Это сверхбыстрая энергозависимая память, позволяющая процессору

Обновлено: 02.07.2024

План North American Electric Reliability Corporation по защите критически важной инфраструктуры (NERC CIP) представляет собой набор стандартов.

Структура управления рисками ISO 31000 – это международный стандарт, который предоставляет компаниям рекомендации и принципы для .

Чистый риск относится к рискам, которые находятся вне контроля человека и приводят к убыткам или их отсутствию без возможности получения финансовой выгоды.

Экранированная подсеть или брандмауэр с тройным подключением относится к сетевой архитектуре, в которой один брандмауэр используется с тремя сетями .

Метаморфное и полиморфное вредоносное ПО – это два типа вредоносных программ (вредоносных программ), код которых может изменяться по мере их распространения.

В контексте вычислений Windows и Microsoft Active Directory (AD) идентификатор безопасности (SID) — это уникальное значение, которое равно .

Медицинская транскрипция (МТ) – это ручная обработка голосовых сообщений, продиктованных врачами и другими медицинскими работниками.

Электронное отделение интенсивной терапии (eICU) — это форма или модель телемедицины, в которой используются самые современные технологии.

Защищенная медицинская информация (PHI), также называемая личной медицинской информацией, представляет собой демографическую информацию, медицинскую .

Снижение рисков – это стратегия подготовки к угрозам, с которыми сталкивается бизнес, и уменьшения их последствий.

Отказоустойчивая технология — это способность компьютерной системы, электронной системы или сети обеспечивать бесперебойное обслуживание.

Синхронная репликация — это процесс копирования данных по сети хранения, локальной или глобальной сети, поэтому .

Интерфейс управления облачными данными (CDMI) – это международный стандарт, определяющий функциональный интерфейс, используемый приложениями.

Износ флэш-памяти NAND — это пробой оксидного слоя внутри транзисторов с плавающим затвором флэш-памяти NAND.

Выносливость при записи — это количество циклов программирования/стирания (P/E), которое может быть применено к блоку флэш-памяти перед сохранением .

< /p>

Некоторые типы компьютерной памяти спроектированы так, чтобы быть очень быстрыми, а это означает, что центральный процессор (ЦП) может очень быстро получить доступ к хранящимся там данным. Другие типы спроектированы так, чтобы быть очень дешевыми, поэтому в них можно экономично хранить большие объемы данных.

Еще одна особенность компьютерной памяти заключается в том, что некоторые типы памяти являются энергонезависимыми, что означает, что они могут хранить данные в течение длительного времени даже при отсутствии питания. А некоторые типы являются изменчивыми, которые часто работают быстрее, но теряют все хранящиеся на них данные при отключении питания.

Компьютерная система создается с использованием комбинации этих типов компьютерной памяти, и точная конфигурация может быть оптимизирована для получения максимальной скорости обработки данных или минимальной стоимости, или некоторого компромисса между ними.

Оглавление

Какие существуют типы компьютерной памяти?

Несмотря на то, что в компьютере существует много типов памяти, основное различие между основной памятью, часто называемой системной памятью, и вторичной памятью, которую чаще называют хранилищем.

Ключевое различие между первичной и вторичной памятью заключается в скорости доступа.

Основная память включает в себя ПЗУ и ОЗУ и расположена рядом с ЦП на материнской плате компьютера, что позволяет ЦП действительно очень быстро считывать данные из основной памяти. Он используется для хранения данных, которые необходимы ЦП в ближайшее время, чтобы ему не приходилось ждать их доставки.

Вторичная память, напротив, обычно физически располагается в отдельном устройстве хранения, таком как жесткий диск или твердотельный накопитель (SSD), который подключается к компьютерной системе либо напрямую, либо по сети. Стоимость гигабайта вторичной памяти намного ниже, но скорость чтения и записи значительно ниже.

За несколько периодов развития компьютеров было развернуто множество типов компьютерной памяти, каждый из которых имел свои сильные и слабые стороны.

Основные типы памяти: RAM и ROM

Существует два основных типа основной памяти:

Давайте подробно рассмотрим оба типа памяти.

1) ОЗУ Память компьютера

Акроним RAM связан с тем, что к данным, хранящимся в оперативной памяти, можно обращаться, как следует из названия, в любом произвольном порядке. Или, другими словами, к любому случайному биту данных можно получить доступ так же быстро, как и к любому другому биту.

