Комп’ютерна система з високим рiвнем надiйностi збереження даних

Содержание:Введение 3 Раздел 1. Обзор существующих решений 6 1.1. Описание конструкции современных HDD 6 1.2. Внешние резервные хранилища 7 1.3. RAID массивы 8 1.3.1. RAID 0 8 1.3.2. RAID 1 9 1.3.3. RAID 2 11 1.3.4. RAID 3 11 1.3.5. RAID 4 12 1.3.6.  RAID 5 13 1.3.7.  RAID 6 (ADG) 14 1.3.8. RAID 7 15 1.3.9.  Комбинированные уровни 15 1.3.10. Matrix RAID 16 1.3.11.  Программный (Software) RAID 17 1.4. Технологии флэш-памяти 18 1.4.1. NOR 19 1.4.2. NAND 22 1.5. Особенности устройства Flash-накопителей 28 1.6. Самые современные технологии хранения данных, не получившие еще особого распространения 36 1.6.1. Молекулярная память (Molecular memory) 36 1.6.2. Память с фазовым изменением (Phase change memory) 37 1.6.3. Голографическая память (Holographic memory) 39 1.6.4. Магниторезистивная память (Magneto-resistive RAM) 40 Раздел 2. Выбор типа способа надёжности хранения базы данных и технология средств резервного копирования 42 Раздел 3. Проектирование структурной схемы компьютерной системы, сервера 49 Раздел 4. Проектирование структурной схемы HDD,оптических дисков, магнитных лент, flash 74 Раздел 5. Разработка алгоритма расчёта надёжности систем резервного копирования запоминающих устройств на HDD, оптических дисках, магнитных лентах, flash 85 Раздел 6. Расчёт надёжности компьютерной системы 93 Заключение 98 Список литературы 101  

Реферат:Цель данного дипломного проекта - рассмотреть основные принципы построения и функционирования современных компьютерных систем, а также спроектировать компьютерную систему с высоким уровнем надежности хранения данных.  Как исходные данные к проекту принят тот факт, что система должна использоваться на производстве – в частности на предприятии легкой промышленности с тремя линиями узкоспециализированного оборудования, которое создает заданные нестандартные условия – вибрацию и перепады температуры. Результатом дипломного проекта является спроектированная компьютерная система типа SAS, которая кроме прочих своих преимуществ также является не особо дорогой в реализации. В качестве встроенной памяти в микрокомпьютерах использована Compact Flash.  Особенностью данного проекта является разработка переходника IDE-CF для подключения выбранной памяти Compact Flash. В результате произведенных расчетов параметров надежности были получены величины, абсолютно приемлемые для данного случая компьютерной системы. Расчеты подтверждают, что данный проект может быть применен на практике..

Вступление:Тема данного дипломного проекта: «Компьютерная система с высоким уровнем надежности хранения данных» является безусловно более чем актуальной на сегодняшний день, когда без информационных технологий с использованием огромного количества данных распространены как самое повседневное явление. Цель этого дипломного проекта - рассмотреть основные принципы построения и функционирования современных компьютерных систем, а также спроектировать компьютерную систему с высоким уровнем надежности хранения данных. Это отнюдь не простая задача, и тому есть множество причин. Во-первых, на сегодняшний день существует огромное разнообразие электронных устройств, претендующих на название "компьютер", - от однокристальных микропроцессоров ценой в несколько долларов до суперкомпьютеров, стоящих миллионы долларов. Отличаются они функциональными возможностями, производительностью, размерами, областью применения и, естественно, ценой. Во-вторых, скорость развития компьютерной технологии на современном этапе не уменьшилась - эта отрасль по-прежнему прогрессирует такими темпами, с которыми вряд ли может сравниться какая-то другая. Прогресс затрагивает все аспекты компьютерной технологии, от производства электронных компонентов до принципов параллельной организации таких компонентов в единую систему. Но несмотря на такой гигантский шаг вперед, существуют определенные, достаточно консервативные принципы, которые составляют фундамент всего стройного здания современной компьютерной науки. Полнота реализации этих принципов определяется возможностями технологии на текущем этапе и соображениями оптимального выбора соотношения цена/производительность, которыми руководствуется проектировщик той или иной системы. Значит, изначально мы должны будем определить исходные данные для построения системы, чтобы система была оптимально сконфигурирована и не потянула лишних затрат Компьютерная система, как и любая другая, состоит из множества взаимодействующих компонентов. Наиболее полно система характеризуется своей структурной организацией - способом объединения отдельных компонентов в единое целое, обеспечивающим максимизацию некоторого критерия качества системы. Структура компьютерной системы является иерархической, т.