8.1数据存储概念
（1）熟练掌握数据与数据存储
1数据存储是根据不同的应用环境，通过采取合理、安全和有效的方式将数据
保存到某些介质上，并能保证有效的访问。包含两方面含义，一是数据临时或
长期驻留的物理介质，另一方面是保证数据完整、安全存放的方式或行为。
2数据存储要解决的问题是连接、存储和文件组织。存储依赖于存储介质和
存储设备。存储包括物理成分和逻辑成分。物理成分包络磁盘、固态盘、
磁带和磁带库等；逻辑成分包括磁盘阵列、镜像、卷管理、存储虚拟化等
（2）理解数据表示与存储器
1计算机系统的程序和数据都是用二进制的形式表示。通常使用一个具有
两种稳定状态，且在一定条件可以相互转换的物理器件表示0和1，这个
器件就是存储元件（可以是半导体器件的一个触发器，磁盘表面上的一个
磁性材料块或光盘表面的一个凹坑）。若干个存储元件组成一个存储单元。
一个存储单元可以存储一串二进制代码，称为一个存储字。这个二进制代码
的位数称为存储字长，通常为8位、16位或32位。一般对存储单元进行
编号，就是地址。
2若干个存储单元组成一个存储器，主要技术指标是存储容量、存储速度和
存储带宽。
存储容量指存放二进制代码的总位数：存储容量=存储单元数*存储字长
也可以用字节数来表示：存储容量=存储单元数*存储字长/8
存储速度由存储时间和存储周期表示。存储时间又称存储器的访问时间，
是指启动一次存储器操作到完成该操作所需要的全部时间（读出
时间和写入时间）。存储周期是指存储器进行连续两次独立的
存储操作所需要的最小时间间隔，通常存储周期大于存储时间。
存储带宽表示单位时间内存储器存取的信息量，单位为字/秒或字节/秒或
位/秒（bit/s），与存储周期密切相关。如存储周期为ns，
每个存储周期可访问16bit，则带宽为1/ns*16bit
=32Mbit/s
（3）熟练掌握存储器的分类
按存储介质分类：半导体、磁表面、光盘
按存储器在计算机中的作用分：主存储器、高速缓冲存储器、辅助存储器
按存取方式分：随机、顺序、直接
按读写功能分：只读、随机（读写）
按数据保持时间分：易失性、非易失性
（4）理解存储系统层次结构
（5）了解企业数据存储
1数据存储解决方案提供商，有EMC、NetApp、HDS、IBM、HP和华为。可为
用户提供存储设备和存储软件，提供完整的存储解决方案。
2企业对不同的数据采取不同的存储方式：在线存储（又称联机存储或工作级
存储，一般用磁盘和磁盘阵列）、离线存储（又称脱机存储或备份级存储，
多采用顺序访问的磁带和磁带库）和近线存储（不同数据使用在线存储和
离线存储方法，使用磁盘、磁带和光盘的混合）
3企业数据划分为四个等级：关键数据、重要数据、敏感数据、不重要数据
（6）理解数据存储的评价指标和非功能性需求
1评价指标：存储容量（存放二进制代码的总位数，通常用K、M、G、T、P
表示，设备类型不同，单位含义不同）
吞吐量（单位时间内在I/O流中传输的数据总量，如MB/S）
每秒I/O数（IOPS，单位时间内系统能处理的I/O请求数量，
随机读写频繁的应用IOPS是关键指标；顺序读写
频繁的应用，吞吐量是关键指标）
响应时间（多方面影响，如存储系统结构，请求的自身特性，
请求数据的物理位置，当前存储系统的繁忙程度等等）
2非功能性需求：可用性和可靠性、可管理性、可共享性、可扩展性、
自适应性
8.2数据存储设备
（1）熟练掌握磁盘的结构和工作原理
1硬盘HDD，除了包括磁性硬盘HDD外，还包括闪存颗粒的固态盘SDD
以及混合盘HHD2磁盘是使用坚硬的旋转盘为载基的非易失性存储设备，在平整的磁性表面
存储和检索数字数据，一般使用铝合金硬质盘面或新型的工程塑料、陶瓷、
玻璃作为基体，使用电镀工艺或溅射工艺在盘面上形成薄膜磁层。磁头
是实现读写的关键元件，通过磁电转换和电磁转换来说实现读写。
3磁盘包括机械部分（盘面、主轴（电机）、磁头（磁头臂）、音圈电机）和
电路部分（主控芯片（控制器）、电机驱动芯片、缓存芯片、数字信号处理
芯片、电源控制芯片、晶振、三极管、场效应管、贴片电阻电容单等等）
4磁盘的逻辑结构
盘面：每个磁盘的盘片有上下两个盘面，都能记录数据，从上到下顺序从0
开始编号，磁盘面和磁头号一一对应
磁道：磁盘在格式化时被划分为许多同心圆，一个圆圈就是一个磁道，编号
从外圈向内开始编号，最外侧编号为0
扇区：每个圆形磁道被划分为多段圆弧，每个圆弧叫做扇区。扇区一般从1