Самое важное, что нужно знать об ОЗУ, это то, что ОЗУ работает очень быстро, в нее можно записывать и читать, она энергозависима (поэтому все данные, хранящиеся в ОЗУ, теряются при отключении питания) и, наконец, , это очень дорого по сравнению со всеми типами вторичной памяти по стоимости за гигабайт. Именно из-за относительно высокой стоимости оперативной памяти по сравнению с дополнительными типами памяти большинство компьютерных систем используют как основную, так и дополнительную память.

Данные, необходимые для предстоящей обработки, перемещаются в ОЗУ, где к ним можно получить доступ и изменить их очень быстро, чтобы ЦП не оставался в ожидании. Когда данные больше не требуются, они перемещаются в более медленную, но более дешевую вторичную память, а освободившееся место в ОЗУ заполняется следующим блоком данных, который будет использоваться.

Типы оперативной памяти

DRAM: DRAM расшифровывается как Dynamic RAM и является наиболее распространенным типом RAM, используемым в компьютерах. Самый старый тип известен как DRAM с одинарной скоростью передачи данных (SDR), но новые компьютеры используют более быструю DRAM с двойной скоростью передачи данных (DDR). DDR поставляется в нескольких версиях, включая DDR2, DDR3 и DDR4, которые обеспечивают лучшую производительность и более энергоэффективны, чем DDR. Однако разные версии несовместимы, поэтому невозможно смешивать DDR2 с DDR3 DRAM в компьютерной системе. DRAM состоит из транзистора и конденсатора в каждой ячейке.

SRAM: SRAM означает статическое ОЗУ. Это особый тип ОЗУ, который работает быстрее, чем DRAM, но дороже и объемнее, поскольку в каждой ячейке имеется шесть транзисторов. По этим причинам SRAM обычно используется только в качестве кэша данных внутри самого ЦП или в качестве ОЗУ в серверных системах очень высокого класса. Небольшой кэш SRAM для наиболее необходимых данных может привести к значительному повышению скорости работы системы.

Ключевое различие между DRAM и SRAM заключается в том, что SRAM быстрее, чем DRAM, возможно, в два-три раза быстрее, но дороже и громоздче. SRAM обычно доступен в мегабайтах, а DRAM приобретается в гигабайтах.

DRAM потребляет больше энергии, чем SRAM, поскольку ее необходимо постоянно обновлять для поддержания целостности данных, тогда как SRAM, хотя и энергозависимая, не требует постоянного обновления при включении.

2) ROM Память компьютера

ROM означает постоянную память, и это название связано с тем фактом, что, хотя данные могут быть прочитаны из компьютерной памяти этого типа, данные обычно не могут быть записаны в нее. Это очень быстрый тип компьютерной памяти, который обычно устанавливается рядом с процессором на материнской плате.

ПЗУ — это тип энергонезависимой памяти, что означает, что данные, хранящиеся в ПЗУ, сохраняются в памяти, даже когда на нее не подается питание, например, когда компьютер выключен. В этом смысле она похожа на вторичную память, которая используется для долговременного хранения.

Когда компьютер включен, ЦП может начать считывать информацию, хранящуюся в ПЗУ, без необходимости в драйверах или другом сложном программном обеспечении, помогающем ему взаимодействовать. ПЗУ обычно содержит «загрузочный код», который представляет собой базовый набор инструкций, которые компьютер должен выполнить, чтобы узнать об операционной системе, хранящейся во вторичной памяти, и загрузить части операционной системы в первичную память, чтобы он мог запуститься. и будьте готовы к использованию.

ПЗУ также используется в более простых электронных устройствах для хранения прошивки, которая запускается сразу после включения устройства.

Типы ПЗУ

ПЗУ доступно в нескольких различных типах, включая PROM, EPROM и EEPROM.

PROM PROM расшифровывается как Programmable Read-Only Memory и отличается от настоящего ROM тем, что в то время как ROM программируется (т.е. в него записываются данные) в процессе производства, PROM изготавливается в пустом состоянии, а затем запрограммированы позже с помощью программатора PROM или записи.

