21世纪信息存储技术的发展

21世纪信息存储技术的发展

1信息存储技术信息存储技术作为信息技术的核心之一，随着不同行业技术的合作发展，已成为世界上最快速的热点之一。纸的发明记载了人类的历史和文明,现代信息存储技术则大大超越了纸张记录的含义。21世纪是数字化和多媒体化的信息时代,现代信息社会和经济的发展,所产生的信息量每年以指数方式上升,出现了信息爆炸的态势。据UCBerkley2001年公布的数据显示,未来3年内所产生的数据将超过过去4万年中产生数据的总和,而且93%的新生成的信息为数字形式。当上世纪50年代计算机技术初现时,存储容量还只是以千位字节计。到现在,信息的容量是以太位(兆兆位)计(Tb,1012bits),信息的流速也以每秒太位计(Tb/s),信息的频率以太赫兹(THz)计,即时间响应为皮秒(ps,10～12s),我们正处于3T信息时代。如果说信息代表的是生存和生命、进取和发展,那么信息的价值是无可估量的,而存储作为信息的载体使信息的价值得到实现和增值,也就是说,存储的数据才是现代人类社会的真实财富所在。如何有效地保存、管理和应用这些越来越多的数据,是摆在我们面前的重大课题。目前,全球包括计算机系统、软件、网络以及家用和服务、娱乐消费等领域的存储市场规模每年达1000亿美元以上,成为21世纪信息领域的主要市场。其中,在存储系统方面,全球近6年中的容量平均年复合增长率达到80%,销售平均年复合增长率达到12%,2004年仅磁盘存储市场就达到208亿美元;亚太地区存储系统的平均年复合增长率达到12.6%,即从2000年的24.9亿美元增长到2005年的45.1亿美元。相应地,所存储的信息量也将从2000年的17,407TB增长到2005年的350,000TB以上。中国存储系统市场规模2002年就已经达到了56亿元,2005年将达到70亿元。在存储介质方面,近年来发展特别迅猛的消费用声视信息存储产品光盘和光盘机已占世界产值的20%以上,达200多亿美元,中国2005年光盘的市场容量也将达33亿元。半导体存储器市场中最为耀眼的闪存的全球市场规模2004年达166亿美元,比2003年(116.4亿美元)增长了46%,其规模已与DRAM相当。信息技术领域的新浪潮,即存储时代已经到来。信息存储技术最近几年来之所以发展如此迅猛,除得益于IT技术本身对社会发展的革命性影响之外,存储作为信息的“归属”(保存)和“起始”(调用增值)具有相对的独立性和持久性,已经存储的信息数据不会随着某一项技术的落后而消亡。相反,它会随着存储技术的发展借助于新的媒体形式不断保持和延续生命力甚至获得增值,同时新产生的信息量的急剧膨胀渴望更大的存储容量,并且这种需求是无止境的。气象云图、航空探测、能源、电力、金融保险、广播电视、政府部门、企业管理、以至生活消费等社会各个层面对存储的要求越来越旺盛,从而牵引了存储容量的飞速增长。美国国家大气研究中心每月数据增长5太位字节(TB,1012bytes),到2005年,该中心将保存5.7拍他字节,1PB=1000TB的数据,需用25万盘磁带。美国家图像和测绘局每天增加5～7拍他(PB)数据量,数据必须保持5年,处理过的数据也必须永远可以存取。对于不同行业的各种大型商业企业,数据已是生存和决策的重要依据。据3M公司对800名网络微机用户的调查发现,每次硬盘的失效将造成5天以上的无效工作日。而在一个典型的商业应用中,重建1GB(109bytes)数据平均耗时间3.5个月,费用为95,000美元。鉴于数据破坏所带来的灾难性后果,存储解决方案中,灾难恢复/事务连续性、存储管理、存储整合所占比例的不断增加。全球商用存储设备的总容量,1993年为2万太字节(TB),2004年达到了2808万太字节,即10年中增长了千倍。商业用户在服务器和存储产品上的花费比例将扩大到1:3,即主要硬件支出用于存储器上。