信息存储与管理课件

信 息 存 储 与 管 理 1 信 息 存 储 与 管 理国 家 天 文 台（ 科 技 处 ） 信 息 与 计 算 中 心 信 息 存 储 与 管 理 2 直 连 存 储 和 SCSI介 绍主 讲 人 ： 储 王 伟第 五 讲 信 息 存 储 与 管 理 3 主 要 内 容存 储 设 备 的 发 展 历 史直 连 存 储 DAS磁 盘 驱 动 器 接 口 协 议SCSI体 系 结 构 与 编 址 信 息 存 储 与 管 理 4 存 储 设 备 的 发 展 史 时 代 的 发 展 ， 科 技 的 进 步 造 就 了 当 今 的 社 会 ， 而 存储 器 的 百 年 发 展 也 同 样 的 惊 人 的 ， 从 最 初 的 打 孔 机 到 现 在 的蓝 光 DVD和 固 态 硬 盘 ， 存 储 器 每 一 步 的 发 展 都 留 下 了 坚 实 的脚 印 。 下 面 就 让 我 们 寻 着 这 条 脚 印 再 来 回 顾 下 它 的 发 展 史 。相 对 最 早 期 的 打 孔 纸 卡 以 及 穿 孔 纸 带 都 以 离 我 们 太 久 远 ， 不妨 让 我 们 从 磁 带 开 始 回 忆 吧 。 。 。 。 信 息 存 储 与 管 理 5 大 型 磁 带 记 录 盘 式 磁 带 在 1950年 代 ， IBM最 早把 盘 式 磁 带 用 在 数 据 存 储 上。 因 为 一 卷 磁 带 可 以 代 替 1万张 打 孔 纸 卡 ， 于 是 它 马 上 获得 了 成 功 ， 成 为 直 到 80年 代之 前 最 为 普 及 的 计 算 机 存 储设 备 。 在 80年 代 末 的 时 候 ，大 家 都 聚 在 一 起 看 老 电 影 ，当 时 看 待 巨 大 的 圆 盘 来 回 转， 这 就 是 盘 式 磁 带 ， 现 在 磁带 的 最 大 容 量 已 经 达 到 1TB。 信 息 存 储 与 管 理 6 最 珍 贵 的 回 忆 盒 式 录 音 磁 带 盒 式 录 音 磁 带 应 该 是 80年 代 人， 小 时 候 珍 贵 的 记 忆 之 一 。 它 显 然 也 是磁 带 的 一 种 ， 可 是 它 实 在 是 太 普 及 了 ，所 以 要 专 门 说 一 下 。 这 是 飞 利 浦 公 司 在1963年 发 明 的 ， 可 是 直 到 1970年 代 才 开始 流 行 开 来 。 一 些 计 算 机 ， ZX Spectrum,Commodore 64和 Amstrad CPC使 用 它 来 存 储 数 据 。 一 盘 90分 钟 的 录 音 磁 带 ， 在 每 一 面（ 记 得 录 音 磁 带 是 可 以 翻 面 的 吗 ） 可 以 存 储 700KB到 1M的 数据 。 现 在 的 一 张 DVD9光 盘 ， 可 以 保 存 4500张 这 样 磁 带 的 数据 ， 如 果 现 在 要 把 这 些 数 据 全 部 读 出 来 ， 那 要 整 整 播 放 281天 。 信 息 存 储 与 管 理 7 超 长 的 存 储 设 备 磁 鼓 一 支 磁 鼓 有 12英 寸 长 ， 一 分 钟 可 以 转 1万 2千 5百 转 。它 在 IBM 650系 列 计 算 机 中 被 当 成 主 存 储 器 ， 每 支 可 以 保 存1万 个 字 符 （ 不 到 10K） 。 信 息 存 储 与 管 理 8 软 盘 的 鼻 祖 8英 寸 软 盘 软 盘 是 个 人 计 算 机 （ PC） 中 作 为 一 种 可 移 贮 存 硬 件 ， 它 是 用 于 那 些 需 要 被 物 理 移 动 的 小 文 件 的理 想 选 择 。 软 盘 有 八 寸 、 五 又 四 分 一 寸 、 三 寸 半 之 分 。 当 中 又 分 为 硬 磁 区 Hard-sectored 及 软 磁 区Soft-Sectored。 软 式 磁 盘 驱 动 器 则 称 FDD， 软 盘 片 是 覆 盖 磁 性 涂 料 的 塑 料 片 。 在 60年 代 末 70年 代 初 期 ， IBM推 出 的 全 球 第 一 台 PC， 是 计 算 机 业 里 程 碑 似 的 革 命 性 的飞 跃 。 但 是 IBM的 System370计 算 机 面 临 这 样 一 个 问 题 ， 就 是 这 种 计 算 机 的 操 作 指 令 存 储 在 半导 体 内 存 中 ， 一 旦 计 算 机 关 机 ， 指 令 便 会 被 抹 去 。 于 是 在 1967年 ， IBM的 SanJose实 验 室 的 存储 小 组 受 命 开 发 一 种 廉 价 的 设 备 ， 为 大 型 机 处 理 器 和 控 制 单 元 保 存 和 传 送 微 代 码 。 这 种 设 备成 本 必 须 在 5美 元 以 下 ， 以 便 易 于 更 换 ， 而 且 必 须 携 带 方 便 ， 于 是 软 盘 的 研 制 之 路 开 始 了 。 