EPROM EPROM расшифровывается как Erasable Programmable Read-Only Memory, и, как следует из названия, данные, хранящиеся в EPROM, можно стереть, а EPROM перепрограммировать. Для стирания EPROM необходимо извлечь его из компьютера и подвергнуть воздействию ультрафиолетового света перед повторной записью.

EEPROM EEPROM расшифровывается как электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство, и различие между EPROM и EEPROM заключается в том, что последнее может быть стерто и записано компьютерной системой, в которой оно установлено. В этом смысле EEPROM строго не читается. Только. Однако во многих случаях процесс записи идет медленно, поэтому обычно это делается только для периодического обновления программного кода, такого как микропрограмма или код BIOS.

Как ни странно, флэш-память NAND (например, в USB-накопителях и твердотельных накопителях) является типом EEPROM, но флэш-память NAND считается вторичной памятью.

Вторичные типы памяти

Вторичная память включает множество различных носителей данных, которые можно напрямую подключить к компьютерной системе. К ним относятся:

Вторичная память также включает:

включая флэш-массивы 3D NAND, подключенные к сети хранения данных (SAN)

Устройства хранения, которые могут быть подключены через обычную сеть (известную как сетевое хранилище или NAS).

Возможно, облачное хранилище также можно назвать вторичной памятью.

Различия между ОЗУ и ПЗУ

ПЗУ:

Энергонезависимая

Быстро читать

Обычно используется в небольших количествах.

Невозможно быстро записать

Используется для хранения инструкций по загрузке или прошивки.

Относительно высокая стоимость хранения одного мегабайта по сравнению с оперативной памятью.

ОЗУ:

Нестабильный

Быстро читать и писать

Используется в качестве системной памяти для хранения данных (включая программный код), которые ЦП должен немедленно обработать

Относительно дешевое значение в пересчете на мегабайт по сравнению с ПЗУ, но относительно дорогое по сравнению со вторичной памятью.

Какая технология находится между первичной и вторичной памятью?

За последний год или около того был разработан новый носитель памяти под названием 3D XPoint, характеристики которого находятся между первичной и вторичной памятью.

3D XPoint дороже, но быстрее, чем дополнительная память, и дешевле, но медленнее, чем оперативная память. Это также тип энергонезависимой памяти.

Эти характеристики означают, что ее можно использовать в качестве альтернативы ОЗУ в системах, которым требуется огромный объем системной памяти, создание которой с использованием ОЗУ было бы слишком дорого (например, в системах с базами данных в оперативной памяти). Компромисс заключается в том, что такие системы не получают полного прироста производительности за счет использования оперативной памяти.

Поскольку 3D XPoint является энергонезависимым, системы, использующие 3D XPoint в качестве системной памяти, могут быть запущены и снова запущены после сбоя питания или другого прерывания очень быстро, без необходимости считывания всех данных обратно в системную память из вторичная память.

Ристо Авила, технический директор компании Qt. Risto специализируется на разработке встраиваемого программного обеспечения и системной интеграции.

Выбор памяти для встраиваемой системы – одно из самых важных решений, которое вам предстоит принять. У меня многолетний опыт работы со встроенной памятью, и я собрал подробную информацию, а также советы экспертов по выбору правильного варианта для вашей системы.

В этой статье:

Что такое встроенная память?

Встроенная память — это память, которую процессор встроенного устройства использует для выполнения своих функций и обеспечения работы устройства. Память может храниться в системе на кристалле встроенного устройства или может быть отдельной.

Энергонезависимая и энергонезависимая память

Энергозависимая память может хранить хранимую информацию только до тех пор, пока она поддерживает питание. Энергонезависимая память сохраняет сохраненную информацию даже при отключении питания.

При отключении питания данные в энергозависимой памяти теряются. Оперативная память (ОЗУ) — это разновидность энергозависимой памяти.

Инженеры используют энергонезависимую память во встроенных системах для хранения кода и других данных, которые всегда нужны устройству, в том числе после перезапуска системы. Например, в энергонезависимой памяти часто хранятся параметры конфигурации системы.

Основная и дополнительная память в компьютерах

Основная память — это основная внутренняя память компьютерной системы. Центральный процессор системы (ЦП) напрямую обращается к основной памяти. Вторичная память часто находится на внешнем запоминающем устройстве. ЦП не имеет прямого доступа к вторичной памяти.

ЦП может быстро получить доступ к основной памяти, но основная память обычно является энергозависимой памятью. Это означает, что устройство теряет эти данные при отключении питания. Вторичная память является энергонезависимой, что означает, что она сохраняет свои данные даже после отключения питания. По сравнению с первичной памятью вторичная память работает относительно медленно. (Прочитайте наше руководство, чтобы узнать больше о том, как выбрать лучший ЦП для вашей встраиваемой системы.)

Многие встроенные системы и блоки микроконтроллеров, которые инженеры сегодня используют во встроенных системах, имеют всю свою память, непосредственно адресуемую главным процессором.

Основная память во встроенных системах

Основная память во встроенных системах обычно относится к типу оперативной памяти. Наиболее распространенными типами ОЗУ являются динамическая оперативная память (DRAM) и статическая оперативная память (SRAM).

Различия между SRAM и DRAM

Как SRAM, так и DRAM являются энергозависимой памятью. Но между ними есть ключевые различия, особенно в скорости и стоимости.

SRAM: SRAM обеспечивает чрезвычайно быстрое время доступа к процессору, примерно в четыре раза быстрее, чем DRAM. Память также сохраняет свои данные, пока на нее подается электроэнергия. Он потребляет меньше энергии, но стоит дороже, чем DRAM. Как правило, инженеры используют SRAM в устройствах, где скорость доступа имеет решающее значение.SRAM часто встраивается в систему на микросхеме или микросхеме микроконтроллера.
DRAM: DRAM медленнее, чем SRAM, и дешевле. Он сохраняет данные в течение короткого времени — обычно от нескольких миллисекунд до нескольких секунд — даже при постоянной мощности. Инженеры делают DRAM более похожей на SRAM, используя контроллер DRAM. Контроллер DRAM постоянно обновляет данные, хранящиеся в DRAM, поэтому данные не теряются. Более низкая стоимость DRAM по сравнению со SRAM означает, что инженеры используют больше DRAM, когда их устройствам требуется большой объем памяти.
SDRAM. Синхронная динамическая оперативная память, или SDRAM, является наиболее часто используемым типом DRAM. Это DRAM, которая синхронизируется с часами микропроцессора, прежде чем он ответит. Обычно это означает, что процессор может выполнять больше инструкций за заданный период времени.

SRAM и DRAM во встроенных системах

Многие встроенные системы используют оба типа ОЗУ. Они часто могут использовать небольшой блок более дорогой, но более быстрой SRAM на критических путях и больший блок DRAM для других функций. Во многих системах менее 10 % от общего объема ОЗУ занимают SRAM.

Память для встроенных систем: SRAM против DRAM

Какова роль ОЗУ и ПЗУ во встроенной системе?

Инженеры используют оперативную память во встроенных системах для запуска программ и хранения данных. Инженеры используют постоянную память или ПЗУ для хранения постоянных данных.

Типы памяти во встроенных системах

Типы памяти во встроенных системах обычно делятся на две категории: энергозависимая и энергонезависимая. В эти категории входят различные типы памяти RAM и ROM. Вот подробная информация о различных типах памяти в этих категориях.

ОЗУ
Вот какие типы ОЗУ могут использовать встроенные системы:

ROM
Эти типы энергонезависимой памяти, которые могут использовать встроенные системы:

"Их можно использовать для хранения серийных номеров, настроек радио или некоторых других данных, которые не должны изменяться пользователем", — делится Аарнипуро.

Другие варианты памяти с функциями как энергозависимой, так и энергонезависимой

У некоторых энергонезависимых запоминающих устройств есть некоторые ключевые особенности энергозависимых запоминающих устройств. Вы можете программировать и перепрограммировать их, но они также могут сохранять свое содержимое без электричества.

Инженеры часто используют EEPROM в прошивке продукта или для хранения прошивки при разработке продукта. Это может быть полезно для продуктов, которым может потребоваться обновить микропрограмму даже после того, как покупатель их приобретет.

"Это до сих пор широко используется", — утверждает Аарнипуро из Qt. «EEPROM имеет ограниченное количество циклов записи-стирания — обычно около 10 000».

Как и EEPROM, его можно перепрограммировать электрически. Но вы стираете и перепрограммируете флэш-память по одному сектору за раз, а не побайтно в EEPROM.

Флэш-память NAND. Инженеры чаще всего используют эту флэш-память. Он небольшой и часто используется в USB-накопителях и твердотельных накопителях (SSD).

