Устройства хранение данных: виды, объем, технологии telinter.ru

Компьютер - устройство, в котором может быть много компонентов. Каждый из них отвечает за определенную задачу. Процессор считается «мозгом» системы и работает с вычислительными алгоритмами. Блок питания - это «сердце» ПК, которое подает электричество на плату.

А вот устройство хранения данных отвечает за компьютерную память. Оно может быть разным по форме, типу, объему и даже бывают внешние системы хранения данных.

Определение

Говоря об устройстве хранения данных, именно компьютерная память объединяет каждое из них. Оно может быть представлено физическим устройством или средой для хранения данных. Используется в вычислениях в течение определенного времени.

Еще с момента выпуска первого ПК память в паре с процессором оставались неизменными компонентами. С тех пор она представлена в качестве некой иерархии и требует использование нескольких запоминающих устройств.

Задачи памяти

В зависимости от типа устройств хранения данных, задачи их могут отличаться. Но есть у них общая цель - хранение состояния внешнего воздействия. Это происходит в отдельных ячейках. Именно так и записываются данные.

Функционально такие ячейки имеют схожий механизм с переключателем. Данные записываются в двух понятных состояниях - 1 и 0. Они обозначают включение и выключение соответственно.

Доступ к данным

Чтобы иметь доступ к ячейкам устройств хранения данных ПК, необходимы специальное оборудование. Именно оно обеспечивает произвольное и последовательное считывание.

Сам процесс может быть разделен во времени. Пользователям известны операции записи и чтения. Чтобы процесс прошел корректно, для него выделен специальный механизм - контроллер памяти.

Помимо записи и чтения также есть процесс стирания. В этом случае алгоритм настроен так, что механизм начинает вписывать одинаковые значения.

Устройства

Устройства хранения данных компьютера со временем улучшаются. Одни заменяют других. Но неизменным остается жесткий диск. Без него система не сможет в полной мере функционировать хотя бы потому, что не будет свободного пространства для установки операционной системы.

Не менее важным в современном персональном компьютере считается оперативная память. Ее модули являются неотъемлемой частью системы, поскольку занимаются хранением временных данных.

Еще 10 лет назад популярными считались дискеты. Современные подростки уже не знают об этом устройстве, но его по-прежнему можно отнести к тем, которые хранят данные.

Нельзя не вспомнить об CD- и DVD-дисках. И хотя на улицах и в ларьках до сих пор продают диски с фильмами и музыкой, они давно утратили свою актуальность. А производители потихоньку избавляют пользователей от оптических дисководов.

Устройством долговременного хранения данных принято считать флэш-память. Сюда можно отнести карты-памяти, флешки и другие твердотельные механизмы. Без них сейчас непросто, поскольку требуется постоянный обмен информацией, а той, что имеется в ПК, не всегда хватает.

Функции

Чтобы разобраться в устройствах хранения и обработки данных, необходимо понять функции памяти. Основным ее параметром считается длительное хранение информации. Именно для этого и служит тот же жесткий диск или флеш-карты.

Те, кто знаком с программированием, слышали об архитектуре фон Неймана. Она заложена в основу работы любого современного компьютера. А память и центральный процессор являются ключевыми инструментами.

В свое время память использовали для хранения записанных данных. Программы запоминающих устройств работали только по четкому алгоритму выполняемых последовательностей. В то время любая работа с программированием забирала не только огромное количество времени, а и требовала весомый объем ручной работы.

Все это получилось ускорить за счет архитектуры фон Неймана. Любые данные перевели в биты. Поэтому стало абсолютно неважно, каким образом представлена информация. Ее в любом случае можно было перевести в битовые строки или двоичные числа.

За счет появления устройств хранения программ и данных стало возможно манипулировать данными. Но для этого нужно было бы обеспечить достаточную емкость системы хранения.

Сейчас функциональность всех подобных устройств практически одинакова. Но они все же различаются между собой. Поэтому имеют свои достоинства и недостатки. Пока не получилось разработать универсального устройства, в компьютерах работают сразу несколько их видов.

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.

Классификация памяти

Итак, многие привыкли, что устройства хранения данных обычно представлены физическим девайсом. Они могут иметь разную форму, габариты и вес. Но это никак не относиться к самой памяти.

В данном случае необходимо рассматривать ее по следующим параметрам:

• операции;
• доступ;
• организация данных и алгоритмы;
• назначение;
• адресное пространство и т. д.

