存储硬盘基础知识与存储架构

计算机存储器基础知识硬盘固态硬盘和内存的工作原理计算机存储器基础知识：硬盘，固态硬盘和内存的工作原理计算机存储器是计算机硬件中至关重要的组成部分，它负责存储和读取数据。

在计算机存储器中，硬盘、固态硬盘(SSD)和内存是最常见的三种类型。

本文将从基础知识的角度详细介绍这三种存储设备的工作原理。

一、硬盘的工作原理硬盘是一种机械式存储设备，它使用一个或多个盘片旋转的方式存储和读取数据。

它的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 数据的存储硬盘上的数据存储在盘片的磁性表面上。

每个盘片都被划分为许多磁道，磁道上再细分为扇区。

当计算机将数据写入硬盘时，数据会被分割成小块，并写入到盘片的指定扇区上。

硬盘也会记录着每个数据块的地址信息，以便于后续的读取。

2. 数据的读取当计算机需要读取硬盘上的数据时，硬盘的读取头会根据计算机发送的指令来定位到指定的扇区。

读取头会将磁性表面上的数据转换成电信号，然后通过硬盘的控制层返回给计算机。

计算机进一步处理这些电信号以得到需要的数据。

尽管硬盘在存储和读取数据方面可靠且容量大，但由于机械结构的局限性，其读写速度相对较慢，且易受物理撞击和磁场干扰的影响。

二、固态硬盘 (SSD) 的工作原理固态硬盘是一种基于闪存存储技术的存储设备，与传统的硬盘相比，它没有机械部件。

固态硬盘的工作原理如下：1. 存储单元固态硬盘由一系列存储单元组成，每个存储单元中存储着一个或多个闪存芯片。

这些存储单元以类似硬盘的方式分成许多扇区，每个扇区用来存储特定大小的数据块。

2. 数据的存储在固态硬盘中，数据存储在闪存芯片中的晶体管中。

每个晶体管有两种可能的状态: 在和离开。

这些状态的组合形成不同的二进制代码，用于存储和表示数据。

3. 数据的读取当计算机需要读取固态硬盘上的数据时，固态硬盘的控制器会根据计算机发送的指令来定位到指定的扇区，并读取相应的数据。

数据以电信号的形式通过控制器返回给计算机，然后计算机对这些电信号进行处理，得到需要的数据。

存储基础知识培训一、存储概述存储是计算机系统中非常重要的组成部分，用于保持数据和程序的持久性。

在大数据时代的背景下，存储的重要性愈发凸显。

本文将介绍存储的基础知识，以帮助读者全面了解存储的相关概念和技术。

二、存储类型1.主存储器主存储器（Main Memory）是计算机系统中最直接与CPU交互的存储设备，也被称为内存。

主存储器的容量决定了系统同时存储的数据和程序大小。

2.辅助存储器辅助存储器（Secondary Storage）用于长期存储大量的数据和程序，例如硬盘、光盘、固态硬盘等。

辅助存储器的容量一般远大于主存储器，可用于大数据存储和备份。

三、存储技术1.磁盘存储磁盘存储是一种机械存储技术，通过将数据存储在旋转的磁盘上来实现数据的读写。

磁盘以扇区为单位进行数据的存储和访问，随机存取速度较慢，但容量较大。

2.固态存储固态存储（Solid State Storage）采用闪存芯片作为存储介质，相对于传统磁盘存储具有更快的读写速度和较好的耐用性。

固态硬盘（SSD）已逐渐取代传统机械硬盘成为存储系统的主力。

3.网络存储网络存储（Network Storage）指的是通过网络连接远程存储设备的存储技术。

常见的网络存储技术有网络附加存储（NAS）和存储区域网络（SAN），可实现数据的共享和备份。

四、存储管理1.存储器层次结构计算机系统的存储器层次结构由多级存储构成，层次结构越高，存取速度越快，成本越高。

常见的存储器层次结构包括高速缓存、主存储器和辅助存储器。

2.存储系统管理存储系统管理涉及存储资源的分配和管理，包括存储容量的规划、文件系统的设计与管理、数据备份与还原等。

合理的存储系统管理能够提高存储系统的效率和可靠性。

五、存储安全1.数据安全存储安全是指对存储中的数据进行保护和控制，以防止非法访问、损坏或泄露。

常见的数据安全措施包括数据加密、访问权限控制和备份恢复。

2.存储设备安全存储设备安全涉及到存储设备的管理和防护。

存储技术基础知识2023/9/7CONTENTS目录04半导体存储03光学存储02磁性存储01存储基本概念05数据存力存储基本概念01存储的作用·存储系统是计算机最重要的组成部分之一，实现“记忆”的功能·存储系统负责对信息数据进行保存，可以支持写入和读取存储的类型（按类别）· 存储分为多种类型，内存(Memory) 和硬盘(Hard Disk)是最常见的两种· 内存有时候也叫运行内存(运存)。

它是CPU和硬盘之间的桥梁，暂时存放CPU中的运算数据存储的类型（按类别）· 关机或断电后，内存上的数据就没有了，属于易失性(VM)存储器· 硬盘比内存的容量更大，存放了大量的数据文件。

只要执行了保存(写入)操作，即便关机或断电，硬盘上的数据仍会继续存在，属于非易失性(NVM)存储器存储器的层次结构· 不同类型的存储器，根据性能和成本的权衡，应用于不同的位置。

