Компьютерное хранилище данных - Википедия - Computer data storage

1 ГиБ из SDRAM установлен в компьютер. Пример начальный место хранения.

15 ГиБ PATA жесткий диск (HDD) с 1999 г .; при подключении к компьютеру служит вторичный место хранения.

160 ГБ SDLT кассета с лентой, пример не в сети место хранения. При использовании в роботе ленточная библиотека, он классифицируется как высшее вместо этого хранилище.

Веретено DVD-RW с.

Хранение компьютерных данных это технология, состоящая из компьютер компоненты и носитель записи которые используются для сохранения цифровых данные. Это основная функция и фундаментальный компонент компьютеров.^[1]:15–16

В центральное процессорное устройство (ЦП) компьютера - это то, что манипулирует данными, выполняя вычисления. На практике почти все компьютеры используют иерархия хранения,^{[1]:468–473} что ставит быстрые, но дорогие и небольшие варианты хранения рядом с процессором, а более медленные, но менее дорогие и большие - дальше. Обычно быстрые энергозависимые технологии (которые теряют данные при отключении питания) называются «памятью», а более медленные постоянные технологии упоминаются как «хранилище».

Даже первые компьютерные разработки, Чарльз Бэббидж с Аналитическая машина и Перси Ладгейт Аналитическая машина, четко разграничивающая обработку и память (Бэббидж хранил числа как вращения шестерен, а Ладгейт сохранял числа как перемещения стержней в челноках). Это различие было расширено в Архитектура фон Неймана, где ЦП состоит из двух основных частей: устройство управления и арифметико-логическое устройство (АЛУ). Первый контролирует поток данных между ЦП и памятью, а второй выполняет арифметические операции и логические операции по данным.

Функциональность

Без значительного объема памяти компьютер мог бы просто выполнять фиксированные операции и немедленно выводить результат. Чтобы изменить его поведение, его придется перенастроить. Это приемлемо для таких устройств, как стол. калькуляторы, цифровые сигнальные процессоры, и другие специализированные устройства. Фон Нейман машины отличаются наличием памяти, в которой они хранят свои рабочие инструкции и данные.^[1]:20 Такие компьютеры более универсальны, поскольку им не нужно перенастраивать оборудование для каждой новой программы, а просто их можно перепрограммирован с новыми инструкциями в памяти; они также имеют тенденцию быть более простыми в разработке, поскольку относительно простой процессор может сохранять государственный между последовательными вычислениями для получения сложных процедурных результатов. Большинство современных компьютеров - это машины фон Неймана.

Организация и представление данных

Современный цифровой компьютер представляет данные с использованием двоичная система счисления. Текст, числа, изображения, аудио и почти любую другую форму информации можно преобразовать в строку биты, или двоичные цифры, каждая из которых имеет значение 1 или 0. Наиболее распространенной единицей хранения является байт, равный 8 битам. Часть информации может обрабатываться любым компьютером или устройством, на котором достаточно места для хранения двоичное представление части информации, или просто данные. Например, полное собрание сочинений Шекспира, около 1250 печатных страниц, можно хранить примерно в пяти мегабайты (40 миллионов бит) по одному байту на символ.

Данные закодированный назначив битовый шаблон каждому персонаж, цифра, или же мультимедиа объект. Для кодирования существует множество стандартов (например, кодировки символов подобно ASCII, кодировки изображений вроде JPEG, кодировки видео, такие как MPEG-4 ).

Добавляя биты к каждому закодированному блоку, избыточность позволяет компьютеру как обнаруживать ошибки в закодированных данных, так и исправлять их на основе математических алгоритмов. Ошибки обычно возникают с низкой вероятностью из-за случайный Переворот битового значения, или «физическая усталость битов», потеря физического бита при хранении его способности поддерживать различимое значение (0 или 1), или из-за ошибок меж или внутрикомпьютерной связи. Случайный бит флип (например, из-за случайного радиация ) обычно исправляется при обнаружении. Бит или группа неисправных физических битов (не всегда известен конкретный дефектный бит; определение группы зависит от конкретного запоминающего устройства) обычно автоматически изолируются, выводятся из использования устройством и заменяются другой функционирующей эквивалентной группой в устройстве, где восстанавливаются исправленные битовые значения (если возможно). В циклическая проверка избыточности (CRC) метод обычно используется для связи и хранения обнаружение ошибок. Обнаруженная ошибка затем повторяется.

Сжатие данных Методы позволяют во многих случаях (например, в базе данных) представлять строку битов более короткой строкой битов («сжатие») и при необходимости восстанавливать исходную строку («распаковывать»). При этом используется значительно меньше хранилища (десятки процентов) для многих типов данных за счет большего объема вычислений (сжимайте и распаковывайте при необходимости). Анализ компромисса между экономией на хранении и затратами на связанные вычисления и возможными задержками в доступности данных проводится до принятия решения о том, сохранять ли определенные данные сжатыми или нет.

