Для хранения информации: Хранение информации. Носители информации — урок. Информатика, 5 класс.

Виды запоминающих устройств — Dropbox

Внешние запоминающие устройства

Помимо носителей информации, размещенных в компьютере, существуют также внешние цифровые запоминающие устройства. Обычно они используются с целью увеличения объема места для хранения данных, когда на компьютере оно заканчивается, а также для большей мобильности или облегчения передачи файлов с одного устройства на другое.

Если вы хотите перенести файлы с внешних дисков в облако, вы можете воспользоваться резервным копированием внешнего диска и получить доступ к файлам откуда угодно.

Внешние жесткие диски и твердотельные накопители

В качестве внешних накопителей можно использовать как жесткие диски, так и твердотельные накопители. Как правило, среди внешних запоминающих устройств они обеспечивают самый большой объем места: внешние жесткие диски — до 20 ТБ памяти, а внешние твердотельные накопители (по разумной цене) — до 8 ТБ.

Внешние жесткие диски и твердотельные накопители работают точно так же, как и их внутренние аналоги. Большинство внешних накопителей можно подключить к любому компьютеру; они не привязаны к одному устройству, поэтому их легко использовать для передачи файлов между устройствами.

Устройства флеш-памяти

Мы уже упоминали флеш-память, когда обсуждали твердотельные накопители. Устройства флеш-памяти состоят из триллионов взаимосвязанных ячеек флеш-памяти, в которых хранятся данные. Эти ячейки содержат миллионы транзисторов, которые при включении и выключении представляют единицы и нули в двоичном коде, а компьютер считывает и записывает информацию.

Один из самых известных типов устройства флеш-памяти — это USB-накопитель. Эти небольшие портативные запоминающие устройства, также известные как флеш-накопители, или «флешки», долгое время широко использовались в качестве дополнительных компьютерных запоминающих устройств. До того как Интернет предоставил нам возможность легко и быстро делиться файлами, USB-накопители были незаменимы для перемещения файлов с одного устройства на другое. Однако их можно использовать только на устройствах с USB-портом. В большинстве старых компьютеров присутствует USB-порт, но для более новых может потребоваться переходник.

В наши дни USB-накопитель может вместить до 2 ТБ данных. USB-накопители обойдутся дороже, чем внешний жесткий диск, но они идеально подходят для хранения и переноса небольших файлов благодаря своей простоте и удобству.

Помимо USB-накопителей, к устройствам флеш-памяти также относятся SD-карты и карты памяти других типов, которые часто используются в качестве носителей информации в цифровых камерах.

Оптические запоминающие устройства

Компакт-диски, DVD-диски и диски Blu-Ray используются не только для воспроизведения музыки и видео, но и как запоминающие устройства. Они относятся к категории оптических запоминающих устройств, или оптических носителей.

Двоичный код хранится на этих дисках в виде микроскопических углублений на дорожке, идущей по спирали от центра диска. Работающий диск вращается с постоянной скоростью, а лазер на дисковом накопителе сканирует дорожку на диске. То, как луч лазера отражается или рассеивается на участке дорожки, определяет, записаны ли на нем нули или единицы в двоичном коде.

DVD имеет более узкую спиральную дорожку, чем компакт-диск, что позволяет хранить больше данных при том же размере диска, а в дисководах DVD используется более тонкий красный лазер, чем в дисководах компакт-дисков. DVD также могут быть двухслойными, что увеличивает их емкость. Blu-Ray — это технология более высокого уровня, обеспечивающая хранение данных на нескольких слоях с еще более узкими дорожками, для считывания которых требуется еще более точный синий лазер.

• Диски типа CD-ROM, DVD-ROM и BD-ROM относятся к оптическим дискам, предназначенным только для чтения. Записанные на них данные являются постоянными, их невозможно удалить или перезаписать. Поэтому эти типы дисков нельзя использовать в качестве личного хранилища. Они обычно используются для установки программного обеспечения.
• На диски формата CD-R, DVD-R и BD-R можно записывать информацию, но они не предусматривают перезаписи. Какие бы данные вы ни сохранили на чистом диске одноразовой записи, они останутся на нем навсегда. На этих дисках можно хранить данные, но они не обеспечивают такой гибкости, как другие запоминающие устройства.
• Диски типа CD-RW, DVD-RW и BD-RE предусматривают перезапись. Поэтому вы можете сколько угодно записывать на них новые данные и удалять ненужные. Диски CD-RW долгое время оставались самым популярным вариантом внешнего хранилища, но их место постепенно стали занимать новые технологии, такие как флеш-память. Большинство настольных компьютеров и многие ноутбуки имеют дисковод для CD- или DVD-дисков.

На компакт-диске можно хранить до 700 МБ данных, на DVD-DL — до 8,5 ГБ, а на Blu-Ray — от 25 до 128 ГБ.

