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不断扩充成长的储存记忆领域
基本零组件之系统观(一)

【作者: 亭心】2006年01月25日 星期三

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在IT产业里,我们会发现装置中的内存与储存空间不断地扩增,PC的随机存取内存(DRAM),用个1、2GB是很平常的,所使用的硬盘动不动就是100、200GB;加上DVD光盘的应用、随身碟、外接式2.5吋硬盘、记忆卡,甚至于ISP业者、入口网站业者所提供的在线免费记忆空间,林林总总一般来讲用也用不完。由于记忆空间太大了,种类也太多了,不仅造成数据、应用程序到处存放,而且重复、杂乱,甚至片段、支离破碎到难以辨别,真正要找数据时也就毫无头绪了。


当PC刚开始应用的时候,DOS操作系统只能提供640K的DRAM控制,业者质疑640K的限制时,微软创办人比尔盖兹还辩称想不出有什么应用程序需要用超过640K的RAM?还好随着软硬件的扩充发展,他也就从善如流的来配合,后来的操作系统反而成为吃内存的大怪兽呢。从这里可以看得出来,比尔盖兹会成功不在于他不会犯错,而是他能勇于反省改过,就好像他本来也没看好因特网,等到发现大势不妙,就毫不避讳、大张旗鼓的「拥抱未来」一样。但当微软的操作系统网络化后,存取记忆的空间就更广阔无限制了。


事实上,像Linux之类的操作系统早就是网络化的运作,可以记忆储存的空间也是无限,但Windows的发展才扩充出更多的应用装置,并使生活上离不开数字信息的存取需求。而且因应数字生活的到来,更精密的多媒体输出入设备也会大量开发出来,届时所需要的储存空间更大,存取的频率也更多;所以,了解记忆储存装置的发展,并做好记忆储存策略,也是未来竞争致胜的关键。


记忆储存整体观

内存的种类与发展形式很多,在晶圆厂而言,有没有相关的制程能力是主要的生产条件;但在IC设计业者而言,则是如何选择适用的搭配内存,或是购买嵌入式内存的SIP版权;系统厂商则是市场需求与供货能力、成本的考虑了。也就是说,内存组件正是三大基本电子组件之一,另外两个都是更复杂而广泛组件,一是逻辑组件,一是感测组件,目前也只有内存组件最通用而单纯。


又,随着电子产品的更加广泛应用,内存组件的使用与市场也会不断扩增,这有三个层面,一是未来将大量的融入在SoC的整合制造中;一是单纯系统产品的独立内存组件仍旧需求不断且日新月异;另一是适应轻薄短小的时代需求,半导体存储元件所组成的扩充记忆装置,将大幅取代现有的磁盘记忆装置。所以,广泛的内存定义也不是限制在半导体材料而已,我们应该以更宏观的角度来看内存,所有记忆的统合都是用来延续过去、保有现在与开创未来的依据,它是活生生的东西,绝不是冷冰冰的数据或骨董而已,因此我们应该正视它,并做出适当的策略规划,这样才能够掌握整个系统的发展与应用。


有关内存的使用当然是多多益善,而且内存本身会由操作系统统筹管理,所以不必太过于操心它的运用,不过为了整体上的考虑,用户也必须备妥适当的随机存取内存,以维持正常的使用效率。有些应用系统也会利用内存来增进效能,例如SQL数据库就可以根据设计者的定义,将用户常用的数据暂存在DRAM里,免得每次存取都还要到仓储中再挖出来;另外像IE浏览器也会留存一定的历史档案,以增进一般的浏览速度。可见记忆储存作业真的必须整体观,而且还要软件、硬件一起来,虚拟与实体协同处理。


实体的记忆储存规划

实体的记忆储存装置可分为三部分(图一),一是主机本身的记忆储存装置,二是从主机向外连接的储存系统,三是各类可携式的行动储存设备。这三者之间都要能够相互连接(Interconnect),才能做好实体记忆储存规划,下面我们再做详细的个别说明:


《图一 实体记忆储存装置示意图》
《图一 实体记忆储存装置示意图》

主机记忆装置

实体的记忆装置得先从本身主机来看,如图一中的金字塔型便是主机中的记忆装置,金字塔越顶端的内存速度较快,但记忆容量很小且属于挥发性的记忆模式(Volatile Memory),底下的Storage Device则是内装的硬盘、磁盘、光盘等装置,目前的容量几乎都大到让消费者用不完,甚至有点浪费的感觉。像数百GB的硬盘档案装也装不完、杀也不用杀,反而造成一片混乱;DVD光盘不久之后一片就可容纳50GB,也不知道该怎么利用。只能先把它们整合起来、分门别类再说。


