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計算機資訊系統/儲存簡介

來自華夏公益教科書,開放的書籍,面向開放的世界

儲存系統

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隨著技術的需求以及技術本身在整個歷史上不斷發展,使用者的需求和願望也在不斷增長。使用者與計算機相關的的生活方式可能圍繞著釋出文件、建立簡報、媒體管理、網際網路網路以及更多。與其需求和願望相關的是能夠訪問所生產資料的儲存的必要性。儲存也被稱為“記憶體”,因為它可以是任何型別的硬體,其功能包括儲存資料、維護下載的檔案以及提取檔案。這可以透過永久儲存和臨時儲存來實現,並且可以是裝置內部的,也可以是外部的。

由於技術儲存的範圍很廣並且不斷發展,如今儲存的優勢包括

  • 成本效益
  • 速度
  • 提高效率

儲存的示例包括

  • Hard Disk Drives / Solid State Drives
  • 儲存區域網路
  • 網路附加儲存
  • 計算機磁碟
  • USB
  • 雲計算

[1]

儲存介質、儲存技術和易失性

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儲存介質型別

儲存介質是物理儲存資訊的硬體。這與儲存裝置不同,儲存裝置通常是儲存介質的停泊位。儲存裝置的一個例子是你的 CD/DVD 驅動器,當你將光碟插入計算機時,你會將光碟放入其中,或者你的 USB 快閃記憶體盤讀卡器。儲存介質本身就是實際的 CD/DVD 光碟,或者你的計算機中的記憶體,稱為 RAM(隨機存取記憶體)。儲存介質可以是內部的或外部的,這意味著它可以是硬連線到計算機的(例如硬碟驅動器),也可以是獨立的物理儲存設施,旨在更加便攜(例如 USB 快閃記憶體盤)。內部儲存介質通常更快,因為它硬連線到桌上型電腦或筆記型電腦,並且不需要計算機外部的任何額外空間。另一方面,外部介質非常便攜,可以非常快地在計算機之間傳輸,並且可以很容易地儲存在你的主要工作站之外的安全地方。 [2] 除此之外,這些儲存介質的非易失性使它們非常有價值。通常,當計算機關閉時,任何未儲存的資訊都會從 RAM 中清除。或者,如果資訊沒有被使用,即使計算機仍然開著,RAM 也可能會刪除它以騰出空間用於更頻繁地呼叫的程序。另一方面,儲存介質會在計算機關閉的情況下儲存資料,並且只能由使用者刪除。因此,快閃記憶體盤和資料 CD 等儲存介質更常用於滿足使用者的需求和願望。

磁性硬碟驅動器
雷射磁碟上的波反射或 ASE

儲存技術通常有三種形式:磁性、光學和固態。一些常見的磁性儲存系統是硬碟驅動器、軟盤和磁帶。雖然磁帶不適用於計算機,但它們使用相同的技術。這種型別的技術使用磁性介質上的極性排列來儲存二進位制程式碼,並且可以根據需要更改這些排列,以在資訊被更改、刪除或重寫時進行調整。磁鐵透過將二進位制程式碼從 1 和 0 分別轉換為正電荷和負電荷來實現此目的,這些電荷記錄在介質內部的氧化鐵薄膜上。光學使用雷射束,依靠標記介質。在這種情況下,雷射會燒錄代表它正在轉換的二進位制程式碼的資料行。“可重寫”介質也成為那些希望重複使用同一磁碟的人們的熱門選擇。可重寫介質依賴於改變介質的反射率而不是刻傷它。當識別出二進位制數字 1 時,雷射會改變磁碟表面的特定位置的反射率。然後,資料透過反射率之間的凹坑隔開,這些凹坑代表二進位制數字 0,因此 1 會改變反射率,而 0 會保留介質的反射率。這在磁碟表面形成了類似“波反射”的外觀,簡稱為放大自發輻射或 ASE。固態硬碟(SSD)不包含任何移動部件,例如雷射或磁頭。它們透過將二進位制程式碼儲存為電子來進行電子操作,這些電子要麼被困在單元內的快閃記憶體單元中,要麼沒有被困。這些型別的介質往往比其他兩種介質更快,因為它們依賴於單元內的電極性而不是電子電機來讀取或重寫。這也使它們更耐衝擊,執行更安靜,並且減少了介質的延遲。這種型別的典型儲存介質是“跳躍”驅動器或“拇指”驅動器,但一些計算機也在其硬體中使用這種技術。