Флэш-память NOR: быстрее, чем NAND, флэш-память NOR дороже и не так долговечна, как NAND. Инженеры часто используют флэш-память NOR для кода Execute-In-Place (XIP).

NVRAM, или энергонезависимая оперативная память. Этот тип ОЗУ не теряет данные при отключении питания, но может хранить их постоянно. Это дорого, но быстро. Инженеры используют это, когда время запуска имеет решающее значение.

Ферроэлектрическая оперативная память (FRAM): еще один тип ОЗУ, который не теряет данные при отключении питания, работает быстрее, предлагает гораздо больше циклов записи и потребляет меньше энергии. Инженеры иногда используют его вместо EEPROM или флэш-памяти.

Другие типы внешней памяти

Инженеры также могут использовать эти параметры внешней памяти во встроенной системе:

SSD: производители часто используют их во встроенных системах. Инженеры создали устройство с использованием флэш-памяти.
Защищенная цифровая карта (SD-карта): энергонезависимая память, которую обычно используют портативные устройства.

Иерархия встроенной памяти

Как выбрать правильную конфигурацию встроенной памяти для вашего проекта

Вы должны учитывать цену, задержку, емкость и другие факторы при выборе правильной памяти или комбинации памяти для встроенной системы. Вот несколько основных факторов, которые следует учитывать:

Скорость. Некоторые встроенные системы и устройства должны запускаться быстро или иметь другие функции, которые должны выполняться быстро. Убедитесь, что память, которую вы выбираете для этих операций, достаточно быстра. Разные типы памяти имеют разную скорость. SRAM, например, намного быстрее, чем DRAM.
Размер хранилища данных. Объем встроенных систем часто ограничен для хранения данных. Различные варианты памяти предлагают разные способы хранения, обслуживания и доступа к данным. Некоторые также предлагают способы предоставления дополнительной памяти с помощью внешних устройств.
Задержка. Выбранная вами память или комбинация памяти повлияют на встроенную систему.
Потребляемая мощность. Во встроенных системах и устройствах мощность часто ограничена. Вам нужно выбрать параметры, которые позволят устройству работать хорошо, но при этом потреблять ограниченное количество энергии.

«Простота разработки и отладки должна приниматься во внимание, когда важно вовремя вывести продукт на рынок. Об этом обычно забывают или игнорируют, что несколько огорчает разработчиков, работающих над продуктом», — добавляет он.

Выбор памяти: важное решение во встроенных системах

Память и комбинация памяти, которую вы выберете для своей встраиваемой системы, будут одним из самых важных решений, которые вы примете для системы. Память, вероятно, будет вторым самым дорогим компонентом после процессора. Вы захотите провести всестороннее тестирование, чтобы понять, какие типы памяти потребуются вашей встроенной системе для оптимальной работы. При принятии таких решений помогает наличие процесса проектирования и разработки программного обеспечения.

Qt может помочь с выбором памяти и всем остальным для создания встроенной системы

Выбор подходящей памяти для встраиваемой системы — это лишь одно из многих решений, которые вам предстоит принять. Qt и его инструменты могут помочь вам, когда вы принимаете важные решения для своей системы. Новые программные фреймворки, как правило, потребляют больше памяти, чем старые, поэтому также неплохо оценить используемый фреймворк и то, как он разрабатывается. Загрузите наше Руководство по планированию и требованиям к встраиваемым продуктам, которое поможет вам понять, как подойти к созданию встроенного устройства.

Часто задаваемые вопросы о встроенной памяти

Ниже мы рассмотрим несколько наиболее часто задаваемых вопросов, касающихся выбора памяти для встраиваемой системы.

Что такое карта памяти и почему она важна во встроенных системах?

Карта памяти – это виртуальная база данных, в которой подробно описывается структура памяти во встроенной системе. Карта памяти сообщает операционной системе встроенного устройства, сколько памяти доступно и как получить доступ к необходимой памяти из соответствующих мест. Прочтите наше руководство, чтобы узнать, как выбрать лучшую операционную систему для встроенного устройства.

Что такое встроенная флэш-память?

Встроенная флэш-память – это технология флэш-памяти, которая используется во многих портативных устройствах бытовой электроники и других устройствах в качестве памяти. Иногда производители устанавливают в устройство несъемную флэш-память. Вы также можете использовать съемные карты памяти, чтобы добавить больше флэш-памяти.