Дискеты

Сейчас эти устройства считаются устаревшими, но мы не можем обсуждать запоминающие устройства, не упомянув гибкие диски, или дискеты. Дискеты были первыми широко доступными портативными съемными запоминающими устройствами. Вот почему большинство значков «Сохранить» выглядят именно так, представляя собой изображение дискеты. Они работают по тому же принципу, что и жесткие диски, но в гораздо меньшем масштабе. 

Емкость дискет никогда не превышала 200 МБ, пока CD-RW и флеш-накопители не стали самыми популярными носителями информации. iMac стал первым персональным компьютером, выпущенным без дисковода гибких дисков в 1998 году. Начиная с этого момента более чем 30-летнее господство гибких дисков быстро сошло на нет.

Хранение данных в компьютерных системах

Запоминающее устройство — это элемент аппаратного обеспечения, которое в основном используется для хранения данных. В каждом настольном компьютере, ноутбуке, планшете и смартфоне есть тот или иной вид запоминающего устройства. Также существуют автономные внешние накопители, которые используются с разными устройствами.

Запоминающие устройства нужны не только для хранения файлов, но и для запуска задач и приложений. Любой файл, который вы создаете или сохраняете на своем компьютере, хранится на запоминающем устройстве компьютера. На нем же хранятся ваши приложения, а также операционная система вашего компьютера.

По мере развития технологий запоминающие устройства претерпели значительные изменения. На сегодняшний день существуют запоминающие устройства разных форм и размеров, а также появились типы запоминающих устройств, которые могут использоваться с разными устройствами и выполнять разные функции.

Запоминающие устройства также называют носителями данных. Объем места цифровых запоминающих устройств измеряется в мегабайтах (МБ), гигабайтах (ГБ), а с недавних пор — уже и в терабайтах (ТБ).

Некоторые запоминающие устройства для компьютеров обеспечивают постоянное хранение информации, а другие предназначены только для временного хранения данных. Каждый компьютер имеет первичное и вторичное запоминающее устройство. Первичное работает как кратковременное запоминающее устройство, а вторичное — как долговременное.

Первичное запоминающее устройство: оперативная память (ОЗУ)

Оперативная память, или ОЗУ, — это первичное запоминающее устройство компьютера.

Когда вы работаете с файлом на своем компьютере, данные временно сохраняются в оперативной памяти. ОЗУ обеспечивает выполнение повседневных задач, таких как открытие приложений, загрузка веб-страниц, редактирование документов или функционирование игр. Оперативная память позволяет быстро переключаться между задачами без потери той части работы, которая уже была выполнена. По сути, чем больше объем оперативной памяти вашего компьютера, тем более слаженно и быстро вы сможете работать над несколькими задачами одновременно.

ОЗУ — энергозависимая память, то есть она не обеспечивает хранение информации после выключения системы. Например, если вы скопируете фрагмент текста, перезагрузите компьютер, а затем попытаетесь вставить этот блок текста в документ, вы обнаружите, что ваш компьютер не запомнил скопированный вами текст. Это произошло по той причине, что ОЗУ обеспечивает только временное хранение.

ОЗУ позволяет компьютеру получать доступ к данным в произвольном порядке, обеспечивая их более быстрое считывание и запись, в отличие от вторичного запоминающего устройства.

Вторичные запоминающие устройства: жесткие диски (HDD) и твердотельные накопители (SSD)

Кроме ОЗУ на каждом компьютере также есть другой накопитель информации, который используется для долгосрочного хранения данных. Это вторичное запоминающее устройство. Любой файл, который вы создаете или скачиваете на свой компьютер, сохраняется на его вторичное запоминающее устройство. В компьютерах используются два типа вторичных запоминающих устройств: жесткие диски и твердотельные накопители. Жесткие диски — более традиционный вариант, но твердотельные накопители быстро обгоняют их по популярности.

Вторичные запоминающие устройства часто являются съемными, поэтому их можно заменять или модернизировать, а также перемещать на другие компьютеры. Однако есть и исключения, например MacBook, который не имеет съемного запоминающего устройства.

Жесткие диски (HDD)

HDD — это оригинальные жесткие диски. Они представляют собой магнитные запоминающие устройства, которые существуют с 1950-х годов, хотя со временем они существенно эволюционировали.

Жесткий диск состоит из набора вращающихся металлических дисков, называемых пластинами. Каждая вращающаяся пластина содержит триллионы крошечных фрагментов, которые можно намагничивать, чтобы записывать на них биты информации (бинарный код, состоящий из нулей и единиц). Рычаг-коромысло с головкой для записи и чтения позволяет сканировать вращающиеся магнитные пластины для записи информации на жесткий диск или определения магнитного заряда для считывания информации с него.

Жесткие диски используются для хранения данных в телевизионных записывающих устройствах и серверах, а также на ноутбуках и ПК.

Твердотельные накопители (SSD)

Твердотельные накопители появились гораздо позже, в 90-х годах. В них нет никаких магнитов и дисков, вместо этого используется флеш-память типа NAND. В твердотельных накопителях используются полупроводники, которые хранят информацию, изменяя электрический ток цепей, содержащихся в накопителе. Это означает, что, в отличие от жестких дисков, твердотельные накопители не имеют движущихся частей.

