Datoru datu glabāšana: atmiņas hierarhija un krātuves veidi

Izprotiet datoru datu glabāšanu: atmiņas hierarhija, primārā/sekundārā/terciārā krātuve, kešatmiņa, cietie diski, USB un arhivēšanas risinājumi.

Datora datu glabāšana ir vairāku datora komponentu nosaukums. Šo komponentu galvenais mērķis ir uzglabāt datus, lai vēlāk tos varētu apstrādāt. Pēc tam centrālais procesors var iegūt un mainīt datus. Lielākajā daļā datoru pastāv atmiņas hierarhija: atmiņai, kas atrodas "tuvāk" procesoram, parasti ir ātrāka piekļuve, taču tā ir mazāka; tai parasti ir nepieciešama elektriskā jauda, lai saglabātu informāciju (tā ir gaistoša atmiņa).

Atmiņas hierarhija — ātrums pret ietilpību

Atmiņas hierarhija sakārto uzglabāšanas ierīces pēc piekļuves ātruma, izmaksām un ietilpības. Parasti sadalījums ir šāds:

• Registri — ļoti ātri, ļoti maza ietilpība, tie atrodas procesorā un glabā tieši aritmētikas un loģikas vienībām nepieciešamos datus.
• Kešatmiņa — vairāku līmeņu (piem., L1, L2, L3) atmiņa, kas samazina laiku, kas nepieciešams procesoram piekļūt datiem no RAM. Kešatmiņa ir ātrāka par operatīvo atmiņu, bet dārgāka un mazāka.
• Galvenā atmiņa (RAM) — primārā atmiņa, kurai procesors var tieši piekļūt. Tā ir plašāka, bet lēnāka nekā kešatmiņa.
• Sekundārā krātuve — lieli, ilgstoši datu nesēji (piem., cietie diski, SSD, USB zibatmiņas), kas parasti ir negaistošā atmiņa — dati saglabājas arī pēc datora izslēgšanas.
• Terciārā krātuve — ļoti lēna, bet ļoti liela krātuve, ko izmanto arhivēšanai un dublēšanai (piem., lentes diski, magnētiskās lentes, CD-ROM).

Primārā atmiņa: reģistri, kešatmiņa un RAM

Moderniem procesoriem ir reģistri, kuros var glabāt datus, un tiem bieži ir vairāku līmeņu kešatmiņa. Reģistri ir visātrākie, seko L1, L2 un L3 kešatmiņai — katram līmenim ir kompromiss starp ātrumu un izmēru. Operatīvā atmiņa (RAM) nodrošina plašāku krātuvi programmu izpildei un datu apstrādei, taču tā parasti ir gaistoša (zaudē saturu bez barošanas).

Sekundārā krātuve — ilgtspējīgs un lēnāks risinājums

Sekundārā krātuve parasti nav tieši pieejama procesoram; pirms apstrādes dati tiek pārvietoti uz primāro atmiņu. Sekundārā krātuve ietver tradicionālos cietos diskus (HDD), mūsdienu ātrākos SSD (balstītus uz zibatmiņu), kā arī USB zibatmiņas. Katram no šiem risinājumiem ir savas priekšrocības:

• HDD: liela ietilpība par zemākām izmaksām, piemērots ilgtermiņa datu glabāšanai, bet lēnāks un mehāniski jutīgs;
• SSD: daudz ātrāks piekļuves laiks, labāka izturība pret mehāniskām vibrācijām, bet dārgāks par gigabaitu;
• USB zibatmiņas: ērti pārvadāšanai un īslaicīgai datu nodošanai, tomēr parasti nav tik ilgmūžīgas kā citi risinājumi.

Terciārā krātuve un izplatīšana

Terciārā krātuve tiek izmantota arhivēšanai un dublēšanai; ļoti bieži pirms lietošanas tā tiek kopēta uz sekundāro krātuvi. Programmatūru dažkārt izplata, izmantojot terciāros datu nesējus, piemēram, magnētiskās lentes un CD-ROM. Lai gan daudzi no šiem formātiem ir kļuvuši retāki, tie joprojām lieto arhīvos un datu glabāšanas centros, kur svarīga ir zema izmaksu summa uz vienu glabāto gigabaitu.

Svarīgi jēdzieni

• Gaistošā (volatile) vs negaistošā (non-volatile): RAM parasti ir gaistoša — bez strāvas dati pazūd; sekundārā un terciārā atmiņa ir negaistoša.
• Latence un joslas platums: latence ir laiks līdz pirmajai piekļuvei, joslas platums (throughput) — cik daudz datu var pārnest sekundē. Registros un kešatmiņā latence ir viszemākā, sekundārajā krātuvē — lielāka.
• Virtuālā atmiņa un swap: operētājsistēmas var izmantot disku kā papildu "pagaidu" atmiņu (swap), pārvietojot retos datus no RAM uz disku, kas ļauj darbināt lielākas programmas, bet ievērojami palēnina piekļuvi šiem datiem.
• Failu sistēmas un drošība: sekundārajos un terciārajos nesējos dati tiek glabāti failu sistēmās; būtiski ir arī dublējumi, šifrēšana un datu integritātes pārbaudes.

Praktiski padomi

• Izmantojiet SSD sistēmas disku operētājsistēmas un bieži izmantoto programmu ātrākai darbībai, bet HDD — lielu datu arhivēšanai.
• Veidojiet regulāras dublēšanas kopijas (piem., uz lentes diskiem vai ārējiem diskdziņiem), lai izvairītos no datu zuduma.
• Izvērtējiet piekļuves prasības: ja nepieciešams zems latentums (piem., datu bāzēs), investējiet ātrākās atmiņas tehnoloģijās un kešatmiņas risinājumos.
• Pārzīmējiet sistēmas arhitektūru, ņemot vērā enerģijas patēriņu — gaistošā atmiņa prasa pastāvīgu barošanu, bet negaistošā nē.

Apkopojot — datora atmiņas hierarhija pastāv, lai līdzsvarotu ātrumu, izmaksas un ietilpību: tuvāk procesoram esošās atmiņas nodrošina ātrāku piekļuvi, bet mazāku apjomu; tālākās ierīces sniedz lielu, noturīgu glabātuvi ar lēnāku piekļuvi.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir datora datu glabāšana?

J: Kāds ir šo komponentu mērķis?

J: Kā darbojas atmiņas hierarhija?

J: Kādi ir daži klasisko atmiņas nesēju piemēri?

J: Kāda veida datu nesējiem ir lielāka ietilpība, bet piekļuve tiem ir ļoti lēna?

J: Kādi ir primārie datu glabāšanas komponenti?

J: Kāda veida datu glabātuvei procesors parasti nevar tieši piekļūt?

Meklēt pēc burta