За причины безопасности определенные типы данных (например, информация о кредитной карте) могут храниться зашифрованный в хранилище, чтобы предотвратить возможность несанкционированного восстановления информации из фрагментов моментальных снимков хранилища.

Иерархия хранения

Эта статья кажется противоречащим статье Иерархия памяти. См. Обсуждение по ссылке страница обсуждения. (Март 2013 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Различные формы хранения, разделенные в зависимости от их удаленности от центральное процессорное устройство. Основные компоненты универсального компьютера: арифметико-логический блок, схема управления, место для хранения и ввод, вывод устройств. Технология и потенциал как общие домашние компьютеры примерно в 2005 году.

Как правило, чем ниже в иерархии хранилище, тем меньше в нем пропускная способность и чем шире его доступ задержка это от процессора. Это традиционное разделение хранилища на первичное, вторичное, третичное и автономное также зависит от стоимости за бит.

В современном обиходе «память» обычно полупроводник чтение-запись в хранилище оперативная память обычно DRAM (динамическое ОЗУ) или другие формы быстрого, но временного хранилища. «Хранилище» состоит из запоминающих устройств и их носителей, к которым не имеет прямого доступа ЦПУ (вторичный или же третичное хранилище ), обычно жесткие диски, оптический диск диски и другие устройства медленнее ОЗУ, но энергонезависимый (сохранение содержимого при отключении питания).^[2]

Исторически, объем памяти был вызван основная память, основная память, реальное хранилище или же внутренняя память. Между тем, энергонезависимые запоминающие устройства упоминаются как вторичное хранилище, внешняя память или же вспомогательное / периферийное хранилище.

Первичное хранилище

Первичное хранилище (также известный как основная память, внутренняя память или же основная память), часто называемый просто объем памяти, является единственным напрямую доступным для ЦП. ЦП непрерывно считывает хранящиеся там инструкции и выполняет их по мере необходимости. Любые данные, с которыми активно работают, также хранятся там единообразно.

Исторически, ранние компьютеры использовал линии задержки, Трубки Вильямса, или вращающийся магнитные барабаны в качестве основного хранилища. К 1954 году эти ненадежные методы были в основном заменены память на магнитном сердечнике. Основная память оставалась доминирующей до 1970-х годов, когда Интегральная схема технология разрешена полупроводниковая память стать экономически конкурентоспособным.

Это привело к современному оперативная память (БАРАН). Он малогабаритный, легкий, но при этом достаточно дорогой. (Конкретные типы ОЗУ, используемые для основного хранилища, также летучий, т.е. они теряют информацию при отключении питания).

Как показано на схеме, традиционно есть еще два подуровня первичного хранилища, помимо основной оперативной памяти большой емкости:

• Регистры процессора расположены внутри процессора. Каждый регистр обычно содержит слово данных (часто 32 или 64 бита). Инструкции ЦП инструктируют арифметико-логическое устройство выполнять различные вычисления или другие операции с этими данными (или с их помощью). Регистры - это самый быстрый из всех способов хранения компьютерных данных.
• Кэш процессора является промежуточным звеном между сверхбыстрыми регистрами и гораздо более медленной основной памятью. Он был введен исключительно для повышения производительности компьютеров. Наиболее активно используемая информация в основной памяти просто дублируется в кэш-памяти, которая работает быстрее, но имеет гораздо меньшую емкость. С другой стороны, основная память намного медленнее, но ее емкость намного больше, чем у регистров процессора. Многоуровневый иерархический кеш также обычно используется настройка -первичный кеш самый маленький, самый быстрый и расположенный внутри процессора; вторичный кеш будучи несколько крупнее и медленнее.

Основная память прямо или косвенно подключена к центральному процессору через шина памяти. На самом деле это два автобуса (не на схеме): адресная шина и шина данных. ЦП сначала отправляет номер через адресную шину, номер называется адрес памяти, что указывает на желаемое расположение данных. Затем он читает или записывает данные в ячейки памяти с помощью шины данных. Кроме того, блок управления памятью (MMU) - это небольшое устройство между ЦП и ОЗУ, пересчитывающее фактический адрес памяти, например, чтобы обеспечить абстракцию виртуальная память или другие задачи.