Флэш-память – это самая дешевая энергонезависимая память, которая очень распространена. Производители мобильных потребительских устройств широко используют его. Многие отрасли также используют его для встраиваемых систем и устройств.

Что такое встроенная SRAM?

Встроенная SRAM — это статическая оперативная память (SRAM), которую встроенная система использует для своих потребностей в памяти. SRAM — одна из самых быстрых доступных памяти, но она также дорогая. Разработчики встраиваемых систем используют его для важных функций, которым требуется быстрая и надежная память.

Какая память работает быстрее во встроенных системах?

SRAM, вероятно, является самой быстрой памятью во встроенных системах, но она также и дорогая. SRAM — это энергозависимая память. Среди энергонезависимой памяти NVRAM и PCM также относительно быстры.

Поделитесь с друзьями

Руководство по планированию и требованиям к встроенному продукту

В этом руководстве по планированию IoT и встроенных продуктов мы рассмотрим наиболее важные критерии, которые следует учитывать в самом начале, сравним список наиболее часто используемых технологий и ранжируем их по категориям, которые легко сравнивать.

Приготовьтесь к путешествию в прошлое, чтобы взглянуть на первые дни памяти и хранения и узнать, как мы пришли к тому, что мы имеем сегодня.

Опубликовано: 16 сентября 2020 г. | Дэвид Бот

Дополнительные ресурсы по Linux

В первых двух статьях этой серии я рассматривал Историю компьютеров и современные компьютеры для системных администраторов и Центральный процессор (ЦП): его компоненты и функциональные возможности. Я обсуждал память и хранилище в обеих статьях, но только как дополнение к пониманию того, как работает ЦП. В этой статье я углублюсь в различные типы памяти и хранилища. Я также исследую, почему у нас есть разные типы памяти, такие как ОЗУ, кэш-память и жесткие диски (включая твердотельные устройства (SSD)).

Термины память и хранилище часто используются в технологической отрасли как синонимы, и определения обоих терминов в Free Dictionary of Computing (FOLDOC) подтверждают это. Оба могут применяться к любому типу устройств, в которых данные могут храниться и впоследствии извлекаться.

Идеальный компьютер должен иметь только один тип памяти. Это было бы и быстро, и недорого, и обеспечивало бы произвольный доступ к любому местоположению для чтения и записи. Произвольный доступ гораздо более гибкий, чем последовательный доступ, и обеспечивает более быстрый путь к определенным ячейкам памяти. Доступ к каждому местоположению осуществляется так же быстро, как и к любому другому.

Волатильность в сравнении со стоимостью и скоростью

Несмотря на то, что устройства хранения данных имеют хорошо известные атрибуты, такие как емкость, которые влияют на то, как конкретный компонент используется в компьютере, наиболее важными отличительными характеристиками являются скорость и изменчивость.

Энергозависимая память сохраняет хранящиеся в ней данные только до тех пор, пока подается питание. Оперативная память — RAM — бывает разных скоростей и размеров. Он состоит из транзисторных ячеек памяти и всегда энергозависим. Он сохраняет данные, хранящиеся в нем, только до тех пор, пока подается питание. Энергонезависимая память может быть довольно быстрой.

Энергонезависимая память сохраняет сохраненные данные даже при отключении питания. Дисководы изготовлены из дисков, покрытых магнитным материалом. Данные записываются с использованием магнитных полей, а полученные магнитные данные сохраняются в виде микроскопических магнитных битов на круглых полосах на диске. Диски и другие магнитные носители энергонезависимы и сохраняют данные даже при отключении питания. Энергонезависимая память работает значительно медленнее, чем энергозависимая память.

Как мы видели в предыдущих статьях этой серии, ЦП выполняет свою задачу быстрее, чем большая часть оперативной памяти. Это приводит к использованию предиктивного анализа для перемещения данных через несколько уровней все более быстрой кэш-памяти, чтобы гарантировать, что необходимые данные будут доступны для ЦП, когда это необходимо.

Все это хорошо, но более быстрая память всегда была дороже, чем более медленная. Энергонезависимая память также дороже, чем энергонезависимая. Пока.

