【正文】 ? 1956 IBM Ramac ~ 七十年代早期 Winchester ? 針對(duì)大型機(jī)開發(fā)，專用接口 ? 在大小上不斷縮?。?27 in. 至 14 in. ? 七十年代 ? ? 出現(xiàn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)磁盤接口 ? ST506, SASI, SMD, ESDI ? 八十年代早期 ? 個(gè)人計(jì)算機(jī)和第一代工作站 ? 八十年代中期 ? Client/server計(jì)算 ? 基于文件服務(wù)器的集中存儲(chǔ) ? 加速磁盤的小型化： 8英寸 至 ? 巨大的磁盤驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)成為現(xiàn)實(shí) ? 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)： SCSI、 IPI、 IDE ? 在 PC市場(chǎng)，采用 ，專用接口壽終正寢 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 磁盤的歷史 數(shù)據(jù)密度 兆位 /平方英寸 顯示的 容量單位 兆字節(jié) 1973: 1. 7兆位 /平方英寸 140 兆字節(jié) 1979: 7. 7兆位 /平方英寸 2,300兆字節(jié) source: New York Times, 2/23/98, page C3, Wakers of disk drives crowd even more data into even smaller spaces 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 歷史回顧 ? 八十年代末 /九十年代初： ? 膝上機(jī)、筆記本電腦 (掌上機(jī) ) ? 、 ( ) ? 大小 加上 容量 驅(qū)動(dòng) 市場(chǎng)，而非性能 ? 目前，帶寬改進(jìn)： 40%/年 ? 來(lái)自 DRAM、 PCMCIA卡中 flash RAM的挑戰(zhàn) ? 仍然太貴， Intel承諾降低成本但還沒有兌現(xiàn) ? 每立方英寸上兆字節(jié)，還不能另人滿意 ? 光盤性能尚不理想，但有小的生存空間 (CD ROM) 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 磁盤歷史（緒） 1989: 63 Mbit/sq. in 60,000 MBytes 1997: 1450 Mbit/sq. in 2300 MBytes source: New York Times, 2/23/98, page C3, Wakers of disk drives crowd even more data into even smaller spaces 1997: 3090 Mbit/sq. in 8100 MBytes 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 Areal Density ? Bits recorded along a track ? Metric is Bits Per Inch (BPI) ? Number of tracks per surface ? Metric is Tracks Per Inch (TPI) ? Care about bit density per unit area ? Metric is Bits Per Square Inch ? Called Areal Density ? Areal Density = BPI x TPI 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 九十年代初的數(shù)據(jù)存貯技術(shù) Cap BPI TPI BPI*TPI Data Xfer Access Technology (MB) (Million) (KByte/s) Time Conventional Tape: Cartridge (.25) 150 12022 104 92 minutes IBM 3490 (.5) 800 22860 38 3000 seconds Helical Scan Tape: Video (8mm) 4600 43200 1638 71 492 45 secs DAT (4mm) 1300 61000 1870 114 183 20 secs Magic amp。s) high Byte Parity 距離 帶寬 延遲 可靠性 ? 互聯(lián) = 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中部件間的連接 ? 高速硬件接口 + 邏輯協(xié)議 ? 網(wǎng)絡(luò)、通道、底板 存儲(chǔ)器映射 通路寬 集中式仲裁 基于消息 通路窄 分布式仲裁 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 底板的體系結(jié)構(gòu) 差異在不斷縮小 : SCSI通道很像一條總線 FutureBus很像通道 (斷接 /連接 ) HIPPI形成高速交換網(wǎng)的聯(lián)路 度量 VM E F u t u r e Bu s M u l t i B u s I I SCSI I總線寬度 ( 信號(hào)數(shù) ) 128 96 96 25地址 / 數(shù)據(jù) 復(fù)用 否 是 是 Na數(shù)據(jù)寬度 1 6 3 2 32 32 8傳輸大小 單 / 多 單 / 多 單 / 多 單 / 多總線主設(shè)備數(shù)目 多 多 多 多分離事務(wù) ( s p l i t t r a n s a c t i o n s ) 否 可選 可選 可選時(shí)序 異步 異步 同步 異步 / 同步帶寬，單字 （ 0 n s 存儲(chǔ)器） 25 37 20 5 , 1 . 