· 性能越强的存储器，价格就越贵，会越离计算芯片 (CPU/GPU等)越近· 性能弱的存储器，可以承担一些对存储时延要求低，写入速度不敏感的需求，降低成本。

数据的类型存储技术分类(按介质)· 现代存储技术，主要分为三大类别，分别是: 磁性存储、光学存储以及半导体存储.磁性存储02磁存储时代磁带机存储器· 以磁带为存储介质，由磁带机及其控制器组成的存储设备，是计算机的一种辅助存储器· 磁带机由磁带传动机构和磁头等组成，能驱动磁带相对磁头运动，用磁头进行电磁转换，在磁带上顺序地记录或读出数据。

· 低成本的存储方式，经常用于冷数据的离线存储硬盘(HDD)的基本知识硬盘(磁性)的组成· 主流的硬盘，扇区密度是一致的，也就是说，越靠外侧，扇区数越多。

每个扇区的大小是4K字节，用一个逻辑块编号寻址 (LBA，Logical Block Addressing)· 以扇区为基础，一个或多个连续的扇区组成一个块，叫做物理块。

存储基础知识DAS、SAN、NAS详解说明目前磁盘存储市场上，存储分类（如下表一）根据服务器类型分为：封闭系统的存储和开放系统的存储，封闭系统主要指大型机，AS400等服务器，开放系统指基于包括Windows、UNIX、Linux等操作系统的服务器；开放系统的存储分为：内置存储和外挂存储；开放系统的外挂存储根据连接的方式分为：直连式存储（Direct-Attached Storage，简称DAS）和网络化存储（F abric-Attached Storage，简称FAS）；开放系统的网络化存储根据传输协议又分为：网络接入存储（Network-Attached Storage，简称NAS）和存储区域网络（Storage Area Netw ork，简称SAN）。

由于目前绝大部分用户采用的是开放系统，其外挂存储占有目前磁盘存储市场的70%以上，因此本文主要针对开放系统的外挂存储进行论述说明。

表一：存储入门：图文阐释DAS、NAS、SAN（图一）今天的存储解决方案主要为：直连式存储（DAS）、存储区域网络（SAN）、网络接入存储（NAS）。

如下表二：存储入门：图文阐释DAS、NAS、SAN（图二）开放系统的直连式存储（Direct-Attached Storage，简称DAS）已经有近四十年的使用历史，随着用户数据的不断增长，尤其是数百GB以上时，其在备份、恢复、扩展、灾备等方面的问题变得日益困扰系统管理员。

主要问题和不足为：直连式存储依赖服务器主机操作系统进行数据的IO读写和存储维护管理，数据备份和恢复要求占用服务器主机资源（包括CPU、系统IO等），数据流需要回流主机再到服务器连接着的磁带机（库），数据备份通常占用服务器主机资源20-30%，因此许多企业用户的日常数据备份常常在深夜或业务系统不繁忙时进行，以免影响正常业务系统的运行。

直连式存储的数据量越大，备份和恢复的时间就越长，对服务器硬件的依赖性和影响就越大。

存储系统方案概述存储系统方案是指为了满足数据存储和管理需求而设计的一种系统架构。

随着数据规模的不断增长和多样化的存储需求，存储系统的设计变得越发重要。

本文将介绍存储系统方案的基本原理、常见的存储类型和架构，并探讨存储系统方案设计的一些关键要素。

存储类型在设计存储系统方案之前，我们首先需要了解不同的存储类型。

下面列举了几种常见的存储类型：1.本地存储：本地存储是指将数据存储在本地设备上，例如硬盘、固态硬盘等。

本地存储具有高性能和低延迟的特点，适合对数据快速读写的场景。

然而，本地存储也存在容量有限、单点故障等问题。

2.网络存储：网络存储是指将数据存储在网络上的存储设备上，例如网络附加存储(NAS)、存储区域网络(SAN)等。

网络存储可以提供高可用性和可伸缩性，适合多节点访问的场景。

但是，网络存储也存在网络带宽和延迟的限制。

3.分布式存储：分布式存储是指将数据分散存储在多台机器上，通过分布式算法实现数据的高可用性和可靠性。

分布式存储可以提供数据备份和容错机制，适合大规模数据存储和处理的场景。

然而，分布式存储的设计和实现比较复杂，需要考虑数据一致性和负载均衡等问题。

4.云存储：云存储是指将数据存储在云服务提供商的存储设备上，用户可以通过互联网访问数据。

云存储提供了弹性扩展和按需付费的特点，适合需要灵活调整存储容量的场景。

但是，云存储也存在数据隐私和安全性的问题。

存储架构存储系统方案的设计需要考虑数据的访问模式、扩展性、性能和可靠性等因素。

下面列举了几种常见的存储架构：1.集中式存储架构：集中式存储架构将数据存储在一个中心存储设备上，并通过网络提供对数据的访问。

集中式存储架构具有集中管理和维护的优点，但也存在单点故障和性能瓶颈的问题。

2.分布式存储架构：分布式存储架构将数据分散存储在多台机器上，通过分布式算法实现数据的高可用性和可靠性。

分布式存储架构可以通过水平扩展来提升存储容量和性能，但需要解决数据一致性和负载均衡的问题。