微操控器的存储架构或许很简略(图1)。可是，跟着运用开端朝便携化、虚拟化和个性化方向开展，它们现在变得适当杂乱。多核(multicore)、许多核(many core)和集群架构，它们相同在一个设备中交融了各种存储技能。高端微处理器将多个缓存等级与超多的互连和缓存共同计划整合在一起。
不久曾经，高速缓存缺失还只能调用扩展到邻近硬盘驱动器的事情链。而现在，这种效应现已扩展到固态磁盘(SDD)驱动器和硬盘驱动器，或许或许经过iSCSI将页面供给给虚拟存储体系然后延伸到云或局域网(LAN)。而且，与运用程序相关的一切操作都以通明办法处理。
虽然如此，规划人员、开发人员、办理人员和用户还需求考虑体系要运用的存储器类型和数量及其装备办法。因为挑选计划多种多样，他们现在所面对的应战比过去更大。
图1：现在，存储层次结构的规模适当广泛。它乃至能够经过互联网衔接扩展到云范畴。
DRAM开展动态
DRAM的容量越来越大，速度越来越高，价格也越来越廉价。DDR3双列直插内存模块(DIMM)现在的最高容量现已到达16GB，运转速率为533至800MHz，支撑1066至1600 Mtransfers/s。规范DDR3的作业电压为1.5V，可是最新的低功耗DDR3L的作业电压为1.35 V，能够显着下降功耗和削减发热。
DIMM和小外形DIMM(SODIMM)是台式电脑、服务器和笔记本电脑的规范装备，而嵌入式存储要求相同永无止境。BGA器材(比方Micron的DDR3芯片)因其外形尺度而遭到移动、工业和经用型运用的喜爱(图2)。DDR3内存与处理器的堆叠式封装匹配，在苹果iPad等高端移动设备中十分遍及。
图2：Micron公司的DDR3 BGA芯片十分合适用于嵌入式规划。
BGA封装能够为经用型运用供给内存，可是对经用型存储器的需求依然没有降温。SFF-SIG的RS-DIMM渠道填补了这一空白(图3)。该模块的尺度为67.5mm×38mm×7.36mm(长×宽×高)，支撑9芯片和18芯片规划。用于DDR3的Samtec衔接器的引脚散布，类似于规范DIMM的引脚散布。该规范还规矩了可选的SATA接口。
除了台式电脑、笔记本电脑和服务器范畴的其他内存代替商场外，DDR3现已占据了简直一切商场。不过，它的确还没能代替嵌入式规划中的DDR2，在嵌入式规划中，兼容性和低速率较为遍及。芯片和体系规划人员所面对的应战是，DDR3的低功耗、高容量和本钱优势十分显着。此外，仍有许多的微操控器没有DDR3的速度或存储要求，而片上存储器又不足以满意要求。
GDDR5显存根据DDR3。因为其规划规矩与DDR3类似，因而有助于下降本钱和简化体系规划。与上一代比较，GDDR5的数据线路数有所添加。它现在首要用于高功用图形和超级核算机环境。
到现在停止，各种DDR完成计划选用的都是单端信令技能。到现在，规划有必要遵照信令约束，可是跟着完成的速度越来越高，这种局势有或许发生变化。高速串行接口，比方PCI Express、USB 3.0、SATA和串行衔接SCSI(SAS)，选用的都是差分信令技能。DDR或许也会阅历这个阶段。
Rambus公司的太比特倡仪(Terabit Initiative)是该公司针对用于新一代内存的差分信令体系所提出的倡仪。该公司正在展现为应对这种改变而推出的20Gbps串并转换器(SERDES)。
FlexMode规划界说了可处理DDR3、GDDR5及其新差分支撑的接口，选用同一组引脚，因为差分对需求两倍的线路，因而引脚的用处并不相同。
这种技能用操控/寻址(C/A)引脚换来了额定的差分数据引脚。C/A信号也是差分信号，这就进一步削减了实践的C/A信号量。该规划得以完成的原因在于C/A线路数据速率的进步。
串行端口内存技能(SPMT)联盟正在选用另一种差分技能。其处理计划针对移动设备，选用低压差分信令(LVDS)体系，这种体系像PCI Express相同能够经过添加通道进行扩展。与PCI Express相同，SPMT是一种自同步技能。20引脚的计划具有6GBps的带宽。
非易失性存储器