计算机外部存储器容量需求将从目前的100GB发展到1TB。另一方面,多媒体、流媒体的广泛应用需要巨大容量的视频音频存储空间;CAD/CAM/CAI的广泛应用和普及,极大地带动了存储市场的扩展;便携式移动存储使得数据交换更为灵活便捷,从而推进了高分辨率数码相机、高清晰度数码摄像机和录像机以及数字电影、MP3播放器等数字化设备的迅速普及。另一方面,存储介质技术、存储体系结构、存储管理软件、存储接口技术的进展使存储产品多样化,丰富了存储市场,为用户提供了很宽的选择范围;磁、光、半导体等存储介质上单位存储密度的提高,精密机械技术、纠错容错技术、信号处理技术等领域的重大突破,使存储厂商能制造出更先进的产品,从而能使用户采用性能价格比更优的存储产品;存储体系结构方面的进展包括磁盘阵列、网络存储系统的出现,大容量、高性能、高可靠的存储硬件系统为各种应用提供了多样性的选择;高效率、自动化、易维护、易管理的存储软件,实时备份、异地容灾等高效存储解决方案,使庞大存储系统的管理更加自动化,同时也提高了存储设备的利用率。USB总线技术的普及为移动存储的发展打下了坚实的基础。2信息存储技术传统上信息存储技术主要包括磁存储、光存储、半导体存储以及各种新型存储器及其相应的存储设备。在计算机系统中各种方式的存储器类似金字塔结构,其中塔尖为CPU,距离CPU越近则存储速度越快、容量越小、每兆字节的存储成本越昂贵;反之则存储速度越慢、容量也越大每兆字节的存储成本越低。由于AV和IT的日益融合,影视等专业领域、信息家电、消费用移动声视产品等对存储的要求也十分广泛。目前流行的主要产品,磁存储类有:磁带、软磁盘、硬磁盘、磁卡以及相应的读写设备;光存储有:各种光盘(CD系列、DVD系列等)、磁光盘及相应的光盘机(驱动器);半导体存储器有:随机存储器(SRAM、DRAM)、只读存储器(掩膜ROM、E2PROM、闪存等),基于闪存的便携式移动闪存盘及各种闪存卡等;新型固体存储器如磁性随机存储器(MRAM)、铁电存储器(FRAM)等已有应用。这些存储技术由于各自的特点不同而适应不同的应用领域,他们相互补充,完整的覆盖了社会各个不同领域和层面的需求,所以谁也难以完全取代谁。信息存储技术发展到今天,市场上的存储产品玲琅满目、灵活多样,为用户提供了很宽的自由选择空间。同时,他们又在竞争中不断发展,技术上相互借鉴,互相交叉,如磁存储技术和光存储技术的混合使用。信息存储技术的另一个重要构成是存储系统,由于网络的普及应用,使得传统的单机存储演变为多机、多存储介质形式的集中系统管理,构建安全的网络存储系统,使存储网络化,从而使信息存储的“量”和“质”都发生了革命性的变化。存储系统主要有便携式海量存储系统、档案存储系统、网络存储系统等。存储技术的进步,不仅推动了社会经济的发展,也为我们的生活带来了极大的方便和丰富多彩。在不经意间,我们的生活已经离不开存储。2.1磁存2.1.1mfdmfd软磁盘1972年IBM推出了第1张实用化的8英寸软磁盘,后经历了5.25英寸、3.5英寸规格。1994年,软磁盘曾经创造了年销售量50.4亿片的最高记录,其中88.6%是3.5英寸软磁盘(MFD),其数量为各种存储介质之首。为了克服3.5英寸软磁盘1.44MB容量太小的缺点,Imation公司推出了LS-120(120MB、240MB),Sony公司推出了HiFD软磁盘(200MB),Iomage公司推出了Zip系列(100MB到750MB)等大容量软磁盘,可惜最终都仅成为过渡产品。随着闪存盘等大容量、便携式移动产品的普及,软磁盘面临着被淘汰。但在小容量数据交换、分发使用上,MFD目前还保留有一定的市场。2.1.2硬盘容量和带宽液压器自从1956年IBM公司推出世界上第一块硬盘以来,磁盘行业已经从在50块两英尺铝磁盘上存储4.4MB字节发展到在1块0.85英寸的玻璃磁盘上存储2G字节的水平。