加速PC存储系统的新方案研究
摘要
PC机是以其低廉的价格、灵活的架构、不错的性能被人们广泛地应用在各行各业中。近十几年来,PC机性能飞速发展。但是PC机重要的存储部件——硬盘的性能发展速度缓慢。而人们对存储需求从容量和速度上的需求越来越大,现有的存储系统面临着挑战。如何有效地加速存储,使之跟上PC机发展的脚步,是我们现在面临的紧迫课题。
本文通过分析PC存储性能问题,在现有技术的基础上研究如何改进存储性能,提出加速存储的设计原则,根据现有的三个方案提出一个以固态盘为核心的新方案,最后对新旧方案进行测试实验并对比各个方案。
本文以JMF602为存储主控芯片,以闪存芯片K9GAG08U0M为存储芯片,构成一个高性价比的简易固态盘。利用两个简易固态盘的RAID0阵列构成PC机存储系统的主盘,再次提高了存储性能。利用原有的普通硬盘作为PC机存储系统的辅助盘,补充了主盘容量的不足。利用RAMDISK技术虚拟一个速度更快的内存盘,解决简易固态盘内部没有CACHE和闪存芯片写次数有限的问题。整个存储方案针对普通固态盘成本高、容量不足、技术复杂等问题提出的。
通过测试实验表明,本文提出的方案使PC机存储系统性能提高17.5%,瓶颈问题得到改善。
PC is widely used in all works because it is low cost, flexible structure, good performance. Over the last decade, PC performance is rapidly developing. But the most important of PC memory components -the hard disk develop slowly on the performance. People's need of storage both capacity and speed is growing, the existing storage systems facing challenges. How to effectively speed up the store, and how to make it keep up with the development of PC, it is the urgent task.
In this paper, by analyzing the performance of PC memory problems and how to improve storage performance in the existing technology on the basis of research on, I argue the principles of how to design a faster storage, a new storage program based on a solid-state disk by using the existing three storage program, and the compare of performance test between the old programs and the new.
The cheap and best performance solid-state disk is base on the main control chip-JMF602, and the flash memory chips-K9GAG08U0M. Because two solid-state disks are made RAID0 to a PC's main drive disk, the performance of storage is raised. By using the original hard disk as a supporting drive, storage system's capacity is large. By using RAMDISK the technology of virtual memory, a faster disk, the problem of SSD no CACHE and the limit of write number times is solute. In this paper, the storage solution base on the current SSD problem as high cost、the lack of capacity and complicate technology.
The performance tests show that the PC storage system accelerat 17.5%, the bottlenecks is improved.
本文通过分析PC存储性能问题,在现有技术的基础上研究如何改进存储性能,提出加速存储的设计原则,根据现有的三个方案提出一个以固态盘为核心的新方案,最后对新旧方案进行测试实验并对比各个方案。
本文以JMF602为存储主控芯片,以闪存芯片K9GAG08U0M为存储芯片,构成一个高性价比的简易固态盘。利用两个简易固态盘的RAID0阵列构成PC机存储系统的主盘,再次提高了存储性能。利用原有的普通硬盘作为PC机存储系统的辅助盘,补充了主盘容量的不足。利用RAMDISK技术虚拟一个速度更快的内存盘,解决简易固态盘内部没有CACHE和闪存芯片写次数有限的问题。整个存储方案针对普通固态盘成本高、容量不足、技术复杂等问题提出的。
通过测试实验表明,本文提出的方案使PC机存储系统性能提高17.5%,瓶颈问题得到改善。
PC is widely used in all works because it is low cost, flexible structure, good performance. Over the last decade, PC performance is rapidly developing. But the most important of PC memory components -the hard disk develop slowly on the performance. People's need of storage both capacity and speed is growing, the existing storage systems facing challenges. How to effectively speed up the store, and how to make it keep up with the development of PC, it is the urgent task.
In this paper, by analyzing the performance of PC memory problems and how to improve storage performance in the existing technology on the basis of research on, I argue the principles of how to design a faster storage, a new storage program based on a solid-state disk by using the existing three storage program, and the compare of performance test between the old programs and the new.
