Общая характеристика устройств хранения данных

Введение

По мере роста компьютерных технологий увеличиваются требования и к хранению огромного количества информации. Потому что людям нужно все больше места, высокая скорость записи и чтения и доступная цена. Когда разрабатываются новые устройства хранения данных, люди обновляют эти свои устройства, более старые устройства становятся больше не нужными и ими перестают использоваться.
Например, когда перфокарты впервые использовались на старых компьютерах, магнитные носители, используемые для гибких дисков, были недоступны. После того, как гибкие дискеты были выпущены, их заменили приводы CD-ROM, которые были заменены DVD-дисками, которые были заменены флэш-накопителями. Первый жесткий диск от IBM стоил больших денег, и был ёмкостью всего 5 МБ, также он был большим и громоздким. Сегодня есть смартфоны, которые в сотни раз превосходят возможности по гораздо меньшей цене, которые можно носить с собой в кармане.
Каждое появление новых устройств хранения данных дает компьютеру возможность хранить больше данных, экономить данные быстрее и получать доступ к сохраненным данным.
«Устройство хранения» — это элемент компьютерной периферии или устройство, которое используется для записи и чтения данных, и может хранить данные в течение разумного промежутка времени (от нескольких месяцев до столетий, в зависимости от типа используемого хранилища) без питания.
При сохранении чего-либо на компьютере может потребоваться указать место хранения, в котором нужно сохранить информацию. По умолчанию большая часть информации сохраняется на жестком диске компьютера. Если необходимо переместить информацию на другой компьютер, то нужно сохраните ее на съемном устройстве хранения, таком как флеш-накопитель.
Носители данных — это оборудование, в котором информация физически хранится. Они отличаются от устройств хранения, которые обычно являются стыковочными отсеками для носителей данных. Одним из примеров устройства хранения будет дисковод CD/DVD, в который пользователь помещает свои диски при их вставке на компьютер или устройство чтения флеш-накопителей USB.
Носителями хранения будут фактический диск CD/DVD или память в компьютере, известном как RAM (Random Access Memory). Носители данных могут быть внутренними или внешними, что может быть либо на постоянной основе подключенный к компьютеру (например, к жесткому диску), либо может быть отдельным физическим хранилищем, которое должно быть более мобильным (например, USB Flash Drive). Внутренние носители обычно быстрее, поскольку они жестко подключены к настольному компьютеру или ноутбуку и не требуют дополнительного места вне компьютера. Обычно, когда компьютер выключается, любая несохраненная информация очищается от ОЗУ. Или, если информация не используется, пока компьютер все еще включен, ОЗУ может удалить его, чтобы освободить место для повторного вызова процессов. С другой стороны, носители данных сохраняют данные, несмотря на то, что компьютер выключен и может быть удален только пользователем. Из этого следует, что носители данных, такие как флэш-накопители и компакт-диски данных, чаще используются для нужд и потребностей пользователя.
В рамках данной работы будут рассмотрены и изучены характеристики основных устройств хранения данных. Актуальность работы заключается в большой значимости хранения информации, так как без этого, невозможной оказались бы многие сферы деятельности.
В рамках работы должны быть рассмотрены следующие вопросы:
изучена литература по данной теме;
раскрыто понятие «компьютерной памяти»;
рассмотрены принципы хранения информации;
проведена классификация устройств хранения информации;
дана общая характеристика таких устройств.
Литература, используемая при работе над данным проектом, приведена в списке, в конце реферата.

