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不斷擴充成長的儲存記憶領域
基本零組件之系統觀(一)

【作者: 亭心】   2006年01月25日 星期三

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在IT產業裡,我們會發現裝置中的記憶體與儲存空間不斷地擴增,PC的隨機存取記憶體(DRAM),用個1、2GB是很平常的,所使用的硬碟動不動就是100、200GB;加上DVD光碟的應用、隨身碟、外接式2.5吋硬碟、記憶卡,甚至於ISP業者、入口網站業者所提供的線上免費記憶空間,林林總總一般來講用也用不完。由於記憶空間太大了,種類也太多了,不僅造成資料、應用程式到處存放,而且重複、雜亂,甚至片段、支離破碎到難以辨別,真正要找資料時也就毫無頭緒了。


當PC剛開始應用的時候,DOS作業系統只能提供640K的DRAM控制,業者質疑640K的限制時,微軟創辦人比爾蓋茲還辯稱想不出有什麼應用程式需要用超過640K的RAM?還好隨著軟硬體的擴充發展,他也就從善如流的來配合,後來的作業系統反而成為吃記憶體的大怪獸呢。從這裡可以看得出來,比爾蓋茲會成功不在於他不會犯錯,而是他能勇於反省改過,就好像他本來也沒看好網際網路,等到發現大勢不妙,就毫不避諱、大張旗鼓的「擁抱未來」一樣。但當微軟的作業系統網路化後,存取記憶的空間就更廣闊無限制了。


事實上,像Linux之類的作業系統早就是網路化的運作,可以記憶儲存的空間也是無限,但Windows的發展才擴充出更多的應用裝置,並使生活上離不開數位資訊的存取需求。而且因應數位生活的到來,更精密的多媒體輸出入設備也會大量開發出來,屆時所需要的儲存空間更大,存取的頻率也更多;所以,了解記憶儲存裝置的發展,並做好記憶儲存策略,也是未來競爭致勝的關鍵。


記憶儲存整體觀

記憶體的種類與發展形式很多,在晶圓廠而言,有沒有相關的製程能力是主要的生產條件;但在IC設計業者而言,則是如何選擇適用的搭配記憶體,或是購買嵌入式記憶體的SIP版權;系統廠商則是市場需求與供貨能力、成本的考量了。也就是說,記憶體元件正是三大基本電子元件之一,另外兩個都是更複雜而廣泛元件,一是邏輯元件,一是感測元件,目前也只有記憶體元件最通用而單純。


又,隨著電子產品的更加廣泛應用,記憶體元件的使用與市場也會不斷擴增,這有三個層面,一是未來將大量的融入在SoC的整合製造中;一是單純系統產品的獨立記憶體元件仍舊需求不斷且日新月異;另一是適應輕薄短小的時代需求,半導體記憶元件所組成的擴充記憶裝置,將大幅取代現有的磁碟記憶裝置。所以,廣泛的記憶體定義也不是限制在半導體材料而已,我們應該以更宏觀的角度來看記憶體,所有記憶的統合都是用來延續過去、保有現在與開創未來的依據,它是活生生的東西,絕不是冷冰冰的資料或骨董而已,因此我們應該正視它,並做出適當的策略規劃,這樣才能夠掌握整個系統的發展與應用。


有關記憶體的使用當然是多多益善,而且記憶體本身會由作業系統統籌管理,所以不必太過於操心它的運用,不過為了整體上的考量,使用者也必須備妥適當的隨機存取記憶體,以維持正常的使用效率。有些應用系統也會利用記憶體來增進效能,例如SQL資料庫就可以根據設計者的定義,將使用者常用的資料暫存在DRAM裡,免得每次存取都還要到倉儲中再挖出來;另外像IE瀏覽器也會留存一定的歷史檔案,以增進一般的瀏覽速度。可見記憶儲存作業真的必須整體觀,而且還要軟體、硬體一起來,虛擬與實體協同處理。


實體的記憶儲存規劃

實體的記憶儲存裝置可分為三部分(圖一),一是主機本身的記憶儲存裝置,二是從主機向外連接的儲存系統,三是各類可攜式的行動儲存設備。這三者之間都要能夠相互連接(Interconnect),才能做好實體記憶儲存規劃,下面我們再做詳細的個別說明:


《圖一 實體記憶儲存裝置示意圖》
《圖一 實體記憶儲存裝置示意圖》

主機記憶裝置

實體的記憶裝置得先從本身主機來看,如圖一中的金字塔型便是主機中的記憶裝置,金字塔越頂端的記憶體速度較快,但記憶容量很小且屬於揮發性的記憶模式(Volatile Memory),底下的Storage Device則是內裝的硬碟、磁碟、光碟等裝置,目前的容量幾乎都大到讓消費者用不完,甚至有點浪費的感覺。像數百GB的硬碟檔案裝也裝不完、殺也不用殺,反而造成一片混亂;DVD光碟不久之後一片就可容納50GB,也不知道該怎麼利用。只能先把它們整合起來、分門別類再說。


