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存儲器是具有“記憶”功能的設(shè)備,它采用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件來存儲信息。這些器件也稱為記憶元件。在計(jì)算機(jī)中采用只有兩個(gè)數(shù)碼“0”和“1”的二進(jìn)制來表示數(shù)據(jù)。中國聯(lián)保網(wǎng)記憶元件的兩種穩(wěn)定狀態(tài)分別表示為“0”和“1”。日常使用的十進(jìn)制數(shù)必須轉(zhuǎn)換成等值的二進(jìn)制數(shù)才能存入存儲器中。計(jì)算機(jī)中處理的各種字符,例如英文字母、運(yùn)算符號等,也要轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼才能存儲和操作。

存儲器：存放程序和數(shù)據(jù)的器件

存儲位：存放一個(gè)二進(jìn)制數(shù)位的存儲單元,是存儲器最小的存儲單位,或稱記憶單元

存儲字：一個(gè)數(shù)（n位二進(jìn)制位）作為一個(gè)整體存入或取出時(shí),稱存儲字

存儲單元：存放一個(gè)存儲字的若干個(gè)記憶單元組成一個(gè)存儲單元

存儲體：大量存儲單元的集合組成存儲體

存儲單元地址：存儲單元的編號

字編址：對存儲單元按字編址

字節(jié)編址：對存儲單元按字節(jié)編址

尋址：由地址尋找數(shù)據(jù),從對應(yīng)地址的存儲單元中訪存數(shù)據(jù)。

1、半導(dǎo)體存儲器：用半導(dǎo)體器件組成的存儲器。

2、磁表面存儲器：用磁性材料做成的存儲器。

按存儲方式分

1、隨機(jī)存儲器：任何存儲單元的內(nèi)容都能被隨機(jī)存取,且存取時(shí)間和存儲單元的物理位置無關(guān)。

2、順序存儲器：只能按某種順序來存取,存取時(shí)間和存儲單元的物理位置有關(guān)。

按存儲器的讀寫功能分

1、只讀存儲器(ROM)：存儲的內(nèi)容是固定不變的,只能讀出而不能寫入的半導(dǎo)體存儲器。

2、隨機(jī)讀寫存儲器(RAM)：既能讀出又能寫入的半導(dǎo)體存儲器。

按信息的可保存性分

1、非永久記憶的存儲器：斷電后信息即消失的存儲器。

2、永久記憶性存儲器：斷電后仍能保存信息的存儲器。

按存儲器用途分

1、根據(jù)存儲器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所起的作用,可分為①主存儲器、②輔助存儲器、③高速緩沖存儲器、④控制存儲器等。

2、為了解決對存儲器要求容量大,速度快,成本低三者之間的矛盾,目前通常采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu),即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器。

名稱簡稱用途特點(diǎn)

1、高速緩沖存儲器 Cache 高速存取指令和數(shù)據(jù)存取速度快,但存儲容量小

2、主存儲器 內(nèi)存存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間的大量程序和數(shù)據(jù) 存取速度較快,存儲容量不大

3、外存儲器 外存存放系統(tǒng)程序和大型數(shù)據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫 存儲容量大,位成本低

動(dòng)態(tài)存儲器每片只有一條輸入數(shù)據(jù)線,而地址引腳只有8條。為了形成64K地址,必須在系統(tǒng)地址總線和芯片

地址引線之間專門設(shè)計(jì)一個(gè)地址形成電路。使系統(tǒng)地址總線信號能分時(shí)地加到8個(gè)地址的引腳上,借助芯片內(nèi)部的行鎖存器、列鎖存器和譯碼電路選定芯片內(nèi)的存儲單元,鎖存信號也靠著外部地址電路產(chǎn)生。

當(dāng)要從DRAM芯片中讀出數(shù)據(jù)時(shí),CPU首先將行地址加在A0-A7上,而后送出RAS鎖存信號,該信號的下降沿將地址鎖存在芯片內(nèi)部。接著將列地址加到芯片的A0-A7上,再送CAS鎖存信號,也是在信號的下降沿將列地址鎖存在芯片內(nèi)部。然后保持WE=1,則在CAS有效期間數(shù)據(jù)輸出并保持。

當(dāng)需要把數(shù)據(jù)寫入芯片時(shí),行列地址先后將RAS和CAS鎖存在芯片內(nèi)部,然后,WE有效,加上要寫入的數(shù)據(jù),則將該數(shù)據(jù)寫入選中的存貯單元。

由于電容不可能長期保持電荷不變,必須定時(shí)對動(dòng)態(tài)存儲電路的各存儲單元執(zhí)行重讀操作,以保持電荷穩(wěn)定,這個(gè)過程稱為動(dòng)態(tài)存儲器刷新。PC/XT機(jī)中DRAM的刷新是利用DMA實(shí)現(xiàn)的。首先應(yīng)用可編程定時(shí)器8253的計(jì)數(shù)器1,每隔1⒌12μs產(chǎn)生一次DMA請求,該請求加在DMA控制器的0通道上。當(dāng)DMA控制器0通道的請求得到響應(yīng)時(shí),DMA控制器送出到刷新地址信號,對動(dòng)態(tài)存儲器執(zhí)行讀操作,每讀一次刷新一行。