Поэтому твердотельные накопители не только работают быстрее и плавнее, чем жесткие диски (жестким дискам требуется больше времени для сбора информации из-за механической природы их пластин и головок), но и, как правило, служат дольше (из-за большого количества сложных движущихся частей жесткие диски больше подвержены повреждениям и износу).

Твердотельные накопители используются не только в новых ПК и ноутбуках высокого класса, но и в смартфонах, планшетах, а иногда и в видеокамерах.

Лучший способ хранения больших объемов данных

Если вам не хватает места на ваших устройствах, пришло время поискать альтернативные устройства для хранения данных. Даже внешние запоминающие устройства, такие как флеш-накопители, могут сломаться, потеряться, или на них может закончиться место. Вот почему лучше всего хранить все свои файлы в облаке. Это безопаснее, быстрее и удобнее.

Хранение информации | Кабинет информатики

В меню кабинета | Хранение информации

Человек хранит информацию в собственной памяти, а также в виде записей на различных внешних (по отношению к человеку) носителях: на камне, папирусе, бумаге, магнитных и оптических носителях и пр. Благодаря таким записям информация передается не только в пространстве (от человека к человеку), но и во времени — из поколения в поколение.

Разнообразие носителей информации

Информация может храниться в различных видах: в виде текстов, в виде рисунков, схем, чертежей; в виде фотографий, в виде звукозаписей, в виде кино- или видеозаписей. В каждом случае применяются свои носители. Носитель — это материальная среда, используемая для записи и хранения информации.

К основным характеристикам носителей информации относятся: информационный объем или плотность хранения информации, надежность (долговечность) хранения.

Бумажные носители

Носителем, имеющим наиболее массовое употребление, до сих пор остается бумага. Изобретенная во II веке н.э. в Китае, бумага служит людям уже 19 столетий.

Для сопоставления объемов информации на разных носителях будем пользоваться универсальной единицей — байт, считая, что один символ текста “весит” 1 байт. Книга, содержащая 300 страниц, при размере текста на странице примерно 2000 символов имеет информационный объем 600 000 байт, или 586 Кб. Информационный объем средней школьной библиотеки, фонд которой составляет 5000 томов, приблизительно равен 2861 Мб = 2,8 Гб.

Что касается долговечности хранения документов, книг и прочей бумажной продукции, то она очень сильно зависит от качества бумаги, от красителей, используемых при записи текста, от условий хранения. Интересно, что до середины XIX века (с этого времени в качестве бумажного сырья начали использовать древесину) бумага делалась из хлопка и текстильных отходов — тряпья. Чернилами служили натуральные красители. Качество рукописных документов того времени было довольно высоким, и они могли храниться тысячи лет. С переходом на древесную основу, с распространением машинописи и средств копирования, с использованием синтетических красителей срок хранения печатных документов снизился до 200–300 лет.

Магнитные носители

В XIX веке была изобретена магнитная запись. Первоначально магнитная запись использовалась только для сохранения звука. Самым первым носителем магнитной записи была стальная проволока диаметром до 1 мм. В начале XX столетия для этих целей использовалась также стальная катаная лента. Качественные характеристики всех этих носителей были весьма низкими. Для производства 14-часовой магнитной записи устных докладов на Международном конгрессе в Копенгагене в 1908 г. потребовалось 2500 км, или около 100 кг проволоки.

В 20-х годах прошлого века появляется магнитная лента сначала на бумажной, а позднее — на синтетической (лавсановой) основе, на поверхность которой наносится тонкий слой ферромагнитного порошка. Во второй половине XX века на магнитную ленту научились записывать изображение, появляются видеокамеры, видеомагнитофоны.

На ЭВМ первого и второго поколений магнитная лента использовалась как единственный вид сменного носителя для устройств внешней памяти. На одну катушку с магнитной лентой, использовавшейся в лентопротяжных устройствах первых ЭВМ, помещалось приблизительно 500 Кб информации.

С начала 1960-х годов в употребление входят компьютерные магнитные диски: алюминиевый или пластмассовый диск, покрытый тонким магнитным порошковым слоем толщиной в несколько микрон. Информация на диске располагается по круговым концентрическим дорожкам. Магнитные диски бывают жесткими и гибкими, бывают сменными и встроенными в дисковод компьютера. Последние традиционно называют винчестерами, а сменные гибкие диски — флоппи-дисками.

“Винчестер” компьютера — это пакет магнитных дисков, надетых на общую ось. Информационная емкость современных винчестеров измеряется в гигабайтах — десятки и сотни Гб. Наиболее распространенный тип гибкого диска диаметром 3,5 дюйма вмещает 2 Мб данных. Флоппи-диски в последнее время выходят из употребления.

В банковской системе большое распространение получили пластиковые карты. На них тоже используется магнитный принцип записи информации, с которой работают банкоматы, кассовые аппараты, связанные с информационной банковской системой.

