Store. Prof. Dr. W. Riggert FH Flensburg

Transkript

1 Store Prof. Dr. W. Riggert FH Flensburg

2 Gliederung Speichermedien ILM (Information Lifecycle Management)

3 Speichermedien Speicherhierarchie Festplatte CD MO DVD

4 Speicherorganisation Die Speicherorganisation eines Rechners soll sicherstellen, dass die von der CPU benötigten Daten schnell genug zur Verfügung gestellt werden können.

5 Speicherhierarchie, allgemein CPU- Register teuer, klein, schnell Cache SRAM Hauptspeicher- DRAM Virtueller Speicher, Festplatte Magnetband, Jukeboxen billig, groß, langsam

6 Speicherhierarchie Quelle : Molitor, UNI Halle

7 Massenspeicher Sequenzielle Speicher Massenspeicher Direktzugriffsspeicher Magnetbänder Magnetbandkassetten Magnetische Speicher Optische Speicherplatten Halbleiterspeicher Magnetplatten Festplatten Wechselplatten Disketten CD-ROM DVD Einmal beschreibbare Platten Mehrfach beschreibbare Platten Flash- Speicher Erweiterungsspeicher Quelle: Stahlknecht, Hasenkamp

8 Speichermedien Speicherhierarchie Festplatte CD MO DVD

9 Festplatte technische Merkmale Rotationsgeschwindigkeit: rpm bis rpm (rounds per minute) Sektorgröße: 128 Byte bis 1 KB Schreibdichte : bis Bit/cm Spurendichte : 800 bis Spuren/cm

10 Festplatte - Aufbau Eine Festplatte besteht aus mehreren Platten (4-8) mehreren Lese /Schreibköpfen (6-16) Eine Festplatte besteht aus konzentrischen Spuren Eine Spur besteht aus Sektoren Ein Sektor ist die kleinste adressierbare Einheit Ein Zylinder besteht aus übereinander liegenden Spuren, d.h. aus den Spuren aller Plattenoberflächen, die mit einer Armeinstellung erreichbar sind.

11 Festplatte Aufbau cont. Achse Zugriffskamm Plattenoberflächen Schreib-/ Leseköpfe Motor

12 Festplatte - Zugriff Zugriffszeit := Positionierungszeitzeit + Latenzzeit + Transferzeit Zugriffszeit [10-20] ms ist jene Zeitspanne, die benötigt wird, um eine Speicherzelle zu adressieren und ihren Inhalt zu übertragen. Positionierungszeit = Zeit zum Positionieren des Schreib/Lesearms Auffinden des Zylinders Latenzzeit = Zeit, bis sich der gesuchte Sektoranfang unter dem Schreib-/Lesekopf befindet Transferzeit = Zeit zur Übertragung des Speicherzelleninhaltes Interleavefaktor = Maß für den Sektorversatz als Ausdruck der Lesegeschwindigkeit des Lesekopfes in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit der Platte bzw. Datenweiterleitung durch den Controller

13 Festplatte - Datenaufzeichnung Sektor 1 Sektor n Sektor 2... Achse innerste Spur äußerste Spur

14 Festplatte - Ansicht

15 Festplatte - Simulation Simulation der Funktionsweise einer Festplatte

16 Speichermedien Speicherhierarchie Festplatte CD MO DVD

17 CD Daten werden auf einer spiralförmigen Spur abgelegt. Beschriebene Oberfläche besteht aus Gruben (pit) und Böden (land), über die die Information kodiert ist: Übergang Grube-Grube: 0 Übergang Boden-Boden: 0 Übergang Grube-Boden: 1 Übergang Bode-Grube: 1 Das Laufwerk besteht aus einem rotem Laser und einem Sensor, der das empfangene Licht auswertet. Gruben reflektieren schwach Böden reflektieren stark