把存儲器分為幾個(gè)層次主要基于下述原因：

1、合理解決速度與成本的矛盾,以得到較高的性能價(jià)格比。半導(dǎo)體存儲器速度快,但價(jià)格高,容量不宜做得很大,因此僅用作與CPU頻繁交流信息的內(nèi)存儲器。磁盤存儲器價(jià)格較便宜,可以把容量做得很大,但存取速度較慢,因此用作存取次數(shù)較少,且需存放大量程序、原始數(shù)據(jù)（許多程序和數(shù)據(jù)是暫時(shí)不參加運(yùn)算的）和運(yùn)行結(jié)果的外存儲器。計(jì)算機(jī)在執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)時(shí),僅將與此有關(guān)的程序和原始數(shù)據(jù)從磁盤上調(diào)入容量較小的內(nèi)存,通過CPU與內(nèi)存進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)處理,然后將最終結(jié)果通過內(nèi)存再寫入磁盤。這樣的配置價(jià)格適中,綜合存取速度則較快。

為解決高速的CPU與速度相對較慢的主存的矛盾,還可使用高速緩存。它采用速度很快、價(jià)格更高的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲器,甚至與微處理器做在一起,存放當(dāng)前使用最頻繁的指令和數(shù)據(jù)。當(dāng)CPU從內(nèi)存中讀取指令與數(shù)據(jù)時(shí),將同時(shí)訪問高速緩存與主存。如果所需內(nèi)容在高速緩存中,就能立即獲��；如沒有,再從主存中讀取。高速緩存中的內(nèi)容是根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)更換的。這樣,通過增加少量成本即可獲得很高的速度。

2、使用磁盤作為外存,不僅價(jià)格便宜,可以把存儲容量做得很大,而且在斷電時(shí)它所存放的信息也不丟失,可以長久保存,且復(fù)制、攜帶都很方便。

存儲器可以被環(huán)境析構(gòu)器釋放而不會影響其他環(huán)境中分配的存儲器．所有存儲器分配（通過 palloc 等）都被當(dāng)作在當(dāng)前環(huán)境的區(qū)域中分配存儲器．如果你試圖釋放（或再分配）不在當(dāng)前環(huán)境的存儲器，你將得到不可預(yù)料的結(jié)果。

創(chuàng)建存儲器環(huán)境和切換存儲器環(huán)境是 SPI 管理器中存儲器管理器的任務(wù)。

SPI過程處理兩種存儲器環(huán)境：上層執(zhí)行器存儲器環(huán)境和過程存儲器環(huán)境（如果已聯(lián)接）．

在一個(gè)過程與 SPI管理器聯(lián)接之前，當(dāng)前存儲器環(huán)境是上層執(zhí)行器環(huán)境，所以所有由過程自身通過 palloc/repalloc 或通過SPI 應(yīng)用函數(shù)在聯(lián)接到SPI 管理器之前分配的存儲器都在這個(gè)環(huán)境里。

在進(jìn)行SPI_connect 調(diào)用之后，當(dāng)前環(huán)境是過程自身所有的．通過 palloc/repalloc 或通過SPI 應(yīng)用函數(shù)分配的存儲器（除了SPI_copytuple，SPI_modifytuple，SPI_palloc 和SPI_repalloc 以外）都在這個(gè)環(huán)境中分配。

當(dāng)進(jìn)程與 SPI 管理器斷開（通過調(diào)用SPI_finish）后，當(dāng)前環(huán)境恢復(fù)為上層執(zhí)行器環(huán)境并且所有在過程存儲器環(huán)境分配的存儲器都被釋放，并且不可繼續(xù)使用！

如果你想返回一些東西給上層執(zhí)行器，那么你必須為此在上層環(huán)境分配一片存儲器！

SPI 不能自動(dòng)釋放在上層執(zhí)行器環(huán)境里分配的存儲器！

SPI 在查詢完成后自動(dòng)釋放查詢執(zhí)行期間的存儲器分配！

CF閃存卡

一種袖珍閃存卡,(comPACt flash card)。像pc卡那樣插入數(shù)碼相機(jī),它可用適配器,(又稱轉(zhuǎn)接卡),使之適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的pc卡閱讀器或其他的pc卡設(shè)備。cf存儲卡的部分結(jié)構(gòu)采用強(qiáng)化玻璃及金屬外殼,cf存儲卡采用standard ata/ide接口界面,配備有專門的pcm-cia適配器(轉(zhuǎn)接卡),筆記本電腦的用戶可直接在pcmcia插槽上使用,使數(shù)據(jù)很容易在數(shù)碼相機(jī)與電腦之間傳遞。

