扩展数字家庭的存储容量

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作者：Silicon Image公司时间：2007-10-07来源：电子产品世界收藏

前言

数字内容的增长大大推动了数字家庭对于以磁盘为基础的存储需求。个人录像机(PVR)或者个人计算机(PC)随机内置的单个驱动器已经不能满足消费者的要求。因此，这就刺激了附加存储器市场的巨大增长：外部驱动器市场从2004年到2005年增长超过149%，而且预计在2005年到2010年之间增长超过263%。

本文介绍的数字家庭的存储容量扩展解决方案。实用便捷，用户可随时增添硬盘驱动器，而无需打开他们的PVR或PC机壳。

数字家庭需要更大的存储容量

家庭录像、电视节目、电影与音乐，所有这些内容都是以数字形式存储，而且它们大多数存放在数字家庭的某块硬盘上，它们的数量也比以前增多。数字文件的规模在变大，从数码相机百万级像素的快速升级，当今标准清晰度电视将升级为高清晰度电视(HDTV)，数字媒体的质量正在提高，因此存储这些内容的文件规模也随之增大。目前，标准清晰度电视节目存储率大约是2.3 GB/小时，而高清晰度电视存储率则是平均8.6 GB/小时左右。那就意味着，带有250GB硬盘驱动器的一台数字录像机(DVR)能够存储大约110小时的标准清晰度节目，而它只能存储30小时左右的高清晰度节目。根据传播集团TDG公司的最新报告指出，每个家庭的个人内容或者家庭参考数据的数量将从2005年的322GB左右增加到2010年的1933GB左右。

外部硬盘扩容的便携管理

外部存储硬盘盒是扩展数字存储日益流行的一种有效方式；不过，管理跨多个磁盘的(可能兼有内部磁盘与外部磁盘的)存储可能是非常困难的。因为每个驱动器都是以一个单独的“分卷”或者驱动器字母(C：、D：、E：等)形式出现并管理，当用户添加驱动器时，系统的复杂性也在增加。在为存满数据的系统添加新的驱动器时，用户必须重新建立一个类似的文件结构。不过，这样做将会创建一个存储在两个磁盘中的分段文件结构，需要用户强制记住哪个驱动器存放了哪个文件。这种额外附加的复杂性很快带来了新问题，比如，文件XYZ是在驱动器C：中还是在E：中呢?

当然，用户也可以有其他选择：每次使用新驱动器时，他们将花费几个小时重新清理并移植数据。更为糟糕的是，某些软件可能不允许将内容放在多个位置上。它们可能希望将所有内容放入指定的单一文件夹，避免使用第二个驱动器字母。因此，当用户能够通过添加一个驱动器获得更大的存储容量时，管理跨越多个驱动器的数据将是非常困难的。

另外一个问题就是，大多数消费产品的扩展能力，比如说个人录像机，也是非常有限的。通常也只提供单个额外的驱动器连接，它只允许连接一个单独的额外驱动器。在那个驱动器用完之后，就没有更多的扩展选择了。

一个全面的解决方案将允许用户随着时间的推移非常方便地增加存储，从而解除个人录像机后面的扩展端口数的限制，而且还不需要他们花费时间来管理文件系统。

容量扩展的实现

容量扩展是利用存储处理器将硬盘驱动器连接在一起，并允许它们以单个驱动器的方式运行。容量扩展在概念上非常简单，它对于改变存储在数字家庭中的管理方式具有强大的内在影响。不过，在想象容量扩展的好处之前，理解它的技术基础将大有裨益。

容量扩展借助以前仅在企业级层面应用的若干技术，并将它们应用于数字家庭当中，其目的就在于：对于消费者来说，向现有设备添加基于磁盘的存储的复杂工作将变得简单易行。其中需要用到的技术包括虚拟化、串行、堆叠、在线扩展与eSATA等。

