谈计算机存储技术现状及未来发展

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摘要：在信息指数式增长的大数据时代背景下，研究与发展计算机存储技术显得尤为重要。首先从计算机存储技术现状展开，对机械硬盘及固态硬盘的发展现状进行分析与总结，为之后的工作提供一定的启发，继而探讨虚拟存储和网络存储技术，提出可能的未来发展趋势。

关键词：SSD；HDD；存储技术；计算机

一、引言

在大数据时代下，如何安全、高效、经济地存储大规模的数据，显得十分重要。纵观计算机存储技术的发展历程，从1956年开始推出首款机械硬盘，到19世纪70年代推出SAN，再到80年明NAS，以及2006年的ObjectStorage。从存储技术的发展历程中可以看出，存储技术是不断向上与应用融合的过程，但这些技术并非完全替换，而是应用的不断扩展，因此即使到现在，硬盘、SAN、NAS技术依然广泛应用在相关领域中。从存储技术的发展历程中，不难看出，大约每10年就会有一次新的存储技术革新。

二、计算机存储技术现状

（一）机械硬盘世界上第一款机械硬盘SSD(SolidStateDrive)由IBM公司在1956年推出，名为IBM350RAMAC[1]。这款机械硬盘包含50张24英寸的盘面，体积巨大，然后存储容量却十分有限，仅仅5MB。尽管如此，在当时RAMAC是十分具有影响力的计算机存储设备，被用于商业、金融、医学等领域。机械硬盘的主要部件包含：盘片、磁头、控制电机、盘片转轴、数据转换器、接口、缓存、磁头控制器等几个部分。磁头可沿盘片的半径方向移动，盘片可以达到几千转/每分钟的速度高速旋转，使得磁头可以移动到盘片的指定区域上访问数据。硬盘是一种精密的电子设备，如何防尘是它面临的一个重要问题，因而进入机械硬盘的空气必须经过一定的过滤。机械硬盘由于它的机械特性，抗震性较差。传统机械硬盘在防震抗摔、速度、功耗、重量、噪音、性能方面远不如固态硬盘，但由于其价格优势，故在应用市场上仍占有较大份额。

（二）固态硬盘相比于机械硬盘等计算机存储技术而言，固态硬盘SSD(SolidStateDisk)的发展相对短暂。但它可以说是应需求巨大且变化快速的存储市场要求而迅速兴起的一项技术。市场统计数据显示，近年来，固态硬盘的销售容量上已经完美超越了高性能的机械硬盘。随着Flash闪存产能逐步迈向稳定，未来固态硬盘的市场份额将更上一层楼。随着闪存存储技术的不断发展，固态硬盘SSD在存储领域逐渐弥补了RAM和HDD的性能差距。SSD相比HDD具有许多优势，具体表现在高性能、重量轻、速度快、抗震性、功耗低[2]等特性。SSD的主要劣势是价格高，但随着近年来MLC、TLC和QLC的发展，SSD的价格逐渐降低。固态硬盘主要由SSD控制器、闪存芯片、RAM以及Host接（如SATA、SAS、PCIe等）组成。SSD控制器控制多条通道(channel)，每个通道上挂载多个闪存芯片(Chip)，每个芯片上有多个晶圆(Die)，每个晶圆中包含多个分组(Plane)，每个分组内包含多个闪存块(Block)，闪存块中又包含多个闪存页(Page)。SSD操作粒度具有差别，以闪存块为擦除单位，以闪存页为读写单位。SSD的核心技术包括：异址更新、磨损平衡、地址映射、垃圾回收。固态存储的性能表现如此卓越，在诸多行业应用中都有十分大的需求，存储生产商家们在该领域也都做出了不懈的努力与探索。SSD除了在传统工业、计算机、军事、企业存储、航天领域具有应用前景，在云服务器、嵌入式设备等领域也具有非常大的市场。

三、计算机存储技术未来发展

网络存储和虚拟存储是当前存储技术发展的两大主题。存储技术的发展，不仅满足用户对大容量和高速度的基本使用要求，还对成本效益和安全性，以及存储在时间上的可延展性和空间上的可扩展性提出了更高的要求，这就使得各式存储设备和存储技术将不断趋于融合，最终统一在一个标准架构内。

（一）虚拟存储目前存储技术的发展主要方向为虚拟化技术。随着信息的指数级增加，如何高效利用现有的存储架构和存储技术，简化管理存储，从而减少商家维护成本成为人们最为关注的焦点。虚拟存储指的是将许多不同类型、独立存在的物理存储实体，通过软件和硬件技术，融合转换为一个逻辑虚拟存储单元，统一管理和提供给用户使用[3]。虚拟逻辑存储单元的存储容量是它所集中管理的各物理存储体的存储量的总和，而它具有的读写带宽则几乎接近各个物理存储体的读写带宽的总和。虚拟存储技术的发展和应用，有助于更加有效地发挥当前存储设备的存储能力以及提高存储效率。存储虚拟化的核心在于：如何把物理存储设备映射到单一的逻辑资源池中。一般而言，虚拟技术是通过建立一个虚拟抽象层来实现的。该虚拟层向用户提供了一个统一的接口，向用户隐藏了复杂的物理实现。根据虚拟层在存储系统中所处的区域，存储虚拟化的实现方式可以分成：基于存储设备端的虚拟存储、基于存储网络的虚拟存储和基于服务器端的虚拟存储三种方式[4]。

（二）网络存储随着信息需求的增加使得存储容量高速扩增，存储系统网络平台已然成为一个发展核心，相应地，应用对这些平台的要求也不断提高，不仅仅是在存储容量的需求上，还包括存取性能、传输性能、管控能力、兼容能力、扩充能力等诸多维度。可以说，存储网络平台的综合性能的好坏，将直接影响到整个系统的正常高效执行。所以，发展一种具有经济效益的和可管理的先进存储技术将成为必然的发展趋势。网络存储（NetworkStorage）是诸多数据存储技术中的一类，网络存储架构大致可以分为三种：直连式存储DAS、网络附加存储NAS、存储区域网SAN。

四、结语

在大数据时代下，如何安全、高效、经济地存储大规模的数据，显得尤为重要。固态硬盘及机械硬盘在当前的存储市场上占据较大份额，而随着固态硬盘技术的进一步发展，价格进一步降低，固态硬盘将更受商业市场欢迎。网络存储和虚拟存储是为来计算机存储技术发展的两大主要方向。

参考文献

[1]乔晓飞.计算机硬件储存设备与网络储存的发展现状[J].信息与电脑(理论版),2018(8):47-48+51.

[2]郑文静,李明强,舒继武.Flash存储技术[J].计算机研究与发展,2010(4):158-168.

[3]刘伟.计算机存储虚拟化技术及其应用探究[J].信息系统工程,2018(8):38.

[4]刘素娇.存储虚拟化技术的研究[J].电脑编程技巧与维护,2018(10):78-80.

作者：陈玉玲 徐涛 单位：西南大学