İkincil Depolama Aygıtları
İkincil depolama aygıtları — manyetik sabit diskler ve flaş tabanlı katı hal sürücüleri — verileri ana bellek dışında kalıcı olarak tutmaktadır ve sistemlerin bilgiyi depolama ve erişim şeklini belirleyen çok farklı performans özelliklerine sahiptir.
Tanım
İkincil depolama aygıtları, ana belleğe göre daha düşük maliyetle ve daha düşük hızda büyük kapasite sağlayarak, güç döngüleri boyunca veriyi kalıcı olarak saklamak için kullanılan, başlıca manyetik sabit disk sürücüleri ve flaş katı hal sürücüleri olan kalıcı (non-volatile) depolama ortamlarıdır.
Kapsam
Bu konu, kalıcı depolamanın teknolojilerini ve performansını kapsamaktadır: manyetik disk geometrisi, arama (seek) ve dönme gecikmesi (rotational latency) ile disk zamanlaması; NAND flaş ve katı hal sürücüleri, bunların erişim davranışları, yıpranmaları ve flaş çeviri katmanı (flash translation layer) dahil olmak üzere; ve bu özelliklerin sistem tasarımını nasıl etkilediği incelenmektedir. Konu, aygıtların kendilerini ele almaktadır. Yedeklilik ve güvenilirlik dizileri (RAID ve depolama güvenilirliği) ile bunların üzerindeki dosya sistemi yazılımları (dosya sistemleri) bu kapsamın dışındadır.
Temel sorular
- Manyetik bir sabit diskin gecikme süresini ve verimini (throughput) ne belirlemektedir?
- Flaş tabanlı katı hal depolama, davranış ve performans açısından manyetik diskten nasıl farklılık göstermektedir?
- Katı hal sürücüleri neden bir flaş çeviri katmanına (flash translation layer) ve yıpranma dengelemeye (wear leveling) ihtiyaç duymaktadır?
- Depolama aygıtı özellikleri sistem ve yazılım tasarımını nasıl etkilemektedir?
Anahtar kavramlar
- manyetik disk geometrisi (izler, sektörler, silindirler)
- arama süresi (seek time) ve dönme gecikmesi (rotational latency)
- disk zamanlaması
- NAND flaş ve katı hal sürücüleri
- flaş çeviri katmanı (flash translation layer)
- yıpranma dengeleme (wear leveling)
- verim (throughput) ve gecikme süresi
- kalıcılık ve uçuculuk olmaması (non-volatility)
Mekanizmalar
Manyetik bir disk, verileri dönen plakalar üzerinde saklamaktadır; erişim, okuma/yazma kafasını doğru iz üzerine hareket ettirmeyi (arama) ve sektörün altına dönmesini beklemeyi (dönme gecikmesi) gerektirmektedir, bu nedenle disk zamanlaması, kafa hareketini azaltmak için istekleri yeniden sıralamaktadır. Katı hal sürücüsü, verileri NAND flaşta saklamaktadır; bu, sayfalar halinde okunup yazılır ancak daha büyük bloklar halinde silinir ve kullanımla yıpranır; bir flaş çeviri katmanı (flash translation layer), mantıksal adresleri fiziksel sayfalara eşler ve yıpranma dengeleme (wear leveling) ile çöp toplama (garbage collection) işlemleri yapmaktadır.
Klinik önem
Depolama aygıtı özellikleri, veri yoğun sistemlerin performansına genellikle hakim olmaktadır. Mekanik disklerden katı hal sürücülerine geçiş, erişim gecikmesini önemli ölçüde azaltmış ve veritabanı, dosya sistemi ve işletim sistemi tasarımını yeniden şekillendirmiştir; flaşın kendine özgü davranışları — yazmadan önce silme, yıpranma ve çöp toplama — depolama yazılımının nasıl geliştirildiğini etkilemeye devam etmektedir.
Tarihçe
IBM tarafından 1956'da tanıtılan manyetik sabit disk, yarım yüzyıl boyunca ikincil depolamaya hakim olmuş, yoğunluk ve maliyet açısından istikrarlı bir şekilde gelişmiştir. 1980'lerin sonlarından itibaren ticarileşen NAND flaş bellek, 2000'li yıllardan itibaren birçok alanda disklerin yerini alan katı hal sürücülerini mümkün kılmıştır; bu sürücüler, bit başına daha yüksek maliyeti, çok daha düşük gecikme süresi ve hareketli parça olmamasıyla takas etmiştir.
Öne çıkan isimler
- John L. Hennessy
- David A. Patterson
- Bruce Jacob
İlgili konular
Temel eserler
- hennessy2019
- jacob2008
Sıkça sorulan sorular
- Katı hal sürücüleri neden sabit disklerden daha hızlıdır?
- Sabit diskler, mekanik olarak bir kafayı hareket ettirmeli ve plakaların dönmesini beklemelidir, bu da milisaniyeler süren gecikmeye neden olmaktadır. Katı hal sürücüleri, hareketli parça olmaksızın flaşa elektronik olarak erişirler, bu nedenle gecikme süreleri çok daha düşüktür ve rastgele erişimi çok daha iyi yönetirler, ancak bayt başına daha pahalıdırlar.
- Yıpranma dengeleme (wear leveling) nedir?
- Flaş bellek hücreleri yalnızca sınırlı sayıda silme-yazma döngüsüne dayanabilmektedir. Yıpranma dengeleme, flaş çeviri katmanı (flash translation layer) aracılığıyla yazma işlemlerini tüm hücrelere eşit şekilde dağıtarak hiçbir bölgenin erken yıpranmamasını sağlar ve böylece katı hal sürücüsünün kullanılabilir ömrünü uzatmaktadır.