Computer-Datenspeicher - Wikipedia

"Speichergerät" leitet hier weiter. Für Tricks, die zur Unterstützung des menschlichen Gedächtnisses verwendet werden, siehe Mnemonic.

15 GiB PATA-Festplattenlaufwerk (HDD) von 1999; Wenn er an einen Computer angeschlossen ist, dient er als sekundärer -Speicher .

Eine 160-GB-SDLT-Bandkassette ist ein Beispiel für den Offline- -Speicher. Bei Verwendung in einer Roboterbandbibliothek wird es stattdessen als tertiärer Speicher klassifiziert.

Computerdatenspeicher häufig als Speicher oder Speicher bezeichnet. ist eine Technologie, die aus Computerkomponenten und Aufzeichnungsmedien besteht, die zur Speicherung digitaler Daten verwendet werden. Es ist eine Kernfunktion und grundlegende Komponente von Computern. ^{[1]: 15–16}

Die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) eines Computers manipuliert Daten durch Berechnungen. In der Praxis verwenden fast alle Computer eine Speicherhierarchie, ^{[1]: 468–473} die schnelle, aber teure und kleine Speicheroptionen in der Nähe der CPU und langsamere, aber größere und billigere Optionen weiter entfernt. Im Allgemeinen werden die schnellflüchtigen Technologien (die bei Stromausfall Daten verlieren) als "Speicher" bezeichnet, während langsamere persistente Technologien als "Speicher" bezeichnet werden.

In der Von-Neumann-Architektur besteht die CPU aus zwei Hauptteilen: der Steuereinheit und der Arithmetik-Logik-Einheit (ALU). Ersteres steuert den Datenfluß zwischen der CPU und dem Speicher, während letzteres arithmetische und logische Operationen mit Daten durchführt.

Funktionalität [ edit ]

Ohne einen beträchtlichen Speicherplatz wäre ein Computer lediglich in der Lage, festgelegte Operationen auszuführen und das Ergebnis sofort auszugeben. Es müsste umkonfiguriert werden, um sein Verhalten zu ändern. Dies ist für Geräte wie Tischrechner, digitale Signalprozessoren und andere spezialisierte Geräte akzeptabel. Von Neumann-Maschinen unterscheiden sich darin, dass sie über einen Speicher verfügen, in dem sie ihre Bedienungsanleitungen und Daten speichern. ^{[1]: 20} Solche Computer sind vielseitiger, da sie nicht die Hardware für jedes neue Programm neu konfigurieren müssen. kann aber einfach mit neuen In-Memory-Anweisungen neu programmiert werden; Sie neigen auch dazu, einfacher zu entwerfen, da ein relativ einfacher Prozessor den Zustand zwischen aufeinanderfolgenden Berechnungen beibehalten kann, um komplexe Verfahrensergebnisse aufzubauen. Die meisten modernen Computer sind von Neumann-Maschinen.

Datenorganisation und -repräsentation [ edit ]

Ein moderner digitaler Computer repräsentiert Daten unter Verwendung des binären Zahlensystems. Text, Zahlen, Bilder, Audiodateien und fast jede andere Form von Informationen können in eine Bitfolge oder Binärziffern umgewandelt werden, von denen jede den Wert 1 oder 0 hat. Die häufigste Speichereinheit ist das Byte gleich bis 8 Bit. Eine Information kann von jedem Computer oder Gerät gehandhabt werden, dessen Speicherplatz groß genug ist, um die binäre Darstellung der Information oder einfach Daten aufzunehmen. Zum Beispiel können die gesamten Werke von Shakespeare, die ungefähr 1250 Seiten gedruckt sind, in etwa fünf Megabytes (40 Millionen Bits) mit einem Byte pro Zeichen gespeichert werden.

Daten werden codiert, indem jedem Zeichen, jeder Ziffer oder jedem Multimediaobjekt ein Bitmuster zugewiesen wird. Es gibt viele Standards für die Kodierung (z. B. Zeichenkodierungen wie ASCII, Bildkodierungen wie JPEG, Videokodierungen wie MPEG-4).

Durch das Hinzufügen von Bits zu jeder codierten Einheit kann der Computer durch die Redundanz Fehler in codierten Daten sowohl erkennen als auch basierend auf mathematischen Algorithmen korrigieren. Fehler treten im Allgemeinen bei niedrigen Wahrscheinlichkeiten auf, die durch zufälliges Umkehren des Bitwerts oder "physische Bitermüdung", Verlust des physischen Bits bei der Speicherung seiner Fähigkeit, einen unterscheidbaren Wert (0 oder 1) aufrechtzuerhalten, oder aufgrund von Fehlern im Computerkommunikation. Ein zufälliges Bit-Flip (z. B. aufgrund einer zufälligen Strahlung) wird typischerweise bei der Erfassung korrigiert. Ein Bit oder eine Gruppe fehlerhafter physischer Bits (nicht immer ist das bestimmte defekte Bit bekannt; die Definition der Gruppe hängt vom jeweiligen Speichergerät ab) wird normalerweise automatisch abgeschirmt, vom Gerät außer Betrieb genommen und durch eine andere funktionierende äquivalente Gruppe ersetzt im Gerät, wo die korrigierten Bitwerte wiederhergestellt werden (wenn möglich). Das CRC-Verfahren (Cyclic Redundancy Check) wird typischerweise in der Kommunikation und beim Speichern zur Fehlererkennung verwendet. Ein erkannter Fehler wird dann erneut versucht.

Datenkomprimierungsmethoden ermöglichen in vielen Fällen (z. B. bei einer Datenbank) die Darstellung einer Bitfolge durch eine kürzere Bitfolge ("Komprimieren") und rekonstruieren die ursprüngliche Zeichenfolge ("Dekomprimieren") bei Bedarf. Dies erfordert wesentlich weniger Speicher (mehrere zehn Prozent) für viele Datentypen, jedoch mit mehr Rechenaufwand (bei Bedarf komprimieren und dekomprimieren). Eine Analyse des Kompromisses zwischen Speicherkosteneinsparungen und den Kosten entsprechender Berechnungen und möglichen Verzögerungen bei der Datenverfügbarkeit wird durchgeführt, bevor entschieden wird, ob bestimmte Daten komprimiert bleiben oder nicht.

