存儲(chǔ)基礎(chǔ)知識(shí)一(硬盤(pán))

1、技術(shù)總監(jiān)E:硬盤(pán)技術(shù)希益豐存儲(chǔ)技術(shù)培訓(xùn)教材之一2011.3 北京12345 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)硬盤(pán)的種類(lèi)及發(fā)展趨勢(shì) 企業(yè)級(jí)硬盤(pán)與桌面級(jí)硬盤(pán)的區(qū)別目前主要的硬盤(pán)廠商硬盤(pán)類(lèi)型選擇課程目的：硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)及主要技術(shù) 硬盤(pán)結(jié)構(gòu)主軸馬達(dá)(Spindle Motor)磁頭基座(Base Plate)磁頭停放區(qū)(Parking Zone)盤(pán)片(Media)傳動(dòng)部件接口常用指標(biāo)容量：指硬盤(pán)能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大小，以字節(jié)為基本單位轉(zhuǎn)速：指硬盤(pán)主軸馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，單位為RPM（Round Per Minute)，即每分鐘盤(pán)片轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)緩存：是硬盤(pán)控制器上的一塊內(nèi)存芯片，具有極快的存取速度，它是硬盤(pán)內(nèi)部盤(pán)片和外部接口之間的

2、緩沖器平均訪問(wèn)時(shí)間：硬盤(pán)磁頭找到目標(biāo)數(shù)據(jù)所需的平均時(shí)間尋道時(shí)間：磁頭尋找目標(biāo)數(shù)據(jù)所在軌道所需的時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸率：數(shù)據(jù)從硬盤(pán)表面?zhèn)鬏數(shù)接脖P(pán)的緩存的速率MTBF：MeanTimeBetweenFailure，平均無(wú)故障時(shí)間AFR：Annualized Failure Rate ，按年計(jì)算的失效率硬盤(pán)的主要指標(biāo)和技術(shù)（一）常用指標(biāo)常用指標(biāo)DFT： Drive Fitness Test，硬盤(pán)健康檢測(cè)S.M.A.R.T： Self-Monitoring ,Analysis and Reporting Technology，自監(jiān)測(cè)、分析及報(bào)告技術(shù)TCQ：Tagged Command Queuing ，標(biāo)記命

3、令隊(duì)列NCQ：Native Command Queuing ，本機(jī)命令隊(duì)列，是SATA 規(guī)范支持的一種新的功能，支持NCQ的硬盤(pán)可以對(duì)指令進(jìn)行排隊(duì)（多達(dá)32條指令），重新編排指令執(zhí)行次序，也可以立即執(zhí)行指令，可提高硬盤(pán)的性能，減少CPU占用率Duty Cycle：指硬盤(pán)的工作負(fù)荷， 100%即表示硬盤(pán)每天24小時(shí)不停在進(jìn)行讀寫(xiě)操作SCT： 即S.M.A.R.T Command Transport，該技術(shù)在硬盤(pán)內(nèi)部劃出一部分扇區(qū)做為日志記錄，分析SMART命令包含的狀態(tài)信息，判斷硬盤(pán)的工作狀況從而調(diào)節(jié)負(fù)載（比如數(shù)據(jù)流量）來(lái)保證硬盤(pán)可靠性硬盤(pán)的主要指標(biāo)和技術(shù)（二）硬盤(pán)的讀寫(xiě)速度同硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速成正比更

4、高的轉(zhuǎn)速可縮短硬盤(pán)的平均尋道時(shí)間和實(shí)際讀寫(xiě)時(shí)間硬盤(pán)緩存的大小與速度直接影響硬盤(pán)的整體性能轉(zhuǎn)速和緩存對(duì)硬盤(pán)性能的影響垂直磁記錄在硬盤(pán)目前所使用的水平記錄技術(shù)下，存儲(chǔ)容量離極限越來(lái)越近垂直磁記錄技術(shù)有助于在保證記錄質(zhì)量的同時(shí)進(jìn)一步提高存儲(chǔ)密度現(xiàn)有水平記錄技術(shù)垂直記錄技術(shù)硬盤(pán)的種類(lèi)及發(fā)展趨勢(shì) 硬盤(pán)類(lèi)型及接口SASSATAFCSCSIATA/IDELCSC硬盤(pán)類(lèi)型接口視圖硬盤(pán)發(fā)展歷史及趨勢(shì)時(shí)間點(diǎn)容量FC硬盤(pán) 100GB 300GB 750GB 1000GB146GB300GBSAS硬盤(pán)250GB 400GB 500GB 750GB1000GBSATA硬盤(pán)73GB 300GB146GB 500GB73G

5、B 300GB146GB 19982008SCSI硬盤(pán)73GB硬盤(pán)接口發(fā)展趨勢(shì)SCSI-2 SCSI-3FC-AL100MB/S perPortFC-AL200MB/S perPortSynchronous SCSI 5MB/sFastWide SCSI 10/20MB/sUltra SCSI20/40MB/sUltra2 SCSI40/80MB/sUltra160SCSI160MB/sUltra320 SCSI320/MB/s SAS300MB/s per port SATA SATA IISerial ATA150MB/sSerial ATA II300MB/sFC-AL400MB/S p

