并行输入输出

计算机科学领域术语

计算机与外部设备之间的信息交换，是通过输入输出接口实现的。按照数据传送方式来分，输入输出接口( 即I/O接口)有并行输入输出接口和串行输入输出接口两种。串行I/O接口所需传输线少、比较经济、传送信息距离较远，但传输速度较慢。并行I/O接口为输入输出设备提供了能使信息并行传送的输入输出端口，并行输入输出接口特点与串行I/O接口相反。并行输入输出有两种解释，1、是指输入输出设备同时传输多位比特信息；2、设备能同时进行输入输出操作。

简介

计算机系统的一个重要组成部分是 I/O 系统。在I/O 系统中，最频繁是进行输入输出操作，这也是I/O 系统最重要的功能。并行输入输出一般是指设备能同时进行输入输出操作。这里并行输入输出并不是只指外存设备实现输出输入操作的并行，在内存上也可以实现并行输入输出，例如，双端口DRAM（动态随机存取存储器）有两个独立的数据端口，可以分别进行数据的输入和输出，其中一个可以直接由CPU存取，另一个端口可以独立地被其他部件经过直接存取，这样双端口DRA可以实现并行输入输出。并行输入输出在一定程度上提高了系统效率，把主机从繁杂的 I/O 控制事务中解脱出来，以便更多地去完成数据处理任务。

并行性

并行性是指计算机系统具有可以同时进行运算或操作的特性，在同一时间完成两种或两种以上工作。它包括同时性与并发性两种含义。同时性指两个或两个以上事件在同一时刻发生。并发性指两个或两个以上事件在同一时间间隔发生。

计算机中提高并行性的措施多种多样，就是基本思想而言，可以归纳为如下3条途径：

（1）时间重叠。相邻处理过程在时间上错开，轮流重叠使用同一套硬件的各部分。

（2）资源重复。重复设置硬件资源提高可靠性和性能。

（3）资源共享。让多个用户按照一定的时间顺序轮流使用同一套资源，提高资源利用率。

廉价磁盘冗余阵列

廉价磁盘冗余阵列(RAID， Redundant Array of Inexpensive Disk)是 1987 年由美国加利福尼亚大学伯克莱分校提出的，现在已开始广泛地应用于大、中型计算机系统和计算机网络中。它是利用一台磁盘阵列控制器，来统一管理和控制一组(几台到几十台)磁盘驱动器，组成一个高度可靠的、快速的大容量磁盘系统。

并行交叉存取

为了提高对磁盘的访问速度，已把在大、中型机中应用的交叉存取(Interleave)技术应用到了磁盘存储系统中。在该系统中，有多台磁盘驱动器，系统将每一盘块中的数据分为若干个子盘块数据，再把每一个子盘块的数据分别存储到各个不同磁盘中的相同位置上。在以后，当要将一个盘块的数据传送到内存时，采取并行传输方式，将各个盘块中的子盘块数据同时向内存中传输，从而使传输时间大大减少。例如，在存放一个文件时，可将该文件中的第一个数据子块放在第一个磁盘驱动器上；将文件的第二个数据子块放在第二个磁盘上；……；将第 N 个数据子块，放在第 N 个驱动器上。以后在读取数据时，采取并行读取方式，即同时从第 1～N 个数据子块读出数据，这样便把磁盘 I/O 的速度提高了 N-1 倍。

RAID 的分级

RAID 在刚被推出时，是分成 6 级的，即 RAID 0 级至 RAID 5 级，后来又增加了 RAID6 级和 RAID 7 级。

(1) RAID 0 级。本级仅提供了并行交叉存取。它虽能有效地提高磁盘 I/O 速度，但并无冗余校验功能，致使磁盘系统的可靠性不好。只要阵列中有一个磁盘损坏，便会造成不可弥补的数据丢失，故较少使用。

(2) RAID 1 级。它具有磁盘镜像功能，例如，当磁盘阵列中具有 8 个盘时，可利用其中 4 个作为数据盘，另外 4 个作为镜像盘，在每次访问磁盘时，可利用并行读、写特性，将数据分块同时写入主盘和镜像盘。故其比传统的镜像盘速度快，但其磁盘容量的利用率只有 50%，它是以牺牲磁盘容量为代价的。

(3) RAID 3 级。这是具有并行传输功能的磁盘阵列。它利用一台奇偶校验盘来完成数据的校验功能，比起磁盘镜像，它减少了所需要的冗余磁盘数。例如，当阵列中只有 7 个盘时，可利用 6 个盘作数据盘，一个盘作校验盘。磁盘的利用率为 6/7。RAID 3 级经常用于科学计算和图像处理。

(4) RAID 5 级。这是一种具有独立传送功能的磁盘阵列。每个驱动器都各有自己独立的数据通路，独立地进行读/写，且无专门的校验盘。用来进行纠错的校验信息，是以螺旋(Spiral)方式散布在所有数据盘上。RAID 5 级常用于 I/O 较频繁的事务处理中。

(5) RAID 6 级和 RAID 7 级。这是强化了的 RAID。在 RAID 6 级的阵列中，设置了一个专用的、可快速访问的异步校验盘。该盘具有独立的数据访问通路，具有比 RAID 3 级及RAID 5 级更好的性能，但其性能改进得很有限，且价格昂贵。RAID 7 级是对 RAID 6 级的改进，在该阵列中的所有磁盘，都具有较高的传输速率和优异的性能，是目前最高档次的磁盘阵列，但其价格也较高。

RAID 的优点

RAID 自 1988 年问世后，便引起了人们的普遍关注，并很快地流行起来。这主要是因为 RAID 具有下述一系列明显的优点：

(1) 可靠性高。RAID 最大的特点就是它的高可靠性。除了 RAID 0 级外，其余各级都采用了容错技术。当阵列中某一磁盘损坏时，并不会造成数据的丢失，因为它既可实现磁盘镜像，又可实现磁盘双工，还可实现其它的冗余方式。所以此时可根据其它未损坏磁盘中的信息，来恢复已损坏的盘中的信息。它与单台磁盘机相比，其可靠性高出了一个数量级。

(2) 磁盘 I/O 速度高。由于磁盘阵列可采取并行交叉存取方式，故可将磁盘 I/O 速度提高 N-1 倍(N 为磁盘数目)。或者说，磁盘阵列可将磁盘 I/O 速度提高数倍至数十倍。

(3) 性能/价格比高。利用 RAID 技术来实现大容量高速存储器时，其体积与具有相同容量和速度的大型磁盘系统相比，只是后者的 1/3，价格也只是后者的 1/3，且可靠性高。换言之，它仅以牺牲 1/N 的容量为代价，换取了高可靠性；而不像磁盘镜像及磁盘双工那样，须付出 50%容量的代价。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省