Aus Sicherheitsgründen können bestimmte Datentypen (z. B. Kreditkarteninformationen) im Speicher verschlüsselt gehalten werden, um die Möglichkeit einer Rekonstruktion nicht autorisierter Informationen aus Abschnitten von Speicher-Momentaufnahmen zu verhindern.

Speicherhierarchie [ edit ]

Im Allgemeinen gilt: Je niedriger ein Speicher in der Hierarchie ist, desto geringer ist seine Bandbreite und desto größer ist seine Zugriffslatenz von der CPU. Diese traditionelle Aufteilung des Speichers in primären, sekundären, tertiären und Offline-Speicher wird auch von den Kosten pro Bit bestimmt.

In der heutigen Zeit ist "Speicher" üblicherweise ein Lese- / Schreib-Direktzugriffsspeicher mit Halbleiterspeicher, typischerweise DRAM (dynamischer RAM) oder andere Formen eines schnellen, aber temporären Speichers. "Speicher" besteht aus Speichergeräten und deren Datenträgern, auf die die CPU nicht direkt zugreifen kann (sekundärer oder tertiärer Speicher), normalerweise Festplattenlaufwerke, optische Laufwerke und andere Geräte, die langsamer als der RAM sind, aber nicht flüchtig sind (Inhalt bleibt im ausgeschalteten Zustand). ^[2]

Historisch wurde Speicher als Kernspeicher Hauptspeicher bezeichnet. oder interner Speicher . Nichtflüchtige Speichergeräte wurden inzwischen als Sekundärspeicher externer Speicher oder Hilfs- / Peripheriespeicher bezeichnet.

Primärspeicher [ edit ]

Primärspeicher (auch als Hauptspeicher oder interner Speicher ) bezeichnet einfach als Speicher ist der einzige der CPU direkt zugänglich. Die CPU liest kontinuierlich die dort gespeicherten Anweisungen und führt sie bei Bedarf aus. Alle aktiv betriebenen Daten werden dort einheitlich gespeichert.

Früher benutzten Computer früher Verzögerungsleitungen, Williams-Röhren oder rotierende Magnettrommeln als Hauptspeicher. Bis 1954 wurden diese unzuverlässigen Methoden größtenteils durch Magnetkernspeicher ersetzt. Der Kernspeicher blieb bis in die 70er Jahre vorherrschend, als die Fortschritte in der Technologie integrierter Schaltungen den Halbleiterspeicher wirtschaftlich wettbewerbsfähig machten.

Dies führte zu modernem Arbeitsspeicher (RAM). Es ist klein, leicht und gleichzeitig recht teuer. (Die für den Primärspeicher verwendeten speziellen RAM-Typen sind ebenfalls flüchtig, d. H. Sie verlieren die Informationen, wenn sie nicht mit Strom versorgt werden).

Wie in der Abbildung gezeigt, gibt es neben dem Hauptspeicher mit großer Kapazität normalerweise zwei weitere Unterebenen des Primärspeichers:

• Prozessorregister befinden sich im Prozessor. Jedes Register enthält typischerweise ein Datenwort (oft 32 oder 64 Bit). CPU-Anweisungen weisen die arithmetische Logikeinheit an, verschiedene Berechnungen oder andere Operationen an diesen Daten (oder mit deren Hilfe) durchzuführen. Register sind die schnellste aller Arten von Computerdatenspeicher.


• Der Prozessor-Cache ist eine Zwischenstufe zwischen ultraschnellen Registern und einem viel langsameren Hauptspeicher. Es wurde nur eingeführt, um die Leistung von Computern zu verbessern. Die meisten aktiv verwendeten Informationen im Hauptspeicher werden nur im Cache-Speicher dupliziert, was zwar schneller ist, jedoch eine viel geringere Kapazität aufweist. Auf der anderen Seite ist der Hauptspeicher viel langsamer, hat aber eine viel größere Speicherkapazität als Prozessorregister. Häufig wird auch ein hierarchischer Cache-Aufbau mit mehreren Ebenen verwendet. Primärer Cache ist der kleinste, schnellste und befindet sich im Prozessor. sekundärer Cache etwas größer und langsamer.

Der Hauptspeicher ist direkt oder indirekt über einen -Speicherbus mit der zentralen Verarbeitungseinheit verbunden. Es handelt sich tatsächlich um zwei Busse (nicht im Diagramm): einen Adressbus und einen Datenbus. Die CPU sendet zuerst eine Nummer über einen Adressbus, eine als Speicheradresse bezeichnete Nummer, die den gewünschten Ort der Daten angibt. Dann liest oder schreibt er die Daten in den Speicherzellen unter Verwendung des Datenbusses. Darüber hinaus ist eine Speicherverwaltungseinheit (MMU) eine kleine Vorrichtung zwischen CPU und RAM, die die tatsächliche Speicheradresse neu berechnet, um beispielsweise eine Abstraktion des virtuellen Speichers oder anderer Aufgaben bereitzustellen.

Da die für den Primärspeicher verwendeten RAM-Typen flüchtig sind (beim Start nicht initialisiert), hätte ein Computer, der nur einen solchen Speicher enthält, keine Quelle, aus der Anweisungen gelesen werden können, um den Computer zu starten. Daher wird ein nichtflüchtiger primärer Speicher, der ein kleines Startprogramm (BIOS) enthält, verwendet, um den Computer zu booten, d. H. Ein größeres Programm aus dem nichtflüchtigen sekundären -Speicher in den RAM zu lesen und dessen Ausführung zu starten. Eine nichtflüchtige Technologie, die zu diesem Zweck verwendet wird, wird als ROM (Read-Only Memory) bezeichnet (die Terminologie kann etwas verwirrend sein, da die meisten ROM-Typen auch Direktzugriff können).

