数据库管理系统 - 存储系统

数据库存储在包含记录的文件格式中。在物理层面上，实际数据以电磁格式存储在某种设备上。这些存储设备大致可分为三种类型：

主存储器 - CPU可以直接访问的内存存储属于此类别。CPU 的内部存储器（寄存器）、高速缓存（缓存）和主存储器（RAM）都可以直接被 CPU 访问，因为它们都位于主板或 CPU 芯片组上。这种存储器通常非常小，速度极快，并且易失性。主存储器需要持续供电才能保持其状态。如果断电，所有数据都会丢失。
辅助存储器 - 辅助存储设备用于存储供将来使用或作为备份的数据。辅助存储器包括不是 CPU 芯片组或主板一部分的内存设备，例如磁磁盘、光盘（DVD、CD 等）、硬盘、闪存驱动器和磁带。
三级存储器 - 三级存储器用于存储海量数据。由于此类存储设备位于计算机系统外部，因此速度最慢。这些存储设备主要用于备份整个系统。光盘和磁带被广泛用作三级存储器。

存储器层次结构

计算机系统具有明确定义的内存层次结构。CPU可以直接访问其主内存及其内置寄存器。主存储器的访问时间显然小于 CPU 速度。为了最小化这种速度差异，引入了缓存。缓存提供了最快的访问时间，并且包含 CPU 最频繁访问的数据。

访问速度最快的内存是最昂贵的。较大的存储设备速度较慢，价格较低，但与 CPU 寄存器或缓存相比，它们可以存储海量数据。

硬盘驱动器是当前计算机系统中最常见的辅助存储设备。它们被称为磁盘，因为它们使用磁化概念来存储信息。硬盘由涂有可磁化材料的金属盘组成。这些磁盘垂直放置在一个主轴上。读/写磁头在磁盘之间移动，用于磁化或去磁化其下方的点。磁化点可以识别为 0（零）或 1（一）。

硬盘以明确定义的顺序格式化，以便有效地存储数据。硬盘盘片上有许多同心圆，称为磁道。每个磁道进一步细分为扇区。硬盘上的扇区通常存储 512 字节的数据。

RAID 或Redundant Array of Independent Disks（独立磁盘冗余阵列）是一种连接多个辅助存储设备并将其用作单个存储介质的技术。

RAID 由一个磁盘阵列组成，其中多个磁盘连接在一起以实现不同的目标。RAID级别定义了磁盘阵列的使用。

在此级别中，实现了磁盘的条带化阵列。数据被分解成块，这些块分布在各个磁盘之间。每个磁盘并行接收数据块以进行写入/读取。它提高了存储设备的速度和性能。0 级没有奇偶校验和备份。

RAID 1 使用镜像技术。当数据发送到 RAID 控制器时，它会将数据的副本发送到阵列中的所有磁盘。RAID 1 级也称为镜像，在发生故障时提供 100% 的冗余。

RAID 2 使用汉明距离记录其数据的纠错码，并将其条带化到不同的磁盘上。与 0 级一样，单词中的每个数据位都记录在单独的磁盘上，并且数据单词的 ECC 码存储在不同的磁盘集上。由于其复杂的结构和高成本，RAID 2 并未在商业上广泛使用。

RAID 3 将数据条带化到多个磁盘上。为数据字生成的奇偶校验位存储在不同的磁盘上。此技术使其能够克服单个磁盘故障。

在此级别中，将整个数据块写入数据磁盘，然后生成奇偶校验并将其存储在不同的磁盘上。请注意，3 级使用字节级条带化，而 4 级使用块级条带化。3 级和 4 级都需要至少三个磁盘才能实现 RAID。

RAID 5 将整个数据块写入不同的磁盘，但是为数据块条带生成的奇偶校验位分布在所有数据磁盘中，而不是存储在不同的专用磁盘上。

RAID 6 是 5 级的扩展。在此级别中，生成两个独立的奇偶校验，并以分布式方式存储在多个磁盘中。两个奇偶校验提供了额外的容错能力。此级别需要至少四个磁盘驱动器才能实现 RAID。

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