SM閃存卡

即smart media,智能媒體卡,一種存儲媒介。sm卡采用了ssfdg/flash內(nèi)存卡,具有超小超薄超輕等特性,體積37(長)×45(寬)×0.76(厚)毫米,重量是1.8g,功耗低,容易升級,sm轉(zhuǎn)換卡也有pcmcia界面,方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

memory stick duo即微型記憶棒,微型記憶棒的體積和重量都為普通記憶棒的三分之一左右,目前最大存儲容量可以達(dá)到4g。

SD閃存卡

即SecureDigital, 32×24×2.11 存儲的速度快,非常小巧,外觀和MMC一樣,目前市面上較多數(shù)數(shù)碼相機(jī)使用這種格式的存儲卡,市場占有率第一。

XD閃存卡

即Fuji film(富士膠卷)和OLYMPUS(奧林巴斯)聯(lián)合推出的xD-Picture卡,體形很小,傳輸速度很快,不過價(jià)格很昂貴。

MMC閃存卡

即MultiMedia Card ,外型和SD完全一樣,很多時(shí)候也通用。

微硬盤

是一種比較高端的存貯產(chǎn)品,目前“Hitachi(日立)”和國產(chǎn)品牌“南方匯通”都推出了自己的微硬盤產(chǎn)品。微型硬盤外型和CF卡完全一樣,使用同一型號接口。

優(yōu)卡

優(yōu)卡是LEXAR公司生產(chǎn)的一種數(shù)碼相機(jī)存儲介質(zhì),外形和一般的cf卡相同,可以用在使用cf卡的數(shù)碼相機(jī)、pda、mp3等數(shù)碼設(shè)備上,同時(shí)可以直接通過usb接口與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)機(jī),用作移動(dòng)存儲器。

數(shù)字膠卷

數(shù)字膠卷是lexar公司生產(chǎn)的的一種數(shù)碼相機(jī)的存儲介質(zhì),同日立的sm卡、松下的sd卡、索尼的memorystick屬同類的數(shù)字存儲媒體。

PC卡轉(zhuǎn)換器

一種接插件,可以把cf卡或sm卡插入其中,然后,整體作為一個(gè)pc卡插入計(jì)算機(jī)的pcmica插口,這是常用于便攜機(jī)的一種通用擴(kuò)展接口,可以接入pcmica內(nèi)存卡、pcmica硬盤、pcmica調(diào)制解調(diào)器等。

選擇存儲器時(shí)應(yīng)遵循的基本原則

1、內(nèi)部存儲器與外部存儲器

一般情況下,當(dāng)確定了存儲程序代碼和數(shù)據(jù)所需要的存儲空間之后,設(shè)計(jì)工程師將決定是采用內(nèi)部存儲器還是外部存儲器。通常情況下,內(nèi)部存儲器的性價(jià)比最高但靈活性最低,因此設(shè)計(jì)工程師必須確定對存儲的需求將來是否會增長,以及是否有某種途徑可以升級到代碼空間更大的微控制器。基于成本考慮,人們通常選擇能滿足應(yīng)用要求的存儲器容量最小的微控制器,因此在預(yù)測代碼規(guī)模的時(shí)候要必須特別小心,因?yàn)榇�碼規(guī)模增大可能要求更換微控制器。

目前市場上存在各種規(guī)模的外部存儲器器件,我們很容易通過增加存儲器來適應(yīng)代碼規(guī)模的增加。有時(shí)這意味著以封裝尺寸相同但容量更大的存儲器替代現(xiàn)有的存儲器,或者在總線上增加存儲器。即使微控制器帶有內(nèi)部存儲器,也可以通過增加外部串行EEPROM或閃存來滿足系統(tǒng)對非易失性存儲器的需求。

2、引導(dǎo)存儲器

在較大的微控制器系統(tǒng)或基于處理器的系統(tǒng)中,設(shè)計(jì)工程師可以利用引導(dǎo)代碼進(jìn)行初始化。應(yīng)用本身通常決定了是否需要引導(dǎo)代碼,以及是否需要專門的引導(dǎo)存儲器。例如,如果沒有外部的尋址總線或串行引導(dǎo)接口,通常使用內(nèi)部存儲器,而不需要專門的引導(dǎo)器件。但在一些沒有內(nèi)部程序存儲器的系統(tǒng)中,初始化是操作代碼的一部分,因此所有代碼都將駐留在同一個(gè)外部程序存儲器中。某些微控制器既有內(nèi)部存儲器也有外部尋址總線,在這種情況下,引導(dǎo)代碼將駐留在內(nèi)部存儲器中,而操作代碼在外部存儲器中。這很可能是最安全的方法,因?yàn)楦淖儾僮鞔�碼時(shí)不會出現(xiàn)意外地修改引導(dǎo)代碼。在所有情況下,引導(dǎo)存儲器都必須是非易失性存儲器。

3、配置存儲器

對于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA）或片上系統(tǒng)(SoC),人們使用存儲器來存儲配置信息。這種存儲器必須是非易失性EPROM、EEPROM或閃存。大多數(shù)情況下,FPGA采用SPI接口,但一些較老的器件仍采用FPGA串行接口。串行EEPROM或閃存器件最為常用,EPROM用得較少。