е. каждый из ее главных компонентов может быть представлен декомпозицией на некоторые субкомпоненты со своими специфическими функциями, которые объединены в подсистему также согласно определенным принципам.  Рост объемов данных, возросшие требования к надежности хранения и быстродействию доступа к данным делают необходимым выделение средств хранения в отдельную подсистему вычислительного комплекса. Роль и важность системы хранения определяются постоянно возрастающей ценностью информации в современном обществе, возможность доступа к данным и управления ими является необходимым условием для выполнения бизнес-процессов. Безвозвратная потеря данных подвергает бизнес серьезной опасности. Утраченные вычислительные ресурсы можно восстановить, а утраченные данные, при отсутствии грамотно спроектированной и внедренной системы резервирования, уже не подлежат восстановлению. По данным Gartner, среди компаний, пострадавших от катастроф и переживших крупную необратимую потерю корпоративных данных, 43%  не смогли продолжить свою деятельность. Доступ к данным невозможен как в случае выхода из строя каналов (доступа) или вычислительных средств, так и в случае отсутствия необходимой производительности для выполнения прикладных задач. Выделение средств хранения данных в отдельную подсистему в рамках вычислительного комплекса позволит проектировщикам сконцентрироваться на решении проблем обеспечения надежного хранения и доступа к данным в рамках одной подсистемы. Именно поэтому в данном дипломном проекте будет спроектирована компьютерная система с высоким уровнем надежности хранения данных, учитывая все возможности современных технологий. В системе планируется использование флеш-технологий, особенностью которых является возможность использования в нестандартных условиях – условиях перепадов температур и вибраций, что делает возможным применение разрабатываемой системы на производстве. Примем исходными данными факт, что система должна использоваться на производстве – в частности на предприятии легкой промышленности с тремя линиями узкоспециализированного оборудования, которое и создает заданные нестандартные условия – вибрацию и перепады температуры. Далее в работе будет проведен анализ существующих технологий хранения данных, особенностей создания современных систем хранения данных, будут выбраны и обоснованы необходимые технологии с целью спроектировать современную компьютерную систему с высоким уровнем надежности хранения данных.

Выводы:Целью данного дипломного проекта было  - спроектировать компьютерную систему с высоким уровнем надежности хранения данных, что и было сделано. В качестве исходных данных было принято: проектируемая компьютерная система должна использоваться на предприятии легкой промышленности с тремя технологическими линиями узкоспециализированного оборудования, расположенными непосредственно в производственном цеху. Особенностями их работы являются такие побочные факторы, как вибрация и перепады температуры. В первом разделе дипломного проекта , название которого звучит как «Обзор существующих решений» был дан обзор существующих на сегодняшний день технологий и средств хранения данных. Особый акцент поставлен на жесткие диски, RAID – массивы и Flash – память. Также были рассмотрены самые современные технологии хранения данных, не получившие на сегодняшний день еще должного распространения. Этот обзор был сделан с целью предоставления более полной картины развития технологий в данной области. Во втором разделе дипломного проекта – «Выбор типа способа надёжности хранения базы данных и технология средств резервного копирования» были рассмотрены основы и особенности построения компьютерных систем различных уровней и конфигураций. Такой анализ дал дальнейшее представление о том, какие именно технологии, в каком виде и в какой структуре будут использованы в проектируемой компьютерной системе с высоким уровнем надежности хранения данных. Было первоначально определено, что в качестве системы резервного копирования будет использован комбинированный RAID – массив 5+0, который обеспечит нам достаточно высокую скорость доступа и достаточно высокий уровень надежности одновременно. Промежуточным звеном системы между производственным участком (цехом) и системой резервного копирования послужит сервер, конфигурация которого будет выбрана позже. На самом же производстве к каждой технологической лини планируется подключение специальных промышленных микрокомпьютеров с с памятью Compact Flash, которая, как известно, не боится таких