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计算机存储--发展史

DB小榴莲 2019-08-23
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数据存储



早期的计算机并不是使用磁盘来存储数据,而是纸带,也叫打孔卡或者穿孔卡,通过在纸带上打孔来表示0和1。


1890年美国人口普查利用穿孔纸带大大节省了普查时间。比如说纸片上打孔的表示已婚,没有打孔的表示未婚,当纸片插入机器中扫描时,机器中的金属针会穿过纸片上有洞的地方,与汞接触,从而通电带动机械工作。



磁存储技术被发明出来之后,首先出现的是软盘,其速度很慢,容量也很小。程序存储在磁盘上之后,计算机启动时,CPU首先按照ROM里的指令一条一条执行,先是检查硬件。检查完毕之后,ROM中最后一条指令就是让CPU跳转到磁盘的0磁道(0磁道位于盘片的最外圈,通常主引导记录区MBR就在这个位置)来执行存储在这里的程序。这些初始化程序直接以二进制代码的方式存储在磁盘上,载入执行之后,就启动了程序内核。


那个时代还没有操作系统这个概念,程序都是用汇编语言或者高级语言独立编写的。也没有API的概念,每个程序都必须独立完成操作计算机的所有代码。这样,磁盘上存放的直接就是这个程序,加电后就会立即运行这个程序。


在磁盘技术上发明出来的文件系统,是为了方便应用程序管理磁盘上的数据而产生的。它其实是操作系统的代码模块,这段代码本身也是信息,也要存储在磁盘上。而且代码也要通过读取一些信息,才能完成功能。这些信息就是文件系统元数据,也就是用来描述文件系统结构的数据。这些元数据也是以文件的形式存放在磁盘上的。


用文件来描述文件,和用信息来描述信息,它们是归一的,正像用智能来创造智能一样!有了文件系统,虚无缥缈的信息才显露出人眼能够实实在在看到的东西。可以用各种应用程序来打开这个文件,程序读取文件中的内容,然后显示在屏幕上,光线传播到人眼中,发生一系列化学变化,最终通过神经网络,形成离子流,给大脑某个区域一个电位或者蛋白质形变信号,这个信号随后产生一系列连锁信号,从而驱动我们的手臂或者引发一系列新的联想和创造。


这就像我们看到桌子上有一本书,然后就想去拿来翻一翻的过程。这个过程是一个复杂的信息流传递过程。而传递过来的信息流,最终在大脑中保存了下来,这些保存下来的信息,就是数据了。



用计算机来处理信息、保存数据


计算机俨然就是一个生物大脑的雏形。大脑用眼睛、耳朵、鼻子、皮肤作为输入设备,获取各种信息,而计算机利用键盘、鼠标、串口、USB接口等作为输入设备从而获得各种信息。


大脑利用神经网络将获取到的信息传递到神经中枢,而计算机利用各种总线技术将信息传递给CPU进行计算。大脑利用神经网络,将计算好的信息传递给手臂、腿、肌肉等这些“设备”,从而驱动这些“设备”运动;而计算机同样利用总线,将计算好的数据传递给外部设备,比如显示器、打印机等。


人脑可以存储各种数据,而计算机也能利用外部介质来存放数据。从这一点来说,计算机本身就是人脑的一个外部信息存储和处理的工具。


计算机存储领域的一些存储虚拟化产品,比如NetApp公司的V虚拟化整合设备,本身就模拟了二级智能功能,它可以连接其他任何不同型号品牌的存储设备,从这些存储设备上提取数据,然后传输给主机。


IBM、SUN等公司都有自己的这种存储虚拟化整合产品。计算机存储领域所研究的就是怎样为计算机又快又高效地提供数据以便辅助其运算。和人类的存储史一样,计算机存储技术也在不断发展壮大,从早期的软盘、只有几十兆字节大小的硬盘,发展到现在2TB大小的单个民用硬盘、16GB甚至128GB容量的U盘。


为了追求高速度,人们把多块磁盘做成RAID(Redundant Arrays of Independent Disks)系统,也就是将每个独立的磁盘组成阵列,联合存储数据,加快数据存储速度。


追求高速度的同时,容量问题也必须解决。现代计算机程序对存储容量的要求变得非常巨大。最新的Windows 8操作系统,刚刚安装完后所占用的磁盘空间就有6GB多。一些大型3D游戏,仅仅安装文件就动辄2GB、4GB,甚至8GB大小。一些数据库管理程序所生成的数据库文件,可能达到几TB甚至上百上千TB的大小。传统的将硬盘放到计算机主机箱内的做法已经不能满足现代应用程序对存储容量的需求,这就催生了网络存储技术。


网络存储是将存储系统扩展到了网络上,使存储设备成为了网络上的一个节点,以供其他节点访问。这样,即使计算机主机内只有一块硬盘,甚至没有硬盘,计算机也可以通过网络来存取存储设备上的数据。


目前计算机存储领域的热门技术就是网络存储技术,它关注的是如何在网络上向其他节点提供数据流服务。基于网络存储,又使得很多其他相关技术得以推广和应用,比如IT系统容灾技术等。


不管怎样,所有这些复杂的技术,最终都是给人来用的,“科技以人为本”。我们毕竟不是为了无聊而发明计算机,任何我们发明的东西,最终都将为我们所用。任何一种新技术的出现,都是针对某种需求而生,所以必须深刻理解计算机系统,同时,还要理解和挖掘人类自身越来越高、越来越不可思议的需求,只有做到这个层次,才能更加深刻地理解计算机系统和人类自身。


可以看到,存储领域是个包罗万象的领域,如果不了解计算机系统,想掌握存储技术是很难的。

最后修改时间:2020-01-04 19:21:38
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