Viele Arten von "ROM" sind nicht buchstäblich nur lesbar da Aktualisierungen zu ihnen möglich sind; Es ist jedoch langsam und der Speicher muss in großen Teilen gelöscht werden, bevor er neu geschrieben werden kann. Einige eingebettete Systeme führen Programme direkt vom ROM (oder ähnlichem) aus, da solche Programme selten geändert werden. Standardcomputer speichern keine nicht-rudimentären Programme im ROM und nutzen stattdessen große Sekundärspeicher-Kapazitäten, die ebenfalls nichtflüchtig und nicht so teuer sind.

Vor kurzem Primärspeicher und Sekundärspeicher beziehen sich in einigen Verwendungen auf das, was früher Sekundärlager bzw. Tertiärlager genannt wurde ^[3]

Sekundärspeicher [ edit ]

Sekundärspeicher (auch bekannt als externer Speicher oder Zusatzspeicher ), unterscheidet sich vom Primärspeicher dadurch, dass die CPU nicht direkt darauf zugreifen kann. Der Computer verwendet normalerweise seine Eingabe- / Ausgabekanäle, um auf den Sekundärspeicher zuzugreifen, und überträgt die gewünschten Daten unter Verwendung des Zwischenbereichs im Primärspeicher. Sekundärspeicher verliert die Daten nicht, wenn das Gerät heruntergefahren wird - es ist nicht flüchtig. Pro Einheit ist es normalerweise auch um zwei Größenordnungen günstiger als der Primärspeicher. Moderne Computersysteme haben typischerweise zwei Größenordnungen mehr Sekundärspeicher als Primärspeicher, und Daten werden dort längere Zeit aufbewahrt.

In modernen Computern werden Festplattenlaufwerke normalerweise als sekundärer Speicher verwendet. Die Zeit, die benötigt wird, um auf ein bestimmtes Byte von Informationen zuzugreifen, die auf einer Festplatte gespeichert sind, beträgt normalerweise einige tausendstel Sekunden oder Millisekunden. Im Gegensatz dazu wird die Zeit, die benötigt wird, um auf ein gegebenes Byte von Informationen zuzugreifen, die in einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff gespeichert sind, in Milliardstel Sekunden oder Nanosekunden gemessen. Dies veranschaulicht die signifikante Zugriffszeitdifferenz, die den Festkörperspeicher von rotierenden magnetischen Speichervorrichtungen unterscheidet: Festplatten sind normalerweise etwa eine Million Mal langsamer als der Speicher. Rotierende optische Speichergeräte wie CD- und DVD-Laufwerke haben noch längere Zugriffszeiten. Bei Plattenlaufwerken ist der Zugriff auf nachfolgende Daten in der Spur sehr schnell, sobald der Lese- / Schreibkopf der Platte die richtige Platzierung erreicht hat und die interessierenden Daten darunter rotieren. Um die Suchzeit und die Rotationslatenz zu reduzieren, werden Daten in großen zusammenhängenden Blöcken von und zu den Platten übertragen.

Wenn sich Daten auf der Festplatte befinden, bietet der Zugriff auf sie in großen Blöcken zum Ausblenden der Latenzzeit die Möglichkeit, effiziente Algorithmen für den externen Speicher zu entwerfen. Der sequenzielle oder Blockzugriff auf Platten ist um Größenordnungen schneller als der Direktzugriff, und viele ausgeklügelte Paradigmen wurden entwickelt, um effiziente Algorithmen zu entwerfen, die auf sequenziellem und Blockzugriff basieren. Eine andere Möglichkeit, den E / A-Engpass zu reduzieren, besteht in der parallelen Verwendung mehrerer Festplatten, um die Bandbreite zwischen primärem und sekundärem Speicher zu erhöhen. ^[4]

Einige andere Beispiele für sekundäre Speichertechnologien sind Flash-Speicher (z. B. USB-Flashlaufwerke oder -schlüssel), Disketten, Magnetbänder, Papierbänder, Lochkarten, Standalone-RAM-Disketten und Iomega Zip-Laufwerke.

Der Sekundärspeicher wird häufig nach einem Dateisystemformat formatiert, das die erforderliche Abstraktion zum Organisieren von Daten in Dateien und Verzeichnissen bereitstellt und zusätzliche Informationen (so genannte Metadaten) enthält, die den Besitzer einer bestimmten Datei, die Zugriffszeit und die Zugriffszeit beschreiben Zugriffsberechtigungen und andere Informationen.

Die meisten Computer-Betriebssysteme verwenden das Konzept des virtuellen Speichers, wodurch mehr Primärspeicherkapazität genutzt werden kann, als im System physisch verfügbar ist. Wenn der Hauptspeicher voll ist, verschiebt das System die am wenigsten verwendeten Blöcke ( Seiten ) auf sekundäre Speichergeräte (in eine Auslagerungsdatei oder Auslagerungsdatei) und ruft sie später auf, wenn sie benötigt werden. Je mehr dieser Abfragen von langsamerem Sekundärspeicher erforderlich sind, desto stärker wird die Gesamtleistung des Systems beeinträchtigt.

Tertiärlager [ edit ]

Eine große Bandbibliothek mit Bandkassetten, die vorne in Regalen platziert sind, und einem Roboterarm, der sich hinten bewegt. Die sichtbare Höhe der Bibliothek beträgt etwa 180 cm.

Tertiärspeicher oder Tertiärspeicher ^[5] bietet eine dritte Speicherebene. In der Regel handelt es sich dabei um einen Robotermechanismus, der (Insert) und montiert werden kann wobei entfernbare Massenspeichermedien gemäß den Anforderungen des Systems in ein Speichermedium demontiert werden können. Diese Daten werden häufig vor ihrer Verwendung in einen sekundären Speicher kopiert. Sie wird hauptsächlich für die Archivierung von Informationen verwendet, auf die selten zugegriffen wird, da sie viel langsamer ist als der sekundäre Speicher (z. B. 5–60 Sekunden gegenüber 1–10 Millisekunden). Dies ist vor allem für außerordentlich große Datenspeicher nützlich, auf die ohne Bedienpersonal zugegriffen werden kann. Typische Beispiele umfassen Tape Libraries und optische Jukeboxen.

