大话存储：存储系统底层架构原理极限剖析(终极版)
计算机大话系列书籍 大话存储 大话通信 大话数据结构
计算机大话系列书籍大话存储大话通信大话数据结构（实用版）目录1.计算机大话系列书籍概述2.大话存储的内容简介3.大话通信的内容简介4.大话数据结构的内容简介5.总结正文【计算机大话系列书籍概述】计算机大话系列书籍是一套深入浅出地介绍计算机科学知识的书籍。
这套书籍以生动有趣的语言和丰富的实例，为广大读者提供了学习计算机科学的途径。
全套书籍共分为四本，分别是《大话存储》、《大话通信》、《大话数据结构》和《大话计算机网络》。
本文将对这套书籍的内容进行简要概括。
【大话存储的内容简介】《大话存储》从存储器的基本概念入手，详细地介绍了存储器的分类、存储原理、存储器性能评估等方面的知识。
此外，本书还深入讨论了磁盘存储系统、固态硬盘、光盘等相关存储技术的原理和应用。
书中以形象生动的语言和丰富的实例，让读者更好地理解和掌握存储器的相关知识。
【大话通信的内容简介】《大话通信》从通信的基本概念入手，详细地介绍了通信原理、通信网络、通信协议等方面的知识。
本书涵盖了从古老的电报、电话通信，到现代的互联网、移动通信等各类通信技术。
通过阅读本书，读者可以对通信技术有一个全面的了解，更好地认识现代通信网络的构建和发展。
【大话数据结构的内容简介】《大话数据结构》从数据结构的基本概念入手，详细地介绍了线性表、栈与队列、树与二叉树、图等相关数据结构的原理和应用。
本书通过丰富的实例和直观的图解，帮助读者更好地理解和掌握数据结构的相关知识。
此外，本书还涉及了算法设计与分析的基本方法，为读者进一步学习计算机科学打下基础。
【总结】计算机大话系列书籍以生动有趣的语言和丰富的实例，为广大读者提供了学习计算机科学的途径。
无论是对计算机科学有一定了解的专业人士，还是对计算机科学感兴趣的初学者，都可以从这套书籍中获益良多。
云存储技术的原理及架构
云存储技术的原理及架构目前利用科技手段辅助城市管理的建设模式已经由以前的以视频监控为主的平安城市建设转向以多传感技术为主的智慧城市建设，在这一过程中，虽然当前主要的数据量仍然来自视频监控摄像头产生的图像数据，但由各类传感器产生的数据量和数据种类正在加速增长，例如各城市道路的交通流量信息、特种车辆的运行轨迹和车况状态信息、移动终端的身份采集信息等，对这些海量信息的存储、分析和利用，除了提供传统的安全防范、事后查证功能外，更为城市建设科学规划、科学管理提供了充分的数据基础，同时，在这样一个海量大数据的时代，对于数据的安全存储和应用也需要与之相适应的新的技术手段，而以分布式和并行处理为基础的云计算和云存储技术，在此过程中也得到了极大地发展。
相对传统存储而言，云存储改变了数据垂直存储在某一台物理设备的存放模式，通过宽带网络(比如万兆以太网或Infiniband技术)集合大量的存储设备，通过存储虚拟化、分布式文件系统、底层对象化等技术将位于各单一存储设备上的物理存储资源进行整合，构成逻辑上统一的存储资源池对外提供服务，从而在存储容量上得以从单设备PB级横向扩展至数十、数百PB，由于云存储系统中的各节点能够并行提供读写访问服务，系统整体性能随着业务节点的增加而获得同步提升。
同时，通过冗余编码技术、远程复制技术，进一步为系统提供节点级甚至数据中心级的故障保护能力。
容量和性能的按需扩展、极高的系统可用性，是云存储系统最核心的技术特征。
通常，从云存储的技术实现层次上看，从底层向上，可以分为存储层、管理调度层、访问接口层、应用服务层等四个层次，如下图所示：图1 云存储技术实现层次其中存储层是云存储的基础，一台云存储节点设备通常能安装24个以上的硬盘，通常通过IP接口将大量的存储设备互连在一起形成存储设备资源池，在一个云存储系统中，底层物理存储设备数量庞大，而且设备形态理论上也允许异构(这样也可以接入传统的IP SAN 或FC SAN)，在物理存储设备之上是一个统一的存储设备管理层，实现对物理存储设备的逻辑虚拟化管理、状态监控和维护等功能。
计算机系统底层架构原理极限剖析
计算机系统底层架构原理极限剖析
计算机系统底层架构原理的极限剖析涉及多个方面，以下是其中的几个重要方面：