18 CD - Merkmale

19 CD - Ablauf Daten werden auf allen CD-Formaten in der gleichen Weise gespeichert. Die Information wird sequentiell in 2 KB Sektoren von der Mitte zum Rand der CD hin eingeteilt. Ebenfalls vom Zentrum zum Rand verläuft der Lesevorgang, bei dem ein Infrarot-Laser mit 780 nm die Pits identifiziert. Die Rotationsgeschwindigkeit der CD liegt dabei zwischen 200 und 500 Umdrehungen pro Min. Das von den Pits reflektierte Licht ist um gegenüber der Umgebung, dem sog. Land verdreht. Die Intensitätsdifferenz wird durch photoelektrische Zellen gemessen und in elektrische Impulse umgesetzt. Das Messergebnis ist eine Folge von Pits und Lands in einer Zeiteinheit, die als Muster von Nullen und Einsen interpretiert werden

20 CD - Lesevorgang

21 CD - Abtasten

22 Constant Linear Velocity (CLV) Die CD nutzt die gleichen Abstände von Pits und Lands auf dem ganzen Medium. Das bedeutet, dass in inneren Bereich der CD weniger Informationen auf einer Spur stehen als auf den äußeren. Folglich ändert ein CD-Laufwerk die Umdrehungsgeschwindigkeit, je nachdem, ob innen oder außen Daten gelesen werden. Aus diesem Umstand ergeben sich relativ geringe Transferraten. Soll die Datenrate unter dem Lesekopf konstant sein, muss die Rotationsgeschwindigkeit je nach Lesekopfposition angepasst werden, da in den äußeren Scheibenbereichen mehr Informationen untergebracht sind als in den Inneren

23 Constant Angular Velocity (CAV) Mit der Zunahme der Umdrehungsgeschwindigkeit wurde es immer schwieriger, die Geschwindigkeitswechsel des CLV- Verfahrens exakt abzubilden, um die hohe Datentransferrate zu halten. Das CAV-Verfahren bietet eine gleichmäßiger Rotationsgeschwindigkeit, folglich ändert sich der Datendurchsatz die CD wird nach außen hin schneller, was sich in einer Zunahme der Datentransferrate und einer Verringerung der Suchzeit niederschlägt. Dieses Verfahren reduziert die Zugriffszeit von ca. 500 ms beim CLV-Konzept auf unter 100 ms beim CAV-Ansatz

24 Simulation - CD Simulation eines Lese-Schreibvorganges auf CD

25 Speichermedien Speicherhierarchie Festplatte CD MO DVD

26 DVD - Prinzip DVD erreicht die Kapazitätssteigerung auf vier Wegen. Die ersten beiden Methoden beruhen auf verbesserten technischen Rahmenbedingungen. Laser mit kürzerer Wellenlänge ermöglichen eine Reduktion der Pitgröße von Micron bei momentanen CDs auf 0.4 Micron bei DVDs. Dies ermöglicht natürlich eine engere Packung der einzelnen Informationseinheiten. Zusätzlich kann der Abstand der Spirale von 1.6 Micron auf 0.74 Micron verringert werden. Um diese enger zusammen liegenden Pits bei steigender Spurdichte zu lesen, benutzt DVD einen roten Laser der Wellenlänge von Nanometer gegenüber 780 Nanometer der älteren CD-Technik. Beide Effekte zusammen bewirken eine Kapazitätssteigerung von 682 MB für CDs auf 4,7 GB für DVDs

27 DVD - Verfahren Durch die Idee mehrlagige optische Platten zu verwenden, lässt sich die optische Datenspeicherung analog zur Festplatte in die dritte Dimension ausdehnen. Mehrebenenplatten sind so aufgebaut, dass zwei oder mehr halbtransparente Speicherflächen durch Auf- und Abwärtsbewegen einer Fokussieroptik geschrieben oder gelesen werden. Dieses Verfahren setzt voraus, dass jede Schicht teilweise transparent ist, damit der Laser zu allen Lagen durchdringen kann. Gleichzeitig muss jede Fläche über ein ausreichendes Reflexionsvermögen verfügen, um genügend Licht auf die Detektoren des Laufwerkes zu reflektieren. DVD adaptiert dieses Verfahren für zwei Schichten und versucht darüber hinaus eine beidseitige Nutzung