Wenn ein Computer Informationen aus dem Tertiärspeicher lesen muss, konsultiert er zunächst eine Katalogdatenbank, um zu ermitteln, auf welchem ​​Band oder auf welcher Disc sich die Informationen befinden. Als Nächstes weist der Computer einen Roboterarm an, das Medium abzurufen und in ein Laufwerk zu legen. Wenn der Computer die Informationen vollständig gelesen hat, bringt der Roboterarm das Medium an seinen Platz in der Bibliothek zurück.

Tertiärspeicher ist auch als Nearline-Speicher bekannt, weil er "online" ist. Die formale Unterscheidung zwischen Online-, Nearline- und Offline-Speicher ist: ^[6]

• Online-Speicher ist ab sofort für E / A verfügbar.


• Nearline-Speicher ist nicht sofort verfügbar, kann jedoch online gestellt werden schnell ohne Eingreifen des Menschen.


• Offline-Speicher steht nicht sofort zur Verfügung und erfordert einige Eingriffe, um online zu werden.

Zum Beispiel sind ständig drehende Festplatten Laufwerke Online-Speicher, während sich drehende Laufwerke, die automatisch heruntergefahren werden, wie z wie in massiven Arrays von Leerlaufplatten (MAID) gibt es Nearline-Speicher. Wechselmedien wie Bandkassetten, die wie in Bandbibliotheken automatisch geladen werden können, sind Nearline-Speicher, während Bandkassetten, die manuell geladen werden müssen, Offline-Speicher sind.

Offline-Speicher [ edit ]

Offline-Speicher ist ein Computerdatenspeicher auf einem Medium oder einem Gerät, das nicht unter der Kontrolle einer Verarbeitungseinheit steht Das Medium wird normalerweise in einem sekundären oder tertiären Speichergerät aufgezeichnet und dann physisch entfernt oder getrennt. Es muss von einem menschlichen Bediener eingefügt oder angeschlossen werden, bevor ein Computer wieder darauf zugreifen kann. Im Gegensatz zu Tertiärspeicher ist der Zugriff ohne menschliche Interaktion nicht möglich.

Offline-Speicherung wird zum Übertragen von Informationen verwendet, da das abgelöste Medium leicht physisch transportiert werden kann. Darüber hinaus ist ein Medium an einem entfernten Standort wahrscheinlich im Falle einer Katastrophe, zum Beispiel eines Feuers, die Originaldaten zerstört, wahrscheinlich nicht betroffen, was eine Wiederherstellung nach einem Katastrophenfall ermöglicht. Der Offline-Speicher erhöht die allgemeine Informationssicherheit, da er physisch nicht von einem Computer aus zugänglich ist und die Vertraulichkeit oder Integrität der Daten nicht durch computergestützte Angriffstechniken beeinträchtigt werden kann. Wenn auf die zu Archivierungszwecken gespeicherten Informationen selten zugegriffen wird, ist der Offline-Speicher weniger teuer als der Tertiärspeicher.

In modernen Personalcomputern werden die meisten sekundären und tertiären Speichermedien auch für die Offline-Speicherung verwendet. Optische Discs und Flash-Speichergeräte sind am weitesten verbreitet und in viel geringerem Maße auch austauschbare Festplattenlaufwerke. Bei Unternehmensanwendungen überwiegt das Magnetband. Ältere Beispiele sind Disketten, Zip-Disketten oder Lochkarten.

Merkmale des Speichers [ edit ]

Speichertechnologien auf allen Ebenen der Speicherhierarchie können unterschieden werden, indem bestimmte Kernmerkmale sowie die für eine bestimmte Implementierung spezifischen Messmerkmale bewertet werden. Diese Kernmerkmale sind Volatilität, Wandlungsfähigkeit, Zugänglichkeit und Adressierbarkeit. Bei jeder Implementierung einer beliebigen Speichertechnologie sind die zu messenden Eigenschaften Kapazität und Leistung.

Volatilität [ edit ]

Der nichtflüchtige Speicher speichert die gespeicherten Informationen, auch wenn diese nicht ständig mit elektrischer Energie versorgt werden. ^[8] Er eignet sich zur langfristigen Speicherung von Informationen. Ein flüchtiger Speicher erfordert eine konstante Stromversorgung, um die gespeicherten Informationen zu erhalten. Die schnellsten Speichertechnologien sind flüchtig, obwohl dies keine universelle Regel ist. Da der Primärspeicher sehr schnell sein muss, verwendet er überwiegend flüchtigen Speicher.

Dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff ist eine Form eines flüchtigen Speichers, der auch erfordert, dass die gespeicherten Informationen periodisch neu gelesen und neu geschrieben oder aktualisiert werden, da sie sonst verschwinden würden. Statischer Direktzugriffsspeicher ist eine Form eines flüchtigen Speichers, der dem DRAM ähnelt, mit der Ausnahme, dass er niemals aktualisiert werden muss, solange Strom angelegt wird. es verliert seinen Inhalt, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.

Mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) kann einem Computer ein kurzes Zeitfenster eingeräumt werden, um Informationen aus dem flüchtigen Primärspeicher in einen nichtflüchtigen Speicher zu verschieben, bevor die Batterien erschöpft sind. Einige Systeme, z. B. EMC Symmetrix, verfügen über integrierte Batterien, die eine flüchtige Speicherung für einige Minuten aufrechterhalten.

Mutability [ edit ]

Lese- / Schreibspeicher oder veränderbarer Speicher

Ermöglicht das Überschreiben von Informationen jederzeit. Ein Computer ohne Schreib- / Lesespeicher für primäre Speicherzwecke wäre für viele Aufgaben nutzlos. Moderne Computer verwenden normalerweise Schreib- / Lesespeicher auch für den sekundären Speicher.