Поскольку типы ОЗУ, используемые для основного хранилища, являются энергозависимыми (не инициализируются при запуске), компьютер, содержащий только такое хранилище, не будет иметь источника для чтения инструкций, чтобы запустить компьютер. Следовательно, энергонезависимая первичная память содержащую небольшую программу запуска (BIOS ) используется, чтобы бутстрап компьютер, то есть читать большую программу из энергонезависимой вторичный хранилище в ОЗУ и начать его выполнять. Энергонезависимая технология, используемая для этой цели, называется ПЗУ, т.е. только для чтения памяти (терминология может несколько сбивать с толку, поскольку большинство типов ПЗУ также могут произвольный доступ ).

Многие типы "ROM" не буквально только чтение, поскольку возможны обновления к ним; однако он медленный, и перед повторной записью память необходимо стирать большими частями. Немного встроенные системы запускать программы прямо из ПЗУ (или подобного), потому что такие программы редко меняются. Стандартные компьютеры не хранят неэлементарные программы в ПЗУ, а, скорее, используют большую емкость вторичной памяти, которая также является энергонезависимой и не такой дорогой.

Недавно, первичное хранилище и вторичное хранилище в некоторых случаях относится к тому, что исторически называлось, соответственно, вторичное хранилище и третичное хранилище.^[3]

Вторичное хранилище

А привод жесткого диска со снятой защитной крышкой

Вторичное хранилище (также известный как внешняя память или же вспомогательная память) отличается от основного хранилища тем, что он не доступен напрямую для ЦП. Компьютер обычно использует свой ввод, вывод каналы для доступа к вторичному хранилищу и передачи желаемых данных в первичное хранилище. Вторичное хранилище является энергонезависимым (сохраняет данные при отключении питания). Современные компьютерные системы обычно имеют на два порядка больше вторичного хранилища, чем первичного, потому что вторичное хранилище дешевле.

В современных компьютерах жесткие диски (HDD) или твердотельные накопители (SSD) обычно используются в качестве вторичного хранилища. В время доступа на байт для HDD или SSD обычно измеряется в миллисекунды (одна тысячная секунда), а время доступа к байту для первичной памяти измеряется в наносекунды (одна миллиардная секунда). Таким образом, вторичное хранилище значительно медленнее, чем первичное хранилище. Вращающийся оптическое хранилище устройства, такие как CD и DVD диски, имеют еще большее время доступа. Другие примеры технологий вторичного хранения включают: USB-накопители, дискеты, магнитная лента, бумажная лента, перфокарты, и RAM-диски.

Однажды головка чтения / записи диска на жестких дисках достигается правильное размещение, и данные, последующие данные на дорожке, доступны очень быстро. Чтобы уменьшить время поиска и задержку вращения, данные передаются на диски и с дисков большими непрерывными блоками. Последовательный или блочный доступ к дискам на порядки быстрее, чем произвольный доступ, и было разработано множество сложных парадигм для разработки эффективных алгоритмов, основанных на последовательном и блочном доступе. Другой способ уменьшить узкое место ввода-вывода - использовать несколько дисков параллельно, чтобы увеличить пропускную способность между первичной и вторичной памятью.^[4]

Вторичное хранилище часто форматируется в соответствии с файловая система формат, который обеспечивает абстракцию, необходимую для организации данных в файлы и каталоги, а также предоставляя метаданные описывающий владельца определенного файла, время доступа, права доступа и другую информацию.

Большинство компьютеров операционные системы использовать концепцию виртуальная память, позволяя использовать больше емкости первичной памяти, чем физически доступно в системе. По мере заполнения первичной памяти система перемещает наименее используемые фрагменты (страницы ) в файл подкачки или файл подкачки во вторичном хранилище, извлекая их позже при необходимости. Если много страниц перемещается в более медленное вторичное хранилище, производительность системы снижается.

Третичное хранение

Большой ленточная библиотека, с кассетами, размещенными на полках спереди, и роботизированной рукой, движущейся сзади. Видимая высота библиотеки около 180 см.

Третичное хранение или же третичная память^[5] уровень ниже вторичного хранилища. Как правило, это роботизированный механизм, который устанавливать (вставить) и спешиваться съемный носитель информации в запоминающее устройство в соответствии с требованиями системы; такие данные часто копируются во вторичное хранилище перед использованием. Он в основном используется для архивирования редко используемой информации, так как он намного медленнее, чем вторичное хранилище (например, 5–60 секунд против 1–10 миллисекунд). Это в первую очередь полезно для чрезвычайно больших хранилищ данных, доступ к которым осуществляется без участия человека. Типичные примеры включают ленточные библиотеки и оптические музыкальные автоматы.

Когда компьютеру нужно прочитать информацию из третичного хранилища, он сначала обращается к каталогу. база данных чтобы определить, на какой ленте или диске содержится информация. Затем компьютер проинструктирует роботизированная рука , чтобы получить носитель и поместить его в привод. Когда компьютер закончит считывать информацию, роботизированная рука вернет носитель на свое место в библиотеке.