Раннее хранение

Одним из первых устройств энергонезависимой памяти была бумажная лента с пробитыми в ней отверстиями и телетайп со считывателем бумажной ленты. Преимущество этого метода заключалось в том, что он был относительно недорогим, но он был медленным и ненадежным. Бумажные ленты могли быть повреждены, поэтому были программы для дублирования бумажных лент и наборы для исправления. Обычно программы хранились на ленте, а данные вводились с консоли или с другой ленты. Вывод можно было распечатать на консоли или записать на другую ленту.

Перфокарты были еще одним ранним устройством для хранения данных. Поскольку каждая карта представляет собой запись, большая часть обработки, например извлечение нужных данных из большего набора, может выполняться в автономном режиме на таких устройствах, как сортировщики и подборщики. Перфокарты были более универсальным вариантом бумажной ленты.

Энергозависимое хранилище было грубым и состояло из блоков электромеханических реле. Такая память была очень медленной и дорогой. Еще одним ранним энергозависимым носителем данных, более подходящим для основного хранилища, была электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Каждый ЭЛТ может хранить 256 бит данных по цене около 1 доллара США за бит. Да – побитно.

Некоторое время использовалась память звуковой линии задержки. Один из типов перфораторов, который я обслуживал, когда работал в IBM, использовал этот тип памяти. Он был очень ограничен по емкости и скорости и обеспечивал только последовательный доступ, а не случайный. Тем не менее, он хорошо работал по назначению.

Хранилища на магнитных дисках и магнитных лентах быстро развивались в 1950-х годах, и IBM представила RAMAC, первый коммерческий жесткий диск в 1956 году. В этом энергонезависимом устройстве хранения использовалось 50 магнитных дисков на одном вращающемся шпинделе для хранения около 3,75 МБ. да, мегабайты — данных. При аренде в размере 750 долларов США в месяц стоимость этого хранилища составляла около 0,47 долларов США за байт в месяц.

Магнитные диски — это то, что я называю полуслучайным доступом. Данные записываются тысячами концентрических кольцевых дорожек на диске, и каждая дорожка содержит много секторов данных.Для доступа к данным в определенном секторе и дорожке головки чтения/записи должны сначала найти правильную дорожку, а затем дождаться, пока диск повернется так, чтобы нужный сектор данных попал под головку. Какими бы быстрыми ни казались современные жесткие диски, они все же довольно медленны по сравнению с твердотельной оперативной памятью.

Память на магнитных сердечниках широко использовалась в 1950-х и 60-х годах и предлагала произвольный доступ. Его недостатки заключались в том, что он был дорогим и медленным. Стоимость памяти на магнитных сердечниках начиналась с 1 доллара США за бит, но упала примерно до 0,01 доллара США за бит, когда производство пластин сердечника было перенесено в Азию.

Когда в 1950-х годах были изобретены транзисторы, компьютерная память и другие компоненты были перенесены на новые полупроводниковые запоминающие устройства, которые также называются твердотельными. Память этого типа энергозависима, и данные теряются при отключении питания.

К 1970 году оперативная память была сжата до интегральных схем (ИС). Поскольку микросхемы упаковывали больше памяти в меньшие пространства, они также становились быстрее. Первоначальная стоимость памяти IC составляла около 0,01 доллара США за бит или восемь центов за байт.

Первый твердотельный накопитель (SSD) был продемонстрирован в 1991 году. Технология SSD использует флэш-память для хранения данных на энергонезависимом полупроводниковом запоминающем устройстве. Эта технология по-прежнему используется сегодня в картах памяти SD и флэш-накопителях. Устройства SSD намного быстрее, чем жесткие диски с вращающимся диском, но все же значительно медленнее, чем оперативная память, используемая для основного хранилища.

Сегодня

Современные жесткие диски могут содержать несколько терабайт данных на магнитном энергонезависимом носителе записи. Типичный жесткий диск емкостью 4 ТБ можно купить примерно за 95 долларов, поэтому стоимость составляет около 0,0000000023 доллара за байт. Современной оперативной памяти может быть огромное количество, и она очень быстрая. Оперативная память может стоить всего 89 долларов за 16 ГБ, что составляет около 0,00000055625 долларов за байт. При таком раскладе 4 ТБ ОЗУ стоят около 22 250 долларов США, поэтому хранилище в ОЗУ по-прежнему примерно в 250 раз дороже, чем хранилище на жестком диске.