在计算机外存储器中,硬盘存储的存取速度是最快的,适于在线存储。对于个人用户来说,硬盘是最主要的存储设备,计算机的操作系统、应用程序和重要的数据资料一般都存储在硬盘之中,并且随着软件和各种数据的不断膨胀,对硬盘容量的要求也越来越大,速度越快越好;对于专业用户来说,将会更加注重数据丢失所带来的风险,所以他们除了对速度和容量的要求之外,对硬盘的容错能力和安全性也有很高的要求。目前,硬盘的主流规格是3.5英寸,还有2.5英寸、1.8英寸、0.8英寸的产品,存储容量从几GB到400GB以上,最高工作面密度已接近100Gb/in2。2004年希捷宣布研发成功了每平方英寸50TB(1TB=1000GB)容量的数据存储技术,新技术将使硬盘容量迈向一个新的台阶。50TB的数据容量可存储2800张音乐CD、5千万张350万像素的数码相片、超过1600h的电视节目,甚至美国国会图书馆的所有资料,而存储这些数据的设备仅为1平方英寸。在数据传输率方面,由于市场上的硬盘都带有高速缓存,盘面读出的数据先被送到缓存,再从缓存送到主机的内存中,故这两个环节决定了硬盘的速度。在存储密度一定的情况下,提高硬盘转速可以进一步提高内部传输率。现在大多数硬盘的转速都已达到了7200r/min,较高的已经达到10000r/min以上,但是硬盘转速的提高将会越来越困难。目前,商品硬磁盘的最高数据传输率已经达到100MB/s(800Mb/s)以上。据报道,采用一种称之为倾斜垂直磁记录的记录系统,数据传输率达到了1.5Gb/s。在提高硬盘工作可靠性方面,采用了自动监视分析及报告技术(S.M.A.R.T即Self-MonitoringAnalysis&ReportingTechnology),当硬盘出现失效时及时发出警告,从而提醒用户采取适当的措施保证硬盘中的数据不受损失。对于大型的存储系统(如:磁盘阵列),另一种提高可靠性的方法是及时进行数据备份。其主要技术有:磁盘映射技术、磁盘双工技术、热备份RAID(独立磁盘冗余阵列)技术等。由于单位面积密度的提升,现在已经有足够的存储空间在一台笔记本电脑上运行一整套完备的桌面应用程序。此外,硬盘技术的发展,使得硬盘已经超出了最初仅应用于计算机数据存储的范围,特别是在消费领域,如数码摄像机、录像机、MP3、PDA,甚至手机等便携式移动装置中都可见到硬盘的身影,并且这种应用还将得到扩展。2.1.3数据安全技术磁带存储是具有悠久历史的存储方式之一。第1台0.5英寸磁带机1952年在IBM公司问世,迄今50多年来,磁带的发展从来没有停止过。特别是到了20世纪90年代后期,磁带技术经历了其历史上最重大的一次技术升级,从而盒式磁带容量的增长速度超过了磁盘驱动器每年60%的增长速度。据测,平均18到24个月,磁带产品的主要性能指标就要翻一番,更新的、更高性价比的产品不断涌现,老产品逐步被淘汰出局。而且随着各种新兴应用的出现和磁带技术的不断提高,磁带的应用领域将更为广泛。目前,磁带主要有DAT技术、DLT技术、VXA技术、LTO技术、Mammoth技术、AIT技术等等。磁带的可移动性、高容量和可靠性是其生命力长久的主要因素。磁带可以脱机保存数据;磁带存储系统在运行时甚至能够允许无人值守的数据备份和磁带管理;磁带的速度虽然比硬盘和光盘要慢,但它也能在相对短的时间内(如避开上班的一段时间或一个晚上)备份需要的数据。由于磁带的可靠性很高(数据可以保存30年以上),而且容量大(目前一盘数据磁带的非压缩容量已经达到400GB,压缩容量可达800GB,STORServer推出的型号为S40000的磁带库存储容量超过1PB),所以它是当之无愧的大容量数据备份的首选存储介质。据统计,全球90%的数字信息被存储在可移动的存储设备上,其中主要是磁带设备。磁盘和磁带并不是竞争的产品,而是互补产品。