簇、扇區和磁軌

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顯示磁軌(A)、扇區(B)和磁軌扇區(C)以及簇扇區(D)的磁碟結構。

硬碟內部包含許多被稱為磁碟的圓形部件。這些磁碟的兩面都由磁軌、扇區和簇組成。簇是扇區的集合,而扇區將磁軌劃分為扇形區域。為了幫助計算機快速定位特定儲存資料的地址,每個簇、扇區和磁軌都有編號。例如,資料可以儲存在第2面、第1扇區、第5磁軌。磁軌可以比作音樂唱片上的凹槽,因為資料實際儲存在物理凹陷處。資料由讀/寫磁頭(也稱為“磁頭”)讀取和寫入。每個磁碟都有一個磁頭。當要將資料儲存到硬碟時,磁頭將對齊到每個磁碟上的相同磁軌,並將資料寫入到每個磁碟上。可以透過一些測量方法來了解硬碟的效能。最重要的測量方法是計算尋道時間。尋道時間會告訴您磁頭從一個磁軌移動到另一個磁軌需要多長時間。尋道時間越短越好,因為這意味著可以更快地訪問資料。[1]

隨機訪問與順序訪問

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隨機訪問與順序訪問

當考慮儲存系統時,人們可能會認為一個資料夾中的所有資料在硬碟驅動器中都是相互鄰近的。當談論隨機訪問時,這是錯誤的。透過隨機訪問,您的資訊可以從磁碟上的任何位置提取。這意味著,您的一個資料夾的資料可能分散在物理硬碟驅動器上。這種儲存方式的好處是,您可以按任何順序訪問資料。可以將其比作您的CD播放器,您最喜歡的歌曲結束後,您想要再次聽到它,只需點選後退,您就可以立即再次聽到它。它速度快,幾乎是即時的,不像順序訪問。您可以將順序訪問視為磁帶機中的磁帶。當歌曲結束後,您想要再次收聽它,您必須倒帶磁帶,或者如果您想要跳過一首歌曲,您必須快進磁帶。[2] 這用於磁帶驅動器,用於備份目的。即使在隨機訪問介質裝置中,資料似乎可能被放錯位置或在資料海洋中迷路,但在建立時,每個檔案都會由計算機系統賦予一個唯一的名稱(也稱為可定址介質),以便跟蹤所有資料。

CDROM - 隨機訪問
磁帶 - 順序訪問

資料隨機訪問和順序訪問是計算機訪問資料的兩種不同方式。隨機訪問是指能夠快速有效地訪問硬碟驅動器中任何給定位置的資料。如今,大多數計算機使用隨機訪問,因為它可以節省使用者的時間,並避免混淆。順序訪問要求按順序訪問資料。順序訪問的例子包括:磁碟檔案中的資料或磁帶資料儲存。對於某些使用者來說,這可能很有用,如果他們故意試圖按順序處理一系列資料元素。但是,對於試圖在磁碟或磁帶上查詢特定檔案的使用者來說,這也會很耗時,因為這需要按順序瀏覽所有資料。隨機訪問和順序訪問之間的比較示例是 A-Z 方法。順序訪問要求使用者遍歷字母 A-Z 以實現達到目標點“Z”的目標;而在隨機訪問中,使用者能夠直接跳到“Z”點。

