信息跨越空間的傳遞——通訊
信息跨越時間的傳遞——存儲
通訊：利用具有跨越空間特性的物理現(xiàn)象 ---聲音、光、電
存儲：利用具有時間穩(wěn)態(tài)的物理現(xiàn)象 ---物理穩(wěn)態(tài)、磁穩(wěn)態(tài)、半導體穩(wěn)態(tài)
什么是存儲？
存儲：
·它是數據臨時或長期駐留的物理媒介；
·它是保證數據完整安全存放的方式或行為。
計算機存儲系統(tǒng)：
指計算機中由存放程序和數據的各種存儲設備（介質）、控制部件與接口及管理信息調度的設備（硬件）和算法（軟件）所組成的系統(tǒng)。
存儲的主要指標：
容量：可以存下多少東西
速度：讀寫帶寬、讀寫次數/秒（IOPS）
持久性：數據能夠保存多久 ?大?。后w積是多少
方便性：是否方便移動和攜帶
功耗：消耗能耗高低
性價比：單位價格下主要指標如何，例如速度 、容量等指標；
(1)存儲的歷史
象形文字、石刻楔形文字、竹簡、紙質印刷
現(xiàn)在進入“磁器時代”，大部分數據都是用硬盤保存，磁盤稱為當今世界數據存儲的主流技術
存儲器設備：計算機系統(tǒng)中的記憶設備，用來存放程 序和數據
(2)存儲器的發(fā)展
存儲器類別：打孔紙卡、穿孔紙帶、威廉管、磁鼓、汞延遲線、超聲波存儲器、鐵電存儲磁芯、相變存儲、可擦除可編程只讀存儲器、Flash、磁阻式隨機存取內存
磁芯存儲器：核心使用微小的磁環(huán)（環(huán)），核心通過線程來寫入和讀取信息。 每個核心代表一點信息。 磁芯可以以兩種不同的方式（順時針或逆時針）磁化，存儲在磁芯中的位為零或一，取決于磁芯的磁化方向。 布線被布置成允許單個芯被設置為1或0，并且通過向所選擇的導線發(fā)送適當的電流脈沖來改變其磁化。 讀取內核的過程會導致內核重置為零，從而將其擦除。 這稱為破壞性讀數。 在不進行讀寫操作時，即使關閉電源，內核也會保持最后的值。 這使它們成為非易失性的。
1955-1975：磁芯存儲器統(tǒng)治了計算機隨機存儲器（RAM）
1964年：靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）
1969年：英特爾公司開發(fā)了第一個256位靜態(tài)RAM
1966年：IBM公司發(fā)明了動態(tài)隨機存取記憶體（DRAM）
各代DDR的主要改進：
1.SDRAM：（同步動態(tài)隨機存儲器）
Synchronous Dynamic Random Access Memory，一個時鐘 周期內只傳輸一次數據，它是在時鐘的上升期進行數據傳輸；
Memory工作需要同步時鐘，內部的命令的發(fā)送與數據的傳 輸都以它為基準；
動態(tài)是指存儲陣列需要不斷的刷新來保證數據不丟失；
2.DDR：Double Data Rate SDRAM
一個時鐘周期內傳輸兩次數據，它能夠在時鐘的上升期和 下降期各傳輸一次數據，稱為雙倍速率SDRAM ；
更先進的同步電路，使指定地址、數據的輸送和輸出主要 步驟既獨立執(zhí)行，又保持與CPU完全同步；
3.DDR2：
在同等核心頻率下，DDR2的實際工作頻率是DDR的兩倍。這得益于 DDR2內存擁有兩倍于標準DDR內存的4BIT預讀取能力 ；
在采用更低發(fā)熱量、更低功耗的情況下，DDR2可以獲得更快的頻率 提升，突破標準DDR的400MHZ限制 ；
DDR2內存通常采用FBGA芯片封裝形式，功耗和發(fā)熱量更小。
4.DDR3：
突發(fā)長度（Burst Length，BL）。DDR3增加了一個4bit Burst Chop（突發(fā)突變）模式；
新增重置（Reset）功能，當Reset命令有效時，DDR3內存將停止所 有操作，并切換至少量活動狀態(tài)，以節(jié)約電力 ；
尋址時序（Timing），DDR2的CL（CAS Latency）范圍一般在2～5 之間，而DDR3則在5～11之間。
5.DDR4:
相比DDR3大的區(qū)別有三點：16bit預取機制（DDR3為8bit），同樣內核頻率下理論速度是DDR3的兩倍；更可靠的傳輸規(guī)范，數據可 靠性進一步提升；工作電壓降為1.2V，更節(jié)能。
相變存儲
在1969年Charles Sie的論文中提出這項存儲技術 ;
三星公司成為第一個成為開發(fā)出PCRAM的公司， 美光公司則已經生產出容量為1Gb的芯片;
相變內存具有高速存取和非易失的特性
磁阻式隨機存取內存MRAM
1989年：磁阻式隨機存取內存MRAM (MagnetoresistiveRandom Access Memory）
MRAM接近靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）的高速讀 取寫入能力，以及動態(tài)隨機存儲器（DRAM）的 高集成度
IBM在上世紀八九十年代最早開始研發(fā)，但其商業(yè) 化的步伐依然沒有取得進展，目前仍處于研發(fā)階段
(3)輔存儲器的變遷
磁帶、 磁盤、軟盤、 光盤、固態(tài)盤
閃存的主要優(yōu)點：非易失、體積小、重量輕、低能耗、無噪聲、抗震動
我們平時用的固態(tài)硬盤（SSD）就是flash組成的磁盤陣列。
(2018年3月，100TB固態(tài)硬盤上 市：Nimbus Data公司的 ExaDriveDC100系列固態(tài)硬盤)
注：內存條一般是用DRAM技術做成的，而Cache一般是用SRAM做成的
總線技術：
System Bus ：連接CPU 和Memory ；
Local (I/O) Bus ：從外部設備搬運數據 ；
Bus 指標：
BUS width measured in bits ；
Bus speed measured in MHz ；
Throughput measured in MB/S；
連接協(xié)議
1.存儲總線接口：IDE/ATA
· IDE：Integrated Device Electronics
· ATA指令集（Advanced Technology Attachment：1986 年）
· CalledPATA：并行的ATA80芯數據線
·上世紀90年代最流行的現(xiàn)代硬盤接口之一
·最大：133 Mbps，低價格上的好性能
·Desktop 和laptop系統(tǒng)
·Inexpensive 存儲鏈接interconnect
2.SCSI：Small Computer System Interface
SCSI：服務器最流行的硬盤接口，1986標準化
·高速數據傳輸、帶寬大、熱插拔：320MB/S;連接設備8-16個
·支持多個數據的同時訪問
較IDE/ATA價格昂貴
并行模式SCSI
主用在“高端計算” 環(huán)境中
3.存儲總線接口：SATA/ATA
SATA協(xié)議：Serial串行ATA（IDE：并行ATA）
·ATA指令集，串行線路傳輸數據，2000年
·傳輸率高、可靠性強、針腳少（6－8）
·目前最高速率600MB/S
·桌面系統(tǒng)和服務器，稍貴的存儲鏈接：相對IDE
SAS（Serial Attached SCSI）：串行模式SCSI接口
·3.0 Gbps-6Gbps
·高端服務器
4.Internal DAS Connectivity Examples
主機外連存儲設備的構件Components
FibreChannel:光纖通道FC
外部存儲接口SCSI與FC比較
FibreChannel：可支持SCSI 指令集
高帶寬：2-8Gbps
傳輸距離遠：長達150m ~ 50km
確定性低延遲：微秒級端到端 延遲；
低誤碼率：小于10-12 ；
抗干擾能力強：對電磁干擾有 天然的免疫力
Dual-ported drives
SCSI ：
320MB/S
有限的距離
有限的設備數目： 大8-16
Usually limited to single initiator
Single-ported drives
Fibre Channel Connectivity