4、程序存儲器

所有帶處理器的系統(tǒng)都采用程序存儲器,但設(shè)計(jì)工程師必須決定這個(gè)存儲器是位于處理器內(nèi)部還是外部。在做出了這個(gè)決策之后,設(shè)計(jì)工程師才能進(jìn)一步確定存儲器的容量和類型。當(dāng)然有的時(shí)候,微控制器既有內(nèi)部程序存儲器也有外部尋址總線,此時(shí)設(shè)計(jì)工程師可以選擇使用它們當(dāng)中的任何一個(gè),或者兩者都使用。這就是為什么為某個(gè)應(yīng)用選擇最佳存儲器的問題,常常由于微控制器的選擇變得復(fù)雜起來,以及為什么改變存儲器的規(guī)模也將導(dǎo)致改變微控制器的選擇的原因。

如果微控制器既利用內(nèi)部存儲器也利用外部存儲器,則內(nèi)部存儲器通常被用來存儲不常改變的代碼,而外部存儲器用于存儲更新比較頻繁的代碼和數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)工程師也需要考慮存儲器是否將被在線重新編程或用新的可編程器件替代。對于需要重編程功能的應(yīng)用,人們通常選用帶有內(nèi)部閃存的微控制器,但帶有內(nèi)部OTP或ROM和外部閃存或EEPROM的微控制器也滿足這個(gè)要求。為降低成本,外部閃存可用來存儲代碼和數(shù)據(jù),但在存儲數(shù)據(jù)時(shí)必須小心避免意外修改代碼。

在大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)中,人們利用閃存存儲程序以便在線升級固件。代碼穩(wěn)定的較老的應(yīng)用系統(tǒng)仍可以使用ROM和OTP存儲器,但由于閃存的通用性,越來越多的應(yīng)用系統(tǒng)正轉(zhuǎn)向閃存。

5、數(shù)據(jù)存儲器

與程序存儲器類似,數(shù)據(jù)存儲器可以位于微控制器內(nèi)部,或者是外部器件,但這兩種情況存在一些差別。有時(shí)微控制器內(nèi)部包含SRAM(易失性)和EEPROM(非易失)兩種數(shù)據(jù)存儲器,但有時(shí)不包含內(nèi)部EEPROM,在這種情況下,當(dāng)需要存儲大量數(shù)據(jù)時(shí),設(shè)計(jì)工程師可以選擇外部的串行EEPROM或串行閃存器件。當(dāng)然,也可以使用并行EEPROM或閃存,但通常它們只被用作程序存儲器。

當(dāng)需要外部高速數(shù)據(jù)存儲器時(shí),通常選擇并行SRAM并使用外部串行EEPROM器件來滿足對非易失性存儲器的要求。一些設(shè)計(jì)還將閃存器件用作程序存儲器,但保留一個(gè)扇區(qū)作為數(shù)據(jù)存儲區(qū)。這種方法可以降低成本、空間并提供非易失性數(shù)據(jù)存儲器。

針對非易失性存儲器要求,串行EEPROM器件支持I2C、SPI或微線(Microwire)通訊總線,而串行閃存通常使用SPI總線。由于寫入速度很快且?guī)в蠭2C和SPI串行接口,FRAM在一些系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

6、易失性和非易失性存儲器

存儲器可分成易失性存儲器或者非易失性存儲器,前者在斷電后將丟失數(shù)據(jù),而后者在斷電后仍可保持?jǐn)?shù)據(jù)。設(shè)計(jì)工程師有時(shí)將易失性存儲器與后備電池一起使用,使其表現(xiàn)猶如非易失性器件,但這可能比簡單地使用非易失性存儲器更加昂貴。然而,對要求存儲器容量非常大的系統(tǒng)而言,帶有后備電池的DRAM可能是滿足設(shè)計(jì)要求且性價(jià)比很高的一種方法。

在有連續(xù)能量供給的系統(tǒng)中,易失性或非易失性存儲器都可以使用,但必須基于斷電的可能性做出最終決策。如果存儲器中的信息可以在電力恢復(fù)時(shí)從另一個(gè)信源中恢復(fù)出來,則可以使用易失性存儲器。

選擇易失性存儲器與電池一起使用的另一個(gè)原因是速度。盡管非易失存儲器件可以在斷電時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù),但寫入數(shù)據(jù)(一個(gè)字節(jié)、頁或扇區(qū))的時(shí)間較長。

7、串行存儲器和并行存儲器

在定義了應(yīng)用系統(tǒng)之后,微控制器的選擇是決定選擇串行或并行存儲器的一個(gè)因素。對于較大的應(yīng)用系統(tǒng),微控制器通常沒有足夠大的內(nèi)部存儲器,這時(shí)必須使用外部存儲器,因?yàn)橥獠繉ぶ房偩�通常是并行的,外部的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器也將是并行的。

較小的應(yīng)用系統(tǒng)通常使用帶有內(nèi)部存儲器但沒有外部地址總線的微控制器。如果需要額外的數(shù)據(jù)存儲器,外部串行存儲器件是最佳選擇。大多數(shù)情況下,這個(gè)額外的外部數(shù)據(jù)存儲器是非易失性的。

