Как называется элемент, который хранит 1 бит информации в компьютерах в качестве основного носителя данных

Обновлено: 21.11.2024

Хотите узнать, какое аппаратное обеспечение установлено на вашем компьютере? Станьте профессионалом в области компьютеров с нашим кратким руководством по этим важным компонентам и их функциям.

Проще говоря, компьютерное оборудование — это физические компоненты, необходимые для работы компьютерной системы. Он включает в себя все, что связано с печатной платой, работающей внутри ПК или ноутбука; включая материнскую плату, видеокарту, ЦП (центральный процессор), вентиляторы, веб-камеру, блок питания и т. д.

Хотя конструкция аппаратного обеспечения настольных ПК и ноутбуков различается из-за различий в размерах, в обоих случаях используются одни и те же основные компоненты. Без оборудования не было бы возможности запуска необходимого программного обеспечения, которое делает компьютеры такими полезными. Программное обеспечение определяется как виртуальные программы, которые работают на вашем компьютере; то есть операционная система, интернет-браузер, текстовые документы и т. д.

Хотя компьютер может работать только тогда, когда и аппаратное, и программное обеспечение работают вместе, скорость системы во многом зависит от используемого оборудования.

При сборке нового компьютера или просто замене старых деталей вам может понадобиться информация о конкретном аппаратном обеспечении вашего компьютера. Таким образом, цель этого руководства — помочь вам понять внутреннюю работу вашего компьютера.

Что такое материнская плата?

Системная плата — это центральная часть работы ПК. Он содержит ЦП и является концентратором, через который проходит все остальное оборудование. Материнская плата действует как мозг; распределение мощности там, где это необходимо, обмен данными и координация между всеми другими компонентами, что делает его одним из самых важных аппаратных средств компьютера.

При выборе материнской платы важно проверить, какие аппаратные порты поддерживает материнская плата. Крайне важно проверить, сколько портов USB и какого класса (USB 2.0, 3.0, 3.1), а также какие порты дисплея используются (HDMI, DVI, RGB) и сколько их имеется. Порты на материнской плате также помогут вам определить, какое другое оборудование будет совместимо с вашим компьютером, например, какой тип оперативной памяти и видеокарты вы можете использовать.

Что такое ЦП (центральный процессор/блок процессора)?

ЦП (центральный процессор или процессор) отвечает за обработку всей информации от программ, запускаемых на вашем компьютере. «Тактовая частота», или скорость, с которой процессор обрабатывает информацию, измеряется в гигагерцах (ГГц). Это означает, что процессор с высокой тактовой частотой, скорее всего, будет работать быстрее, чем процессор с аналогичными характеристиками той же марки и возраста.

Что такое оперативная память?

Оперативное запоминающее устройство, или ОЗУ, — это аппаратное обеспечение, которое находится в слотах памяти на материнской плате. Роль ОЗУ заключается во временном хранении оперативной информации, созданной программами, и делать это таким образом, чтобы эти данные были немедленно доступны. Задачи, требующие случайной памяти, могут быть; рендеринг изображений для графического дизайна, редактирование видео или фотографий, многозадачность с несколькими открытыми приложениями (например, запуск игры на одном экране и общение в Discord на другом).

Требуемый объем оперативной памяти зависит от программ, которые вы будете запускать. Игры средней интенсивности обычно используют 8 ГБ памяти, когда они выполняются вместе с другими программами, но видео/графический дизайн может использовать более 16 ГБ ОЗУ. Узнайте, сколько памяти нужно вашему компьютеру.

Что такое жесткий диск?

Жесткий диск – это запоминающее устройство, предназначенное для хранения постоянных и временных данных. Эти данные поступают в различных формах, но в основном это все, что сохраняется или устанавливается на компьютер: например, компьютерные программы, семейные фотографии, операционная система, текстовые документы и т. д. Узнайте больше о жестких дисках и о том, как они работают.

Существует два разных типа устройств хранения: традиционный жесткий диск (HDD) и более новые твердотельные накопители (SSD). Жесткие диски работают путем записи двоичных данных на вращающиеся магнитные диски, называемые пластинами, которые вращаются с высокой скоростью, в то время как твердотельный накопитель хранит данные с помощью статических микросхем флэш-памяти. Узнайте больше о компьютерной памяти и о том, как работают твердотельные накопители.

Что такое графический процессор (GPU)?

Что особенно важно для 3D-рендеринга, GPU делает именно то, что следует из его названия, и обрабатывает огромные пакеты графических данных. Вы обнаружите, что видеокарта вашего компьютера имеет по крайней мере один графический процессор. В отличие от основных встроенных графических возможностей, предоставляемых материнскими платами ПК, выделенные графические карты взаимодействуют с материнской платой через слот расширения для работы почти исключительно с графическим рендерингом. Это также означает, что вы можете обновить видеокарту, если хотите повысить производительность своего ПК.

Кроме того, современные графические процессоры выполняют обширную вычислительную нагрузку, помимо рендеринга, что делает их расширением центрального процессора.

Что такое блок питания (БП)?

Блок питания, обычно называемый блоком питания, не просто обеспечивает питание вашего компьютера. Это точка, в которой питание поступает в вашу систему от внешнего источника питания, а затем распределяется материнской платой по отдельным компонентам аппаратного обеспечения. Однако не все блоки питания сделаны одинаково, и без блока питания правильной мощности ваша система не будет работать.