Третичное хранение также известно как ближайшее хранилище потому что это «близко к онлайн». Формальное различие между оперативным, оперативным и автономным хранилищами:^[6]

• Онлайн-хранилище сразу же доступно для ввода-вывода.
• Хранилище Nearline доступно не сразу, но может быть быстро выполнено онлайн без вмешательства человека.
• Автономное хранилище доступно не сразу, и для его подключения к сети требуется вмешательство человека.

Например, постоянно включенные вращающиеся жесткие диски представляют собой онлайн-хранилище, а вращающиеся диски, которые замедляются автоматически, например, в массивных массивах бездействующих дисков (СЛУЖАНКА ), являются оперативным хранилищем. Съемные носители, такие как ленточные картриджи, которые можно загружать автоматически, как в ленточные библиотеки, являются оперативным хранилищем, а ленточные картриджи, которые необходимо загружать вручную, являются автономным хранилищем.

Автономное хранилище

Автономное хранилище это компьютерное хранилище данных на носителе или устройстве, которое не находится под контролем блок обработки.^[7] Носитель записывается, обычно на вторичном или третичном запоминающем устройстве, а затем физически удаляется или отключается. Он должен быть вставлен или подключен оператором, прежде чем компьютер снова сможет получить к нему доступ. В отличие от третичного хранилища, к нему нельзя получить доступ без вмешательства человека.

Не в сети хранилище используется для информация о передаче, поскольку отсоединенную среду можно легко физически транспортировать. Кроме того, это полезно в случаях бедствий, когда, например, пожар уничтожает исходные данные, носитель в удаленном месте не пострадает, что позволяет аварийное восстановление. Автономное хранилище увеличивает общее информационная безопасность, поскольку он физически недоступен с компьютера, а конфиденциальность или целостность данных не могут быть затронуты компьютерными атаками. Кроме того, если доступ к информации, хранящейся для архивных целей, осуществляется редко, автономное хранение обходится дешевле, чем третичное хранение.

В современных персональных компьютерах большинство вторичных и третичных носителей информации также используются для автономного хранения. Оптические диски и устройства флэш-памяти являются наиболее популярными и в гораздо меньшей степени съемными жесткими дисками. На предприятиях преобладает магнитная лента. Более старые примеры - дискеты, Zip-диски или перфокарты.

Характеристики хранения

Модуль 1 ГБ ноутбук DDR2 баран.

Технологии хранения на всех уровнях иерархии хранения можно различать, оценивая определенные основные характеристики, а также измеряя характеристики, характерные для конкретной реализации. Эти основные характеристики - изменчивость, изменчивость, доступность и адресуемость. Для любой конкретной реализации любой технологии хранения стоит измерить характеристики - это емкость и производительность.

Волатильность

Энергонезависимая память сохраняет сохраненную информацию даже в том случае, если на него не постоянно подается электроэнергия.^[8] Подходит для длительного хранения информации. Энергозависимая память требует постоянного питания для поддержания хранимой информации. Самые быстрые технологии памяти - энергозависимые, хотя это не универсальное правило. Поскольку первичное хранилище должно быть очень быстрым, оно преимущественно использует энергозависимую память.

Динамическая память с произвольным доступом представляет собой форму энергозависимой памяти, которая также требует, чтобы хранимая информация периодически перечитывалась и перезаписывалась, или освеженный, иначе он исчезнет. Статическая память с произвольным доступом является формой энергозависимой памяти, аналогичной DRAM, за исключением того, что ее никогда не нужно обновлять, пока подается питание; он теряет свое содержание при потере питания.

An бесперебойный источник питания (ИБП) можно использовать, чтобы дать компьютеру короткое окно времени для перемещения информации из первичного энергозависимого хранилища в энергонезависимое хранилище до того, как батареи разрядятся. Некоторые системы, например EMC Symmetrix, имеют встроенные батареи, обеспечивающие энергозависимое хранение в течение нескольких минут.

Изменчивость

Чтение / запись хранилища или изменяемого хранилища

Позволяет перезаписывать информацию в любое время. Компьютер без некоторого объема хранилища для чтения / записи для целей основного хранилища был бы бесполезен для многих задач. Современные компьютеры обычно используют хранилище для чтения / записи также в качестве вторичного хранилища.

Медленная запись, быстрое чтение хранилища

Хранение для чтения / записи, которое позволяет перезаписывать информацию несколько раз, но при этом операция записи намного медленнее, чем операция чтения. Примеры включают CD-RW и SSD.