The cheap and best performance solid-state disk is base on the main control chip-JMF602, and the flash memory chips-K9GAG08U0M. Because two solid-state disks are made RAID0 to a PC's main drive disk, the performance of storage is raised. By using the original hard disk as a supporting drive, storage system's capacity is large. By using RAMDISK the technology of virtual memory, a faster disk, the problem of SSD no CACHE and the limit of write number times is solute. In this paper, the storage solution base on the current SSD problem as high cost、the lack of capacity and complicate technology.
The performance tests show that the PC storage system accelerat 17.5%, the bottlenecks is improved.
引文
[1]秦利波.个人计算机的安全与病毒防范[J].网络安全技术与应用,2007,6:51-53.
[2]魏权利.微型计算机技术的发展与瓶颈[J].青岛化工学院学报,2000,1:69-71.
[3]王敬.延伸摩尔定律的应变硅技术[J].微电子学,2008,1:50-56.
[4]Ravi Kumar Khattar,Mark S Murphy,Giulio John Tarella et al.Introdution to Storage Area Network,SAN.IBM Redbooks,SG24-5470-00:43.
[5]Rowell Hemandez,Keith Carmichael,Cher Kion Chai et al.IP Storage Network Ing:IBM NAS and iSCSI Solutions.IBM Redbooks,SG24-6240-01 ISBN 0738424226:78.
[6]李刚,韩松.大容量高速固态盘设计[J].电子测量技术,2006,6:129-130.
[7]邸海霞.固态盘缓存设计研究[D].北京:航天工业总公司第二研究院,1999:54.
[8]栾志斌.基于TrueFFS理论的固态盘在通信领域的应用[D].吉林:吉林大学,2006:13.
[9]Windows vista[EB/OL].http://www.microsoft.com/zh/cn.
[10]Ravi Budruk,Don Anderson,Tom Shanley[美].PCI Express系统体系结构标准教材[M].北京:电子工业出版社,2005:2.
[11]王红.操作系统原理及应用[M].北京:中国水利水电出版社,2005:1.
[12]宋敏强.巧设虚拟硬盘存放临时文件[J].电脑知识与技术,1998,11:12.
[13]刘云.双通道内存技术简介[J].西部广播电视,2003,12:54-55.
[14]Universal Serial Bus Specification.Version 2.0[EB/OL].http://www.usb.org,2002.
[15]陈可.英特尔Robson技术与三星Hybrid混合硬盘揭密[J].微型计算机,2006,05:143-148.
[16]杨厚俊,张公敬,张昆藏.计算机系统结构--奔腾PC[M].北京:科学出版社,2004:1.
[17]Wilson KM,Olukotun K.High bandwidth on-chip design[J].IEEE Trans On Computers,2001,4:292-307
[18]张晨曦,王志英,张春元.计算机体系结构[M].北京:高等教育出版社, 2003:6-25.
[19]李勇,刘思林.计算机体系结构[M].湖南:国防科技大学出版社,2003:185.
[20]李学干.计算机系统结构[M].北京:经济科学出版社,2000:8.
[21]曾洪博,胡明昌,李文,蔡飞,唐志敏.一种高性能北桥芯片的设计及性能分析[J].计算机研究与发展,2007,9:1501-1509.
[22]毕文兰.试论加固微机中的固态盘[J].山西电子技术,2001,1:36.
[23]韩嵩,郑康,王艳蓉,俞建新,潘金贵.Windows2000下虚拟硬盘系统的设计与实现[J].微计算机应用,2003,1:13-15.
[24]胡大裟,李炳法.Research and Design of RAID Based on IEEE 1394[J].计算机应用研究,2005,04:98-100.
[25]赵跃龙,何亚农,邓广文.一种Flash固态盘的设计[J].电子计算机与外部设备,1998,225:33-35.
[26]李锴,杨长兴.最新SSD技术与PC存储系统结构改进的研究[J].电脑知识与技术,2007,03:762-763.