28 DVD - Formate DVD Format Kapazität ( 120 mm disc ) in GB Kapazität ( 80 mm disc ) in GB DVD-ROM : einseitig, eine Schicht DVD-ROM : einseitig, zwei Schichten DVD-ROM : zweiseitig, eine Schicht DVD-ROM : zweiseitig, zwei Schichten DVD-R : einseitig, eine Schicht DVD-R : zweiseitig, eine Schicht DVD-RAM : einseitig, eine Schicht DVD-RAM : zweiseitig, eine Schicht

29 DVD - Formatbeschreibung DVD-ROMs lassen sich nur lesen, nicht beschreiben. Sie bieten mit dem Universal-Disk-Format (UDF) ein Dateiformat, das sowohl für die Verarbeitung der DVDs in Rechnern als auch in DVD-Video- /Audio-Playern zum Einsatz kommt. Die entsprechenden Laufwerke verwenden für das Auslesen der Daten einen Laser der Wellenlänge von 650 nm. Sie sind damit abwärtskompatibel und können auch CD-Formate lesen DVD-Rs lassen sich nur einmal beschreiben und zielen damit auf den Markt der Archivierung DVD+RW ist ein wiederbeschreibbares Format, das zur existierenden DVD-Videos und DVD-ROM-Laufwerken vollständig kompatibel ist und für beide - Daten- und Videoinhalt über alle PCs und Unterhaltungsplattformen entworfen wurde. Entsprechend der konstanten Rotationsgeschwindigkeit nach dem CAV-Verfahren ist ein schneller Random Access möglich

30 DVD vs. CD Merkmal Disc-Durchmesser Disc-Stärke Spurabstand minimale Pitlänge Wellenlänge des Lasers Anzahl Schichten Anzahl Seiten Kapazität pro Schicht Kapazität pro Seite Gesamtkapazität Geschwindigkeit Transferrate CD-ROM 120 mm 1.2 mm ( 0.6 mm * 2) 1.6 micron micron nanometer MB 682 MB 682 MB 1.2 m/s CLV KB per sec. DVD-ROM 120 mm 1.2 mm 0.74 micron 0.4 micron nanometer 1 oder 2 1 oder GB GB 17 GB 3.49 m/s CLV MB per sec.

31 Gliederung Speichermedien ILM (Information Lifecycle Management)

32 ILM - Definition Strategien, Methoden und Anwendungen um Informationen automatisch entsprechend ihrem Wert und Nutzen auf den kostengünstigsten Speichermedien bereitzustellen, zu erschließen und langfristig sicher aufzubewahren Damit ergibt sich eine Verschmelzung von Storage-, Archiv-, Content- und Dokumentenmanagementsystemen

33 ILM - Definition ILM ist ein aus Prozessen und Technologien bestehendes Konzept, mit dem die Informationen eines Unternehmens über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg entsprechend ihres Wertes aktiv verwaltet werden können. 10% Technologie

34 Hauptproblem - Datenwachstum

35 Datenwachstum - Folge Durch die Gleichbehandlung der Informationen wird der vorhandene Speicher ineffizient genutzt wichtige und unwichtige Daten liegen auf den gleichen, vergleichsweise teuren Medium

36 Datenspeicherung - bisher

37 Datenspeicherung - zukünftig

38 ILM-Grundsatz - Klassifizierung

39 ILM-Modell Quelle: Baumgart, Pandacom

40 ILM-Grundsatz - Vorgehen Kontrolle Weg der Daten Informationen zur richtigen Zeit auf dem richtigen Speichermedium Sicherheit Analyse und Wertung Einteilung in Verfügbarkeitsklassen (Zugriffszeit) Gewichtung der Daten nach ihrem Wert Rechnungen, Geschäftsberichte, Analysen, MP3-Files... Effizienz Storage-Klassifizierung Einteilung der Speicherklassen (Datenmedium) nach Zugriffsgeschwindigkeit und Verfügbarkeitsanforderungen (Datensicherheit)

41 ILM-Bausteine Data Management / Movement Bewegen von Daten Data Protection Backup Archivierung mit/ohne WORM Aufbewahrungszeiten / -Fristen Unveränderbarkeit (nachweisbar) Indizierung Daten finden Speichernetzwerke FC, S-ATA, iscsi, SAN,... Basis Infrastruktur Disk, Tape, Archive, Software

42 ILM - Beispiel