Хотя это и не является основной темой этой статьи, у нас также есть так называемые автономные хранилища, такие как устройства CD/DVD-ROM/RW, и съемные носители, такие как внешние жесткие диски и ленточные накопители.

Разные типы хранилищ работают вместе

У нас есть диски, на которых хранятся несколько терабайт данных на энергонезависимом носителе. Они медленнее любого типа полупроводниковой памяти и не обеспечивают настоящего произвольного доступа, поэтому они не подходят для использования в качестве основной памяти, к которой ЦП имеет прямой доступ. У нас также есть быстрая оперативная память, которая значительно дороже, чем хранилище на жестком диске, но она быстрая, и ЦП может иметь к ней прямой доступ. Флэш-накопители, CD/DVD и другие типы хранилищ используются для хранения данных и программ, когда они нужны нечасто или, возможно, только при установке приложения.

Поэтому наши компьютеры используют комбинацию типов хранилищ. У нас есть онлайн-хранилище с гигабайтами оперативной памяти для хранения программ и данных, пока они обрабатываются процессором. У нас есть устройства HDD или SSD, которые предоставляют терабайты места на жестком диске для долгосрочного хранения данных, к которым можно получить доступ в любой момент. На рис. 1 показано, как все это работает вместе.

Рис. 1. Комбинация различных типов хранилищ позволяет сбалансировать скорость, емкость и стоимость.

Ближайшие к ЦП данные хранятся в кэш-памяти, которая является самой быстрой оперативной памятью в системе. Это также самая дорогая память. Основное хранилище также является ОЗУ, но не таким быстрым и дорогостоящим, как кеш. Когда процессору нужны данные — будь то программный код или данные, используемые программой, — они по возможности предоставляются кэшем. Если данные еще не находятся в кэше, модуль управления памятью ЦП находит их в ОЗУ. Он перемещает их в кеш, из которого их можно передать ЦП в виде инструкций или данных.

Программный код и данные, используемые программами, хранятся в онлайн-хранилище, например на жестком диске (HDD) или твердотельном накопителе (SDD), до тех пор, пока они не потребуются. Затем они загружаются в ОЗУ, чтобы ЦП мог получить к ним доступ.

Архивное хранилище в основном используется для долгосрочных целей, таких как резервное копирование и другое обслуживание данных. Носителем данных обычно являются ленты большой емкости, которые относительно недороги, но при этом являются самыми медленными для доступа к данным, хранящимся на них. Однако для архивного хранения можно также использовать флэш-накопители USB и внешние накопители. Резервные копии и архивные данные, как правило, хранятся за пределами офиса в безопасных, географически разделенных хранилищах, поэтому их извлечение при необходимости занимает много времени.

Данные из архивного и автономного хранилища можно копировать на онлайн-хранилище или непосредственно в основное хранилище. Отличным примером последнего являются флеш-накопители Fedora live USB.Система загружается непосредственно на эти флэш-накопители, поскольку они монтируются и используются точно так же, как и традиционные хранилища на жестких дисках.

Конвергенция

Картина хранения данных, которую я описал до сих пор, менялась с начала компьютерной эры. Новые устройства постоянно разрабатываются, и многие из тех, что можно найти в исторических хронологиях Музея истории компьютеров, отошли на второй план. Вы когда-нибудь слышали о пузырьковой памяти?

По мере развития устройств хранения меняется и способ их использования. Мы видим зачатки нового подхода к хранению данных, которым руководят телефоны, часы, планшеты и одноплатные компьютеры (SBC), такие как Arduino и Raspberry Pi. Ни одно из этих устройств не использует жесткие диски для хранения. Они используют как минимум две формы ОЗУ: одну, например карту micro-SD, для онлайн-хранилища, а другую — более быструю ОЗУ для основной памяти.

Я полностью ожидаю, что стоимость и скорость этих двух типов ОЗУ сойдутся, так что все хранилища ОЗУ будут одинаковыми: быстрыми, недорогими и энергонезависимыми. Твердотельные устройства хранения данных с такими характеристиками в конечном итоге заменят текущую реализацию раздельного основного и дополнительного хранилища.

[ Хотите проверить свои навыки системного администратора? Пройдите оценку навыков сегодня. ]

Читайте также: