Устройства хранения информации
Запоминающее устройство — носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям.
Устройства хранения информации делятся на 2 вида:
- внешние (периферийные) устройства
- внутренние устройства
К внешним устройствам относятся магнитные диски, CD,DVD,BD,cтримеры,жесткий диск(винчестер),а также флэш-карта. Внешняя память дешевле внутренней, создаваемой обычно на основе полупроводников. Кроме того, большинство устройств внешней памяти может переноситься с одного компьютера на другой. Главный их недостаток в том, что они работают медленнее устройств внутренней памяти.
К внутренним устройствам относятся оперативная память, кэш-память, CMOS-память, BIOS. Главным достоинством является скорость обработки информации. Но в то же время устройства внутренней памяти довольно дорогостоящи.
Внешние устройства хранения информации
Внешними являются устройства хранения информации, которые можно отсоединить от ПК и перенести на другой.
Главный недостаток: низкая скорость работы в отличие от внутренних устройств. Внешняя память предназначена для длительного хранения данных.
Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) уходят в прошлое. Выполнены в виде дискет двух форматов: $5.25»$ или $3.5»$. Максимальная емкость дискет формата $5.25» – 1,2$ Мб, в настоящее время не используются. Максимальная емкость дискет формата $3,5» – 2,88$ Мб, но самым распространенным форматом были дискеты емкостью $1,44$ Мб.
Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) являются наиболее совершенными и сложными устройствами современных ПК. Такие диски могут хранить большие объемы, которую могут передавать с большой скоростью. Несмотря на эволюцию жестких дисков, основные принципы их работы практически не изменились.
Готовые работы на аналогичную тему
Стримеры – устройства, предназначенные для записи информации на магнитную ленту. По принципу действия стримеры очень похожи на кассетный магнитофон: данные записываются на магнитную ленту, которая протягивается мимо головок. Возможности технологии сильно ограничены физическими свойствами носителя по емкости и по скорости.
Недостатки использования стримера:
- слишком большое время доступа к данным при чтении (во много раз превышает время доступа жестких дисков);
- емкость не превышает нескольких Гб, что меньше емкости современных жестких дисков.
Оптические диски.
CD (Compact Disc) – оптический носитель информации. Стандартный объем $700$ Мб. Запись и считывание информации осуществляется с помощью лазера.
DVD (Digital Versatile Disk) – оптический многоцелевой цифровой диск. Существуют односторонние и однослойные $DVD$ (стандартный объем $4,7$ Гб), а также двухсторонние или двухслойные диски с удвоенным объемом (объем увеличивается в $4$ раза и составляет более $17$ Гбайт).
BD (Blu-Ray Disc) – оптический носитель цифровых данных, который используется для записи и хранения информации и позволяет хранить видео высокой чёткости с повышенной плотностью.
Магнитно-оптический диск СD-MO (Compact Disk – Magneto Optical) – носитель информации, который сочетает свойства оптических и магнитных накопителей. Ёмкость диска от $128$ Мб до $2,6$ Гб.
Flash-карты – устройства, состоящие из одной микросхемы и не имеющие подвижных частей. Принцип работы основан на использовании кристаллов электрически перепрограммируемой флэш-памяти.
Физический принцип организации ячеек флэш-памяти одинаков для всех существующих устройств, как бы они ни назывались. Отличаются устройства интерфейсом и используемым контроллером, которые обусловливают разницу в емкости, скорости передачи данных и энергопотреблении.
Multimedia Card (MMC) и Secure Digital (SD) выходят из использования из-за небольшой емкости ($64$ Мб и $256$ Мб соответственно) и низкой скорости работы.
SmartMedia – основной формат для карт широкого использования (от банковских и проездных в метро до удостоверений личности). Выполнены в виде тонких пластинок весом $2$ гр и имеют открытые контакты. Для таких размеров имеют относительно значительную емкость (до $128$ Мбайт) и скорость передачи данных (до $600$ Кб/с), которые обусловили их проникновение в сферу цифровой фотографии и $MP3$-устройств.
USB Flash Drive – последовательный интерфейс $USB$ с пропускной способностью $12$ Мбит/с или его современный вариант $USB 2.0$ с пропускной способностью до $480$ Мбит/с.
PC Card (PCMCIA ATA) – карточка флэш-памяти для компактных ПК. Существует 4 формата карточек $PC Card: Type I, Type II, Type III и CardBus$, которые отличаются размерами, разъемами и рабочим напряжением. Емкость карточек достигает $4$ Гб, скорость обмена данными с жестким диском – $20$ Мбит/с.
Miniature Card (MC)– карточка флэш-памяти для карманных ПК, мобильных телефонов и цифровых камер. Стандартная емкость – $64$ Мб и больше.
Приведенный список не является полным, т.к. существуют большое количество самых разнообразных устройств хранения информации. Здесь приведены наиболее часто используемые.
Внутренние устройства хранения информации
Внутренними являются устройства хранения информации, непосредственно встроенные в системную плату ПК.