1. 计算能力的极限：计算机能力的极限取决于处理器的性能，包括时钟频率、总线带宽、指令集等。
随着技术的发展，处理器的性能也在不断提升，但仍然存在物理限制。
例如，由于电子信号在芯片上的传输速度是有限的，处理器的时钟频率也受到一定的限制。
2. 存储容量的极限：计算机系统的存储容量有限，包括主存储器和辅助存储器。
主存储器的容量通常受到物理限制，例如芯片的面积限制和成本限制。
辅助存储器的容量则受到介质技术的限制，例如硬盘的存储密度和固态硬盘的闪存单元数量。
3. 数据传输的极限：计算机系统中数据的传输速度也有一定的限制。
主存储器与处理器之间的数据传输速度通常受到总线带宽的限制。
辅助存储器与主存储器之间的数据传输速度受到外部接口的限制，例如硬盘的传输速率和闪存的读写速度。
4. 能源效率的极限：计算机系统的能源效率是指在完成相同任务时所消耗的能源量。
能源效率的极限取决于处理器和其他硬件组件的能效，以及软件的优化程度。
随着对能源效率要求的不断提高，计算机系统在设计和实现上需要考虑如何优化能源利用。
总的来说，计算机系统底层架构原理的极限剖析涉及到处理器
的计算能力、存储容量、数据传输速度和能源效率等多个方面。
在设计和实现计算机系统时，需要考虑这些极限，以便优化系统性能和能源利用效率。
现代计算机系统多级存储体系结构
现代计算机系统多级存储体系结构示例文章篇一：哎呀，你们知道吗？现代计算机系统居然有个多级存储体系结构，这可太神奇啦！就像我们的书包一样，有大口袋、小口袋，不同的东西放在不同的地方。
计算机的存储体系也是这样，分成了好几级呢！先来说说速度最快的那一级，就像我们书包里伸手就能拿到的小口袋，这就是高速缓存。
它的速度超级快，就像闪电一样！每当计算机要处理数据的时候，它都会先瞅瞅高速缓存里有没有，要是有，那可太棒啦，一下子就能用上。
这难道不厉害吗？再往下一级，就是内存啦。
内存就像是书包里比较大的隔层，能装不少东西，但是速度比起高速缓存可就慢了一些。
不过也还算不错啦，能让计算机把更多的数据存起来。
还有更慢的呢，比如说硬盘。
硬盘就像一个超级大的仓库，能存好多好多东西，但是找起来可就费劲啦，速度也慢得让人着急。
这多级存储体系结构就像一个团队在合作。
高速缓存是冲锋在前的先锋队，速度快但容量小；内存是中坚力量，容量大一些速度也还可以；硬盘就是大后方，能存储海量的数据。
它们各司其职，共同为计算机的运行努力着。
你想想，如果没有这样分级存储，计算机不就乱套啦？就好像我们书包里所有东西都混在一起，找个铅笔都要翻半天，那多耽误事儿呀！所以说，现代计算机系统的多级存储体系结构真的太重要啦！它让计算机能够高效、快速地处理和存储数据，让我们能愉快地使用电脑玩游戏、看电影、学习新知识。
这难道不是科技的魅力所在吗？我觉得呀，正是有了这样聪明的设计，我们的生活才变得更加便捷和丰富多彩！示例文章篇二：哇塞！同学们，你们知道吗？现代计算机系统有一个超级厉害的多级存储体系结构！这就像我们上学要带不同的书包和文具盒一样，有大有小，各有各的用处。
比如说，我们的主存，就像是我们每天背的大书包，能装好多好多的东西，但是呢，它的速度没有那么快。
而那个高速缓存呀，就像是我们的小文具盒，虽然装的东西没有大书包多，但是拿东西的速度可快啦！我还记得有一次上计算机课，老师给我们讲这个多级存储体系结构，我一开始还懵懵懂懂的。
体系结构第5章 第8讲
P3:11 P2:10 P1:01 P0:00
辅存（磁盘
计算机体系结构
5.8 进程保护和虚存实例
进程：程序呼吸所需的空气及生存的空间。 5.8.1 进程保护
1. 界地址寄存器 基地址，上界地址 检测条件：(基地址＋地址)≤上界地址
2. 虚拟存储器 给每个页面增加访问权限标识
3. 环形保护 4. 加锁和解锁
计算机体系结构
5.7.1 虚拟存储器基本原理
4. 存储层次中cache和虚存的典型指标
参数 块（页）大小
命中时间 失效开销
一级cache 16~128字节 1~3个时钟周期 8~150个时钟周期
虚拟存储器 4096~65536字节 50~150个时钟周期 106~107个时钟周期