Nur-Lese-Speicher

Behält die zum Zeitpunkt der Herstellung gespeicherten Informationen bei, und einmal beschreibender Speicher (einmal schreiben, viele lesen) erlaubt das Informationen, die nach der Herstellung nur einmal geschrieben werden. Diese werden unveränderlicher Speicher genannt. Unveränderliche Speicherung wird für die Tertiär- und Offline-Speicherung verwendet. Beispiele umfassen CD-ROM und CD-R.

Langsam schreibender, schneller Lesespeicher

Lese- / Schreibspeicher, der das mehrfache Überschreiben von Informationen ermöglicht, wobei jedoch der Schreibvorgang viel langsamer ist als der Lesevorgang. Beispiele sind CD-RW- und Swayne-Speicher

Accessibility [ edit ]

Direktzugriff

Auf jeden Speicherort kann zu jeder Zeit in ungefähr derselben Zeitspanne zugegriffen werden. Diese Eigenschaft eignet sich gut für die Primär- und Sekundärspeicherung. Die meisten Halbleiterspeicher und Plattenlaufwerke bieten einen Direktzugriff.

Sequenzieller Zugriff

Der Zugriff auf Informationen erfolgt in serieller Reihenfolge nacheinander; Daher hängt die Zeit für den Zugriff auf eine bestimmte Information davon ab, auf welche Information zuletzt zugegriffen wurde. Ein solches Merkmal ist typisch für die Offline-Speicherung.

Adressierbarkeit [ edit ]

Ortsadressierbar

Jede einzeln zugreifbare Informationseinheit im Speicher wird mit ihrer numerischen Speicheradresse ausgewählt . In modernen Computern beschränkt sich der ortsadressierbare Speicher normalerweise auf den primären Speicher, auf den intern von Computerprogrammen zugegriffen wird, da die Ortsadressierbarkeit sehr effizient ist, jedoch für den Menschen lästig ist.

Adressierbare Datei

Die Informationen sind in -Dateien unterteilt. mit variabler Länge, und eine bestimmte Datei wird mit vom Menschen lesbaren Verzeichnis- und Dateinamen ausgewählt. Das zugrunde liegende Gerät ist immer noch standortadressierbar, aber das Betriebssystem eines Computers stellt die Dateisystemabstraktion bereit, um die Operation verständlicher zu machen. In modernen Computern werden in sekundären, tertiären und Offline-Speichern Dateisysteme verwendet.

Inhaltadressierbar

Jede einzeln zugreifbare Informationseinheit wird auf der Grundlage (eines Teils) der dort gespeicherten Inhalte ausgewählt. Inhaltsadressierbarer Speicher kann unter Verwendung von Software (Computerprogramm) oder Hardware (Computergerät) implementiert werden, wobei Hardware eine schnellere, aber teurere Option ist. Hardwareinhaltbarer Speicher wird häufig im CPU-Cache eines Computers verwendet.

Capacity [ edit ]

Raw-Kapazität

Die Gesamtmenge an gespeicherten Informationen, die ein Speichergerät oder Medium speichern kann halt. Sie wird als eine Menge von Bits oder Bytes (z. B. 10,4 Megabyte) ausgedrückt.

Speicherspeicherdichte

Die Kompaktheit gespeicherter Informationen. Es ist die Speicherkapazität eines Mediums, die durch eine Einheit aus Länge, Fläche oder Volumen geteilt wird (z. B. 1,2 Megabyte pro Quadratzoll).

Leistung [ edit ]

Latenz

Die Zeit, die benötigt wird, um auf einen bestimmten Speicherort zuzugreifen. Die relevante Maßeinheit ist typischerweise Nanosekunden für die Primärspeicherung, Millisekunden für die Sekundärspeicherung und die zweite für die Tertiärspeicherung. Es kann sinnvoll sein, Leselatenz und Schreiblatenz (insbesondere für nichtflüchtigen Speicher ^[8]) und bei sequenziellem Zugriffsspeicher Mindest-, Höchst- und Durchschnittslatenz zu trennen.

Durchsatz

Die Informationsrate gelesen oder in den Speicher geschrieben werden. Beim Computerdatenspeicher wird der Durchsatz normalerweise in Megabytes pro Sekunde (MB / s) ausgedrückt, obwohl auch eine Bitrate verwendet werden kann. Wie bei der Latenz müssen die Lesegeschwindigkeit und die Schreibrate möglicherweise differenziert werden. Ein sequenzieller Zugriff auf Medien im Gegensatz zu zufällig erzeugt normalerweise einen maximalen Durchsatz.

Granularität

Die Größe des größten "Chunks" von Daten, auf den effizient als eine einzige Einheit zugegriffen werden kann, z. ohne zusätzliche Latenzzeit einzuführen.

Zuverlässigkeit

Die Wahrscheinlichkeit einer spontanen Änderung des Bitwerts unter verschiedenen Bedingungen oder der Gesamtausfallrate.

Mit Hilfe von Dienstprogrammen wie hdparm und sar kann die E / A-Leistung in Linux gemessen werden.

Energieverbrauch [ edit ]

• Speichervorrichtungen, die den Lüfterverbrauch reduzieren, bei Inaktivität automatisch abschalten und Festplatten mit geringer Leistung den Energieverbrauch um 90 Prozent reduzieren. ^[9]


• 2,5-Zoll-Festplattenlaufwerke verbrauchen häufig weniger Strom als größere Festplatten. ^[10][11] Halbleiterlaufwerke mit niedriger Kapazität haben keine beweglichen Teile und verbrauchen weniger Strom als Festplatten. ^[12][13][14] Auch Speicher verbrauchen möglicherweise mehr Strom als Festplatten. ^[14] Große Caches, die verwendet werden, um die Speicherwand nicht zu treffen, können auch viel Strom verbrauchen. ^[15]

Sicherheit [ edit ] 19659069] Vollständige Festplattenverschlüsselung, Datenträger- und virtuelle Festplattenverschlüsselung sowie Datei- / Ordner-Verschlüsselung sind für die meisten Speichergeräte problemlos verfügbar. ^[16]

Die Hardwarespeicherverschlüsselung ist in Intel Architecture verfügbar und unterstützt Total Memory Encryption (TME) und granularer Speicherverschlüsselung mit mehreren Schlüsseln (MKT ME). ^[17][18] und seit Oktober 2015 in der SPARC M7-Generation. ^[19].