6、erPort串行并行ATA/IDE接口硬盤(pán)簡(jiǎn)介Power連接器主/從盤(pán) 跳線40-pin連接器ATA( Advanced Technology Attachment )高級(jí)技術(shù)附加裝置ATA硬盤(pán)是傳統(tǒng)的桌面級(jí)硬盤(pán)，主要應(yīng)用于個(gè)人PC機(jī)，也經(jīng)常稱(chēng)為IDE（ IntegratedDriveElectronics ）硬盤(pán)ATA接口為并行ATA技術(shù)，下一代的產(chǎn)品將轉(zhuǎn)向串行ATA（SATA）SCSI接口硬盤(pán)介紹SCSI (Small Computer System Interface )小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口SCSI硬盤(pán)并發(fā)處理性能優(yōu)異，常應(yīng)用于企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)領(lǐng)域SCSI硬盤(pán)采用并行接口，接口速率目前發(fā)展到32

7、0MBps，基本已經(jīng)達(dá)到極限，將來(lái)必被其串行版本SAS（ Serial Attached SCSI ）硬盤(pán)所替代80-pin 公接頭FC接口硬盤(pán)介紹FC硬盤(pán)采用FC-AL( Fiber Channel Arbitrated Loop，光纖通道仲裁環(huán)) 接口模式FC-AL是一種雙端口的串行存儲(chǔ)接口FC-AL支持全雙工工作方式FC-AL利用類(lèi)似SATA/SAS所用的4芯連接，提供一種單環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一個(gè)控制器能訪問(wèn)126個(gè)硬盤(pán)SATA接口硬盤(pán)介紹SATA：Serial ATA (Serial AdvancedTechnologyAttachment )串行ATASATA采用串行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，接口

8、速率比IDE接口高，最低為150MB/s，并且第二代（SATA ）300MB/s接口硬盤(pán)已經(jīng)形成商用，規(guī)劃內(nèi)的最高速率可達(dá)600MB/sSATA硬盤(pán)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式，支持熱插拔，即插即用SATA技術(shù)SATAII有以下五個(gè)主要特性：更高的端口傳輸率（300MB/s）本機(jī)命令隊(duì)列（NCQ）組件管理（Enclosure Management ），比如風(fēng)扇控制，溫度控制，新硬盤(pán)指示，壞硬盤(pán)指示，硬盤(pán)狀態(tài)指示等 端口復(fù)用（Port Multiplier ），允許多個(gè)硬盤(pán)連接到同一端口可升級(jí)到SASSATA技術(shù)可對(duì)247企業(yè)在線和近線存儲(chǔ)應(yīng)用提供超大容量和高可靠性的支持SAS接口硬盤(pán)介紹SAS(Seri

9、al Attached SCSI) 串行連接SCSI SAS是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、全雙工、雙端口的接口SAS專(zhuān)為滿足高性能企業(yè)需求而設(shè)計(jì)，并且兼容SATA硬盤(pán)，為企業(yè)用戶帶來(lái)前所未有的靈活性SAS接口硬盤(pán)優(yōu)點(diǎn)性能：能夠提供3.0Gbit/s的傳輸率，規(guī)劃到12.0Gbit/s兼容性：SAS連接器可以同時(shí)支持SATA和SAS硬盤(pán)可擴(kuò)展性：通過(guò)Expander可以擴(kuò)展到16000個(gè)設(shè)備支持世界范圍唯一的設(shè)備ID號(hào)，提高了設(shè)備尋址能力支持更長(zhǎng)距離的電纜，在無(wú)光纖傳輸能力的情況下，電纜長(zhǎng)度可以到10米靈活性：SAS可以使用現(xiàn)有的SCSI命令集，保護(hù)企業(yè)現(xiàn)有SCSI軟件的投資，繼承了SCSI的高可用性，并在SC

10、SI命令排隊(duì)方面進(jìn)行了優(yōu)化SAS完全承襲了SCSI的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還考慮了向下兼容SATA的問(wèn)題，因此用戶可以根據(jù)不同的需求和承受能力，靈活選擇SAS和SATA進(jìn)行組合來(lái)構(gòu)建存儲(chǔ)系統(tǒng)硬盤(pán)各類(lèi)接口間的對(duì)比* SATA 接口硬盤(pán)支持NCQ，SATA 不支持企業(yè)級(jí)硬盤(pán)與桌面級(jí)硬盤(pán)的區(qū)別企業(yè)級(jí)硬盤(pán)發(fā)展情況200420052006200720082009050001000015000200002500030000350004000045000FCSASSATASCSIFC來(lái)源: Gartner Dataquest 2005年9月企業(yè)市場(chǎng)接口(千臺(tái)/年)企業(yè)級(jí)硬盤(pán)與桌面級(jí)硬盤(pán)的區(qū)別序號(hào)參數(shù)桌面級(jí)企業(yè)級(jí)1上電時(shí)間8小時(shí)/天24小時(shí)/天2Duty Cycle（工作負(fù)荷）