失效率
0.1%~10%
计算机体系结构
5.7.1 虚拟存储器基本原理
1. 虚拟存储器的特点 ◆程序员可以利用巨大的逻辑空间，而不必做存储管 理工作 ◆多个进程可以共享主存空间 ◆ 采用动态再定位，简化了程序的装入
计算机体系结构
5.7.1 虚拟存储器基本原理
2. 虚存管理方式 分两类：页式和段式。 ➢ 页式虚存把空间划分为大小相同的块，称为页面。 常用页大小为4KB～64KB。 ➢ 段式虚存把空间划分为可变长的块，称为段。段最 小长度为1个字节，最大因机器而异，常为216B～ 232B。 ➢ 页面是对空间的机械划分，而段则往往是按程序的 逻辑意义进行划分。
计算机体系结构
5.7.2 快表TLB
1. TLB（Table Look-aside buffer） ◆ TLB是一个专用的高速缓冲器，用于存放近期经 常使用的页表项; ◆ TLB中的内容是页表部分内容的一个副本; ◆ TLB也利用了局部性原理;
存储系统原理
存储系统原理
存储系统原理的概述
存储系统是计算机系统中用于数据存储和访问的关键组成部分。
它包括了多种类型的存储介质和相应的硬件、软件，用于实现数据的持久性存储和高效的数据访问。
存储系统原理主要涉及以下几个方面：
1. 存储层次结构：存储系统根据存储介质的特性和成本，将存储空间划分为多个层次。
通常从高到低分为：高速缓存、内存、磁盘和磁带等。
不同层次的存储设备之间通过缓存和映射机制来实现数据的高效传输和访问。
2. 存储介质：常见的存储介质包括半导体存储器（如DRAM、SRAM、闪存等）和磁存储器（如硬盘、磁带等）。
不同的存
储介质具有不同的读写速度、容量、可靠性和成本等特点，应根据应用需求进行选择。
3. 存储管理：存储系统需要提供对数据的有组织的管理和保护。
这包括了文件系统的设计与实现、存储空间的分配和回收、数据的备份与恢复、数据的安全性和完整性保护等。
4. 存储与计算的接口：存储系统需要提供给计算机系统高效的存储访问接口，以实现数据的读写和操作。
这包括了存储器层次结构的映射、虚拟存储器的管理、存储器保护机制等。
5. 存储性能优化：存储系统需要通过各种性能优化技术，提高
数据的访问速度和存储利用率。
这包括了读写缓存、预取、数据压缩和去重、存储调度算法等。
6. 存储系统可靠性与容错：随着存储容量的不断增加，存储系统的可靠性和容错性变得越来越重要。
它包括对硬件故障的容错机制（如RAID）、数据冗余备份和快速恢复等。
总之，存储系统原理是研究存储介质、存储管理和存储性能等方面的基本原理和技术，旨在设计和实现高性能、高可靠性和高效能的存储系统。
大话存储总结
磁盘阵列
RAID 6
带有两种分布式存储的奇偶校验码的独立磁盘结构，是 RAID 5的一种扩展，采用两种奇偶校验方法。 优点：高可靠性，最多允许两块磁盘故障。 缺点：磁盘利用率低于RAID 5，配置更复杂。
磁盘阵列
RAID 0~RAID 6 中数字并不代表技术高低，应该针对不同应 用环境及对磁盘数据存储的要求，使用不同的RAID技术。没 有最好的技术，只有最合适的技术。
缺点
扩展性有限，资 源不能共享
传输速率低
成本高，技术复 杂
THANKS 谢谢
磁盘阵列
RAID 4
在RAID 3基础上，增加条带深度，当IO块小于条带深度时， 确保一次IO只占用一个磁盘，但是同样没有解决校验盘争用 问题。 如果通过文件管理系统，合并可以合并的IO，可以人为增大IO 并发几率，最典型的是Netapp公司的WAFL系统。
磁盘阵列
RAID 5
采用分布式校验盘，将校验盘平均分布在RAID组中的每块数据 盘上，在相邻条带之间循环分布。 优点：磁盘利用率高，避免单个校验盘写操作瓶颈，具有较高的盲并 发几率。 缺点：拥有较高写惩罚，控制器设计复杂
高性能信息传输的、双向的、点对点的串行数据通道。 在物理上， FC 是一到多对应的点对点的互连链路，每 条链路终结于一个端口或转发器。
FC协议
FC网络拓扑结构
仲裁环（FC-AL）
仲裁环是一个共享的、可提供吉比特带宽的环状网，其连接方式与 IBM的令牌环网类似，在仲裁环拓扑中，设备必须根据仲裁访问环 路。