Современному компьютеру обычно требуется блок питания мощностью от 500 до 850 Вт для эффективного питания всего оборудования, хотя размер блока питания полностью зависит от энергопотребления системы. Для компьютеров, которые используются для выполнения ресурсоемких задач, таких как графический дизайн или игры, потребуются более мощные компоненты, поэтому для удовлетворения этих дополнительных потребностей потребуется более мощный блок питания.

Без необходимого количества энергии компоненты не смогут работать эффективно, и компьютер может зависать или вообще не загружаться. Рекомендуется иметь источник питания, который более чем покрывает использование вашей системы. Вы не только защищаете себя от сбоя системы, но и защищаете себя от необходимости приобретать новый блок питания при переходе на более мощные компоненты ПК.

Понимание вашего компьютера и его аппаратных компонентов может оказаться очень полезным, когда придет время модернизировать или заменить какие-либо детали или при сборке компьютера. Если возникнет проблема с внутренней работой вашего компьютера, вы лучше поймете важность каждого компонента, необходимость их хорошего рабочего состояния и способы решения любых проблем.

© Micron Technology, Inc., 2017. Все права защищены. Информация, продукты и технические характеристики могут быть изменены без предварительного уведомления. Ни Crucial, ни Micron Technology, Inc. не несут ответственности за упущения или ошибки в типографике или фотографии. Micron, логотип Micron, Crucial и логотип Crucial являются товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками Micron Technology, Inc. Все остальные товарные знаки и знаки обслуживания являются собственностью соответствующих владельцев.

Хранение одного бита в одном атоме возможно: экстраординарное завершение закона Мура

Согласно исследованию, только что опубликованному в журнале Nature, теперь один бит цифровой информации может быть успешно сохранен в отдельном атоме. Современные коммерчески доступные устройства магнитной памяти требуют примерно одного миллиона атомов, чтобы сделать то же самое. Андреас Хайнрих, недавно назначенный директором Центра квантовой нанонауки в Институте фундаментальных наук (IBS, Южная Корея), руководил исследованиями, которые сделали это открытие в Исследовательском центре IBM Almaden (США). Этот результат является прорывом в миниатюризации носителей данных и может послужить основой для квантовых вычислений.

Диски, покрытые слоем намагниченного металла, позволяют нашим компьютерам хранить файлы в виде битов, каждый из которых имеет значение либо 1, либо 0. Определенное направление намагниченности соответствует 0-му биту, другое направление — 1-му. кусочек. Хотя в настоящее время каждому цифровому биту информации соответствуют небольшие области диска, примерно в миллион атомов, в этом исследовании было использовано наименьшее количество материи, пригодное для этой цели: один атом.

В этом исследовании ученые работали с инструментом под названием Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), который имеет специальный наконечник, позволяющий пользователю просматривать и перемещать отдельные атомы, а также подавать на них импульс электрического тока. Они использовали этот электрический импульс для изменения направления намагниченности отдельных атомов гольмия. Сделав это, команда смогла записать в памяти 1 или 0 в одном атоме гольмия, а также поменять местами их местами.

Квантовый датчик, разработанный командой Генриха и в настоящее время единственный во всем мире, использовался для считывания памяти, хранящейся в атоме гольмия. Он состоит из атома железа, расположенного рядом с атомом гольмия. Используя этот метод, а также другой метод, называемый туннельным магнитосопротивлением, исследователи смогли наблюдать, что гольмий стабильно сохраняет одно и то же магнитное состояние в течение нескольких часов.

Затем, когда группа исследователей Генриха попыталась использовать два атома гольмия вместо одного, они сделали еще одно удивительное открытие. Размещение атомов гольмия даже на расстоянии одного нанометра не повлияло на их способность хранить информацию по отдельности. Это стало неожиданностью, так как ожидалось, что магнитное поле одного атома воздействует на соседний. Чтобы представить этот масштаб в перспективе, если бы нанометр был увеличен до диаметра типичного человеческого волоса, диаметр волоса был бы эквивалентен длине школьного автобуса для сравнения.

Таким образом, ученые смогли построить двухбитное устройство с четырьмя возможными типами памяти: 1-1, 0-0, 1-0 и 0-1, четко различаемые железным датчиком.

Закон Мура предсказывал, что объем данных, которые можно хранить на микрочипе, будет удваиваться каждые 18 месяцев, и это действительно происходило на протяжении десятилетий.Электронные устройства последней модели всегда меньше и мощнее предыдущей. Однако по мере того, как устройства становятся все меньше и меньше, поскольку атомы находятся так близко друг к другу, начинают проявляться новые мешающие квантовые свойства, вызывающие проблемы. Невозможность идти в ногу с дальнейшей миниатюризацией заставила экспертов говорить о смерти закона Мура.

Интересно, что атомы гольмия избежали этой участи по неизвестным до сих пор причинам. «Между атомами гольмия нет никаких квантово-механических эффектов. Теперь мы хотим знать, почему», — отмечает Генрих. Атомы гольмия могут быть расположены очень близко друг к другу, поэтому плотность хранения с использованием этого метода с одним атомом может быть очень высокой. Он продолжает: "Мы открыли новые возможности для квантовой нанонауки, управляя отдельными атомами именно так, как мы хотим. Это исследование может стимулировать инновации в области коммерческих носителей данных, которые расширят возможности миниатюризации хранения данных".