NAND和NOR闪存技能仍是非易失性存储器的中心，但磁阻(MRAM)、铁电RAM(FRAM)和相变存储器(PCM)等其他技能正在逐渐遍及。单个体系一般都交融了多种技能。根据微操控器的独立冗余磁盘阵列(RAID)体系或许将NAND或NOR闪存用于程序存储器，而将MRAM、FRAM或PCM用于RAID数据表，来代替带蓄电池后备电源的动态RAM(DRAM)。
一切这些技能的存储容量都在日益增长，其间以NAND的容量最大，这是因为NAND更多地运用了多级单元(MLC)，虽然单级单元(SLC)NAND闪存仍可供给比较抱负的本钱、吞吐才能、运用寿命和可靠性。MLC也可与NOR技能合作运用。
大多数USB闪存驱动器和其他移动存储卡都将选用MLC NAND闪存。与高档闪存操控器合作运用时，它乃至还能够用于高容量企业驱动器中。企业级产品的最佳运用寿命是五年，因而体系规划人员一般都要求闪存驱动器的“保质期”至少有五年。
虽然闪存的速度很快，可是6Gbps SATA和多通道PCI Express等接口正在推进着SSD操控器技能的开展。除了功用和可靠性之外，MLC闪存操控器还面对着许多应战。
区块循环和负载均衡是驱动器具有长运用寿命的要害。乃至温度办理对运用寿命也有影响。SandForce是一家闪存操控器供货商。该公司的DuraClass RAISE(独立硅元素冗余阵列)技能选用了RAID架构来完成闪存区块毛病的康复。
NOR闪存的运用规模现已掩盖到更苛刻的环境中。Spansion公司的65nm MirrorBit GL-s 2Gb技能，可用于温度规模为–40°C至105°C的轿车车内运用。它现在选用9mm×9mm BGA封装。
此外，NOR闪存还具有支撑直接从闪存履行代码的优势。三星等公司正在结合运用SRAM和NAND闪存，然后向NOR闪存提出应战。三星的OneNAND在其NAND操控器中集成了3KB SRAM缓冲器。必要时，开发人员能够经过此操控器的接口衔接外部NOR闪存。
两线和四线串行外设接口(SPI)也会影响非易失性存储器的运用范畴，非易失性存储器一般用来代替并行存储器芯片。大多数非易失性存储器都顺便这类接口。
NXP公司根据Cortex-M3的LPC1800微处理器乃至能够从四线SPI存储器运转，而不仅仅是引导。最近，LPC1800还着重在微操控器中混合运用存储器。此器材具有片上ROM、一次性可编程(OTP)存储器、闪存和SRAM。
图3：SFF-SIG的RS-RIMM模块可将移动存储器运用到经用型运用中。
OTP存储器是另一种往往被人们所疏忽的非易失性存储器技能。Kilopass和Sidense等公司能够为各种运用供给反熔丝OTP技能。OTP能够完成安全和低功耗的运转，还能够方便地整合到大多数厂商支撑的现有CMOS制作流程中。该技能一般用于密钥或装备存储器，还能够用来代替ROM。
图4：Rambus FlexMode架构将选用相同的内存外形尺度和衔接，可是会用差分信号代替单端通讯。这需求添加一倍的线缆。完成该意图的详细做法是：减小操控/寻址(C/A)信号的宽度，一起进步其吞吐才能。
磁盘驱动器容量节节攀升
Seagate公司的6Gbps、3TB Barracuda XT硬盘驱动器(HDD)在容量上突破了Windows XP的2.1TB极限。值得幸亏的是，像Windows 7和Linux等大多数64bit操作体系都不存在大容量3TB分区的问题。
不过3TB驱动器带来了一致可扩展固件接口(UEFI)BIOS。规划UEFI旨在处理PC BIOS的局限性。它能够处理GUID分区表(GPT)，而且能够供给更快的引导时刻，一起支撑独立驱动器。
这些大硬盘在旧操作体系中的运用有或许完成。硬盘顺便的Seagate DiscWizard软件经过分区和设备驱动程序软件来完成这一点。这种改变很有或许推进许多规划人员运用更新的渠道。
Seagate发布的大硬盘产品着重的另一个问题，是从传统的512B扇区转向4kB扇区。除了供给更高的吞吐才能之外，4Kb扇区还能够更好地满意操作体系要求。
大多数母板都现已支撑4KB扇区，乃至Windows XP也支撑。一切现在的台式电脑和服务器操作体系亦然。操作体系的虚拟内存支撑一般选用4kB页面巨细或许该巨细的倍数进行装备。
