Andmesalvestusseade: määratlus, tüübid ja toimimine

Andmesalvestusseade on seade teabe (andmete) salvestamiseks (säilitamiseks). Salvestamiseks võib kasutada praktiliselt mis tahes liiki energiat. Inimesed on andmeid salvestanud tuhandeid aastaid, kasutades selleks pilte ja kirjutamist. Kaasaegne andmesalvestusseade võib salvestada teavet, töödelda teavet või mõlemat. Kõige sagedamini kasutatakse terminit arvutite puhul. Andmesalvestusseadmed võivad hoida andmeid püsivalt, nagu failid.

Elektrooniline andmesalvestus on andmesalvestus, mis nõuab elektrit, et andmeid salvestada ja tagasi saada. Enamik salvestusseadmeid, mis ei vaja andmete lugemiseks visuaalset optikat, kuuluvad sellesse kategooriasse. Elektroonilisi andmeid võib salvestada kas analoog- või digitaalsignaali kujul.

Tüübid ja näited

Magnetilised kettaid: traditsioonilised kõvakettad (HDD) ja lintseadmed. HDD-d kasutavad pöörlevaid kettaid ja lugemis-/kirjutuspead; sobivad suure mahuga andmete salvestamiseks ja arhiveerimiseks. Lindid on odavad ja usaldusväärsed pikaajaliseks arhiveerimiseks.
Pooljuhtmälu (flash/SSD): tahkisdraivid (SSD), mälupulgad ja mälukaardid. Nad on kiiremad kui HDD-d, töötavad ilma mehaanilise liikumiseta, sobivad süsteemiketta ja mobiilse salvestuse jaoks. SSD-del on piiratud kirjutustsüklid, mida arvestatakse wear leveling-i ja TRIM-i abil.
Optilised kettad: CD, DVD, Blu-ray. Tihti kasutatakse arhiveerimiseks või meedia levitamiseks; lugemine põhineb visuaalsel optikal.
Volatiilne mälu: näiteks operatiivmälu (RAM) – väga kiire, kuid andmed kaovad voolu ära tulles.
Pilvesalvestus: andmete hoidmine ja haldamine üle võrguteenuste (remote storage). Pakub kättesaadavust ja liidest mitme seadme vahel, ent nõuab võrguühendust ning turvameetmeid.
Hübrid- ja erilahendused: SSHD (hybrid drives), NAS (võrgusalvestus), SAN (storage area networks) ja muud ettevõtete tasandi lahendused.

Kuidas andmesalvestusseade toimib

Andmesalvestusseadme põhifunktsioonid on andmete kirje (write), lugemine (read) ja säilitamine. Sõltuvalt tehnoloogiast toimub see eri viisil: magnettehnoloogia muudab ketta pinnal magnetilisi olekuid, pooljuhttehnoloogia salvestab laenguid transistoride/flash-rakkude kujul, optiline lugemine tuvastab laseriga pit- ehk täppisuraid. Kõigis seadmetes on oluline osa elektroonikal, mis haldab andmeedastust, vahemälu ja vigadega toimetulekut.

Tähtsamad omadused ja mõõdikud

Maht: kui palju andmeid seade suudab salvestada (GB, TB, PB).
Kiirus: lugemise/ kirjutamise läbilaskevõime (MB/s) ja latentsus; SSD-del ja NVMe-liidestel on tavaliselt palju madalam latentsus kui HDD-del.
IOPS: operatsioonid sekundis — oluline andmebaaside ja intensiivsete I/O tööde puhul.
Tõrketaluvus ja andmekaitse: vigadekorrektsioon (ECC), RAID-lahendused, varukoopiad ja krüpteerimine.
Püsivus vs volatiilsus: püsivad seadmed hoiavad andmeid ilma vooluta, volatiilsed (nt RAM) mitte.
Eluiga ja usaldusväärsus: SSD-de kulumine, HDD-de mehaanilised rikete riskid, lintide säilivusaeg.

Täiendavad tehnilised aspektid

Liidesed: SATA, SAS, NVMe (PCIe), USB — mõjutavad andmeedastuse kiirust ja ühilduvust.
Vigade käsitlemine: ECC, checksums, SMART-monitoring ja muud diagnostika- ning ennetustööriistad.
Turvalisus: riistvaraline või tarkvaraline krüpteerimine, juurdepääsukontroll ja varundusstrateegiad andmete kaitseks.
Failisüsteemid ja vormindamine: andmete organiseerimine (NTFS, ext4, APFS, ZFS jt) mõjutab jõudlust ja taastatavust.

