| 出版日期：2004-09-13 总期号：1347 本年期号：68 |
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更快更可靠更简单
——数据存储技术的发展历史与展望 华中科技大学信息存储系统教育部重点实验室 黄建忠 曹强 谢长生 存储器件与设备 1.汞延迟线 汞延迟线是基于汞在室温时是液体，同时又是导体，每比特数据用机械波的波峰（1）和波谷（0）表示。机械波从汞柱的一端开始，一定厚度的熔融态金属汞通过一振动膜片沿着纵向从一端传到另一端，这样就得名“汞延迟线”。在管的另一端，一传感器得到每一比特的信息，并反馈到起点。设想是汞获取并延迟这些数据，这样它们便能存储了。这个过程是机械和电子的奇妙结合。缺点是由于环境条件的限制，这种存储器方式会受各种环境因素影响而不精确。 1950年，世界上第一台具有存储程序功能的计算机EDVAC由冯·诺依曼博士领导设计。它的主要特点是采用二进制，使用汞延迟线作存储器，指令和程序可存入计算机中。 1951年3月，由ENIAC的主要设计者莫克利和埃克特设计的第一台通用自动计算机UNIVAC-I交付使用。它不仅能作科学计算，而且能作数据处理。 2.磁带 UNIVAC-I第一次采用磁带机作外存储器，首先用奇偶校验方法和双重运算线路来提高系统的可靠性，并最先进行了自动编程的试验。 磁带是所有存储媒体中单位存储信息成本最低、容量最大、标准化程度最高的常用存储介质之一。它互换性好、易于保存，近年来，由于采用了具有高纠错能力的编码技术和即写即读的通道技术，大大提高了磁带存储的可靠性和读写速度。根据读写磁带的工作原理可分为螺旋扫描技术、线性记录（数据流）技术、DLT技术以及比较先进的LTO技术。 根据读写磁带的工作原理，磁带机可以分为六种规格。其中两种采用螺旋扫描读写方式的是面向工作组级的DAT（4mm）磁带机和面向部门级的8mm磁带机，另外四种则是选用数据流存储技术设计的设备，它们分别是采用单磁头读写方式、磁带宽度为1/4英寸、面向低端应用的Travan和DC系列，以及采用多磁头读写方式、磁带宽度均为1/2英寸、面向高端应用的DLT和IBM的3480/3490/3590系列等。 磁带库是基于磁带的备份系统，它能够提供同样的基本自动备份和数据恢复功能，但同时具有更先进的技术特点。它的存储容量可达到数百PB，可以实现连续备份、自动搜索磁带，也可以在驱动管理软件控制下实现智能恢复、实时监控和统计，整个数据存储备份过程完全摆脱了人工干涉。 磁带库不仅数据存储量大得多，而且在备份效率和人工占用方面拥有无可比拟的优势。在网络系统中，磁带库通过SAN（Storage Area Network，存储区域网络）系统可形成网络存储系统，为企业存储提供有力保障，很容易完成远程数据访问、数据存储备份或通过磁带镜像技术实现多磁带库备份，无疑是数据仓库、ERP等大型网络应用的良好存储设备。 3.磁鼓 1953年，第一台磁鼓应用于IBM 701，它是作为内存储器使用的。磁鼓是利用铝鼓筒表面涂覆的磁性材料来存储数据的。鼓筒旋转速度很高，因此存取速度快。它采用饱和磁记录，从固定式磁头发展到浮动式磁头，从采用磁胶发展到采用电镀的连续磁介质。这些都为后来的磁盘存储器打下了基础。 磁鼓最大的缺点是利用率不高， 一个大圆柱体只有表面一层用于存储，而磁盘的两面都利用来存储，显然利用率要高得多。 因此，当磁盘出现后，磁鼓就被淘汰了。 4.磁芯 美国物理学家王安1950年提出了利用磁性材料制造存储器的思想。福雷斯特则将这一思想变成了现实。 为了实现磁芯存储，福雷斯特需要一种物质，这种物质应该有一个非常明确的磁化阈值。他找到在新泽西生产电视机用铁氧体变换器的一家公司的德国老陶瓷专家，利用熔化铁矿和氧化物获取了特定的磁性质。 对磁化有明确阈值是设计的关键。这种电线的网格和芯子织在电线网上，被人称为芯子存储，它的有关专利对发展计算机非常关键。这个方案可靠并且稳定。磁化相对来说是永久的，所以在系统的电源关闭后，存储的数据仍然保留着。既然磁场能以电子的速度来阅读，这使交互式计算有了可能。更进一步，因为是电线网格，存储阵列的任何部分都能访问，也就是说，不同的数据可以存储在电线网的不同位置，并且阅读所在位置的一束比特就能立即存取。这称为随机存取存储器（RAM），它是交互式计算的革新概念。福雷斯特把这些专利转让给麻省理工学院，学院每年靠这些专利收到1500万～2000万美元。 最先获得这些专利许可证的是IBM，IBM最终获得了在北美防卫军事基地安装“旋风”的商业合同。更重要的是，自20世纪50年代以来，所有大型和中型计算机也采用了这一系统。磁芯存储从20世纪50年代、60年代，直至70年代初，一直是计算机主存的标准方式。 
IBM RAMAC 5.磁盘 世界第一台硬盘存储器是由IBM公司在1956年发明的，其型号为IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）。这套系统的总容量只有5MB，共使用了50个直径为24英寸的磁盘。1968年，IBM公司提出“温彻斯特/Winchester”技术，其要点是将高速旋转的磁盘、磁头及其寻道机构等全部密封在一个无尘的封闭体中，形成一个头盘组合件（HDA），与外界环境隔绝，避免了灰尘的污染，并采用小型化轻浮力的磁头浮动块，盘片表面涂润滑剂，实行接触起停，这是现代绝大多数硬盘的原型。1979年，IBM发明了薄膜磁头，进一步减轻了磁头重量，使更快的存取速度、更高的存储密度成为可能。20世纪80年代末期，IBM公司又对磁盘技术作出一项重大贡献，发明了MR（Magneto Resistive)磁阻磁头，这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感，使得盘片的存储密度比以往提高了数十倍。1991年，IBM生产的3.5英寸硬盘使用了MR磁头，使硬盘的容量首次达到了1GB，从此，硬盘容量开始进入了GB数量级。IBM还发明了PRML（Partial Response Maximum Likelihood）的信号读取技术，使信号检测的灵敏度大幅度提高，从而可以大幅度提高记录密度。 目前，硬盘的面密度已经达到每平方英寸100Gb以上，是容量、性价比最大的一种存储设备。因而，在计算机的外存储设备中，还没有一种其他的存储设备能够在最近几年中对其统治地位产生挑战。