磁带的成本远远低于磁盘,磁带可以作为磁盘的扩充,成为企业数据安全的保障,而且与虚拟磁带技术相结合可以达到与磁盘相同的性能。在电视广播专业领域和家用AV消费领域,磁带仍是最重要的存储记录介质,现在数字音、视频磁带(如DVCPRO、DV磁带等)已逐渐取代模拟音、视频磁带。模拟的盒式录音磁带和录像磁带(如Hi8、VHS等)产量逐年下降,迟早要被淘汰,但目前全球的年产量都还在10亿盒以上。2.2第三代光盘容量光存储以光盘为代表。光盘的研究始于1961年,在1962年实用化的IC技术、1970年开发成功的室温连续震荡半导体激光器等相关技术的支持下,于1972年首先由Philips公司推出了激光视盘(LD:LaserDisc)。10年之后,CD(CompactDisc)问世并迅速普及,光盘从此走上快速发展的轨道,短短30余年的时间,光盘形成了阵容强大的光盘系列产品。光盘按功能可分为只读式(后缀为ROM)、可记录式(后缀为R)、可擦重写式(后缀为RW)或随机存储式(后缀为RAM)等几种。目前主要产品,CD系列有CD-ROM、CD-R、CD-RW等,容量在650～700MB;DVD(DigitalVersatileDisk)系列有DVD-ROM、DVD±R、DVD±RW、DVD-RAM等,单面单层(DVD-5)的存储容量为4.7GB,双面双层(DVD-18)的存储容量则可达17GB;第三代光盘如蓝光光盘(BD)和HD-DVD已经面世,BD的容量为25GB,相当于普通DVD容量的5倍以上,接近CD容量的40倍;HD-DVD虽然容量稍小(15GB),但通过使用MPEG压缩技术,也可记录一部2小时的数字高清晰度电视节目;另外一种类型是磁光盘(MO),属可擦重写式,主要有5.25英寸和3.5英寸规格,最高容量在9.1GB以上。磁光盘市场主要在日本,我国市面上拥有量较少。以CD、DVD光盘为代表的光记录介质具有记录密度高、容量大、随机存取、保存寿命长、稳定可靠、使用方便和价格便宜等一系列优点,特别适用于大数据量信息的存储和交换。光记录技术不仅能够满足信息社会海量数据存储的需要,而且能同时存储图、文、声、像等多种信息,使传统的信息记录、传输和管理方式也发生了根本性的变化。光盘与硬盘相比,虽然速度慢2～6倍,但光盘单位容量的存储费用比硬盘更低廉,故光盘非常适合于存储那些大容量的,用硬盘存储费用太高,而且需要在线操作的数据。如上所述,光盘有很多种类,不同种类的光盘适用于不同的用途。只读光盘多用于游戏、软件、产品发布和电子出版等领域;可记录式光盘允许用户自己写入信息,但只能写一次,可无限次读出,特别适用于办公、个人影像资料保存、档案病历管理等等,CD-R光盘2004年全球需求达75亿片(全球产量在120～140亿片),是目前市场拥有量最大的光盘产品;可擦重写式光盘可以像软盘一样随意擦写使用,相变型光盘的主要产品具有向下兼容的特点,即可以和只读式和可记录式的光盘系统兼容。磁光盘具有很高的可靠性和耐久性,数据可保存长达100年。此外,多台光盘机组合在一起有3种结构:光盘库、光盘塔和光盘阵列。它们都是大型的信息存储设备,应用于大、中型的网络存储系统、档案管理系统和备份。尽管硬盘、光盘的容量在不断增大,但离真正意义上的海量存储还有差距,同时数据的传输速率也不够高,难以满足人们日益增长的存储需求。这些存储方式的共同点是它们都采用二维的面式存储,这种机制所能达到的容量是有限度的。目前人们关注并正在开展研究的各种新型的超高密度光存储技术,为解决这一问题打开了新的大门。超高密度光存储技术主要有:体全息存储、双光子吸收光存储、近场光学存储、光谱烧孔存储、多波长多层多阶存储等。这些新型的存储技术可以实现存储密度达到λ-3,或者实际记录材料的微观结构的分辨率,所以能够实现真正意义上的海量存储。其它如超分辩率近场光学结构、光、磁混合信息存储技术等的研究进展很快,体全息光盘存储器的示范产品已经问世,其存储容量可达200GB。