1. Анализ предметной области
1.1 Компьютерная память
Память компьютера — это представляет собой некое физическое устройство, способное временно или постоянно хранить информацию. Например, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — это энергозависимая память, которая хранит информацию об интегральной схеме, используемой операционной системой, программным обеспечением и оборудованием.
Память может быть энергозависимой и энергонезависимой памятью. Энергозависимая память — это память, которая теряет свое содержимое, когда компьютер или аппаратное устройство отключается от источника питания. Компьютерная оперативная память — это пример энергозависимой памяти, и поэтому, если компьютер зависает или перезагружается при работе над программой, пользователь теряет всё то, что не было сохранено. Энергонезависимая память, представляет собой память, которая сохраняет свое содержимое даже в случае потери питания.
Поскольку память (ОЗУ) является энергозависимой памятью, когда компьютер теряет питание, все, что хранится в ОЗУ, теряется. Например, когда пользователь работает над созданием документа, он сохраняется в ОЗУ, если он не сохраняется в энергонезависимой памяти (например, на жестком диске), он будет потерян в момент, когда компьютер отключат от источника питания.
Хотя и жесткий диск, и оперативная память — это устройства хранения память, более целесообразно называть на ОЗУ «память» или «временная память», а жесткий диск — «хранилище» или «постоянное хранилище» [3, 9].
Память стандартного персонального компьютера часто находится между 1 ГБ и 16 ГБ оперативной памяти (ОЗУ) и несколькими сотнями гигабайт и двумя терабайтами на жестком диске. Другими словами, жёсткий диск всегда на много больше оперативной памяти.
Когда программа, такая как браузер, открыта, она загружается с жесткого диска и помещается в оперативную память, что позволяет этой программе взаимодействовать с процессором на более высоких скоростях. Все, что пользователь сохраняет на своем компьютере, например, изображение или видео, отправляется на жесткий диск для постоянного хранения.
Каждое устройство в компьютере работает с разной скоростью, а компьютерная память дает компьютеру возможность для быстрого доступа к данным. Если центральный процессор должен был бы ждать дополнительного устройства хранения данных, такого как жесткий диск, компьютер был бы намного медленнее [1, 10, 12].
Ниже перечислены некоторые из наиболее распространенных типов микросхем памяти для компьютеров.
ОЗУ;
Оперативная память DDR;
Оперативная память DDR2;
ОЗУ DDR3;
Оперативная память DDR4.
Все эти типы памяти относятся к общим категориям SIMM или DIMM.
1.2 Принципы хранения информации
Современный цифровой компьютер представляет данные с использованием двоичной системы счисления. Текст, цифры, изображения, аудио и почти любая другая форма информации могут быть преобразованы в строку бит или в двоичные цифры, каждая из которых имеет значение 1 или 0. Самой общей единицей хранения является байт, равный 8 бит. Часть информации может обрабатываться любым компьютером или устройством, пространство для хранения, которых достаточно велико для размещения двоичного представления части информации или просто данных. Например, полные работы Шекспира, около 1250 страниц в печати, могут храниться примерно в 5 мегабайтах (40 миллионов бит) с одним байтом на символ.
Данные кодируются путем назначения битового шаблона каждому символу, цифре или мультимедийному объекту. Для кодирования существует множество стандартов (например, кодировки символов, такие как ASCII, кодировки изображений, такие как JPEG, кодирование видео, например, MPEG-4) [7].
Добавляя биты в каждый кодированный блок, избыточность позволяет компьютеру как обнаруживать ошибки в кодированных данных, так и корректировать их на основе математических алгоритмов. Ошибки обычно возникают при низких вероятностях из-за случайного сдвига значения бит или «физического отставания бита», потери физического бита в хранении его способности поддерживать отличимое значение (0 или 1) или из-за ошибок в внутри компьютерной связи. Случайный битовый сдвиг (например, из-за случайного излучения) обычно корректируется при обнаружении. Бит или группа неисправных физических битов (не всегда известен конкретный дефектный бит, определение группы зависит от конкретного устройства хранения), как правило, автоматически отключается, вынимается из устройства и заменяется другой действующей эквивалентной группой в устройстве, где исправленные значения битов восстанавливаются (если это возможно)

. Метод циклической избыточности (CRC) обычно используется для связи и хранения, а также для обнаружения ошибок. Обнаруженная ошибка затем повторяется [2, 4, 8].
Способы сжатия данных позволяют во многих случаях (например, базе данных) представлять строку битов более короткой битовой строкой («сжать») и восстанавливать исходную строку («распаковать»), когда это необходимо. Это использует значительно меньшее количество хранения (десятки процентов) для многих типов данных за счет большего количества вычислений (сжимать и распаковывать при необходимости). Анализ компромисса между экономией затрат на хранение и стоимостью связанных вычислений и возможными задержками в доступности данных выполняется до принятия решения о том, следует ли сдерживать определенные данные или нет.
По соображениям безопасности некоторые типы данных (например, информация о кредитной карте) могут храниться зашифрованными в хранилище, чтобы предотвратить возможность восстановления несанкционированной информации из фрагментов снимков хранилища.
В рамках данной главы мы ознакомились с понятие «память» и рассмотрели принципы хранения информации.
2. Хранение данных
2.1 Классификация устройств хранения данных
Существует два типа устройств хранения, используемых с компьютерами: основное запоминающее устройство, такое как ОЗУ, и вторичное запоминающее устройство, такое как жесткий диск. Вторичное хранилище может быть съемным, внутренним или внешним.
Сегодня магнитное хранилище является одним из самых распространенных типов хранилищ, используемых с компьютерами, и является технологией, которая используются во многих жестких дисках компьютеров [3].
К магнитным носителям относятся:
дискета;
жесткий диск;
кассета.
Другим общим хранилищем является оптическое хранилище, которое использует лазеры и источники света в качестве метода чтения и записи данных.
Blu-ray диск;
CD-ROM диск;
CD-R и CD-RW-диск;
DVD-R, DVD + R, DVD-RW и DVD + RW-диск;
Устройства флэш-памяти.
16 ГБ USB-накопитель SanDisk Cruzer Micro USB Флэш-память начала заменять магнитные носители, поскольку она становится дешевле, она является более эффективным и надежным решением.
Хранение данных в режиме онлайн и в облачном хранилище становится популярным, так как людям приходится обращаться к своим данным с нескольких устройств [6].