硬盘不仅用于各种计算机和服务器中，在磁盘阵列和各种网络存储系统中，它也是基本的存储单元。值得注意的是，近年来微硬盘的出现和快速发展为移动存储提供了一种较为理想的存储介质。在闪存芯片难以承担的大容量移动存储领域，微硬盘可大显身手。目前尺寸为1英寸的硬盘，存储容量已达4GB，10GB容量的1英寸硬盘不久也会面世。微硬盘广泛应用于数码相机、MP3设备和各种手持电子类设备。 另一种磁盘存储设备是软盘，从早期的8英寸软盘、5.25英寸软盘到3.5英寸软盘，主要为数据交换和小容量备份之用。其中，3.5英寸1.44MB软盘占据计算机的标准配置地位近20年之久，之后出现过24MB、100MB、200MB的高密度过渡性软盘和软驱产品。然而，由于USB接口的闪存出现，软盘作为数据交换和小容量备份的统治地位已经动摇，不久会退出历史舞台。 6. 光盘 光盘主要分为只读型光盘和读写型光盘。只读型指光盘上的内容是固定的，不能写入、修改，只能读取其中的内容。读写型则允许人们对光盘内容进行修改，可以抹去原来的内容，写入新的内容。用于微型计算机的光盘主要有CD-ROM、CD-R/W和DVD-ROM等几种。 上世纪60年代，荷兰飞利浦公司的研究人员开始使用激光光束进行记录和重放信息的研究。1972年，他们的研究获得了成功，1978年投放市场。最初的产品就是大家所熟知的激光视盘（LD，Laser Vision Disc）系统。 从LD的诞生至计算机用的CD-ROM，经历了三个阶段，即LD-激光视盘、CD-DA激光唱盘、CD-ROM。下面简单介绍这三个阶段性的产品特点。 LD-激光视盘，就是通常所说的LCD，直径较大，为12英寸，两面都可以记录信息，但是它记录的信号是模拟信号。模拟信号的处理机制是指，模拟的电视图像信号和模拟的声音信号都要经过FM（Frequency Modulation）频率调制、线性叠加，然后进行限幅放大。限幅后的信号以0.5微米宽的凹坑长短来表示。 CD-DA激光唱盘 LD虽然取得了成功，但由于事先没有制定统一的标准，使它的开发和制作一开始就陷入昂贵的资金投入中。1982年，由飞利浦公司和索尼公司制定了CD-DA激光唱盘的红皮书（Red Book）标准。由此，一种新型的激光唱盘诞生了。CD-DA激光唱盘记录音响的方法与LD系统不同，CD-DA激光唱盘系统首先把模拟的音响信号进行PCM（脉冲编码调制）数字化处理，再经过EMF（8～14位调制）编码之后记录到盘上。数字记录代替模拟记录的好处是，对干扰和噪声不敏感，由于盘本身的缺陷、划伤或沾污而引起的错误可以校正。 CD-DA系统取得成功以后，使飞利浦公司和索尼公司很自然地想到利用CD-DA作为计算机的大容量只读存储器。但要把CD-DA作为计算机的存储器，还必须解决两个重要问题，即建立适合于计算机读写的盘的数据结构，以及CD-DA误码率必须从现有的10-9降低到10-12以下，由此就产生了CD-ROM的黄皮书(Yellow Book)标准。这个标准的核心思想是，盘上的数据以数据块的形式来组织，每块都要有地址，这样一来，盘上的数据就能从几百兆字节的存储空间上被迅速找到。为了降低误码率，采用增加一种错误检测和错误校正的方案。错误检测采用了循环冗余检测码，即所谓CRC，错误校正采用里德－索洛蒙(Reed Solomon)码。黄皮书确立了CD-ROM的物理结构，而为了使其能在计算机上完全兼容，后来又制定了CD-ROM的文件系统标准，即ISO 9660。 在上世纪80年代中期，光盘的发展非常快，先后推出了WORM光盘、磁光盘（MO）、相变光盘（Phase Change Disk，PCD）等新品种。20世纪90年代，DVD-ROM、CD-R、CD-R/W等开始出现和普及，目前已成为计算机的标准存储设备。 光盘技术进一步向高密度发展，蓝光光盘是不久将推出的下一代高密度光盘。多层多阶光盘和全息存储光盘正在实验室研究之中，可望在5年之内推向市场。 7.纳米存储 纳米是一种长度单位，符号为nm。1纳米=1毫微米，约为10个原子的长度。假设一根头发的直径为0.05毫米，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度即约为1纳米。与纳米存储有关的主要进展有如下内容。 1998年，美国明尼苏达大学和普林斯顿大学制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系。一个量子磁盘相当于我们现在的10万～100万个磁盘，而能源消耗却降低了1万倍。 1988年，法国人首先发现了巨磁电阻效应，到1997年，采用巨磁电阻原理的纳米结构器件已在美国问世，它在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头等方面均有广阔的应用前景。 2002年9月，美国威斯康星州大学的科研小组宣布，他们在室温条件下通过操纵单个原子，研制出原子级的硅记忆材料，其存储信息的密度是目前光盘的100万倍。这是纳米存储材料技术研究的一大进展。该小组发表在《纳米技术》杂志上的研究报告称，新的记忆材料构建在硅材料表面上。研究人员首先使金元素在硅材料表面升华，形成精确的原子轨道；然后再使硅元素升华，使其按上述原子轨道进行排列；最后，借助于扫瞄隧道显微镜的探针，从这些排列整齐的硅原子中间隔抽出硅原子，被抽空的部分代表“0”，余下的硅原子则代表“1”，这就形成了相当于计算机晶体管功能的原子级记忆材料。整个试验研究在室温条件下进行。研究小组负责人赫姆萨尔教授说，在室温条件下，一次操纵一批原子进行排列并不容易。更为重要的是，记忆材料中硅原子排列线内的间隔是一个原子大小。这保证了记忆材料的原子级水平。赫姆萨尔教授说，新的硅记忆材料与目前硅存储材料存储功能相同，而不同之处在于，前者为原子级体积，利用其制造的计算机存储材料体积更小、密度更大。这可使未来计算机微型化，且存储信息的功能更为强大。 存储连接技术 1. IDE IDE即Integrated Drive Electronics，它的本意是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器。