Генрих — один из немногих в мире, кто использует этот инструмент для измерения и изменения свойств отдельных атомов. Он планирует значительно расширить это исследование в своем недавно созданном исследовательском центре IBS, расположенном в Женском университете Ихва в Сеуле.

Этот контент был заархивирован и больше не поддерживается Университетом Индианы. Информация здесь может быть неточной, а ссылки могут быть недоступны или ненадежны.

Примечание. Следующая информация частично предоставлена проектом Extreme Science and Engineering Discovery Environment ( XSEDE ) Национального научного фонда (NSF), который предоставляет исследователям передовые цифровые ресурсы и услуги, облегчающие научные открытия. Дополнительную информацию см. на веб-сайте XSEDE.

Бит — это двоичная цифра, наименьший приращение данных на компьютере. Бит может содержать только одно из двух значений: 0 или 1, что соответствует электрическим значениям выключено или включено соответственно.

Поскольку биты очень малы, вы редко работаете с информацией по одному биту за раз. Биты обычно собираются в группу из восьми, чтобы сформировать байт. Байт содержит достаточно информации для хранения одного символа ASCII, например "h".

Килобайт (КБ) — это 1 024 байта, а не тысяча байтов, как можно было бы ожидать, потому что компьютеры используют двоичную систему (с основанием два) вместо десятичной (с основанием десять).

Хранилище и память компьютера часто измеряются в мегабайтах (МБ) и гигабайтах (ГБ). Роман среднего размера содержит около 1 МБ информации. 1 МБ – это 1 024 килобайта, или 1 048 576 (1024 x 1024) байт, а не миллион байт.

Точно так же один 1 ГБ равен 1024 МБ или 1 073 741 824 (1024 x 1024 x 1024) байт. Терабайт (ТБ) равен 1024 ГБ; 1 ТБ — это примерно такой же объем информации, как и все книги в большой библиотеке, или примерно 1610 компакт-дисков с данными. Петабайт (ПБ) равен 1024 ТБ. 1 ПБ данных, записанных на DVD, создаст примерно 223 100 DVD, т. е. стопку высотой около 878 футов или стопку компакт-дисков высотой в милю. Университет Индианы в настоящее время создает системы хранения, способные хранить петабайты данных. Эксабайт (ЭБ) равен 1024 ПБ. Зеттабайт (ZB) равен 1024 ЭБ. Наконец, йоттабайт (YB) равен 1024 ZB.

Многие производители жестких дисков используют десятичную систему счисления для определения объема дискового пространства. В результате 1 МБ определяется как один миллион байтов, 1 ГБ определяется как один миллиард байтов и так далее. Поскольку ваш компьютер использует двоичную систему, как указано выше, вы можете заметить несоответствие между опубликованной емкостью вашего жесткого диска и емкостью, подтвержденной вашим компьютером. Например, жесткий диск, который, как говорят, содержит 10 ГБ дискового пространства с использованием десятичной системы счисления, на самом деле способен хранить 10 000 000 000 байтов. Однако в двоичной системе 10 ГБ составляют 10 737 418 240 байт. В результате вместо подтверждения 10 ГБ ваш компьютер подтвердит 9,31 ГБ. Это не неисправность, а вопрос разных определений.

Мы считаем по основанию 10 по степеням 10:

Компьютеры считают по основанию 2:

Итак, на компьютерном жаргоне используются следующие единицы:

< /th> < td>1 048 576 байт

Примечание. Названия и сокращения для количества байтов легко спутать с обозначениями для битов. В сокращениях для количества битов используется строчная буква «b» вместо прописной «B». Поскольку один байт состоит из восьми битов, эта разница может быть значительной. Например, если рекламируется широкополосное подключение к Интернету со скоростью загрузки 3,0 Мбит/с, его скорость составляет 3,0 мегабита в секунду или 0.375 мегабайт в секунду (сокращенно 0,375 МБ/с). Биты и скорости передачи данных (биты во времени, например, в битах в секунду [бит/с]) чаще всего используются для описания скорости соединения, поэтому уделяйте особое внимание при сравнении поставщиков и услуг подключения к Интернету.

Этот документ был разработан при поддержке грантов Национального научного фонда (NSF) 1053575 и 1548562. Любые мнения, выводы, выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения НФС.

Хранилище данных — это магнитный, оптический или механический носитель, который записывает и сохраняет цифровую информацию для текущих или будущих операций.

Хранение данных определено

Существует два типа цифровой информации: входные и выходные данные. Пользователи предоставляют входные данные. Компьютеры предоставляют выходные данные. Но центральный процессор компьютера не может ничего вычислить или выдать выходные данные без участия пользователя.

Пользователи могут вводить входные данные непосредственно в компьютер. Однако в начале компьютерной эры они обнаружили, что постоянный ввод данных вручную отнимает много времени и энергии. Одним из краткосрочных решений является компьютерная память, также известная как оперативная память (ОЗУ). Но его емкость и объем памяти ограничены. Память только для чтения (ПЗУ), как следует из названия, данные можно только читать, но не обязательно редактировать. Они управляют основными функциями компьютера.

