较大的存储系统由各种不同类型的存储设备构成,形成具有多级层次结构的存储系统。该系统既有与CPU相近的速度,又有极大的容量,而价格又是较低的。可见,采用多级层次结构的存储器系统可有效地解决存储器的速度.
存储器储存器的扩展
存储芯片的存储容量都是有限的。要构成一定容量的内存,单个芯片往往不能满足字长或存储单元个数的要求,甚至字长和存储单元数都不能满足要求。这时,就需要用多个存储芯片进行组合,以满足对存储容量的需求,这种组合就称为存储器的扩展。存储器扩展时要解决的问题主要包括位扩展、字扩展和字位扩展。
SRAM的接口是一种非常典型的半导体存储芯片接口,掌握了它的接口设计方法就意味着掌握了一系列半导体存储芯片接口的设计方法(包括 NoR Flash、E2PROM等),同时也为学习其他半导体存储芯片的接口设计打下了基础。本节以异步SRAM的接口为例,介绍半导体存储芯片接口设计的基本方法与原则。 7Y
制器包含片上 Flash和 Boot loader片上存储器是可编程的,包括APRON、 LDROM、数据 Flash和用户配置区。地址映射包括 Flash存储映射和5个地址映射:支持IAP功能的 LDROM,不支持IAP功能的 LDROM,支持IAP功能的APRON,不支持IAP功能的 APROM,以及支持IAP功能的 Boot loader。
存储管理的目的
存储管理要实现的目的是为用户提供方便、安全和充分大的存储空间。
方便是指将逻辑地址和物理地址分开,用户只在各自的逻辑地址空间编写程序,不必过问物理空间和物理地址的细节,地址的转换由操作系统自动完成;安全是指同时驻留在内存的多个用户进程相互之间不会发生干扰,也不会访问操作系统所占有的空间;充分大的存储空间是指利用虚拟存储技术,从逻辑上对内存空间进行扩充,从而可以使用户在较小的内存里运行较大的程序。
存储器阵列
增加磁盘的存取速度,如何防止数据因磁盘的故障而丢失及如何有效地利用磁盘空间,一直是电脑专业人员和用户的困扰;而大容量磁盘的价格非常昂贵,对用户形成很大的负担。磁盘阵列技术的产生一举解决了这些问题。 8Y
CPU的处理速度几乎是呈几何级数的跃升,内存(memory)的存取速度亦大幅增加,而数据储存装置主要是在与磁盘(hard disk)的存取速度相较之下,较为缓慢。整个I/O吞吐量不能和系统匹配,形成电脑系统的瓶颈,拉低了电脑系统的整体性能。若不能有效地提升磁盘的存取速度,CPU、内存及磁盘问的不平衡将使CPU及内存的改进. 改进磁盘存取速度的方式主要有两种。
磁盘快取控制( disk cache
controller),它将从磁盘读取的数据存在快取内存(cachememory)中以减少磁盘存取的次数,数据的读写都在快取内存中进行,大幅增加存取的速度,如要读取的数据不在快取内存中,或要写数据到磁盘时,才做磁盘的存取动作。这种方式在单工期环境(single-tasking environment)如DOS之下,对大量数据的存取有很好的性能(量小且频繁的存取则不然),但在多工( multi-tasking)环境之下(因为要不停地做数据交换( swapping)的动作)或数据库(database)的存取(因每一记录都很小)就不能显示其性能。 9Y
磁盘阵列的技术。磁盘阵列是把多个磁盘组成一个阵列,当作单一磁盘使用,它将数据以分段(striping)的方式储存在不同的磁盘中,存取数据时,阵列中的相关磁盘一起动作,大幅减低数据的存取时间,同时有更佳的空间利用率。磁盘阵列所利用的不同的技术,称为RAID level,不同的level针
对不同的系统及应用,以解决数据安全的问题。
高性能的磁盘阵列都是以硬件的形式来达成,进一步把磁盘快取控制及磁盘阵列结合在一个控制器(RAID controller)或控制卡上,针对不同的用户解决人们对磁盘输出/输入系统的四大要求:
(1)增加存取速度;
(2)容错(fault
tolerance),即安全性;
(3)有效利用磁盘空间;
(4)尽量平衡CPU、内存及磁盘的性能差异,提高电脑的整体工作性能。
磁盘阵列技术的阵列原理,1987年,加州伯克利大学的一位人员发表了名为“磁盘阵列研究”的论文,正式提到了RAID也就是磁盘阵列,论文提出廉价的5.25〞及3.5〞的硬盘也能如大机器上的8”盘一样能提供大容量、高性能和数据的一致性,并详述了RAID的技术。 10Y
磁盘阵列针对不同的应用,使用不同技术,称为RAID level。RAID是RedundantArray of
Inexpensive Disks的缩写,每- level代表一种技术。 目前业界公认的标准是RAIDO- RAID5。这个level并不代表技术的高低,leve15并不高于leve13,levell也不低于level4,至于要选择哪一种RAID
level的产品,视用户的操作环境(operating environment)及应用(application)而定,与level的高低没有必然的关系。
RAIDO没有安全的保障,但其快速,所以适合高速I/O的系统;RAID1适用于需安全性又要兼顾速度的系统,RAID2及RAID3适用于大型电脑及影像、CAD/CAM等处理;RAID5多用于OLTP,因有金融机构及大型数据处理中心的迫切需要,故使用较多而较有名气,但也因此形成很多人对磁盘阵列的误解,以为磁盘阵列非要RAID5不可。RAID4较少使用,和RAID5有其共同之处,但RAID4适合大量数据的存取。其他如RAID6、RAID7,乃至RAID10、RAID50、RAID100等. RAIDO及RAID1最适合PC服务器及图形工作站的用户,提供最佳的性能及最便宜的价格,以低成本符合市场的需求。RAID2及RAID3适用于大档案且输入/输出需求不频繁的应用如影像处理及CAD/CAM等;而RAID5则适用于银行、金融、股市、数据库等大型数据处理中心的OLTP应用;RAID4与RAID5有相同的特性及应用方式,但其较适用于大型文件的读取。
未来趋势
存储器是计算机中数据存放的主要介质。随着近年来的发展, 存储器的变化日新月异, 各种新型存储器进入市场, 普及针对新型存储器的维护方法已经迫在眉睫。 11Y
从PCRAM和MRAM到RRAM等更多技术,一系列全新的存储技术正不断涌向晶圆厂。而推动这一进程的正是游戏和移动产品领域的技术进步, 以及云计算的发展。这些应用
都非常重要,它们正在不断扩展当今主流存储技术的能力。例如,游戏应用需要速度极快的主存储器和高容量的辅助 (存储类) 存储器,从而在用户浑然不觉的情况下处理数据, 快速管理海量的图形数据。毕竟,没人希望在游戏玩到关键时刻,突然遇到意外的卡顿。对于云计算,其最大的优势在于能够通过网络访问海量数据,而无需将这些数据直接存储在我们的个人设备上。同样,速度也至关重要随着数据存储技术的迅猛发展,用户对存储性价比的要求也越来越高,而云存储技术无需硬件设备的支持,这就大大增加了存储的安全性能,用户也无需对硬件设施进行维护.
2020-1-25 12Y