儲存裝置和儲存介質

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隨身碟 - 儲存介質

儲存介質是儲存系統中實際儲存資料的部分,例如 DVD 或記憶體卡。然後,這種介質可以放入 DVD 播放器或手機等儲存裝置中以讀取這些資料。通常,你會發現這兩個部分是分開的,這使得儲存介質可以移動。一些儲存裝置可以在系統機箱內找到,而另一些則插入外部埠。儲存裝置上有字母與其一起使用,這有助於單元識別它們。這些字母或詞語描述了它們在哪裡以及它們的用途。例如,當您將 USB 插入計算機上的 USB 埠時,在“我的電腦”中檢視此 USB 時,您會看到它旁邊有一個字母,驗證它在系統機箱中的用途。儲存裝置包含主儲存器和輔助儲存器。主儲存器是易失性儲存器,這意味著當裝置關閉時,資訊會丟失。輔助儲存器恰恰相反,是非易失性的,即使計算機關閉,記憶體也會保留。[3] 這些裝置的問題是,您必須注意它們的處理方式,尤其是在它們包含重要資訊的情況下。放錯地方或錯誤處理會導致重要資料的丟失,具體取決於情況,這些資料可能無法恢復。

硬碟驅動器

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外接硬碟驅動器
Datawalker LA18

每臺計算機都包含一個,如果不是兩個,硬碟驅動器。有內部和外部硬碟驅動器。內部硬碟驅動器位於系統機箱內,外部硬碟驅動器連線到計算機以提供額外的儲存空間。計算機所有者購買外部硬碟驅動器以備份計算機非常重要,以防計算機發生故障。外部硬碟驅動器非常方便儲存資訊;但是,必須注意“硬碟驅動器盜竊”的可能性,因為有人很容易將隨機的外部硬碟驅動器訪問到自己的計算機中。今天許多人出於這個原因,使用指紋或密碼來訪問他們的硬碟驅動器。如果沒有硬碟驅動器,人們就無法儲存包含在計算機中的海量資訊。硬碟驅動器有一個埠連線到主機板。[4] 硬碟驅動器的容量範圍很廣,具體取決於計算機所有者的偏好。[5] 磁性硬碟驅動器和固態硬碟驅動器是兩種常用的計算機硬碟驅動器。當計算機使用者說硬碟驅動器時,指的是磁性硬碟驅動器,而固態硬碟驅動器使用快閃記憶體技術。如果沒有硬碟驅動器,許多資訊和資料將會丟失和遺忘。

硬碟驅動器用作主儲存單元,用於儲存大多數資料和計算機程式,以在計算機上執行。可供購買的兩種硬碟驅動器型別是:內部硬碟驅動器和外部硬碟驅動器。如果您是尋求這些儲存裝置的消費者,那麼需要考慮很多因素。內部硬碟驅動器(可以在購買前包含在計算機中)直接連線到主機板(又稱計算機的大腦),以及計算機/筆記型電腦塔架或機箱內的其他元件。外部硬碟驅動器通常在使用者之間使用,他們要麼將資料/程式從一個裝置便攜地傳輸到另一個裝置,要麼為他們的檔案尋求額外的儲存空間。外部硬碟驅動器可以非常小,便於攜帶資料旅行。在考慮硬碟驅動器時,有多種不同的選項可供探索:速度、一致性和耐用性。提供的硬碟驅動器型別包括以下任一項:磁儲存、光學儲存和使用快閃記憶體介質的電子儲存。[6]

硬碟驅動器介面標準

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帶有 SATA 介面的硬碟驅動器。

硬碟驅動器介面(或硬碟介面)是指“硬碟驅動器連線到 PC 的邏輯和物理方式”。[7] 十多年來,最常見的硬碟驅動器介面是 AT Attachment/ATA,也稱為並行 ATA 或 PATA。ATA 仍然用於現代 PC,但它不像更現代的介面,序列 ATA 或 SATA 那麼重要。更現代的 SATA 使用更小的電纜,更可靠,並且擁有比現在已經過時的 PATA 更大的頻寬。SATA 和 ATA 不相容,但存在介面卡可以將 ATA 介面連線到 SATA 驅動器(或將 SATA 介面連線到 ATA 驅動器)。另一個常見的介面是 SCSI(或小型計算機系統介面),它對使用多個硬碟驅動器的多工處理特別有用,例如在工作場所環境中。[8] 本質上,這三種介面之間的區別可以概括如下