2.3纳米系统的主要特点半导体存储器的发展历史实际上也是半导体业的发展历史,并且存储器型半导体是半导体业的主要组成部分之一。如典型的DRAM存储器的集成度在1970年还只有1kB,元器件集成度2000只。到2000年已达到1GB,集成度达到22.4亿只,目前集成电路芯片存储器容量平均每18个月就要翻一番,集成度的演变速度从3年4倍提高到2年4倍。目前2GB的DDR2DRAM已经上市,它可以实现高达4.3GB/s的数据传输率。4GB的DRAM样品也已经推出。集成度的提高主要来源于微细加工技术。迄今,0.13μm以上的8英寸生产线大多已正常运作了6～8年,处于稳定生产阶段。90nm的12英寸生产线现今已进入批量生产水平,12英寸比8英寸硅片面积大了2.25倍,而如果同样的一条生产线,即品种及工艺完全相同,从运营成本上12英寸线仅增加30%,所以向大直径硅片过渡是必然的。目前全球共有20余座12英寸生产线,中国有1条。芯片制造已跨入纳米时代。计算机中的内存主要使用的是半导体存储器。内存可以说是计算机中最宝贵的资源之一,是数据存储和传输的中心,没有它,计算部件就不能有效发挥其功能。内存是否足够大,决定了CPU在运行处理数据时的等待时间。计算机工作时,首先将数据从硬盘、光盘等外存储介质中读入内存,然后再由内存将数据送入CPU,因此内存相当于数据传输的邮递员,它的质量和可靠性直接决定了计算机的性能优劣。内存按其类型可分为常规内存、上位内存及保留内存、高位内存和扩充及扩展内存。其中以常规内存尤为重要,它通常被程序用作高速活动区处理图像或声音等数据。由于技术的不断成熟和生产规模不断提高,半导体内存的价格越来越便宜。然而存储器存取速度的发展还是远不能跟上微处理器的速度,两者的差距越来越大。对于存储器来说,速度和带宽是最重要的参数。但要实现更高的硅片频率有一定的困难,故常采用提高带宽的办法。近年来,DRAM、SRAM存储器在提高集成度、采用新型结构、缩小封装尺寸、低工作电压化和低功耗化等方面不断改进,而快闪存储器(Flashmemory简称闪存)更是得到了飞速发展,是近年来半导体市场增长最快的产品。闪存是1984年推出的1种新兴的半导体存储器件,其主要特点是:(1)具有非易失性;(2)功耗小;(3)寿命长,掉电保存数据大于10年,可擦写次数达10万次以上;(4)密度大,目前1GB容量的闪存已标准化,8GB容量的闪存也即将推出;(5)成本低,且价格也在不断降低;(6)适应恶劣的空间环境,具有抗震动、抗冲击、温度适应范围宽等特点。闪存的缺点是写入速度较慢,写入每页的典型时间为200μs,平均每写1个字节约需400ns,即约20MB/s。使用过程中还可能出现无效块等。闪存现在已经广泛应用于PCBI0S、蜂窝电话、汽车电子和微控制器等许多领域,闪存盘(U盘)完全不需要复杂、庞大的机械驱动装置,小巧、轻便、可靠,且可以轻松的附加各种增值功能,如MP3音乐播放、录音等功能,为目前较大容量的磁或者光介质存贮媒体(如软磁盘、CD、DVD等)提供了一种理想的替代产品。在消费领域,数码相机的存储介质(如CF卡、SM卡、记忆棒、SD卡、xD图卡和MMC卡等)以及数码摄像机、MP3音乐播放器、PDA、GPS等便携式产品和数字机顶盒(STB)、DVD、DTV、游戏站、汽车多媒体、电脑外设等固定式产品都选用了闪存作为最佳存储介质。闪存也应用于航天领域研究人员的关注,逐渐成为空间飞行器的数据记录器的主流方案。20世纪90年代中期,Firechild公司就曾为F—16侦察星成功设计了SSR(SolidStateRecorder固态记录器),使用的主要存储芯片就是闪存;国内的FY—2卫星也曾采用闪存作为该星的固态存储器的存储介质。未来,Flash存储器的发展主要集中在高集成度、高可靠性和嵌入式应用上。