有些驱动器一起支撑两种扇区巨细。这些驱动器一般完成4kB扇区，需求时能够将较小的扇区巨细映射到这些驱动器上。驱动器将选用一种方式或别的一种方式作业。
因为本钱的原因，很少有闪存驱动器的容量到达3TB，可是从整体来看，闪存驱动器的选用量在上升。芯片价格低是一大要素，可是SSD操控器芯片功用取得提高也是一个要素。推进存储器开展到新范畴的另一个方面是闪存才能合适新的运用范畴。
Viking Module Solutions公司的SATADIMM和SATACube3，能够完成愈加紧凑的嵌入式处理计划(图5)。SATADIMM刺进DDR3插座获取电源。它包含SATA线缆衔接。规划合理的体系能够在未运用的DIMM插座引脚上运转SATA接口。SATACube3为定制体系规划供给经用型存储器。
图5：Viking Module Solutions SATADIMM(a)和SATACube(b)将SATA闪存驱动器放至相关方位。SATADIMM刺进DDR3插座。
像Seagate公司的Momentus XT等混合驱动器，在单个封装中整合了闪存和硬盘，但这种技能不是完成混合驱动器技能的仅有办法。Marvell公司的SATA操控器HyperDuo技能便是别的一种途径。HyperDuo能够运用在新式母板和HighPoint的RocketHybrid这样的PCI Express适配器上(图6)。
Marvell的双端口SATA操控器能够像传统操控器相同处理任何类型的SATA驱动器。其HyperDuo方式与一个闪存驱动器和一个硬盘驱动器合作运用。操作体系是微软最新支撑NTFS的操作体系中的一种。
HyperDuo能够在“安全”或“容量”方式下作业。安全方式的作业办法类似于缓存，在此方式下，常用文件一起存储在硬盘驱动器和闪存驱动器上。其优势在于，硬盘驱动器一向包含有用的文件体系。容量方式类似于RAID 0，在此方式下，数据被分割到两个驱动器中。体系需求两个驱动器都作业。
HyperDuo与大多数其他混合处理计划之间最大的不同在于，HyperDuo在文件等级运转，而不是在扇区等级运转。另一个不同之处是，到闪存的一切数据传输都发生在拜访文件之后，而不在拜访进程中传输。
此进程能够通明办法进行，高档用户能够明确地对闪存中的文件进行pin操作。这种技能比SAS操控器(一般供给根据闪存的缓存)的本钱低，因为HyperDuo能够充分运用SATA操控器上的ARM处理器，而且不需求片外存储器或许带蓄电池后备电源的缓存。
像LSI公司的MegaRAID操控器等SAS操控器，一般选用愈加传统的缓存技能。详细来讲，LSI CacheCade选用闪存驱动器作为一组硬盘驱动器的二级缓存层。它能够处理容量高达512GB的阵列。Adaptec公司的maxCache包含硬件和软件。
CacheCade的作业办法类似于典型的缓存操控器，它将常用扇区的数据加载到闪存中。功用往往高出混合驱动器许多，闪存的数量由一切者操控。体系能够处理多达32个SSD。
其他不同，也便是大多数SAS操控器支撑的才能在于，能够将存储器作为虚拟驱动器。相同，存储器能够根据RAID装备。比方，单个操控器能够处理像RAID 5、RAID 0和RAID 60阵列的组合，其间每个阵列都包含多个虚拟驱动器。反过来，这些装备中的恣意一种装备都能够与闪存匹配。这些操控器一般用于企业服务器，装备往往愈加简略，只要单个RAID阵列。互联网服务供给商(ISP)和企业环境能够充分发挥虚拟化技能的优势，可是或许需求具有不同特性的多种虚拟驱动器。此外，这些比较贵重的SAS操控器还能够处理这些惯例操作。
图6：HighPoint公司的RocketHybrid选用Marvell公司的HyperDuo SATA操控器技能在单个Windows混合存储设备中整合了硬盘驱动器和固态磁盘驱动器。
虽然SATA和SAS闪存驱动器有许多优势，可是接口却有带宽约束。闪存的运转速度或许比硬盘驱动器快，供货商将供给运用PCI Express衔接至主机的处理计划。PCI Express能够经过添加通道数进行扩展。
