光信息存储论文.docx

光信息存储技术的发展状况研究摘要: 光信息技术已经在国民经济及军事领域起着不可替代的作用。由于光学信息处理有高度并行、大容量的特点，近年来已成为信息科学领域最具活力的分支，有着良好的发展前景和极大的发展空间，成为众多新的科学分支和高新技术的生长点。关键字: 光 存储 技术 发展 光存储技术是采用激光照射介质，激光与介质相互作用，导致介质的性质发生变化而将信息存储下来的。读出信息是用激光扫描介质，识别出存储单元性质的变化。在实际操作中，通常都是以二进制数据形式存储信息的，所以首先要将信息转化为二进制数据。写入时，将主机送来的数据编码，然后送入光调制器，这样激光源就输出强度不同的光束。正文:信息存储技术作为信息技术的核心之一,一直伴随着、同时推动着IT业各方面技术的协同发展,是当今IT领域中少数发展最为迅速的热点之一。纸的发明记载了人类的历史和文明,现代信息存储技术则大大超越了纸张记录的含义。21世纪是数字化和多媒体化的信息时代,现代信息社会和经济的发展,所产生的信息量每年以指数方式上升,出现了信息爆炸的态势。1.1存储的昨天存储是信息跨越时间的传播。几千年前的岩画、古书，以及近代的照相技术、留声机技术、电影技术等的发明，极大丰富了我们的信息获取渠道。这些都是和存储技术的发明分不开的。从20世纪开始信息技术发生了历史性的转移,“万物皆可数”,这对人类历史将具有深刻的意义。1.2存储的今天可以将当代信息技术的总轮廓归纳为以下三部曲。第一步：把现实各种各样信息形式的现实域转化为数字域；第二步：在数字域中进行三种简单的操作，即处理、传输、存储；第三步：再把数字域转化为现实域。1.3存储技术特点对于半导体存储(RAM、ROM、Flash)技术，其特点是存储速度快，但是容量小；而磁存储(硬盘、软盘、磁带)容量大，速度慢；光存储(CD、DVD、MO、PC、BD、全息)综合了两者的优点，容量大，速度快，但是还是达不到我们所希望的容量和速度。一种理想的存储技术正在探索之中，设计思想是由一种具有绝对优势的存储技术来统一现有技术，采用“固态RAM”，容量将像硬盘那样大，速度像内存那样快，掉电后信息不丢失。1.4各种存储系统组合任何单一的存储器件和设备都无法满足目前网络对存储的需求,存储资源单元一定要组合起来，以提供大容量、高性能、低价格、高可用、高安全的存储系统为目的的存储资源（注：存储资源不是数据资源）组合。 目前用得最多的是磁盘阵列，是多个硬盘的组合，特点是容量大、速度快，而且最好的特点是可用性增加，即使有硬盘坏了，信息仍可用。这里把通信中的纠错理论用到磁盘中来，利用奇偶校验技术恢复数据，保证了信息的安全。这一点很重要。若把多个磁盘阵列通过网络连接起来，用存储虚拟化软件把它们作为大的存储池，这样就有了更大规模的存储资源，存储成为中心，虚拟存储池好比是水库，服务器好比是抽水器，网络就成为水管，为我们提供信息。还有一种新的技术，就是大规模的集群存储，是大量机器内硬盘的组合，不同于前面所讲的存储系统。如Google的存储信息系统0.5s就可以把信息提取出来。它的实现是通过多个PC内部硬盘空间的组合，拥有899个机架，每架80台PC的规模，共79112台PC机，每台2个硬盘，就有158224个硬盘，6180TB容量。对等存储（P2P）是把各用户的PC机当作存储系统，大量加盟的PC机和服务器中的存储器组合成的存储系统，提供高带宽的视频服务和其他共享服务。各种组合的目的都是为了形成虚拟的大容量、高性能、低成本、高可靠、高安全的存储器。空间分布和性能相比，空间分布越小性能越高、越近性能越高；控制权与安全性相比，越集中控制安全性最高。