Несмотря на прогресс в компьютерной памяти с динамической ОЗУ (DRAM) и синхронной динамической ОЗУ (SDRAM), они по-прежнему ограничены стоимостью, объемом и сохранением памяти. Когда компьютер выключается, снижается и способность оперативной памяти сохранять данные. Решение? Хранилище данных.

Благодаря месту для хранения данных пользователи могут сохранять данные на устройство. И если компьютер выключается, данные сохраняются. И вместо того, чтобы вручную вводить данные в компьютер, пользователи могут указать компьютеру извлекать данные с устройств хранения. Компьютеры могут считывать входные данные из различных источников по мере необходимости, а затем создавать и сохранять выходные данные в тех же источниках или в других местах хранения. Пользователи также могут делиться хранилищем данных с другими.

Сегодня организациям и пользователям требуется хранилище данных для удовлетворения современных вычислительных потребностей высокого уровня, таких как проекты с большими данными, искусственный интеллект (ИИ), машинное обучение и Интернет вещей (IoT). И другая сторона необходимости хранения огромных объемов данных — это защита от потери данных из-за аварии, сбоя или мошенничества. Таким образом, чтобы избежать потери данных, организации также могут использовать хранилище данных в качестве решения для резервного копирования.

Как работает хранилище данных.
Проще говоря, современные компьютеры или терминалы подключаются к устройствам хранения либо напрямую, либо через сеть. Пользователи инструктируют компьютеры о доступе к данным и сохранении данных на этих устройствах хранения. Однако на фундаментальном уровне существует две основы хранения данных: форма, в которой данные принимаются, и устройства, на которых данные записываются и хранятся.

Устройства хранения данных

Для хранения данных независимо от формы пользователям необходимы запоминающие устройства. Устройства для хранения данных делятся на две основные категории: локальное хранилище и сетевое хранилище.

Хранилище с прямым подключением, также известное как хранилище с прямым подключением (DAS), следует из названия. Это хранилище часто находится в непосредственной близости и напрямую связано с вычислительной машиной, обращающейся к нему. Часто это единственная подключенная к нему машина. DAS также может предоставлять достойные услуги локального резервного копирования, но совместное использование ограничено. Устройства DAS включают гибкие диски, оптические диски — компакт-диски (CD) и цифровые видеодиски (DVD) — жесткие диски (HDD), флэш-накопители и твердотельные накопители (SSD).

Сетевое хранилище позволяет нескольким компьютерам получать к нему доступ через сеть, что упрощает обмен данными и совместную работу. Возможности внешнего хранилища также делают его более подходящим для резервного копирования и защиты данных. Двумя распространенными настройками сетевого хранилища являются сетевое хранилище (NAS) и сеть хранения данных (SAN).

NAS часто представляет собой отдельное устройство, состоящее из избыточных контейнеров хранения или избыточного массива независимых дисков (RAID). Хранилище SAN может представлять собой сеть из нескольких устройств различных типов, включая SSD и флэш-накопители, гибридное хранилище, гибридное облачное хранилище, программное обеспечение и устройства для резервного копирования, а также облачное хранилище. Вот чем отличаются NAS и SAN:

NAS

Одно устройство хранения или RAI
Система хранения файлов
Сеть TCP/IP Ethernet
Ограниченное количество пользователей
Ограниченная скорость
Ограниченные возможности расширения
Более низкая стоимость и простота настройки

САН

Сеть из нескольких устройств
Блочная система хранения
Сеть Fibre Channel
Оптимизировано для нескольких пользователей
Более высокая производительность
Широкие возможности расширения
Более высокая стоимость и сложная настройка

Типы устройств хранения

SSD и флэш-память

Флэш-память – это твердотельная технология, в которой для записи и хранения данных используются микросхемы флэш-памяти. Флэш-накопитель на твердотельном диске (SSD) хранит данные с помощью флэш-памяти. По сравнению с жесткими дисками твердотельная система не имеет движущихся частей и, следовательно, имеет меньшую задержку, поэтому требуется меньшее количество твердотельных накопителей. Поскольку большинство современных твердотельных накопителей основаны на флэш-памяти, флэш-память является синонимом твердотельной системы.

Гибридное хранилище

Твердотельные накопители и флеш-накопители обеспечивают более высокую пропускную способность, чем жесткие диски, но массивы на флэш-дисках могут быть более дорогими. Многие организации применяют гибридный подход, сочетая скорость флэш-памяти с емкостью жестких дисков. Сбалансированная инфраструктура хранения данных позволяет компаниям применять подходящие технологии для различных потребностей в хранении данных. Он предлагает экономичный способ перехода от традиционных жестких дисков без перехода на флэш-память.

Облачное хранилище

Облачное хранилище представляет собой экономичную масштабируемую альтернативу хранению файлов на локальных жестких дисках или в сетях хранения данных. Поставщики облачных услуг позволяют вам сохранять данные и файлы в удаленном месте, к которому вы получаете доступ через общедоступный Интернет или выделенное частное сетевое соединение. Поставщик размещает, защищает, управляет и обслуживает серверы и связанную с ними инфраструктуру, а также обеспечивает доступ к данным в любое время, когда вам это нужно.