根據(jù)不同的設(shè)計(jì),引導(dǎo)存儲器可以是串行也可以是并行的。如果微控制器沒有內(nèi)部存儲器,并行的非易失性存儲器件對大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)而言是正確的選擇。但對一些高速應(yīng)用,可以使用外部的非易失性串行存儲器件來引導(dǎo)微控制器,并允許主代碼存儲在內(nèi)部或外部高速SRAM中。

8、EEPROM與閃存

存儲器技術(shù)的成熟使得RAM和ROM之間的界限變得很模糊,如今有一些類型的存儲器(如EEPROM和閃存)組合了兩者的特性。這些器件像RAM一樣進(jìn)行讀寫,并像ROM一樣在斷電時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù),它們都可電擦除且可編程,但各自有它們優(yōu)缺點(diǎn)。

從軟件角度看,獨(dú)立的EEPROM和閃存器件是類似的,兩者主要差別是EEPROM器件可以逐字節(jié)地修改,而閃存器件只支持扇區(qū)擦除以及對被擦除單元的字、頁或扇區(qū)進(jìn)行編程。對閃存的重新編程還需要使用SRAM,因此它要求更長的時(shí)間內(nèi)有更多的器件在工作,從而需要消耗更多的電池能量。設(shè)計(jì)工程師也必須確認(rèn)在修改數(shù)據(jù)時(shí)有足夠容量的SRAM可用。

存儲器密度是決定選擇串行EEPROM或者閃存的另一個(gè)因素。市場上目前可用的獨(dú)立串行EEPROM器件的容量在128KB或以下,獨(dú)立閃存器件的容量在32KB或以上。

如果把多個(gè)器件級聯(lián)在一起,可以用串行EEPROM實(shí)現(xiàn)高于128KB的容量。很高的擦除/寫入耐久性要求促使設(shè)計(jì)工程師選擇EEPROM,因?yàn)榈湫偷拇�行EEPROM可擦除/寫入100萬次。閃存一般可擦除/寫入1萬次,只有少數(shù)幾種器件能達(dá)到10萬次。

今天,大多數(shù)閃存器件的電壓范圍為2.7V到3.6V。如果不要求字節(jié)尋址能力或很高的擦除/寫入耐久性,在這個(gè)電壓范圍內(nèi)的應(yīng)用系統(tǒng)采用閃存,可以使成本相對較低。

9、EEPROM與FRAM

EEPROM和FRAM的設(shè)計(jì)參數(shù)類似,但FRAM的可讀寫次數(shù)非常高且寫入速度較快。然而通常情況下,用戶仍會選擇EEPROM而不是FRAM,其主要原因是成本(FRAM較為昂貴)、質(zhì)量水平和供貨情況。設(shè)計(jì)工程師常常使用成本較低的串行EEPROM,除非耐久性或速度是強(qiáng)制性的系統(tǒng)要求。

DRAM和SRAM都是易失性存儲器,盡管這兩種類型的存儲器都可以用作程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲

器,但SRAM主要用于數(shù)據(jù)存儲器。DRAM與SRAM之間的主要差別是數(shù)據(jù)存儲的壽命。只要不斷電,SRAM就能保持其數(shù)據(jù),但DRAM只有極短的數(shù)據(jù)壽命,通常為4毫秒左右。

與SRAM相比,DRAM似乎是毫無用處的,但位于微控制器內(nèi)部的DRAM控制器使DRAM的性能表現(xiàn)與SRAM一樣。DRAM控制器在數(shù)據(jù)消失之前周期性地刷新所存儲的數(shù)據(jù),所以存儲器的內(nèi)容可以根據(jù)需要保持長時(shí)間。

由于比特成本低,DRAM通常用作程序存儲器,所以有龐大存儲要求的應(yīng)用可以從DRAM獲益。它的最大缺點(diǎn)是速度慢,但計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用高速SRAM作為高速緩沖存儲器來彌補(bǔ)DRAM的速度缺陷。

小結(jié)

盡管我們幾乎可以使用任何類型的存儲器來滿足嵌入式系統(tǒng)的要求,但終端應(yīng)用和總成本要求通常是影響我們做出決策的主要因素。有時(shí),把幾個(gè)類型的存儲器結(jié)合起來使用能更好地滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求。例如,一些PDA設(shè)計(jì)同時(shí)使用易失性存儲器和非易失性存儲器作為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。把永久的程序保存在非易失性ROM中,而把由用戶下載的程序和數(shù)據(jù)存儲在有電池支持的易失性DRAM中。不管選擇哪種存儲器類型,在確定將被用于最終應(yīng)用系統(tǒng)的存儲器之前,設(shè)計(jì)工程師必須仔細(xì)折中考慮各種設(shè)計(jì)因素。

當(dāng)然,像剛才描述的有儲器的測試不可避免地具有破壞性。在內(nèi)存測試過程中,你必須覆蓋它原先的內(nèi)容。因?yàn)橹貙懛且资�性存儲器�?nèi)容通常來說是不可行的,這一部分描述的測試通常只適用于RAM 的測試。