Как уже упоминалось, память позволяет проводить две основные операции: чтение и запись. Так вот есть некоторые устройства, которые предоставляют только чтение или оба варианта.

Доступ также может характеризовать память. Он бывает последовательным и произвольным. Первый вариант (SAM) дает последовательный доступ: ячейка за ячейкой считываются так, как они расположены. Второй вариант (RAM) дает информацию с любой ячейки, независимо от ее расположения.

Организация данных является параметром памяти и может также классифицироваться в соответствии с классификацией структур данных. Поэтому здесь есть адресуемая, ассоциативная, магазинная, семантическая, объектная и др.

По назначению память может быть:

• буферной - для временного хранения или обмена;
• временной - для промежуточных результатов;
• кэш - для хранения часто используемых данных, для быстрого доступа к ним;
• корректирующей - для хранения адресов, по которым можно найти неисправные ячейки;
• управляющей - для работы соответствующих микропрограмм;
• разделяемой - для обеспечения общего доступа.

Адресное пространство - еще один параметр функциональности памяти. Она бывает реальной - ее адресация приводит к физическому хранилищу; виртуальной - адресация не имеет физического расположения данных; оверлейной - области имеют одинаковые адреса, поэтому в каждый момент доступ осуществляется только к одной из них.

Классификация запоминающего устройства

Запоминающее устройство (ЗУ) реализует компьютерную память, а соответственно и ее функциональности. Оно может быть классифицировано по разным направлениям. Среди основных стоит отметить:

• форма информации;
• возможность записи;
• назначение;
• энергозависимость;
• тип доступа;
• геометрическое исполнение.

Устройство хранения программ и данных может быть аналоговым или цифровым по форме информации. Практически все современные механизмы относятся к последнему варианту.

По возможности записи различают устройства, на которые была записана информация заводом-производителем. Также есть механизмы, которые позволяют сохранять данные с помощью отдельного устройства. Последний вариант ЗУ - те, которые позволяют любому владельцу хранить информацию (все современные накопители).

По назначению можно выделить несколько вариантов устройств:

• оперативная память - временные данные;
• внутренняя - для долговременного хранения информации;
• внешняя - для резервного хранения или переноса файлов;
• устройства для идентификации и платежей.

Немногие знают, но в компьютере есть энергонезависимая память. Это устройство хранения данных, которое не теряет файлы после отключения питания. Сюда как раз относят жесткий диск. А вот энергозависимой памятью ПК считается оперативная, которая стирает все процессы после выключения системы.

Тип доступа устройства хранения информации может быть последовательным (магнитная лента), произвольным (оперативная память), прямым (жесткий диск) и ассоциативным (устройства для баз данных).

Наконец, по геометрическому исполнению различают дисковые, ленточные, барабанные, карточные и печатные ЗУ.

Жесткий диск (HDD)

Поскольку речь идет об устройстве компьютера для хранения программ и данных, стоит начать именно с жесткого диска. Винчестер - уже заменимая, но не менее популярная часть системы. Он служит с самого рождения компьютерных систем.

Основывается он на магнитной записи и имеет прямой доступ к данным. Информация в данном случае записывается на алюминиевые пластины. Чтение происходит благодаря считывающей головки

Чтобы различать винчестер от других ЗУ, стоит разобраться с его характеристиками. Некоторые из них встречаются во всех остальных устройствах, а некоторые являются особенными.

Первое, что нужно сделать для работы ЖД - подключить его. Поэтому одним из основных параметров является интерфейс. Благодаря ему два устройства могут взаимодействовать. Сейчас практически все винчестеры в домашних компьютерах подключены с помощью SATA.

Следующим важным параметром жесткого диска считается его емкость. Она помогает определить количество данных, которые будут храниться на устройстве. Этот параметр влияет на выбор покупателя. На данный момент максимальный объем - около 10 Тб. Обычно он используется для серверных систем. Для домашнего ПК пользователи покупают ЖД от 200 Гб и больше.

Форм-фактор характеризует физический размер винчестера. В компьютеры устанавливают 3,5-дюймовые модели, а в ноутбуки - 2,5.

Не менее важным параметром для быстрой работы винчестера считается время произвольного доступа. Именно по этому параметру жесткие диски проигрывают твердотельным. Средний результат 8-10 мс. Для серверных накопителей показатель может быть от 2 мс, а для домашних ПК - до 16 мс.