我们常说的IDE接口，也叫ATA（Advanced Technology Attachment）接口，现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的，只需用一根电缆将它们与主板或接口卡连起来就可以了。 ATA接口发展到今，可细分成ATA-1（IDE）、ATA-2（EIDE Enhanced IDE/Fast ATA）、ATA-3（FastATA-2）、Ultra ATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66、Ultra ATA/100及Serial ATA（串行ATA）。ATA接口的优点是价格低廉，兼容性非常好。ATA接口的缺点是速度慢，只能内置使用，对接口电缆的长度有很严格的限制。 为了支持硬盘以外的磁盘驱动器（像ZIP或光驱等），ATA规格也藉由ATAPI（ATA封包接口）加以扩充，因为当初在制定ATA的指令集时，并没有打算要支持硬盘以外的存储设备。 2. SCSI技术 SCSI在工业界的发音是“scuzzy”，它代表小型计算机系统接口（Small Computer System Interface）。SCSI的起源可以追溯到1979年，当时的硬盘制造商Shugart开始致力于一种新的接口来解决兼容性的问题。这种接口当时称为SASI(Shugart Associate System Interface)。SCSI接口是由SASI接口发展来的，其本质是采用了IBM公司提出的I/O通道结构方式，使一台智能设备能在单一总线上与多台主机或一台主机与多台外设进行通信。1982年4月，ANSI委员会X3T9.2首次开会，着手SCSI-1的制定工作，并于1984年提交给ANSI批准。第一个协议层芯片——NCR 5386于1983年出现在市场上。1986年6月，SCSI-1正式成为官方标准——ANSIX3.131-1986。1985年，ANSI为磁盘驱动器定义了一个通用命令集(CCS)。1992年2月，SCSI-2正式被ANSI批准，直到1994年，SCSI-2正式成为官方标准——ANSIX3.131-1994。 SCSI接口是系统级接口，是处于主机适配器与智能控制器之间的并行I/O接口总线。SCSI总线通过主机适配器与主机相连，通过各种智能控制器和相应外设相连。 SCSI总线具有智能化体系结构。总线上的设备分为启动器(Initiator)和目标器(Targeter),启动器是发出命令的设备，目标器是接受并执行命令的设备。在SCSI总线上，每一种设备可以是启动器，也可以是目标器，这由当前运行情况动态确定。对于包括主机在内的所有设备，SCSI总线的操作不是主从关系，而是双向对等关系，SCSI总线上的所有设备都能相互通信。 SCSI几经变革，传输率、支持设备等功能都有大幅度的改进，而这些变化都以近似的名词来表示，例如SCSI、Fast SCSI、Ultra SCSI、Ultra Wide SCSI等。SCSI目前仅有2.5代，而且名词简单易懂好记，分别是SCSI-1、SCSI-2、SCSI-3。除此之外，Ultra 2、Ultra Wide、Ultra 2 Wide、Ultra-160m（Ultra3）也都属于SCSI-3。其中Ultra 2传输速率为40MB/s，也称为“Fast-40 SCSI”。而Ultra Wide、Ultra 2 Wide、Ultra 3则是采用16bits数据宽度，因此可串接的设备数达15部之多，传输率也提高到两倍，分别为40MB/s、80MB/s与160MB/s。 3. USB USB(Unniversal Serial Bus)是当年COMPAQ、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC、NorTel七大公司共同推出的一种新的总线接口标准。它是为简化PC与外设之间的互联而共同开发的一种标准化连接器，它支持各种PC与外设之间的连接。 早在1995年就已经有PC机带有USB接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些PC机的USB接口都闲置未用。1998年后，随着微软在Windows 98中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备日渐增多，USB接口才逐步走进了实用阶段。 近几年，随着大量支持USB的个人电脑逐渐普及，USB成为PC机的标准接口已是大势所趋。在主机(host)端，最新推出的PC机几乎全部支持USB，而在外设(device)端，使用USB接口的设备也与日俱增，例如数码相机、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图像设备、打印机、键盘、鼠标等。 随着USB接口的应用越来越广泛，USB-IF在2000年推出了USB2.0规范。在连线上，USB2.0系统可使用USB1.1系统已有的设备连接信号线，长度一般不超过5米。在接口上，USB2.0系统使用USB1.1已经定义好的A型和B型接口。在扩充USB设备连接时，用户可采用级联USB集线器的方式。在传输速度上，USB2.0支持1.5Mb/s、12Mb/s、480Mb/s三种数据传输速度。USB总线标准由1.1版升级到2.0版后，传输率由12Mb/s增加到了480Mb/s，更换介质后，连接距离由原来的5米增加到近百米。USB总线结构简单，信号定义仅由两条电源线和两条信号线组成。 在软件方面，Windows可完整支持USB 1.X，而对于USB 2.0，系统可以认出，而且能够正常工作。但是USB 2.0并不能充分发挥其性能优势，系统检测到USB 2.0的设备后，会提示说USB设备需要优化。Windows系统现在还没有完全支持USB 2.0，而Linux、Mac OS、BEOS则走到了前面，有了相关的软件支持或者系统程序包。不过可以肯定的是，当带有USB 2.0规格的产品出现时，Windows会非常快地跟上。现在Windows XP已经可以完全支持USB 2.0设备，不过当系统主板一旦支持USB 2.0的时候，微软将会很快推出USB 2.0的补丁。因此，我们可以说，由于得到Intel和微软的支持，USB2.0标准已成为下一代周边设备接口的重要趋势。 4. 火线技术 IEEE 1394是由APPLE公司和TI公司共同开发的高速串行接口标准。