Fusion-io公司的ioDrive Octal板经过x16 PCI Express衔接供给闪存(图7)。它支撑6Gbps带宽，可供给高达每秒1百万次I/O操作的速度。此板以模块化方式构建，可处理容量高达5.12 TB的闪存。ioDrive Octal的外观与传统的模块设备类似。
图7： Fusion-io公司的ioDrive Octal板经过PCI Express供给闪存，可供给6GBps的带宽和高达5.12 TB的存储容量。
根据PCI Express的闪存处理计划现在可谓遍地开花。经用型运用能够选用Extreme Engineering Solutions XPort6103 XMC模块这样的产品(图8)。
XPort6103能够供给容量高达0.5TB的闪存。它选用PCI Express x1接口，供给可选的3Gbps SATA和加密支撑装备。此外，因为在嵌入式运用中很有或许会鼓起长运用寿命优于高容量这样一种趋势，因而XPort6103选用SLC NAND闪存。其读功用和写功用分别为200MBps 和120MBps。
图8： Extreme Engineering Solutions XPort6103模块刺进XMC插槽，具有高达0.5TB的闪存容量。
非易失性存储器主机操控器接口(NVMHCI)作业组的NVM Express规范，是一个针对根据PCI Express存储器规划的新规范。此规范遭到包含英特尔在内的许多供货商支撑。
网络和互联网
这些存储技能可满意嵌入式运用、PC和服务器环境的需求，但还有另一个持续增长的首要范畴，即网络存储。“云”和“云存储”一向都是最为抢手的论题，其背面毫无疑问需求技能支撑。
现在，文件服务器更有或许是带一个或多个硬盘驱动器的网络附加存储(NAS)设备。许多专用片上体系(SoC)都针对这一范畴，比方Applied Micro公司的多核Mamba以及PLX公司的NAS7825。
这些芯片一般包含RAID加快芯片和多个吉比特以太网端口。对RAID 1和RAID 5的支撑比较遍及，而RAID 6以及RAID 50(RAID 5+0)与RAID 60的组合也很常见。加密支撑也是这种混合装备的公共部分，它乃至能够在不运用硬件加密驱动器的情况下完成安全存储。此类芯片能够完成低本钱有线和无线NAS服务器。
Marvell公司的Armada芯片是NAS设备的一种变体，此芯片一般用于被称为“插座式核算机”的设备，PogoPlug公司的产品系列便是这种设备的一个比方。PogoPlug Pro支撑多达四个USB外部驱动器，这些驱动器一般都是硬盘驱动器(图9)。此外，前面板USB衔接也是专为USB闪存驱动器而规划的。
图9：PogoPlug是一个带四个USB端口的NAS设备，仅支撑外部存储。其互联网支撑是PogoPlug差异于大多数NAS的差异化功用。
插头技能十分灵敏，可是这种技能仅仅这些NAS设备的起点。其互联网衔接才能和相关运用使这些设备锋芒毕露。PogoPlug Web站点充任衔接到互联网设备的网关，支撑台式电脑或智能手机等其他设备拜访NAS设备上的数据。
这儿的首要技巧是战胜LAN上的NAS设备与衔接到互联网的设备(比方台式电脑或智能手机)之间的防火墙和网关问题。因为答应经过LAN防火墙/网关通讯，因而PogoPlug的免费服务经过其互联网服务器履行与衔接到该服务器的NAS设备的通讯，然后处理了上述防火墙和网关问题。
开始的服务只包含根本文件同享。不过现在这些服务现已得到了扩大，包含对多媒体流、打印机热门和电子邮件打印等功用的支撑。现在设备之间乃至呈现了Dropbox方式的同享。PogoPlug商业版添加了多个用户支撑以及运用和审计功用。
与Dropbox不同的是，PogoPlug的存储容量仅受衔接到NAS设备的约束。其缺陷一般是上传端的衔接带宽，因为大多数用户衔接都是非对称衔接。运用更快的线缆和光纤到家衔接时一般都不存在这个问题。
技能性更强的“云存储”渠道往往根据存储区域网络(SAN)。SAN现已成为存储容量到达千兆兆字节(petabyte)乃至艾字节(exabyte)的企业服务器农场的存储主干。光纤通道正是用在这种运用中，虽然iSCSI是现在名列前茅的存储技能。