Гибридное облачное хранилище

Хранилище гибридного облака сочетает в себе элементы частного и общедоступного облака. Благодаря гибридному облачному хранилищу организации могут выбирать, в каком облаке хранить данные. Например, строго регулируемые данные, к которым предъявляются строгие требования по архивированию и репликации, обычно больше подходят для среды частного облака. В то время как менее конфиденциальные данные могут храниться в общедоступном облаке. Некоторые организации используют гибридные облака, чтобы дополнить свои внутренние сети хранения общедоступным облачным хранилищем.

Программное обеспечение и устройства для резервного копирования

Хранилище резервных копий и устройства защищают данные от потери в случае аварии, сбоя или мошенничества. Они периодически делают копии данных и приложений на отдельном вторичном устройстве, а затем используют эти копии для аварийного восстановления. Устройства резервного копирования варьируются от жестких дисков и твердотельных накопителей до ленточных накопителей и серверов, но хранилище резервных копий также может предлагаться как услуга, также известная как резервное копирование как услуга (BaaS). Как и большинство решений как услуга, BaaS предоставляет недорогой вариант защиты данных, сохраняя их в удаленном расположении с возможностью масштабирования.

Формы хранения данных

Данные можно записывать и хранить в трех основных формах: хранилище файлов, хранилище блоков и хранилище объектов.

Хранение файлов

Файловое хранилище, также называемое хранилищем на уровне файлов или файловым хранилищем, представляет собой иерархическую методологию хранения, используемую для организации и хранения данных. Другими словами, данные хранятся в файлах, файлы организованы в папки, а папки организованы в виде иерархии каталогов и подкаталогов.

Блокировать хранилище

Блочное хранилище, иногда называемое хранилищем на уровне блоков, представляет собой технологию, используемую для хранения данных в блоках. Затем блоки сохраняются как отдельные части, каждая из которых имеет уникальный идентификатор. Разработчики предпочитают блочное хранилище для вычислительных ситуаций, требующих быстрой, эффективной и надежной передачи данных.

Хранилище объектов

Объектное хранилище, часто называемое объектным хранилищем, представляет собой архитектуру хранения данных для обработки больших объемов неструктурированных данных. Эти данные не соответствуют или не могут быть легко организованы в традиционной реляционной базе данных со строками и столбцами. Примеры включают электронную почту, видео, фотографии, веб-страницы, аудиофайлы, данные датчиков и другие типы мультимедиа и веб-контента (текстового или нетекстового).

Хранение данных для бизнеса

Компьютерная память и локальное хранилище могут не обеспечивать достаточно места для хранения, защиты хранилища, доступа нескольких пользователей, скорости и производительности для корпоративных приложений. Поэтому в большинстве организаций в дополнение к системе хранения NAS используется та или иная форма SAN.

SAN
SAN, которую иногда называют сетью за серверами, представляет собой специализированную высокоскоростную сеть, к которой подключены серверы и устройства хранения. Он состоит из коммуникационной инфраструктуры, которая обеспечивает физические соединения, позволяя любому устройству соединяться по сети с помощью взаимосвязанных элементов, таких как коммутаторы и директора. SAN также можно рассматривать как расширение концепции шины хранения. Эта концепция позволяет устройствам хранения данных и серверам соединяться друг с другом с помощью аналогичных элементов, таких как локальные сети (LAN) и глобальные сети (WAN).SAN также включает в себя уровень управления, который организует соединения, элементы хранения и компьютерные системы. Этот уровень обеспечивает безопасную и надежную передачу данных.

Традиционно к серверу можно было подключить только ограниченное количество устройств хранения. В качестве альтернативы SAN обеспечивает гибкость сети, позволяя одному серверу или множеству разнородных серверов в нескольких центрах обработки данных совместно использовать общую утилиту хранения. SAN также устраняет традиционное выделенное соединение между сервером и хранилищем и концепцию, согласно которой сервер эффективно владеет устройствами хранения и управляет ими. Таким образом, сеть может включать в себя множество устройств хранения, включая диски, магнитные ленты и оптические накопители. Кроме того, утилита хранения может располагаться далеко от серверов, которые она использует.

Компоненты SAN
Инфраструктура хранения — это основа, на которой строится информация. Следовательно, инфраструктура хранения данных должна поддерживать бизнес-цели и бизнес-модель компании. Инфраструктура SAN обеспечивает повышенную доступность сети, доступность данных и управляемость системы. В этой среде простого развертывания большего количества и более быстрых устройств хранения данных недостаточно. Хорошая сеть хранения данных начинается с хорошего дизайна.

Основными компонентами SAN являются Fibre Channel, серверы, устройства хранения данных, а также сетевое оборудование и программное обеспечение.

Оптоволоконный канал

Первый элемент, который необходимо учитывать при реализации любой сети SAN, — это возможность подключения компонентов хранилища и сервера, которые обычно используют Fibre Channel. Сети SAN, такие как локальные сети, соединяют интерфейсы хранения во множество сетевых конфигураций и на большие расстояния.

Компьютер — это удивительно полезная универсальная технология, до такой степени, что теперь камеры, телефоны, термостаты и многое другое превратились в маленькие компьютеры. В этом разделе будут представлены основные части и темы работы компьютерного оборудования. «Оборудование» — это физические части компьютера, а «программное обеспечение» — код, работающий на компьютере.