Запись однократного хранения

Пишите один раз, прочтите (WORM) позволяет записать информацию только один раз в определенный момент после изготовления. Примеры включают полупроводник программируемая постоянная память и CD-R.

Хранилище только для чтения

Сохраняет информацию, хранящуюся на момент изготовления. Примеры включают маска ПЗУ и CD-ROM.

Доступность

Произвольный доступ

Доступ к любому месту в хранилище можно получить в любой момент примерно за такое же время. Такая характеристика хорошо подходит для первичного и вторичного хранилища. Большинство полупроводниковых запоминающих устройств и дисководов обеспечивают произвольный доступ.

Последовательный доступ

Доступ к частям информации будет происходить в последовательном порядке, один за другим; поэтому время доступа к определенному фрагменту информации зависит от того, к какому фрагменту информации был осуществлен последний доступ. Такая характеристика характерна для автономных хранилищ.

Адресуемость

С возможностью адресации по местоположению

Каждая индивидуально доступная единица информации в хранилище выбирается своим числовым адрес памяти. В современных компьютерах хранилище с адресацией местоположения обычно ограничивается первичным хранилищем, доступ к которому осуществляется внутри компьютерных программ, поскольку адресация местоположения очень эффективна, но обременительна для людей.

Адресный файл

Информация разделена на файлы переменной длины, и конкретный файл выбирается с помощью человек читаемый каталоги и имена файлов. Базовое устройство по-прежнему является адресуемым, но Операционная система компьютера предоставляет файловую систему абстракция чтобы сделать операцию более понятной. В современных компьютерах вторичные, третичные и автономные хранилища используют файловые системы.

С адресацией к содержимому

Каждая индивидуально доступная единица информации выбирается на основе (части) содержимого, хранящегося в ней. Контент-адресное хранилище может быть реализовано с использованием программного обеспечения (компьютерная программа) или аппаратное обеспечение (компьютерное устройство) с более быстрым, но более дорогим оборудованием. Аппаратная адресуемая память часто используется в компьютерных Кэш процессора.

Емкость

Сырая емкость

Общий объем хранимой информации, которую может содержать запоминающее устройство или носитель. Выражается как количество биты или же байты (например, 10,4 мегабайты ).

Плотность памяти

Компактность хранимой информации. Это емкость носителя, разделенная на единицы длины, площади или объема (например, 1,2 мегабайта на квадратный дюйм).

Спектакль

Задержка

Время, необходимое для доступа к определенному месту в хранилище. Подходящий единица измерения обычно наносекунда для первичного хранилища, миллисекунда для вторичного хранения, и второй для третичного хранения. Может иметь смысл разделить задержку чтения и задержку записи (особенно для энергонезависимой памяти.^[8]), а при последовательном доступе к хранилищу - минимальная, максимальная и средняя задержка.

Пропускная способность

Скорость, с которой информация может быть прочитана или записана в хранилище. В компьютерных хранилищах данных пропускная способность обычно выражается в мегабайтах в секунду (МБ / с), хотя битрейт также могут быть использованы. Как и в случае с задержкой, может потребоваться различать скорость чтения и скорость записи. Последовательный, а не случайный доступ к мультимедиа обычно обеспечивает максимальную пропускную способность.

Гранулярность

Размер самого большого «фрагмента» данных, к которому можно эффективно получить доступ как к единой единице, например без дополнительной задержки.

Надежность

Вероятность спонтанного изменения битового значения при различных условиях или в целом интенсивность отказов.

Такие утилиты как hdparm и сар может использоваться для измерения производительности ввода-вывода в Linux.

Использование энергии

• Устройства хранения, которые сокращают использование вентиляторов, автоматически отключаются при простое, и жесткие диски с низким энергопотреблением могут снизить потребление энергии на 90 процентов.^[9]
• 2,5-дюймовые жесткие диски часто потребляют меньше энергии, чем более крупные.^[10][11] Низкая емкость твердотельные накопители не имеют движущихся частей и потребляют меньше энергии, чем жесткие диски.^[12][13][14] Кроме того, память может потреблять больше энергии, чем жесткие диски.^[14] Большие кеши, которые используются, чтобы избежать попадания в стена памяти, также может потреблять большое количество энергии.^[15]

Безопасность

Полное шифрование диска, шифрование тома и виртуального диска, а также шифрование файлов / папок легко доступен для большинства устройств хранения.^[16]

Аппаратное шифрование памяти доступно в архитектуре Intel и поддерживает полное шифрование памяти (TME) и страничное шифрование памяти с несколькими ключами (MKTME).^[17][18] И в SPARC Поколение M7 с октября 2015 года.^[19]

Медиа хранилище

По состоянию на 2011 г.^{[Обновить]}, наиболее часто используемыми носителями для хранения данных являются полупроводниковые, магнитные и оптические, в то время как бумага все еще находит свое ограниченное применение. Некоторые другие фундаментальные технологии хранения, такие как all-flash array (AFA), предлагаются для разработки.

