什么是并行存储

A. 硬盘的串行和并行是什么意思

串行的是SATA接口，并行的是IDE接口
今日谈随着技术的成熟，越来越多的主板和硬盘都开始支持SATA（串行ATA），SATA接口逐渐有取代传统的PATA（并行ATA）的趋势。

那么SATA和PATA在传输模式上有何区别，SATA相对PATA又有何优势呢?这就正是本文需要讨论的话题。

何谓并行ATA

ATA其实是IDE设备的接口标准，大部分硬盘、光驱、软驱等等都使用的是ATA接口。譬如现在绝大部分的朋友用的都是并行ATA接口的硬盘，应该对它80针排线的接口是再熟悉不过了吧?平常我们说到硬盘接口，就不得不提到什么Ultra-ATA/100、Ultra-ATA/133，这表示什么呢?这告诉我们该硬盘接口的最大传输速率为100MB/s和133MB/s，且硬盘是以并行的方式进行数据传输，所以我们也把这类硬盘称为并行ATA。

何谓串行ATA

串行ATA全称是Serial ATA，它是一种新的接口标准。与并行ATA的主要不同就在于它的传输方式。它和并行传输不同，它只有两对数据线，采用点对点传输，以比并行传输更高的速度将数据分组传输。现在的串行ATA接口传输速率为150MB/s，而且这个值将会迅速增长。

串行ATA和并行ATA传输的区别

举个比较夸张的例子，A、B两支队伍在比赛搬运包裹，A代表并行ATA，B代表串行ATA。

比赛开始，A派出了40个人用人力搬运包裹，而B只派出去了一辆货车来搬运。在一个来回里他们搬运的包裹数量都相同，大家可以很清楚最后的结果，当然是用货车搬运的B队先把包裹运完，因为货车的速度比人步行的速度快得多多了。同样，串行传输比并行传输的速率高就类似这个道理。

回到现实中来，现在的并行ATA接口使用的是16位的双向总线，在1个数据传输周期内可以传输4个字节的数据；而串行ATA使用的8位总线，每个时钟周期能传送1个字节。

这两种传输方式除了在每个时钟周期内传输速度不一样之外，在传输的模式上也有根本的区别，串行ATA数据是一个接着一个数据包进行传输，而并行ATA则是一次同时传送数个数据包，虽然表面上一个周期内并行ATA传送的数据更多，但是我们不要忘了，串行ATA的时钟频率要比并行的时钟频率高很多，也就是说，单位时间内，进行数据传输的周期数目更多，所以串行ATA的传输率高于并行ATA的传输率，并且未来还有更大的提升空间。

为什么我们要采用串行ATA接口?

这个回答很简单，当然是为了获得更高的数据传输率。随着当前设备需求的数据传输率越来越高，接口的工作频率也越来越高，并行ATA接口逐渐暴露出一些设计上的“硬伤”，其中最致命的就是并行线路的信号干扰。由于传统并行ATA采用并行的总线传输数据，必须要求各个线路上数据同步，如果数据不能同步，就会出现反复读取数据，导致性能的下降，甚至导致读取数据不稳定。

而采用排线设计的数据线，正是数据读取无法更快的“罪魁祸首”。由于并排的高速信号在传输时，会在每条电缆的周围产生微弱的电磁场，进而影响到其它数据线中的数据传递，还会因为线缆的长度和电压的变化而不断变化，随着总线频率的提升，磁场的强度也越来越大，信号干扰的影响也越来越明显。

从理论上说串行传输的工作频率可以无限提高，串行ATA就是通过提高工作频率来提升接口传输速率的。因此串行ATA可以实现更高的传输速率，而并行ATA在没有有效地解决信号串扰问题之前，则很难达到这样高的传输速率。

并行ATA接口在总线频率方面受到其设计的制约，并不能一味地提升，而随着对数据传输率的要求越来越高，目前最快的并行ATA接口ATA133的频率为33MHz，这个几乎已经达到了并行接口的极限，再继续改造线路已不太现实。所以推出新的接口势在必行。

除了传输率较高之外，SATA还有哪些优点呢?

1.数据更可靠

在校验方面，并行ATA总线只是简单的CRC校验，一旦接收方发现数据传输出现问题，就会自行将这些数据丢弃、然后要求重发，如果数据信号相互干扰过大，就会严重影响硬盘的性能。

而串行ATA既对命令进行CRC校验，也对数据分组进行CRC校验，以此提高总线的可靠性。

2.连线更简单

在数据线方面，并行ATA采用80针的排线，串行ATA由于采用点对点方式传输数据，所以只需要4条线路即可完成发送和接收功能，加上另外的三条地线，一共只需要7条的物理连线就可满足数据传输的需要。由于传输数据线较少，使得SATA在物理线路的电气性能方面的干扰大大减小，这也保证了未来磁盘传输率进一步的提升。

和并行ATA相比，串行ATA的数据线更细小，这也使得机箱内部的连线比较容易整理，有助于机箱内部空气的流通，使得机箱内部的散热更好。同样，串行ATA还有采用非排针脚设计的接口和支持热插拔功能等优点。

串行ATA推出之后，并行ATA还会存在吗?

