Память, Локальные системы хранения

Память, Локальные системы хранения

Что такое память?

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. - Источник: Виды компьютерной памяти

Виды памяти

Есть два основных вида памяти:
Внешняя
Внутренняя.

Внутренняя память

Внутренняя память компьютера - это место хранения информации, с которой он работает. Это память компьютера является временным рабочим пространством; в отличие от нее внешняя память предназначена для долговременного хранения информации. Информация во внутренней памяти не сохраняется при выключении питания.
Память компьютера организована в виде множества ячеек, в которых могут храниться значения; каждая ячейка обозначается адресом. Примеры:
Регистр
Кэш-память
Оперативная память
Постоянная память

Кэш-память

Кэш-память - это небольшая, но очень быстрая память, расположенная в непосредственной близости от логических блоков центрального процессора. Персональные компьютеры также имеют скрытую память. Фактически, из-за разницы в скорости процессоров и схем основной памяти, большинство персональных компьютеров имеют три разных типа кэша, известных как «Уровень 1» (уровень 1 или L1), «Уровень 2». Уровень 2 или L2 кэш) и «Уровень 3» («Уровень 3 L3 кэш).
Итак, кэш в современных ЦП дифференцирован по уровням:
L1 — самый быстрый и маленький;
L2 — не такой шустрый, но больший в объеме;
L3 — самый медленный, но его много.

Оперативная память

Оперативная память (англ. RAM — Random Access Memory) — память с произвольным доступом — это быстрое запоминающее устройство, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных. Оперативная и кэш-память является энергозависимыми — данные хранятся в них временно — до выключения электропитания компьютера, причем для динамической памяти (в отличие от статической) требуется постоянное обновление (регенерация) данных.
Оперативная память современного компьютера разделена на несколько типов. Хотя в основе всех типов памяти лежит обычная ячейка памяти, представляющий собой комбинацию из транзистора и конденсатора, благодаря различным внешним интерфейсам и устройствам взаимодействия с компьютером модули памяти они все же отличаются друг от друга. - Источник: Виды компьютерной памяти

Внешняя память

Внешняя память - это память, реализованная в виде внешних, относительно материнской платы, устройств с разными принципами хранения информации и типами носителя, предназначенных для долговременного хранения информации. В внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. В зависимости от принципа записи, хранения и считывания информации ВЗУ разделяются на механические и немеханические. К механическим внешним запоминающим устройствам (внешней памяти) относятся накопители на гибких (FDD, дискеты), жёстких (винчестеры, HDD) и оптических носителях.
Примеры:
HDD
CD, DVD
Flash memory
SSD

Винчестер – HDD

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.

CD, DVD

Оптический диск - – это накопитель, чтение с которого производится при помощи оптического излучения. Основа диска изготавливается из поликарбоната, на который нанесен специальный слой. Информация записывается в виде углублений в поликарбонатной основе. На диск направляется луч лазера, он отражается, потом отраженный сигнал декодируется. Таким образом, производится считывание с диска.
К оптическим дискам относятся следующие разновидности:
CD (Compact Disc) – компакт диски;
DVD (Digital Versatile Disc)-цифровой многоцелевой диск;
BD (Blu-ray Disc) – «синий луч».

Флеш-память

Флеш-память (англ. flash memory) — разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Это же слово используется в электронной схемотехнике для обозначения технологически законченных решений постоянных запоминающих устройств в виде микросхем на базе этой полупроводниковой технологии. В быту это словосочетание закрепилось за широким классом твердотельных устройств хранения информации.
Благодаря компактности, дешевизне, механической прочности, большому объёму, скорости работы и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах и носителях информации. Серьёзным недостатком данной технологии является ограниченный ресурс носителей, а также чувствительность к электростатическому разряду.

SSD

Твердотельный накопитель (SSD — Solid State Drive) — энергонезависимое перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство без движущихся механических частей на основе микросхем памяти разработанных на базе полупроводниковой технологии. Существует всего 2 типа SSD накопителей:
SSD диски на основе флэш-памяти (самые популярные и распространенные),
SSD на основе оперативной памяти.
Основополагающим принципом организации работы флеш-памяти является хранение ею 1 бита данных в массиве транзисторов с плавающим затвором (элементарными ячейками), путем изменения и регистрации электрического заряда в изолированной области полупроводниковой структуры. Главной особенностью полевого транзистора, которая позволила ему получить всеобщее признание, как носителя информации, стала способность удерживать электрический разряд на плавающем затворе до 120 месяцев. Сам плавающий затвор изготовлен из поликристаллического кремния и со всех сторон окружен слоем диэлектрика, что исключает возможность контакта его с элементами транзистора. Располагается он между диэлектрической подкладкой и управляющим затвором. Управляющий электрод полевого транзистора и называется затвором.

Локальные системы хранения

Это традиционный метод. При этом компании будут сами управлять серверами и владеть ими. У предприятий достаточно денег, чтобы построить собственный центр обработки данных. Однако у большинства из них есть выделенная комната, где они могут хранить свои серверы.
Если данные хранятся на своем внутреннем сервере, необходимо создать и поддерживать свою IT-инфраструктуру. Однако также придется вложить много денег в создание этой инфраструктуры. Нужно иметь дело с расходами на содержание центра обработки данных. Если оборудование старое, то необходимо его заменить. При этом следует регулярно обновлять программное обеспечение, регулировать протоколы доступа.
Некоторые компании хотят иметь полный контроль над своими ресурсами и файлами. Таким образом, стоит подумать о создании собственного дата-центра.