Чипы и транзисторы

Транзистор — жизненно важный электронный блок.
—Транзисторы являются «твердотельными» — в них нет движущихся частей.
— Одно из самых важных изобретений в истории.
— «Переключатель», который мы можем включить. /выключено электрическим сигналом
Кремниевый чип – кусочек кремния размером с ноготь.
Микроскопические транзисторы выгравированы на кремниевых чипах
Чипы могут содержать миллиарды транзисторов.
Чипсы упакованы в пластик с металлическими ножками.
напр. Микросхемы ЦП, микросхемы памяти, флэш-чипы
Силикон (металлоид) и силикон (мягкое вещество на кухонной утвари)

Вот кремниевый чип в пластиковой упаковке. Я вытащил это из кучи электронных отходов в здании Stanford CS, так что, наверное, оно старое. Это небольшой чип с несколькими «контактами» электрического соединения. Позже мы увидим более крупный чип с сотнями контактов.

Внутри пластиковой упаковки находится кремниевый чип размером с ноготь с выгравированными на его поверхности транзисторами и другими компонентами. Крошечные провода соединяют чип с внешним миром. (лицензия CC, атрибуция на шареалке 3. пользователь википедии Zephyris)

В современных компьютерах используются крошечные электронные компоненты, которые можно выгравировать на поверхности кремниевого чипа. (См.: чип из Википедии) Обратите внимание, что кремний (микросхемы, солнечные панели) и силикон (мягкий резиновый материал) — это разные вещи!

Самым распространенным электронным компонентом является "транзистор", который работает как усилительный клапан для потока электронов. Транзистор является «твердотельным» устройством, то есть в нем нет движущихся частей. Это основной строительный блок, используемый для создания более сложных электронных компонентов. В частности, «бит» (ниже) можно построить с компоновкой из 5 транзисторов. Транзистор был изобретен в начале 1950-х годов, заменив вакуумную лампу. С тех пор транзисторы становились все меньше и меньше, что позволяло размещать все больше и больше их на кремниевом чипе.

Закон Мура

Транзисторы становятся в 2 раза меньше примерно каждые 2 года
– иногда указывается срок службы около 18 месяцев.
Может вместить в два раза больше транзисторов на чип
Из-за более совершенной технологии травления чипов
-Но современный завод по производству чипов стоит более 1 миллиарда долларов
Наблюдение против научного "закона"
2 эффекта:
а. чипы удваивают емкость каждые 2 года
-скорость не удваивается, емкость удваивается, что по-прежнему очень полезно
б. или при неизменной емкости чипы становятся меньше и дешевле каждые 2 года.
(б) вот почему компьютеры теперь используются в автомобилях, термостатах и поздравительных открытках.
Пример: емкость MP3-плеера 50 долларов США каждые 2 года: 2 ГБ, 4 ГБ, 8 ГБ, 16 ГБ.
Практическое правило: увеличение емкости в 8 раз каждые 6 лет.
В 8 раз за 6 лет емкость вашего телефона может увеличиться в 8 раз
Вероятно, закон Мура не будет действовать вечно

Закон Мура (Гордон Мур, соучредитель Intel) гласит, что плотность транзисторов на микросхеме удваивается примерно каждые 2 года (иногда указывается каждые 18 месяцев). Увеличение связано с улучшением технологии производства чипов. Это не научный закон, а просто общее предсказание, которое, кажется, продолжает работать. В более широком смысле он отражает идею о том, что на доллар компьютерные технологии (не только транзисторы) с течением времени становятся лучше в геометрической прогрессии. Это совершенно ясно, если вы посмотрите на стоимость или возможности компьютеров/камер и т. д., которые у вас есть. Закон Мура приводит к появлению более мощных компьютеров (сравните возможности iPhone 7 и оригинального iPhone), а также к более дешевым компьютерам (компьютеры с меньшими возможностями появляются повсюду, например, в термостатах и автомобилях).

Компьютеры в жизни: системы управления

Система управления: реагирует на внешнее состояние
напр. автомобильный двигатель: изменяйте топливную смесь в зависимости от температуры
напр. сработала подушка безопасности при больших перегрузках от столкновения
Чипы — отличный и дешевый способ создания систем управления.
Докомпьютерные системы управления работали не так хорошо
Одна из причин, почему сегодня автомобили работают намного лучше

Система управления / Демонстрация фонарика Мура

У фонарика Maglite XL200 есть фишка
Пример системы управления
Закон Мура делает возможным такое применение чипа
Фонарик преобразует угловое положение в яркость. (1 клик)
Также есть угол для режима скорости моргания. (2 клика)

Компьютерное оборудование — ЦП, ОЗУ и постоянное хранилище

Теперь давайте поговорим о трех основных компонентах, из которых состоит компьютер: ЦП, ОЗУ и постоянном хранилище. Эти три компонента есть на всех компьютерах: ноутбуках, смартфонах и планшетах.

1. ЦП

ЦП – центральный процессор
Действует как мозг: следует инструкциям в коде.
"общее" — изображения, работа в сети, математика... все на ЦП
Выполняет вычисления, например. добавить два числа
по сравнению с ОЗУ и постоянное хранилище, в которых только хранятся данные
"гигагерц" = 1 миллиард операций в секунду
ЦП с частотой 2 ГГц выполняет 2 миллиарда операций в секунду.