Этот параметр зависит от еще одного - скорости вращения шпинделя. Измеряется в количестве оборотов в минуту. Оптимальным для среднего ПК считается показатель от 5200 об./мин. Для серверных систем он может превышать 10 000 об./мин.

Среди параметров этого устройства компьютера для хранения программ и данных стоит отметить надежность, количество операций ввода и вывода, потребление энергии, сопротивляемость ударов и пр.

Твердотельные накопители (SSD)

Это еще одно устройство хранения данных. Что выбрать лучше - SSD или HDD? Это очень популярный вопрос и многие давно уже ответили на него. Тут важно понимать назначение системы и ее работоспособность. Чтобы определиться в этом вопросе, стоит в сравнении с жестким диском рассмотреть твердотельный накопитель.

Не так давно появился SSD. Считается, что устройство пришло на смену жесткому диску. Но до сих пор не сумело его полностью заменить. И все в нем хорошо, кроме цены.

Это немеханическое ЗУ, которое работает на базе микросхем. Именно благодаря этому удалось добиться высокой скорости работы. В сравнении с винчестером, твердотельный накопитель имеет компактные размеры и меньший вес.

Его главное достоинство - скорость. Если средним показателем произвольного доступа в HDD является 8-10 мс, то в SSD она равен 1 мс. Соответственно устройство быстрее в 8-10 раз. И это нельзя не заметить во время работы с ним.

Основными достоинствами этого современного устройства хранения данных считается:

• бесшумная работы;
• механическая стойкость;
• стабильность;
• скорость чтения и записи;
• низкое энергопотребление;
• компактные размеры и т. д.

Но не все так гладко. Несмотря на явные преимущества, есть у твердотельного накопителя и недостатки:

• ограничение в количестве циклов записи;
• стоимость;
• сложность восстановления данных;
• вероятность выхода из строя электронных элементов;
• бюджетные модели имеют низкую производительность и т. д.

Выбор между HDD и SSD

Оба устройства хранения программных данных по-своему хороши. Поэтому многие решили не делать такой непростой выбор в пользу одного или другого варианта. Поэтому в игровые компьютеры пользователи предпочитают устанавливать оба диска. При этом рекомендуют саму систему загружать на SSD, чтобы она быстрее грузилась.

В интернет-магазинах также можно встретить гибриды HDD/SSD. Но вариантов не так много, как если выбирать каждое устройство по отдельности.

Также стоит обращать внимание на стоимость. Например, средний жесткий диск на 1 Тб будет стоить около 3-4 тысяч рублей, то твердотельный накопитель такого же объема обойдется в 14-15 тысяч рублей.

Оперативная память

Многие считают, что к устройствам хранения данных не относится ОЗУ. Это неправильное утверждение. Оперативная память является частью компьютерной памяти и хранит не файлы пользователя, а машинный код и данные, которые обрабатывает процессор. Как уже упоминалось ранее, это энергонезависимая память.

В большинстве современных компьютеров ОЗУ представлена модулями динамической памяти, которые предоставляют произвольный доступ. Стоит сразу сказать, что динамическая память на данный момент считается дешевле статической. Это связано с более плотным размещение ячеек на кристалле.

Динамическая память (DRAM) использует один конденсатор и транзистор. Поэтому этот тип считают и дешевле, и экономнее. Его недостатком считается медленная работа и проблемы с зарядкой конденсатора.

Статическая память (SRAM) имеет высокую скорость работы. Но из-за особой структуры ее стоимость высокая. Устройство не встречается в обычных ПК.

В домашнем компьютере можно найти модули динамической памяти. Выбирая ее, пользователь первым делом смотри на объем. Устройство хранения данных может иметь от 1 до 64 Гб. Для игровой системы многие выбирают вариант на 16 Гб. Причем он может быть реализован одним-двумя модулями или даже четырьмя.

Также особое внимание стоит уделить типу памяти. В зависимости от него она может работать быстрее. Самым последним считается DDR4 с диапазоном частот от 1600 до 3200 МГц. Это оптимальный вариант для современных систем. Хотя до сих пор некоторые отдают предпочтение устаревшей DDR3. Но скорее всего она скоро будет изъята из производства, поскольку все давно говорят о выходе DDR5.

