信息存储技术的发展--赵强

信息存储技术的发展

存储——第三个主角登场

20年前，我们开始以计算为核心谈论PC浪潮。10年前，我们开始以网络为中心谈论网络浪潮。今天，我们开始谈论存储浪潮，并且已经过渡到以数据为中心了。

存储是数据的“家”。处理、传输、存储是信息技术最基本的三个概念，任何信息基础设施、设备都是这三者的组合。 历史学家发现：每当存储技术有一个划时代的发明，在这之后的300年内就会有一个大的社会进步和繁荣高峰。 存储的昨天

存储是信息跨越时间的传播。几千年前的岩画、古书，以及近代的照相技术、留声机技术、电影技术等的发明，极大丰富了我们的信息获取渠道。这些都是和存储技术的发明分不开的。从20世纪开始信息技术发生了历史性的转移,“万物皆可数”,这对人类历史将具有深刻的意义。

存储的今天

可以将当代信息技术的总轮廓归纳为以下三部曲。

第一步：把现实各种各样信息形式的现实域转化为数字域；第二步：在数字域中进行三种简单的操作，即处理、传输、存储；第三步：再把数字域转化为现实域。

存储技术特点

对于半导体存储(RAM、ROM、Flash)技术，其特点是存储

速度快，但是容量小；而磁存储(硬盘、软盘、磁带)容量大，速度慢；光存储(CD、DVD、MO、PC、BD、全息)综合了两者的优点，容量大，速度快，但是还是达不到我们所希望的容量和速度。一种理想的存储技术正在探索之中，设计思想是由一种具有绝对优势的存储技术来统一现有技术，采用“固态RAM”，容量将像硬盘那样大，速度像内存那样快，掉电后信息不丢失。

各种存储系统组合

任何单一的存储器件和设备都无法满足目前网络对存储的需求,存储资源单元一定要组合起来，以提供大容量、高性能、低价格、高可用、高安全的存储系统为目的的存储资源（注：存储资源不是数据资源）组合。

最经典的组合是Cache和虚拟存储器（VM）的组合。Cache是指SRAM与DRAM的组合，VM是指DRAM与DISK的组合，它们看起来是又大又快又便宜的存储器，这是教科书中常提到的。

目前用得最多的是磁盘阵列，是多个硬盘的组合，特点是容量大、速度快，而且最好的特点是可用性增加，即使有硬盘坏了，信息仍可用。这里把通信中的纠错理论用到磁盘中来，利用奇偶校验技术恢复数据，保证了信息的安全。这一点很重要。

若把多个磁盘阵列通过网络连接起来，用存储虚拟化软件

把它们作为大的存储池，这样就有了更大规模的存储资源，存储成为中心，虚拟存储池好比是水库，服务器好比是抽水器，网络就成为水管，为我们提供信息。

还有一种新的技术，就是大规模的集群存储，是大量机器内硬盘的组合，不同于前面所讲的存储系统。如Google的存储信息系统0.5s就可以把信息提取出来。它的实现是通过多个PC内部硬盘空间的组合，拥有899个机架，每架80台PC的规模，共79112台PC机，每台2个硬盘，就有158224个硬盘，6180TB容量。

对等存储（P2P）是把各用户的PC机当作存储系统，大量加盟的PC机和服务器中的存储器组合成的存储系统，提供高带宽的视频服务和其他共享服务。

其他组合还包括虚拟磁带库等技术。

各种组合的目的都是为了形成虚拟的大容量、高性能、低成本、高可靠、高安全的存储器。空间分布和性能相比，空间分布越小性能越高、越近性能越高；控制权与安全性相比，越集中控制安全性最高。不同的组合有不同的用途，如P2P存储很适合公共共享资源（电影、电视、音乐），对关键的、私有的、保密的信息不适用；反之，EMC、IBM、HDS、HP等的大型阵列可提供高可靠、高性能、集中控制，用来存储一般人接触不到的关键数据。

存储技术的发展

硬件发展存在6个规律，分别两、两关于处理、传输和存储。

（1）Moore定律：微处理器内晶体管数每18个月翻一翻。

（2）Bell定律：如果保持计算能力不变，微处理器的价格每18个月减少一半。

（3）Gilder定律：未来25年（1996年与预言）里，主干网的带宽将每6个月增加1倍。

（4）Metcalfe定律：网络价值同网络用户数的平方成正比。

（5）半导体存储器发展规律：DRAM的密度每年增加60%，每3年翻4倍。

（6）硬盘存储技术发展规律：硬盘的密度每年增加约1倍。 存储本身又有一个新摩尔定律（1998年由图灵奖获得者Jim Gray提出）：从现在起，每18个月，新增的存储量等于有史以来存储量之和。数据量信息如此爆炸性增长，对存储就有了非常大的需求的刺激。