IEEE 1394的原型是运行在Apple Macintosh上的Fire Wire，后由国际标准化组织IEEE采纳和重新规范，于1995年正式推出。 IEEE 1394总线是一种目前为止最快的高速串行总线，最高的传输速度为400Mb/s。为各种需要大量带宽的设备提供了专门的优化，接口可以同时连接63个不同设备。IEEE 1394同USB一样，支持带电插拨设备。IEEE1394支持即插即用，现在的Windows 98 SE、Windows 2000、Windows ME、Windows XP都可以支持IEEE 1394。在这些操作系统中，用户不用再安装驱动程序，也能使用IEEE 1394设备。 火线（IEEE 1394）支持的传输速率有100Mbps、200Mbps、400Mbps，将来会提升到800Mbps、1Gbps、1.6Gbps，不需要控制器就可以实现对等传输，最大连线长度4.5米，大于4.5米可采用中继设备支持，同样支持即插即用。火线是目前惟一支持数字摄像机(DV)的总线。IEEE 1394既可作为外部总线，又可作为内部总线使用。不过，由于已经有了PCI这样历史悠久的总线存在，而且现在PCI正向64位过渡，各厂商并不愿意做总线上的调整改动，所以市面上的IEEE1394是作为外部总线连接外设使用。 火线的缺点主要表现为应用少。现在支持IEEE 1394的设备不太多，只有一些数码相机与MP3等一些使用高带宽的设备使用IEEE 1394（其它的设备其实也用不了那么高的带宽）。此外，IEEE1394总线需要占用大量的资源，所以需要高速度的CPU。 5. Infiniband 2000年10月，波特兰Ore-based InfiniBand交易协会（IBTA）发布了新I/O规范的1.0版本。这个由180个成员组成的交易集团包括了业界所有主流的系统、半导体和外围设备制造商。该规范是两个互相竞争的I/O标准——未来I/O（Future I/O）和下一代I/O(Next Generation I/O)合并的结果。由于已经有了规范，IBTA的成员们将很快开始设计和研制带有InfiniBand的产品。 Infiniband是一种串行网络技术，它的一个主要目的是代替目前PCI。其特点和作用是基于全双工，交换串行传输；单向传送的传输率将达到2.5GB/s；系统将通过外部扩展，而不是用系统卡槽；随着内部扩展需要的消失，系统缩减；支持热切换；为每个扩展外设提供独立电源；主机I/O控制功能成为网桥功能。 6. Fibre Channel(光纤通道) 上个世纪90年代中期出现的光纤通道是一种数据传输技术，用于计算机设备之间的数据传输，传输率可以达到1Gbps或2Gbps（在不久的将来可达10Gbps）。光纤通道尤其适用于服务器共享存储设备的连接，以及存储控制器和驱动器之间的内部连接。光纤通道要比SCSI快三倍，它已经开始代替SCSI在服务器和集群存储设备之间充当传输接口。光纤通道更加灵活，如果用光纤作传输介质的话，设备间距离可远至10公里。近距离传输不需要光纤，因为使用同轴电缆和普通双绞线，光纤通道也可以工作。 光纤通道支持三种架构，即点对点、仲裁环和交换式架构。它的出现主要是用于SCSI的内部操作、因特网协议（IP）和其他协议，但它的兼容性亦被诟病，主要是因为（就像早先的 SCSI 技术）厂商有时会以不同的方式解读标准，而且以多种方式实现。 光纤通道的标准是由光纤通道物理和信号标准、美国国家标准协会ANSI X3.230-1994文件，还有ISO标准14165-1文件进行描述。 存储系统 1. RAID RAID是Redundant Arrays of Inexpensive Disks（廉价磁盘冗余阵列）的缩写，即由一系列硬盘组成的阵列。RAID这一术语首次出现在1988年，是由加利福尼亚大学伯克利分校的David Patterson等三个研究者发表的。对于操作系统和终端用户来说，你不必关心硬盘阵列中究竟组合了多少个硬盘，使用中，整个阵列让你感觉是以一个大的逻辑硬盘存在。其实，阵列中的硬盘数从最少两个到最多几百个不等。 RAID的优点在于三个方面，即可用性（Availability）、大容量(Capacity)及高性能(Performance)。利用RAID技术于存储系统的好处有：通过多个磁盘组织在一起，作为一个逻辑卷提供磁盘跨越功能；通过镜像或校验操作提供容错能力；通过分成多个数据块并行写入/读出多个磁盘，以提高访问磁盘的速度。 根据实际情况选择适当的RAID级别，可以满足用户对存储系统可用性、性能和容量的要求。常用的RAID级别有以下几种，即NRAID、JBOD、RAID 0、RAID 1、RAID 0+1、RAID 3、RAID 5等。为提高可靠性和性能，常使用RAID 5和RAID（0+1）。 下面分别简要介绍各自的原理及特点。 NRAID——即Non-RAID，所有磁盘的容量组合成一个逻辑盘，没有数据块分条（no block stripping）。NRAID不提供数据冗余，要求至少一个磁盘。 JBOD——代表Just a Bunch of Drives，磁盘控制器把每个物理磁盘看作独立的磁盘，因此每个磁盘都是独立的逻辑盘。JBOD也不提供数据冗余，要求至少一个磁盘。 RAID 0——即Data Stripping数据分条技术。整个逻辑盘的数据是被分条（stripped）分布在多个物理磁盘上，可以并行读/写，提供最快的速度，但没有冗余能力，要求至少两个磁盘。RAID 0是RAID系统高性能、成本最低的方案。由于没有容错功能，RAID 0适用于低成本、低可靠性的台式系统，在这里，高速的数据吞吐比可靠性更重要。 RAID 1——把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上，只能在两个磁盘上实施，具有最高的数据冗余能力。 RAID 1又称镜像(Mirror)盘，采用镜像容错来提供高可靠性，即每一个工作盘都有一个镜像盘，每次写数据时必须同时写入镜像盘，读数据时只从工作盘读出。一旦工作盘发生故障立即转入镜像盘，从镜像盘中读出数据，然后由系统再恢复工作盘中的正确数据。因此，这种方式的数据可以重构，但工作盘和镜像盘必须保持一一对应关系。这种盘阵可靠性很高，但其有效容量减小到总容量一半以下。因此RAID 1常用于对出错率要求极严的应用场合，如财政、金融等领域。 