4年 后 又 推 出 一 种 直 径 8英 寸 的 表 面 涂 有 金 属 氧 化 物 的 塑 料 质 磁 盘 ， 发 明 者 是 艾 伦 舒 加 特 （Alan Shugart， 后 离 开 IBM创 办 了 希 捷 seagate公 司 ） ， 这 就 是 我 们 常 说 的 软 盘 标 准 “ 软 盘 ”的 父 辈 ， 最 大 容 量 1.2MB。 信 息 存 储 与 管 理 9 5.25英 寸 软 盘 和 餐 巾8英 寸 /5.25英 寸 /3.5英 寸 对 比 8英 寸 的 软 盘 虽 然 从 技 术 原 理 上 已 经很 接 近 现 代 软 盘 ， 但 缺 陷 就 是 体 积 过 大 ， 携带 很 不 方 便 ， 于 是 5.25英 寸 的 软 盘 诞 生 了 。这 里 5.25英 寸 软 盘 的 发 明 还 有 一 个 小 故 事 ，美 国 王 安 电 脑 公 司 当 时 打 算 发 布 用 于 字 处 理的 计 算 机 ， 感 到 8英 寸 的 软 盘 太 大 ， 于 是 开始 与 ShugartAssociates公 司 合 作 生 产 小 一点 的 磁 盘 。 一 天 晚 上 ， 在 波 士 顿 一 家 昏 暗 的酒 吧 中 ， 他 们 最 后 一 致 同 意 采 用 某 种 尺 寸 的软 盘 ， 这 种 尺 寸 就 是 餐 桌 上 的 一 块 鸡 尾 酒 餐巾 的 尺 寸 ， 它 的 大 小 恰 好 是 5.25英 寸 。 从 此这 种 软 盘 成 为 电 脑 的 最 佳 移 动 存 储 设 备 ， 容 量 也 达 到 360K。 5.25英 寸 软 盘 一 直 持 续 到 90年 代 ， 后 来 终 于 被 另 一 种 体 积 更 小 、 容 量 更大 的 产 品 替 代 了 ， 那 就 是 3.5英 寸 软 盘 ， 最大 容 量 1.2MB。 信 息 存 储 与 管 理 10 大 行 其 道 的 3.5英 寸 软 盘 5.25英 寸 的 软 盘 有 很 多 缺 点 ， 比 如 软 盘 采 用 的 外 包装 比 较 脆 弱 ， 容 易 损 坏 ， 体 积 也 比 较 大 。 新 一 代 软 盘 的 开 发被 日 本 的 索 尼 公 司 拔 得 头 筹 。 1980年 ， 索 尼 公 司 率 先 推 出 体积 更 小 、 容 量 更 大 的 3.5英 寸 软 驱 和 软 盘 ， 不 过 刚 推 出 的 时候 在 当 时 并 没 有 被 一 些 主 要 PC厂 家 所 接 受 ， 市 面 上 流 行 的 依旧 是 5.25英 寸 的 软 盘 。 直 到 1987年 4月 ， IBM推 出 基 于 386的 IBM Personal System/2（ PS/2） 个 人 电 脑 系 列 ， 正 式 配 置 了 3.5英 寸 的软 驱 后 ， 这 才 引 起 了 很 多 人 的 注 意 。 大 家 都 被 这 种 体 积 更为 小 巧 、 容 量 却 是 5.25英 寸 软 盘 的 几 倍 的 新 软 盘 所 吸 引 ， 从 那 时 起 ， 在 IBM、 康 柏 为 代 表 的 厂 商 极 力 推 崇 下 ， 这种 3.5英 寸 的 软 盘 开 始 大 行 其 道 ， 3.5寸 软 盘 以 其 便 宜 的 价格 、 相 对 巨 大 的 存 储 量 （ 1.44M， 百 万 级 字 节 存 储 量 ） 很快 全 面 占 领 市 场 ， 而 3.5英 寸 软 盘 驱 动 器 也 开 始 正 式 取 代 5英 寸 的 软 驱 成 为 PC的 标 准 配 置 ， 走 向 了 它 一 生 中 最 辉 煌 的 时 期 。 这 一 绝 对 的 垄 断 地 位 持 续 了 十 几 年 ， 一 直 到 2002年 ， 最 大 容 量 1.44MB。 信 息 存 储 与 管 理 11 第 一 张 视 频 光 盘 LD光 盘图 中 大 的 是 LD盘 ， 小 的 是 普 通 5寸 光 盘1958年 就 发 明 光 盘 技 术 了 ， 可 是 直 到 1972年 ， 第 一 张 视频 光 盘 才 问 世 ， 6年 后 的 1978年 它 开 始 在 市 场 上 卖 。 那个 时 候 的 光 盘 是 只 读 的 ， 虽 然 不 能 写 ， 但 是 能 够 保 存 达到 VHS录 像 机 水 准 的 视 频 ， 使 得 它 很 有 吸 引 力 。 信 息 存 储 与 管 理 12 CD全 称 ： COMPACT DISC（ 激 光 唱 片 ， 光 盘 ） CD代 表 小 型 镭 射 盘 ， 最 大 容 量 7 0 0 MB。 1 9 8 2 年 8 月 3 1 日 ， SONY CBS SONY 荷 兰 飞 利浦 与 POLYGRAM四 家 公 司 共 同 举 办 了 CD这 个 数 字 录 音 格 式 的 发 布 会 ， 并 决 定 从 秋 季 起 开始 在 日 本 发 售 。 