Bus 技術-PCI
PCI：Peripheral Component Interconnect(外設 部件互連)
計算機內的局部并行總線標準
廣泛用于當前高檔微機和便攜式微機。主要用于連接顯示 卡、網卡、聲卡。主板帶有多數量的插槽類型
高速鏈接微處理器和外部設備
即插即用功能
32/64 bit；133 MB/sec
Bus 技術-PCIe
PCI Express: Evolved from PCI and PCI-X? architectures
高速串行替換協(xié)議for PCI and PCI-X；
高8GB/s總 線帶寬
PCI Express鏈路是兩個設備之間（PCI Express端口） 的點對點通信通道
Implements packet based protocol for information transfer
在物理層面上，一條鏈路由一條或多條通道組成，包含1 個到32個通道，更精確地包括1,2,4,8,12,16或32個通道
·例如，低速外設（例如802.11 Wi-Fi卡）使用單通道（×1） 鏈路，而圖形適配器通常使用更寬更快的16通道鏈路。
PCI vs PCIe的速度比較
SCSI協(xié)議結構
存儲系統(tǒng):
1）存儲資源組合：提供大容量、高性能、低價格、 高可用、高安全的存儲系統(tǒng)為目的
··存儲資源單元：寄存器、SRAM、DRAM、Flash、硬盤、磁 帶、光盤
2）各種層次和規(guī)模的組合：大/快/便宜的存儲器
經典的組合---Cache和VM（虛擬內存）
·Cache-：SRAM與DRAM的組合
·VM：DRAM 與DISK的組合（看起來又大又快又便宜 的存儲器）
存儲層次–速度和開銷：
磁盤陣列
集成大量廉價的小型磁盤存儲器構造出磁盤陣列：
“分塊”、“交叉存取”以及冗余容錯等技術
容量大、可靠性高、性能高
(個人認為磁盤陣列一般都要附加一個陣列控制器 例如RAID Controller)
直接附加存儲Direct Access Storage
以服務器為中心：存儲設備通過總線（SCIS線等） 直接連接到主機上，受控于主機
·存儲設備內部利用SCSI總線通道或FC通道、IDE接口連接多個磁盤，實現(xiàn)RAID技術，形成一個磁盤陣列，從而解決了數據容錯、大存儲空間的問題
優(yōu)點：簡單、便宜、易于安裝部署管理
存儲的邏輯卷和文件系統(tǒng)概念
1.塊設備
(1)以Block為基本讀寫單位的設備
·磁盤：“Block”指Sector
·閃存：“Block”指Page或Subpage
·RAID：“Block”指Stride
(2)鍵盤、鼠標不是塊設備，它們以字節(jié)流的形式讀寫
(3)網卡不是塊設備，但通過網卡連接的iSCSI存儲設備是塊設備
2.物理卷（Physical Volume）
將一個塊設備劃分成幾個部分，每部分稱作一個物理卷(也稱“分區(qū)”)
物理卷的引入使大容量塊設備的管理更容易
每個物理卷被劃分成許多大小一致的Physical Extents（物理塊）
3.卷組（Volume Group)
大量的物理卷組成一個存儲池，叫卷組
·卷組可包含多個塊設備上的物理卷
·一個塊設備上的物理卷可處于多個卷組中
卷組的引入為可伸縮的存儲空間管理提供基礎
4.邏輯卷（Logical Volume）
卷組包含多個物理卷，每個物理卷包含大量Physical Extents，邏輯卷管理器從這些Physical Extents拿出一部分組成邏輯卷
·邏輯卷由大量Logical Extents組成
·邏輯卷的每個Logical Extent對應物理卷的一個Physical Extent
·同一邏輯卷的Logical Extents可來自不同的物理卷，同一物理卷的 Physical Extents可處于不同的邏輯卷中
每個邏輯卷上安裝一個文件系統(tǒng)，邏輯卷通過增加和減少Logical Extent調整大小，導致文件系統(tǒng)的容量是可伸縮的
