MEMS存储设备在计算机系统中应用的关键技术研究
发布时间：2020-11-01 00:00
受超顺磁效应和机械转速的限制,磁介质存储密度和磁盘访问速度的提升已很困难。同时,各种新型存储介质不断涌现。MEMS(Micro Electromechanical System,微机电系统)存储器是一种新型存储器件,具有高密度、低功耗、非易失、多探针并行访问等特点,相对于传统磁盘具有明显优势。可以填补RAM和磁盘之间的性能差距,可在计算机系统中承担多种角色,为新型高性能海量存储系统结构研究带来新思路和新机遇。 本文对MEMS存储技术进行了深入研究,根据CMU大学MEMS存储设备原型,研究了MEMS存储设备存储原理、物理结构、逻辑结构、访问特性,并依据这个原型建立了线性性能模型。 磁盘阵列RAID是提高存储带宽和可靠性最主要的技术途径。本文研究了MEMS存储设备在应用盘阵中的关键技术。研究工作主要包括以下几个方面: 1) MEMS存储设备可代替磁盘构建RAID,通过单设备内多探针并行和多个设备间的并行访问带来高性能,用信息冗余和备用空间带来高可靠性。模拟分析表明与传统磁盘阵列相比,MEMS存储阵列大幅提高了性能。 2) MEMS存储设备可集成到磁盘中,作为磁盘的大容量非易失Cache;也可替代NVRAMCache,作为RAID控制器中的Cache。本文设计并实现了MEMS Caching Disk,并进行了性能模拟分析。 3) MEMS存储设备的价格比磁盘高,为了提高性价比,本文利用MEMS存储设备的高性能和磁盘的廉价特性,提出了3种混合型盘阵结构:MEMS盘镜像、日志盘备份和双RAID结构,充分发挥了MEMS存储设备快速访问的性能和磁盘顺序访问的特性,既提高了性能,又降低了成本,具有较高的性价比。 4)研究了MEMS存储阵列的可靠性,深入研究不同的故障器件替换方案、不同的备用空间方案对MEMS存储阵列可靠性的影响。研究表明,MEMS存储阵列具有比磁盘更高的可靠性。 本文研究了MEMS存储设备的管理技术,主要包括请求调度算法、数据布局、设备故障管理和功耗管理四个方面。研究结果表明,磁盘的请求调度算法和故障处理策略在MEMS存储设备上同样使用;研究了一种更适合MEMS存储设备机械定位特性的双向数据布局策略;MEMS存储设备的功耗比磁盘低很多。 MEMS存储设备的二维数据存储特性,适合关系数据的存取。本文针对数据库应用领域,研究了磁盘对表格型数据的存储方式,介绍了一种适合MEMS存储设备的关系数据存储策略TDL。分析表明,TDL策略显著提高了数据库查询的速度、主存利用率和Cache利用率。 本文的研究工作为MEMS存储设备在计算机系统中的应用奠定了基础,其中一些设计思想和关键技术,对其它新型存储设备在计算机系统中的应用,同样具有参考价值和指导意义。
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TP333.2
【部分图文】：
全球第一块磁盘，磁盘逐渐取代磁带成为存储行业的首选出现可以和发明微处理器相比。因为磁盘除了具有强大处理能力。没有存储的支撑，计算机就不可能实现今天这么多工作，因此计算机的发展实际上离不开存储技术的发产生到现在，技术不断创新，容量越来越大，体积越来越记录方式也从水平记录发展到垂直记录。磁盘应用的领域费电子应用领域。50年来，磁盘密度提高了1，000，000技术的改进主要包括:超低飞行磁头10lun，加钉超稳录，垂直磁记录。这些技术使磁盘在50年内获得了飞跃存储设备。但是，受“超顺磁极限”(传统磁记录驱动器20一40Gb/平方英寸时，磁盘上的磁介质就无法保持发展的理论极限。)和机械转速的限制，磁介质存储密度CPU和内存之间的性能差距可以通过高速的cache缓解，没有解决，还在以每年50%的速度增加。这就对数据库、开发工具等应用带来性能和扩展性的限制。
图2.2MEMS存储设备的立体视图大学的MEMS存储设备原型on大学研制的MEMS存储设备原型采用磁介质记录数主要是从两个方面考虑:一是磁介质是磁盘中比较成介质不需要直接接触，可以减少接触产生的物理磨损伺服系统维持探针和介质之间的空隙，系统复杂性比介质和一般MEMS组件的兼容性也是需要考虑的问题大学对MEMS存储设备的研究成果是三代MEMS存型来说，介质的覆盖区域为1%~2，用于记录数据的探针。将存储介质划分成40*40lun的存储单元，每个字量为3.2GB。大学研制的MEMS存储设备原型，存储单元还考。磁盘存储单元的边比例很高，可以增强抗噪声干扰的第7页
(l)柱面:这一术语与磁盘的柱面的概念相似。柱面是指在所有的小区域中具有相同x偏移量的数据集合。柱面包含的是当 mediasled的x轴的偏移量不变时，sled沿y轴方向移动时，所有探头可以访问的所有数据集合。如图2.4中4个椭圆所表示的柱面1。从图2.4可以看出，每个sled有M柱面。第9页
【参考文献】
本文编号：2864707
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TP333.2
【部分图文】：
全球第一块磁盘，磁盘逐渐取代磁带成为存储行业的首选出现可以和发明微处理器相比。因为磁盘除了具有强大处理能力。没有存储的支撑，计算机就不可能实现今天这么多工作，因此计算机的发展实际上离不开存储技术的发产生到现在，技术不断创新，容量越来越大，体积越来越记录方式也从水平记录发展到垂直记录。磁盘应用的领域费电子应用领域。50年来，磁盘密度提高了1，000，000技术的改进主要包括:超低飞行磁头10lun，加钉超稳录，垂直磁记录。这些技术使磁盘在50年内获得了飞跃存储设备。但是，受“超顺磁极限”(传统磁记录驱动器20一40Gb/平方英寸时，磁盘上的磁介质就无法保持发展的理论极限。)和机械转速的限制，磁介质存储密度CPU和内存之间的性能差距可以通过高速的cache缓解，没有解决，还在以每年50%的速度增加。这就对数据库、开发工具等应用带来性能和扩展性的限制。
图2.2MEMS存储设备的立体视图大学的MEMS存储设备原型on大学研制的MEMS存储设备原型采用磁介质记录数主要是从两个方面考虑:一是磁介质是磁盘中比较成介质不需要直接接触，可以减少接触产生的物理磨损伺服系统维持探针和介质之间的空隙，系统复杂性比介质和一般MEMS组件的兼容性也是需要考虑的问题大学对MEMS存储设备的研究成果是三代MEMS存型来说，介质的覆盖区域为1%~2，用于记录数据的探针。将存储介质划分成40*40lun的存储单元，每个字量为3.2GB。大学研制的MEMS存储设备原型，存储单元还考。磁盘存储单元的边比例很高，可以增强抗噪声干扰的第7页
(l)柱面:这一术语与磁盘的柱面的概念相似。柱面是指在所有的小区域中具有相同x偏移量的数据集合。柱面包含的是当 mediasled的x轴的偏移量不变时，sled沿y轴方向移动时，所有探头可以访问的所有数据集合。如图2.4中4个椭圆所表示的柱面1。从图2.4可以看出，每个sled有M柱面。第9页
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 尚涛,施亮,吴智铭;RAID系统的结构化模型[J];微型电脑应用;2001年01期
本文编号：2864707
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