  • ATA 介面更便宜,並且仍然很常見,但它們速度較慢並且過時。
  • SATA 介面是最實用的:唯一的問題是,您需要購買額外的介面卡才能讓它們與舊系統互動,但它們仍然相對便宜,速度快,而且線纜很小,這在計算機中騰出了更多空間並有助於防止過熱。
  • SCSI 介面速度非常快,可以處理各種應用和大量資料,但它們相當昂貴且不適合家用;SCSI 主要用於網路,而不是個人使用。[9]


雲端儲存,也稱為“雲”,只是使用透過網際網路訪問的遠端儲存裝置。近年來,雲端儲存的普及率大幅上升,其行業也大幅增長,如今有數百家公司提供各種雲端儲存服務。更具體地說,一些雲服務只關注數字圖片或電子郵件,而其他系統則儲存各種數字資料。一些服務,例如 Google Drive,允許使用者將其檔案儲存到 Google 運營的眾多大型資料中心之一,例如,多個使用者可以透過訪問同一檔案來協作專案。[10]

隨著雲的普及,越來越多的企業正在遷移到它的儲存功能。許多企業正在使用該應用程式作為其軟體和文件的備份程式。透過為計算機安排一個固定的時間來自動傳輸文件,企業可以確保其資訊安全地掌握在網際網路手中,而無需花費大量時間和成本進行手動備份。雖然雲的不同應用程式有時需要每月付費,但這對於它帶來的時間和便利性來說是微不足道的。透過使用這些應用程式,任何人都可以在全球任何地方訪問他們的文件。個人不再侷限於在一個特定區域的單個電子裝置,而是可以在筆記型電腦上修改文件的版本,然後在第二天將其帶到工作場所進行演示。這僅僅是數百種方便地使用該應用程式來滿足您日常需求的方式之一。雲正在連線全球各地的電子裝置,使日常流程變得更加輕鬆。[11]


儘管雲端儲存一詞是最近才開始使用,但人們和企業實際上已經很長時間使用線上儲存。例如,將郵件副本儲存在郵件伺服器上,或者從 TFTP 伺服器檢索網路配置檔案。如今,雲端儲存一詞應該被認為是眾多雲計算服務之一。它可以作為單獨的產品提供 - “儲存即服務”,也可以作為其他服務的組成部分,例如:基礎設施即服務、平臺即服務或軟體即服務。如上所述,其快速增長的普及率主要是由於服務本身(儲存即服務)的成本非常低,使用者只需為儲存的資料量付費,而且如果我們談論基礎設施或平臺服務,這對於企業來說也是一個很好的機會來減少 IT 支出。在線上儲存的所有優勢下,使用者在決定將資料的照護委託給提供商時應該注意一些事項。這可能是純粹的技術問題(可靠的網際網路連線性、提供商的備份演算法、災難恢復、訪問安全等)以及法律方面(資料所有權、司法管轄區、審計權利等)。[12]

磁碟訪問時間

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硬碟磁頭

磁碟訪問時間是計算驅動器讀取和寫入資料所需時間的測量值。磁碟訪問時間涉及三個主要步驟:尋道時間、旋轉延遲(或旋轉延遲)和資料移動時間。尋道時間是指磁頭移動到磁碟以準備讀取所需的時間。旋轉延遲是指等待磁碟開始旋轉時發生的延遲。資料移動時間涉及將資料從磁碟移動到計算機記憶體,或者將資料從計算機記憶體移動到磁碟。最大旋轉延遲是指磁碟執行一次完整旋轉(不包括任何加速時間)所需的時間。磁碟旋轉的方式有兩種:恆定線速度和恆定角速度。恆定線速度是指磁碟的旋轉速度取決於磁頭的位置。恆定角速度是指無論磁頭的位置如何,磁碟都以相同的速度旋轉,就像黑膠唱片一樣。某些低噪聲磁碟利用較慢的磁碟訪問時間來降低硬碟產生的噪音。有意安裝較慢的旋轉速度和尋道速度,以確保可聽的咔嗒聲和嘎吱聲不會干擾錄音。