直 径 仅 仅 1 2 cm， 利 用 数 字 信 号 录 音 ， 只 要 一 个 按 钮 就 可 执 行 选 曲 ， 能够 半 永 久 的 使 用 ， CD实 现 了 许 多 乐 迷 的 梦 想 。 是 年 1 0 月 1 日 ， SONY推 出 了 第 一 台 CD机CDP-1 0 1 。 1 6 万 8 ,0 0 0 日 圆 的 价 格 ， 对 一 般 消 费 者 而 言 是 很 难 接 受 的 。 不 过 只 要 想 到 里 面的 技 术 与 开 发 时 间 ， 能 做 成 商 品 的 确 是 一 个 奇 迹 。 进 入 1 9 8 3 年 后 ， 其 它 公 司 的 CD机 也相 继 上 市 ， 销 售 形 势 一 片 大 好 。 但 是 ， 大 家 看 到 了 ， 由 于 网 络 下 载 、 mp3 的 出 现 ， 现 在的 CD也 已 经 没 落 。 信 息 存 储 与 管 理 13 磁 光 盘 又 叫 MO光 盘 MO全 称 Magneto-Optical Disk， 即 磁 光 盘的 意 思 。 1 9 9 1 年 第 一 张 MO盘 就 已 经 开 始 发 行 ，它 具 有 体 积 小 ， 不 用 安 装 驱 动 程 序 ， 容 量 大 等 优点 。 但 最 终 受 到 价 格 因 素 制 约 ， 没 能 在 个 人 用 户中 普 及 开 来 。 可 是 凭 着 超 高 的 安 全 性 和 稳 定 性 ，目 前 仍 有 不 少 科 研 、 政 府 机 构 或 是 苹 果 机 使 用 比较 多 的 广 告 公 司 仍 在 使 用 。 最 大 容 量 可 达 9 .1 GB， 普 遍 应 用 于 电 子 邮 件 存 储 ， 医 疗 图 像 传 送 与 保存 ， 声 音 记 录 ， 金 融 记 录 存 储 。 信 息 存 储 与 管 理 14 采 用 红 外 激 光 DVD光 盘 DVD是 使 用 了 不 同 激光 技 术 的 CD， 它 采 用 了 7 8 0 纳米 的 红 外 激 光 （ 标 准 CD则 采用 6 2 5 6 5 0 纳 米 的 红 色 激 光） ， 这 种 激 光 技 术 使 得 DVD可 以 在 同 样 的 面 积 中 保 存 更多 的 数 据 。 一 张 双 层 DVD容量 可 达 8 .5 GB。 信 息 存 储 与 管 理 15 最 先 进 存 储 蓝 光 DVD、 HD-DVD 现 在 最 引 人 瞩 目 的 ， 是 蓝 光 DVD和 HD-DVD这两 种 竞 争 的 光 盘 技 术 。 蓝 色 激 光 使 得 存 储 的 容 量 进一 步 增 长 ， 目 前 看 起 来 ， 好 像 蓝 光 DVD更 流 行 一 些。 不 过 如 果 我 们 目 光 放 更 长 远 一 些 ， 也 许 一 种 被 称为 “Holographic Versatile Disc”的 光 盘 ， 可 以 提 供 比 蓝光 DVD大 1 6 0 倍 的 容 量 高 达 3 .9 TB， 相 当 于 保 存 4 6 0 0 到 1 1 9 0 0 小 时 的 MPEG4 格 式 的 电 影 。 信 息 存 储 与 管 理 16 蓝 光 光 盘 不 算 什 么 3 0 0 G全 息 光 盘 InPhase Technologies公 司 日 前 宣 布 已 经 开 始 量 产 并 销 售 全 息 存 储 驱 动 器 和3 0 0 GB容 量 的 全 息 光 盘 (HVD)， 其 中 驱 动 器 “Tapestry HDS-3 0 0 R”要 价 1 8 0 0 0 美 元 ，3 0 0 GB容 量 的 全 息 光 盘 也 高 达 1 8 0 美 元 。 目 前 主 要 的 客 户 是 政 府 机 构 和 大 型 企 业。 InPhase在 2005年 4月 就 实 现 了 200Gbit/平 方 英 寸 的 存 储 密 度， 06年 初 它 们 则 宣 布 了 ， 存 储 密 度 达 到 了 515Gbit/平 方 英 寸 ， 容 量 可达 360GB全 息 光 盘 。 这 一 存 储 密 度 已 经 远 远 超 过 了 包 含 硬 盘 在 内 的 现所 有 存 储 媒 体 （ 目 前 实 验 室 里 硬 盘 单 碟 最 高 为 345Gbit/平 方 英 寸 ） 。 信 息 存 储 与 管 理 17 双 光 子 3 D技 术 1 2 cm光 盘 存 储 1 TB 美 国 Call/Recall公 司 称 ， 它们 已 经 成 功 开 发 并 测 试 了 TB级 光盘 。 