2.2 Характеристика устройств хранения данных
Среда хранения является частью системы хранения, в которой содержатся фактические данные, например, на DVD-диске или на карте памяти. Затем этот носитель можно поместить в запоминающее устройство, такое как DVD-плеер или телефон, для чтения этих данных. Некоторые устройства хранения можно найти внутри системного блока, а другие подключены к внешнему порту. На устройстве хранения есть буквы, которые согласуются с этими, элементами что помогает устройству идентифицировать их. Эти буквы или слова описывают, где они находятся и для чего используются. Например, когда при подключении USB-порта к USB-порту компьютера, при просмотре этого USB-порта в «Мой компьютер» можно увидеть рядом с ним сообщение, в котором будет указано, для чего он используется в системном блоке. Устройства хранения содержат первичную и вторичную память. Первичная память — это энергозависимая память, а это означает, что, когда устройство отключено, информация потеряна. Вторичная — это её полная противоположность, она является энергонезависимой, поскольку память остается, даже если компьютер выключен. Несоответствие или неправильное обращение могут привести к потере важных данных, которые могут быть невозможны для возврата в зависимости от обстоятельств [6].
Каждый компьютер содержит один, если не два, жестких диска. Есть внутренние и внешние жесткие диски. Внутренний жесткий диск находится внутри системного блока, а внешний жесткий диск подключен к компьютеру для дополнительного хранения. Очень важно, чтобы владелец компьютера покупал внешний жесткий диск для резервного копирования своего компьютера, если он сломается. Внешний жесткий диск чрезвычайно удобен для хранения информации; однако нужно быть осторожным в отношении возможности «кражи жесткого диска», поскольку для кого-то легко получить доступ к случайному внешнему жесткому диску на свой компьютер. По этой причине многие люди сегодня используют отпечаток пальца или пароль для доступа к своему жесткому диску. Без жесткого диска нельзя было хранить бесчисленное количество информации, содержащейся на компьютере. В зависимости от предпочтений владельца компьютера существует широкий диапазон возможностей для жестких дисков. Магнитные жесткие диски и твердотельные жесткие диски — это два распространенных жестких диска, используемых для компьютеров. Магнитный жесткий диск — это термин, который относят к хранению информации на компьютере, когда говорят жесткий диск, а твердотельные жесткие диски относят к технологии флэш-памяти. Без жестких дисков многие данные будут потеряны и забыты [3].
Внутренний жесткий диск, который может быть включен в компьютер перед покупкой, напрямую связан с материнской платой, а также с другими компонентами внутри корпуса компьютера.
Внешний жесткий диск обычно используется среди пользователей, которые либо переносят данные/программы с устройства на устройство, либо ищут дополнительное пространство для хранения своих файлов.
Более десяти лет самым распространенным интерфейсом жесткого диска был широкий диапазон AT Attachment, также известный как Parallel ATA или PATA. ATA по-прежнему используется на современных ПК, но это не так важно, как более современный интерфейс, Serial ATA или SATA. Более современный SATA использует меньшие кабели, более надежный и обладает большей пропускной способностью, чем устаревший PATA. SATA и ATA несовместимы, но существуют адаптеры для подключения интерфейсов ATA к SATA-накопителям (или интерфейсам SATA с дисками ATA). Другим общим интерфейсом является SCSI (или Small Computer System Interface), который особенно полезен для многозадачности, когда используются несколько жестких дисков, например, в среде рабочего места. По существу, различие между этими тремя интерфейсами можно суммировать следующим образом:
Интерфейсы ATA дешевле и до сих пор довольно распространены, но они медленнее и устарели;
Интерфейсы SATA являются наиболее полезными: единственная проблема заключается в том, что необходимо купить дополнительные адаптеры для взаимодействия со старыми системами, но они по-прежнему относительно дешевы, они имеют высокую скорость, а их провода небольшие, что освобождает больше места в компьютере и помогает предотвратить перегрев.
Интерфейсы SCSI очень быстрые и могут обрабатывать широкий спектр приложений и объем данных, но они довольно недороги и непрактичны для домашнего использования; SCSI используется больше для сетей, чем для личного использования.
Флэш-память — это тип устройства хранения, в котором используется электронная память. Флэш-память имеет множество способов и известна как твердотельное запоминающее устройство, то есть «нет движущихся частей - все электронное, а не механическое». Флэш-память используется во многих различных устройствах, таких как компьютеры, цифровые камеры, и мобильные телефоны. Флэш-память — это тип чипа EEPROM [5, 9].
EEPROM означает программируемое постоянное запоминающее устройство. Внутри микросхемы флэш-памяти есть сетка столбцов и строк с ячейкой. На каждом перекрестке есть два транзистора, и тонкий оксидный слой отделяющий их. Один из транзисторов известен как плавающий затвор, а другой известен как управляющий вентиль. Электрический заряд поступает через столбцы в плавающий затвор, процесс называется туннелированием. Электрический заряд заставляет транзистор с плавающим затвором действовать как электронная пушка. Когда электроны попадают в ловушку с другой стороны тонкого оксидного слоя, ближе к транзистору управляющего затвора, они действуют как барьер между двумя транзисторами. Контроллер уровня камеры контролирует уровень заряда