[27]桑野雅彦[日].存储器的IC应用技法[M].北京:科学出版社,2004:24.
[28]谭志虎,万继光,刘瑞芳,李明.光纤通道磁盘阵列中目标器设计与实现[J].小型微型计算机系统,2008,02:345-348.
[29]Ed.Doller CTO.Intel Flash Memory Group Meeting the NVM Market Segment Requivements[EB/OL].http://www.intel.com,2006.
[30]石文孝,于德津,杨蕊.基于TI 5409处理器的U盘读写系统[J].吉林大学学报,2008,1:83-88.
[31]曾洪博,胡明昌,李文,蔡飞,唐志敏.一种高性能北桥芯片的设计及性能分析[J].计算机研究与发展,2007,9:1501-1509.
[32]谢树煜.计算机组成原理[M].北京:清华大学出版社,2003:29.
[33]李锴.整合技术在系统架构上的应用--利用Windows XP轻松实现Internet上的远程控制详解[J].电脑知识与技术,2005,36.
[34]胡加生.RAMBUS VS DDR谁是王者[J].厦门科技,2001,3:46-47.
[35]王瑜,曾建中.存储设备IOPS指标的详解[J].现代电视技术,2007,8:146-149.
[36]顾宝发,徐公权,黄德利,王德新.固态盘的可靠性设计[J].电子计算机与外部设备,1994,6:1-7.
[37]梁成仁,李健勇,黄道颖,李建春,高显岑.基于Merkle树的BT系统torrent 文件优化策略[J].计算机工程,2008,03:85-87.
[38]贺平.计算机网络基础[M].北京:机械工业出版社,2004:7.
[39]吴鹤龄,崔林.ACM图灵奖[M].北京:高等教育出版社,2002:200-229.
[40]赵德忠,姚旺生.USB在ISA总线上的扩展应用[J].微计算机应用,2007,1:58-60.
[41]冯昊.Linux服务器配置与管理[M].北京:清华大学出版社,2005:2.
[42]苗阳.基于Mac Os X系统的字幕软件的设计与实现[J].科技信息,2007,32:108-110.
[43]JMF602 SATA II to Flash Controller[EB/OL].http://www.jmicron.com,2008.
[44]H.J.Kim and S.G.Lee.An Effective Flash Memory Manager for Reliable Flash Memory Space Manegement[J].IEICE Trans.Information &System,2002,E85-D6:951-964.
[45]武玉华,黄允,李艳俊,欧海文.基于FPGA的ECC算法高速实现[J].微计算机信息,2007,11:48-51.
[46]K9GAGO8UOM[EB/OL].http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/productList.do?f mly_id=6722008.
[47]周明德.微型计算机原理及应用[M].北京:清华大学出版社,1997:244.
[48]黄霄,肖翔,焦程波,张晓娟.一种应用于SATA硬盘的物理隔离卡的设计与实现[J].微电子学与计算机,2007,10:130-133.
[49]张敏捷.浅析BIOS和CMOS[J].科技信息,2008,9:186.
[50]孙浩.计算机的辅助存储器[J].连云港职业技术学院学报.1997,04:19-20.
[51]颜彬,李登实.计算机操作系统[M].北京:清华大学出版社,2007:73.
[52]朱向前,孙玉英,林科兵.PC性能及其测试软件的研究[J].电脑知识与技术,2005,36:152.
[53]王伟硕.性能测试新标杆PCMark2005[J].电脑迷,2005,09:25.
[54]吴赞,张蕴玉,胡修林.PC机中高速数据传输和存储的研究及定量分析[J].国外电子测量技术,2003,02:14-17.
[55]电脑与电信编辑部.揭示硬件真正性能Sysmark 2004首度曝光[J].电脑与电信,2004,3:78-82.
[56]iometer.Version 2004.07.30 Windows i386[EB/OL].http://www.iometer.org,2002.
[57]朱霞.线程级并行的硬件技术研究[D].西安:西北工业大学,2003:11.