внешних факторов нашего производства, как перепады температуры и вибрация. В третьем разделе дипломного проекта, с которого собственно и началась проектная часть работы, была спроектирована структурная схема нашей компьютерной системы с высоким уровнем надежности хранения данных. Спроектированная структурная схема представлена в графическом материале  к работе. В принципе, само собой, что учитывая принятые исходные данные, при проведении аналитического обзора материала в первых двух разделах проекта, структурная схема как бы сформировалась сама собой. Таким образом по структуре у нас вышла  компьютерная система типа SAS, которая кроме прочих своих преимуществ также является не особо дорогой в реализации. В качестве встроенной памяти в микрокомпьютерах будет использована Compact Flash.  Особенностью данной разработки является необходимость разработки переходника IDE-CF для подключения нашей памяти Compact Flash. В данном дипломном проекте необходимый переходник был разработан, его схема электрическая, топология платы, схема размещения компонентов на плате представлены в графическом материале к дипломному проекту. В четвертом разделе дипломного проекта приведены структурные схемы выбранных компонент спроектированной компьютерной системы, а в частности структурная схема RAID 5+0, функциональная схема Flash-памяти, а также функциональная схема запоминающего устройства на Flash-памяти. Также в этом разделе были выбраны основные аппаратные решения, в частности выбрана модель микрокомпьютера для установки в цеху, модели сервера, плата RAID- контроллера. В пятом разделе дипломного проекта были рассмотрены теоретические особенности и особенности расчета количественных характеристик надежности спроектированной системы, были намечены основные параметры, которые должны быть рассчитаны и составлен алгоритм расчета.  Исходными данными для расчета будут приняты интенсивности отказа элементов компьютерной системы,,, должны быть рассчитаны: вероятность безотказной работы спроектированной компьютерной системы, среднее время безотказной работы спроектированной компьютерной системы и интенсивность отказа спроектированной компьютерной системы. В шестом разделе дипломного проекта бал произведен расчет величин, обозначенных в алгоритме расчета.  Исходные данные  - интенсивности отказа элементов компьютерной системы (микрокомпьютеров, сервера и системы резервного копирования) были получены экспериментально путем наблюдения за аналогичной компьютерной системой, ошибки в работе системы, обусловленные человеческим фактором не учитывались. Интенсивности отказа элементов компьютерной системы составили: λ1=0,23*10-3 1/час;? λ 2=0,5*10-4 1/час;  λ 3=0,4*10-3 1/час. Было предположено, что применим экспоненциальный закон надежности для элементов системы. В результате произведенных расчетов были получены величины, абсолютно приемлемые для данного случая компьютерной системы. Расчеты подтверждают, что данный проект может быть применен на практике.

Литература:1. Баранов Г. "Дисковые накопители информации", "Компьютеры Днепропетровска", №19 (1999). 2. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф.Базы знаний интеллектуальных систем. Учебник СПб.: Питер, 2000 г., 215с. 3. Галатенко В.А. Основы информационной безопасности М.: ИНТУИТ.ru, 2004 г. - 280 с. 4. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. – М.: Наука, 1965. – 524 с. 5. Годин В.В., Корнеев И.К. Управление информационными ресурсами М.: Инфра-М, 2000 г. - 352 с. 6. Голубєв В.О. Розслідування комп’ютерних злочинів/Монографія. – 7. Запоріжжя: Гуманітарний університет ”ЗІМТУ”, 2003. – 296 с. 8. Голубев Д., Лобанов А.  Сети хранения данных (SAN). -- Jet Info, №9, 2002г. 9. Грабауров В.А. Информационные технологии для менеджеров М.: Финансы и Статистика (ФиС), 2001 г. - 368 с. 10. Граничин О.Н., Молодцов С.Л. Создание гибридных сверхбыстрых компьютеров и системное программирование СПб., 2006г. - 108 с. 11. Гусев А.В., Лидский Э.А., Мироненко О.В. Современный подход к оценке надежности электронной техники // Компоненты и технологии. 2000. № 6. 12. Инмон Б. «Производительность систем хранилищ данных». «Performance In The Data Warehouse Environment». 2000 г. №4. С. 41-48. 13. Карминский А.М., Нестеров П.В  Информатизация бизнеса. 2-е изд М.: ФиС, 2003г. - 102с. 14. Козлов В.А. Открытые информационные системы М.: ФиС, 1999г. - 231с. 15. Кузнецов С. «Хранилища данных в начале века». «Открытые системы», 2002, №1. 16. Ларионов А.М. и др. Вычислительные комплексы, системы и сети. Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 288 с. 17. Леонов С. "Винчестер будущего", "Компьютерра", №17 (1998). 