ЦП — центральный процессор — неизбежно называют "мозгом" компьютера. ЦП выполняет активный «запуск» кода, манипулируя данными, в то время как другие компоненты играют более пассивную роль, например, хранят данные. Когда мы говорим, что компьютер может «складывать два числа миллиард раз в секунду»… это процессор. Когда вы нажимаете кнопку «Выполнить», ЦП в конечном итоге «запускает» ваш код. Позже мы дополним картину того, как ваш код Javascript выполняется процессором.

Кроме того: "ядра" процессора

Современные чипы ЦП имеют несколько ядер.
Каждое ядро является полунезависимым процессором.
Ключ: 4 ядра не в 4 раза быстрее, чем 1 ядро.
т.е. 4 машины не доставят вас туда быстрее, чем 1 машина
Убывающая отдача
Более 4 ядер часто бесполезны

Примеры ЦП

напр. Кнопка "Выполнить" — "распечатать информацию", посчитать.
напр. Отправить текстовое сообщение — отформатировать байты, отправить байты, проверить, что они были отправлены

Вариант CPU: GPU — графический процессор

Подобен процессору, но предназначен для обработки изображений.
Компьютерные игры активно используют GPU
Современные ЦП в большинстве случаев достаточно быстры, больше энергии уходит на ГП.

2. ОЗУ

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство
Действует как доска.
Временное рабочее хранилище, байты
ОЗУ хранит как код, так и данные (временно)
напр. открыть изображение в Photoshop
- данные изображения загружаются в байты оперативной памяти
напр. добавление 2 к числу в калькуляторе
- управление байтами в оперативной памяти
"постоянная"
-ОЗУ не является постоянной. Состояние исчезает при выключении питания
-e.g. Вы работаете над документом, затем отключается электричество, и вы теряете свою работу (вместо "Сохранить")

ОЗУ — оперативное запоминающее устройство или просто «память». Оперативная память — это оперативная память, которую компьютер использует для хранения кода и данных, которые активно используются. ОЗУ фактически является областью хранения байтов под управлением ЦП. Оперативная память относительно быстра и способна извлекать значение любого конкретного байта за несколько наносекунд (1 наносекунда составляет 1 миллиардную долю секунды). Другая важная особенность ОЗУ заключается в том, что оно сохраняет свое состояние только до тех пор, пока на него подается питание — ОЗУ не является «постоянным» хранилищем.

Предположим, вы работаете на своем компьютере, и он внезапно теряет питание, и экран гаснет. Вы понимаете, что то, над чем вы работали, пропало. Оперативная память была очищена, осталось только то, что вы в последний раз сохранили на диск (ниже).

Примеры оперативной памяти

В вашем браузере открыто много вкладок
– данные для каждой вкладки находятся в оперативной памяти
Выполняется программа
- код программы находится в оперативной памяти
Программа манипулирует большим изображением
- данные изображения находятся в оперативной памяти
напр. у вас может закончиться оперативная память — вы не сможете открыть новую вкладку или программу, потому что вся оперативная память занята
Кроме того, теперь телефоны имеют от 2 до 4 ГБ ОЗУ . достаточно для большинства целей

3. Постоянное хранилище: жесткий диск, флэш-накопитель

Постоянное хранение байтов
"Постоянный" означает сохранение, даже если питание отключено.
напр. Жесткий диск — хранит байты в виде магнитного узора на вращающемся диске.
— он же «жесткий диск».
— Высокий звук вращения, который вы, возможно, слышали.
Жесткие диски долгое время были основной технологией постоянного хранения данных.
НО сейчас Flash становится все более популярным.

Видео о том, как работает жесткий диск (Webm — открытый стандартный видеоформат, работает в Firefox и Chrome). 4:30 в видео, чтобы увидеть чтение/запись битов.

Постоянное хранилище, новая технология: флэш-память

"Flash" – это транзисторная технология постоянного хранения данных.
"твердое состояние" – отсутствие движущихся частей. -aka "SSD": твердотельный накопитель
Флэш-память лучше жесткого диска во всех отношениях, но стоит дешевле: быстрее, надежнее, потребляет меньше энергии.
Флэш дороже в пересчете на байт.
Форматы: USB-ключ, SD-карта в камере, флэш-память, встроенная в телефон, планшет или компьютер.
Раньше флэш-память была очень дорогой, поэтому в большинстве компьютеров использовались жесткие диски.
Flash дешевеет (закон Мура)
Однако в пересчете на байт жесткие диски по-прежнему значительно дешевле.
Не путать с проприетарным мультимедийным форматом Adobe Flash.
Предупреждение: флэш-память не сохраняется вечно. Он может не хранить биты за последние 10 или 20 лет. Никто точно не знает

Постоянное хранилище — долговременное хранилище байтов в виде файлов и папок. Постоянный означает, что байты сохраняются даже при отключении питания. Ноутбук может использовать вращающийся жесткий диск (также известный как «жесткий диск») для постоянного хранения файлов. Или он может использовать «флэш-накопитель», также известный как твердотельный диск (SSD), для хранения байтов на флэш-чипах. Жесткий диск считывает и записывает магнитные узоры на вращающемся металлическом диске для хранения байтов, в то время как флэш-память является «твердотельной»: никаких движущихся частей, только кремниевые чипы с крошечными группами электронов для хранения байтов. В любом случае хранилище является постоянным, т. е. сохраняет свое состояние даже при отключении питания.