2.4几种新的存储设备近年来,各种新型高密度固体存储器的研究开发也取得了突破性进展。主要的有:2.4.1铁电制造技术FRAM的基本技术早在1921年就诞生了,但直到最近才得以开发利用。FRAM采用了类似于DRAM的结构和工艺,它和标准的CMOS制造工艺相兼容,是将铁电薄膜放在CMOSbaselayers之上,并置于两电极之间,使用金属互连并钝化后完成铁电制造过程。其主要特点是:低电压(1.0V)、小尺寸(是EEPROM的20%)、抗辐照(不仅适用于军事应用,也适用于卫星通信系统等)、高速度(商业器件读取时间达到60ns,实验室已达到亚纳秒级)。目前已有采用0.35μm技术的FRAM样品。FRAM可应用于汽车、通讯设备、办公设备、工业控制设备和其它对数据安全有特殊要求的场合,在北美终端客户的居民或商业的远程抄表系统中也使用了FRAM,FRAM已部分替代IC卡中的EEPROM。2.4.2mam的应用早在上世纪80年代中期,美国的Honey-well公司就研制成基于各向异性磁阻效应(AMR)的磁随机存储器芯片。1988年,Baibich等人发现了巨磁阻效应(MR),加速了磁阻随机存储器的研制。MRAM结合了磁性技术和半导体两种制造技术,但与原来的标准芯片生产工艺完全不同,MRAM适合大规模生产,2003年IBM与英飞凌公司联合发布了芯片采用0.18μm制造工艺,可以存储128K的数据,其原型阵列每个存储单元面积是1.4μm2。MRAM内存比闪存耗电更少,读取数据的速度更快。闪存的数据写入时间在几百μs到几ms之间,而MRAM的存取和写入时间都仅5ns,比闪存快100万倍。MRAM集中了DRAM的高密度、SRAM的高速度、FLASH的非易失性等优点,还具有抗辐射、耗能低、记录信息耐久性好等特点,具有巨大的发展潜力。MRAM应用非常广泛,有望替代DRAM、SRAM、FLASH等存储器,在军事和空间技术领域也具有良好的应用前景。2.4.3相变化膜反射率和oum由美国Ovonyx开发。它是写入时通过加热进行数据记录的非易失性内存。采用的是可用热改进结晶状态的相变化材料。这种材料目前已经应用于刻录光盘。两者不同的是记录光盘利用的是相变化膜反射率的变化,而OUM则利用的是电阻的变化。OUM可使用标准制造工艺并混载到逻辑LSI中,而且存储单元面积小(比1bit/单元的普通NOR型EEPROM小)。OUM可擦写次数能达到1010次,远远优于NOR型EEPROM。100次数据访问时间平均为200ns,比闪存快,比MRAM稍慢些,但价格低廉将是其致胜的法宝。OUM适合作为便携终端存储器使用,目前处于发展初期。2.4.4硅原子栅格的作摩托罗拉的半导体部门Freescale正在研制1种以硅纳米晶体(SiliconNanocrystals)为介质,用硅原子栅格代替半导体内部的固态层的技术。纳米晶体不是一个全新的存储技术,它只是对闪存的1种改进,使它更易扩展,故将延长闪存的生命周期。其生产成本可比原来降低10%～15%,生产过程更加简单,而性能与可靠性都可与目前的闪存相媲美。摩托罗拉研发这种技术已10年,2003年6月该公司已成功推出样品,预计2006年全面投放市场。其它各种新型存储器不一一列举。2.5存储模式和安全现状以上诸类存储技术主要是围绕不同的存储介质技术而言,是存储的基本载体。随着网络的普及,所产生的巨量数据(称之为“数据爆炸”)远远超过单机存储量的概念,加之政府和企业管理对数据安全保障要求的日益重视,推动了存储系统的快速发展。在网络存储决定网络架构的今天,存储的核心作用毋容置疑,人们已经意识到,有组织的数据是网络的心脏,也是网络的血液,只有方便、快捷、安全的数据存取,才能有效地开发和利用信息。因而,存储整合和集中式管理是必然的方向。