[58]何明耿,吴杰康,朱健全.基于CPU使用率的动态电源管理[J].广西大学 学报,2007,2:216-218.
[59]章从福.意法半导体和英特尔发布MLC NOR闪存降低手机制造商开发成本[J].半导体信息,2006,2:17-18.
[60]IBM宣布:十年内淘汰硬盘[EB/OL].http://www.cnbeta.com/articles/53312.htm
[2]魏权利.微型计算机技术的发展与瓶颈[J].青岛化工学院学报,2000,1:69-71.
[3]王敬.延伸摩尔定律的应变硅技术[J].微电子学,2008,1:50-56.
[4]Ravi Kumar Khattar,Mark S Murphy,Giulio John Tarella et al.Introdution to Storage Area Network,SAN.IBM Redbooks,SG24-5470-00:43.
[5]Rowell Hemandez,Keith Carmichael,Cher Kion Chai et al.IP Storage Network Ing:IBM NAS and iSCSI Solutions.IBM Redbooks,SG24-6240-01 ISBN 0738424226:78.
[6]李刚,韩松.大容量高速固态盘设计[J].电子测量技术,2006,6:129-130.
[7]邸海霞.固态盘缓存设计研究[D].北京:航天工业总公司第二研究院,1999:54.
[8]栾志斌.基于TrueFFS理论的固态盘在通信领域的应用[D].吉林:吉林大学,2006:13.
[9]Windows vista[EB/OL].http://www.microsoft.com/zh/cn.
[10]Ravi Budruk,Don Anderson,Tom Shanley[美].PCI Express系统体系结构标准教材[M].北京:电子工业出版社,2005:2.
[11]王红.操作系统原理及应用[M].北京:中国水利水电出版社,2005:1.
[12]宋敏强.巧设虚拟硬盘存放临时文件[J].电脑知识与技术,1998,11:12.
[13]刘云.双通道内存技术简介[J].西部广播电视,2003,12:54-55.
[14]Universal Serial Bus Specification.Version 2.0[EB/OL].http://www.usb.org,2002.
[15]陈可.英特尔Robson技术与三星Hybrid混合硬盘揭密[J].微型计算机,2006,05:143-148.
[16]杨厚俊,张公敬,张昆藏.计算机系统结构--奔腾PC[M].北京:科学出版社,2004:1.
[17]Wilson KM,Olukotun K.High bandwidth on-chip design[J].IEEE Trans On Computers,2001,4:292-307
[18]张晨曦,王志英,张春元.计算机体系结构[M].北京:高等教育出版社, 2003:6-25.
[19]李勇,刘思林.计算机体系结构[M].湖南:国防科技大学出版社,2003:185.
[20]李学干.计算机系统结构[M].北京:经济科学出版社,2000:8.
[21]曾洪博,胡明昌,李文,蔡飞,唐志敏.一种高性能北桥芯片的设计及性能分析[J].计算机研究与发展,2007,9:1501-1509.
[22]毕文兰.试论加固微机中的固态盘[J].山西电子技术,2001,1:36.
[23]韩嵩,郑康,王艳蓉,俞建新,潘金贵.Windows2000下虚拟硬盘系统的设计与实现[J].微计算机应用,2003,1:13-15.
[24]胡大裟,李炳法.Research and Design of RAID Based on IEEE 1394[J].计算机应用研究,2005,04:98-100.
[25]赵跃龙,何亚农,邓广文.一种Flash固态盘的设计[J].电子计算机与外部设备,1998,225:33-35.
[26]李锴,杨长兴.最新SSD技术与PC存储系统结构改进的研究[J].电脑知识与技术,2007,03:762-763.
[27]桑野雅彦[日].存储器的IC应用技法[M].北京:科学出版社,2004:24.
[28]谭志虎,万继光,刘瑞芳,李明.光纤通道磁盘阵列中目标器设计与实现[J].小型微型计算机系统,2008,02:345-348.
[29]Ed.Doller CTO.Intel Flash Memory Group Meeting the NVM Market Segment Requivements[EB/OL].http://www.intel.com,2006.