Полупроводник

Полупроводниковая память использует полупроводник -основан Интегральная схема (IC) чипы для хранения информации. Данные обычно хранятся в металл – оксид – полупроводник (MOS) ячейки памяти. Микросхема полупроводниковой памяти может содержать миллионы ячеек памяти, состоящих из крошечных МОП полевые транзисторы (МОП-транзисторы) и / или МОП-конденсаторы. Обе летучий и энергонезависимый Существуют формы полупроводниковой памяти, первая с использованием стандартных полевых МОП-транзисторов, а вторая с использованием МОП-транзисторы с плавающим затвором.

В современных компьютерах первичная память почти исключительно состоит из динамических энергозависимых полупроводников. оперативная память (RAM), особенно динамическая память с произвольным доступом (ДРАМ). С начала века тип энергонезависимой плавающий затвор полупроводниковая память, известная как флэш-память стабильно набирает популярность в качестве автономного хранилища для домашних компьютеров. Энергонезависимая полупроводниковая память также используется для вторичного хранения в различных современных электронных устройствах и специализированных компьютерах, которые предназначены для них.

Еще в 2006 году ноутбук и настольный компьютер производители начали использовать флэш-память твердотельные накопители (SSD) в качестве параметров конфигурации по умолчанию для вторичного хранилища в дополнение к более традиционному жесткому диску или вместо него.^{[20][21][22][23][24]}

Магнитный

Магнитное хранилище использует разные модели намагничивание на магнитно поверхность с покрытием для хранения информации. Магнитное хранилище энергонезависимый. Доступ к информации осуществляется с помощью одной или нескольких головок чтения / записи, которые могут содержать один или несколько преобразователей записи. Головка чтения / записи покрывает только часть поверхности, поэтому головку или носитель, или и то, и другое необходимо перемещать относительно другого, чтобы получить доступ к данным. В современных компьютерах магнитное хранилище будет иметь следующие формы:

• Магнитный диск
  • Дискета, используется для автономного хранения
  • Привод жесткого диска, используется для вторичного хранения
• Магнитная лента, используется для третичного и автономного хранения
• Карусель памяти (магнитные ролики)

В ранних компьютерах магнитное хранилище также использовалось как:

• Первичное хранилище в виде магнитная память, или же основная память, память сердечника веревки, тонкопленочная память и / или твисторная память.
• Третичное (например, NCR CRAM ) или автономное хранилище в виде магнитных карт.
• Магнитная лента тогда часто использовалась для вторичного хранения.

Оптический

Оптическое хранилище, типичный оптический диск, хранит информацию о деформациях на поверхности круглого диска и считывает эту информацию, освещая поверхность лазерный диод и наблюдая за отражением. Хранение на оптических дисках энергонезависимый. Деформации могут быть постоянными (носители только для чтения), образованными однократно (носители с однократной записью) или обратимыми (носители с возможностью записи или чтения / записи). В настоящее время широко используются следующие формы:^[25]

• CD, CD-ROM, DVD, BD-ROM: Хранилище только для чтения, используемое для массового распространения цифровой информации (музыка, видео, компьютерные программы)
• CD-R, DVD-R, DVD + R, BD-R: Однократная запись в хранилище, используется для третичного и автономного хранилища.
• CD-RW, DVD-RW, DVD + RW, DVD-RAM, BD-RE: Медленная запись, быстрое считывание хранилища, используется для третичного и автономного хранилища
• Оптическая сверхплотность или UDO аналогичен по мощности BD-R или BD-RE и это хранилище с медленной записью и быстрым чтением, используемое для третичного и автономного хранилища.

Магнитооптический диск это оптический диск, где магнитное состояние на ферромагнитный поверхность хранит информацию. Информация считывается оптически и записывается путем сочетания магнитных и оптических методов. Магнитооптический диск для хранения энергонезависимый, последовательный доступ, медленная запись, хранилище для быстрого чтения, используемое для третичного и автономного хранилища.

3D оптическое хранилище данных также был предложен.

Плавление намагниченности, индуцированное светом, в магнитных фотопроводниках также было предложено для высокоскоростной магнитооптической памяти с низким потреблением энергии.^[26]

Бумага

Хранение бумажных данных, обычно в виде бумажная лента или же перфокарты, долгое время использовался для хранения информации для автоматической обработки, особенно до появления компьютеров общего назначения. Информация записывалась путем пробивания отверстий в бумажном или картонном носителе и считывалась механически (или позже оптически), чтобы определить, было ли конкретное место на носителе твердым или содержало отверстие. Некоторые технологии позволяют людям легко делать отметки на бумаге. читаются машиной - они широко используются для подсчета голосов и оценки стандартизированных тестов. Штрих-коды сделал возможным для любого объекта, который должен был быть продан или транспортирован, иметь некоторую машиночитаемую информацию, надежно прикрепленную к нему.