便携式海量存储系统主要由便携式微型磁盘阵列(如1.8英寸、1英寸、0.85英寸微硬盘等)组成,适用于便携式移动应用和消费电子,如数码摄像机、笔记本电脑等日益增长的存储需求;档案存储系统主要是利用光盘库、磁带库等与磁盘或磁盘阵列、内存构成3级存储系统,利用光盘、磁带等脱机保存档案信息;网络存储涉及网络存储设备(包括附网存储设备、存储区域网络、Iscsi设备、磁盘阵列、磁带机、光盘库等),存储交换机,主机总线适配器,存储路由器,存储网关、服务器等。当前存储系统的成熟技术主要有:(1)DAS(直接连接存储),存储设备直接连接在各种服务器和主机上,完全以服务器为中心,通常与服务器的物理位置比较接近。目前,以服务器为中心的数据存储模式逐渐向以数据为中心的数据存储模式转化;(2)NAS(网络连接存储或附网存储),NAS是指把集成的存储系统使用公共通信协议(如TCP/IP)接入信息网络的1种技术。NAS的操作系统是专用的,管理磁盘I/O和网络传输效率较高。其优点是技术成熟,安装和管理简单;弱点主要是对网络资源的争用和系统规模的扩展受限;(3)SAN(存储区域网),它将数据存储设备从服务器中分离出来,用区域网连接,进行集中管理,使网络中的任何主机可以访问网络中的任何一个存储设备,从而实现了数据共享。目前的SAN主要基于光纤通道(FibreChannel),即FCSAN,现在又推出了以IP协议为基础的IPSAN。但无论FCSAN还是IPSAN,其本质均是以块设备,如磁盘阵列、磁盘驱动器、磁带库、光盘库等为基础,构成集中管理的存储区域网。SAN具有结构灵活、性能高、可扩展性好等特点。在银行数据存储、电视台的专业视频信息存储等领域得到了良好的应用。此外,近年来新发展起来的iSCSI存储(IP存储)技术在一些行业已经兴起。存储技术的网络化,对安全机制的要求十分突出。传统存储模式的存储安全由服务器提供,而网络存储设备脱离了服务器的控制,其安全机制由多个部件共同承担。目前,网络存储安全除应用了一些传统的网络安全技术,如防火墙技术、VPN技术、加密技术、认证技术外,还在重点探索一些专门的网络存储安全新技术,一些存储安全标准也相继推出,如ANSI的T11工程组提出的光纤通道安全协议FC-SP和SNIA提出的SMI-S(StorageManagementInitiativeSpecification)等。目前,国际上各大存储设备提供商已相继推出了具有一定安全特性的存储产品或部件。3纳米技术模拟存储iscsi在今后5～15年中,内存仍以半导体存储器为主。闪存应用灵活,价格便宜,且性能不断得到提高,近5年65ns和45ns技术将会实用化,闪存仍将保持快速的增长。未来10～15年,国际主流水平将实现22～10ns,我国将实现45～22ns的目标。外存主要以硬磁盘(包括移动硬盘)和光存储器为主。近年来,硬盘技术和数字化光盘存储技术发展迅速,其应用的领域愈来愈广泛,从专业领域到消费领域都尽显其能。在21世纪信息技术中,超高密度光信息存储将起重要作用。通过不同途径的探索,在近5年可以获得存储容量为100GB的光盘,在今后10年中,实用化的1TB(1000GB)存储容量的光存储器为主要研究方向和目标。在数据备份系统中,磁带仍将扮演主要角色,未来3～5年,将研制出单盘非压缩容量超过1TB,且速度更快的高性能磁带产品。信息存储的发展趋势一直是提高存储密度和提高数据传输率。目前,计算机的主要应用模式已由过去的仅应用于计算转化成数据的存储和访问(特别像网络技术的应用)。现代微处理器和内存系统以平均每年50%～100%的速度增长,而磁盘数据访问时间平均每年只能提高7%～10%,数据传输率每年也只提高20%,处理器和磁盘之间性能的差距已经成为计算机系统性能提升的瓶颈,即所谓的I/O瓶颈。传统存储结构难以解决这一问题,采用新型存储结构,大幅度提高存储系统性能的需求越来越迫切。近年来,各发达国家在信息存储领域的研究展开了激烈的竞争,有关高密度高速信