Speichermedien [ edit ]

Ab 2011 ^[update] sind die am häufigsten verwendeten Datenspeichermedien Halbleiter, magnetisch und optisch, während Papier immer noch eine begrenzte Verwendung findet. Einige andere grundlegende Speichertechnologien wie All-Flash-Arrays (AFAs) werden für die Entwicklung vorgeschlagen.

Halbleiter [ edit ]

Halbleiterspeicher verwendet halbleiterbasierte integrierte Schaltungen zum Speichern von Informationen. Ein Halbleiterspeicherchip kann Millionen winziger Transistoren oder Kondensatoren enthalten. Sowohl flüchtige als auch nichtflüchtige Formen von Halbleiterspeicher existieren. In modernen Computern besteht der Primärspeicher fast ausschließlich aus dynamischen flüchtigen Halbleiterspeichern oder dynamischen Direktzugriffsspeichern. Seit der Jahrhundertwende hat ein als Flash-Speicher bekannter Typ eines nichtflüchtigen Halbleiterspeichers als Offline-Speicher für Heimcomputer stetig an Bedeutung gewonnen. Nichtflüchtige Halbleiterspeicher werden auch zur Sekundärspeicherung in verschiedenen hochentwickelten elektronischen Geräten und speziellen Computern verwendet, die für sie entwickelt wurden.

Bereits im Jahr 2006 verwendeten Notebook- und Desktop-Computerhersteller als Standardkonfigurationsoptionen für den Sekundärspeicher flashbasierte Solid-State-Laufwerke (SSDs), entweder zusätzlich oder anstelle der herkömmlicheren Festplatte. ^{[20][21][22][23][24]}

Magnetic [19659011] [ edit ]

Magnetspeicher verwenden unterschiedliche Magnetisierungsmuster auf einer magnetisch beschichteten Oberfläche, um Informationen zu speichern. Magnetspeicher sind nichtflüchtig . Auf die Informationen wird mit einem oder mehreren Lese- / Schreibköpfen zugegriffen, die einen oder mehrere Aufzeichnungswandler enthalten können. Ein Lese- / Schreibkopf bedeckt nur einen Teil der Oberfläche, so dass der Kopf oder das Medium oder beide relativ zueinander bewegt werden müssen, um auf Daten zugreifen zu können. In modernen Computern werden Magnetspeicher in folgender Form dargestellt:

In frühen Computern wurde Magnetspeicher auch verwendet als:

Optisch [ edit ]

Der optische Speicher, die typische optische Platte, speichert Informationen über Verformungen auf der Oberfläche einer Kreisscheibe und liest diese Informationen durch Beleuchten der Oberfläche mit einer Laserdiode und die Reflexion beobachten. Der Speicher für optische Platten ist nichtflüchtig . Die Deformitäten können permanent sein (Nur-Lese-Medien), einmal geformt (Einmal beschreibbare Medien) oder reversibel (beschreibbare oder Lese- / Schreibmedien). Die folgenden Formen sind derzeit allgemein gebräuchlich: ^[25]

• CD, CD-ROM, DVD, BD-ROM: Nur-Lese-Speicher für die Massenverteilung digitaler Informationen (Musik, Video, Computer) Programme)


• CD-R, DVD-R, DVD + R, BD-R: Einmal beschreibbarer Speicher für Tertiär- und Offline-Speicherung


• CD-RW, DVD-RW, DVD + RW, DVD- RAM, BD-RE: Langsamer Schreibzugriff, schneller Lesezugriff für Tertiär- und Offline-Speicher


• Ultra Density Optical oder UDO hat eine ähnliche Kapazität wie BD-R oder BD-RE und verwendet langsamen Schreib- und Lesespeicher für Tertiär- und Offline-Speicherung.

Magnetooptischer Plattenspeicher ist ein Speicher für optische Platten, bei dem der magnetische Zustand auf einer ferromagnetischen Oberfläche Informationen speichert. Die Informationen werden optisch gelesen und geschrieben, indem magnetische und optische Methoden kombiniert werden. Magnetooptischer Plattenspeicher ist nichtflüchtiger sequenzieller Zugriff langsamer Schreibvorgang, schneller Lesespeicher, der für Tertiärspeicher und Offline-Speicher verwendet wird.

Es wurde auch eine optische 3D-Datenspeicherung vorgeschlagen.
Lichtinduzierte Magnetisierungsschmelzung in magnetischen Photoleitern wurde auch für magnetooptische Speicherung mit hohem Energieverbrauch und niedrigem Energieverbrauch vorgeschlagen. ^[26]

Papier [ edit ]

Papierdatenspeicherung, typischerweise in Form von Papierstreifen oder Lochkarten, wird seit langem zum Speichern von Informationen für die automatische Verarbeitung verwendet, insbesondere bevor Universalcomputer existierten. Informationen wurden durch Stanzen von Löchern in das Papier- oder Kartonmedium aufgezeichnet und mechanisch (oder später optisch) gelesen, um zu bestimmen, ob eine bestimmte Stelle auf dem Medium fest war oder ein Loch enthielt.
Einige Technologien ermöglichen es, Markierungen auf Papier zu erstellen, die maschinell leicht lesbar sind. Diese werden häufig für die tabellarische Erfassung von Stimmen und für die Einstufung standardisierter Tests verwendet. Barcodes ermöglichten es jedem Objekt, das verkauft oder transportiert werden sollte, um computerlesbare Informationen sicher zu befestigen.

Andere Speichermedien oder -substrate [ edit ]

Vakuumröhrenspeicher

Eine Williams-Röhre verwendete eine Kathodenstrahlröhre und eine Selectron-Röhre eine große Vakuumröhre, um Informationen zu speichern . Diese Primärspeicher waren auf dem Markt kurzlebig, da die Williams-Röhre unzuverlässig und die Selectron-Röhre teuer war.