Помимо рабочей частоты рекомендуется смотреть на показатели таймингов. Этот показатель характеризует время работы микросхем с банком. Чем меньше показатели, тем быстрее работает ОЗУ.

Сетевые накопители

О них обычно узнают крайне редко, поскольку такие устройства рассчитаны для специальных задач. Они очень дорогие, громоздкие и обычно используются в специальных организациях.

NAS - сетевое устройство хранения данных. Оно имеет массу преимуществ. Например, подключение осуществляется не через ПК, а через маршрутизатор. Таким образом можно обеспечить доступ к данным с любого устройства, которое подключено к данной сети.

Стоит сразу сказать, что подобный аппарат для работы требует процессор и оперативную память. Поэтому NAS можно смело назвать отдельным компьютером. Емкость такой системы может быть от 4 до 24 Тб.

Такие сетевые накопители могут значительно отличаться размерами и назначением. Некоторые могут стать семейным медиацентром. Работает устройство в среде Ethernet.

NAS предоставляет доступ к данным и их управлению. Иногда такой вариант выбирают в качестве собственной облачной системы. Обычно устройство используют те, кому необходимо:

• недорогие накопители средней емкости;
• удобная установка и настройка;
• удаленный доступ;
• обеспечение потоковой передачи;
• доступ с нескольких устройств;
• автоматическое резервное копирование и пр.

Дискета

Это съемное устройство хранения данных, которое было популярно еще 10 лет назад. Носитель использовался для многократной записи и чтения. Для считывания информация необходимо было поместить дискету в дисковод.

К 2018 году сложно будет найти человека, который бы использовал такой накопитель. Это вызвано и его ограниченным объемом, и неудобством использования. Да и производители материнских плат давно перестали помещать специальный интерфейс для подключения дисковода.

Иногда дискеты можно встретить в устаревшем производстве, будь то промышленность или медицина. Для возможности работать с накопителями есть даже специальные эмуляторы.

Практически полностью это съемное устройство хранения данных было полностью заменено на флеш-накопители. Они надежнее, имеют гораздо больший объем и высокую скорость работы.

CD- и DVD-диски

Это оптические носители информации. Нам они знакомы давно. Еще 10-15 лет назад были на пике популярности. Но после активного развития флеш-памяти о них стали забывать. Хотя в свое время их можно было считать основным устройством для долговременного хранения данных. У многих даже сейчас на дисках припрятаны фотографии, музыка и фильмы.

Изначально CD-диск появился как накопитель, который должен был хранить аудиофайлы. Но очень быстро его стали применять для хранения любых данных. Со временем появился CD-R, который позволял не только читать, но и записывать данные. А вот CD-RW позволял это делать неоднократно.

DVD-диск стал развитием CD. Он выглядел практически так же, но имел более плотную структуру. Это означало, что объем хранимой информации стал больше. Этот формат нужен был для замены видеокассет. Поэтому предполагалось, что на него можно будет записывать фильмы. Позже оказалось, что он может хранить данные разных форматов.

Популярность компакт-дисков не такая плачевная, как у дискет. Тем не менее, с каждым годом она становится все меньше. Это связано и с тем, что операционные системы требуют больше ресурсов. Программы стали тяжелее, как и аудио- и видеофайлы. Поскольку компакт-диски имеют ограниченный объем, они становятся бесполезными.

Например, размеры образа Ubuntu давно превысили 700 Мб. Windows 7 перестал поддерживать установку системы с CD-диска. Музыкальные плееры стали компактнее, а значит, избавились от приводов.

Материалы, из которых изготовлены компакт-диски имеют пониженную износостойкость. Когда на пластинах появляются царапины, некоторая информация утрачивается, а чтение данных становится невозможным.

Флеш-память

Это один из популярных видов периферийного устройства хранения данных. Он представляет собой полупроводниковую технологию, благодаря которой получается перепрограммируемая память.

К флеш-памяти можно отнести твердотельный накопитель, о котором говорилось выше. Ну а самыми популярными устройствами этого типа являются флешки.

Считается, что USB-флеш-накопитель пришел на смену флоппи-дискам. Это запоминающее устройство, которое подключается к компьютеру через интерфейс USB. Это периферийное устройство хранения данных гораздо меньше оптического диска. Оно позволяет не только чтение, а и многократную перезапись информации.

Основная задача флешки - хранение, перенос, обмен файлами, резервное копирование, загрузка систем и пр. Состоит устройство непосредственно из интерфейса USB, контроллера, осциллятора и NAND-чипа, который и хранит информацию.