不同的组合有不同的用途，如P2P存储很适合公共共享资源（电影、电视、音乐），对关键的、私有的、保密的信息不适用；反之，EMC、IBM、HDS、HP等的大型阵列可提供高可靠、高性能、集中控制，用来存储一般人接触不到的关键数据。2.1存储技术的发展硬件发展存在6个规律，分别两、两关于处理、传输和存储。（1）Moore定律：微处理器内晶体管数每18个月翻一翻。（2）Bell定律：如果保持计算能力不变，微处理器的价格每18个月减少一半。（3）Gilder定律：未来25年（1996年与预言）里，主干网的带宽将每6个月增加1倍。（4）Metcalfe定律：网络价值同网络用户数的平方成正比。（5）半导体存储器发展规律：DRAM的密度每年增加60%，每3年翻4倍。（6）硬盘存储技术发展规律：硬盘的密度每年增加约1倍。 存储本身又有一个新摩尔定律（1998年由图灵奖获得者Jim Gray提出）：从现在起，每18个月，新增的存储量等于有史以来存储量之和。数据量信息如此爆炸性增长，对存储就有了非常大的需求的刺激。 存储技术从原理层、器件层、设备层到系统层都有了很大进步。硬盘是发展最快的存储介质。是最重要的大容量存储设备，20世纪50年代由IBM发明以来密度增加了100万倍，到目前为止还没有找到能与之竞争的对手。最近硬盘的产品密度超过每平方英寸100Gb，实验室密度已超过每平方英寸1Tb；主要采用了超低飞行磁头10nm、加钌超稳定介质、PRML读通道、垂直磁记录（硬盘将在2006年全面转为垂直磁记录）等技术，再下一代还有光磁混合纪录等技术。硬盘存储还会进一步提高。光存储技术也有很大的进展。目前主要有CD-ROM、DVD-ROM、DVD机 DVD-RW(DVR)等。最近要产品化的技术在向高密度进军，已有蓝光DVD上市，每片可达25G的容量，还有多层多阶光存储、近场光存储（1片可以存250G）、全息光存储（1片可以存1T）等。磁光混合存储技术成熟之后密度会进一步增加。2.2存储系统结构的发展思路从处理的发展思路来看，是从单处理器多处理器多计算机网格的路线进行的。对于存储也类似，遵从硬盘阵列存储网数据网格的路线发展，由软件和硬件共同实现，系统结构必须和软件相配合，如存储虚拟化软件（单一逻辑映像）、存储资源管理软件（容量、级别、性能）、存储备份、异地容灾、数据迁移软件、数据生命周期管理软件等。对解决可用性也有了新的思路，如借鉴生物学心脏工作的原理，提出具有耗散结构的存储系统。包括美国和我国在内正在研究这样一种系统，系统中有很多硬盘，具有监测硬盘是否有坏的可能性的功能，一旦监测到硬盘可能会坏，则立刻转移数据，即在数据丢失之前就已经备份，没有数据恢复时间，系统总是保持新鲜的不停机的状态，可用性很强。随着异构的存储系统规模越来越大，系统越来越难以管理，人为错误越来越多，管理成本越来越高。现在产生一种新的技术叫对象技术，旨在把管理下移，令存储设备包含更多的智能，使得管理大为简化。华中科技大学提出的进化存储系统，就使得存储在物理上进化，数据分布得到进化，解决管理复杂性问题。另外，也要考虑数据生命周期问题。一切都存下来不是一个好的办法。无限扩大容量，成本无谓增加。管理和保存无用的数据是巨大的浪费，无用信息干扰当前信息存取的性能。2.3存储的明天存储需求量还是在急剧增加。目前的视频通信还只能用在小窗口中，如果要是大窗口通信，就会有很大的数据量，现在还没有实现。麻省理工学院实验室已经成功实现了立体的影像，可以通过全息投影技术，在空间透过玻璃看到立体的影像（图3）。若用超级计算机数据压缩技术计算以后，每秒钟动起来，就可以看到立体的栩栩如生的影像。若将此技术应用在宽带通信上，则通