Elektroakustischer Speicher

Der Verzögerungszeilenspeicher verwendete Schallwellen in einer Substanz wie Quecksilber, um Informationen zu speichern . Der Verzögerungszeilenspeicher war ein dynamischer flüchtiger, zyklussynchroner Lese- / Schreibspeicher und wurde für die Primärspeicherung verwendet.

Das optische Band

ist ein Medium zur optischen Speicherung, das im Allgemeinen aus einem langen und schmalen Streifen aus Kunststoff besteht, auf den Muster aufgebracht werden können geschrieben und aus denen die Muster zurückgelesen werden können. Es teilt sich einige Technologien mit Kinofilm und optischen Discs, ist jedoch mit keinem kompatibel. Die Motivation für die Entwicklung dieser Technologie bestand in der Möglichkeit weit größerer Speicherkapazitäten als bei Magnetbändern oder optischen Discs.

Phasenwechselspeicher

verwenden unterschiedliche mechanische Phasen von Phasenwechselmaterial, um Informationen in einer XY-adressierbaren Matrix zu speichern. und liest die Informationen durch Beobachtung des variierenden elektrischen Widerstands des Materials. Ein Phasenänderungsspeicher wäre ein nichtflüchtiger Lese / Schreib-Speicher mit wahlfreiem Zugriff und könnte für den primären, sekundären und Offline-Speicher verwendet werden. Most rewritable and many write once optical disks already use phase change material to store information.

Holographic data storage

stores information optically inside crystals or photopolymers. Holographic storage can utilize the whole volume of the storage medium, unlike optical disc storage which is limited to a small number of surface layers. Holographic storage would be non-volatile, sequential access, and either write once or read/write storage. It might be used for secondary and off-line storage. See Holographic Versatile Disc (HVD).

Molecular memory

stores information in polymer that can store electric charge. Molecular memory might be especially suited for primary storage. The theoretical storage capacity of molecular memory is 10 terabits per square inch.^[27]

Magnetic photoconductors

store magnetic information which can be modified by low-light illumination.^[26]

DNA

stores information in DNA nucleotides. It was first done in 2012 when researchers achieved a rate of 1.28 petabytes per gram of DNA. In March 2017 scientists reported that a new algorithm called a DNA fountain achieved 85% of the theoretical limit, at 215 petabytes per gram of DNA.^{[28][29][30][31]}

Related technologies[edit]

Redundancy[edit]

While a group of bits malfunction may be resolved by error detection and correction mechanisms (see above), storage device malfunction requires different solutions. The following solutions are commonly used and valid for most storage devices:

• Device mirroring (replication) – A common solution to the problem is constantly maintaining an identical copy of device content on another device (typically of a same type). The downside is that this doubles the storage, and both devices (copies) need to be updated simultaneously with some overhead and possibly some delays. The upside is possible concurrent read of a same data group by two independent processes, which increases performance. When one of the replicated devices is detected to be defective, the other copy is still operational, and is being utilized to generate a new copy on another device (usually available operational in a pool of stand-by devices for this purpose).


• Redundant array of independent disks (RAID) – This method generalizes the device mirroring above by allowing one device in a group of N devices to fail and be replaced with the content restored (Device mirroring is RAID with N=2). RAID groups of N=5 or N=6 are common. N>2 saves storage, when comparing with N=2, at the cost of more processing during both regular operation (with often reduced performance) and defective device replacement.

Device mirroring and typical RAID are designed to handle a single device failure in the RAID group of devices. However, if a second failure occurs before the RAID group is completely repaired from the first failure, then data can be lost. The probability of a single failure is typically small. Thus the probability of two failures in a same RAID group in time proximity is much smaller (approximately the probability squared, i.e., multiplied by itself). If a database cannot tolerate even such smaller probability of data loss, then the RAID group itself is replicated (mirrored). In many cases such mirroring is done geographically remotely, in a different storage array, to handle also recovery from disasters (see disaster recovery above).

Network connectivity[edit]

A secondary or tertiary storage may connect to a computer utilizing computer networks. This concept does not pertain to the primary storage, which is shared between multiple processors to a lesser degree.

• Direct-attached storage (DAS) is a traditional mass storage, that does not use any network. This is still a most popular approach. This retronym was coined recently, together with NAS and SAN.


• Network-attached storage (NAS) is mass storage attached to a computer which another computer can access at file level over a local area network, a private wide area network, or in the case of online file storage, over the Internet. NAS is commonly associated with the NFS and CIFS/SMB protocols.


• Storage area network (SAN) is a specialized network, that provides other computers with storage capacity. The crucial difference between NAS and SAN, is that NAS presents and manages file systems to client computers, while SAN provides access at block-addressing (raw) level, leaving it to attaching systems to manage data or file systems within the provided capacity. SAN is commonly associated with Fibre Channel networks.

Robotic storage[edit]

Large quantities of individual magnetic tapes, and optical or magneto-optical discs may be stored in robotic tertiary storage devices. In tape storage field they are known as tape libraries, and in optical storage field optical jukeboxes, or optical disk libraries per analogy. Smallest forms of either technology containing just one drive device are referred to as autoloaders or autochangers.

Robotic-access storage devices may have a number of slots, each holding individual media, and usually one or more picking robots that traverse the slots and load media to built-in drives. The arrangement of the slots and picking devices affects performance. Important characteristics of such storage are possible expansion options: adding slots, modules, drives, robots. Tape libraries may have from 10 to more than 100,000 slots, and provide terabytes or petabytes of near-line information. Optical jukeboxes are somewhat smaller solutions, up to 1,000 slots.

Robotic storage is used for backups, and for high-capacity archives in imaging, medical, and video industries. Hierarchical storage management is a most known archiving strategy of automatically migrating long-unused files from fast hard disk storage to libraries or jukeboxes. If the files are needed, they are retrieved back to disk.

See also[edit]

Primary storage topics[edit]

Secondary, tertiary and off-line storage topics[edit]

Data storage conferences[edit]

References[edit]

 This article incorporates public domain material from the General Services Administration document "Federal Standard 1037C".

