Способ трансляции адресов в подсистемах хранения данных на основе flash накопителей Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Литература

1. Мюллер С. Модернизация и ремонт ПК, 19 изд.: Пер. с англ. - М.: ООО “И. Д. Вильямс”, 2011. - 1072 с.

2. Information Storage and Managment / G.Somasundaram, Alok Shrivastava: Wiley Publishing, Inc., 2010. 544 p.

3. Основные отличия SSD накопителей от HDD дисков [Электронный ресурс] URL: http://my-ssd.ru/st/SSD_and_HDD

4. SSD диски, принцип работы дисков [Электронный ресурс] URL: http://usb-disk.ru/page22.php

5. SSD - замена жесткому диску [Электронный ресурс] URL: http://windxp.com.ru/articles25.htm

6. HDD и SSD - единство различий [Электронный ресурс] URL:

http://www.overdockers.ru/lab/41187/HDD_i_SSD_edinstvo_razlichij .html

7. Первый в мире накопитель SSD емкостью 480 Гб [Электронный ресурс] URL: http://newsper.net/ru/article/region/3/theme/ 11?date=2012-12-09&id= 1714184

Сибиряков М.А1., Сухих А.В.2

1,2Аспирант, Поволжский государственный технологический университет СПОСОБ ТРАНСЛЯЦИИ АДРЕСОВ В ПОДСИСТЕМАХ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ FLASH НАКОПИТЕЛЕЙ

Аннотация

Рассмотрены особенности адресации при работе с данными на HDD и SSD, показаны различия во внутренних структурах этих типов носителей. Приведен механизм трансляции адресов FTL, используемый при записи (чтении) на FLASH накопители типа NAND.

Ключевые слова: уровень предобразования адресов; твердотельные накопители; трансляция адресов.

Sibiryakov M.A.1, Sykhikh A.V.2 1,2Postgraduate student, Volga State University of Technology METHOD OF ADDRESS TRANSLATION ON STORAGE SUBSYSTEMS BASED ON FLASH DRIVE

Abstract

The paper under discussion shows features of addressing data on the HDD and SSD, shows the differences in the internal structures of these types of media. Address translation mechanism - FTL, used when writing (reading) to FLASH storage type NAND, are discussed in detail.

Key words: flash translation layer; flash drive; address translation.

Твердотельные накопители на основе Flash-памяти становятся все более популярным решением при проектировании высокопроизводительных систем хранения. На тех участках, где требуется максимальная производительность дисковой подсистемы с минимальными задержками, применение твердотельных накопителей является порой единственным возможным вариантом, опережая по производительности самые быстрые RAID-массивы на жестких дисках корпоративного уровня. Процесс чтения/записи данных на SSD происходит несколько иначе, чем на HDD носитель, это обуславливается различием во внутренней архитектуре. Основное отличие лежит в использовании промежуточного уровня трансляции адресов - FTL. Flash Translation Layer (FTL) - уровень предобразования адресов для использования флеш-памяти.

Что такое FTL и почему он необходим?

Для работы с SSD требуется отображение адресов между LBA (Logical Block Addressing — механизм адресации и доступа к блоку данных на жёстком диске, при котором системному контроллеру нет необходимости учитывать геометрию самого жесткого диска (количество цилиндров, сторон, секторов на цилиндре); контроллеры современных жестких дисков в качестве основного режима трансляции адреса используют LBA) и физическим местонахождением данных [2]. Для того, чтобы произвести запись на определенную область физического носителя информации, данные с этой области должны быть предварительно удалены на уровне блоков. При использовании одного адреса LBA FTL преобразует его и происходит физическая запись информации в различные зоны флеш-накопителя. Далее рассматривается флеш-память типа NAND, которая используется в большинстве SSD накопителей [1].

Как работает FTL?

Контроллер жестких дисков компьютера или системы хранения предполагает получить доступ к HDD (устройству LBA). HDD состоит из секторов (обычно размером 512 Байт или 4 Кбайт). SSD в свою очередь состоит из банков, блоков и страниц. FTL производит трансляцию секторного доступа (как в HDD) в блочный доступ (к SSD). Метаданные используются для отображения логических адресов в физические.

Конфигурация HDD и SSD

HDD состоит из секторов: 1 сектор - 512 байт, либо 4 Кбайт с эмуляцией в 512 байт.

