Из чего состоит персональный компьютер – основные компоненты для хранения информации

Виды компьютерной памяти

Компьютерная память (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для приема, хранения и выдачи данных, используемых при вычислении в течение определенного времени.

Минимальной единицей информации является бит или кратные ему единицы: килобит (1 кб = 1024 бита), мегабит (1Мб = 1024кбит), гигабит (1Гб = 1024Мбит). Но чаще пользуются единицей байт (1 байт = 8 бит), или же кратными ему единицами: килобайт (1 КБ = 1024 байта), мегабайт (1МБ = 1024кБ), гигабайт (1ГБ = 1024МБ). Для измерения больших объемов памяти используются терабайты и петабайты.

Компьютерную память можно классифицировать по типу доступа:

• последовательный доступ (магнитные ленты)
• произвольный доступ (оперативная память)
• прямой доступ (жесткие магнитные диски);
• ассоциативный;

по типу электропитания:

• энергонезависимая (оперативная и кэш-память)
• статическая (SRAM — Static Random Access Memory)
• динамическая (DRAM — Dynamic Random Access Memory)
• энергонезависимая (жесткие диски, компакт-диски, флэш-память)

• буферная;
• временная;
• кэш-память;
• корректирующая;
• управляющая;
• коллективная.

по типу носителя и способу записи информации:

• акустическая;
• голографическая;
• емкостная;
• криогенная;
• лазерная;
• магнитная;
• магнитооптическая;
• молекулярная;
• полупроводниковая;
• ферритовая;
• фазоинверсная;
• электростатическая.

Системный блок компьютера

Системный блок – это ядро компьютерной системы. Обычно это прямоугольная коробка, расположенная на столе или под ним. В ней много электроники, которая обрабатывает информацию. Важнейший из этих компонентов – центральный процессор (ЦП), или микропроцессор, является «мозгом» компьютера.

Еще один компонент – оперативная память (ОЗУ), временно хранит информацию, которую использует центральный процессор, когда компьютер включен. После выключения компьютера все данные из оперативной памяти стираются.

Почти каждая другая составляющая компьютера соединяется с системным блоком с помощью кабелей. Кабели подключаются в специальные порты (гнезда), обычно на задней панели системного блока. Оборудование, которое не входит в состав системного блока, иногда называют периферийными устройствами или просто устройствами.

Первые носители информации

История записи и хранения данных началась 40 тысяч лет назад, когда Homo sapiens пришла идея делать эскизы на стенах своих жилищ. Первое наскальное творчество находится в пещере Шове на юге современной Франции. Галерея содержит 435 рисунков, изображающих львов, носорогов и других представителей фауны позднего палеолита.

На смену Ориньякской культуре в бронзовом веке возник принципиально новый вид носителей информации – туппу́м. Девайс представлял собой пластину из глины и напоминал современный планшет. На поверхность с помощью тростниковой палочки — стилуса — наносились записи. Чтобы труд не размыло дождем, туппумы обжигались. Все таблички с древней документацией тщательно сортировались и хранились в специальных деревянных ящиках.

В Британском музее есть туппум, содержащий информацию о финансовой сделке, произошедшей в Месопотамии во времена правления царя Ассурбанипала. Офицер из свиты принца подтверждал продажу рабыни Арбелы. Табличка содержит его именную печать и записи о ходе операции.

Внешние жесткие диски

Внешние жесткие диски технически представляют собой жесткий диск, помещенный в компактный корпус с USB адаптером и системой защиты от вибрации. Как известно жесткие диски обладают впечатляющими объемами дискового пространства, что в купе с мобильностью делает их очень привлекательными. На внешнем жестком диске вы сможете хранить всю свою видео и аудиоколлекцию. Однако для оптимальной работы внешнего жесткого диска требуется повышенная мощность питания. Один разъем USB не в силе обеспечить полноценное питание. Вот почему на внешних жестких дисках имеется двойной кабель USB. По габаритам внешние жесткие диски совеем небольшие, и могут легко поместиться в обычном кармане.

Онлайн и облако.

Хранить данные онлайн и в «облачных» хранилищах становится популярным, поскольку людям необходимо получать доступ к своим данным больше чем с одного устройства.

• «Облачные» хранилища
• Сетевые среды передачи данных (Network media)

Жесткие магнитные диски

Одним из обязательных компонентов персонального компьютера являются жесткие магнитные диски. Они представляют собой набор металлических либо керамических дисков (пакет дисков), покрытых магнитным слоем. Диски вместе с блоком магнитных головок установлены внутри герметичного корпуса накопителя, обычно называемого винчестером. Накопитель на жестких магнитных дисках (винчестер) относится к накопителям с прямым доступом.