总的说来，串行ATA的优势是很明显的。当然，目前还有一些相对比较低速的设备在使用并行ATA，如光驱、刻录机等设备，并行ATA的传输率已经可以满足的需要，所以，并行和串行会在很长一段时间内并存。当然，串行ATA支持所有的ATA设备，也可支持光驱等设备，但是串行ATA目前会先运用在硬盘上，未来将会支持更多的存储设备。

B. 什么是并行数据库

并行数据库系统（Parallel Database System）是新一代高性能的数据库系统，是在MPP和集群并行计算环境的基础上建立的数据库系统。 并行数据库技术起源于20世纪70年代的数据库机（Database Machine）研究，，研究的内容主要集中在关系代数操作的并行化和实现关系操作的专用硬件设计上，希望通过硬件实现关系数据库操作的某些功能，该研究以失败而告终。80年代后期，并行数据库技术的研究方向逐步转到了通用并行机方面，研究的重点是并行数据库的物理组织、操作算法、优化和调度策络。从90年代至今，随着处理器、存储、网络等相关基础技术的发展，并行数据库技术的研究上升到一个新的水平，研究的重点也转移到数据操作的时间并行性和空间并行性上。 并行数据库系统的目标是高性能（High Performance）和高可用性（High Availability），通过多个处理节点并行执行数据库任务，提高整个数据库系统的性能和可用性。 性能指标关注的是并行数据库系统的处理能力，具体的表现可以统一总结为数据库系统处理事务的响应时间。并行数据库系统的高性能可以从两个方面理解，一个是速度提升（SpeedUp），一个是范围提升（ScaleUp）。速度提升是指，通过并行处理，可以使用更少的时间完成两样多的数据库事务。范围提升是指，通过并行处理，在相同的处理时间内，可以完成更多的数据库事务。并行数据库系统基于多处理节点的物理结构，将数据库管理技术与并行处理技术有机结合，来实现系统的高性能。 可用性指标关注的是并行数据库系统的健壮性，也就是当并行处理节点中的一个节点或多个节点部分失效或完全失效时，整个系统对外持续响应的能力。高可用性可以同时在硬件和软件两个方面提供保障。在硬件方面，通过冗余的处理节点、存储设备、网络链路等硬件措施，可以保证当系统中某节点部分或完全失效时，其它的硬件设备可以接手其处理，对外提供持续服务。在软件方面，通过状态监控与跟踪、互相备份、日志等技术手段，可以保证当前系统中某节点部分或完全失效时，由它所进行的处理或由它所掌控的资源可以无损失或基本无损失地转移到其它节点，并由其它节点继续对外提供服务。 为了实现和保证高性能和高可用性，可扩充性也成为并行数据库系统的一个重要指标。可扩充性是指，并行数据库系统通过增加处理节点或者硬件资源（处理器、内存等），使其可以平滑地或线性地扩展其整体处理能力的特性。 随着对并行计算技术研究的深入和SMP、MPP等处理机技术的发展，并行数据库的研究也进入了一个新的领域，集群已经成为了并行数据库系统中最受关注的热点。目前，并行数据库领域主要还有下列问题需要进一步地研究和解决。 （1）并行体系结构及其应用，这是并行数据库系统的基础问题。为了达到并行处理的目的，参与并行处理的各个处理节点之间是否要共享资源、共享哪些资源、需要多大程度的共享，这些就需要研究并行处理的体系结构及有关实现技术。 （2）并行数据库的物理设计，主要是在并行处理的环境下，数据分布的算法的研究、数据库设计工具与管理工具的研究。 （3）处理节点间通讯机制的研究。为了实现并行数据库的高性能，并行处理节点要最大程度地协同处理数据库事务，因此，节点间必不可少地存在通讯问题，如何支持大量节点之间消息和数据的高效通讯，也成为了并行数据库系统中一个重要的研究课题。 （4）并行操作算法，为提高并行处理的效率，需要在数据分布算法研究的基础上，深入研究联接、聚集、统计、排序等具体的数据操作在多节点上的并行操作算法。 （5）并行操作的优化和同步，为获得高性能，如何将一个数据库处理事务合理地分解成相对独立的并行操作步骤、如何将这些步骤以最优的方式在多个处理节点间进行分配、如何在多个处理节点的同一个步骤和不同步骤之间进行消息和数据的同步，这些问题都值得深入研究。 （6）并行数据库中数据的加载和再组织技术，为了保证高性能和高可用性，并行数据库系统中的处理节点可能需要进行扩充（或者调整），这就需要考虑如何对原有数据进行卸载、加载，以及如何合理地在各个节点是重新组织数据。