SSD состоит из:

- 1 страница = 8 Кбайт + 512 байт

- 1 блок = (8 Кбайт + 512 байт) * 128 страниц = 1 Мбайт + 64 Кбайт

- 1 слой = (1 Мбайт + 64 Кбайт) * 4096 блоков = 4 Гбайт + 256 Мбайт

- 1 матрица = (4 Гбайт + 256 Мбайт) * 2 слоя = 8 Гбайт + 512 Мбайт

- 1 банк = (8 Гбайт + 512 Мбайт) * 2 матрицы = 16 Гбайт + 1 Гбайт

- 1 устройство = (16 Гбайт + 1 Гбайт) * 64 банка = 1 Тбайт + 64 Гбайт

Страница (рис. 1) - самая маленькая адресуемая единица для операций чтения и программирования. Резервные данные (Spared data) используются для хранения ECC (error-correcting code - кода коррекции ошибок) и для маркировки неисправностей страницы.

85

Размер, отводимый под резервные данные, может быть разным и зависит от конкретного устройства [1].

Рис. 1. Формат страницы

Рис. 2. Формат блока

Блок (рис. 2) - самая маленькая единица, доступная для стирания информации. В каждом блоке обычно находится 128 или 256 страниц. Страницы, находящиеся в составе одного блока, должны быть записаны последовательно, но чтение может производиться

в произвольном порядке.

/ л

Блок 0 ' —? Блок 1

У / У

Блок 2 Блок 3

о

о

о

Блок п Блок п+1

Регистр страницы Регистр страницы

У /

Ввод/вывод данных

Рис. 3. Формат слоя (слева), формат матрицы (справа)

Матрица (рис. 3) может содержать до четырех слоев. Каждый слой имеет свой регистр страниц и регистр кэша для переключения между входными и выходными потоками данных. Регистры также содержат данные об операциях с массивами (чтение/программирование).

Возвращаясь к технологии FTL: каждая файловая система, получающая доступ к устройству памяти, должна записать не менее 4Кбайт информации. NAND FLASH может записывать не меньше одной страницы за одну операцию записи, либо несколько страниц за раз. Поскольку запись производится в страницу, а не в сектор HDD диска, требуется создать адресную карту «виртуальных секторов», к которой обращается хост (таким образом происходит эмуляция адресов HDD диска). Также требуется фактическая адресная карта NAND контроллера, по которой физически записываются данные.

Процесс преобразования адресов

86

Процесс преобразования адресов показан на рис. 4. 1 - от хоста приходит команда на запись

3 - блок управления буфером обрабатывает команду

4 - команда помещается в очередь событий для дальнейшего выполнения

5 - адрес команды (LBA) отображается на физический адрес NAND и временно хранится в DRAM

6 - преобразование адресов в FTL (рис. 5):

7 - теперь данные могут быть записаны в NAND

Механизм FTL предоставляет хост-системе эмуляцию работы с LBA, хотя фактически запись ведется не на HDD, а на SSD носитель.

Рис. 5. Процесс преобразования адресов в FTL

Литература

1. Sykes R., "Critical Role of Firmware and Flash Translation Layers in Solid State Drive Design" / Sykes R. - Flash Memory Summit 2012, Santa Clara, CA.

2. От хранения данных к управлению информацией. [Пер. с англ.] / под редакцией G.Somasundaram, Alok Shrivastava - СПб.: Питер, 2010. - 544 с.

87

Родионова НС.1, Алексеева Т.В. 2, Соколова О.А 3, Калгина Ю.О.4, Зяблов М.М 5

'Профессор, доктор технических наук; 2доцент, кандидат технических наук; 3аспирант; 4студент; 5студент, Воронежский

государственный университет инженерных технологий

РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУР СМЕСЕЙ ДЛЯ ПАНИРОВКИ МЯСНЫХ И РЫБНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ

Аннотация

В статье рассмотрен вопрос разработки рецептур смесей для панировки полуфабрикатов с применением биологически активных растительных компонентов. Данные панировочные смеси обладают повышенной пищевой и биологической ценностью, антибактериальным и антиоксидантным действием, хорошо усваиваются человеческим организмом.

Ключевые слова: панировочные смеси, биологически активные вещества.

Rodionova N.S.1, Alekseeva T.V.2, Sokolova O.A.3, Kalagina U.O.4, Zyablov MM5 1Professor, Doctor of Engineering; 2associate professor, Candidate of Technical Sciences; graduate student; 4student; 4student,

Voronezh state university of engineering technologies

DEVELOPMENT OF COMPOUNDINGS OF MIXES FOR THE BREADING OF MEAT AND FISH SEMI-FINISHED

PRODUCTS

Abstract

In article the question of development of compoundings of mixes for a breading of semi-finished products with application of biologically active vegetable components is considered. These panirovochny mixes possess the increased nutrition and biological value, antibacterial and antioxidant action, are well acquired by a human body.