Kasutusvaldkonnad

Andmesalvestusseadmeid kasutatakse laialdaselt isiklike arvutite, serverite, mobiilseadmete, ettevõtete andmekeskuste, teaduslaborite ja pilveteenuste juures. Valik sõltub soovitud kiirusest, mahust, maksumusest ja töötingimustest (nt pidev kirjutamine, pikaajaline arhiveerimine või kiire ligipääs).

Kokkuvõte

Andmesalvestusseade on igapäevase digitaalse elu oluline osa — alates lihtsatest mälupulkadest kuni keerukate pilve- ja ettevõttelahendusteni. Tehnoloogia valik põhineb mahul, kiirusel, töökindlusel ja maksumusel; tänapäeval on rõhk kiiretel, turvalistel ja kergesti hallatavatesse lahendustesse integreeritud salvestusseadmetel.

Paljud erinevad tarbeelektroonikaseadmed võivad andmeid salvestada.

Edisoni silindriline fonograaf ca. 1899. Fonograafi silinder on salvestusvahend. Fonogrammi võib pidada salvestusvahendiks või mitte.

Rull-lindiga magnetofon (Sony TC-630) . Magnetlint on andmekandja. Salvesti on andmesalvestusseade, mis kasutab andmete salvestamiseks teisaldatavat andmekandjat (lindirulli).

Andmesalvestusseadmetena saab kasutada selliseid käsitöövahendeid nagu pintslid. Värve ja lõuendeid saab kasutada andmesalvestusvahenditena.

RNA võib olla vanim andmesalvestusvahend, mida nüüdseks on enamikus organismides asendanud DNA.

Terminoloogia

Orgaanilist aju võib pidada või mitte pidada andmesalvestusseadmeks.

Kogu teave on andmed. Kuid mitte kõik andmed ei ole teave.

Andmesalvestusseadmed

Mis tahes sisend-/väljundseadmeid võib pidada andmesalvestusseadmeteks, kui need kirjutavad andmekandjale ja loevad andmekandjalt. Andmesalvestusseadmed kasutavad kas:

kaasaskantavad meetodid (kergesti asendatavad),
pooleldi teisaldatavad meetodid, mis nõuavad mehaanilisi demonteerimisvahendeid ja/või šassii avamist, või
lahutamatud meetodid, mis tähendab mälu kadumist, kui seade lahutatakse.

Järgnevalt on esitatud näited nende meetodite kohta:

Kaasaskantavad meetodid

Käsitöö
Tasane pind

Trükitehnika
Fotograafiline

Valmistamine

Tekstiil

Silindriline juurdepääs
Mälukaardi lugeja/ajam
Lintakandja

Monorull või spiraalilt spiraalile salvestamine
Kompaktkassetimängija/salvesti

Kettale juurdepääs

Kassettidele juurdepääs/ühendamine (lint/ketas/ahelad)
Perifeersete võrkude ühendamine
Flash-mäluseadmed

Pool-kandjalikud meetodid

Kõvaketas
mittepüsiv RAM

Eraldamatud meetodid

Volatiilne RAM
Neuronid

Salvestuskandja

Salvestuskandja on füüsiline materjal, mis sisaldab andmeid, mis on väljendatud mis tahes olemasolevas salvestusformaadis. Elektrooniliste andmekandjate puhul nimetatakse andmeid ja salvestuskandjat mõnikord "tarkvaraks", hoolimata sellest, et seda sõna kasutatakse sagedamini arvutitarkvara kirjeldamiseks.

Vanad ja ajatud näited

Optiline

Mis tahes silmaga nähtav objekt, mida kasutatakse asukoha tähistamiseks, näiteks kivi, lipp või kolju.
Mis tahes käsitöömaterjal, mida kasutatakse kujundite moodustamiseks, näiteks savi, puit, metall, klaas, vaha.

Quipu

Mis tahes markeerimispind, mis tekitab tugeva kuumuse all armi (peamiselt kariloomade või inimeste puhul).
Mis tahes märgistusaine, näiteks värv, tint või kriit.
Mis tahes ese, mis võib sisaldada märgistusainet, näiteks papüürus, paber, nahk.

