在计算机的组成结构中,有一个很重要的部分,就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件,对于计算机来说,有了存储器,才有记忆功能,才能保证正常工作。存储器的种类很多,按其用途可分为主存储器和辅助存储器,主存储器又称内存储器(简称内存),辅助存储器又称外存储器(简称外存)。外存通常是磁性介质或光盘,像硬盘,软盘,磁带,CD等,能长期保存信息,并且不依赖于电来保存信息,但是由机械部件带动,速度与CPU
相比就显得慢的多。内存指的就是主板上的存储部件,是CPU直接与之沟通,并用其存储数据的部件,存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路,内存只用于暂时存放程序和数据,一旦关闭电源或发生断电,其中的程序和数据就会丢失。
我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存(即DRAM),动态内存中所谓的“动态”,指的是当我们将数据写入DRAM后,经过一段时间,数据会丢失,因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。具体的工作过程是这样的:一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷,有电荷代表1,无电荷代表0。但时间一长,代表1的电容会放电,代表0的电容会吸收电荷,这就是数据丢失的原因;刷新操作定期对电容进行检查,若电量大于满电量的1/2,则认为其代表1,并把电容充满电;若电量小于1/2,则认为其代表0,并把电容放电,藉此来保持数据的连续性。
闪存是基于usb接口和flashmemory闪存芯片存储介质、无需驱动器的存储器,具有无驱动、速度快、体积小、兼容性好、携带方便、容量大、寿命长等优点。
闪存以普及的USB接口作为与计算机沟通的桥梁,并且最高可达到2GB的储存空间。即插即用的功能使得计算机可以自动侦测到此装置,使用者只需将它插入计算机USB接口就可以使用,就像一般抽取式磁盘装置,读写档案、复制及删除方法与一般操作方式完全相同。
内存特点是读写速度较快,但是停电之后内容就全丢失了,这就需要另一种存储器——外存储器。外存储器分为软盘、硬盘、光盘等。
硬盘就是一种最为常见的外存储器,它好比是数据的外部仓库一样。电脑除了要有“工作间”,还要有专门存储东西的仓库。硬盘又叫固定盘,由金属材料涂上磁性物质的盘片与盘片读写装置组成。这些盘片与读写装置(驱动器)是密封在一起的。硬盘的尺寸有5.25英寸、3.5英寸和1.8英寸等。有一类硬盘还可以通过并行口连接,作为一种方便移动的硬盘。
硬盘的存储速度比起内存来说要慢,但存储量要大得多,存储容量可用兆(MB)或吉(GB)来表示。
近来需要在新采购的DELL R740XD服务器上增加内存。在官方技术规格描述中,R740XD一共支持4种不同类型的内存:分别是RDIMM,RDIMM, NVDIMM, DCPMM(英特尔®傲腾™ DC 持久内存)。故在采购内存之前,中岳需要就不同种类的内存进行调研。除了上述四种内存外,在服务器领域还有一种常用的内存:UDIMM。在这里,我们对这四种内存进行学习。
UDIMM:全称Unbuffered DIMM,即无缓冲双列直插内存模块,指地址和控制信号不经缓冲器,无需做任何时序调整,直接到达DIMM上的DRAM芯片。UDIMM由于在CPU和内存之间没有任何缓存,因此同频率下延迟较小。
数据从CPU传到每个内存颗粒时,UDIMM需保证CPU到每个内存颗粒之间的传输距离相等,这样并行传输才有效,而这需要较高的制造工艺,因此UDIMM在容量和频率上都较低。
RDIMM:全称Registered DIMM,带寄存器的双列直插内存模块。RDIMM在内存条上加了一个寄存器进行传输,其位于CPU和内存颗粒之间,既减少了并行传输的距离,又保证并行传输的有效性。由于寄存器效率很高,因此相比UDIMM,RDIMM的容量和频率更容易提高。
LRDIMM:全称Load Reduced DIMM,低负载双列直插内存模块。相比RDIMM,LRDIMM并未使用复杂寄存器,只是简单缓冲,缓冲降低了下层主板上的电力负载,但对内存性能几乎无影响。
此外,LRDIMM内存将RDIMM内存上的Register芯片改为iMB(isolation Memory Buffer)内存隔离缓冲芯片,直接好处就是降低了内存总线负载,进一步提升内存支持容量。