开始编号。扇区是最小的读写单位，最小可存储B的数据。
柱面：所有不同盘面上同一个位置的磁道构成一个圆柱形的轮廓。
因为磁盘外圈大内圈小，导致扇区面积不同，会浪费存储空间。
使用ZBR区位记录技术可使更多扇区放到外部磁道而获取更多存储空间
5低级格式化：将空白的磁盘划分出柱面和磁道及若干扇区，然后在扇区上
再划分出表示部分、间隔区和数据区。以扇区为单位就可以读写数据了。
6寻址：处理器查找数据存放地址的过程。
寻址方式：查找数据存放地址的规则，就是磁盘驱动器的主控芯片查找
扇区的规则。有两种：
早期的CHS编号规则（C为柱面、H为磁头、S代表扇区）
现在的LBA方式（逻辑块寻址，线性寻址方式，主机不再需要
知道磁盘的几何结构，只需知道有多少物理块，磁盘控制器
完成物理块和逻辑块的映射，将LBA地址转换为CHS地址）
7磁盘接口：磁盘与主机系统之间的连接部件，在磁盘缓存和主机内存
之间传输数据。接盘接口性能直接影响程序运行和系统性能。
分为：
IDE(电子集成驱动器，把磁盘控制器与盘体集成起来，发展了很多分支如ATA、UltraATA、DMA、UltraDMA等接口，用于家用产品)
SATA（串行高级技术附件，串行技术的ATA，用于家用产品）
SCSI（小型计算机系统接口，不同于IDE的接口，用于服务器）
SAS（串行连接SCSI，升级的SCSI使用串行技术，用于服务器）
FC（光纤通道，应用于网络系统）
8磁盘分区：把一整块磁盘根据需要，分成不同区域来存放数据，以加快
读写数据的时间和方便管理。磁盘分区时要选一个分区作为
活动分区，用以存放主引导系统。计算机加电后，主板上的
BIOS程序将启动活动分区上的主引导系统来加载操作系统。
分区后，还需对每个分区进行高级格式化（即通常的格式化，
又称逻辑格式化，在磁盘的所有数据区上写零，同时检测
一致性，标记不可读和坏的扇区）
9磁盘分区机制：
MBR：主引导记录，PC架构计算机的传统磁盘分区机制，用于绝大多数
使用BIOS引导的PC设备。存在于驱动器开始部分的一个特殊的
启动扇区，包含了已安装的操作系统的启动加载器和驱动器的
逻辑分区信息。分区分为主分区、扩展分区、逻辑分区三种类型。
主分区：也叫引导分区，可存放引导系统，磁盘必须有一个主分区，
是单独的，创建后可直接使用。活动分区就是处在活动
状态的主分区，一个磁盘可以有多个主分区，但只能有
一个活动分区。
扩展分区：主分区之外的剩余的磁盘空间。创建后的扩展分区不可
直接使用，要在上面再创建逻辑分区才能使用。
逻辑分区：相当于一块存储介质，创建后可使用。
MBR使用有限制，如主分区与扩展分区数据之和不超过4个，逻辑
分区没有限制，最大支持2.2TB的磁盘容量。
GPT：是可扩展固件接口EFI标准的一部分，用来替代BIOS中的MBR。
GPT分区表头中可自定义分区数量的最大值，突破了2.2T的限制，
最大支持18EB的分区，最多支持个磁盘分区。GPT在整个
磁盘上保存了分区和启动信息的多个副本，更为健壮和易恢复，
还提供了CRC校验码确保完整正确。GPT没有主分区、扩展分区和
逻辑分区的概念，所有分区都一样。
（2）熟练掌握固态盘的结构的工作原理
1固态盘SSD，早期固态盘采用高性能的DRAM，但易失性需要后备系统；
现固态盘采用闪存芯片作为存储介质，不加电时存储信息长达10年以上，不需要HDD的电机、盘面、磁头等机械部件。2固态盘的硬件主要是印制电路板PCB、SSD控制器（主控芯片）、缓存芯片、
Flash存储阵列、SSD接口等组成。SSD控制器是控制核心，其中的处理器
完成信号处理功能，缓存管理器负责读写数据的临时保存，多路复用器用于
控制读写操作对应到哪一块闪存芯片；RAM是随机存储器用于保存系统临时
信息如文件块的位置信息等；ROM是只读存储器用于保存闪存芯片的元数据
和控制程序等；闪存芯片封装是存储数据的最终载体，其容量和数量决定了
固态盘的总容量。
3目前市场上有两种非易失性闪存技术：NORFlash和NANDFlash，都是
用浮动门晶体管技术，具体就是浮动门场效应管NORFlash由Intel首先发明，用于擦除和编程操作较少而直接执行代码
尤其是纯代码存储的应用中，如PC机的BIOS固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储器等场合；NANDFlash由东芝公司发明，用于纯数据存储和文件存储，作为Smart-media卡、