В большинстве случаев используется особая файловая система. Наиболее популярной является семейство FAT. Если флешка имеет объем больше 64 Гб, то принято форматировать ее в файловую систему NTFS.

Конечно, такое устройство хранения данных имеет и преимущества, и недостатки. К преимуществам стоит отнести:

• компактные размеры и вес;
• бесшумную работу и портативность;
• использование универсального интерфейса (флешку можно подключать к ПК, телевизору, планшету, консолям и другим устройства);
• низкое энергопотребление;
• устойчивость к механическим взаимодействиям и магнитным полям;
• длительное хранение данных в автономном режиме.

В недостаткам USB-флеш-накопителя относят:

• ограниченное количество циклов записи, как в любом другом флеш-устройстве;
• ограничение в скорости передачи из-за пропускной способности USB;
• чувствительны к радиации и электростатическому разряду.

Самая первая флешка появилась в 2000 году. С тех пор она только набирает популярность. И хотя сейчас это один из основных способов передачи и обмена данных, нельзя недооценивать пользу устройства.

С каждым годом стоимость флеш-накопителей уменьшается. Они становятся более емкими и быстрыми. В момент пика популярности устройств производители решили сделать упор на дизайн. Так появилось огромное количество разнообразным форм и размеров. Есть и плюшевые флешки, и очень маленькие. Они имеют внешность любимых персонажей фильмов и мультиков. В интернет-магазине можно встретить флешку в форме ролла или пончика. Все это необходимо для того, чтобы хоть как-то привлечь внимание покупателя.

Карта памяти

Это еще один флеш-накопитель, о котором стоит рассказать отдельно. Это компактное внешнее устройство хранения данных, которые позволяет читать и записывать цифровую информацию. Несмотря на то, что многие из них построены на основе флеш-памяти, могут использовать совершенно другие технологии.

Карты памяти редко используют для резервного хранения данных и обмена между ПК. Из-за своих компактных размеров их можно потерять. Поэтому их стали использовать так, где нужно экономить место. Флеш-карты попали в фотоаппараты и камеры, смартфоны и планшеты, плееры и другие гаджеты.

В начале 1990-х годов появились PC Card, которые сейчас находятся в сетевых картах, модемах и жестких дисках. Цифровые фотоаппараты и телефоны нуждались в подобных карточках. Но лишь в 2001 году стали известны SM и CF. Уже через пару лет их заменили SD/MMC.

В 2013 году стали известны SDHC. Эти флеш-карты помимо чтения и записи данных позволяли передавать их сразу с одного устройства на другое, без подключения. Такому изобретению несказанно обрадовались фотографы, которым теперь не нужно было подключать фотоаппарат к ПК и переносить данные. Достаточно было использовать сеть Wi-Fi.

Перспектива

Недостаточно говорить о прошлых и настоящим устройствах хранения информации. Многое нас ждет впереди. Перспективы разработки новых видов памяти радужные. Сейчас уже известно о нескольких технологиях, которые должны будут увеличить объем и скорость передачи данных.

RRAM - это энергонезависимая память. На данный момент она находится в разработке. Специалисты обнаружили, что если приложить к диэлектрикам высокое напряжение, внутри них появляются нити низкого сопротивления. Таким образом они превращаются в проводников. При этом высокое напряжение может как разрушать эти нити, так и создавать их снова.

На данный момент этот вариант не доработан. Предстоит решить множество проблем. Но если все удастся, то покупатель получит высокоскоростную память. Кроме того технология позволит накладывать память слоями, а значит разработать сверхъемкие модули.

Беговая память - еще одна энергонезависимая память. Суть этой технологии построена на уменьшенных размерах магнитных доменов еще 10 лет назад. Разработчики планируют организовать перемещение доменов в нанотрубках с использованием спинтроники.

Такой вариант также предполагает значительное увеличение плотности записи памяти. При этом технология поможет обеспечить высокую скорость чтения и записи.

Nano-RAM - это технология компьютерной памяти. Она основана на работе углеродных нанотрубок. Благодаря компактности нанотрубок получится достичь высокой плотности записи.

Кроме того с технологией можно сократить потребление энергии. Поэтому с большей вероятностью Nano-RAM будет нужна в смартфонах и планшетах, где сохранения заряда батареи важное дело.