受超順磁效應(yīng)和機械轉(zhuǎn)速的限制,磁介質(zhì)存儲密度和磁盤訪問速度的提升已很困難。同時,各種新型存儲介質(zhì)不斷涌現(xiàn)。MEMS(Micro Electromechanical System,微機電系統(tǒng))存儲器是一種新型存儲器件,具有高密度、低功耗、非易失、多探針并行訪問等特點,相對于傳統(tǒng)磁盤具有明顯優(yōu)勢�？梢蕴钛aRAM和磁盤之間的性能差距,可在計算機系統(tǒng)中承擔(dān)多種角色,為新型高性能海量存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究帶來新思路和新機遇。 本文對MEMS存儲技術(shù)進(jìn)行了深入研究,根據(jù)CMU大學(xué)MEMS存儲設(shè)備原型,研究了MEMS存儲設(shè)備存儲原理、物理結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)、訪問特性,并依據(jù)這個原型建立了線性性能模型。 磁盤陣列RAID是提高存儲帶寬和可靠性最主要的技術(shù)途徑。本文研究了MEMS存儲設(shè)備在應(yīng)用盤陣中的關(guān)鍵技術(shù)。研究工作主要包括以下幾個方面: 1) MEMS存儲設(shè)備可代替磁盤構(gòu)建RAID,通過單設(shè)備內(nèi)多探針并行和多個設(shè)備間的并行訪問帶來高性能,用信息冗余和備用空間帶來高可靠性。模擬分析表明與傳統(tǒng)磁盤陣列相比,MEMS存儲陣列大幅提高了性能。 2) MEMS存儲設(shè)備可集成到磁盤中,作為磁盤的大容量非易失Cache;也可替代NVRAMCache,作為RAID控制器中的Cache。本文設(shè)計并實現(xiàn)了MEMS Caching Disk,并進(jìn)行了性能模擬分析。 3) MEMS存儲設(shè)備的價格比磁盤高,為了提高性價比,本文利用MEMS存儲設(shè)備的高性能和磁盤的廉價特性,提出了3種混合型盤陣結(jié)構(gòu):MEMS盤鏡像、日志盤備份和雙RAID結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮了MEMS存儲設(shè)備快速訪問的性能和磁盤順序訪問的特性,既提高了性能,又降低了成本,具有較高的性價比。 4)研究了MEMS存儲陣列的可靠性,深入研究不同的故障器件替換方案、不同的備用空間方案對MEMS存儲陣列可靠性的影響。研究表明,MEMS存儲陣列具有比磁盤更高的可靠性。 本文研究了MEMS存儲設(shè)備的管理技術(shù),主要包括請求調(diào)度算法、數(shù)據(jù)布局、設(shè)備故障管理和功耗管理四個方面。研究結(jié)果表明,磁盤的請求調(diào)度算法和故障處理策略在MEMS存儲設(shè)備上同樣使用;研究了一種更適合MEMS存儲設(shè)備機械定位特性的雙向數(shù)據(jù)布局策略;MEMS存儲設(shè)備的功耗比磁盤低很多。 MEMS存儲設(shè)備的二維數(shù)據(jù)存儲特性,適合關(guān)系數(shù)據(jù)的存取。本文針對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用領(lǐng)域,研究了磁盤對表格型數(shù)據(jù)的存儲方式,介紹了一種適合MEMS存儲設(shè)備的關(guān)系數(shù)據(jù)存儲策略TDL。分析表明,TDL策略顯著提高了數(shù)據(jù)庫查詢的速度、主存利用率和Cache利用率。 本文的研究工作為MEMS存儲設(shè)備在計算機系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),其中一些設(shè)計思想和關(guān)鍵技術(shù),對其它新型存儲設(shè)備在計算機系統(tǒng)中的應(yīng)用,同樣具有參考價值和指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2007
【中圖分類】：TP333.2
【部分圖文】：

全球第一塊磁盤，磁盤逐漸取代磁帶成為存儲行業(yè)的首選出現(xiàn)可以和發(fā)明微處理器相比。因為磁盤除了具有強大處理能力。沒有存儲的支撐，計算機就不可能實現(xiàn)今天這么多工作，因此計算機的發(fā)展實際上離不開存儲技術(shù)的發(fā)產(chǎn)生到現(xiàn)在，技術(shù)不斷創(chuàng)新，容量越來越大，體積越來越記錄方式也從水平記錄發(fā)展到垂直記錄。磁盤應(yīng)用的領(lǐng)域費電子應(yīng)用領(lǐng)域。50年來，磁盤密度提高了1，000，000技術(shù)的改進(jìn)主要包括:超低飛行磁頭10lun，加釘超穩(wěn)錄，垂直磁記錄。這些技術(shù)使磁盤在50年內(nèi)獲得了飛躍存儲設(shè)備。但是，受“超順磁極限”(傳統(tǒng)磁記錄驅(qū)動器20一40Gb/平方英寸時，磁盤上的磁介質(zhì)就無法保持發(fā)展的理論極限。)和機械轉(zhuǎn)速的限制，磁介質(zhì)存儲密度CPU和內(nèi)存之間的性能差距可以通過高速的cache緩解，沒有解決，還在以每年50%的速度增加。這就對數(shù)據(jù)庫、開發(fā)工具等應(yīng)用帶來性能和擴展性的限制。

圖2.2MEMS存儲設(shè)備的立體視圖大學(xué)的MEMS存儲設(shè)備原型on大學(xué)研制的MEMS存儲設(shè)備原型采用磁介質(zhì)記錄數(shù)主要是從兩個方面考慮:一是磁介質(zhì)是磁盤中比較成介質(zhì)不需要直接接觸，可以減少接觸產(chǎn)生的物理磨損伺服系統(tǒng)維持探針和介質(zhì)之間的空隙，系統(tǒng)復(fù)雜性比介質(zhì)和一般MEMS組件的兼容性也是需要考慮的問題大學(xué)對MEMS存儲設(shè)備的研究成果是三代MEMS存型來說，介質(zhì)的覆蓋區(qū)域為1%~2，用于記錄數(shù)據(jù)的探針。將存儲介質(zhì)劃分成40*40lun的存儲單元，每個字量為3.2GB。大學(xué)研制的MEMS存儲設(shè)備原型，存儲單元還考。磁盤存儲單元的邊比例很高，可以增強抗噪聲干擾的第7頁

(l)柱面:這一術(shù)語與磁盤的柱面的概念相似。柱面是指在所有的小區(qū)域中具有相同x偏移量的數(shù)據(jù)集合。柱面包含的是當(dāng) mediasled的x軸的偏移量不變時，sled沿y軸方向移動時，所有探頭可以訪問的所有數(shù)據(jù)集合。如圖2.4中4個橢圓所表示的柱面1。從圖2.4可以看出，每個sled有M柱面。第9頁
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 尚濤,施亮,吳智銘;RAID系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化模型[J];微型電腦應(yīng)用;2001年01期

本文編號：2864707