数据存储架构与技术：第二章

存储介质

• HDD机械硬盘：

1. 机械部分（主轴电机，盘片，磁头组等）+电子部分（主控，电机驱动芯片，传感器芯片，Flash/DRAM)
2. 磁盘通过旋转（seek)和旋转（rotation)两个机械操作以扇区(sector)为单位额读写数据
3. 磁盘访问延迟受限于寻道时间(seek time),旋转时间(rotation time),数据传输时间(data transfer time); 另外与磁盘利用率(为当前读写请求数量与磁盘最大吞吐率的比值)也有关。
4. 磁盘向操作系统到处一个线性一维空间(LBA),磁盘内部通常以CHS描述扇区的PBA，CHS为Cylinder#,Head#,Sector#, 理论上由算术运算即可建立LBA/PBA之间的映射关系。实际上地址映射还应用了分区(Zone)，重映射(Remap),偏移(skew)等技术
5. 磁盘缓存包括写缓冲和读缓存(及预取), 写缓冲能提升写性能但掉电可能丢数据。

• SSD：

1. 组件包括主控，闪存，固件，电源，连接器，DRAM，备电电容等
2. 主控前端提供SATA，SAS，PCIe/NVME接口，后端提供多通道挂接闪存。 固件管理整盘资源，前端按协议与主机交互，内部FTL通过地址映射，垃圾回收，磨损均衡等模块管理闪存，另外还实施ECC，温度监控和电压监控；
3. SSD对闪存的访问有多个级别的并发以实现高带宽

• DRAM：

1. DRAM地址拓扑：Channel -->DIMM -->RANK -->CHIP -->BANK -->Row & Column;

2. 一个CHIP内有多个BANK,这些BANK 共享控制线，地址线和数据线；单个CHIP的数据位宽为4bit/8bit/16bit, 同Rank内多个CHIP同时读写就可实现更大的位宽，在RANK内的不同CHIP共享地址线和控制线(而数据线不同）

3. DIMM包含一个或多个RANK；上图DIMM正反两面各有8个CHIP，分别组成一个RANK（正反各一个RANK）

4. DDR数据带宽与总线频率和位宽相关

5. DRAM读完成后需要从行缓存中将数据再次卸任原来的DRAM 行，此操作成为Pre-charage, 以此保留原有的数据。此外，DRAM 还需定期刷新以对抗Retention; 刷新有集中式刷新（每隔一定时间停止外部IO来让内存控制器对内存逐一刷新）和分布式刷新（对内存所有行交替进行刷新操作和外部读写操作）

• 非易失存储器：

1. PCM：
2. RRAM
3. MRAM

• 其他：

1. 光存储 CD/DVD/BD
2. 磁带