TB级 光 盘 采 用 双 光 子 吸 收 3 D技 术 ， 利 用 双 光 子 吸 收 现 象 进 行记 录 时 ， 由 于 能 够 抑 制 上 下 记 录层 之 间 的 干 涉 （ 串 扰 ） ， 因 此 在多 层 记 录 时 便 于 通 过 缩 小 层 间隔 来 提 高 记 录 密 度 。 信 息 存 储 与 管 理 18 最 普 遍 用 到 的 存 储 产 品 U盘 与 移 动 硬 盘 全 称 “USB闪 存 盘 ”， 英 文 名 “USB flash disk”。 U盘 的 称 呼 最 早 来 源 于 朗 科 公 司 生 产 的一 种 新 型 存 储 设 备 ， 名 曰 “优 盘 ”， 使 用 USB接口 进 行 连 接 。 而 之 后 生 产 的 类 似 技 术 的 设 备 由于 朗 科 已 进 行 专 利 注 册 ， 而 不 能 再 称 之 为 “优盘 ”， 而 改 称 谐 音 的 “U 盘 ”。 发 展 至 今 ， 他 已 经成 为 人 手 必 备 之 物 ， 与 人 们 生 活 工 作 密 不 可 分， 最 大 容 量 2 5 6 GB。 顾 名 思 义 是 以 硬 盘 为 存 储 介 制 ， 计 算 机 之 间 交换 大 容 量 数 据 ， 强 调 便 携 性 的 存 储 产 品 。 目 前 市 场 上 绝大 多 数 的 移 动 硬 盘 都 是 以 标 准 硬 盘 为 基 础 的 ， 而 只 有 很少 部 分 的 是 以 微 型 硬 盘 (1.8英 寸 硬 盘 等 )， 但 价 格 因 素决 定 着 主 流 移 动 硬 盘 还 是 以 标 准 笔 记 本 硬 盘 为 基 础 。 因为 采 用 硬 盘 为 存 储 介 制 ， 因 此 移 动 硬 盘 在 数 据 的 读 写 模式 与 标 准 IDE硬 盘 是 相 同 的 。 移 动 硬 盘 多 采 用 USB、IEEE1394等 传 输 速 度 较 快 的 接 口 ， 可 以 较 高 的 速 度 与 系统 进 行 数 据 传 输 。 目 前 主 流 2.5英 寸 品 牌 移 动 硬 盘 的 读取 速 度 约 为 15-25MB/s,写 入 速 度 约 为 8-15MB/s， 最 大 容量 2TB。 信 息 存 储 与 管 理 19 新 一 代 存 储 新 秀 卡 片 存 储 设 备 SD卡 即 Secure Digital Card卡 ， 是 一 种 基 于半 导 体 快 闪 记 忆 器 的 记 忆 设 备 ， 在 数 码 相 机、 多 媒 体 播 放 器 等 便 携 式 数 码 产 品 上 被 广 泛使 用 。 SD卡 看 上 去 只 有 邮 票 大 小 ， 重 量 只 有2 克 ， 但 却 拥 有 高 忆 容 量 、 快 速 数 据 传 输 率、 极 大 的 移 动 灵 活 性 以 及 很 好 的 安 全 性 。 SDHC卡 SDHC是 “High Capacity SD Memory Card”的 缩 写 ， 也 就 是 “高 容 量 SD存 储 卡 ”。作 为 SD卡 的 继 任 者 ， SDHC主 要 特 征 在 于 文件 各 式 从 以 前 的 FAT1 2 、 FAT1 6 提 升 到 了FAT3 2 ， 而 且 最 高 支 持 3 2 GB。 CF卡 CF卡 ： （ Compact Flash） 具 有 PCMCIA-ATA功 能 ， 并 与 之 兼 容 ； CF卡 重 量 只 有 14g，仅 纸 板 火 柴 般 大 小 （ 43mm 36m m 3.3mm）， 是 一 种 固 态 产 品 ， 也 就 是 工 作 时 没 有 运 动部 件 。 大 多 数 数 码 相 机 选 择 CF卡 作 为 其 首 选存 储 介 质 。 信 息 存 储 与 管 理 20 双 光 子 3 D技 术 1 2 cm光 盘 存 储 1 TB MMC卡 MMC卡 ： （ MultiMedia Card） MMC的发 展 目 标 主 要 是 针 对 数 码 影 像 、 音 乐 、手 机 、 PDA、 电 子 书 、 玩 具 等 产 品 ， 其尺 寸 只 有 3 2 mm 2 4 mm 1 .4 mm。 TF卡 TF卡 ： （ microSD） 是 一 种 超 小 型 卡 （ 1 1 mm 1 5 mm 1 mm） ， 约 为 SD卡 的1 /4 ， 可 以 算 目 前 最 小 的 储 存 卡 了 。 TF卡 可 经 SD卡 转 换 器 后 ， 当 SD卡 使 用 。利 用 适 配 器 可 以 在 使 用 SD作 为 存 储 介 质的 设 备 上 使 用 。 信 息 存 储 与 管 理 21 今 日 存 储 霸 主 首 款 硬 盘 诞 生 在 2 0 世 纪 5 0 年 代 中 期 ， 虽 然 之 前 人们 已 经 在 使 用 打 孔 卡 和 磁 带 进 行 数 据 的 存储 ， 但 是 要 想 在 上 述 存 储 介 质 上 查 找 某 个数 据 却 非 常 困 难 ， 往 往 需 要 数 小 时 的 时 间， 就 是 因 为 这 些 存 储 产 品 采 用 的 是 顺 序 存取 技 术 。 