主机向外连接的储存系统

金字塔型旁边箭头链接的则是主机以外的储存装置,主要有三种,即直接附带储存(Direct Attached Storage;DAS)、网络附带储存(Network Attached Storage;NAS)与储存局域网络(Storage Area Network;SAN)。DAS的设备只提供给主机附加使用,如果没有做特别的连接,无法做各种储存整合与实时的应用;NAS则是附带于局域网络上的档案存取交换功能,虽然架构简单,但也无法应付实时动态的信息流。SAN则是真正的广域储存系统,不依赖特定主机或工作站,就能独立完成信息的交换供给,所以SAN在图一上是以双向的箭头与主机连接。虽然DAS、NAS与SAN各有不同定位,但我们仍得以主机为中心,把周遭的储存资源认识清楚,并做好整体的规划。


可携式行动储存设备

行动储存(Mobile Storage)属于图一的虚线圆圈圈外围,这是目前行动化、无线化中相当热门的应用,也与一般人的数字生活习习相关。主要的储存装置有记忆卡、微型硬盘、随身碟与嵌入式非挥发性内存等。这些行动储存设备虽然储存的空间不大,但却相当的零乱多样,很可能是整合管理上的死角,所以应该利用方便的传输界面,与主机随时搭上线,把必要的数据放在主机上存取并做好备份,否则可携式储存就成为最容易遗失数据的漏洞。


虚拟的记忆储存规划

虚拟的记忆储存规划主要是以软件系统来执行,也可以分为三个部份(图二),一是储存装置的抽象化管理,二是档案数据的系统化管理,三是智能型搜寻系统的应用。所以虚拟化的作用就是真正把数据串连整合起来,也才能解决越来越多的信息洪流。这三个虚拟化的部份都可以说是一种辨识的方法,数据要能辨识才有用,否则只以实体连接存取并没有意义,下面我们再将这三种数据辨识方法做个别说明:


《图二 虚拟的记忆储存规划示意图》
《图二 虚拟的记忆储存规划示意图》

虚拟化储存装置

如同前面实体储存装置或系统所言,各种记忆储存项目可能越来越繁多,所以一定要在自己的HOST上有效的辨别它们、利用它们。也就是说虚拟化主要就在集中管理众多的储存装置,这样才能让用户真正地分散存取这些数据。通常具有网络服务的操作系统都能自动Mounting它们,并自动编列为A至Z的存取入口,但A到Z只有26个,将来可能不够用,不过相信未来的操作系统会有更好的规划。虚拟储存装置在图二的「戴维之星」中属于正三角形的那一块,有了它才能规划分配储存空间。


档案数据系统化

储存空间都规划分配得很清楚了,要存放进去的档案内容也要有系统的分类,以便将来有效的存取利用。档案部分最重要的就是目录与档名的系统化处理,现在都是以树状的方式来陈列,并辅以图标来辨别,这已经做了很好的虚拟化工作了,不过相同的数据以不同的档名存在,或是不同的数据却以相同的档名存在不同的目录中,也是造成杂乱的原因,因此有系统、知识化的来分类与命名各种档案数据,这是随时都必须进行的工作。虚拟的档案与目录名称,就在「戴维之星」的倒三角形那一块,这是真正实际的数据辨别与存取的作业。


搜寻系统的应用

记忆储存装置越来越多,应用程序也就越来越多,所产生的信息将是难以估计的庞大数量,加上多媒体化的各种格式,要用人工找出所需的数据是相当困难一件事。所以针对储存的档案或内容开发自动化的搜寻工具就很重要,寻找档案要利用操作系统附加的搜寻程序,但寻找档案中的内容就需要利用各类的应用软件,例如文字处理软件,就能让你搜寻文件内容,网络搜索引擎就能让你搜寻各种网页。在多媒体的应用中,有些档案是系统自动建立的流水号档名,外表看不出它所代表的东西,因此将来也会有图片、影音等搜寻工具。就像Google就推出了让用户搜寻即时消息传递软件所纪录的内容,自己以前跟人对谈的内容也就找得回来了。这些用来虚拟存取档案内容的各种搜寻工具就在图二中的外围圈圈上,随时为我们做好记忆储存的服务。


结语:

记忆储存的内涵是相当广泛的一种应用,有了它才能驱动执行相关的工作,有了它也才能辨别信息的种类与内容。再人们走入数字化的时代之后,信息的生产更加的迅速与多样,同时也具有完美的复制能力,例如数字影音的播放永远也不会退色变质,复制品跟真品也一模一样。具有这样神奇的能力,难怪各种数字化的工作如火如荼的展开,各种记忆储存数字数据的装置也到处充斥。但是当人们越来越依赖数字工具时,也要注意当数字数据遗失或损毁时,也会消失的无影无踪,所以做好记忆储存的规划是刻不容缓的事,而完整有策略的备份作业(Backup System)更必须念兹在兹的去执行。


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