主機向外連接的儲存系統

金字塔型旁邊箭頭連結的則是主機以外的儲存裝置,主要有三種,即直接附帶儲存(Direct Attached Storage;DAS)、網路附帶儲存(Network Attached Storage;NAS)與儲存區域網路(Storage Area Network;SAN)。DAS的設備只提供給主機附加使用,如果沒有做特別的連接,無法做各種儲存整合與即時的應用;NAS則是附帶於區域網路上的檔案存取交換功能,雖然架構簡單,但也無法應付即時動態的資訊流。SAN則是真正的廣域儲存系統,不依賴特定主機或工作站,就能獨立完成資訊的交換供給,所以SAN在圖一上是以雙向的箭頭與主機連接。雖然DAS、NAS與SAN各有不同定位,但我們仍得以主機為中心,把周遭的儲存資源認識清楚,並做好整體的規劃。


可攜式行動儲存設備

行動儲存(Mobile Storage)屬於圖一的虛線圓圈圈外圍,這是目前行動化、無線化中相當熱門的應用,也與一般人的數位生活習習相關。主要的儲存裝置有記憶卡、微型硬碟、隨身碟與嵌入式非揮發性記憶體等。這些行動儲存設備雖然儲存的空間不大,但卻相當的零亂多樣,很可能是整合管理上的死角,所以應該利用方便的傳輸界面,與主機隨時搭上線,把必要的資料放在主機上存取並做好備份,否則可攜式儲存就成為最容易遺失資料的漏洞。


虛擬的記憶儲存規劃

虛擬的記憶儲存規劃主要是以軟體系統來執行,也可以分為三個部份(圖二),一是儲存裝置的抽象化管理,二是檔案資料的系統化管理,三是智慧型搜尋系統的應用。所以虛擬化的作用就是真正把資料串連整合起來,也才能解決越來越多的資訊洪流。這三個虛擬化的部份都可以說是一種辨識的方法,資料要能辨識才有用,否則只以實體連接存取並沒有意義,下面我們再將這三種資料辨識方法做個別說明:


《圖二 虛擬的記憶儲存規劃示意圖》
《圖二 虛擬的記憶儲存規劃示意圖》

虛擬化儲存裝置

如同前面實體儲存裝置或系統所言,各種記憶儲存項目可能越來越繁多,所以一定要在自己的HOST上有效的辨別它們、利用它們。也就是說虛擬化主要就在集中管理眾多的儲存裝置,這樣才能讓使用者真正地分散存取這些資料。通常具有網路服務的作業系統都能自動Mounting它們,並自動編列為A至Z的存取入口,但A到Z只有26個,將來可能不夠用,不過相信未來的作業系統會有更好的規劃。虛擬儲存裝置在圖二的「大衛之星」中屬於正三角形的那一塊,有了它才能規劃分配儲存空間。


檔案資料系統化

儲存空間都規劃分配得很清楚了,要存放進去的檔案內容也要有系統的分類,以便將來有效的存取利用。檔案部分最重要的就是目錄與檔名的系統化處理,現在都是以樹狀的方式來陳列,並輔以圖示來辨別,這已經做了很好的虛擬化工作了,不過相同的資料以不同的檔名存在,或是不同的資料卻以相同的檔名存在不同的目錄中,也是造成雜亂的原因,因此有系統、知識化的來分類與命名各種檔案資料,這是隨時都必須進行的工作。虛擬的檔案與目錄名稱,就在「大衛之星」的倒三角形那一塊,這是真正實際的資料辨別與存取的作業。


搜尋系統的應用

記憶儲存裝置越來越多,應用程式也就越來越多,所產生的資訊將是難以估計的龐大數量,加上多媒體化的各種格式,要用人工找出所需的資料是相當困難一件事。所以針對儲存的檔案或內容開發自動化的搜尋工具就很重要,尋找檔案要利用作業系統附加的搜尋程式,但尋找檔案中的內容就需要利用各類的應用軟體,例如文書處理軟體,就能讓你搜尋文件內容,網路搜尋引擎就能讓你搜尋各種網頁。在多媒體的應用中,有些檔案是系統自動建立的流水號檔名,外表看不出它所代表的東西,因此將來也會有圖片、影音等搜尋工具。就像Google就推出了讓使用者搜尋即時訊息傳遞軟體所紀錄的內容,自己以前跟人對談的內容也就找得回來了。這些用來虛擬存取檔案內容的各種搜尋工具就在圖二中的外圍圈圈上,隨時為我們做好記憶儲存的服務。


結語:

記憶儲存的內涵是相當廣泛的一種應用,有了它才能驅動執行相關的工作,有了它也才能辨別資訊的種類與內容。再人們走入數位化的時代之後,資訊的生產更加的迅速與多樣,同時也具有完美的複製能力,例如數位影音的播放永遠也不會退色變質,複製品跟真品也一模一樣。具有這樣神奇的能力,難怪各種數位化的工作如火如荼的展開,各種記憶儲存數位資料的裝置也到處充斥。但是當人們越來越依賴數位工具時,也要注意當數位資料遺失或損毀時,也會消失的無影無蹤,所以做好記憶儲存的規劃是刻不容緩的事,而完整有策略的備份作業(Backup System)更必須念茲在茲的去執行。


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