而 那 些 被 昵 称 为 “牛 仔 ”的 IBM实验 室 的 技 术 人 员 一 个 十 分 单 纯 的 想 法 就 是， 找 到 一 种 随 机 存 取 的 方 法 ， 加 快 数 据 的存 取 速 度 。 4 年 之 后 ， 他 们 终 于 宣 布 开 发出 了 一 种 将 对 全 球 计 算 领 域 产 生 重 大 影 响的 产 品 ， 那 就 是 统 计 控 制 随 机 存 取 法 （ Random Access Method for Accounting Control， RAMAC） ”。 这 款 商 用 磁 盘 存 储系 统 就 是 RAMAC 3 0 5 ， 有 两 个 冰 箱 那 么 宽， 内 部 安 装 了 5 0 个 直 径 两 英 尺 的 磁 盘 ， 重量 约 1 吨 ， 当 时 可 以 存 储 “惊 人 ”的 5 0 0 万 个字 符 (5 MB)。 信 息 存 储 与 管 理 22 6 0 至 7 0 年 代 的 主 宰 比 微 波 炉 还 大 的 硬 盘 时 间 转 移 到 1 9 6 2 年 ， 这 时已 经 是 1 4 英 寸 的 硬 盘 占 据 市 场 的统 治 地 位 ， 直 到 7 0 年 代 中 期 ， 1 4英 寸 硬 盘 几 乎 占 据 了 全 部 硬 盘 市场 ， 几 乎 所 有 这 些 设 备 都 出 售 给大 型 计 算 机 制 造 商 。 那 个 时 候 那种 大 型 硬 盘 也 并 不 是 普 通 用 户 能消 费 的 起 的 ， 而 且 容 量 不 过 百 兆左 右 。 左 面 的 照 片 就 是 最 近 到 本 网 站 的 1 4 吋 硬 盘 ， 我 们 将 它 和 一个 可 乐 罐 做 对 比 ， 可 以 明 显 看 出他 的 体 积 有 多 庞 大 ， 其 实 真 正 的它 要 比 一 个 微 波 炉 都 大 。 可 想 那个 时 代 的 计 算 机 体 型 会 是 一 个 什么 样 子 ， 不 过 到 了 7 0 年 代 末 期 ， 8英 寸 硬 盘 就 已 经 诞 生 ， 体 积 也 相应 减 小 了 不 少 。 信 息 存 储 与 管 理 23 苦 苦 挣 扎 终 成 正 果 !8 英 寸 硬 盘 发 展 不 易 1 9 7 8 -1 9 8 0 年 ， 更 小 的 8 英寸 驱 动 器 被 开 发 出 来 ， 其 中 包 括Shugart Assaciates、 Micropolis、priam和 昆 腾 这 些 老 牌 硬 盘 厂 商， 不 过 容 量 仅 为 1 0 M、 2 0 M、3 0 M以 及 4 0 M， 相 比 1 4 英 寸 硬 盘而 言 要 小 了 很 多 ， 所 以 这 种 型号 受 到 了 当 时 只 需 要 大 容 量 硬 盘的 大 型 计 算 机 制 造 商 的 冷 落 ， 因此 这 些 8 英 寸 型 号 的 市 场 新 入 者将 他 们 的 创 新 性 硬 盘 投 入 新 的 应 用 ： 小 型 计 算 机 。 信 息 存 储 与 管 理 24 8 0 年 首 款 5 .2 5 英 寸 硬 盘 诞 生 时 间 转 到 了 1 9 8 0 年 ， 硬 盘 的 体 积 终 于 又 出 现 了 变 化 ， 下 面 这 款 就 是 世 界 第 一 台 5 .2 5 英 寸 硬 盘 驱 动 器 ST-5 0 6 ， 作 为 首 款 真 正 面 向 台 式 机 的 硬 盘 ， 5 .2 5 吋 的 出 现势 必 具 有 其 特 殊 的 意 义 ， 对 于 许 多 8 0 后 的 电 脑 玩 家 来 说 ， 所 接 触 到 的 第 一 块 电 脑 硬盘 大 部 分 是 5 .2 5 英 寸 开 始 的 ， 虽 然 它 的 容 量 仅 有 5 MB， 但 它 的 出 现 却 带 动 了 一 个 时代 。 信 息 存 储 与 管 理 25 谁 曾 想 现 在 的 霸 主 3 .5 英 寸 曾 被 厂 商 放 弃 时 隔 四 年 ， 到 了 1 9 8 4 年 ， 一家 苏 格 兰 企 业 Rodime首 先 开 发 出 了3 .5 吋 硬 盘 ， 相 信 当 时 谁 也 没 有 料 到， 这 个 尺 寸 现 在 会 成 就 如 此 伟 大 的时 代 ， 因 为 就 如 同 8 英 寸 硬 盘 出 世之 初 一 样 ， 3 .5 英 寸 结 构 硬 盘 在 一 开始 推 出 时 根 本 不 被 重 视 ， 其 原 因 也是 因 为 成 本 高 而 容 量 太 小 ， 难 以 满足 人 们 的 需 求 ， 到 了 8 8 年 为 止 ， 也仅 有 到 一 半 的 硬 盘 厂 商 开 始 生 产 3 .5英 寸 硬 盘 。 