光纤通道能够满意运转速率高达10Gbps的硬件接口和存储通讯协议的要求。它专门针对大型、高功用、高可靠性存储集群而规划。以太网光纤通道(FCoE)规范已将协议转移到网络上，跟着集群核算转移到最前端，这种规范的重要性日积月累。
早在新一代的SCSI技能SAS驱动器推出之前，iSCSI规范就现已启动了，可是iSCSI规范与底层硬件无关。其指令集印象了那些被SCSI及后来的SAS驱动器所运用的指令，不过iSCSI是针对SAN规划的根据网络的区块存储协议。NAS设备往往支撑iSCSI协议。根据BSD(伯克利软件分发)的FreeNAS等开源渠道具有iSCSI支撑。相同，许多母板和以太网适配器经过iSCSI供给网络引导才能，可是大容量驱动器则来自虚拟化服务器。
Amazon和Google等供给的云核算服务一般以虚拟化服务器为中心进行构建，这些服务器经过iSCSI衔接运转SAN存储器链接。这种技能能够完成将存储和核算组件散布在整个网络中。此外还答应服务供给商处理装备，一起供给对能够直接拜访虚拟环境的服务用户的免费办理。
到这儿停止所论述的问题是，术语“网络”包括了许多范畴。在这种情况下，用于云核算的SAN往往是一个阻隔网络，或许在一个虚拟化网络内。事实上，一个服务供给商的环境中一般存在多个虚拟SAN，用于阻隔客户存储和核算环境。用于核算环境的虚拟机具有与客户衔接的网络接口，用于存储环境的虚拟机则具有与iSCSI SAN衔接的网络接口。
来自虚拟机的iSCSI衔接数一般不受其操作体系的约束，因而虚拟机或许是由不同SAN服务器保管的拜访逻辑iSCSI驱动器。相同，虚拟机不受iSCSI衔接的约束。它还能够衔接到文件服务器和数据库服务器之类的其他存储处理计划。
灵敏性是iSCSI的首要优势，而安全性是另一个优势。咱们现已评论了网络阻隔，可是另一方面是iSCSI和SAS支撑的端到端加密。这种优势也将在企业硬盘驱动器和SSD中越来越简单取得。
安全存储
SSD和HDD往往支撑同一种安全措施。全盘加密是其间一项功用。初次运用自加密驱动器时，拜访该驱动器上的数据需求正确的密钥。
但是，因为密钥用来加密和解码驱动器上的信息，因而这不仅仅是门控机制的问题。因为加密的原因，直接绕过安全操控无法完成对数据的拜访。可信渠道模块(TPM)一般是混合计划的一个组件，它能够供给安全引导支撑。
拜访密钥一般可供给对用于加密进程的另一个密钥的拜访。这就答应运用多个拜访密钥，因而企业密钥具有对多个驱动器的拜访，个人密钥则具有对与其密钥匹配的驱动器的拜访。这种技能的一个相关功用是驱动器根本上都能够经过损坏加密密钥来擦除。这种擦除能够经过一个指令来完成，而无加密驱动器则一般选用掩盖办法进行擦除。根据硬件的全盘加密的优势，是操控器能够处理详细信息。它们一般与硬件匹配，因而加密进程不会下降数据传输速率。
新式SAS操控器旨在运用根据硬件的加密。有些SAS操控器不需求硬件加密设备即可供给加密支撑。SAS操控器一般支撑一个或多个磁盘阵列，一般运用热插拔替换坏驱动器。因为驱动器被替换或转移到新的方位，密钥办理现已成为操控器的一个问题。
惋惜的是，与根据软件的加密战略比较，全盘加密或许无法完成精细地运用存储器。安全USB闪存驱动器等一些体系能够将驱动器分红两个逻辑部分，一个加密部分，一个非加密部分。这两个部分以两个驱动器呈现，因而无需更改操作体系。
一种新的驱动器支撑T10维护信息(PI)端到端加密，包含Seagate公司的Constellation 2。这种技能还需求操作体系和运用支撑，因为驱动器的扇区实践上更大。
在这种情况下，运用程序处理加密和解密进程。这意味着，数据在脱离运用程序之前是安全的，因而研讨iSCSI链路的通讯没什么效果。
T10 PI还需求匹配的操控器支撑，最新的SAS操控器能够供给这种支撑。别的，因为仿制数据能够供给对非加密内容的拜访，因而它还能够对驱动器进行备份。
现在，存储问题包括的技能形形色色，嵌入式规划人员乃至也需求对这些技能进行考虑。当涉及到网络时，存储也不再局限于手头的设备。