[30]石文孝,于德津,杨蕊.基于TI 5409处理器的U盘读写系统[J].吉林大学学报,2008,1:83-88.
[31]曾洪博,胡明昌,李文,蔡飞,唐志敏.一种高性能北桥芯片的设计及性能分析[J].计算机研究与发展,2007,9:1501-1509.
[32]谢树煜.计算机组成原理[M].北京:清华大学出版社,2003:29.
[33]李锴.整合技术在系统架构上的应用--利用Windows XP轻松实现Internet上的远程控制详解[J].电脑知识与技术,2005,36.
[34]胡加生.RAMBUS VS DDR谁是王者[J].厦门科技,2001,3:46-47.
[35]王瑜,曾建中.存储设备IOPS指标的详解[J].现代电视技术,2007,8:146-149.
[36]顾宝发,徐公权,黄德利,王德新.固态盘的可靠性设计[J].电子计算机与外部设备,1994,6:1-7.
[37]梁成仁,李健勇,黄道颖,李建春,高显岑.基于Merkle树的BT系统torrent 文件优化策略[J].计算机工程,2008,03:85-87.
[38]贺平.计算机网络基础[M].北京:机械工业出版社,2004:7.
[39]吴鹤龄,崔林.ACM图灵奖[M].北京:高等教育出版社,2002:200-229.
[40]赵德忠,姚旺生.USB在ISA总线上的扩展应用[J].微计算机应用,2007,1:58-60.
[41]冯昊.Linux服务器配置与管理[M].北京:清华大学出版社,2005:2.
[42]苗阳.基于Mac Os X系统的字幕软件的设计与实现[J].科技信息,2007,32:108-110.
[43]JMF602 SATA II to Flash Controller[EB/OL].http://www.jmicron.com,2008.
[44]H.J.Kim and S.G.Lee.An Effective Flash Memory Manager for Reliable Flash Memory Space Manegement[J].IEICE Trans.Information &System,2002,E85-D6:951-964.
[45]武玉华,黄允,李艳俊,欧海文.基于FPGA的ECC算法高速实现[J].微计算机信息,2007,11:48-51.
[46]K9GAGO8UOM[EB/OL].http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/productList.do?f mly_id=6722008.
[47]周明德.微型计算机原理及应用[M].北京:清华大学出版社,1997:244.
[48]黄霄,肖翔,焦程波,张晓娟.一种应用于SATA硬盘的物理隔离卡的设计与实现[J].微电子学与计算机,2007,10:130-133.
[49]张敏捷.浅析BIOS和CMOS[J].科技信息,2008,9:186.
[50]孙浩.计算机的辅助存储器[J].连云港职业技术学院学报.1997,04:19-20.
[51]颜彬,李登实.计算机操作系统[M].北京:清华大学出版社,2007:73.
[52]朱向前,孙玉英,林科兵.PC性能及其测试软件的研究[J].电脑知识与技术,2005,36:152.
[53]王伟硕.性能测试新标杆PCMark2005[J].电脑迷,2005,09:25.
[54]吴赞,张蕴玉,胡修林.PC机中高速数据传输和存储的研究及定量分析[J].国外电子测量技术,2003,02:14-17.
[55]电脑与电信编辑部.揭示硬件真正性能Sysmark 2004首度曝光[J].电脑与电信,2004,3:78-82.
[56]iometer.Version 2004.07.30 Windows i386[EB/OL].http://www.iometer.org,2002.
[57]朱霞.线程级并行的硬件技术研究[D].西安:西北工业大学,2003:11.
[58]何明耿,吴杰康,朱健全.基于CPU使用率的动态电源管理[J].广西大学 学报,2007,2:216-218.
[59]章从福.意法半导体和英特尔发布MLC NOR闪存降低手机制造商开发成本[J].半导体信息,2006,2:17-18.
[60]IBM宣布:十年内淘汰硬盘[EB/OL].http://www.cnbeta.com/articles/53312.htm