Оптические носители

Применение оптического, или лазерного, способа записи информации начинается в 1980-х годах. Его появление связано с изобретением квантового генератора — лазера, источника очень тонкого (толщина порядка микрона) луча высокой энергии. Луч способен выжигать на поверхности плавкого материала двоичный код данных с очень высокой плотностью. Считывание происходит в результате отражения от такой “перфорированной” поверхности лазерного луча с меньшей энергией (“холодного” луча). Благодаря высокой плотности записи оптические диски имеют гораздо больший информационный объем, чем однодисковые магнитные носители. Информационная емкость оптического диска составляет от 190 до 700 Мб. Оптические диски называются компакт-дисками — CD.

Во второй половине 1990-х годов появились цифровые универсальные видеодиски DVD (Digital Versatile Disk) с большой емкостью, измеряемой в гигабайтах (до 17 Гб). Увеличение их емкости по сравнению с CD связано с использованием лазерного луча меньшего диаметра, а также двухслойной и двусторонней записи. Вспомните пример со школьной библиотекой. Весь ее книжный фонд можно разместить на одном DVD.

В настоящее время оптические диски (CD — DVD) являются наиболее надежными материальными носителями информации, записанной цифровым способом. Эти типы носителей бывают как однократно записываемыми — пригодными только для чтения, так и перезаписываемыми — пригодными для чтения и записи.

Флэш-память

В последнее время появилось множество мобильных цифровых устройств: цифровые фото- и видеокамеры, МР3-плееры, карманные компьютеры, мобильные телефоны, устройства для чтения электронных книг, GPS-навигаторы и многое другое. Все эти устройства нуждаются в переносных носителях информации. Но поскольку все мобильные устройства довольно миниатюрные, то и к носителям информации для них предъявляются особые требования. Они должны быть компактными, обладать низким энергопотреблением при работе и быть энергонезависимыми при хранении, иметь большую емкость, высокие скорости записи и чтения, долгий срок службы. Всем этим требованиям удовлетворяют флэш-карты памяти. Информационный объем флэш-карты может составлять несколько гигабайт.

В качестве внешнего носителя для компьютера широкое распространение получили флэш-брелоки (“флэшки” — называют их в просторечии), выпуск которых начался в 2001 году. Большой объем информации, компактность, высокая скорость чтения-записи, удобство в использовании — основные достоинства этих устройств. Флэш-брелок подключается к USB-порту компьютера и позволяет скачивать данные со скоростью около 10 Мб в секунду.

“Нано-носители”

В последние годы активно ведутся работы по созданию еще более компактных носителей информации с использованием так называемых “нанотехнологий”, работающих на уровне атомов и молекул вещества. В результате один компакт-диск, изготовленный по нанотехнологии, сможет заменить тысячи лазерных дисков. По предположениям экспертов приблизительно через 20 лет плотность хранения информации возрастет до такой степени, что на носителе объемом примерно с кубический сантиметр можно будет записать каждую секунду человеческой жизни.

Организация информационных хранилищ

Информация сохраняется на носителях для того, чтобы ее можно было просматривать, искать нужные сведения, нужные документы, пополнять и изменять, удалять данные, потерявшие актуальность. Иначе говоря, хранимая информация нужна человеку для работы с ней. Удобство работы с такими информационными хранилищами сильно зависит от того, как информация организована.

Возможны две ситуации: либо данные никак не организованы (такую ситуацию иногда называют кучей), либо данные структурированы. С увеличением объема информации вариант “кучи” становится все более неприемлемым из-за сложности ее практического использования (поиска, обновления и пр.).

Под словами “данные структурированы” понимается наличие какой-то упорядоченности данных в их хранилище: в словаре, расписании, архиве, компьютерной базе данных. В справочниках, словарях, энциклопедиях обычно используется линейный алфавитный принцип организации (структурирования) данных.

Крупнейшими хранилищами информации являются библиотеки. Упоминания о первых библиотеках относятся к VII веку до н.э. С изобретением книгопечатания (XV век) библиотеки стали распространяться по всему миру. В библиотечном деле имеется многовековой опыт организации информации.

Для организации и поиска книг в библиотеках создаются каталоги: списки книжного фонда. Первый библиотечный каталог был создан в знаменитой Александрийской библиотеке в III веке до н.э. С помощью каталога читатель определяет наличие в библиотеке нужной ему книги, а библиотекарь находит ее в книгохранилище. При использовании бумажной технологии каталог — это организованный набор картонных карточек со сведениями о книгах.

Существуют алфавитные и систематические каталоги. В алфавитных каталогах карточки упорядочены в алфавитном порядке фамилий авторов и образуют линейную (одноуровневую) структуру данных. В систематическом каталоге карточки систематизированы по тематике содержания книг и образуют иерархическую структуру данных. Например, все книги делятся на художественные, учебные, научные. Учебная литература делится на школьную и вузовскую. Книги для школы делятся по классам и т.д.

В современных библиотеках происходит смена бумажных каталогов на электронные. В таком случае поиск книг осуществляется автоматически информационной системой библиотеки.

Данные, хранящиеся на компьютерных носителях (дисках), имеют файловую организацию. Файл подобен книге в библиотеке. Аналогично библиотечному каталогу операционная система создает каталог диска, который хранится на специально отведенных дорожках. Пользователь ищет нужный файл, просматривая каталог, после чего операционная система находит этот файл на диске и предоставляет пользователю. На первых дисковых носителях небольшого объема использовалась одноуровневая структура хранения файлов. С появлением жестких дисков большого объема стали использовать иерархическую структуру организации файлов. Наряду с понятием “файл” появилось понятие папки (см. “Файлы и файловая система”).

Более гибкой системой организации хранения и поиска данных являются компьютерные базы данных (см. “Базы данных”).

Надежность хранения информации

Проблема надежности хранения информации связана с двумя видами угроз для хранимой информации: разрушение (потеря) информации и кража или утечка конфиденциальной информации. Бумажные архивы и библиотеки всегда были подвержены опасности физического исчезновения. Огромный ущерб для цивилизации принесло разрушение упомянутой выше Александрийской библиотеки в I веке до н.э., поскольку большая часть книг в ней существовала в единственном экземпляре.

Основной способ защиты информации в бумажных документах от потери — их дублирование. Использование электронных носителей делает дублирование более простым и дешевым. Однако переход на новые (цифровые) информационные технологии создал новые проблемы защиты информации.

Методические рекомендации

В процессе изучения курса информатики ученики приобретают определенные знания и умения, относящиеся к хранению информации.

Ученики осваивают работу с традиционными (бумажными) источниками информации. В стандарте для основной школы отмечается, что ученики должны научиться работать с некомпьютерными источниками информации: справочниками, словарями, каталогами библиотек. Для этого их следует ознакомить с принципами организации этих источников и с приемами оптимального поиска в них. Поскольку данные знания и умения имеют большое общеучебное значение, то желательно дать их ученикам как можно раньше. В некоторых программах пропедевтического курса информатики этой теме уделяется большое внимание.

Ученики должны овладеть приемами работы со сменными компьютерными носителями информации. Все реже в последнее время используются гибкие магнитные диски, на смену которым пришли емкие и быстрые флэш-носители. Ученики должны уметь определять информационную емкость носителя, объем свободного пространства, сопоставлять с ним объемы сохраняемых файлов. Ученики должны понимать, что для длительного хранения больших объемов данных наиболее подходящим средством являются оптические диски. При наличии пишущего CD-дисковода следует научить их организации записи файлов.

Важным моментом обучения является разъяснение опасностей, которым подвергается компьютерная информация со стороны вредоносных программ — компьютерных вирусов. Следует научить детей основным правилам “компьютерной гигиены”: осуществлять антивирусный контроль всех вновь поступающих файлов; регулярно обновлять базы антивирусных программ.

Пять общих хранилищ данных и когда их использовать — разработка

Важной частью любого технического проекта является выбор места для хранения ваших данных. Соответствует ли он схеме или имеет гибкую структуру? Это должно остаться навсегда или это временно?

В этой статье мы опишем пять распространенных хранилищ данных и их атрибуты. Мы надеемся, что эта информация даст вам хороший обзор различных вариантов хранения данных, чтобы вы могли сделать наилучший выбор для своего технического проекта.

Мы обсудим пять типов хранилищ данных:

1. Реляционная база данных
2. Нереляционная («NoSQL») база данных
3. Хранилище ключей-значений
4. Полнотекстовая поисковая система
5. Очередь сообщений

Базы данных — это, например, исходное хранилище данных . Когда мы перестали относиться к компьютерам как к прославленным калькуляторам и начали использовать их для нужд бизнеса, нам стало необходимо хранить данные. Итак, мы (и под мы, я имею в виду Чарльза Бахмана) изобрели первую систему управления базами данных в 1963. К середине-концу 70-х эти системы управления базами данных превратились в реляционную СУБД (RDBMS), которую мы знаем и любим сегодня.

Реляционная база данных или RDB — это база данных, использующая реляционную модель данных.

Данные организованы в виде таблиц. Каждая таблица имеет схему, которая определяет столбцы для этой таблицы. Строки таблицы, каждая из которых представляет фактическую запись информации, должны соответствовать схеме, имея значение (или значение NULL) для каждого столбца.

Каждая строка в таблице имеет свой уникальный ключ, также называемый первичным ключом. Обычно это целочисленный столбец с именем «ID». Строка в другой таблице может ссылаться на идентификатор этой таблицы, тем самым создавая связь между двумя таблицами. Когда столбец в одной таблице ссылается на первичный ключ другой таблицы, мы называем это внешним ключом.

Используя эту концепцию первичных и внешних ключей, мы можем представить невероятно сложные отношения данных, используя невероятно простые основы.

SQL, что означает язык структурированных запросов , является стандартным языком для взаимодействия с реляционными базами данных.

В Shopify мы используем MySQL в качестве нашей СУБД. MySQL — это надежный, отказоустойчивый и стойкий . Мы доверяем MySQL хранение наших данных и никогда не теряем их.

Другие особенности СУБД:

• Репликация и распределенность (хорошо для масштабируемости)
• Применяет схемы и атомарные, непротиворечивые, изолированные и надежные (ACID) транзакции (обеспечивает четко определенное ожидаемое поведение ваших запросов и обновлений)
• Хорошая, настраиваемая производительность (быстрый поиск, можно настроить с помощью индексов, но может быть медленным для запросов между таблицами)

Когда использовать реляционную базу данных

Используйте базу данных для хранения критически важной бизнес-информации. Базы данных являются наиболее долговечным и надежным типом хранилища данных. Все, что вам нужно хранить постоянно, должно быть в базе данных.

Реляционные базы данных, как правило, являются наиболее зрелыми базами данных: они выдержали испытание временем и продолжают оставаться стандартным отраслевым инструментом для надежного хранения важных данных.

Возможно, ваши данные плохо соответствуют реляционной схеме или ваша схема меняется так часто, что жесткая структура реляционной базы данных замедляет вашу разработку. В этом случае вы можете рассмотреть возможность использования нереляционной базы данных.

Компьютерщики за многие годы проделали такую ​​хорошую работу по проектированию доступных и надежных баз данных, что мы захотели использовать их и для нереляционных данных . Данные, которые не соответствуют строго какой-либо схеме или имеют схему, которая настолько изменчива, что было бы очень сложно попытаться представить ее в реляционной форме.

Эти нереляционные базы данных часто называют базами данных «NoSQL». Они имеют примерно те же характеристики, что и базы данных SQL (надежность, отказоустойчивость, постоянство, реплицируемость, распределенность и производительность), за исключением основного отличия : не применяются схемы (или применяются только очень свободные схемы).

Базы данных NoSQL можно разделить на несколько типов, но есть два основных типа, которые приходят на ум, когда мы думаем о базах данных NoSQL: хранилища документов и хранилища широких столбцов.

(На самом деле, некоторые из других хранилищ данных, указанных ниже, также являются хранилищами данных , технически хранилища данных NoSQL. Мы решили перечислить их отдельно, потому что они разработаны и оптимизированы для других вариантов использования, чем эти более «традиционные» хранилища данных NoSQL. )

Хранилище документов

Хранилище документов — это, по сути, причудливое хранилище ключей и значений, в котором ключ часто опускается и никогда не используется (хотя один из них назначается под капотом — мы просто обычно не заботимся об этом). Значения представляют собой большие двоичные объекты полуструктурированных данных, таких как JSON или XML, и мы обращаемся с хранилищем данных, как будто это просто большой массив этих больших двоичных объектов. Затем язык запросов хранилища документов позволит вам фильтровать или сортировать на основе содержимого внутри этих больших двоичных объектов документов.

Популярным хранилищем документов, о котором вы, возможно, слышали, является MongoDB.

Хранилище широких столбцов

Хранилище широких столбцов находится где-то между хранилищем документов и реляционной БД. Он по-прежнему использует таблицы, строки и столбцы, как реляционная БД, но имена и форматы столбцов могут быть разными для разных строк одной и той же таблицы. Эта стратегия сочетает в себе строгую структуру таблиц реляционной базы данных с гибким содержимым хранилища документов.

Популярными магазинами с широкими колоннами, о которых вы, возможно, слышали, являются Cassandra и Bigtable.

В Shopify мы используем Bigtable в качестве приемника для некоторых потоковых событий. Другие хранилища данных NoSQL широко не используются. Мы обнаружили, что большинство наших данных можно смоделировать реляционным способом, поэтому мы, как правило, придерживаемся баз данных SQL.

Когда использовать базу данных NoSQL

Нереляционные базы данных лучше всего подходят для обработки больших объемов данных и/или неструктурированных данных . Они чрезвычайно популярны в мире больших данных, потому что записи выполняются быстро. Базы данных NoSQL не используют сложные схемы кросс-таблиц, поэтому записи вряд ли станут узким местом в системе, использующей NoSQL.

Нереляционные базы данных предлагают разработчикам большую гибкость, поэтому они также популярны среди стартапов на ранних стадиях или новых проектов, где точные требования еще не ясны.

Другой способ хранения нереляционных данных — в хранилище ключ-значение.

Хранилище «ключ-значение» — это, по сути, хэш-карта производственного масштаба: карта от ключей к значениям. Между данными нет причудливых схем или отношений. Нет таблиц или других логических групп данных одного типа. Просто ключи и значения, вот и все.

В Shopify мы используем два хранилища ключей и значений: Redis и Memcached.

И Redis, и Memcached являются хранилищами ключей и значений в памяти, поэтому их производительность является первоклассной .

Поскольку они находятся в памяти, они (обязательно) поддерживают настраиваемые политики вытеснения. В конечном итоге у нас закончится память для хранения ключей и значений, поэтому нам нужно будет удалить некоторые из них. Наиболее популярными стратегиями являются наименее недавно используемые (LRU) и наименее часто используемые (LFU). Эти политики вытеснения делают хранилища ключей и значений простым и естественным способом реализации кеша.

(Примечание. Существуют также дисковые хранилища ключей и значений, такие как RocksDB, но у нас нет опыта работы с ними в Shopify.)

Одно из основных различий между Redis и Memcached заключается в том, что Redis поддерживает некоторые структуры данных в качестве значений. Вы можете объявить значение в Redis списком, набором, очередью, хэш-картой или даже HyperLogLog, а затем выполнять операции с этими структурами. С Memcached все является просто большим двоичным объектом, и если вы хотите выполнить какие-либо операции с этими большими двоичными объектами, вы должны сделать это самостоятельно, а затем снова записать их обратно в ключ.

Redis также можно настроить для сохранения на диск, чего не может Memcached. Поэтому Redis — лучший выбор для хранения постоянных данных, а Memcached по-прежнему подходит только для кешей.

Когда использовать хранилище «ключ-значение»

Хранилища «ключ-значение» подходят для простых приложений, которым необходимо временно хранить простые объекты. Очевидный пример — кеш. Менее очевидный пример — использование списков Redis для постановки в очередь единиц работы с простыми входными параметрами.

Поисковые системы представляют собой особый тип хранилища данных, предназначенный для очень специфического случая использования: поиск текстовых документов.

Технически поисковые системы представляют собой хранилища данных NoSQL. Вы отправляете в них полуструктурированные BLOB-объекты документов, но вместо того, чтобы хранить их как есть и использовать синтаксические анализаторы XML или JSON для извлечения информации, поисковая система нарезает содержимое документа на кусочки в новом формате, оптимизированном для поиска на основе подстрок длинные текстовые поля.

Поисковые системы настойчивы, но они не рассчитаны на особую надежность. Вы никогда не должны использовать поисковую систему в качестве основного хранилища данных! Это должна быть вторичная копия ваших данных, которую всегда можно воссоздать из исходного источника в экстренной ситуации.

В Shopify мы используем Elasticsearch для полнотекстового поиска. Elasticsearch реплицируется и распространяется «из коробки», что упрощает его масштабирование.

Наиболее важной особенностью любой поисковой системы является то, что она исключительно хорошо работает при текстовом поиске .

Чтобы узнать больше о том, как полнотекстовые поисковые системы достигают такой высокой производительности, вы можете ознакомиться с молниеносным выступлением Тории на StarCon 2019.

Когда использовать полнотекстовый поисковый движок

Если вы обнаружили, что пишете SQL-запросы с большим количеством подстановочных знаков (например, «SELECT * FROM products WHERE description LIKE «%cat%», чтобы найти товары, связанные с кошками) и думаете о том, чтобы освежить свои знания навыки обработки естественного языка для улучшения результатов… вам может понадобиться поисковая система!

Поисковые системы также неплохо справляются с поиском и фильтрацией по точным совпадениям текста или числовым значениям, но базы данных тоже хороши в этом. Реальная ценность системы полнотекстового поиска заключается в том, что вам нужно искать определенные слова или подстроки в более длинных текстовых полях.

Последний тип хранилища данных, который вы можете использовать, — это очередь сообщений. Вы можете удивиться, увидев очереди сообщений в этом списке, потому что они считаются скорее инструментом передачи данных, чем инструментом хранения данных, но очереди сообщений хранят ваши данные с такой же надежностью и даже большей устойчивостью, чем некоторые другие инструменты, которые мы использовали. обсуждалось уже!

В Shopify мы используем Kafka для всех наших потребностей в потоковой передаче. Полезные нагрузки, называемые «сообщениями», вставляются в «темы» Kafka «производителями». С другой стороны, «потребители» Kafka могут читать сообщения из темы в том же порядке, в котором они были вставлены.

Под капотом Kafka реализован как распределенный журнал только для добавления. Это просто файлы! Хотя и не человекочитаемые файлы.

Kafka обычно рассматривается как очередь сообщений и по праву относится к нашему разделу очередей сообщений, но технически не является очередью. Это технически распределенный журнал, что означает, что мы можем делать такие вещи, как установить время хранения данных «навсегда» и сжимать наши сообщения по ключу (что означает, что мы сохраняем только самое последнее значение для каждого ключа), и мы в основном получил хранилище документов ключ-значение!

Несмотря на то, что для такого дизайна есть несколько допустимых вариантов использования, если вам нужно хранилище документов типа «ключ-значение», очередь сообщений, вероятно, не лучший инструмент для этой работы. Вы должны использовать очередь сообщений, когда вам нужно быстро, надежно и распределенно передать некоторые данные между службами.

Когда использовать очередь сообщений

Используйте очередь сообщений, когда вам нужно временно хранить, ставить в очередь или отправлять данные.

Если данные очень простые и вы просто сохраняете их для последующего использования в той же службе, вы можете рассмотреть возможность использования хранилища ключей и значений, такого как Redis. Вы можете рассмотреть возможность использования Kafka для тех же простых данных, если это очень важные данные , потому что Kafka надежнее и настойчивее, чем Redis. Вы также можете рассмотреть возможность использования Kafka для очень большого объема простых данных, потому что Kafka легче масштабировать, добавляя распределенные разделы.

Kafka часто используется для передачи данных между службами. Модель производитель-потребитель имеет большое преимущество перед другими решениями: поскольку Kafka сама выступает в роли брокера сообщений, вы можете просто отправить свои данные в Kafka, а затем служба-получатель может запросить обновления. Если бы вы попытались использовать что-то более простое, например, Redis, вам пришлось бы самостоятельно реализовать какой-то механизм уведомления или опроса, тогда как в Kafka это встроено.

Это не все хранилища данных, но мы думаем, что они наиболее распространены и полезны. Зная об этих пяти типах хранилищ данных, вы на пути к принятию отличных дизайнерских решений!

Что вы думаете? Есть ли у вас любимый тип хранилища данных, которого нет в списке? Дайте нам знать в комментариях ниже.

Мы всегда ищем замечательных людей любого происхождения и опыта, которые присоединятся к нашей команде. Посетите нашу страницу карьеры инженера , чтобы узнать, над чем мы работаем.

Что такое хранилище данных? | ИБМ

Хранилище данных определено

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

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

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

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

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

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

Устройства хранения данных

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

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

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

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

NAS

• Одно устройство хранения или RAI
• Система хранения файлов
• Сеть TCP/IP Ethernet
• Ограниченные пользователи
• Ограниченная скорость
• Ограниченные возможности расширения
• Низкая стоимость и простота установки

SAN

• Сеть из нескольких устройств
• Блочная система хранения
• Сеть Fibre Channel
• Оптимизировано для нескольких пользователей
• Повышение производительности
• Высокая расширяемость
• Более высокая стоимость и сложная установка

Типы запоминающих устройств

SSD и флэш-память

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

Исследуйте флэш-память

Гибридное хранилище

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

Откройте для себя гибридное хранилище

Облачное хранилище

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

Узнайте больше об облачном хранилище

Гибридное облачное хранилище

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

Изучение гибридного облачного хранилища

Программное обеспечение и устройства для резервного копирования

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

Обзор резервного копирования и восстановления хранилища

Формы хранения данных

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

Файловое хранилище

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

Узнать больше о файловом хранилище

Блочное хранилище

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

Узнать больше о блочном хранилище

Хранилище объектов

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

Узнать больше о хранилище объектов

Хранение данных для бизнеса

Память компьютера и локальное хранилище могут не обеспечивать достаточный объем памяти, защиту хранилища, доступ нескольких пользователей, скорость и производительность для корпоративных приложений. Таким образом, в большинстве организаций в дополнение к системе хранения NAS используется та или иная форма SAN.

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

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

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

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

Волоконный канал

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

Серверная инфраструктура

Серверная инфраструктура лежит в основе всех решений SAN, и эта инфраструктура включает в себя сочетание серверных платформ. Благодаря таким инициативам, как консолидация серверов и интернет-торговля, потребность в SAN возрастает, что повышает важность сетевых хранилищ.

Система хранения

Система хранения может состоять из дисковых и ленточных систем. Дисковая система может включать жесткие диски, твердотельные накопители или флэш-накопители. Ленточная система может включать ленточные накопители, ленточные автозагрузчики и ленточные библиотеки.

Сетевая система

Подключение SAN состоит из аппаратных и программных компонентов, которые соединяют между собой устройства хранения и серверы. Аппаратное обеспечение может включать в себя концентраторы, коммутаторы, директора и маршрутизаторы.

Введение в сети хранения данных (11,6 МБ)

Решения

Решения для хранения данных

Преобразуйте и улучшите свой бизнес с помощью комплексного решения для хранения данных, которое интегрирует и обновляет существующую ИТ-инфраструктуру, сокращая при этом расходы.

Флэш-память

Благодаря технологии all-flash единой платформенной системы устраните разрозненные разрозненные хранилища, упростив управление данными локально или в облаке.

Виртуализация хранилища

Сократите затраты и сложность с помощью виртуализации хранилища. Виртуализированное хранилище позволяет централизовать управление, чтобы упростить смешанные среды и выявить скрытые емкости.

Технология хранения на магнитной ленте

Изучите надежную технологию хранения на магнитных лентах с воздушным зазором, долгосрочным хранением, устойчивостью к киберугрозам и энергоэффективностью по более низкой цене, чем другие носители. Сохраняйте, защищайте и защищайте свои данные с минимальными затратами с помощью ленточных хранилищ IBM.

Программно-определяемое хранилище (SDS)

Программно-определяемое хранилище означает более интеллектуальные решения для хранения данных.