信 息 存 储 与 管 理 26 直 连 存 储 DAS 定 义 ： 直 连 存 储 (Direct-Attached Storage,DAS)是 一 种 存 储 器 直 接 连 接 到 服 务 器 的 架 构 。 主 机 内 部 的 磁 盘 ， 磁 带 库 和 直 接 连 接 的 外 部 磁 盘 组， 都 是 DAS的 实 例 。 DAS架 构 仍 是 少 量 服 务 器 访 问 和 共 享 本 地 数 据 的 理想 方 案 ， DAS适 合 小 型 企 业 、 部 门 、 个 人 ， 也 可 以作 为 中 型 企 业 的 文 件 服 务 器 和 邮 件 服 务 器 ， 以 及 大型 企 业 SAN和 NAS的 辅 助 。 分 类 ： 1， 内 置 DAS： 存 储 设 备 通 过 串 行 或 并 行 总 线 连 接 到 主 机 。 2， 外 置 DAS： 服 务 器 直 接 连 接 到 外 部 存 储 设备 ， 之 间 采 用 SCSI或 FC协 议 进 行 通 信 。 信 息 存 储 与 管 理 27 DAS的 优 缺 点DAS的 优 点 ：相 对 其 他 存 储 架 构 ， 只 需 较 低 的 前 期 投 资简 单 快 捷 的 部 署 ， 基 于 主 机 操 作 系 统 便 可 安 装 管 理设 置 操 作 的 软 硬 件 少 ， 管 理 任 务 少DAS的 缺 点 ：不 易 扩 展 。 有 限 的 端 口 和 带 宽 限 制 了 存 储 设 备 数 量 和 I/O处 理 能 力。无 法 优 化 资 源 使 用 。 未 被 使 用 的 资 源 不 能 方 便 的 重 新 分 配 ， 导 致 过 载 或 欠 载 的 孤 立 存 储 池 。对 服 务 器 的 依 赖 性 比 较 强 ， 对 其 性 能 要 求 也 比 较 高 。 信 息 存 储 与 管 理 28 磁 盘 驱 动 器 接 口上 一 讲 中 ， 有 介 绍 硬 盘 的 接 口 IDE/ATA SATA SAS SCSI FCIDE/ATA、 SATA、 SAS、 SCSI、 FC都 是 主 机 与 存 储 设备 通 信 的 预 定 义 协 议 ， 它 们 都 集 成 在 硬 盘 驱 动 器的 控 制 器 上 。 信 息 存 储 与 管 理 29 IDE/ATA 集 成 电 路 设 备 /高 级 技 术 (Integrated Device Electronic/Adwanced Technology Attachment,IDE/ATA)磁 盘 支持 IDE协 议 。 IDE协 议 定 义 了 连 接 到 主 板 上 控 制 器 的 规 范 。 ATA协 议 规 定了 存 储 设 备 到 主 板 的 连 接 接 口 。 IDE/ATA拥 有 多 种 标 准 和 命 名 ， 如 ATA、 ATA/ATAPI、 EIDE、ATA-2 、 Fast ATA、 ATA-3 、 UltraATA以 及 Ulrea DMA等 ， 最 新的 支 持 1 3 3 MB/s的 吞 吐 率 。 IDE/ATA磁 盘 性 能 良 好 且 价 格 低 廉 ， 成 为 很 受 欢 迎 并 被 广 泛使 用 的 硬 盘 。 信 息 存 储 与 管 理 30 SATA SATA(Serial ATA)是 IDE/ATA规 范 的 一个 串 行 版 本 ， 目 的 是 取 代 ATA技 术。 SATA很 大 的 特 点 就 是 它 支 持 热插 拔 。 SATA提 供 点 对 点 ， 距 离 可 达 1 米 的连 接 ， 数 据 传 输 率 可 达 1 5 0 MB/s，增 强 的 甚 至 可 达 6 0 0 MB/s。 SATA总 线 使 用 小 型 的 7 针 连 接 器 和 细 缆 进 行 连 接 ， 一 个 SATA端 口 使用 4 个 信 号 针 脚 ， 与 并 行 的 ATA相比 ， 大 大 提 高 了 针 脚 的 利 用 率 。 信 息 存 储 与 管 理 31 SAS一 ： 串 行 SCSI(Serial Attached SCSI,SAS)是 在SCSI Ultra3 2 0 发 展 后 的 版 本 ， 使 用 SCSI指 令进 行 通 信 ， 并 与 SATA的 针 脚 相 兼 容 。 支 持3 Gb/s的 数 据 传 输 率 ， 支 持 双 端 口 ， 全 双 工， 设 备 寻 址 。 通 过 扩 展 甚 至 可 以 连 接 多 个设 备 。 这 对 于 需 要 高 速 度 磁 盘 存 储 的 高 端服 务 器 来 说 是 个 很 好 的 选 择 。 信 息 存 储 与 管 理 32 SCSI及 其 演 化 并 行 SCSI(简 称 SCSI)， 是 一 种 最 早 期 和 最 流 行 的 主 机 存 储 器 接 口 模 式 ，是 一 套 外 围 设 备 与 计 算 机 进 行 连 接 和 数 据 传 输 的 标 准 。 