RAID 0+1——把RAID 0和RAID 1技术结合起来，即Mirroring+Stripping。数据除分布在多个盘上外，每个盘都有其物理镜像盘，提供全冗余能力，允许一个以下磁盘故障，而不影响数据可用性，并具有快速读/写能力，要求至少4个硬盘才能作成RAID 0+1。 RAID 3——带有一个专门的校验盘的分条技术。数据被分布在多个磁盘上以提高读/写速度，并用一个专门的校验盘来存储校验信息。当一个成员盘故障时，控制器可以从校验盘重新恢复/生成丢失的数据。RAID 3要求至少3个盘，且其中一个为专职校验盘。它的优点是，支持阵列中多硬盘的同步访问，整个阵列的带宽可以充分利用，在要求大块数据顺序传送时较理想，如图形、图像、科学计算等应用。其缺点是每次读写要牵动整个组，每次只能完成一次I/O，所以作为文件服务器共享时性能不好。 RAID5——RAID 5是一种循环偶校验独立存取的阵列，类似于RAID 3，但校验数据不是存储在一个专职的校验盘上，而是分布在多个盘上。当一个磁盘故障时，控制器可以从其他尚存的磁盘上重新恢复/生成丢失的数据，而不影响数据的可用性。RAID 5要求至少3个磁盘，容量是（N-1）/N。这一改变解决了争用校验盘的问题，因此DAID 5内允许在同一组内并发进行多个写操作，所以RAID 5适于大数据量的操作，也适于各种事务处理。它是一种快速、大容量和容错分布合理的磁盘阵列。 2.NAS NAS的全称为Network-Attached Storage，即网络附加存储。NAS开始作为一种开放系统技术是由Sun公司于上个世纪80年代中期推出的NFS开始的。NAS是以数据为中心的存储结构。按照全球网络存储工业协会(SNIA)的定义，NAS 是可以直接联到网络上，向用户提供文件级服务的存储设备。NAS是一种存储设备，有自己的简化实时操作系统，它将硬件和软件有机地集成在一起，用以提供文件服务。NAS目前采用的协议是NFS和CIFS，其中NFS应用在Unix环境下，最早由SUN开发，而CIFS应用在NT/Windows环境下，是由微软开发的。NAS的结构及采用的协议使得NAS具有以下优点：异构平台下的文件共享，不同操作系统平台下的多个客户端可以很容易地共享NAS中的同一个文件；充分利用现有的LAN网络结构，保护现有投资；容易安装，使用和管理都很方便，实现即插即用；广泛的适用性，由于基于IP/Ethernet以及标准的NFS和CIFS，可以适应复杂的网络环境；较低的总拥有成本。 实际应用中，NAS也表现出一些缺陷。在文件访问的速度方面，NAS采用的是文件I/O方式，在提出请求的客户端，文件I/O请求要经过整个TCP/IP协议栈封装，经过网络传输，到达NAS后，同样要经过整个TCP/IP协议栈将封装的文件I/O请求命令解封装后到达NAS的文件系统，再对存储设备进行读写，数据取出来之后要经过类似的与之相反的过程，这带来巨大的网络协议开销。这种文件I/O的速度比SAN的数据块I/O速度低。正是因为这个原因，NAS不适合在对访问速度要求高的应用场合，如数据库应用、在线事务处理。在数据备份方面，需要占用LAN的带宽，会浪费宝贵的网络资源，严重时甚至影响客户应用的顺利进行。在资源的整合和NAS的管理方面，NAS只能对单个存储（单个NAS内部）设备之中的磁盘进行资源整合，目前还无法跨越不同的NAS设备，难以将多个NAS设备整合成一个统一的存储池，因而难以对多个NAS设备进行统一的集中管理。 3. SAN SAN的全称是（Storage Area Network，存储局域网络）。SAN的概念是在上个世纪90年代中后期由以IBM、HP、Sun、COMPAQ为首的多家存储公司共同提出的。SAN是一种以网络为中心的存储结构，按照SNIA的定义，SAN是一种利用光纤通道等互联协议连接起来的，可以在服务器和存储系统之间直接传送数据的存储网络系统。SAN是一种体系结构，它采用独特技术（如光纤）构建的、与原有LAN网络不同的一个专用的存储网络，存储设备和SAN中的应用服务器之间采用的是数据块I/O的方式进行数据交换。 独特的体系结构和构建技术使得SAN具有如下优点：高性能、高速存取，目前光纤通道可提供2Gbps的带宽，新的10Gbps的标准也正在制定之中；高可用性，网络用户可以通过不止一台服务器访问存储设备，当一台服务器出现故障时，其他服务器可以接管故障服务器的任务；集中存储和管理，通过整合各种不同的存储设备形成一个统一的存储池，向用户提供服务，存储容量可以很容易扩充；高可扩展性，服务器和存储设备相分离，两者的扩展可以独立进行；支持大量的设备，理论上具有1500万个地址；实现LAN-free备份，数据备份不占用LAN带宽；支持更远的距离。另外，通过光纤通道网卡、集线器、交换机等互联设备，用户可根据需要灵活地放置服务器和存储设备。在数据库等其他面向事务处理的应用场合，SAN的优势更加明显。 具体应用中，SAN自身有一些缺陷。设备的互操作性较差，目前采用最早和最多的SAN互联技术还是Fibre Channel（光纤通道）。对于不同的制造商，光纤通道协议的具体实现是不同的，这在客观上造成不同厂商的产品之间难以互相操作。目前，虽然有些厂商组成了联盟来保证他们产品的互操作，但因为具体实现的不同以及联盟范围有限，这样做的效果也很有限。构建和维护SAN需要有丰富经验的，并接受过专门训练的专业人员，这大大增加了构建和维护费用。在异构环境下的文件共享方面，SAN中存储资源的共享一般指的是设备的共享，而非数据文件的共享。另外，其连接距离也限制在10公里左右。更为重要的是，目前的SAN采用的基于FC的网络互连设备都非常昂贵，这些都阻碍了SAN技术的普及和推广。目前，SAN的一个研究热点就是采用其他的高速互联技术来构建。 4.iSCSI iSCSI作为一种融合NAS和SAN的技术，最初由Cisco和IBM两家发起，提交给Internet工程任务组(IETF)将其标准化。 iSCSI协议定义了在TCP/IP网络发送、接收Block（数据块）级的存储数据规则和方法。Initiator(发送端)将SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中，再通过网络转发，Target(接收端)收到TCP/IP包之后，将其还原为SCSI命令和数据并执行，完成之后将返回的SCSI命令和数据再封装到TCP/IP包中，再传送回发送端。