Термин «винчестер» возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 Кб (IBM, 1973 г.), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром 30″/30″ известного охотничьего ружья «Винчестер».

Основные особенности жестких дисков:

♦ жесткий диск относится к классу носителей с произвольным доступом к информации;
♦ для хранения информации жесткий диск размечается на дорожки и секторы;
♦ для доступа к информации один двигатель дисковода вращает пакет дисков, другой устанавливает головки в место считывания/запи си информации;
♦ наиболее распространенные размеры жесткого диска — 5,25 и 3,5 дюйма в наружном диаметре.

Жесткий магнитный диск представляет собой очень сложное устройство с высокоточной механикой чтения/записи и электронной платой, управляющей работой диска. Чтобы сохранить информацию и работоспособность жестких дисков, необходимо оберегать их от ударов, резких толчков.

Производители винчестеров сосредоточили свои усилия на создании жестких дисков большей емкости, надежности, скорости обмена данными и меньшей шумности. Можно выделить следующие основные тенденции развития жестких магнитных дисков:

♦ развитие винчестеров для мобильных приложений (например однодюймовые, двухдюймовые винчестеры для ноутбуков);
♦ развитие областей применения, не связанных с персональными компьютерами (в телевизорах, видеомагнитофонах, автомобилях).

Для обращения к жесткому диску используется имя, задаваемое любой латинской буквой, начиная с С:. В случае если установлен второй жесткий диск, ему присваивается следующая буква латинского алфавита D: и т. д. Для удобства работы в операционной системе предусмотрена возможность с помощью специальной системной программы условно разбивать один физический диск на несколько независимых частей, называемых логическими дисками. В этом случае каждой части одного физического диска присваивается свое логическое имя, что позволяет независимо обращаться к ним: С:, D: и т. д.

Зачем это все?

Хранение данных — одно из важнейших направлений развития компьютеров, возникшее после появления энергонезависимых запоминающих устройств. Системы хранения данных разных масштабов применяются повсеместно: в банках, магазинах, предприятиях. По мере роста требований к хранимым данным растет сложность хранилищ данных.

Надежно хранить данные в больших объемах, а также выдерживать отказы физических носителей — весьма интересная и сложная инженерная задача.

Типы устройств

Когда дело доходит до физического хранилища, рекомендуется использовать различные типы устройств. Каждое устройство предлагает несколько разные преимущества и недостатки с точки зрения надежности и производительности, поэтому важно понимать, как каждое из них работает, как они могут дополнять друг друга.

HDD, или жесткие диски

Самое известное запоминающее устройство, доступное на рынке, – жесткий диск. На HDD информация будет храниться на оптическом и круглом диске. Данные считываются и записываются с помощью сенсорного рычага. Этот принцип очень похож на компакт-диск или проигрыватель. Если нужна более высокая скорость передачи данных, то можно увеличить вращение диска. Таким образом, HDD будет предлагать лучшую производительность.

Однако на самом деле эта скорость ограничена вращением диска. Большинство жестких дисков предлагают до 7000 об/мин. Если использовать дорогие HDD, скорость может достигать 15000 об/мин. Срок их службы – около 3-5 лет. Однако они дешевле по сравнению с другими устройствами.

SSD, или твердотельные накопители

Твердотельные накопители отличаются от HDD, поскольку у них нет вращающихся или движущихся частей. Эти диски используют флэш-память NAND. Твердотельные накопители почти в 4-10 раз быстрее жестких дисков. Они также более долговечны.

Однако SSD дороже по сравнению с HDD. Каждый блок памяти может хранить ограниченные данные, считаются ненадежными для резервных копий.

Ленточные накопители

Самая старая форма приводов, доступных на рынке. Ленточные накопители в основном используются компаниями, которые хранят большой объем архивных файлов, когда не нужно быстро получать к ним доступ. Жизненный цикл большинства цифровых ленточных накопителей составляет более 30 лет. Кроме того, не нужно беспокоиться о его поддержании. Это идеальное решение для резервного копирования.

Хотя сами ленты довольно дешевы, приводная система, необходимая для чтения и записи информации, дорога в обслуживании и сложна в управлении. Многие компании, использующие ответвительные диски для обеспечения отказоустойчивого восстановления после сбоев, предпочитают одну и ту же систему в течение многих лет и избегают перехода на более сложную технологию (или «облако») из-за затрат на миграцию и внедрение.

Пятимерное (5D) хранилище

Представляет собой новую разработку, где используются диски из плавленого кварца, которые могут кодировать данные в трех стандартных измерениях (ширина, длина, глубина) и двух оптических измерениях. Последнее достигается изменением поляризации и интенсивности лазерного света в процессе записи. Это позволяет небольшим стеклянным дискам 5D хранить 360 ТБ. Диски 5D невероятно долговечны и теоретически могут прожить миллиарды лет при комнатной температуре.