通 信 使 用 的 是SCSI指 令 集 。 今 天 ， SCSI已 经 作 为 一 种 广 泛 使 用 的 硬 盘 接 口 。 然 而 ，SCSI还 可 以 用 于 增 加 其 他 设 备 ， 例 如 磁 带 驱 动 器 和 光 媒 介 驱 动 器 ， 而 且不 需 修 改 系 统 的 硬 件 或 软 件 。SCSI-1SCSI-1只 是 为 了 与 其 他 SCSI版 本 区 别 而 重 新 命 名 ， 实 际 上 就 是 最 原 始 的经 ANSI批 准 通 过 的 标 准 。 SCSI-1定 义 了 第 一 个 SCSI总 线 的 基 础 规 范 ， 包括 线 缆 长 度 、 信 号 特 性 、 指 令 和 传 输 模 式 。 SCSI-1设 备 只 支 持 单 端 的 传输 和 被 动 终 端 。 SCSI-1使 用 一 个 窄 口 的 8位 总 线 ， 提 供 的 数 据 传 输 率 最大 为 5MB/s。 SCSI-2为 了 解 决 SCSI-1的 非 标 准 实 现 引 起 的 问 题 ， SCSI-2被 定 义 为 SCSI设 备 的一 套 标 准 指 令 。 这 套 标 准 称 为 “ 通 用 指 令 集 （ Common Command Set，CCS） ” 。 SCSI-2专 注 于 提 高 性 能 和 增 强 可 靠 性 以 及 在 SCSI-1接 口 上 增加 额 外 的 特 性 ， 除 此 之 外 ， 它 还 标 准 化 和 规 范 化 了 SCSI的 指 令 。SCSI-3在 1993年 ， 发 展 下 一 代 SCSI标 准 版 本 的 工 作 开 始 进 行 ， 称 为 SCSI-3。 不同 于 SCSI-2， SCSI-3标 准 文 档 包 含 了 不 同 的 但 又 有 所 关 联 的 许 多 标 准 ，而 不 只 是 一 份 大 型 的 标 准 文 档 。 信 息 存 储 与 管 理 33 IDE/ATA与 SCSI的 对 比特 性 IDE/ATA SCSI速 率 100 133 150MB/s 320 MB/s连 接 类 型 内 置 内 置 或 外 置费 用 低 廉 中 等 偏 高热 插 拔 不 可 以 可 以 性 能 中 等 偏 低 高配 置 易 用 性 高 低 到 中 等最 大 支 持 设 备 数 2 16 信 息 存 储 与 管 理 34 SCSI各 阶 段 对 比接 口 标 准 总 线 位 宽 时 钟 速 率 最 大 吞 吐 率 最 大 设 备 数SCSI-1 SCSI-1 8 5MHz 5MB/s 8Fast SCSI SCSI-2 8 10MHz 10MB/s 8Fast Wide SCSI SCSI-2; SCSI-3 SPI 16 10MHz 20MB/s 16Ultra SCSI SCSI-3 SPI 8 20MHz 20MB/s 8Ultra Wide SCSI SCSI-3 SPI 16 20MHz 40MB/s 16Ultra2 SCSI SCSI-3 SPI-2 8 40MHz 40MB/s 8Ultra2 Wide SCSI SCSI-3 SPI-2 16 40MHz 80MB/s 16 Ultra3 SCSI SCSI-3 SPI-3 16 40MHz DDR 160MB/s 16Ultra320 SCSI SCSI-3 SPI-4 16 80MHz DDR 320MB/s 16Ultra640 SCSI SCSI-3 SPI-5 16 160MHz DDR 640MB/s 16 信 息 存 储 与 管 理 35 SCSI-3 协 议 的 架 构SCSI-3指 令 协 议 ： 这 包 含了 对 于 所 有 设 备 来 说 最 主要 的 指 令 ， 同 时 也 包 括 特定 设 备 的 指 令 ， 即 对 给 定类 别 的 设 备 来 说 是 唯 一 的。传 输 层 协 议 ： 这 是 一 套 设备 间 通 信 和 共 享 信 息 的 标准 集 规 则 。物 理 层 互 连 ： 这 是 关 于 接口 的 一 些 细 节 ， 例 如 电 子信 号 方 法 和 数 据 传 输 模 式等 。 信 息 存 储 与 管 理 36 SCSI通 信 的 客 户 服 务 器 模 型 一 个 SCSI发 起 方 ， 或 者 说 一 个 客 户 ， 发 送 一 个 请 求 给 SCSI目 标 方 或 者 说 一个 服 务 器 。 然 后 这 个 目 标 方 执 行 任 务 请 求 ， 并 且 使 用 协 议 服 务 接 口 发 送 输 出 信 息 给 发起 方 。 一 个 SCSI目 标 方 设 备 包 含 一 个 或 多 个 逻 辑 单 元 。 逻 辑 单 元 处 理 SCSI 发 起 方发 送 过 来 的 指 令 。 