NVDIMM:全程非易失性双列直插式内存模块(英语:non-volatile dual in-line memory module,缩写NVDIMM)是一种用于计算机的随机存取存储器。非易失性存储器是即使断电也能保留其内容的内存,这包括意外断电、系统崩溃或正常关机。双列直插式表示该内存使用DIMM封装。NVDIMM在某些情况下可以改善应用程序的性能、数据安全性和系统崩溃恢复时间。这增强了固态硬盘(SSD)的耐用性和可靠性。
指在一个模块上同时放入传统 DRAM 和 flash 闪存。 计算机可以直接访问传统 DRAM。 支持按字节寻址, 也支持块寻址。通过使用一个小的后备电源,为在掉电时, 数据从DRAM 拷贝到闪存中提供足够的电能。当电力恢复时, 再重新加载到DRAM 中。
目前, 根据 JEDEC 标准化组织的定义, 有三种NVDIMM 的实现。分别是:
NVDIMM-N指在一个模块上同时放入传统 DRAM 和 flash 闪存。 计算机可以直接访问传统 DRAM。 支持按字节寻址, 也支持块寻址。通过使用一个小的后备电源,为在掉电时, 数据从DRAM 拷贝到闪存中提供足够的电能。当电力恢复时, 再重新加载到DRAM 中。
NVDIMM-N 的主要工作方式其实和传统 DRAM是一样的。因此它的延迟也在10的1次方纳秒级。 而且它的容量, 受限于体积, 相比传统的 DRAM 也不会有什么提升。
同时它的工作方式决定了它的 flash 部分是不可寻址的。而且同时使用两种介质的作法使成本急剧增加。 但是, NVDIMM-N 为业界提供了持久性内存的新概念。目前市面上已经有很多基于NVIMM-N的产品。
NVDIMM-F指使用了 DRAM 的DDR3或者 DDR4 总线的flash闪存。我们知道由 NAND flash 作为介质的 SSD, 一般使用SATA, SAS 或者PCIe 总线。使用 DDR 总线可以提高最大带宽, 一定程度上减少协议带来的延迟和开销。 不过只支持块寻址。
NVDIMM-F 的主要工作方式本质上和SSD是一样的。因此它的延迟在 10的1次方微秒级。它的容量也可以轻松达到 TB 以上。
NVDIMM-P这是一个目前还没有发布的标准 (Under Development)。预计将与DDR5 标准一同发布。按照计划,DDR5将比DDR4提供双倍的带宽,并提高信道效率。这些改进,以及服务器和客户端平台的用户友好界面,将在各种应用程序中支持高性能和改进的电源管理。
NVDIMM-P 实际上是真正 DRAM 和 flash 的混合。它既支持块寻址, 也支持类似传统 DRAM 的按字节寻址。 它既可以在容量上达到类似 NAND flash 的TB以上, 又能把延迟保持在10的2次方纳秒级。
通过将数据介质直接连接至内存总线, CPU 可以直接访问数据, 无需任何驱动程序或 PCIe 开销。而且由于内存访问是通过64 字节的 cache line, CPU 只需要访问它需要的数据, 而不是像普通块设备那样每次要按块访问。
Intel 公司在2018年5月发布了基于3D XPoint™ 技术的Intel® Optane™ DC Persistent Memory。可以认为是NVDIMM-P 的一种实现。
硬件支持
应用程序可以直接访问NVDIMM-P, 就像对于传统 DRAM那样。这也消除了在传统块设备和内存之间页交换的需要。但是, 向持久性内存里写数据是和向普通DRAM里写数据共享计算机资源的。包括处理器缓冲区, L1/L2缓存等。
需要注意的是, 要使数据持久, 一定要保证数据写入了持久性内存设备, 或者写入了带有掉电保护的buffer。软件如果要充分利用持久性内存的特性, 指令集架构上至少需要以下支持:
写的原子性
表示对于持久性内存里任意大小的写都要保证是原子性的, 以防系统崩溃或者突然掉电。IA-32 和 IA-64 处理器保证了对缓存数据最大64位的数据访问 (对齐或者非对齐) 的写原子性。 因此, 软件可以安全地在持久性内存上更新数据。这样也带来了性能上的提升, 因为消除了copy-on-write 或者 write-ahead-logging 这种保证写原子性的开销。
高效的缓存刷新(flushing)
出于性能的考虑, 持久性内存的数据也要先放入处理器的缓存(cache)才能被访问。经过优化的缓存刷新指令减少了由于刷新 (CLFLUSH) 造成的性能影响。
提交至持久性内存(Committing to Persistence)