一、普通的存儲器問題

在學(xué)習(xí)具體的測試算法之前,你應(yīng)該了解可能遇到的各種存儲器問題。在軟件工程師中一個(gè)普遍的誤解是,大部分的存儲器問題發(fā)生在芯片的內(nèi)部。盡管這類問題一度是一個(gè)主要的問題,但是它們在日益減少。存儲設(shè)備的制造商們對于每一個(gè)批量的芯片都進(jìn)行了各種產(chǎn)品后期測試。因此,即使某一個(gè)批量有問題,其中某個(gè)壞芯片進(jìn)人到你的系統(tǒng)的可能性是微乎其微的。

你可能遇到的一種類型的存儲芯片問題是災(zāi)難性的失效。這通常是在加工好之后芯片受到物理或者是電子損傷造成的。災(zāi)難性失效是少見的,通常影響芯片中的大部分。因?yàn)橐淮笃瑓^(qū)域受到影響,所以災(zāi)難性的失效當(dāng)然可以被合適的測試算法檢測到。

存儲器出問題比較普遍的原因是電路板故障。典型的電路板故障有：

1、在處理器與存儲設(shè)備之間的連線問題

2、無存儲器芯片

3、存儲器芯片的不正確插人

二、,測試策略

最好有三個(gè)獨(dú)立的測試：數(shù)據(jù)總線的測試、地址總線的測試以及設(shè)備的測試。前面兩個(gè)測試針對電子連線的問題以及芯片的不正確插入；第三個(gè)測試更傾向于檢測芯片的有無以及災(zāi)難性失效。作為一個(gè)意外的結(jié)果,設(shè)備的測試也可以發(fā)現(xiàn)控制總線的問題,盡管它不能提供關(guān)于問題來源的有用信息。

執(zhí)行這三個(gè)測試的順序是重要的。正確的順序是：首先進(jìn)行數(shù)據(jù)總線測試,接著是地址總線測試,最后是設(shè)備測試。那是因?yàn)榈刂房偩�測試假設(shè)數(shù)據(jù)總線在正常工作,除非數(shù)據(jù)總線和地址總線已知是正常的,否則設(shè)備測試便毫無意義。如果任何測試失敗,你都應(yīng)該和一個(gè)硬件工程師一起確定問題的來源。通過查看測試失敗處的數(shù)據(jù)值或者地址,應(yīng)該能夠迅速地找出電路板上的問題。

1、,數(shù)據(jù)總線測試

我們首先要測試的就是數(shù)據(jù)總線。我們需要確定任何由處理器放置在數(shù)據(jù)總線上的值都被另一端的存儲設(shè)備正確接收。最明顯的測試方法就是寫人所有可能的數(shù)據(jù)值并且驗(yàn)證存儲設(shè)備成功地存儲了每一個(gè)。然而,那并不是最有效率的測試方法。一個(gè)更快的測試方法是一次測試總線上的一位。如果每一個(gè)數(shù)據(jù)上可被設(shè)置成為 0 和1,而不受其他數(shù)據(jù)位的影響,那么數(shù)據(jù)總線就通過了測試。

2、地址總線測試

在確認(rèn)數(shù)據(jù)總線工作正常之后,你應(yīng)該接著測試地址總線。記住地址總線的問題將導(dǎo)致存儲器位置的重疊。有很多可能重疊的地址。然而,不必要測試每一個(gè)可能的組合。你應(yīng)該努力在測試過程中分離每一個(gè)地址位。你只需要確認(rèn)每一個(gè)地址線的管腳都可以被設(shè)置成0和 1,而不影響其他的管腳。

3、設(shè)備測試

一旦你知道地址和數(shù)據(jù)總線是正確的,那么就有必要測試存儲設(shè)備本身的完整性。要確認(rèn)的是設(shè)備中的每一位都能夠保持住0和 1。這個(gè)測試實(shí)現(xiàn)起來十分簡單,但是它花費(fèi)的時(shí)間比執(zhí)行前面兩項(xiàng)測試花費(fèi)的總時(shí)間還要長。

對于一個(gè)完整的設(shè)備測試,你必須訪問（讀和寫）每一個(gè)存儲位置兩次。你可以自由地選擇任何數(shù)據(jù)作為第一步測試的數(shù)據(jù),只要在進(jìn)行第二步測試的時(shí)候把這個(gè)值求反即可。因?yàn)榇嬖跊]有存儲器芯片的可能性,所以最好選擇一組隨著地址變化（但是不等于地址）的數(shù)。

非主存儲。但是,當(dāng)企業(yè)開始進(jìn)行主存儲數(shù)據(jù)縮減時(shí),對他們來說,了解主存儲優(yōu)化所要求的必要條件十分重要。

主存儲,常常被稱為1級存儲,其特征是存儲活躍數(shù)據(jù)――即經(jīng)常被存取并要求高性能、低時(shí)延和高可用性的數(shù)據(jù)。主存儲一般用于支持關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用,如數(shù)據(jù)庫、電子郵件和交易處理。大多數(shù)關(guān)鍵應(yīng)用具有隨機(jī)的數(shù)據(jù)取存模式和不同的取存要求,但它們都生成機(jī)構(gòu)用來運(yùn)營它們的業(yè)務(wù)的大量的數(shù)據(jù)。因此,機(jī)構(gòu)制作數(shù)據(jù)的許多份拷貝,復(fù)制數(shù)據(jù)供分布使用,庫存數(shù)據(jù),然后為安全保存?zhèn)浞莺痛鏅n數(shù)據(jù)。