在用户看来，使用远端的存储设备就像访问本地的SCSI设备一样简单。支持iSCSI技术的服务器和存储设备能够直接连接到现有的IP交换机和路由器上，因此iSCSI技术具有易于安装、成本低廉、不受地理限制、良好的互操作性、管理方便等优势。 （E5） 存储技术发展大事记 20世纪50年代 ●1952年，IBM推出第一个磁带装置——IBM 726型磁带机。 与此同时，IBM还发布了IBM 701 Defense Calculator——IBM 面向商业市场推出的首部电子计算器。负责设计和构建该 计算器的工程师称，此计算器的开发模型为磁带处理机。 ●1953年，怡敏信推出世界上第一种计算机磁带，用于IBM 726磁带机 ●1956年，IBM推出第一个磁盘驱动器。 20世纪60年代 ●1960年，怡敏信推出第一种具有防静电功能的磁带 ●1963年，IBM推出第一种带有可移动磁盘组的14英寸磁盘驱动器。 用户需求引导产品开发 CA中国产品市场经理 郑伟 信息已经成为企业的一种宝贵资产，企业如何配置和控制信息资产，如何利用信息来增加财富，这给保存信息资产的存储系统提出了新的要求。随着国内用户对存储管理软件的认识逐步加深，对存储软件的需求也发生了改变。这些变化将引导未来存储管理软件的开发。首先是兼容性。未来的存储管理软件应该可以很好地在各种平台上运行，以出色的兼容性最大限度保障企业原有的投资。其次是易管理性。CA最新推出的BrightStor ARCserve Backup r11产品中提供了“我的第一次备份”功能，窗口式的界面可以使用户方便上手。集成性也十分重要。CA中国在存储产品的研发上投入了极大精力。CA的中国研发中心是专门进行存储产品本地化研发工作的，实现了与美国研发中心的同步协作。CA许多最新推出的存储产品都包含了中国研发中心的贡献。 IBM RAMAC 存储技术发展大事记 20世纪70年代 ●1970年，IBM推出IBM 3330磁盘存储设备。 ●1970年，怡敏信改进磁带防静电功能，推出“Black Watch” 涂层 ●1970年，StorageTek开始销售磁带机。 ●1971年，怡敏信推出第一条1/4英寸磁带。 ●1974年，IBM制成首部自动化磁带储存装置。该装置所采 用的多项创新技术有助IBM日后改良数据储存装置的管理 和架构。 ●1978年，StorageTek推出全球第一个固态磁盘子系统4305。 ●1979年，Spectra Logic成立，总部坐落于美国科罗拉多州 堡尔德市。 ILM实现价值最大化 
美国EMC公司中国区市场总监 杜国强 长久以来，IT的使命一直是帮助各机构以最低的总成本实现信息价值的最大化。作为全球信息存储领域领导厂商，美国EMC公司多年来一直专注在存储领域。信息生命周期管理(ILM)可以帮助国内企业更好地规划信息基础设施，建立并将信息加以分类，以简单、可靠、经济、有效的方式使企业获得优势。 今天，CIO们面临一场信息风暴——怎样对待成指数增长的关键商业信息，并且保证这些信息能够在7×24小时内快速使用。信息生命周期管理为CIO们提供了一种实现法规遵从的策略。借助ILM，IT能够真正完成自己的使命，企业也可以将信息的价值发挥到极致。 
HP EVA5000 存储技术发展大事记 20世纪80年代 ●1980年，昆腾公司开始制造高性能磁盘驱动器。 ●1981年，Adaptec公司成立，总部位于美国加州密尔塔。 ●1981年，LSI 逻辑公司成立，推出了LC3100 系列 CMOS 阵列 (1782 门)产品。 ●1983年，ADIC（美国先进数字信息公司）成立，主要推广微型计算机数据磁带备份驱动器。 ●1983年，LSI逻辑提出ASIC设计中心概念，允许客户使用LSI逻辑的设备及工具设计客户自己的半导体产品。 ●1984年，StorageTek被注册为商标。 ●1984年，IBM推出第一部高速缓冲存储控制器，作为磁盘的高速缓冲存储控制器，并为日后改良存储控制器奠定了基础。 ●1985年，怡敏信推出第一张可擦写光盘 ●1986年，IBM推出的改良数据记录功能 (Improved Data Recording Capability, IDRC) ，显著改善了磁带的数据压缩能力。 ●1986年，LSI 逻辑的第一条标准生产线投入使用，可生产32位和16位乘法器、16位乘法器的聚集器和32位浮点处理器。 ●1987年，IBM推出企业系统连接架构 (Enterprise Systems Connection Architecture, ESCON)。此架构提供的信道界面使磁带存储装置可分布在几公里范围内的不同地点，如此远距离的连接在以前是不可思议的。 ●1987年，SONY公司推出DAT。 ●1987年，StorageTek推出全球第一套近线存储自动磁带库4400，Nearline（近线）的概念由此产生。由于4400的推出，产生了在线和离线备份之间新的技术——近线。 ●1988年，LSI 逻辑的LCB007成为业界首款可集成200000门的基于单元的定制ASIC单芯片。 ●1989年，日立系统有限公司（Hitachi Data System）成立。 ●1989年，VERITAS公司正式成立。 ●1989年，IBM推出IBM 3390 直接读写存储设备。 ●1989年，AT&T贝尔实验室工程师自行开发了备份系统，在全球的贝尔实验室内部使用，该套系统便是NetVault的原型。 ●1989年，SONY公司推出DDS-2磁带机。 
