Raid 5: четность вращения для распараллеливания записей

RAID уровня 4 позволяли добиться параллелизма при считывании отдельных дисков, но запись по-прежнему ограничена возможностью выполнения одной операции на группу, так как при каждой операции должны выполняться запись и чтение контрольного диска. Система уровня 5 улучшает возможности системы уровня 4 посредством распределения контрольной информации между всеми дисками группы.

Это небольшое изменение оказывает огромное влияние на производительность записи небольших массивов информации. Если операции записи могут быть спланированы так, чтобы обращаться за данными и соответствующими им блоками четности к разным дискам, появляется возможность параллельного выполнения N/2 записей, где N - число дисков в группе. Данная организация имеет одинаково высокую производительность при записи и при считывании как небольших, так и больших объемов информации, что делает ее наиболее привлекательной в случаях смешанных применений.

Raid 6: Двумерная четность для обеспечения большей надежности

Этот пункт можно рассмотреть в контексте соотношения отказоустойчивость/пропускная способность. RAID 5 предлагают, по существу, лишь одно измерение дисковой матрицы, вторым измерением которой являются секторы. Теперь рассмотрим объединение дисков в двумерный массив таким образом, чтобы секторы являлись третьим измерением. Мы можем иметь контроль четности по строкам, как в системах уровня 5, а также по столбцам, которые, в свою очередь. могут расслаиваться для обеспечения возможности параллельной записи. При такой организации можно преодолеть любые отказы двух дисков и многие отказы трех дисков. Однако при выполнении логической записи реально происходит шесть обращений к диску: за старыми данными, за четностью по строкам и по столбцам, а также для записи новых данных и новых значений четности. Для некоторых применений с очень высокими требованиями к отказоустойчивости такая избыточность может оказаться приемлемой, однако для традиционных суперкомпьютеров и для обработки транзакций данный метод не подойдет.

Возможны и более сложные массивы, в которых применяются двухступенчатые комбинации рассмотренных уровней. Например, RAID 10 – массив RAID 0, собранный из пар зеркальных дисков (RAID 1). В качестве интерфейса чаще всего фигурирует интерфейс SCSI. Еще лучшие результаты дает применение последовательного интерфейса SAS. Необходимо отметить, что массивы RAID могут быть реализованы как аппаратно, так и программно.

Флэш-память

Это энергонезависимые запоминающие устройства, используемые для долговременного хранения информации с возможностью многократной перезаписи. Есть описание в [1]. Внешне они представляют собой прямоугольные картриджи. Это металл-нитридные микросхемы, изобретённые в начале 80-х годов фирмой Intel. При работе указатели перемещаются на начальный адрес блока, затем байты данных передаются в последовательном порядке с использованием стробирующего сигнала. Стирание всего блока производится отдельным сигналом. Стирание, считывание и запись производятся электрическими сигналами, а не лазером. В современных устройствах имеются программные или аппаратные средства формирования виртуальных блоков, обеспечивающие запись информации поочерёдно в разные области флэш-памяти. Ёмкость флеш-дисков, изготавливаемых на основе многоуровневых ячеек, на базе логических схем NAND (НЕ-И, штрих Шеффера) достигает нескольких гигабайтов. Многоцелевую флэш-память на базе Super Flash (SF) разработала компания Silicon Storage Technology со временем доступа 90 нс, временем стирания сектора 36 мкс, стиранием всей ИС 140 мкс. Потребление тока в активном режиме – 5 мА, в режиме ожидания – 1мкА при напряжении 1,95 В. Выпускаются в 48-контактных корпусах.

Фирма M-Systems разработала DIP-микросхему с 32 контактами.

Сейчас уже используют третье поколение чип ёмкостью 2 Гбит, 130 нм.

Флэш-память используют в качестве альтернативных HDD твердотельных дисков с интерфейсами ATA (IDE), Serial ATA, USB, IEEE 1394 и др.

Конструктивных вариантов исполнения флэш-памяти существует много.

ATA Flash (PC Card ATA). Их ёмкость до 1 Гбайт, габариты 85,6*54*33 мм с 68- контактным разъёмом и ATA-контроллером. Выпускается трёх типов, отличающихся толщиной: 3,3; 5,0 и 10,5 мм.

Compact Flash (CF) тоже имеет две модификации:

CF Type1 разработан в 1994 году фирмой SanDisk и имеет размеры 42,8* 36,4*3,3 мм, вес 10 г и разъём на 50 контактов, а потому требует переходник на 68 контактов. Ёмкость карт выпуска 2002 года фирмы Netac до 512 Мбайт со скоростью чтения 1 Мбайт/с, а скорость записи – 0,9 Мбайт/с.

CF Type2 толщиной 5 мм и ёмкостью до 4 Гбайт. Скорость чтения-записи – 1,4 Мбайт/с.

Smart Media (SM) – твёрдотельный диск фирмы Toshiba размерами 45,5*37*0,76 мм весом 2 г. Имеет разъём с 22 контактами без контроллера. Объём 128 Мбайт со скоростью обмена 512 Кбайт/с.

xD-Picture – усовершенствованный SM, размер карты 25*20*1,7 мм, вес 2 г, ёмкость 256 Мбайт, скорость передачи до 3 Мбайт/с.

Multimedia Card (MMC) поставляется фирмами SanDisk и Siemens с конца 1997 г. Ёмкость карт до 256 Мбайт, размер 32*24*1,4 мм, вес 2 г. Скорость чтения до 2 Мбайт/с, записи – до 512 Кбайт/с.

Secure Digital Card (SD) предложен в 1999 году фирмой Panasonic. Размер карт 32*24*2,1 мм, вес около 2 г. Ёмкость до 1024 Мбайт, скорость обмена – 6 Мбайт/с 9-ти контактный. В 2005 году обещаны версии карты на 4,8 и 16 Мбайт. Сейчас для них выпускаются дисководы для подключения к компьютерам. Компания TDK Marketing представила считыватель серии Media Reader с интерфейсом USB2 для флэш-карт форматов SD, MMC, CF, IBM Micro Drive (питание через шину USB).

Выводы

Основная функция всех видов внешней памяти ЭВМ состоит в том, чтобы сохранять информацию для повторного использования, а также для использования виртуального увеличения объема памяти.

Данные на внешних носителях недоступны человеку без помощи компьютера.

Информация на носителях внешней памяти хранится в виде отдельных блоков – секторов. Сектор является неделимой единицей информации, т.е. может быть прочитан только целиком.

В обмене данными между внешней памятью и внутренней существенную роль играют контроллеры (интерфейсы), которые обслуживают диск.

В любой момент времени процессор работает только с ОП, в которую она предварительно заносится из ВП.

Все виды памяти связаны между собой, образуя общую иерархию.