存储技术从原理层、器件层、设备层到系统层都有了很大进步。硬盘是发展最快的存储介质。是最重要的大容量存储设备，20世纪50年代由IBM发明以来密度增加了100万倍，到目前为止还没有找到能与之竞争的对手。最近硬盘的产品密度超过每平方英寸100Gb，实验室密度已超过每平方英寸1Tb；主要采用了超低飞行磁头10nm、加钌超稳定介质、PRML读通道、垂直磁记录（硬盘将在2006年全面转为垂

直磁记录）等技术，再下一代还有光磁混合纪录等技术。硬盘存储还会进一步提高。

例如微硬盘，可以应用在移动计算、数码相机、数码摄像机和智能手机等领域。

光存储技术也有很大的进展。目前主要有CD-ROM、DVD-ROM、DVD机 DVD-RW(DVR)等。最近要产品化的技术在向高密度进军，已有蓝光DVD上市，每片可达25G的容量，还有多层多阶光存储、近场光存储（1片可以存250G）、全息光存储（1片可以存1T）等。磁光混合存储技术成熟之后密度会进一步增加。

前面提到的理想的存储器固态RAM（Dream Memory），理论上可以达到每平方英寸400T，实现掉电不丢失信息，既可以代替硬盘也可以代替内存，和CPU结合在一起，将使计算机系统在一个单芯片上得以实现。目前在技术上已经实现了，只是存储容量还比较低。

存储系统结构的发展思路

从处理的发展思路来看，是从单处理器－多处理器－多计算机－网格的路线进行的。对于存储也类似，遵从硬盘－阵列－存储网－数据网格的路线发展，由软件和硬件共同实现，系统结构必须和软件相配合，如存储虚拟化软件（单一逻辑映像）、存储资源管理软件（容量、级别、性能）、存储备份、异地容灾、数据迁移软件、数据生命周期管理软件等。

对解决可用性也有了新的思路，如借鉴生物学心脏工作的原理，提出具有耗散结构的存储系统。包括美国和我国在内正在研究这样一种系统，系统中有很多硬盘，具有监测硬盘是否有坏的可能性的功能，一旦监测到硬盘可能会坏，则立刻转移数据，即在数据丢失之前就已经备份，没有数据恢复时间，系统总是保持新鲜的不停机的状态，可用性很强。

随着异构的存储系统规模越来越大，系统越来越难以管理，人为错误越来越多，管理成本越来越高。现在产生一种新的技术叫对象技术，旨在把管理下移，令存储设备包含更多的智能，使得管理大为简化。华中科技大学提出的进化存储系统，就使得存储在物理上进化，数据分布得到进化，解决管理复杂性问题。

另外，也要考虑数据生命周期问题。一切都存下来不是一个好的办法。无限扩大容量，成本无谓增加。管理和保存无用的数据是巨大的浪费，无用信息干扰当前信息存取的性能。

解决途径是向大脑学习遗忘机制，重要的信息深层记忆，不重要的浅层记忆，无用的信息忘掉。

存储的明天

存储需求量还是在急剧增加。目前的视频通信还只能用在小窗口中，如果要是大窗口通信，就会有很大的数据量，现在还没有实现。

麻省理工学院实验室已经成功实现了立体的影像，可以通过全息投影技术，在空间透过玻璃看到立体的影像（图3）。若用超级计算机数据压缩技术计算以后，每秒钟动起来，就可以看到立体的栩栩如生的影像。若将此技术应用在宽带通信上，则通信就会发生革命性的变化，以后就不只是听声音开一个小窗口，而是实现一个活生生的人在你面前和你通话。

You Life bit项目是微软正在开展的非常有意思项目。通过将存储和人的视觉神经连接起来，利用人自己的眼睛在硬盘中把一生中的任何细节的图像存下来。这是个庞大的工程。

信息技术改变了我们的生活，还将不断使社会发生

深刻变化。

学院：信息科学与工程 专业：电气信息类

班级：信息1103班 姓名：赵强 学号：201116910303 联系方式：18739932891