Другие носители или подложки

Память на вакуумных лампах

А Трубка Вильямса использовал электронно-лучевая трубка, а Селектрон трубка использовал большой вакуумная труба для хранения информации. Эти первичные запоминающие устройства были недолговечными на рынке, поскольку лампа Вильямса была ненадежной, а лампа Selectron была дорогой.

Электроакустическая память

Память линии задержки использовал звуковые волны в таком веществе, как Меркурий для хранения информации. Память линии задержки была динамически изменчивой, запоминающей с последовательным циклом чтения / записи и использовалась в качестве первичной памяти.

Оптическая лента

представляет собой носитель для оптического хранения, обычно состоящий из длинной и узкой полосы пластика, на которой можно писать рисунки и с которой рисунки можно считывать обратно. Он разделяет некоторые технологии с кинопленкой и оптическими дисками, но не совместим ни с одним из них. Мотивом разработки этой технологии была возможность иметь гораздо большую емкость хранения, чем магнитная лента или оптические диски.

Фазовая память

использует разные механические фазы материал с фазовым переходом для хранения информации в адресной матрице X-Y и считывает информацию, наблюдая за изменяющимися электрическое сопротивление материала. Память с фазовым переходом будет энергонезависимой памятью с произвольным доступом для чтения / записи и может использоваться для первичного, вторичного и автономного хранения. Большинство перезаписываемых и многие записывающие оптические диски уже используют материал с фазовым переходом для хранения информации.

Голографическое хранилище данных

хранит информацию оптически внутри кристаллы или же фотополимеры. Голографическое хранилище может использовать весь объем носителя данных, в отличие от хранилища на оптических дисках, которое ограничено небольшим количеством поверхностных слоев. Голографическое хранилище будет энергонезависимым, с последовательным доступом и либо однократной записью, либо хранилищем для чтения / записи. Его можно использовать для вторичного и автономного хранилища. Видеть Голографический универсальный диск (HVD).

Молекулярная память

хранит информацию в полимер которые могут хранить электрический заряд. Молекулярная память может быть особенно подходящей для первичного хранения. Теоретическая емкость молекулярной памяти составляет 10 терабит на квадратный дюйм.^[27]

Магнитные фотопроводники

хранить магнитную информацию, которая может быть изменена при слабом освещении.^[26]

ДНК

хранит информацию в ДНК нуклеотиды. Впервые это было сделано в 2012 году, когда исследователи достигли соотношения 1,28 петабайт на грамм ДНК. В марте 2017 года ученые сообщили, что новый алгоритм, называемый фонтаном ДНК, достиг 85% от теоретического предела - 215 петабайт на грамм ДНК.^{[28][29][30][31]}

Связанные технологии

Резервирование

В то время как неисправность группы битов может быть решена с помощью механизмов обнаружения и исправления ошибок (см. Выше), неисправность устройства хранения требует различных решений. Следующие решения обычно используются и подходят для большинства устройств хранения:

• Устройство зеркальное отображение (репликация) - Общее решение проблемы - постоянное сохранение идентичной копии содержимого устройства на другом устройстве (обычно того же типа). Обратной стороной является то, что это удваивает объем хранилища, и оба устройства (копии) необходимо обновлять одновременно с некоторыми накладными расходами и, возможно, с некоторыми задержками. Положительным моментом является возможность одновременного чтения одной и той же группы данных двумя независимыми процессами, что увеличивает производительность. Когда одно из реплицированных устройств обнаруживается как дефектное, другая копия все еще работает и используется для создания новой копии на другом устройстве (обычно доступном для этой цели в пуле резервных устройств).
• Избыточный массив независимых дисков (RAID) - Этот метод обобщает описанное выше зеркалирование устройств, позволяя одному устройству в группе из N устройств выйти из строя и заменить его восстановленным содержимым (зеркалирование устройств - это RAID с N = 2). Группы RAID из N = 5 или N = 6 являются общими. N> 2 экономит память по сравнению с N = 2 за счет увеличения объема обработки как при обычной работе (с часто сниженной производительностью), так и при замене неисправного устройства.