C. 多体并行存储系统中为什么IO访存级别高于CPU访存

教材P106左下角，写得明明白白：

对易发生代码丢失的请求源，应列为最高优先级，例如，外设信息最易丢失，故它的级别最高

对于多体并行系统（现代存储器都是这种形式），存在一个访存时的排队问题。

D. 什么是并行存储结构

你到底是问软件还是硬件？软件属于编程范畴，我不懂。硬件上所谓的磁盘阵列就是属于并行存储结构，即利用多通道同时存储（读取）的方式来加快磁盘读取（存储）的速度，一般服务器上都用。

E. 主存储器常采用并行存储器的目的

主存储器常采用并行存储器的目的是通过并行主存储器和设置Cache来提高速度。
双端口存储器和多体交叉存储器属于并行存储器。
目前通常采用多级存储器体系结构，有高速缓冲存储器、主存储器、外存储器。

F. 并行存储器采用的什么并行技术

多通道并行技术

包括内存的板上双通道或多通道（系统内存、显存等均有）；
内存颗粒内部的多通道，例如DDR2就是内存芯片内部双通道实现的高传输率（缺点是高延迟）；
磁盘的RAID技术，SSD硬盘内部的多通道技术等等。

以上都属于多通道并行技术。

G. 存储器可分为哪三类

存储器不仅可以分为三类。因为按照不同的划分方法，存储器可分为不同种类。常见的分类方法如下。

一、按存储介质划分

1. 半导体存储器：用半导体器件组成的存储器。

2. 磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器。

二、按存储方式划分

1. 随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关。

2. 顺序存储器：只能按某种顺序来存取，存取时间和存储单元的物理位置有关。

三、按读写功能划分

1. 只读存储器(ROM)：存储的内容是固定不变的，只能读出而不能写入的半导体存储器。

2. 随机读写存储器(RAM)：既能读出又能写入的存储器。

二、选用各种存储器，一般遵循的选择如下：

1、内部存储器与外部存储器

一般而言，内部存储器的性价比最高但灵活性最低，因此用户必须确定对存储的需求将来是否会增长，以及是否有某种途径可以升级到代码空间更大的微控制器。基于成本考虑，用户通常选择能满足应用要求的存储器容量最小的微控制器。

2、引导存储器

在较大的微控制器系统或基于处理器的系统中，用户可以利用引导代码进行初始化。应用本身通常决定了是否需要引导代码，以及是否需要专门的引导存储器。

3、配置存储器

对于现场可编程门阵列(FPGA）或片上系统(SoC)，可以使用存储器来存储配置信息。这种存储器必须是非易失性EPROM、EEPROM或闪存。大多数情况下，FPGA采用SPI接口，但一些较老的器件仍采用FPGA串行接口。

4、程序存储器

所有带处理器的系统都采用程序存储器，但是用户必须决定这个存储器是位于处理器内部还是外部。在做出了这个决策之后，用户才能进一步确定存储器的容量和类型。

5、数据存储器

与程序存储器类似，数据存储器可以位于微控制器内部，或者是外部器件，但这两种情况存在一些差别。有时微控制器内部包含SRAM(易失性)和EEPROM(非易失)两种数据存储器，但有时不包含内部EEPROM，在这种情况下，当需要存储大量数据时，用户可以选择外部的串行EEPROM或串行闪存器件。

6、易失性和非易失性存储器

存储器可分成易失性存储器或者非易失性存储器，前者在断电后将丢失数据，而后者在断电后仍可保持数据。用户有时将易失性存储器与后备电池一起使用，使其表现犹如非易失性器件，但这可能比简单地使用非易失性存储器更加昂贵。

7、串行存储器和并行存储器

对于较大的应用系统，微控制器通常没有足够大的内部存储器。这时必须使用外部存储器，因为外部寻址总线通常是并行的，外部的程序存储器和数据存储器也将是并行的。

8、EEPROM与闪存

存储器技术的成熟使得RAM和ROM之间的界限变得很模糊，如今有一些类型的存储器（比如EEPROM和闪存）组合了两者的特性。这些器件像RAM一样进行读写，并像ROM一样在断电时保持数据，它们都可电擦除且可编程，但各自有它们优缺点。

