Как называют компьютеры которые хранят сортируют и поставляют общую для сети информацию

Обновлено: 06.07.2024

Персональный компьютер (ПК) — многоцелевого назначения, предназначенный для работы одного человека (пользователя), достаточно простой в использовании и обслуживании, имеющий небольшие размеры и доступную стоимость.
Все устройства, входящие в состав ПК, можно разделить на две группы:
1) устройства, входящие в ;
2) внешние устройства.

2.2.1. Системный блок
Основной частью персонального компьютера является . В системном блоке находятся (рис. 2.5):

- — к ней подключены все остальные устройства системного блока; через материнскую плату происходит обмен информацией между устройствами, их питание электроэнергией;
- (CPU);
- (RAM);
- жёсткий (HDD) — магнитный в герметичном корпусе, служащий для длительного хранения информации; на нём расположены программы, управляющие работой компьютера, и файлы пользователя;
- устройство для чтения/записи на оптические диски CD, DVD (дисковод и );
- карты расширений:
- видеокарта (Video Card) — предназначена для связи системного блока и монитора; передаёт изображение на и производит часть вычислений по подготовке изображения для монитора;
- звуковая (Sound Card) — предназначена для подготовки звуков, воспроизводимых колонками, в том числе для записи звука с микрофона;
- сетевая — служит для соединения компьютера с другими компьютерами по компьютерной сети;
- блок питания — преобразует ток электрической сети в ток, подходящий для внутренних компонентов компьютера;
- порты компьютера — разъёмы на системном блоке, предназначенные для подключения внешних устройств.

2.2.2. Внешние устройства
Все устройства компьютера, которые не входят в состав системного блока, будем называть внешними. К основным внешним устройствам принято относить клавиатуру, и .
Клавиатура. Клавиатура является устройством ввода информации в компьютер.
Стандартная имеет 104 клавиши, которые можно условно разделить на несколько групп.
Функциональные клавиши F1-F12, расположенные в верхней части клавиатуры, предназначены для выполнения ряда команд при работе с некоторыми программами.
Символьные (алфавитно-цифровые) клавиши — клавиши с цифрами, русскими и латинскими буквами и другими символами, а также «пробел»; используются для ввода информации в компьютер.
Клавиши управления курсором — чёрточкой, отмечающей на экране монитора место ввода очередного символа. К ним относятся четыре клавиши со стрелками, перемещающие курсор на одну позицию в заданном направлении, а также клавиши Home, End, PageUp, PageDown, перемещающие курсор соответственно в начало строки, в конец строки, на страницу вверх и на страницу вниз. "
Дополнительные клавиши, расположенные с правой стороны клавиатуры, могут работать в двух режимах, переключаемых клавишей NumLock:
- при включённом индикаторе NumLock это удобная клавишная панель с цифрами и знаками арифметических операций, расположенными, как на калькуляторе;
- если NumLock выключен, то работает режим управления курсором.
Специальные клавиши (Enter, Esc, Shift, Delete, Backspace, Insert и др.) — это клавиши для специальных действий; они рассредоточены по всей клавиатуре.
Клавиша Enter завершает ввод команды и вызывает её выполнение. При наборе текста служит для завершения ввода абзаца.
Клавиша Esc, расположенная в левом верхнем углу клавиатуры, обычно служит для отказа от только что выполненного действия.
Мышь. Манипулятор « » — одно из основных указательных устройств ввода, обеспечивающих взаимодействие пользователя с компьютером.
Для ввода в компьютер всевозможных графических изображений и текстов непосредственно с бумажного оригинала используется .
Ввод звуковой информации в компьютер осуществляется через микрофон, подключённый к звуковой карте.
Монитор — основное устройство персонального компьютера, предназначенное для вывода информации. На экран монитора выводится вся о работе компьютера; он позволяет отслеживать, что происходит в компьютере в данное время, каким вычислительным процессом занят компьютер.
Для вывода информации на бумагу предназначены принтеры. Принтеры бывают чёрно-белыми и цветными. Также они различаются по способу действия. Принтеры ударного действия наносят удар по красящей ленте, соприкасающейся с бумагой. В матричном принтере удар по красящей ленте наносит группа иголок, установленных в печатающей головке. Принтеры безударного действия распыляют на бумагу чернила (струйные принтеры) или сухой тонер (лазерные принтеры). Чернила и тонер находятся в сменных картриджах.
Для вывода звуковой информации используются акустические колонки или наушники, которые подключаются к звуковой плате.
Системный блок, и образуют минимальный комплект устройств, обеспечивающих работу компьютера.

2.2.3. Компьютерные сети
Существуют компьютеры, работающие автономно, и компьютеры, объединённые в компьютерные сети. Сети нужны для обмена информацией между компьютерами, совместного использования общих программ, данных и устройств. Например, в кабинете информатики компьютеры объединяют в сеть, чтобы ученики могли работать с одними и теми же данными и использовать общий . Это пример локальной сети.
Интернет — это глобальная компьютерная сеть, связывающая между собой миллионы компьютеров и сетей со всего мира. Основу Интернета составляют мощные компьютеры, расположенные по всему миру и соединённые между собой надёжными и высокоскоростными каналами связи. К этим компьютерам присоединяются региональные сети, через которые к Интернету можно подключиться с любого персонального компьютера.
Компьютеры, подключенные к сети, условно можно разделить на две категории. Те компьютеры сети, которые хранят, сортируют и поставляют общую для сети информацию, управляют общими устройствами, называются серверами. Компьютеры, которые эту информацию используют, например домашние компьютеры, называются клиентами.
Основная характеристика подключения компьютера к сети Интернет — скорость передачи данных по имеющемуся каналу связи. Она измеряется в битах в секунду ( /с), а также Кбит/с (1 Кбит = 1024 бита), Мбит/с и Гбит/с.

Задача 1. Скорость передачи данных по некоторому каналу связи равна 1 024 000 /с. Передача данных через это соединение заняла 5 секунд. Определите информационный объём переданных данных в килобайтах.

Решение.
Способ 1. Информационный объём данных найдём как произведение скорости передачи данных на время передачи:
1 024 000 /с * 5 с = 5 120 000 битов.
Переведём полученный результат в байты и килобайты:
5 120 000 битов = 640 000 байтов = 625 Кбайт.
Способ 2. Преобразуем значение скорости передачи информации, выделив в соответствующем числе степени двойки:
1 024 000 = 1024 * 1000 = 2 10 * 1000 = 2 10 * 2 3 * 125.
2 10 * 2 3 * 125 /с * 5 с = 2 10 * 2 3 * 625 битов = 2 10 * 625 байтов = 625 Кбайт.
Ответ: 625 Кбайт.

· системная (материнская) плата

· накопитель на жестком диске (винчестер),

· накопитель на гибких дисках,

· генератор тактовых импульсов

· СD/DVD-приводы и др..

Системная (материнская) плата – от английского motherboard, печатная плата, на которой осуществляется монтаж большинства компонентов компьютерной системы. Материнская плата - самая большая плата ПК. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с оперативной памятью, - так называемые системные шины . К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера.

Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем - так называемый чипсет .

Чипсет - это набор микросхем материнской платы для обеспечения работы процессора с памятью и внешними устройствами.

Раньше компьютер имел до 2-х сотен микросхем на материнской плате. Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета:

· Мост памяти - контроллер-концентратор памяти или Северный мост (North Bridge) или, который обеспечивает работу процессора с памятью и с видеоподсистемой ;

· Мост ввода/вывода - контроллер-концентратор ввода-вывода или Южный мост (South Bridge), обеспечивающий работу с внешними устройствами . Обычно северный и южный мост расположены на отдельных микросхемах. Именно северный и южный мосты определяют, в значительной степени, особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

На материнской плате, кроме чипсета, располагаются разъёмы для подключения центрального процессора, графической платы, звуковой платы, жёстких дисков, оперативной памяти и другие разъемы.

На поверхности материнской платы имеется большое количество разъемов предназначенных для установки других устройств:

sockets – гнезда для процессоров;

slots – разъемы под оперативную память и платы расширения;

контроллеры портов ввода/ вывода .

· Центральный процессор

Центральный процессор , или центральное процессорное устройство (ЦПУ) (англ. central processing unit - CPU) - основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. ЦПУ имеет размеры 5*5*0,3 см , устанавливается на материнской плате. На процессоре установлен большой радиатор, охлаждаемый вентилятором.

Конструктивно процессор состоит из ячеек, в которых данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина .

Адресная шина . У процессоров Intel Pentium (а именно они наиболее распространены на сегодняшний день в персональных компьютерах) адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих регистров.

Шина данных . По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на базе процессоров Intel Pentium, шина данных 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.

Аннотация: В этой лекции вы получите ответы на следующие вопросы: что такое компьютер; какие бывают компьютеры; какой компьютер купить - настольный ПК или ноутбук; стоит ли собрать ПК самостоятельно или лучше купить уже готовую конфигурацию; какова базовая конфигурация ПК; что такое монитор, системный блок, винчестер, привод компакт-диска, разъемы и провода; как правильно включить и выключить ПК и проч.

Что такое компьютер и какие бывают компьютеры

Термин персональный компьютер (ПК) введен компанией Apple в конце 1970-х годов. Слово "персональный" подразумевает его использование одним пользователем, однако на современных компьютерах могут работать не один, а нескольких человек (например, все члены вашей семьи).

Персональный компьютер (ПК) - устройство для поиска, сбора, хранения, преобразования и использования информации в цифровой форме

Компьютер работает с помощью программного обеспечения , состоящего из системных и прикладных программ. Главной системной программой является операционная система (в наших лекциях - Windows 7), которая управляет всеми устройствами ПК и организует диалог между человеком и ПК. Прикладные программы служат для решения различных задач пользователя (набор и редактирование текста, рисование на ПК, решение инженерных и бухгалтерских задач и так далее).

Стационарный компьютер (десктоп)

По степени мобильности компьютеры подразделяются на две группы: стационарные или настольные (десктоп) и мобильные (ноутбук, планшет, смартфон).

Десктоп (от англ. desktop - "поверхность стола") - компьютер, предназначенный для постоянного размещения на столе. Настольные компьютеры изначально имели блочную архитектуру и состояли из системного блока, монитора, клавиатуры, мыши и периферийных устройств (рис. 1.1).

Именно такие компьютеры установлены у большинства пользователей.

Ноутбук

Ноутбук отличается от стационарного компьютера тем, что все основные устройства (системный блок, дисплей, динамики и пр.) у него находятся в одном корпусе. Благодаря аккумулятору ноутбуком можно пользоваться в любом месте, в том числе там, где нет электричества (рис. 1.2).


Планшет , по сути, тот же ноутбук, но имеет виртуальную клавиатуру (планшеты оснащены сенсорным экраном), а экран планшетного ПК поворачивается на 180 градусов, что позволяет использовать его как электронную записную книжку. Коммуникатор (смартфон) - устройство, сочетающее в себе функции мобильного телефона и компьютера. Маловероятно, что основы работы на ПК вы будете изучать на планшете или коммуникаторе. Поэтому информация об этих видах ПК дается здесь лишь для справки.

Ноутбук или настольный компьютер: что выбрать?

Чтобы правильно выбрать компьютер для дома, необходимо в первую очередь определиться, для чего вы будете этот компьютер использовать. Если вы собираетесь набирать на ПК текст и работать в Интернете, то требования будут невысокими, а вот игровой компьютер потребует от вас значительно больше финансовых затрат. Самый простой вариант покупки ПК - отталкиваться от той суммы, которую вы готовы потратить, а в качестве консультанта пригласить знающего человека, которому вы доверяете. Если вы хотите сделать выбор самостоятельно, то следует иметь в виду, что к десктопному компьютеру можно подключить колонки, принтер, сканер и многое другое периферийное оборудование. Однако его не возьмешь с собой в дорогу. Поэтому данный тип компьютера подходит только для дома. Если вы часто бываете в разъездах, то лучше приобрести ноутбук (или нетбук). Давайте сравним характеристики настольного ПК и ноутбука:

  • Производительность . По этому параметру десктоп превосходит ноутбук, т. е. по соотношению "цена-производительность" он впереди.
  • Удобство работы . Один из плюсов десктопа - удобство работы. Гораздо удобнее работать за отдельной полногабаритной и эргономичной клавиатурой настольного ПК, чем за клавиатурой ноутбука со смещенными кнопками и без дополнительного цифрового блока. Также очевидна минимизация кнопок ноутбука и уменьшение расстояния между ними, что снижает удобство работы.
  • Апгрейд, т. е. возможность модернизации ПК . Современная аппаратура быстро морально устаревает. У ноутбуков вы можете увеличить только оперативную память и объем винчестера. Заменить процессор, монитор или видеоадаптер практически нереально.
  • Монитор десктопа и ноутбука . Сегодня большая диагональ для ноутбука встречается крайне редко. При этом качество изображения и цветопередача монитора ноутбука практически всегда не на высоте. В десктопном варианте монитор с большой диагональю не проблема, а цветовые параметры такого монитора будут существенно лучше, чем у ноутбука. Таким образом, десктопные мониторы всегда дешевле и качественнее, чем мониторы у ноутбуков.
  • Габариты и мобильность . Портативность и мобильность - единственные достоинства ноутбуков. Он справится с такими задачами, как работа в Интернете и офисных приложениях, а также просмотр фильмов. Из ноутбука невозможно сделать высокопроизводительное устройство под все задачи, и под компьютерные игры в частности.

Итак, для наших целей, т. е. для изучения основ работы на ПК, по параметру "цена-производительность" больше подходит именно настольный компьютер, а не ноутбук.

Из чего состоит компьютер?

Компьютерные программы не существуют обособленно - они неотрывно связаны с компьютерным "железом", которое, собственно, и обеспечивает их нормальную работу. Чтобы правильно, т. е. с наилучшим сочетанием компонентов, купить компьютер, надо представлять себе, из чего ПК состоит. Персональный компьютер состоит из следующих обязательных компонентов

  • системный блок (в комплекте с сетевым кабелем);
  • монитор (в комплекте с сетевым кабелем и информационным кабелем);
  • клавиатура;
  • манипулятор "мышь".

Все вышеперечисленное - это так называемая базовая комплектация компьютера. Кроме вышеперечисленного, к компьютеру могут подключаться дополнительные устройства, которые называют периферийными . К ним относятся принтер, сканер, цифровая фотокамера, звуковые колонки и т. д. - словом, необязательные устройства, которые в базовом варианте ПК могут и отсутствовать. О периферии мы поговорим в "Периферия" .

Системный блок

Системный блок создан по модульному принципу, позволяющему при желании изменить его состав, например, увеличить объем оперативной памяти, заменить видеокарту или увеличить емкость винчестера. В результате вы можете производить постепенное наращивание мощности персонального компьютера, его модернизацию, что на компьютерном сленге называется апгрейдом (upgrade).

Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, полезный материал и многое другое.

На предыдущем занятии мы уже познакомились с некоторыми основными комплектующими частями компьютера. Сегодня более подробно рассмотрим устройство персонального компьютера.

Технологическая карта урока. Босова Л.Л., Босова А.Ю. Информатика. 7 класс. ФГОС.
Урок 9. Устройство компьютера. Его основные компоненты.


Достаточно простой в использовании и обслуживании, имеющие небольшие размеры и доступную стоимость.

Все устройства, входящие в состав п.к. можно разделить на 2 группы:

1. Устройство входящие в системный блок.

2. Внешние устройства.



1. Материнская плата. К ней подключены все остальные устройства системного блока. Через материнскую плату происходит обмен информацией между устройствами их питания электроэнергией. Часть из основных комплектующих компьютера, например, процессор или видеокарта, устанавливается непосредственно на саму материнскую плату в предназначенный для этого разъем, а другая часть комплектующих, например, жесткий диск или блок питания, подключаются к материнской плате с помощью специальных кабелей.



3. Оперативная память. Предназначена для временного хранения данных. Например, она хранит буфер обмена, копировали мы какой-то текст или картинку на сайте и тут же они попали в оперативную память. Информация о запущенных программах, спящий режим компьютера и другие временные данные хранятся в оперативной памяти, но после выключения компьютера данные из нее полностью удаляются.

4. Жесткий диск. Жесткий диск представляет собой магнитный диск в герметичном корпусе, который служит для длительного хранения информации. На нем расположены программы, управляющие работой компьютера и файлы пользователя. Жесткий диск в отличие от оперативной памяти предназначен для длительного хранения файлов. По-другому его называют винчестер. Он хранит данные на специальных пластинах.

Также в последнее время распространились ssd-диски. К их особенности можно отнести высокую скорость работы.


Ssd диск на 64 гигабайта обходится по цене также как винчестер на 750 гигабайт. Но можно купить ssd диск на 64 гигабайта и использовать его в виде системного диска, то есть установить на него windows, скорость работы увеличивается в несколько раз. Система стартует очень быстро, программы буквально летают.

5. Устройство для чтения и записи на оптические диски cd, dvd. Дисковод и накопитель. Дисковод нужен для работы с дисками, хоть он уже и гораздо реже используется. Все-таки на стационарных компьютерах он пока что не помешает. Как минимум дисковод пригодится для установки системы.


6. Карты расширений:



7. Блок питания. Преобразует ток электрической сети в ток подходящий для внутренних компонентов компьютера. Блок питания нужен для того, чтобы выше описанные устройства компьютера заработали. Он обеспечивает все комплектующие необходимым количеством электроэнергии.

8. Порта компьютера. Это разъемы на системном блоке предназначены для подключения внешних устройств.



Клавиатура является устройством ввода информации в компьютер. Стандартная клавиатура имеет 104 клавиши которые можно условно разделить на несколько групп:

Клавиши управления курсором 4 стрелки, отмечающие на экране монитора место ввода очередного символа. Они перемещают курсор на одну позицию в заданном направлении, а также клавиши Home, End, Page Up и Page Down которые перемещают курсор, соответственно, в начало строки, в конец строки, на страницу вверх и на страницу вниз.

Дополнительные клавиши расположены с правой стороны клавиатуры, могут работать в двух режимах, переключаемых клавишей Num Lock при включенном индикаторе Num Lock. Это удобная клавишная панель с цифрами и знаками арифметических операций, расположенными как на калькуляторе. Если индикатор Num Lock выключен, то работает режим управления курсором.


Для ввода в компьютер всевозможных графических изображений и текстов непосредственно с бумажного оригинала используется сканер.

Ввод звуковой информации в компьютер осуществляется через микрофон, подключенный к звуковой карте.


Для вывода информации на бумагу предназначены принтеры. Принтеры бывают черно-белыми и цветными, также они различаются по способу действия:


В матричном принтере удар по красящей ленте наносит группа иголок, установленных в печатающей головке;

Более подробно о мониторе и принтерах мы говорили на предыдущем занятии.

Для вывода звуковой информации используются акустические колонки или наушники, которые подключаются к звуковой плате.

Системный блок, клавиатура, мышь и монитор образуют минимальный комплект устройств, обеспечивающих работу компьютера.

А чтобы материнскую плату, процессор, видеокарту, оперативную память и жесткий диск, дисковод, звуковую карту, блок питания и возможно какие-то дополнительные комплектующие было куда-то поместить нам понадобится корпус.

Все устройства компьютера аккуратно устанавливаются в корпус. Корпус закрывается, подключается к электрической сети и начинает ежедневную жизнь от включения до выключения. В корпусе поддерживается необходимая температура и все защищено от повреждений.

Компьютерные сети.

Ежедневная жизнь компьютера начинается с работой автономно, то есть без вхождения в какую-либо сеть или в компьютерные сети. Сети нужны для обмена информацией между компьютерами совместного использования общих программ данных и устройств, например, в учебном классе компьютеры объединяют в сеть, чтобы ученики могли работать с одними и теми же данными и использовать общий принтер. Это пример локальной сети

Интернет.

TL;DR: Вводная статья с описанием разных вариантов хранения данных. Будут рассмотрены принципы, описаны преимущества и недостатки, а также предпочтительные варианты использования.


Зачем это все?

Хранение данных — одно из важнейших направлений развития компьютеров, возникшее после появления энергонезависимых запоминающих устройств. Системы хранения данных разных масштабов применяются повсеместно: в банках, магазинах, предприятиях. По мере роста требований к хранимым данным растет сложность хранилищ данных.

Надежно хранить данные в больших объемах, а также выдерживать отказы физических носителей — весьма интересная и сложная инженерная задача.

Хранение данных

Под хранением обычно понимают запись данных на некоторые накопители данных, с целью их (данных) дальнейшего использования. Опустим исторические варианты организации хранения, рассмотрим подробнее классификацию систем хранения по разным критериям. Я выбрал следующие критерии для классификации: по способу подключения, по типу используемых носителей, по форме хранения данных, по реализации.

По способу подключения есть следующие варианты:

  • Внутреннее. Сюда относятся классическое подключение дисков в компьютерах, накопители данных устанавливаются непосредственно в том же корпусе, где и будут использоваться. Типовые шины для подключения — SATA, SAS, из устаревших — IDE, SCSI.



подключение дисков в сервере

  • Внешнее. Подразумевается подключение накопителей с использованием некоторой внешней шины, например FC, SAS, IB, либо с использованием высокоскоростных сетевых карт.



дисковая полка, подключаемая по FC

По типу используемых накопителей возможно выделить:

  • Дисковые. Предельно простой и вероятно наиболее распространенный вариант до сих пор, в качестве накопителей используются жесткие диски
  • Ленточные. В качестве накопителей используются запоминающие устройства с носителем на магнитной ленте. Наиболее частое применение — организация резервного копирования.
  • Flash. В качестве накопителей применяются твердотельные диски, они же SSD. Наиболее перспективный и быстрый способ организации хранилищ, по емкости SSD уже фактически сравнялись с жесткими дисками (местами и более емкие). Однако по стоимости хранения они все еще дороже.
  • Гибридные. Совмещающие в одной системе как жесткие диски, так и SSD. Являются промежуточным вариантом, совмещающим достоинства и недостатки дисковых и flash хранилищ.

Если рассматривать форму хранения данных, то явно выделяются следующие:

  • Файлы (именованные области данных). Наиболее популярный тип хранения данных — структура подразумевает хранение данных, одинаковое для пользователя и для накопителя.
  • Блоки. Одинаковые по размеру области, при этом структура данных задается пользователем. Характерной особенностью является оптимизация скорости доступа за счет отсутствия слоя преобразования блоки-файлы, присутствующего в предыдущем способе.
  • Объекты. Данные хранятся в плоской файловой структуре в виде объектов с метаданными.


По реализации достаточно сложно провести четкие границы, однако можно отметить:

  • аппаратные, например RAID и HBA контроллеры, специализированные СХД.



RAID контроллер от компании Fujitsu

  • Программные. Например реализации RAID, включая файловые системы (например, BtrFS), специализированные сетевые файловые системы (NFS) и протоколы (iSCSI), а также SDS



пример организации LVM с шифрованием и избыточностью в виртуальной машине Linux в облаке Azure

Давайте рассмотрим более детально некоторые технологии, их достоинства и недостатки.

Direct Attached Storage — это исторически первый вариант подключения носителей, применяемый до сих пор. Накопитель, с точки зрения компьютера, в котором он установлен, используется монопольно, обращение с накопителем происходит поблочно, обеспечивая максимальную скорость обмена данными с накопителем с минимальными задержками. Также это наиболее дешевый вариант организации системы хранения данных, однако не лишенный своих недостатков. К примеру если нужно организовать хранение данных предприятия на нескольких серверах, то такой способ организации не позволяет совместное использование дисков разных серверов между собой, так что система хранения данных будет не оптимальной: некоторые сервера будут испытывать недостаток дискового пространства, другие же — не будут полностью его утилизировать:

Конфигурации систем с единственным накопителем применяются чаще всего для нетребовательных нагрузок, обычно для домашнего применения. Для профессиональных целей, а также промышленного применения чаще всего используется несколько накопителей, объединенных в RAID-массив программно, либо с помощью аппаратной карты RAID для достижения отказоустойчивости и\или более высокой скорости работы, чем единичный накопитель. Также есть возможность организации кэширования наиболее часто используемых данных на более быстром, но менее емком твердотельном накопителе для достижения и большой емкости и большой скорости работы дисковой подсистемы компьютера.

Storage area network, она же сеть хранения данных, является технологией организации системы хранения данных с использованием выделенной сети, позволяя таким образом подключать диски к серверам с использованием специализированного оборудования. Так решается вопрос с утилизацией дискового пространства серверами, а также устраняются точки отказа, неизбежно присутствующие в системах хранения данных на основе DAS. Сеть хранения данных чаще всего использует технологию Fibre Channel, однако явной привязки к технологии передачи данных — нет. Накопители используются в блочном режиме, для общения с накопителями используются протоколы SCSI и NVMe, инкапсулируемые в кадры FC, либо в стандартные пакеты TCP, например в случае использования SAN на основе iSCSI.


Давайте разберем более детально устройство SAN, для этого логически разделим ее на две важных части, сервера с HBA и дисковые полки, как оконечные устройства, а также коммутаторы (в больших системах — маршрутизаторы) и кабели, как средства построения сети. HBA — специализированный контроллер, размещаемый в сервере, подключаемом к SAN. Через этот контроллер сервер будет «видеть» диски, размещаемые в дисковых полках. Сервера и дисковые полки не обязательно должны размещаться рядом, хотя для достижения высокой производительности и малых задержек это рекомендуется. Сервера и полки подключаются к коммутатору, который организует общую среду передачи данных. Коммутаторы могут также соединяться с собой с помощью межкоммутаторных соединений, совокупность всех коммутаторов и их соединений называется фабрикой. Есть разные варианты реализации фабрики, я не буду тут останавливаться подробно. Для отказоустойчивости рекомендуется подключать минимум две фабрики к каждому HBA в сервере (иногда ставят несколько HBA) и к каждой дисковой полке, чтобы коммутаторы не стали точкой отказа SAN.

Недостатками такой системы являются большая стоимость и сложность, поскольку для обеспечения отказоустойчивости требуется обеспечить несколько путей доступа (multipath) серверов к дисковым полкам, а значит, как минимум, задублировать фабрики. Также в силу физических ограничений (скорость света в общем и емкость передачи данных в информационной матрице коммутаторов в частности) хоть и существует возможность неограниченного подключения устройств между собой, на практике чаще всего есть ограничения по числу соединений (в том числе и между коммутаторами), числу дисковых полок и тому подобное.

Network attached storage, или сетевое файловое хранилище, представляет дисковые ресурсы в виде файлов (или объектов) с использованием сетевых протоколов, например NFS, SMB и прочих. Принципиально базируется на DAS, но ключевым отличием является предоставление общего файлового доступа. Так как работа ведется по сети — сама система хранения может быть сколько угодно далеко от потребителей (в разумных пределах разумеется), но это же является и недостатком в случае организации на предприятиях или в датацентрах, поскольку для работы утилизируется полоса пропускания основной сети — что, однако, может быть нивелировано с использованием выделенных сетевых карт для доступа к NAS. Также по сравнению с SAN упрощается работа клиентов, поскольку сервер NAS берет на себя все вопросы по общему доступу и т.п.


Unified storage

Универсальные системы, позволяющие совмещать в себе как функции NAS так и SAN. Чаще всего по реализации это SAN, в которой есть возможность активировать файловый доступ к дисковому пространству. Для этого устанавливаются дополнительные сетевые карты (или используются уже существующие, если SAN построена на их основе), после чего создается файловая система на некотором блочном устройстве — и уже она раздается по сети клиентам через некоторый файловый протокол, например NFS.

Software-defined storage — программно определяемое хранилище данных, основанное на DAS, при котором дисковые подсистемы нескольких серверов логически объединяются между собой в кластер, который дает своим клиентам доступ к общему дисковому пространству.

Наиболее яркими представителями являются GlusterFS и Ceph, но также подобные вещи можно сделать и традиционными средствами (например на основе LVM2, программной реализации iSCSI и NFS).


N.B. редактора: У вас есть возможность изучить технологию сетевого хранилища Ceph, чтобы использовать в своих проектах для повышения отказоустойчивости, на нашем практическим курсе по Ceph. В начале курса вы получите системные знания по базовым понятиям и терминам, а по окончании научитесь полноценно устанавливать, настраивать и управлять Ceph. Детали и полная программа курса здесь.



Пример SDS на основе GlusterFS

Из преимуществ SDS — можно построить отказоустойчивую производительную реплицируемую систему хранения данных с использованием обычного, возможно даже устаревшего оборудования. Если убрать зависимость от основной сети, то есть добавить выделенные сетевые карты для работы SDS, то получается решение с преимуществами больших SAN\NAS, но без присущих им недостатков. Я считаю, что за подобными системами — будущее, особенно с учетом того, что быстрая сетевая инфраструктура более универсальная (ее можно использовать и для других целей), а также дешевеет гораздо быстрее, чем специализированное оборудование для построения SAN. Недостатком можно назвать увеличение сложности по сравнению с обычным NAS, а также излишней перегруженностью (нужно больше оборудования) в условиях малых систем хранения данных.

Гиперконвергентные системы

Подавляющее большинство систем хранения данных используется для организации дисков виртуальных машин, при использовании SAN неизбежно происходит удорожание инфраструктуры. Но если объединить дисковые системы серверов с помощью SDS, а процессорные ресурсы и оперативную память с помощью гипервизоров отдавать виртуальным машинам, использующим дисковые ресурсы этой SDS — получится неплохо сэкономить. Такой подход с тесной интеграцией хранилища совместно с другими ресурсами называется гиперконвергентностью. Ключевой особенностью тут является способность почти бесконечного роста при нехватке ресурсов, поскольку если не хватает ресурсов, достаточно добавить еще один сервер с дисками к общей системе, чтобы нарастить ее. На практике обычно есть ограничения, но в целом наращивать получается гораздо проще, чем чистую SAN. Недостатком является обычно достаточно высокая стоимость подобных решений, но в целом совокупная стоимость владения обычно снижается.


Облака и эфемерные хранилища

Логическим продолжением перехода на виртуализацию является запуск сервисов в облаках. В предельном случае сервисы разбиваются на функции, запускаемые по требованию (бессерверные вычисления, serverless). Важной особенностью тут является отсутствие состояния, то есть сервисы запускаются по требованию и потенциально могут быть запущены столько экземпляров приложения, сколько требуется для текущей нагрузки. Большинство поставщиков (GCP, Azure, Amazon и прочие) облачных решений предлагают также и доступ к хранилищам, включая файловые и блочные, а также объектные. Некоторые предлагают дополнительно облачные базы, так что приложение, рассчитанное на запуск в таком облаке, легко может работать с подобными системами хранения данных. Для того, чтобы все работало, достаточно оплатить вовремя эти услуги, для небольших приложений поставщики вообще предлагают бесплатное использование ресурсов в течение некоторого срока, либо вообще навсегда.


Из недостатков: могут заблокировать аккаунт, на котором все работает, что может привести к простоям в работе. Также могут быть проблемы со связностью и\или доступностью таких сервисов по сети, поскольку такие хранилища полностью зависят от корректной и правильной работы глобальной сети.

Заключение

Надеюсь, статья была полезной не только новичкам. Предлагаю обсудить в комментариях дополнительные возможности систем хранения данных, написать о своем опыте построения систем хранения данных.

Все устройства, входящие в состав ПК, можно разделить на две группы: 1) устройства, входящие в системный блок; 2) внешние устройства.

Основной частью персонального компьютера является системный блок. В системном блоке находятся (рис. 2.5):

  • материнская плата — к ней подключены все остальные устройства системного блока; через материнскую плату происходит обмен информацией между устройствами, их питание электроэнергией;
  • центральный процессор (CPU);
  • оперативная память (RAM);
  • жёсткий диск (HDD) — магнитный диск в герметичном корпусе, служащий для длительного хранения информации; на нём расположены программы, управляющие работой компьютера, и файлы пользователя;
  • устройство для чтения/записи на оптические диски CD, DVD (дисковод и накопитель);
  • карты расширений:
    • видеокарта (Video Card) — предназначена для связи системного блока и монитора; передаёт изображение на монитор и производит часть вычислений по подготовке изображения для монитора;
    • звуковая карта (Sound Card) — предназначена для подготовки звуков, воспроизводимых колонками, в том числе для записи звука с микрофона;
    • сетевая карта — служит для соединения компьютера с другими компьютерами по компьютерной сети;


    Все устройства компьютера, которые не входят в состав системного блока, будем называть внешними. К основным внешним устройствам принято относить клавиатуру, мышь и монитор.

    Клавиатура

    Клавиатура является устройством ввода информации в компьютер.

    Стандартная клавиатура имеет 104 клавиши, которые можно условно разделить на несколько групп.

    Функциональные клавиши F1-F12, расположенные в верхней части клавиатуры, предназначены для выполнения ряда команд при работе с некоторыми программами.

    Символьные (алфавитно-цифровые) клавиши — клавиши с цифрами, русскими и латинскими буквами и другими символами, а также клавиша «пробел»; используются для ввода информации в компьютер.

    Клавиши управления курсором — чёрточкой, отмечающей на экране монитора место ввода очередного символа. К ним относятся четыре клавиши со стрелками, перемещающие курсор на одну позицию в заданном направлении, а также клавиши Home, End, PageUp, PageDown, перемещающие курсор соответственно в начало строки, в конец строки, на страницу вверх и на страницу вниз.

    Дополнительные клавиши, расположенные с правой стороны клавиатуры, могут работать в двух режимах, переключаемых клавишей NumLock:

    • при включённом индикаторе NumLock это удобная клавишная панель с цифрами и знаками арифметических операций, расположенными, как на калькуляторе;
    • если индикатор NumLock выключен, то работает режим управления курсором.

    Специальные клавиши (Enter, Esc, Shift, Delete, Backspace, Insert и др.) — это клавиши для специальных действий; они рассредоточены по всей клавиатуре.

    Клавиша Enter завершает ввод команды и вызывает её выполнение. При наборе текста служит для завершения ввода абзаца.

    Клавиша Esc, расположенная в левом верхнем углу клавиатуры, обычно служит для отказа от только что выполненного действия.

    Манипулятор «мышь» — одно из основных указательных устройств ввода, обеспечивающих взаимодействие пользователя с компьютером.


    Манипулятор «мышь» был изобретён бояре сорока лет тому назад. У первых моделей манипулятора сигнальный провод выходил из задней части устройства. Схожесть сигнального провода с хвостом одноимённого грызуна и дала название новому устройству. За дополнительной информацией об истории, разновидностях и принципах действия компьютерной мыши рекомендуем обратиться к Википедии — крупному энциклопедическому справочнику, функционирующему в сети Интернет.

    Сканер

    Для ввода в компьютер всевозможных графических изображений и текстов непосредственно с бумажного оригинала используется сканер.

    Микрофон

    Ввод звуковой информации в компьютер осуществляется через микрофон, подключённый к звуковой карте.

    Монитор

    Монитор — основное устройство персонального компьютера, предназначенное для вывода информации. На экран монитора выводится вся информация о работе компьютера; он позволяет отслеживать, что происходит в компьютере в данное время, каким вычислительным процессом занят компьютер.

    Принтер

    Для вывода информации на бумагу предназначены принтеры. Принтеры бывают чёрно-белыми и цветными. Также они различаются по способу действия. Принтеры ударного действия наносят удар по красящей ленте, соприкасающейся с бумагой. В матричном принтере удар по красящей ленте наносит группа иголок, установленных в печатающей головке. Принтеры безударного действия распыляют на бумагу чернила (струйные принтеры) или сухой тонер (лазерные принтеры). Чернила и тонер находятся в сменных картриджах.

    Для вывода звуковой информации используются акустические колонки или наушники, которые подключаются к звуковой плате.

    Существуют компьютеры, работающие автономно, и компьютеры, объединённые в компьютерные сети. Сети нужны для обмена информацией между компьютерами, совместного использования общих программ, данных и устройств. Например, в кабинете информатики компьютеры объединяют в сеть, чтобы ученики могли работать с одними и теми же данными и использовать общий принтер. Это пример локальной сети.

    Интернет — это глобальная компьютерная сеть, связывающая между собой миллионы компьютеров и сетей со всего мира.

    Основу Интернета составляют мойщые компьютеры, расположенные по всему миру и соединённые между собой надёжными и высокоскоростными каналами связи. К этим компьютерам присоединяются региональные сети, через которые к Интернету можно подключиться с любого персонального компьютера.

    Компьютеры, подключенные к сети, условно можно разделить на две категории. Те компьютеры сети, которые хранят, сортируют и поставляют общую для сети информацию, управляют общими устройствами, называются серверами. Компьютеры, которые эту информацию используют, например домашние компьютеры, называются клиентами.

    Основная характеристика подключения компьютера к сети Интернет — скорость передачи данных по имеющемуся каналу связи. Она измеряется в битах в секунду (бит/с), а также Кбит/с (1 Кбит = 1024 бита), Мбит/с и Гбит/с.

    Задача 1. Скорость передачи данных по некоторому каналу связи равна 1 024 000 бит/с. Передача данных через это соединение заняла 5 секунд. Определите информационный объём переданных данных в килобайтах.

    Решение.

    Способ 1. Информационный объём данных найдём как произведение скорости передачи данных на время передачи:

    1 024 000 бит/с • 5 с = 5 120 000 битов.

    Переведём полученный результат в байты и килобайты:

    5 120 000 битов = 640 000 байтов = 625 Кбайт.

    Способ 2. Преобразуем значение скорости передачи информации, выделив в соответствующем числе степени двойки:

    1 024 000 = 1024 • 1000 = 2 10 • 1000 = 2 10 • 2 3 • 125.

    2 10 • 2 3 • 125 бит/с • 5 с = 2 10 • 2 3 • 625 битов = 2 10 • 625 байтов = 625 Кбайт.

    Ответ: 625 Кбайт.

    Персональный компьютер (ПК) — компьютер многоцелевого назначения, предназначенный для работы одного человека (пользователя), достаточно простой в использовании и обслуживании, имеющий небольшие размеры и доступную стоимость.

    Все устройства, входящие в состав ПК, можно разделить на две группы:

    1) устройства, образующие системный блок;

    2) внешние устройства (устройства ввода и вывода информации).

    Клавиатура, мышь и монитор вместе с системным блоком образуют минимальный комплект устройств, обеспечивающих работу компьютера.

    Персональный компьютер в наше время всё чаще используется как инструмент выхода в Интернет.

    Читайте также: