固态硬盘写入/擦除次数与读写速度的优化设计
发布时间：2021-08-19 12:00
计算机行业发展迅速,其运算及传输能力在近年来得到很大的提升。但硬盘做为重要的部件已经成为了性能瓶颈,其发展长期停滞不前。传统的硬盘有着速度慢,笨重,不抗震动的缺点。而固态硬盘又存在着写入/擦除次数的限制。同时,一般的固态硬盘由于受到接口的限制其实际的读写速度也有限。在一些有高性能要求的应用领域,普通的固态硬盘速度也不够。本文研究内容的利用了固态存储快速有效且不需要机械臂寻址的特点,来达到提升读写速度的目的。在下位机以储存媒介闪存堆叠的固态硬盘做为板载盘,通过RAID 0的方式建立一个高性能的固态硬盘卡。并利用上位机的系统内存,对文件的写入方式进行优化。同时系统采用了双级缓存的结构,采用大容量的内存做为系统内部存储的一级缓冲,利用操作系统和主机本身携带的内存做为二级缓存。操作的基本原理是对传入的数据进行拦截和整理,同时加入映射表,用于记录写入前和写入后的数据联系,以保证数据的输入输出没有问题。最后再存入实体的硬盘之内。整个系统软硬件结合,目的是改善传统硬盘的缺点,在提高了数据的总写入量的同时又极大的提高了数据传输的性能。实现的结果可以使硬盘卡的持续读写速度提高到2200MBps,瞬间的读...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据总量变化图
图 1-2 个人使用和企业数据分类数据在总量方面不断的增加，同时微机应用对于数据使用和存储的速度要求也在不断的增加。网络传输的速率从早期的几十 kbps 到现代的光纤几十 Gbps2]，发展迅速。同时各种接口的发展也十分迅速，USB 接口从早期的 USB1.0发展为目前的 USB3.0，甚至是 USB3.1。硬盘的接口也由之前的 IDE 接口发展为目前的 SATA2.0，甚至 SATA3.0。具有更快传输速率的 PCIe3.0 接口在某些领域也已经开始应用。这些都已经在个人计算机平台上实现。无论在云端还个人终端，数据最终是要被保存在存储设备中的。目前市场上计算机应用最广泛的是传统硬盘。传统硬盘在速度，机械安全，功耗，体积方面具有很难突破的瓶颈。目前光纤的理论速率至少几十 Tbps，实验室也早就突破 100Gbps，而高速硬盘的读写速度却不过 1Gbps。由于硬盘是以机械磁头寻轨的方式进行存储的，所以对于小文档的读写实际速度在 10Mbps 以下[3]。终端用户对与速度的追求，使得传统的机械硬盘已经无法满足要求。不但如此，由于各种原因，保存在硬盘中的数据也可能会丢失，特别是机械的撞击，震动等[4]。另外，个人计算机在对硬盘的选择上面还存在着体积和成本的限制。
图 1-3 磁盘示意图的 MQ01ACF032 系列为例，它的寻道时间 Ts 为中的一个扇区的总时间 T 等于总寻道时间 Tds 与公式(1-1)求得：T=Tds+Tr 取一个扇区的总时间(s)；为 Ds=90，等待读取的磁道队列是 Ds1=60，Ds2=的寻道方式——中心原则[6]，即始终由内部的磁取的顺序是 Ds4->Ds3->Ds2->Ds1[7]。总寻道时间由公式(1-2)，(1-3)求得。 s4 Ds Ds3 Ds4 Ds2 Ds4 Ds1 Ds20.560000 RmsTr 硬盘的转速， R 7200( rad/s)；个磁道的扇区数量， S 128；
【参考文献】：
期刊论文
[1]实时图像识别系统PCI驱动程序设计与开发[J]. 冉义兵,魏东,王义. 计算机工程与设计. 2014(09)
[2]大数据管理:概念、技术与挑战[J]. 孟小峰,慈祥. 计算机研究与发展. 2013(01)
[3]硬盘驱动磁头偏置误差检测算法的研究[J]. 葛晓宇,肖勇,袁德成,潘佩琦. 测控技术. 2012(09)
[4]基于NAND Flash的数据存储系统设计[J]. 赵榉云,张敬帅. 单片机与嵌入式系统应用. 2012(01)
[5]磁盘冗余阵列技术介绍[J]. 沈杨. 硅谷. 2010(13)
[6]硬盘加载/卸载过程磁头悬臂接触面的动力学仿真[J]. 魏浩东,敖宏瑞,姜洪源. 振动与冲击. 2010(05)
[7]DRAM的工作原理与升级[J]. 穆悦. 实用电子文摘. 1996(12)
硕士论文
[1]RAID系统数据一致性的研究[D]. 罗成.华中科技大学 2012
本文编号：3351371
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据总量变化图
图 1-2 个人使用和企业数据分类数据在总量方面不断的增加，同时微机应用对于数据使用和存储的速度要求也在不断的增加。网络传输的速率从早期的几十 kbps 到现代的光纤几十 Gbps2]，发展迅速。同时各种接口的发展也十分迅速，USB 接口从早期的 USB1.0发展为目前的 USB3.0，甚至是 USB3.1。硬盘的接口也由之前的 IDE 接口发展为目前的 SATA2.0，甚至 SATA3.0。具有更快传输速率的 PCIe3.0 接口在某些领域也已经开始应用。这些都已经在个人计算机平台上实现。无论在云端还个人终端，数据最终是要被保存在存储设备中的。目前市场上计算机应用最广泛的是传统硬盘。传统硬盘在速度，机械安全，功耗，体积方面具有很难突破的瓶颈。目前光纤的理论速率至少几十 Tbps，实验室也早就突破 100Gbps，而高速硬盘的读写速度却不过 1Gbps。由于硬盘是以机械磁头寻轨的方式进行存储的，所以对于小文档的读写实际速度在 10Mbps 以下[3]。终端用户对与速度的追求，使得传统的机械硬盘已经无法满足要求。不但如此，由于各种原因，保存在硬盘中的数据也可能会丢失，特别是机械的撞击，震动等[4]。另外，个人计算机在对硬盘的选择上面还存在着体积和成本的限制。
图 1-3 磁盘示意图的 MQ01ACF032 系列为例，它的寻道时间 Ts 为中的一个扇区的总时间 T 等于总寻道时间 Tds 与公式(1-1)求得：T=Tds+Tr 取一个扇区的总时间(s)；为 Ds=90，等待读取的磁道队列是 Ds1=60，Ds2=的寻道方式——中心原则[6]，即始终由内部的磁取的顺序是 Ds4->Ds3->Ds2->Ds1[7]。总寻道时间由公式(1-2)，(1-3)求得。 s4 Ds Ds3 Ds4 Ds2 Ds4 Ds1 Ds20.560000 RmsTr 硬盘的转速， R 7200( rad/s)；个磁道的扇区数量， S 128；
【参考文献】：
期刊论文
[1]实时图像识别系统PCI驱动程序设计与开发[J]. 冉义兵,魏东,王义. 计算机工程与设计. 2014(09)
[2]大数据管理:概念、技术与挑战[J]. 孟小峰,慈祥. 计算机研究与发展. 2013(01)
[3]硬盘驱动磁头偏置误差检测算法的研究[J]. 葛晓宇,肖勇,袁德成,潘佩琦. 测控技术. 2012(09)
[4]基于NAND Flash的数据存储系统设计[J]. 赵榉云,张敬帅. 单片机与嵌入式系统应用. 2012(01)
[5]磁盘冗余阵列技术介绍[J]. 沈杨. 硅谷. 2010(13)
[6]硬盘加载/卸载过程磁头悬臂接触面的动力学仿真[J]. 魏浩东,敖宏瑞,姜洪源. 振动与冲击. 2010(05)
[7]DRAM的工作原理与升级[J]. 穆悦. 实用电子文摘. 1996(12)
硕士论文
[1]RAID系统数据一致性的研究[D]. 罗成.华中科技大学 2012
本文编号：3351371
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