虚拟化

容量扩展允许用户为他们现有的数字存储器增加空间，同时保持维护管理单个驱动器的方便性。为了实现这个目标，容量扩展借用了来自企业级存储空间的一个叫做虚拟化的概念。实际上，虚拟化意味着在一个系统中不考虑其物理配置来存储所有数字内容，而且它们是以单个分卷的形式出现并进行管理。在企业级层次上，这在过去就意味着采用多个服务器—仅用来存储数据的专用计算机—并通过单个虚拟接口访问并控制它们。

对于消费者来说，通过类似的方式工作使用一个存储处理器实现容量扩展，该处理器是位于物理存储设备与操作系统之间的一个芯片。这种存储处理器远胜于简单的驱动器控制器，它接管了与它连接的所有存储设备，而且让它们对于操作系统来说看起来像是单个驱动器，这种处理叫做“存储虚拟化”。

图1 硬盘驱动器管理的虚拟化

串行、堆叠与在线扩展

诚然，存储虚拟化在使得存储对消费者易用方面已经有了很大进展，但是光靠虚拟化仍然不够。容量扩展包括牵涉到存储增长问题的其他功能。其中一个重要的考虑就是驱动器如何相互作用。“串行”描述了一个驱动器相互紧挨“层叠”在一起的模型，只有在上一个驱动器物理盘存满后才使用下一个。这种方式的优点就是，用户可以利用不同规格的驱动器的全部容量。

图2 多个硬盘驱动器的串连

堆叠是将硬盘驱动器以菊花链方式聚集起来，并将其虚拟化作为单个硬盘驱动器出现。这就意味着驱动器不需要为了虚拟化全部连接到同一个芯片上。此时，存储处理器芯片担当节点，它能够连接到其他存储处理器和硬盘驱动器上。在这个模型中，eSATA(外部串行ATA接口)成为将存储处理器连接在一起的总线。

图3 堆叠，菊花链，驱动器

在线扩展仅仅意味着，新的驱动器能够被添加到一个现有的驱动器组当中，而不会丢失已经存在于分卷中的任何数据。这就把用户从必须在每次添加一个驱动器时重新格式化存储器中解放出来，而且，非常重要的是，它能够让存储器与时俱进地扩展。

高速eSATA接口

最新一代的eSATA Gen2的速度最高可以达到300MB/s。目前的硬盘驱动器速度大约在60MB/s，单根eSATA电缆能够传输来自至多五个全速工作驱动器的数据。相反，与其连接的最快的外部连接1394b(也称为火线B)接口的速度仅为80MB/s，这就意味着即便是只连接两个驱动器，由于电缆速度的限制，使用1394b的性能也将下降40%。USB 2.0接口对速度的限制更大，其速度仅为eSATA的1/6左右。eSATA的高带宽能力使容量扩展变得切实可行。

图4 eSATA与1394b和USB的比较

容量扩展的好处

带有容量扩展的智能存储处理器使得可以随时间逐步增长的基于磁盘的易用存储成为现实。容量扩展允许用户将其所有的驱动器视为单个虚拟分区卷，从而简化了文件管理并降低了主机软件的复杂性。这个模型通过在一个菊链中进行eSATA层叠并支持多个磁盘，从而使得用户避免个人录像机的单个扩展驱动器的限制。

随着时间的推移，构建数10TB存储容量还要比您一次购买全部存储便宜一些。硬盘驱动器价格持续下降的趋势，意味着今后指定容量的驱动器将会比今天的成本更低，因此延期购买任何单个驱动器都会帮助您节省费用。

举例来说，在2003年，如果基于硬盘驱动器的外部存储器1GB的平均价格为1美元，那么，10TB的存储容量将需要花费1000美元。与此相反，如果用户从2003年到2006年每年购买250 GB(随着其存储需求增长)，那么，到现在他也将拥有10TB的存储容量，而只需要花费约689美元，比一次全部买齐节省了30%以上。