参考资料来源：网络——存储器

H. 阿姆达尔定律的并行存储性能中的阿姆达尔定律

并行存储系统的性能分析可以通过简单的性能模型展开，这其中主要就是阿姆达尔定律。阿姆达尔定律是一个非常简单而通用的并行处理性能模型。这里以程序的并行运行为例说明该定律，其他情况比较容易进行推推导分析。由于单个程序内部不一定全部可以实现并行处理。那么假设f为程序中必须进行串行操作的部分比率，其余的1-f部分则认为可以完全在硬件上并行执行，而且P表示硬件的并行度。P在不同形式的计算机系统中代表着不同的含义：
（1）在MIMD系统中，P是处理器的数目；
（2）在SIMD系统中，P是正在处理的数据数目；
（3）在流水方式工作的SIMD系统中，P是矢量速度和标量速度的比；
（4）在流水方式工作的MIMD系统中，P是流水线功能段的数目。
为了在并行度p的硬件上获得50%以上的效率，穿行操纵部分比率不能超过1/（P-1）。随着P的增加，相应条件也越来越难以满足。最早应用Amdahl定律对串行处理进行性能评价，但是在各种并行工作环境中Amdahl定律也非常有用。例如：在并行度很高的系统中，轻微的非并行代码会对系统带来很大的影响；快速的矢量处理器必须具有一个快速的标量处理器以获得其峰值性能的相当大部分能力；对当前穿行执行的小部分代码进行并行完成也可以增加相当大的效率。
虽然Amdahl定律建立了一个非常简单的行囊模型，但也不能过于简单化使用。系统规模，特别是处理器数目P通常为了处理更大的问题而不断增加，而通常问题的规模的增加并不能显着增加串行工作量。这种情况下，f与问题大小成反比。如果问题大小岁并行度P增加而增大，那么随着问题和系统规模的增大，性能表现呈现出收缩性。在计算机系统中，Amdahl定律也可表述为，对系统内某部分的并行化改进造成的整体性能提升量取决于该部分在整体过程中执行的时间，即经常性事件或其部分的改进造成的整体性能得到较大提升。加速比也可以表示为使用改进方式完成整个任务时间的比值。实际上有两个主要因素影响加速比，第一个因素是需要改进提高速度部分在总执行时间中所占的比值。实际上有两个主要因素影响加速比，第一个因素是需要改进提高速度部分在总执行时间中所占的比例。譬如，1s完成的人物其中有200ms可以改进，那么该比例救赎20%，可以称为改进比例。第二个因素是采用改进方式后相应部分速度提高的程度。可以用未改进情况下该部分执行时间与改进后执行时间的比值衡量。改进加速比一般都大于1。那么改进后的任务总时间为没有改进的部分执行时间和改进部分执行时间的和。

I. 什么是寄存器，什么是扇区，什么是磁道，什么是并行，什么是串行

1寄存器
寄存器是中央处理器内的组成部份。

寄存器用途主要有
1.可将寄存器内的数据执行算术及逻辑运算；
2.存于寄存器内的地址可用来指向内存的某个位置，即寻址；
3.可以用来读写数据到电脑的周边设备。

扇区
磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区。磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。在磁盘上，DOS操作系统是以“簇”为单位为文件分配磁盘空间的。硬盘的簇通常为多个扇区，与磁盘的种类、DOS 版本及硬盘分区的大小有关。每个簇只能由一个文件占用，即使这个文件中有几个字节，决不允许两个以上的文件共用一个簇，否则会造成数据的混乱。这种以簇为最小分配单位的机制，使硬盘对数据的管理变得相对容易，但也造成了磁盘空间的浪费，尤其是小文件数目较多的情况下，一个上千兆的大硬盘，其浪费的磁盘空间可达上百兆字节。

简单的来说所谓的扇区就是最小的存储单位，也就是没一个盘片上面的扇行区域。

磁道

磁道
每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。磁表面存储器是在不同形状(如盘状、带状等)的载体上，涂有磁性材料层，工作时，靠载磁体高速运动，由磁头在磁层上进行读写操作，信息被记录在磁层上，这些信息的轨迹就是磁道。磁盘的磁道是一个个同心圆，见右图，磁带的磁道是沿磁带长度方向的直线，这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会产生相互影响，同时也为磁头的读写带来困难。

并行—串行

在计算机中，数据传输的方式有两种：
iptables 一种就是串行（serial）通讯，每个字符的二进制位按位排列进行传输，速度慢，但传输距离相对较远，鼠标口和USB口都是串行端口；
另一种是并行（parallel）通讯，每个字符的二进制位使用多条数据线同时进行传输，传输速度相对要快些，但传输距离相对不能太远，计算机内部数据传输一般都是采用这种方法，标准打印口是属并行端口。

J. 并行存储器和串行存储器各自的优点

是啊,都有自己的优点,就象PATA和SATA一样