁头,快速随机读取,读取延迟小;由于寻址时间与数据存储位置无关,因此磁盘碎片不会影响读取时间;基于DRAM的固态硬盘写入速度极快;因为没有机械马达和风扇,工作时噪音值为0分贝(某些高端或大容量产品装有风扇,因此仍会产生噪音);内部不存在任何机械活动部件,不会发生机械故障,也不怕碰撞、冲击、振动;典型的硬盘驱动器只能在+5℃到+55℃范围内工作,而大多数固态硬盘可在-10℃~+70℃工作,一些工业级的固态硬盘还可在-40℃~+85℃,甚至更大的温度范围下工作。
美光公司发布了全球首款SATA 6Gbps接口固态硬盘,终于突破了SATA II
接口300MB/s 的读写速度极限。SanDisk公司2010年08月19日宣布推出世界上体积最小的固态硬盘,据SanDisk公司介绍,该产品支持SATA接口标准,采用BGA高密度表面封装技术,大小尺寸为16mm * 20mm*1.85mm,全部重量不足1克。
另外,这类世界上最小的固态硬盘最低容量为4GB,最高达到
64GB。
在产品的数据传输方面,其达到了持续读取速度160MB/s,持续读写
速度为100MB/S。知名存储厂商OCZ面向超高端企业用户推出的Z-Drive P88,采用PCIE x8插槽,具备四颗Indilinx控制器,提供512GB、1TB和2TB三种容量选择,官方标称的最大读写速度分别可达到惊人的
1300MB/s和1200MB/s。
在国内,西安电子科技大学雷达信号处理国防科技重点实验室设计的某高速实时固态存储系统以NAND FLASH存储芯片为存储介质,采集存储数据率422.4MB/S,存储容量高达256GB。