Зеркалирование устройств и типичный RAID предназначены для обработки отказа одного устройства в группе устройств RAID. Однако если второй сбой произойдет до того, как группа RAID будет полностью восстановлена ​​после первого сбоя, данные могут быть потеряны. Вероятность единичного отказа обычно мала. Таким образом, вероятность двух сбоев в одной и той же RAID-группе во временной близости намного меньше (приблизительно квадрат вероятности, то есть умноженный на себя). Если база данных не может выдержать даже такую ​​меньшую вероятность потери данных, тогда сама группа RAID реплицируется (зеркалируется). Во многих случаях такое зеркальное отображение выполняется географически удаленно, в другом массиве хранения, чтобы обрабатывать также восстановление после сбоев (см. Аварийное восстановление выше).

Подключение к сети

Вторичное или третичное хранилище может подключаться к компьютеру с использованием компьютерная сеть. Эта концепция не относится к первичному хранилищу, которое в меньшей степени совместно используется несколькими процессорами.

• Хранилище с прямым подключением (DAS) - это традиционное запоминающее устройство, не использующее никаких сетей. Это по-прежнему самый популярный подход. Этот ретроним был придуман недавно вместе с NAS и SAN.
• Network Attached Storage (NAS) - это запоминающее устройство, подключенное к компьютеру, к которому другой компьютер может получить доступ на уровне файлов через локальная сеть, частный Глобальная сеть, или в случае онлайн-хранилище файлов, над Интернет. NAS обычно ассоциируется с NFS и CIFS / SMB протоколы.
• Сеть хранения данных (SAN) - это специализированная сеть, которая предоставляет другим компьютерам объем хранилища. Ключевое различие между NAS и SAN заключается в том, что NAS предоставляет клиентским компьютерам файловые системы и управляет ими, в то время как SAN обеспечивает доступ на уровне блочной адресации (необработанный), оставляя подключенным системам управление данными или файловыми системами в пределах предоставленной емкости. SAN обычно ассоциируется с Fibre Channel сети.

Роботизированное хранилище

Большие количества индивидуальных магнитных лент и оптических или магнитооптических дисков могут храниться в роботизированных третичных запоминающих устройствах. В области хранения на магнитной ленте они известны как ленточные библиотеки, и в области оптического хранения оптические музыкальные автоматы, или библиотеки оптических дисков по аналогии. Наименьшие формы любой технологии, содержащие только одно приводное устройство, называются автозагрузчики или же авточейджеры.

Устройства хранения с роботизированным доступом могут иметь несколько слотов, каждый из которых содержит отдельные носители, и обычно один или несколько роботов-захватчиков, которые проходят через слоты и загружают носители во встроенные диски. Расположение слотов и устройств захвата влияет на производительность. Важными характеристиками такого хранилища являются возможные варианты расширения: добавление слотов, модулей, накопителей, роботов. Ленточные библиотеки могут иметь от 10 до более 100 000 слотов и обеспечивать терабайты или же петабайты оперативной информации. Оптические музыкальные автоматы - это несколько меньшие по размеру решения, до 1000 слотов.

Роботизированное хранилище используется для резервные копии, а также для архивов большой емкости в области обработки изображений, медицины и видео. Иерархическое управление хранилищем это наиболее известная стратегия автоматического архивирования миграция давно неиспользуемые файлы: от быстрого жесткого диска до библиотек или музыкальных автоматов. Если файлы нужны, они извлечен обратно на диск.

Смотрите также

Основные разделы хранилища

• Диафрагма (память компьютера)
• Динамическая память с произвольным доступом (DRAM)
• Задержка памяти
• Массовая память
• Ячейка памяти (значения)
• Управление памятью
  • Распределение динамической памяти
    • Утечка памяти
  • Виртуальная память
• Защита памяти
• Реестр адресов страниц
• Статическая память с произвольным доступом (SRAM)
• Стабильное хранение

Вторичное, третичное и автономное хранилище

• Облачное хранилище
• Дедупликация данных
• Распространение данных
• Тег хранения данных используется для сбора данных исследований
• Файловая система
  • Список форматов файлов
• Флэш-память
• Информационное хранилище
• Съемные медиа
• Твердотельный накопитель
• Шпиндель
• Виртуальная ленточная библиотека
• Состояние ожидания
• Буфер записи
• Защита от записи
• Обнаружение максимального правдоподобия с прогнозированием шума
• Объектное (-базовое) хранилище

Конференции по хранению данных

• Мир сетей хранения данных
• Всемирная конференция по хранению

Рекомендации

Эта статья включаетматериалы общественного достояния от Администрация общих служб документ: «Федеральный стандарт 1037С».

дальнейшее чтение

• Goda, K.; Kitsuregawa, M. (2012). "The History of Storage Systems". Труды IEEE. 100: 1433–1440. Дои:10.1109/JPROC.2012.2189787.
• Memory & Storage, Computer History Museum