Keywords: panirovochny mixes, biologically active agents.

В настоящее время в России вопросу поддержания здоровья, работоспособности и активного долголетия человека уделяется значительное внимание. Нерациональное и несбалансированное питание населения, малоподвижный образ жизни, загрязнение окружающей среды вредными веществами, повышенный шумовой и радиационный фон приводят к так называемым «болезням цивилизации». К ним относят нарушения в работе нервной, иммунной, кроветворной, пищеварительной систем, заболевания щитовидной железы и еще целый ряд недугов, вызывающих нарушение обмена веществ, поэтому питание является одним из важнейших факторов в профилактике и лечении обширного перечня заболеваний [1].

В данном аспекте актуальной задачей является разработка рецептур и технологий комбинированных пищевых растительных систем, характеризующихся высокими показателями пищевой и биологической ценности. Одним из наиболее перспективных источников биологически активных веществ растительного происхождения можно считать муку зародышей пшеницы [2]. Целью исследований являлось: разработка рецептур смесей для панировки мясных и рыбных полуфабрикатов с применением муки зародышей пшеницы.

Мука зародышей пшеницы «Витазар» имеет следующий состав (таб. 1).

Таблица 1 - Химический состав муки зародышей пшеницы «Витазар»

Наименование показателя Содержание, %

Массовая доля влаги 3,4

Массовая доля сырого жира 8,0

Массовая доля золы 4,3

Массовая доля углеводов 47,0

Массовая доля сырого протеина 33,8

Массовая доля сырой клетчатки 1,92

Мука «Витазар», полученная после извлечения методом холодного прессования из зародышей пшеницы масла, сохраняет практически полностью биологически активные вещества исходных зародышей. При этом усвояемость этих веществ в организме намного выше, чем исходного зародыша, так как, в результате деформации сдвига при высоких давлениях, в зародыше пшеницы эти активные и биологически ценные продукты находятся в более доступной для организма форме. Мука «Витазар» содержит витамины E, D, Bb B2, B6, РР, пантотеновую и фолиевую кислоты, каротиноиды; а также 21 макро- и микроэлемент и среди них такие важные, как фосфор, кальций, калий, магний, селен, цинк [4, 5]. Положительный опыт и высокие результаты были получены в результате клинических испытаний муки «Витазар» в Московском центральном НИИ гастроэнтерологии, Челябинском городском липидном центре, Новосибирском государственном медицинском университете, в Московском городском НИИ скорой помощи им. Склифосовского Н. В. [6].

Мука зародышей пшеницы характеризуется нейтральным запахом и вкусом, имеет кремовый цвет, что позволяет сохранить органолептические показатели готовых изделий.

Для приготовления панировочной смеси муку зародышей пшеницы «Витазар» измельчали и просеивали на сите с размером отверстий 1,5-2 мм, далее вносили посолочные ингредиенты и экстракты ароматических и пряных компонентов.

Экстракты ароматических и пряных компонентов способствуют повышению вкусо-ароматических свойств готовой продукции, при этом они обладают антибактериальным и антиоксидантным действием. При приготовлении экстрактов ароматических и пряных компонентов применялись наиболее распространенные в кулинарной практике соотношения и сочетания. Исходя из анализа рецептур, применяемых при приготовлении кулинарных изделий, концентрация сухих веществ в водных экстрактах ароматических и пряных компонентов составила 2-6 %. В таблице 2 представлены рецептуры смесей ароматических и пряных компонентов.

Таблица 2 - Рецептуры смесей ароматических и пряных компонентов

Наименование Массовая доля в смеси, % мас.

пряной травы Смесь № 1 Смесь № 2 Смесь № 3 Смесь № 4

Xylopia aethiopica (мавританский перец) 10,0 20,0 5,0 -

Dianthus (гвоздика) - 35,0 35,0 20,0

Rosmarinus (розмарин) 35,0 25,0 25,0 20,0

Myristica (мускатный орех) 35,0 20,0 - 30,0

Pimpinella arnsum (анис) 10,0 - 30,0 15,0

Mondora (мондора) 10,0 - 5,0 15,0

Панировка полуфабрикатов осуществлялась одноступенчато или двуступенчато путем нанесения на поверхность полуфабриката сначала жидкого теста, а затем сухой панировки. Этап приготовления теста заключался в гидратации муки «Витазар» экстрактами смесей ароматических и пряных трав до достижения консистенции жидкого теста. В качестве сухой панировочной смеси применялась измельченная мука «Витазар (таб. 3).

88