5帶寬，單字 （ 1 5 0 ns 存儲(chǔ)器） 1 2 . 9 1 5 . 5 10 5 , 1 . 5帶寬，多字 （ 0 n s 存儲(chǔ)器） 2 7 . 9 9 5 . 2 40 5 , 1 . 5帶寬，多字 （ 1 5 0 ns 存儲(chǔ)器） 1 3 . 6 2 0 . 8 1 3 . 3 5 , 1 . 5最大設(shè)備數(shù) 21 20 21 7最大總線長(zhǎng)度 5 m 0 . 5 m 0 . 5 m 2 5 m標(biāo)準(zhǔn) I EE E 1 0 1 4 I EE E 8 9 6 A NSI / I EE E 1 2 9 6 A NSI X3 . 1 3 1北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 基于總線的互聯(lián) ? 總線：子系統(tǒng)間的共享通信聯(lián)路 ? 低成本：一組線路被多種需要而共享 ? 多功能性：易于增加新設(shè)備，甚至可以利用公共總線在多計(jì)算機(jī)之間公用外設(shè) ? 缺點(diǎn) ? 通信瓶頸，可能會(huì)限制最大 I/O吞吐率 ? 總線速度受限于一些物理因素 ? 總線長(zhǎng)度 ? 設(shè)備的數(shù)量 (總線負(fù)載 )。 新數(shù)據(jù) 舊數(shù)據(jù) 舊奇偶位 XOR XOR (1. 讀 ) (2. 讀 ) (3. 寫 ) (4. 寫 ) RAID5: Small Write Algorithm 1次邏輯寫 = 2次物理讀 + 2次物理寫 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 子系統(tǒng)組成 主機(jī) 陣列 控制器 單板 磁盤控制器 單板 磁盤控制器 單板 磁盤控制器 單板 磁盤控制器 主機(jī) 適配器 管理 與主機(jī)的接口、 DMA 控制、緩沖、 奇偶邏輯 物理設(shè)備控制 often piggybacked in small format devices 條塊化軟件從主機(jī)下載到陣列控制器 不修改應(yīng)用程序 不降低主機(jī)性能 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 系統(tǒng)可用性：正交 RAID Array Controller String Controller String Controller String Controller String Controller String Controller String Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . 數(shù)據(jù)恢復(fù)組：數(shù)據(jù)冗余的單位 冗余支持部件：風(fēng)扇、供電設(shè)施、控制器、電纜 端點(diǎn)到端點(diǎn)的數(shù)據(jù)完整性：具有內(nèi)在奇偶保護(hù)的數(shù)據(jù)通路 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 系統(tǒng)級(jí)可用性 完全雙冗余 I/O控制器 I/O控制器 陣列控制器 陣列控制器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 恢復(fù)組 目標(biāo)：無(wú)單失效點(diǎn) 主機(jī) 主機(jī) 通過備份的通路，在沒有失效時(shí)可以達(dá)到更高的性能 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 Berkeley History: RAIDI ? RAIDI (1989) ? Consisted of a Sun 4/280 workstation with 128 MB of DRAM, four dualstring SCSI controllers, 28 SCSI disks and specialized disk striping software ? Today RAID is $24 billion dollar industry, 80% nonPC disks sold in RAIDs 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 小結(jié) : RAID技術(shù) ? Disk Mirroring, Shadowing (RAID 1) Each disk is fully duplicated onto its shadow Logical write = two physical writes 100% capacity overhead ? Parity Data Bandwidth Array (RAID 3) Parity puted horizontally Logically a single high data bw disk ? High I/O Rate Parity Array (RAID 5) Interleaved parity blocks Independent reads and writes Logical write = 2 reads + 2 writes 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1