一 个 逻 辑 单 元 包 含 两 个 部 件 ： 一 个 设 备 服 务 器 和 一 个 任 务 管 理 器 。设 备 服 务 器 确 定 客 户 请 求 ， 任 务 管 理 器 执 行 管 理 功 能 。 信 息 存 储 与 管 理 37 SCSI端 口 SCSI端 口 是 SCSI的 连 接 SCSI线 缆 的 物理 连 接 器 ， 用 于 SCSI设 备 的 数 据 通信 。一 个 SCSI设 备 可 以 包 含 目 标 端 口 、发 起 端 口 和 目 标 /发 起 端 口 或 带 多端 口 的 目 标 端 口 信 息 存 储 与 管 理 38 SCSI通 信 模 型与 OSI七 层 模 型 很 相 似 。SCSI应 用 层 (SCSI application layer,SAL)包 含 客 户 端 和 服 务端 的 应 用 程 序 ， 通 过 SCSI应用 程 序 协 议 发 起 和 处 理 SCSI的 I/O操 作 。SCSI传 输 层 协 议 (sCSI transport layer,STPL)包 含 发 起方 和 目 标 方 通 信 的 服 务 和 协议 。互 连 层 ， 这 一 层 实 现 了 目 标 方 和 发 起 方 之 间 的 数 据 传 输。 信 息 存 储 与 管 理 39 并 行 SCSI编 址 在 并 行 SCSI发 起 方 -目 标 方 的 通 信 中 ，发 起 方 ID唯 一 标 识 了 发 起 方 ， 并 且 被 用 作初 始 地 址 。 这 个 ID在 0 到 1 5 的 范 围 内 ， 通常 0 到 7 是 最 常 用 的 。 一 个 目 标 方 ID唯 一 确定 了 一 个 目 标 方 ， 并 且 被 用 于 与 发 起 方 交换 指 令 和 状 态 信 息 。 目 标 方 ID在 0 到 1 5 的范 围 内 。 信 息 存 储 与 管 理 40 SCSI指 令 模 型 1 ： CDB结 构CDB(Command Description Block)： 发 起 方 使 用 CDB结 构 发 送 指 令 到 目 标 方 。 CDB定 义 了 与 发 起 方 请求 相 关 的 ， 会 被 设 备 服 务 器 执 行 的 操 作 。 CDB包 含 了 1 个 字 节 的 操作 码 ， 后 接 5 个 或 更 多 字 节 的 特 定 指 令 参 数 ， 结 尾 是 1 个 字 节 的 控制 字 段 。 指 令 规 定 小 于 等 于 1 6 个 字 节 。 而 CDB的 长 度 会 根 据 不 同 的指 令 及 其 参 数 而 改 变 。 信 息 存 储 与 管 理 41 SCSI指 令 模 型 2 ： 操 作 码 操 作 码 包 含 分 组 码 字 段 和 指 令 码 字 段 ， 分 组码 字 段 是 一 个 3比 特 的 字 段 。 指 令 码 字 段 是 一 个 5比特 的 字 段 ， 允 许 每 个 分 组 有 32个 指 令 码 ， 一 共 有256个 可 用 的 操 作 码 。 但 是 ， 只 有 60个 不 同 的 SCSI指 令 用 于 发 起 方 和 目 标 方 之 间 的 通 信 。 信 息 存 储 与 管 理 42 SCSI指 令 模 型 3 ： 控 制 字 段 和 状 态 码控 制 字 段 是 一 个 1字 节 的 字 段 ， 是 CDB的 最 后 一 个 字 节 。 控制 字 段 实 现 了 标 准 自 动 应 急 处 理 （ normal auto contingent allegiance， NACA） 和 链 接 比 特 。 控 制 字 段结 构 如 下 图 所 示 。状 态 码 ： 在 指 令 执 行 之 后 ， 逻 辑 单 元 发 送 状 态 和 标记 给 客 户 应 用 程 序 。 这 个 状 态 （ 除 INTERMEDIATE和INTERMEDIATE-CONDITION MET） 都 表 示 一 个 任 务 的终 结 。 信 息 存 储 与 管 理 43 本 讲 小 结回 顾 了 存 储 设 备 的 发 展 历 史介 绍 了 DAS的 特 点 和 应 用对 存 储 设 备 各 类 接 口 协 议 进 行 了 介 绍介 绍 了 SCSI的 演 变 以 及 架 构 和 编 址 DAS拥 有 几 个 优 势 ， 如 简 便 、 容 易 配 置 和 管 理 等 ， 但 它 在 可扩 展 性 和 可 用 性 方 面 的 局 限 限 制 了 其 在 企 业 存 储 解 决 方 案中 的 应 用 。 由 于 DAS的 局 限 性 ， 企 业 更 偏 好 于 使 用 SAN和NAS， 我 们 将 在 后 面 学 习 SAN和 NAS。 信 息 存 储 与 管 理 44 存 储 区 域 网 络储 王 伟第 六 讲