絕大多數(shù)數(shù)據(jù)是起源于主數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)存在的時(shí)間增加,它們通常被遷移到二級和三級存儲保存。因此,如果機(jī)構(gòu)可以減少主數(shù)據(jù)存儲占用空間,將能夠在數(shù)據(jù)生命期中利用這些節(jié)省下來的容量和費(fèi)用。換句話說,更少的主存儲占用空間意味著更少的數(shù)據(jù)復(fù)制、庫存、存檔和備份。

試圖減少主存儲占用空間存儲管理人員可以考慮兩種減少數(shù)據(jù)的方法：實(shí)時(shí)壓縮和數(shù)據(jù)去重。

直到不久前,由于性能問題,數(shù)據(jù)壓縮一直沒有在主存儲應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。然而,Storwize等廠商目前提供利用實(shí)時(shí)、隨機(jī)存取壓縮/解壓技術(shù)將數(shù)據(jù)占用空間壓縮15:1的解決方案。更高的壓縮率和實(shí)時(shí)性能使壓縮解決方案成為主存儲數(shù)據(jù)縮減的可行的選擇。

在備份應(yīng)用中廣泛采用的數(shù)據(jù)去重技術(shù)也在被應(yīng)用到主存儲。目前為止,數(shù)據(jù)去重面臨著一大挑戰(zhàn),即數(shù)據(jù)去重處理是離線處理。這是因?yàn)榇_定數(shù)量可能多達(dá)數(shù)百萬的文件中的多余的數(shù)據(jù)塊需要大量的時(shí)間和存儲處理器做大量的工作,因此非�；钴S的數(shù)據(jù)可能受到影響。當(dāng)前,推出數(shù)據(jù)去重技術(shù)的主要廠商包括NetApp、Data Domain和Ocarina Networks。

部署主存儲優(yōu)化解決方案有6項(xiàng)要求：

一、零性能影響

與備份或存檔存儲不同,活躍數(shù)據(jù)集的性能比能夠用某種形式的數(shù)據(jù)縮減技術(shù)節(jié)省的存儲容量更為關(guān)鍵。因此,選擇的數(shù)據(jù)縮減技術(shù)必須不影響到性能。它必須有效和簡單；它必須等價(jià)于“撥動(dòng)一個(gè)開關(guān),就消耗更少的存儲”。

目前,活躍存儲縮減解決方案只在需要去重的數(shù)據(jù)達(dá)到非活躍狀態(tài)時(shí)才為活躍存儲去重。換句話說,這意味著實(shí)際上只對不再被存取但仍保存在活躍存儲池中的文件――近活躍存儲級――進(jìn)行去重。

去重技術(shù)通過建議只對輕I/O工作負(fù)載去重來避免性能瓶頸。因此,IT基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組件的存儲沒有得到優(yōu)化。數(shù)據(jù)庫排在關(guān)鍵組件清單之首。由于它們是1級存儲和極其活躍的組件并且?guī)缀跏冀K被排除在輕工作負(fù)載之外,去重處理從來不分析它們。因此,它們在主存儲中占據(jù)的空間沒有得到優(yōu)化。

另一方面,實(shí)時(shí)壓縮系統(tǒng)實(shí)時(shí)壓縮所有流經(jīng)壓縮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這導(dǎo)致節(jié)省存儲容量之外的意外好處：存儲性能的提高。當(dāng)所有數(shù)據(jù)都被壓縮時(shí),每個(gè)I/O請求提交的數(shù)據(jù)量都有效地增加,硬盤空間增加了,每次寫和讀操作都變得效率更高。

實(shí)際結(jié)果是占用的硬盤容量減少,總體存儲性能顯著提高。

主存儲去重的第二個(gè)好處是所有數(shù)據(jù)都被減少,這實(shí)現(xiàn)了包括數(shù)據(jù)庫在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)的容量節(jié)省。盡管Oracle環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮可能造成一些性能問題,但迄今為止的測試表明性能提高了。

另一個(gè)問題是對存儲控制器本身的性能影響。人們要求今天的存儲控制器除了做伺服硬盤外,還要做很多事

情,包括管理不同的協(xié)議,執(zhí)行復(fù)制和管理快照。再向這些功能增加另一個(gè)功能可能會超出控制器的承受能力――即使它能夠處理額外的工作負(fù)載,它仍增加了一個(gè)存儲管理人員必須意識到可能成為潛在I/O瓶頸的過程。將壓縮工作交給外部專用設(shè)備去做,從性能問題中消除了一個(gè)變數(shù),而且不會給存儲控制器造成一點(diǎn)影響。