昆腾DL T400 存储技术发展大事记 20世纪90年代 ●1990年，HP发布了磁盘阵列产品。 ●1990年，VERITAS推出Volume Manager。 ●1990年，EMC首创集成高速缓存磁盘阵列（ICDA）技术。 ●1990年，EMC推出Symmetrix系列产品。 ●1991年，HP开发了第一台多功能光盘驱动器。 1991年，VERITAS File System简化了多磁盘管理过程，增加了磁盘利用空间，提高了磁盘的利用率。 ●1992年，NetApp公司成立。 ●1993年，NetApp发布首个Appliance结构的NAS产品。 ●1993年，LSI 逻辑的CoreWare算法用于开发ATMizer。 ●1994年，StorageTek推出世界上第一个虚拟存储磁盘阵列系统Iceberg。 ●1994年，HP推出了专门针对Unix文件系统环境的LAN概念光盘库。 ●1994年，VERITAS Volume Manager和VERITAS File System捆绑成VERITAS Foundation Suite。同年，VERITAS推出企业级数据备份软件Netbackup。 ●1994年后期，昆腾大量生产DLT 4000磁带机，并且一跃成为性能、容量和可靠性方面的领先厂商。 ●1995年，昆腾推出改进的DLT 2000系统，将DLT 2000XT冠以“磁带的延伸”称号。 ●1995年，博科通讯系统有限公司成立。 ●1996年，SONY推出DDS-3磁带机（24GB）、AIT-1磁带机（91GB）。 ●1996年，昆腾推出DLT 7000磁带机。 ●1996年，HP推出业界第一台采用虚拟阵列技术AutoRaid的产品以及第一台动态适应性阵列系统。 ●1998年初，昆腾推Super DLTtape技术。 ●1998年，StorageTek推出基于Iceberg虚拟系统的新一代虚拟存储磁盘阵列产品SVA9500。 ●1998年，NetApp发布首个内容传输产品。 ●1999年7月，IBM正式发布代号为“鲨鱼”的企业存储服务器（ESS）。 ●20世纪末，IBM推出LTO (Linear Tape Open) 磁带数据储存产品。 存储技术发展大事记 2000年 ●2000年，StorageTek推出世界上第一套虚拟SAN的硬件产品 ——SN6000存储域管理系统。 ●2000年6月，Adaptec发布RAIDpoint技术。这一全新RAID架 构设计方案为Internet服务器应用以及所有类型的PC服务器 实现主板RAID简化设计。 ●2000年6月21日，CA发布新一代电子商务数据保护解决 方案ARCserve 2000 。 ●2000年，EMC推出CLARiiON FC4500、FC5300、FC5700系列 产品，进军中低端领域。 ●2000年，EMC推出NAS新品CLARiiON IP4700、Celerra SE。 ●2000年12月，Adaptec发布了AFC 9210LP超薄光纤通道主机适配器。 ●2000年，博科通讯(Brocade)成为InfiniBand Trade Association(IBTA)发起人之一。 当数据有了生命 中国惠普网络存储产品部总监 柯志明 当信息的生命周期被厂商与用户共同关注的时候，这无疑代表着存储行业进入了一个全新的时代，更意味着用户对数据重要性的认识上升到了一个新的层次。这就对存储厂商提出了更高的要求。 信息管理需要与今天的存储系统管理有机地结合在一起，系统管理需要更加高效，同时，用户需要更快、更有效地获取、检索这些数据。针对用户的这些需求，HP提出了存储网格战略。存储网格是一种有机的智能单元的组合。这种智能单元除了包容传统的特性，如文件处理、数据块的存储功能外，还提供新的功能，比如数据安全、防病毒、数据的索引和搜索等功能。这些特性可以根据客户的需求加载到每一个单元里。到今天为止，HP已经定义了40多种特性可以加载到智能单元里，这40多种元素和特性使得今天的HP能够解决以往传统的存储架构所不能解决的挑战。它给用户管理存储系统提供了更大的简易性。 ATA规格一览表 
SCSI接口的演变过程 
存储技术发展大事记 2001年 ●2001年，昆腾推出Quantum DLT VS80 满足了用户对小巧、可靠的磁带驱动器的需求。 ●2001年，NetApp发布首个近线存储产品——NearStore R100。 ●2001年，SONY公司推出AIT-3磁带机（260GB）和系列磁带库。 ●2001年，LSI逻辑收购AMI的RAID业务部门，从而获得了AMI市场领先的MegaRAID软件知识产权和主适配板产品系列。 ●2001年，HP推出了业界第一个虚拟化模块化阵列——VA与EVA、DAS to SAN技术、存储效用管理、全球复制网络、通用网络存储等技术。 ●2001年，EMC推出全新自动信息存储战略AutoIS及系列软件新品，表明存储自动化时代已经到来。 ●2001年7月9日 ，CA将其业界领先的电子商务存储解决方案统一纳入BrightStor品牌 。 ●2001年，ADIC率先推出“按需提供存储容量”的磁带库Scalar 10K。 ●2001年，ADIC推出集SAN共享文件系统和数据生命周期管理于一身数据存储管理系统StorNext存储管理套件。 离线备份需求会更大 SONY香港有限公司北京办事处副经理 郑亮 存储市场一直是大家关注的焦点之一，主要原因是在线存储和离线存储在IT应用的位置至关重要。在线存储的磁盘阵列市场已经完全成熟。离线存储的磁带机、磁带库市场潜力巨大。在中国，除了较早应用阵列技术的行业以外，许多行业中的大中型企业，甚至包括小型企业都已经意识到应用磁盘阵列技术。从应用的角度来看，磁盘阵列只解决了系统的高可用性问题，真正的灾难备份和恢复需要用磁带机或磁带库的离线备份方式来解决。 谁将在离线存储市场上脱颖而出呢？这取决于谁是磁记录核心技术的真正拥有者。SONY公司是国际知名的核心技术厂家，拥有磁带机技术和磁带技术，比如AIT（先进智能磁带机）、AME（超级金属蒸发带）、SAIT（超级AIT，单盘非压缩容量500GB）。更快的存取速度、更低的单位成本、超小的体积、超大的容量、极高的可靠性等为SONY的磁带机/磁带库产品增辉添彩。将来的趋势是磁带机向着小型化、大容量方向发展，而磁带库也以小型化、密集化见长。Sony的AIT技术符合了这个潮流。 
SONY SAIT磁带驱动器 