在现代计算机架构下, 缓存刷新的完成表明修改的数据已经被回写至内存子系统的写缓冲区。 但是此时数据并不具有持久性。为了确保数据写入持久性内存, 软件需要刷新易失性的写缓冲区或者在内存子系统的其他缓存。 新的用于持久性写的提交指令 PCOMMIT 可以把内存子系统写队列中的数据提交至持久性内存。
非暂时store操作的优化(Non-temporal Store Optimization)
当软件需要拷贝大量数据从普通内存到持久性内存中时(或在持久性内存之间拷贝), 可以使用弱顺序, 非暂时的store操作 (比如使用MOVNTI 指令)。 因为Non-temporal store指令可以隐式地使要回写的那条cache line 失效, 软件就不需要明确地flush cache line了(see Section 10.4.6.2. of Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual, Volume 1)。
DCPMM英特尔®傲腾™ 技术是指以3D XPoint™内存介质与英特尔先进系统内存控制器、接口硬件及软件IP的独特组合。这项创新技术提供多种外形规格,以帮助不同系列的产品提升系统性能。它能快速访问用户计算机中的常用文档、图片、视频和应用程序,并在关闭电源后记住它们,使用户能够以更少的等待时间创建内容、畅玩游戏和完成创作。
英特尔®傲腾™ 技术既不基于NAND也非动态随机存取存储器(DRAM):这项创新技术兼具二者之所长,在内存/存储层中建立新的数据层,可以有效填补数据中心的内存和性能缺口。
区别与应用
UDIMM由于并未使用寄存器,无需缓冲,同等频率下延迟较小。此外,UDIMM的另一优点在于价格低廉。其缺点在于容量和频率较低,容量最大支持4GB,频率最大支持2133 MT/s。此外,由于UDIMM只能在Unbuffered 模式工作,不支持服务器内存满配(最大容量),无法最大程度发挥服务器性能。在应用场景上,UDIMM不仅可用于服务器领域,同样广泛运用于桌面市场。
而RDIMM支持Buffered模式和高性能的Registered模式,较UDIMM更为稳定,同时支持服务器内存容量最高容量。此外,RDIMM支持更高的容量和频率,容量支持32GB,频率支持 3200 MT/s 。缺点在于由于寄存器的使用,其延迟较高,同时加大了能耗,此外,价格也比UDIMM昂贵。因此,RDIMM主要用于服务器市场。
LRDIMM可以说是RDIMM的替代品,其一方面降低了内存总线的负载和功耗,另一方面又提供了内存的最大支持容量,虽然其最高频率和RDIMM一样,均为3200 MT/s,但在容量上提高到64GB。并且,相比RDIMM,Dual-Rank LRDIMM内存功耗只有其50%。LRDIMM也同样运于服务器领域,但其价格,较RDIMM也更贵些。
SSD固态硬盘是固态存储,属于Flash memory,使用寿命长,不容易损坏,抗震性强。缺点是:价格昂贵,容量小。
普通硬盘里面有一盘片,工作时通过高速旋转来读写信息,极怕震动,容易损坏,优点是技术成熟,价格低,容量大,所以普及时间长,面积广。
SSD固态硬盘除了它读取速度比普通硬盘更快以外,能提升电脑性能。如加装SSD固态硬盘作为系统盘,进入系统时间要比普通的快20%以上,开启像3DMAX、PHOTOSHOP等应用程序的速度也比普通的快很多。
闪存盘是一种移动存储产品,可用于存储任何格式数据文件和在电脑间方便地交换数据。闪存盘采用闪存存储介质(Flash Memory)和通用串行总线(USB)接口,具有轻巧精致、使用方便、便于携带、容量较大、安全可靠、时尚潮流等特征
机械硬盘相关介绍:
我们常用的硬盘是机械硬盘,由磁头、碟片、电机、控制电路等组成,工作时碟片处在高速旋转状态,磁头通过移动寻找来读写碟片上的数据。性能由转速、单碟容量、缓存所决定。目前机械硬盘技术非常成熟,价格低,容量大,缺点是抗震能力不行,速度相对较慢。
而你说的“闪存硬盘“应该指的是固态硬盘,固态硬盘由多个闪存芯片组成,性能由闪存芯片数量和通道数所决定,抗震能力很好,速度也很快。但技术还不成熟,成本高,容量小,储存的数据越多,性能下降也越厉害、理论读写寿命也只有5000次。目前还不适合做为数据储存盘,但做为系统盘还是可以提高系统性能的,适合预算充足的玩家尝尝鲜
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