二、高可用性

許多關(guān)注二級存儲的數(shù)據(jù)縮減解決方案不是高可用的。這是由于它們必須立即恢復(fù)的備份或存檔數(shù)據(jù)不像一級存儲中那樣關(guān)鍵。但是,甚至在二級存儲中,這種概念也逐漸不再時(shí)興,高可用性被作為一種選擇添加到許多二級存儲系統(tǒng)中。

可是,高可用性在主存儲中并不是可選的選項(xiàng)。從數(shù)據(jù)縮減格式(被去重或被壓縮)中讀取數(shù)據(jù)的能力必須存在。在數(shù)據(jù)縮減解決方案中(其中去重被集成到存儲陣列中),冗余性是幾乎總是高可用的存儲陣列的必然結(jié)果。

在配件市場去重系統(tǒng)中,解決方案的一個(gè)組件以數(shù)據(jù)的原始格式向客戶機(jī)提供去重的數(shù)據(jù)。這個(gè)組件就叫做讀出器(reader)。讀出器也必須是高可用的,并且是無縫地高可用的。一些解決方案具有在發(fā)生故障時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器上加載讀出器的能力。這類解決方案經(jīng)常被用在近活躍的或更合適的存檔數(shù)據(jù)上;它們不太適合非�；钴S的數(shù)據(jù)集。

多數(shù)聯(lián)機(jī)壓縮系統(tǒng)被插入系統(tǒng)中和網(wǎng)絡(luò)上,放置(邏輯上)在交換機(jī)與存儲之間。因此,它們由于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施級上幾乎總是設(shè)計(jì)具有的高可用性而取得冗余性。沿著這些路徑插入聯(lián)機(jī)專用設(shè)備實(shí)現(xiàn)了不需要IT管理人員付出額外努力的無縫的故障切換；它利用了已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上所做的工作。

三、節(jié)省空間

部署這些解決方案之一必須帶來顯著的容量節(jié)省。如果減少占用容量的主存儲導(dǎo)致低于標(biāo)準(zhǔn)的用戶性能,它沒有價(jià)值。

主數(shù)據(jù)不具有備份數(shù)據(jù)通常具有的高冗余存儲模式。這直接影響到總體容量節(jié)省。這里也有兩種實(shí)現(xiàn)主數(shù)據(jù)縮減的方法：數(shù)據(jù)去重和壓縮。

數(shù)據(jù)去重技術(shù)尋找近活躍文件中的冗余數(shù)據(jù),而能取得什么水平的數(shù)據(jù)縮減將取決于環(huán)境。在具有高冗余水平的環(huán)境中,數(shù)據(jù)去重可以帶來顯著的ROI(投資回報(bào)),而另一些環(huán)境只能取得10%到20%的縮減。

壓縮對所有可用數(shù)據(jù)都有效,并且它在可以為高冗余數(shù)據(jù)節(jié)省更多的存儲容量的同時(shí),還為主存儲應(yīng)用常見的更隨機(jī)的數(shù)據(jù)模式始終帶來更高的節(jié)省。

實(shí)際上,數(shù)據(jù)模式冗余度越高,去重帶來的空間節(jié)省就越大。數(shù)據(jù)模式越隨機(jī),壓縮帶來的空間節(jié)省就越高。

四、獨(dú)立于應(yīng)用

真正的好處可能來自所有跨數(shù)據(jù)類型(不管產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)是什么應(yīng)用或數(shù)據(jù)有多活躍)的數(shù)據(jù)縮減。雖然實(shí)際的縮減率根據(jù)去重?cái)?shù)據(jù)的水平或數(shù)據(jù)的壓縮率的不同而不同,但所有數(shù)據(jù)都必須合格。

當(dāng)涉及存檔或備份時(shí),應(yīng)用特有的數(shù)據(jù)縮減具有明確的價(jià)值,并且有時(shí)間為這類數(shù)據(jù)集定制縮減過程。但是對于活躍數(shù)據(jù)集,應(yīng)用的特殊性將造成性能瓶頸,不會帶來顯著的容量縮減的好處。

五、獨(dú)立于存儲

在混合的廠商IT基礎(chǔ)設(shè)施中,跨所有平臺使用同樣的數(shù)據(jù)縮減工具的能力不僅將進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)縮減的ROI好處,而且還簡化了部署和管理。每一個(gè)存儲平臺使用一種不同的數(shù)據(jù)縮減方法將需要進(jìn)行大量的培訓(xùn),并造成管理級上的混亂。

六、互補(bǔ)

在完成上述所有優(yōu)化主存儲的工作后,當(dāng)?shù)搅藗浞葜鞔鎯�時(shí),最好讓數(shù)據(jù)保持優(yōu)化的格式(被壓縮或去重)。如果數(shù)據(jù)在備份之前必須擴(kuò)展恢復(fù)為原始格式,這將是浪費(fèi)資源。

為備份擴(kuò)展數(shù)據(jù)集將需要：

使用存儲處理器或外部讀出器資源解壓數(shù)據(jù);

擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)資源以把數(shù)據(jù)傳送給備份目標(biāo)；

把額外的資源分配給保存?zhèn)浞輸?shù)據(jù)的備份存儲設(shè)備。