Флэш-накопитель работает быстрее и потребляет меньше энергии, чем жесткий диск. Однако в пересчете на байт флэш-память значительно дороже, чем хранилище на жестком диске. Flash дешевеет, поэтому может занять нишу за счет жестких дисков. Флэш-память намного медленнее, чем оперативная память, поэтому она не является хорошей заменой оперативной памяти. Обратите внимание, что Adobe Flash — это несвязанное понятие; это проприетарный медиаформат.

Флэш-память — это то, что лежит в основе USB-накопителей, SD-карт для использования в камерах или встроенной памяти в планшете или телефоне.

Файловая система

Как организованы байты в постоянном хранилище?
напр. Байты на флешке?
"Файловая система" – организация байтов постоянного хранилища, файлов и папок.
"Файл" — имя, дескриптор блока байтов.
напр. "flowers.jpg" означает 48 КБ данных изображения.

Жесткий диск или флэш-накопитель обеспечивает постоянное хранение в виде плоской области байтов без особой структуры. Обычно жесткий диск или флэш-диск отформатированы с использованием «файловой системы», которая организует байты в знакомый шаблон файлов и каталогов, где каждый файл и каталог имеют несколько полезное имя, например «resume.txt». Когда вы подключаете диск к компьютеру, компьютер представляет файловую систему диска пользователю, позволяя ему открывать файлы, перемещать файлы и т. д.

По сути, каждый файл в файловой системе относится к блоку байтов, поэтому имя «flowers.jpg» относится к блоку 48 КБ байтов, которые являются данными этого изображения. Фактически файловая система дает пользователю имя (и, возможно, значок) для блока байтов данных и позволяет пользователю выполнять операции с этими данными, например перемещать их, копировать или открывать с помощью программы. Файловая система также отслеживает информацию о байтах: их количество, время последнего изменения.

Microsoft использует проприетарную файловую систему NTFS, а Mac OS X имеет собственный эквивалент HFS+ от Apple.Многие устройства (камеры, MP3-плееры) используют на своих флеш-картах очень старую файловую систему Microsoft FAT32. FAT32 — старая и примитивная файловая система, но она хороша там, где важна широкая поддержка.

Примеры постоянного хранилища

Это легко понять, так как вы использовали файлы и файловые системы.
напр. 100 отдельных видеофайлов по 1 ГБ. Требуется 100 ГБ дискового пространства.

Изображения оборудования

Ниже представлены изображения недорогих компьютеров Shuttle с процессором 1,8 ГГц, 512 МБ ОЗУ и жестким диском на 160 ГБ. Примерно в 2008 году он стоил около 200 долларов США. Он сломался и стал классным примером.

Материнская плата
Металлический пакет ЦП, удерживаемый рычагом
Медный радиатор

Чип процессора в металлическом корпусе
Радиатор удален.
Низ упаковки... много соединений (маленькие провода)

Если перевернуть ЦП, видны маленькие позолоченные накладки в нижней части ЦП. Каждая контактная площадка соединена очень тонким проводом с точкой на кремниевом чипе.

Вот изображение другого чипа, но без верхней упаковки. Вы видите кремниевый чип размером с мизинец в центре с выгравированными на нем крошечными деталями транзистора. На краю чипа видны очень тонкие провода, соединяющие части чипа с внешними контактными площадками (лицензия CC, атрибуция 3. пользователь википедии Zephyris)

Карта оперативной памяти
Подключается к материнской плате
Карта на 512 МБ (4 чипа)

Оперативная память состоит из нескольких микросхем, объединенных в небольшую плату, известную как DIMM, которая вставляется в материнскую плату (модуль памяти с двумя встроенными разъемами). Здесь мы видим модуль RAM DIMM, извлеченный из разъема материнской платы. Это модуль DIMM емкостью 512 МБ, состоящий из 4 микросхем. Несколькими годами ранее этот модуль DIMM мог потребовать 8 микросхем для хранения 512 МБ. Закон Мура в действии.

Жесткий диск объемом 160 ГБ (постоянное хранилище)
т.е. постоянный
Подключается к материнской плате стандартным кабелем SATA.

Флэш-накопитель (другой тип постоянного хранилища)
т.е. постоянный
Содержит флэш-чип, твердотельный.
SD-карта, аналогичная идея

Здесь он разобран, показывая флэш-чип, который фактически хранит байты. Этот чип может хранить около 1 миллиарда бит... сколько это байтов? (A: 8 бит на байт, то есть около 125 МБ)

Вот "SD-карта", которая обеспечивает хранение в камере. Он очень похож на флешку, только другой формы.

Читайте также:

Единица	Эквивалент
1 килобайт (КБ)	1024 байта
1 мегабайт (МБ)
1 гигабайт (ГБ)	1 073 741 824 байта
1 терабайт (ТБ) )	1 099 511 627 776 байт
1 петабайт (ПБ)	1 125 899 906 842 624 байт