ПОНЯТИЕ ФайлА И файловОЙ системЫ
Лекция № 5
Внешние хранилища данных, характеристики ленточных накопителей, характеристика твердотельных накопителей SSD, жесткие диски, файловая система, понятие FAT, понятие базы данных
Кроме первичных хранилищ информации (регистры, кэш – память, ОЗУ), где данные хранятся только во время обработки, на серверах и рабочих станциях, есть другие хранилища данных. Информацию необходимо сохранять на носителях, не зависящих от наличия напряжения, и таких размеров, которые превышают возможности всех современных видов первичной памяти (например, данные корпоративной информации могут составлять сотни Гбайт). Сравнительно долговременное хранилище данных, расположенное вне системной платы компьютера, называется вторичным хранилищем данных (secondary storage). Приведем сравнение первичных и вторичных накопителей.
Регистр (registry) – наиболее быстрый (и наиболее дорогой) вид памяти. В регистре хранятся очень малые объемы данных (емкость до 1 килобайта, время доступа порядка 0,001 мкс). За регистром следует кэш-память (cache) – для быстрого доступа к часто используемым командам и данным (емкость несколько Мбайт, время доступа 0,01 мкс). ОЗУ служит для хранения больших объемов данных в процессе выполнения программ (емкость для рабочих станций 1-2 Гбайт, время доступа – 0,02-0,05 мкс).
Существует много типов вторичной памяти; наиболее распространены магнитные ленты, магнитные диски и относительно новые устройства - твердотельные накопители (англ. SSD, Solid State Drive).
Стример (от англ. streamer) — запоминающее устройство на принципе магнитной записи на ленточном носителе, с последовательным доступом к данным, по принципу действия аналогичен бытовому магнитофону (время доступа составляет 0,5 – 5 с.).
Преимущества: большая ёмкость (до 4 Тб), невысокая стоимость информационного носителя, стабильность работы, надёжность.
Недостатки:
низкая скорость доступа к данным из-за последовательного доступа (лента должна прокрутиться к нужному месту);
большие размеры.
Основное назначение: создание резервных копий данных.
Твердотельный накопитель SSD — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство без движущихся механических частей. Следует различать твердотельный накопители, основанные на использовании энергозависимой (RAM SSD) и энергонезависимой (NAND или Flash SSD) памяти.
Преимущества по сравнению с жесткими дисками:
отсутствие движущихся частей (нечувствительность к вибрациям);
латентность в режиме чтения 85 мкс;
латентность в режиме записи 115 мкс;
производительность: скорость чтения и записи до 270 МБ/с;
низкая потребляемая мощность;
полное отсутствие шума от движущихся частей и охлаждающих вентиляторов;
высокая механическая стойкость;
широкий диапазон рабочих температур;
практически устойчивое время считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;
малый размер и вес.
Недостатки твердотельных накопителей:
высокая цена за 1 ГБ (от 3 долларов за гигабайт, в настоящее время удельная стоимость хранения информации в 30 раз превышает удельную стоимость хранения данных на жестких дисках; в ближайшее несколько лет прогнозируется сравнение этих характеристик);
более высокая чувствительность к некоторым эффектам, например, внезапной потере питания, магнитным и электрическим полям;
ограниченное количество циклов перезаписи накопителей NAND (обычная флеш - память позволяет записывать данные до 100 тыс. раз).
Последние являются весьма перспективной разработкой. Многие аналитики считают, что уже в ближайшие годы NAND твердотельные накопители займут достаточно большую долю рынка накопителей, отвоевав её у накопителей на жёстких магнитных дисках. По состоянию на сегодняшний день, твердотельные накопители используются в основном в специализированных вычислительных системах (например, Международной космической станции) и в некоторых моделях компактных ноутбуков, нетбуках, коммуникаторах и смартфонах.
Накопители RAM SSD построенные на использовании энергозависимой памяти (такой же, какая используется в ОЗУ персонального компьютера) характеризуются сверхбыстрыми чтением, записью и поиском информации. Основным их недостатком является чрезвычайно высокая стоимость (от 80 до 800 долларов США за Гигабайт). Используются, в основном, для ускорения работы крупных систем управления базами данных и мощных графических станций. Такие накопители, как правило, оснащены аккумуляторами для сохранения данных при потере питания, а более дорогие модели — системами резервного и/или оперативного копирования.
Современные винчестерские накопители имеют ёмкость до нескольких Тбайт. Кроме объема, другими, основными характеристиками производительности диска являются:
время доступа -интервал между моментом, когда процессор запрашивает с диска данные, и моментом их выдачи (средний показатель - 4 - 9 мс;
частота вращения - частота, с которой пластины, диска вращаются относительно магнитных головок (у современных моделей скорость вращения шпинделя (вращающего вала) составляет 7200 – 10000 об./мин);
средней скоростью передачи данных диском - определяется временем для передачи данных после запуска операции чтения (у современных дорогостоящих моделей средняя скорость передачи данных достигает 300 Мбайт/с.);
размер кэш-памяти, который существенно, повышает их производительность (обычно не менее 2 Мбайта).
Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска.
Рис. 5.1. Конструкция жесткого диска