18. Мартин Майкл Дж.. Введение в сетевые технологии. Москва, “Лори”, 2002г. - 439с. 19. Мизин И. А.,  Кулешов А. П. Справочник “Протоколы информационно- вычислительных сетей”. Радио и связь, Москва, 1990г. – 403с. 20. Мячев А.А., Степанов В.Н., Щербо В.К.; Под ред. А.А. Мячева Интерфейсы систем обработки данных: Справочниик. М.: Радио и связь, 1989. — 416 с. 21. Новиков Ю.В., Карпенко Д.Г., Под общ. ред. Ю.В. Новикова. Аппаратура локальных сетей: функции, выбор, разработка. М.:ЭКОМ, 1998. — 288 с.: ил. 22. Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование. М.: ЭКОМ, 2000. — 312 с.: ил. 23. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. М.: Мир, 2001. — 379 с.: ил. 24. Петров М. «Твердотельные электронные диски компании M-Systems», "Компоненты и технологии" N4, 2002 г. 25. Предко М. Руководство по микроконтроллерам. Том 1. М.: Постмаркет, 2001. — 416 с.: ил. 26. Предко М. Руководство по микроконтроллерам. Том 2. Постмаркет, 2001. — 488 с.: ил. 27. Прохоренко В.А., Смирнов А.Н. Прогнозирование качества систем. Минск: Наука и Техника, 1979 г. - 214с. 28. Симонов С. "Семь тысяч двести", "Компьютерра", №32 (1998). 29. Таненбаум Э. Компьютерные сети, 4-е издание. Санкт-Петербург, Москва, “Питер”, 2003г. - 265с. 30. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. — М.: Мир, 1982. — 512 с.: ил. 31. Томашевський О.В. Визначення надійності технічних засобів захисту інформації / Інформаційні технології та захист інформації / Зб.наук. праць.- 1999,№1,с.97-103. 32. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Пер. с англ. 5-е изд. перераб. М.: Мир, 1998. — 704 с.: ил. 33. Fayyad, Piatetsky-Shapiro, Smyth, and Uthurusamy. Advances in Knowledge Discovery and Data Mining, , (Chapter 1). AAAI/MIT Press 1996 34. Fortier Paul J. Handbook of LAN Technology 2-nd Edition, McGraw-Hill, 1992 35. Packer Allan N.-- Configuring and Tuning Databases on the Solaris Platform. -- Sun Microsystems Press., ISBN: 0130834173 Packets and Protocols. Spider Systems, Stanwell Street, Ltd. Edinburgh, UK. EH6 5NG, 1990 36. Stringfellow Stan, Klivansky Miroslav, Barto Michael, Barton Michael -- Backup and Restore Practices for the Enterprise. -- Prentice Hall PTR., ISBN: 013089401X 37. Баженова И. Ю. Основы проектирования приложений баз данных.  Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2006 38. Власов Ю.В., Рицкова Т.И. Администрирование сетей на платфоме MS Windows Server. БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2008 г. 39. Галатенко В.А. Основы информационной безопасности. Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2008 г. 40. Галатенко В.А. Стандарты информационной безопасности. Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2005 г. 41. Граничин О.Н., Кияев В.И. Информационные технологии в управлении. БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2008 г. 42. Грекул В.И., Денищенко Г.Н., Коровкина Н.Л. Проектирование информационных систем. Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2008 г. 43. Грекул В.И., Денищенко Г.Н., Коровкина Н.Л. Управление внедрением информационных систем. БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2008 г. 44. Гуров В.В., Чуканов В.О. Основы теории и организации ЭВМ. Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2006 45. Данилин А., Слюсаренко А. Архитектура и стратегия. "Инь" и "янь" информационных технологий. Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2005 г. 46. Карпов В.Е., Коньков К.А. Основы операционных систем. Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2005 . 47. Коньков К.А. Устройство и функционирование ОС Windows. БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2008 г. 48. Кузнецов С.Д. Основы баз данных. Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2005. 49. Левин В.И. История информационных технологий. БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2007 г. 50. Ложников П.С., Михайлов Е.М. Обеспечение безопасности сетевой инфраструктуры на основе операционных систем Microsoft. БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2008 г. 51. Маглинец Ю.А. Анализ требований к автоматизированным информационным системам. БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2008 г. 52. Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2006 53. Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Основы локальных сетей. Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2005 54. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Основы сетей передачи данных. Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2005 55. www.compitech.ru 56. http://www.intuit.ru 57. http://www.sas.com/ 58. http://sirine.da.ru