Brocade智能化交换平台Silkworm AP7420 存储技术发展大事记 2002年 ●2002年，昆腾推出SDLT 320磁带驱动器。 ●2002年，LSI逻辑开发出创新的半导体平台RapidChip。 ●2002年，LSI逻辑成为第一个可提供全系列Ultra320 SCSI主适配器（HBA）的厂家，它的数据吞吐能力是目前业界标准Ultra160 SCSI产品的两倍。 ●2002年，StorageTek推出独有的Bladestore技术。存储刀片实际上是基于刀片技术的概念所引发的存储技术，由磁盘驱动器组成，但与传统的磁盘系统相比，存储刀片使用的不是SCSI光纤磁盘驱动器，而是以IDE/ATA技术为基础的磁盘驱动器。 ●2002年，怡敏信获得由美国国家标准和技术研究院新技术发展规划部门提供的科研费用，发展TB级磁带。 ●2002年，NetApp发布首个统一化SAN和NAS存储产品——FAS系列。 ●2002年,博科通讯发布第二代光纤网络交换机API，提供开放接口，使应用软件伙伴能够开发充分利用Brocade交换机智能化特性的网络存储应用产品。 ●2002年，HP将ENSA概念发展到了ENSA extended理念。 ●2002年，Ultera公司在Comdex博览会上推出了革命性的虚拟磁带库——Mirage系列，引起轰动。 ●2002年5月，IBM宣布成功将1TB未压缩资料写入一个半英寸的磁带盒内（大小与目前的LTO磁带盒相似），这些写入的资料也可成功地被读回。 ●2002年6月，HDS推出Hi-Star光纤交换结构，这种独特的存储控制器设计克服了传统标准总线结构的局限性，大大提高了性能。 ●2002年7月15日，IBM推出新一代企业存储服务器ESS 800。 ●2002年9月26日， CA宣布BrightStor Portal全面上市。 ●2002年11月，博科通讯宣布收购Rhapsody公司，并宣布开发光纤通道网络（Fabric）应用平台产品，大力提升SAN网络智能化水平。 ●2002年11月13日，Adaptec公司宣布，通过对Tricord系统公司破产的执行，已经成功获取了Tricord最突出的技术资产，Adaptec计划将Tricord的专利技术用于外部存储产品线的扩展，包括基于文件和模块的存储系统。 存储技术发展大事记 2003年 ●2003年，HP发布了动成长企业战略，将更多的功能加入到了EVA3000中，推出了新一代的扩展磁带库架构以及磁带库新产品。 ●2003年3月，Adaptec收购Eurologic,完善外部和网络存储解决方案。 ●2003年3月，IETF（Internet Engineering Task Force）的IP Storage工作小组正式批准通过以太网收发SCSI指令的iSCSI标准规格。 ●2003年4月，全球网络存储工业协会的SMI-S技术工作组对外公布了SMI-S 1.0版本规范。 ●2003年6月17日 ，CA发布BrightStor Mobile Backup 4.0，引领移动数据保护新标准 。 ●2003年，EMC推出基于直连矩阵架构的Symmetrix DMX系列新品，独特的架构成为引领高端存储发展的标志性产品。 ●2003年，ADIC推出下一代数据中心磁带库Scalar i2000。Scalar i2000是第一台围绕ADIC的智能iPlatform体系结构设计的磁带库。 ●2003年，VERITAS提出”效用计算”，随后收购Precise公司，将产品线延伸到应用性能管理领域。当年，VERITAS又推出自动化产品CommandCentral Service。至此，VERITAS的“效用计算”战略在产品上得到完善。 ●2003年，昆腾推出的新型 SDLT 600。 ●2003年，SONY公司推出S-AIT 1磁带机（1.3TB）和超大型SAIT PB级磁带库 ●2003年，Spectra Logic公司第一个将iSCSI技术集成于自动磁带库。 ●2003年7月，Adaptec公司宣布推出一款具有Adaptec企业级数据保护能力的SATA RAID控制器——Adaptec 2410SA。 ●2003年8月12日，Adaptec在2003 HP世界大会上展示了第一块串行SCSI芯片的样板，其结构将支持3Gb/s和6Gb/s的运行速度。 ●2003年10月，博科通讯发布创新的Brocade多协议光纤通道网络路由服务技术，推出业界首套智能化交换平台Brocade Silkworm AP7420。 ●2003年下半年至2004年初, EMC连续收购三家软件公司LEGATO、Documentum及VMWare，补充信息生命周期管理各个阶段的解决方案。 存储技术发展大事记 2004年 ●2004年2月，EMC公司推出分级化存储平台系列。本次发布是EMC历史上发布产品最多、范围最广的一次，跨越高、中、低端平台。 ●2004年2月，VERITAS推出Storage Foundation 4.0。该产品是VERITAS近10年来核心存储产品技术中最重要的一次产品发布。 ●2004年5月，HDS在业界首创应用优化存储解决方案（AOS）。 ●2004年，HP推出了采用蓝色激光技术的UDO光盘库，并推出XP12000磁盘阵列系统。 ●2004年中期，昆腾公司推出磁带机增强性能DLTIce，使客户利用SDLT 600平台方便快捷地满足法规遵从标准。 ●2004年6月，HDS推出Thunder 9500V的SATA混插选项，首次实现了在同一存储系统内光纤与SATA的分层存储。 ●2004年6月，博科通讯正式发布多协议光纤通道网络路由器产品，从而与此前发布的SilkWorm 3250/3850以及导向器SilkWorm 24000一起，实现了Brocade公司历史上最大的一次产品升级。 ●2004年7月，Adaptec并购网络附属存储(NAS)领导厂商Snap Appliance。 ●2004年，NetApp发布首个商业RAID-DP解决方案。 ●2004年7月，EMC宣布转售ADIC磁带机，补充ILM解决方案。 ●2004年7月14日，VERITAS收购Invio软件公司，将自动化产品CommandCentral Service的功能扩展到流程自动化管理，“效用计算”产品框架得到进一步完善。 ●2004年8月，美国EMC公司庆祝成立25周年。 ●2004年8月，飞康软件推出旗舰产品IPStor的新版本——IPStor V4.5。 IPStor V4.5新增了基于文件保护的WORM功能。 ●2004年，ADIC推出具有里程碑意义的产品——集成磁盘到磁带迁移路径的虚拟磁带备份解决方案Pathlight VX。 ●2004年，StorageTek推出创新的磁带库产品SL8500。 ●2004年，怡敏信发布新一代涂布技术“Tera Angstrom”，第一家TB级磁带的商业化生产工厂投入使用。 
怡敏信推出的IBM 726磁带 
STK SL8500 |
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