Но в качестве экспериментальной технологии 5D по-прежнему не является рентабельным или практичным способом для хранения рабочих и личных файлов. Возникают вопросы о том, сможет ли кварцевый состав поддерживать несколько записей, не говоря уже о том, какое оборудование потребуется для чтения закодированной информации.

Тем не менее, технология является многообещающей в качестве будущего долгосрочного архивного решения для хранения данных благодаря надежности и доступной памяти.

Корпоративные сети и серверная флэш-память

Поставщики корпоративных хранилищ предоставляют интегрированные системы NAS, которые помогают собирать большие объемы информации и управлять ими. Аппаратное обеспечение включает в себя массивы или серверы хранения, оснащенные жесткими дисками, флэш-накопителями или их гибридной комбинацией, а также программное обеспечение для предоставления услуг обработки данных на основе массивов.

С 2011 года все большее число предприятий внедряют массивы all-flash, оснащенные только твердотельными накопителями на базе флэш-памяти NAND, в качестве дополнения или замены дисковых массивов.

В отличие от дисков, устройства флэш-памяти не полагаются на движущиеся механические части, что обеспечивает более быстрый доступ к информации и меньшую задержку. Флэш-память является энергонезависимой, что позволяет информации сохраняться в памяти, даже если система теряет питание. При этом для дисковых систем требуется встроенная резервная батарея или конденсаторы.

Но флэш-память еще не достигла уровня выносливости, эквивалентного диску, что привело к созданию гибридных массивов, объединяющих оба типа носителей.

Существует 3 основных варианта сетевых систем хранения. В своей простейшей конфигурации хранилище с прямым подключением (DAS) включает внутренний жесткий диск отдельного компьютера. На предприятии DAS может быть кластером дисков на сервере или группой внешних дисков, которые подключаются непосредственно к серверу через интерфейс малых компьютерных систем (SCSI), последовательный интерфейс SCSI (SAS), волоконный канал (FC) или Интернет.

NAS – это архитектура, в которой несколько файловых узлов совместно используются пользователями обычно через подключение к локальной сети (LAN) на основе Ethernet. Преимущество NAS в том, что файловым серверам не требуется полнофункциональная операционная система корпоративного хранилища. Устройства NAS управляются с помощью служебной программы на основе браузера, и каждому узлу в сети назначается уникальный IP-адрес.

С горизонтально масштабируемым NAS тесно связано хранилище объектов, которое устраняет необходимость в файловой системе. Каждый объект представлен уникальным идентификатором. Все объекты представлены в едином плоском пространстве имен.

Сеть хранения данных (SAN) может быть спроектирована для охвата нескольких местоположений дата-центров, которым требуется высокопроизводительное блочное хранилище. В среде SAN блочные устройства воспринимаются хостом как локально подключенное хранилище. Каждый сервер в сети может получить доступ к общему хранилищу, как если бы это был диск с прямым подключением.

Достижения в области флэш-памяти NAND в сочетании с падением цен в последние годы проложили путь к программно-определяемым хранилищам. Используя эту конфигурацию, предприятие устанавливает твердотельные накопители по стандартной цене на сервер на базе x86, используя стороннее ПО или собственный открытый исходный код для управления хранилищем.

Энергонезависимая память Express (NVMe) – это развивающийся отраслевой протокол для флэш-памяти. Отраслевые обозреватели ожидают, что NVMe станет стандартом для флэш-хранилищ. NVMe позволит приложениям напрямую взаимодействовать с центральным процессором (ЦП) через каналы связи PCIe, минуя наборы команд SCSI, передаваемые на сетевой адаптер главной шины. NVMe-oF предназначен для ускорения передачи данных между хост-компьютером и целевой флэш-памятью с использованием установленного сетевого подключения Ethernet, FC или InfiniBand.

Энергонезависимый двухрядный модуль памяти (NVDIMM) представляет собой гибридную память NAND и DRAM со встроенным резервным питанием, который подключается к стандартному слоту DIMM на шине памяти. Модули NVDIMM используют только флэш-память для резервного копирования, выполняя обычные вычисления в DRAM.

NVDIMM помещает флэш-память ближе к материнской плате, предполагая, что производитель компьютера модифицировал сервер и разработал базовые драйверы системы ввода-вывода (BIOS) для распознавания устройства. Модули NVDIMM – это способ расширить системную память или добавить высокопроизводительное хранилище, а не увеличить емкость. Текущие модули NVDIMM на рынке достигают максимум 32 ГБ, но плотность в форм-факторе увеличилась с 8 ГБ до 16 ГБ всего за несколько лет.