Главное достоинство: является скорость обработки информации.
Оперативная память (Random Access Memory – RAM, Оперативное Запоминающее Устройство – ОЗУ) – устройство хранения информации и программ, которые управляют процессом обработки информации.
Информация хранится в оперативной памяти только во время работы ПК (пока компьютер включен).
Кэш-память (Cash) – устройство хранения информации с очень коротким временем доступа к данным, встроенное в микросхему. Стандартный размер $256$ Кб или $512$ Кб, в мощных компьютерах до $1$Гб и выше.
CMOS-память (Complementary Metal – Oxide Semiconductor) – устройство для длительного хранения информации о конфигурации и настройке ПК (например, о дате, времени, паролях), в том числе и при выключенном питании ПК. Выполнена в виде специальной электронной схемы со средним быстродействием и очень низким энергопотреблением. Питается $CMOS$-память от специального аккумулятора (батарейки), который установлен на материнской плате. Это полупостоянная память.
BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода-вывода) – постоянная память, в которую данные занесены при ее изготовлении.
$BIOS$ содержит функции для управления устройствами ПК, их тестирования при включении питания и осуществления начального этапа загрузки операционной системы ПК. В $BIOS$ содержится также программа настройки конфигурации компьютера, с помощью которой можно установить некоторые характеристики устройств ПК.
Файловая структура диска
Файловая структура диска — это совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними.
Файловые структуры бывают простыми и многоуровневыми (иерархическими).
Простые файловые структуры могут использоваться для дисков с небольшим (до нескольких десятков) количеством файлов. В этом случае оглавление диска представляет собой линейную последовательность имён файлов (рис. 2.8). Его можно сравнить с оглавлением детской книжки, которое содержит названия входящих в неё рассказов и номера страниц.
Иерархические файловые структуры используются для хранения большого (сотни и тысячи) количества файлов. Иерархия — это расположение частей (элементов) целого в порядке от высшего к низшим. Начальный (корневой) каталог содержит файлы и вложенные каталоги первого уровня. Каждый из каталогов первого уровня может содержать файлы и вложенные каталоги второго уровня и т. д. (рис. 2.9). В этом случае оглавление диска можно сравнить с оглавлением нашего учебника: в нём выделены главы, состоящие из параграфов, которые, в свою очередь, разбиты на отдельные пункты и т. д.
Пользователь, объединяя по собственному усмотрению файлы в каталоги, получает возможность создать удобную для себя систему хранения информации. Например, можно создать отдельные каталоги для хранения текстовых документов, цифровых фотографий, мелодий ит. д.; в каталоге для фотографий объединить фотографии по годам, событиям, принадлежности и т. д. Знание того, какому каталогу принадлежит файл, значительно ускоряет его поиск.
Графическое изображение иерархической файловой структуры называется деревом. В Windows каталоги на разных дисках могут образовывать несколько отдельных деревьев; в Linux каталоги объединяются в одно дерево, общее для всех дисков (рис. 2.10). Древовидные иерархические структуры можно изображать вертикально и горизонтально.
Первая бумага
Согласно историческим фактам, первая бумага появилась в Китае в период 2-1-го столетия до нашей эры. Распространяться технология стала благодаря арабам и только в 8-9-м столетии нашей эры, до этого она держалась в строжайшем секрете.
Еще одним интересным способом хранения информации является береста (это верхний слой березовой коры). Ее обширно использовали, поскольку на Руси бумага появилась только в 16-м столетии.
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.
Классификация
Разобраться с видами устройств хранения данных не так просто. На данный момент нет установленной классификации, которая была бы утверждена документально. Поэтому некоторые виды памяти могут находиться сразу в нескольких группах.
Существует понятие классификации памяти, а также классификации запоминающего устройства. В первом случае для дифференциации необходимо понимать параметры, а вот втором — техническую реализацию.
Облака и эфемерные хранилища
Логическим продолжением перехода на виртуализацию является запуск сервисов в облаках. В предельном случае сервисы разбиваются на функции, запускаемые по требованию (бессерверные вычисления, serverless). Важной особенностью тут является отсутствие состояния, то есть сервисы запускаются по требованию и потенциально могут быть запущены столько экземпляров приложения, сколько требуется для текущей нагрузки. Большинство поставщиков (GCP, Azure, Amazon и прочие) облачных решений предлагают также и доступ к хранилищам, включая файловые и блочные, а также объектные. Некоторые предлагают дополнительно облачные базы, так что приложение, рассчитанное на запуск в таком облаке, легко может работать с подобными системами хранения данных. Для того, чтобы все работало, достаточно оплатить вовремя эти услуги, для небольших приложений поставщики вообще предлагают бесплатное использование ресурсов в течение некоторого срока, либо вообще навсегда.
Из недостатков: могут заблокировать аккаунт, на котором все работает, что может привести к простоям в работе. Также могут быть проблемы со связностью иили доступностью таких сервисов по сети, поскольку такие хранилища полностью зависят от корректной и правильной работы глобальной сети.