1. ^ ^{a b c} Patterson, David A.; Hennessy, John L. (2005). Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface (3rd ed.). Amsterdam: Morgan Kaufmann Publishers. ISBN 1-55860-604-1. OCLC 56213091.
   


2. ^ Storage as defined in Microsoft Computing Dictionary, 4th Ed. (c)1999 or in The Authoritative Dictionary of IEEE Standard Terms, 7th Ed., (c) 2000.
   


3. ^ "Primary Storage or Storage Hardware" (shows usage of term "primary storage" meaning "hard disk storage") Archived 10 September 2008 at the Wayback Machine. Searchstorage.techtarget.com (2011-06-13). Retrieved on 2011-06-18.
   


4. ^ J. S. Vitter, Algorithms and Data Structures for External Memory Archived 4 January 2011 at the Wayback MachineSeries on Foundations and Trends in Theoretical Computer Science, now Publishers, Hanover, MA, 2008, ISBN 978-1-60198-106-6.
   


5. ^ A thesis on Tertiary storage Archived 27 September 2007 at the Wayback Machine. (PDF). Retrieved on 2011-06-18.
   


6. ^ Pearson, Tony (2010). "Correct use of the term Nearline". IBM Developerworks, Inside System Storage. Retrieved 2015-08-16.
   


7. ^ National Communications System (1996). "Federal Standard 1037C – Telecommunications: Glossary of Telecommunication Terms". General Services Administration. FS-1037C. Archived from the original on 24 October 2011. Retrieved 8 October 2007. See also article Federal Standard 1037C.
   


8. ^ ^{a b} "A Survey of Software Techniques for Using Non-Volatile Memories for Storage and Main Memory Systems Archived 25 December 2015 at the Wayback Machine", IEEE TPDS, 2015
   


9. ^ Energy Savings Calculator Archived 21 December 2008 at the Wayback Machine and Fabric website
   


10. ^ Mike Chin (8 March 2004). "IS the Silent PC Future 2.5-inches wide?". Archived from the original on 20 July 2008. Retrieved 2 August 2008.
    


11. ^ Mike Chin (18 September 2002). "Recommended Hard Drives". Archived from the original on 5 September 2008. Retrieved 2 August 2008.
    


12. ^ Super Talent's 2.5" IDE Flash hard drive – The Tech Report – Page 13 Archived 26 January 2012 at the Wayback Machine. The Tech Report. Retrieved on 2011-06-18.
    


13. ^ Power Consumption – Tom's Hardware : Conventional Hard Drive Obsoletism? Samsung's 32 GB Flash Drive Previewed. Tomshardware.com (2006-09-20). Retrieved on 2011-06-18.
    


14. ^ ^{a b} Aleksey Meyev (23 April 2008). "SSD, i-RAM and Traditional Hard Disk Drives". X-bit labs. Archived from the original on 18 December 2008.
    


15. ^ "A Survey of Architectural Techniques For Improving Cache Power Efficiency Archived 8 January 2016 at the Wayback Machine", SUSCOM, 2014
    


16. ^ [https://www.hhs.gov/sites/default/files/ocr/privacy/hipaa/administrative/securityrule/nist800111.pdf?language=es GUIDE TO STORAGE ENCRYPTION TECHNOLOGIES FOR END USER DEVICES
    ]U.S. National Institute of Standards and Technology, November 2007
    


17. ^ https://software.intel.com/sites/default/files/managed/a5/16/Multi-Key- Total-Memory-Encryption-Spec.pdf
    


18. ^ https://lwn.net/Articles/776688/
    


19. ^ https://swisdev.oracle.com/_files/What-Is-SSM.html
    


20. ^ New Samsung Notebook Replaces Hard Drive With Flash Archived 30 December 2010 at the Wayback Machine. ExtremeTech (2006-05-23). Retrieved on 2011-06-18.
    


21. ^ Welcome to TechNewsWorld Archived 18 March 2012 at the Wayback Machine. Technewsworld.com. Retrieved on 2011-06-18.
    


22. ^ Mac Pro – Storage and RAID options for your Mac Pro Archived 6 June 2013 at the Wayback Machine. Apple (2006-07-27). Retrieved on 2011-06-18.
    


23. ^ MacBook Air – The best of iPad meets the best of Mac Archived 27 May 2013 at the Wayback Machine. Apple. Retrieved on 2011-06-18.
    


24. ^ MacBook Air Replaces the Standard Notebook Hard Disk for Solid State Flash Storage Archived 23 August 2011 at the Wayback Machine. News.inventhelp.com (2010-11-15). Retrieved on 2011-06-18.
    


25. ^ The DVD FAQ Archived 22 August 2009 at the Wayback Machine is a comprehensive reference of DVD technologies.
    


26. ^ ^{a b} Náfrádi, Bálint (24 November 2016). "Optically switched magnetism in photovoltaic perovskite CH3NH3(Mn:Pb)I3". Nature Communications. 7: 13406. doi:10.1038/ncomms13406. PMC 5123013. PMID 27882917. Archived from the original on 28 November 2016.
    


27. ^ New Method Of Self-assembling Nanoscale Elements Could Transform Data Storage Industry Archived 1 March 2009 at the Wayback Machine. Sciencedaily.com (2009-03-01). Retrieved on 2011-06-18.
    


28. ^ Yong, Ed. "This Speck of DNA Contains a Movie, a Computer Virus, and an Amazon Gift Card". The Atlantic. Archived from the original on 3 March 2017. Retrieved 3 March 2017.
    


29. ^ "Researchers store computer operating system and short movie on DNA". Phys.org. Archived from the original on 2 March 2017. Retrieved 3 March 2017.
    


30. ^ "DNA could store all of the world's data in one room". Wissenschaftsmagazin. 2 March 2017. Archived from the original on 2 March 2017. Retrieved 3 March 2017.
    


31. ^ Erlich, Yaniv; Zielinski, Dina (2 March 2017). "DNA Fountain enables a robust and efficient storage architecture". Science. 355 (6328): 950–954. doi:10.1126/science.aaj2038. Archived from the original on 2 March 2017. Retrieved 3 March 2017.
    

Further reading[edit]