Domain ID 交换机号 Area ID 交换机端口组号 Port ID 端口号
FC协议
FC协议中端口类型
F端口：交换机上与N端口对应的端口 FL端口：FC交换机上连接开放仲裁环的中介端口
西安电子科技大学_计算机组成与体系结构_第4章存储系统_课件PPT
存取方式 读写功能
随机读写：RAM 顺序(串行)访问：
顺序存取存储器 SAM 直接存取存储器 DAM
12
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器分类：不同的分类标准
存储信息的介质
在计算机中的用途
存放信息的易失(挥发)性
存取方式 读写功能
读写存储器 只读存储器
13
存储信息的介质
在计算机中的用途 存放信息的易失(挥发)性 存取方式 读写功能
易失：RAM 非易失：
ROM 磁盘
……
11
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器分类：不同的分类标准
存储信息的介质 在计算机中的用途 存放信息的易失(挥发)性
存储器的存取时间 与存储单元的物理 地址无关，随机读 写其任一单元所用
无
36
8086系统总线
D0～D7
A1～A13 MEMR MEMW
A0
D8～D15 A1～A13 MEMR MEMW
BHE
&
A19
A18
A17
&
A16 A15 A14
6264与8086系统总线的连接
6264
D0～D7
A0～A12
CS1
OE
WE
CS2
6264
D0～D7
A0～A12
CS1
OE
WE
CS2
74LS138
每次读出/写入的字节数 存取周期
价格
体积、重量、封装方式、工作电压、环境条件
14
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器的性能指标
容量 速度 可靠性
可维修部件的可靠性： 平均故障间隔时间（MTBF）
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片中写入数据的过程
的通病
05 3 .1 0 .5 N AN D 与
NOR
06 3 . 1 0 . 6 S S D 给 自己
开的五剂良药
3 磁盘大挪 移——磁 盘原理与 技术详解
3.10 固态存储介质和固态硬 盘
https:///
3.10.7 SSD如何 处理Cell损坏
A
3.10.8 SSD的前 景
3.4.1 IDE 硬盘接口
1
3.4.2 SATA 硬盘接口
2
3.4 硬盘接口技术
3 磁盘大挪移——磁盘原理与技术详解
3.6.1 磁盘控制器
A
3.6.2 驱动器控制电 路
B
3.6.3 磁盘控制器驱 动程序
C
3.6 磁盘控制器、驱动器控制 电路和磁盘控制器驱动程序
3 磁盘大挪 移——磁盘原 理与技术详解
3.9 磁盘的IOPS和传输带宽 （吞吐量）
3 磁盘大挪 移——磁 盘原理与 技术详解
3.10 固态存储介质和固态硬 盘
https:///
01 3 . 1 0 . 1 S S D 固 态硬 02 3 . 1 0 . 2 从 F l a s h 芯
盘的硬件组成
片读取数据的过程
03 3 . 1 0 . 3 向 F l a s h 芯 04 3 . 1 0 . 4 F l a s h 芯 片
1.1 存储历史
1.2 信息、数据和数据 存储
1.3 用计算机来处理信 息、保存数据
1.2.1 信息 1.2.2 什么是数据
1.2.3 数据存储
08
2 IO大法——走进计算机IO世界
2 IO大法——走进计算机IO世界
2.1 IO的通路—— 总线
2.2 计算机内部通 信
2.2.1 IO总线是否可 以看作网络 2.2.2 CPU、内存和 磁盘之间通过网络来 通信
5.1 操作系统中 RAID的实现和配置
5.2 RAID卡
5.3 磁盘阵列 5.4 虚拟磁盘
5.5 卷管理层
5.6 大话文件系统
5 降龙传说——RAID、虚拟 磁盘、卷和文件系统实战
5.7 文件系统中的IO方 式
5 降龙传说— —RAID、虚 拟磁盘、卷和 文件系统实战
5.1 操作系统中RAID的实现 和配置
https:///
01
5.1.1 Windows Server 2003高级 磁盘管理
02
5.1.2 Linux下 软RAID 配置示例
5 降龙传说—— RAID、虚拟磁盘、 卷和文件系统实战
5.3 磁盘阵列
01
5.3.1 RAID 50
02
5.3.2 RAID 10和RAID 01
3.7 内部传输速率和外部 传输速率
3.9 磁盘的IOPS和传输带 宽（吞吐量）
3.11 Memblaze闪存产 品介绍
3.8 并行传输和串行传输
3.10 固态存储介质和固 态硬盘
3.12 小结：网中有网， 网中之网
3 磁盘大挪移——磁盘原理与技术详解
3.1.1 盘片上的数据 组织
A
3.1.2 硬盘控制电路 简介
1
5.4.1 RAID组的再划分
2
5.4.2 同一通道存在多种类型的 RAID组
3
5.4.3 操作系统如何看待逻辑磁 盘
4
5.4.4 RAID控制器如何管理逻 辑磁盘
5 降龙传说——RAID、虚拟磁盘、卷和文件系统实战
5.4 虚拟磁盘
5.5.1 有了逻辑盘就万事大 吉了么？
5.5.3 Linux下配置LVM实 例
大话存储：存储 系统底层架构原 理极限剖析(终 极版)
演讲人 2 0 2 1 - 11 - 11
01
作者感言
作者感言
02
序1
序1
03
序2
序2
04
序3
序3
05
序4
序4
06
关于书中的武侠情节
关于书中的武侠情节
07
1 混沌初开——存储系统的前世今生
1 混沌初开——存储系统的前世今生
4.2.1 RAID 0技术详析 4.2.3 RAID 2技术详析 4.2.5 RAID 4技术详析
4.2.2 RAID 1技术详析 4.2.4 RAID 3技术详析 4.2.6 RAID 5技术详析
12
5 降龙传说——RAID、虚拟磁盘、卷和文件系统实战
5 降龙传说——RAID、虚拟磁盘、卷和文件系统实战
RAID 4阵式
04
4.1.4
RAID 3阵式
03
4.1.3
RAID 2阵式
02
4.1.2
RAID 1阵式
01
4.1.1
RAID 0阵式
4.1 大话七种RAID武器
4 七星北斗——大话/详解七种 RAID
4.1 大话七种RAID武器
4.1.7 RAID 6阵式
11
4.2 七种RAID技术详解
4.2 七种RAID技术详解
B
3 磁盘大挪 移——磁 盘原理与 技术详解
3.11 Memblaze闪存产品介 绍
https:///
3.11.1 技术能 力
3.11.2 产品能 力
10
4 七星北斗——大话/详解七种RAID
4 七星北斗——大话/详解七种RAID
06
4.1.6 RAID 5阵式
05
4.1.5
5.5.5 低级VM和高级VM
5.5.2 深入卷管理层
5.5.4 卷管理软件的实现
5.5.6 VxVM卷管理软件配 置简介
5 降龙传说——RAID、虚拟磁盘、卷和文件系统实战
2.3 网中之网
09
3 磁盘大挪移——磁盘原理与技术详解
3 磁盘大挪移——磁盘原理与技术详解
3.1 硬盘结构
3.2 磁盘的通 俗演绎
3.3 磁盘相关 高层技术
3.4 硬盘接口 技术
3.5 SCSI硬 盘接口
3.6 磁盘控制 器、驱动器控 制电路和磁盘 控制器驱动程
序
3 磁盘大挪移——磁盘原理与技术详解
3.7 内部传输速率和外部传 输速率
https:///
3.7.1 内部 传输速率
1
3.7.2 外部 传输速率
2
3 磁盘大挪移——磁盘原理与技术详解
3.8.1 并 行传输
3.8.2 串 行传输
3.8 并行传输和串行传输
3 磁盘大挪移——磁盘原理与技术详解
3.9.1 IOPS
3.9.2 传 输带宽
B
3.1.3 磁盘的IO单位
C3.1 硬盘结构3 磁盘大挪移——磁盘原理与技术详解
0
0
1
2
3.3.1 磁盘 中的队列
3.3.2 无序
技术
传输技术
0
0
0
3
4
5
3.3 磁盘相关高层技术
3.3.3 几种 可控磁头扫 描方式概论
3.3.4 关于 磁盘缓存
3.3.5 影响 磁盘性能
的因素
3 磁盘大挪移——磁盘原理与技术详解