Keemiline

RNA
DNA
Feromoon

Kaasaegsed näited kasutatud energia järgi

Keemiline

Dipstick

Termodünaamiline

Termomeeter

Fotokeemiline

Fotofilm

Mehhaaniline

Nööbid ja augud

Punch-kaart
Paberlint

Muusikarull

Muusikakarbi silinder või ketas

Grooves (vt ka Audio Data)

Fonograafi silinder
Grammofoniplaat
DictaBelt (plastist rihma soon)
Mahutavus Elektrooniline ketas

Magnetiline ladustamine

Traadi salvestamine (roostevabast terasest traat)
Magnetlint
Trummelmälu (magnetiline trummel)
Diskettakettad

Optiline salvestusruum

Fotopaber
Röntgenülesanne
Hologramm
Prognoositav läbipaistvus
Optiline ketas
Magnetooptiline ketas
Holograafiline mitmekülgne ketas
3D optiline andmesalvestus

Elektriline

Mikrokiipides kasutatav volatiilsetes RAM-mäludes kasutatav pooljuht
Ujuvväravatransistor, mida kasutatakse mittelenduvates mälukaartides

Kaasaegsed näited kuju järgi

Tüüpiline viis andmekandjate klassifitseerimiseks on võtta arvesse nende kuju ja liikumisviisi (või mitteliikumist) võrreldes salvestusseadme lugemis-/kirjutamisseadme(te)ga, nagu on loetletud:

Paberkaartide hoiustamine

Punkerkaart (mehaaniline)

lintide ladustamine (pikad, õhukesed, paindlikud, lineaarselt liikuvad lindid)

Paberilint (mehaaniline)
Magnetlint (lint, mis läbib ühe või mitu lugemis-/kirjutus-/lahenduspead)

Kettasalvestus (lame, ümmargune, pöörlev objekt)

Grammofoniplaat (mida kasutati mõnede 1980. aastate kodukasutuses olevate arvutiprogrammide levitamiseks) (mehaaniline)
Diskett, ZIP-ketas (eemaldatav) (magnetiline)
Holograafiline
Optiline ketas, näiteks CD, DVD, Blu-ray Disc
Minidisc
Kõvaketas (magnetiline)

Magnetmullmälu
Flash-mälu/mälukaart (pooljuhtmälu)

xD-pildikaart
MultiMediaCard
USB-mäluseade (tuntud ka kui "pöidlahoidja" või "keydrive")
SmartMedia
CompactFlash I ja II
Secure Digital
Sony Memory Stick (Std/Duo/PRO/MagicGate versioonid)
Tahkekettad

Ameerika Ühendriikide Kongressi raamatukogus eksponeeritud Gutenbergi piibel, mis demonstreerib trükitud lehekülgi kui salvestusvahendit.

Graffiti avalikul seinal. Avalikke pindu kasutatakse ebatraditsiooniliste andmekandjate asemel, sageli ilma loata.

Fotofilm on fotokeemiline andmesalvestusvahend.

Seotud leheküljed

Küsimused ja vastused

K: Mis on andmesalvesti?

V: Andmesalvestusseade on seade, mis salvestab (salvestab) teavet (andmeid).

K: Kui kaua on inimesed andmeid salvestanud?

V: Inimesed on andmeid salvestanud juba tuhandeid aastaid.

K: Milliseid energiavorme saab kasutada andmete salvestamiseks?

V: Andmete salvestamiseks saab kasutada praktiliselt kõiki energialiike.

K: Mille poolest erineb kaasaegne salvestamine iidsest salvestamisest?

V: Kaasaegsed salvestusseadmed võivad hoida teavet, töödelda teavet või mõlemat. Muistsed salvestusseadmed põhinesid peamiselt piltidel ja kirjutamisel.

K: Mis on elektrooniline andmesalvestus?

V: Elektrooniline andmesalvestus on andmesalvestus, mis vajab andmete salvestamiseks ja kättesaamiseks elektrit.

K: Millised andmesalvestusseadmed kuuluvad elektroonilise andmesalvestuse kategooriasse?

V: Enamik salvestusseadmeid, mis ei vaja andmete lugemiseks visuaalset optikat, kuuluvad elektroonilise andmesalvestuse kategooriasse.

K: Millised on kaks formaati, milles elektroonilisi andmeid võib salvestada?

V: Elektroonilisi andmeid võib salvestada kas analoog- või digitaalsignaaliformaadis.