Хранение данных

Под хранением обычно понимают запись данных на некоторые накопители данных, с целью их (данных) дальнейшего использования. Опустим исторические варианты организации хранения, рассмотрим подробнее классификацию систем хранения по разным критериям. Я выбрал следующие критерии для классификации: по способу подключения, по типу используемых носителей, по форме хранения данных, по реализации.
Если рассматривать форму хранения данных, то явно выделяются следующие:
Файлы (именованные области данных). Наиболее популярный тип хранения данных — структура подразумевает хранение данных, одинаковое для пользователя и для накопителя.
Блоки. Одинаковые по размеру области, при этом структура данных задается пользователем. Характерной особенностью является оптимизация скорости доступа за счет отсутствия слоя преобразования блоки-файлы, присутствующего в предыдущем способе.
Объекты. Данные хранятся в плоской файловой структуре в виде объектов с метаданными.

Принцип работы СХД

Существует несколько аппаратных компонентов, программного обеспечения и протоколов, которые в конечном итоге придают решениям для хранения данных их особые свойства.
На основе классификации выше выделяют два основных типа СХД: они различаются уровнем хранения, чтения и записи данных.
Первый вариант работает с данными файлового уровня. Это означает, что такое хранилище, по сути, функционирует как сервер с собственной файловой системой. На практике клиентский сервер даёт такие команды, как «записать Х битов в этот файл» или «извлечь Х битов из этого файла» соответственно. Этот тип хранилища называется NAS.
Второй вариант — это доступ к данным на уровне блоков. Это ускоряет обмен данными между сервером и хранилищем, поскольку он прямой, то есть «блок записи X» или «блок вызова X». Такие репозитории связаны друг с другом и с сервером либо как DAS, либо через SAN.

NAS

NAS расшифровывается как Network Attached Storage, что можно условно перевести как сетевое хранилище. Поскольку данные обрабатываются на уровне файлов, сервер представляется NAS как сетевой сервер со своей собственной файловой системой.
Если объяснить проще — представьте себе стационарный компьютер, который подключён к домашнему роутеру. На нём хранятся фото, видео, документы и другие данные. Сетевой доступ разрешен всем пользователям — приблизительно так выглядит NAS.
NAS-хранилище может принимать разные формы. Например, к производственному серверу могут быть подключены другие серверы, виртуальные машины или так называемые дисковые станции, на которых находится другое количество съёмных жестких дисков.

DAS

Direct Attached Storage — это исторически первый вариант подключения носителей, применяемый до сих пор. Накопитель, с точки зрения компьютера, в котором он установлен, используется монопольно, обращение с накопителем происходит поблочно, обеспечивая максимальную скорость обмена данными с накопителем с минимальными задержками. Также это наиболее дешевый вариант организации системы хранения данных, однако не лишенный своих недостатков. К примеру если нужно организовать хранение данных предприятия на нескольких серверах, то такой способ организации не позволяет совместное использование дисков разных серверов между собой, так что система хранения данных будет не оптимальной: некоторые сервера будут испытывать недостаток дискового пространства, другие же — не будут полностью его утилизировать

SAN

Storage area network, она же сеть хранения данных, является технологией организации системы хранения данных с использованием выделенной сети, позволяя таким образом подключать диски к серверам с использованием специализированного оборудования. Так решается вопрос с утилизацией дискового пространства серверами, а также устраняются точки отказа, неизбежно присутствующие в системах хранения данных на основе DAS. Сеть хранения данных чаще всего использует технологию Fibre Channel, однако явной привязки к технологии передачи данных — нет. Накопители используются в блочном режиме, для общения с накопителями используются протоколы SCSI и NVMe, инкапсулируемые в кадры FC, либо в стандартные пакеты TCP, например в случае использования SAN на основе iSCSI.

Заключение

Компьютерная память — это сложная система аппаратного обеспечения, которая в зависимости от своих функций позволяет получать, хранить, манипулировать и выводить данные. Объем оперативной памяти и ее частотность отвечает за производительность, быстродействие и количество запущенных программ, а соответственно и комфортную работу пользователя. В случае интегрированного графического адаптера часть оперативной памяти может выделяться для графических нужд. При включенном ПК оперативная память играет функцию временного хранения данных, используемых процессором, поскольку после отключения электропитания вся информация теряется. Производительность ПК зависит от слаженной работы между оперативной памятью материнской платой и процессором. Для сохранения информации на длительный срок используются жесткие диски (внутренние, внешние) или относительно новый тип памяти — твердотельные накопители. У каждого типа носителей есть свои преимущества и недостатки: важным критерием остается стоимость, надежность хранения информации и объем.

Список литературы

https://sysadmin-note.ru/article/obzor-sposobov-xraneniya-danny/#fastmenu_6
https://www.polnaja-jenciklopedija.ru/nauka-i-tehnika/vidy-kompyuternoj-pamyati.html
https://spravochnick.ru/informatika/arhitektura_personalnogo_kompyutera/vneshnie_zapominayuschie_ustroystva/#opticheskie-diski
https://www.reg.ru/blog/razbiraemsya-vmeste-chto-takoe-sistema-hraneniya-dannyh/
https://habr.com/ru/company/southbridge/blog/517502/

Спасибо за внимание