快閃記憶體

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快閃記憶體及其工作原理

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快閃記憶體結構

快閃記憶體是一種使用電子儲存器的儲存裝置。快閃記憶體有各種形式,被稱為固態儲存裝置,意思是“沒有移動部件 - 所有東西都是電子化的,而不是機械化的”。快閃記憶體用於許多不同的裝置,例如計算機、數碼相機和手機。快閃記憶體是一種 EEPROM 晶片。EEPROM 代表電子可擦除可程式設計只讀儲存器。在快閃記憶體晶片內部,有一個帶單元的列和行網格。每個交叉點處有兩個電晶體,一個薄的氧化層將它們隔開。一個電晶體被稱為浮柵,另一個被稱為控制柵。電荷透過列進入浮柵,這被稱為隧道效應。電荷會導致浮柵電晶體充當電子槍。當電子被困在薄氧化層另一側,靠近控制柵電晶體時,它們充當兩個電晶體之間的屏障。單元感測器監測電荷水平。如果流過電荷超過 50% 的閾值,則其值為 1,如果低於閾值,則其值為 0。這就是如何在快閃記憶體裝置上讀取資訊/資料的方式。如今,快閃記憶體已成為“任何需要大量非易失性固態儲存的系統的主要儲存型別”。[13]

嵌入式儲存器

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嵌入式儲存器由於其小巧方便的尺寸,正在成為一種越來越受歡迎的快閃記憶體型別。在當今社會,這些型別的儲存器可以在手機、相機、遊戲裝置,甚至 GPS 等手持裝置中找到。[14] 2013 年 7 月,三星宣佈他們開發了世界上最快的嵌入式儲存器。這些新產品將提供 16、32 和 64 GB 的尺寸,並具有 400 MB/s 的介面速度。這將增強使用者多工處理和執行諸如檔案傳輸、瀏覽和遊戲等任務的能力。它還減少了啟動和載入應用程式所需的時間。這是移動裝置的關鍵因素,因為移動裝置的物理空間有限,無法容納額外的儲存器或記憶體。在製造移動裝置和智慧手機時,記憶體卡的使用越來越少。該晶片的一個限制是它可以儲存的記憶體量。晶片越大,裝置的成本就越高。另一個需要考慮的是,如果裝置出現故障,就會出現問題。儲存在上面的任何有價值的資訊實際上都是無法恢復的。如以下所述,擁有可移動儲存器是一個優勢。

快閃記憶體卡和讀卡器

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市場上存在的眾多快閃記憶體卡型別之一。
索尼 PlayStation 記憶卡,僅供遊戲使用。

如果您想要一種快速簡便的儲存各種媒體的方法,快閃記憶體卡是不錯的選擇。大多數現代行動式裝置都包含快閃記憶體卡,因為其用途廣泛且易於使用;手機、MP3 播放器和數碼相機只是受益於快閃記憶體卡的眾多產品中的幾個例子。但是,就像並非所有電子裝置都可以使用同一種電池一樣,並非所有快閃記憶體卡都與每臺電子行動式裝置相容。[15] 因此,如果您需要更換記憶卡,務必閱讀使用者手冊以瞭解有關購買合適記憶卡的說明。

雖然裝置本身只能使用特定型號的快閃記憶體卡,但大多數現代桌上型電腦和筆記型電腦都配有快閃記憶體卡讀卡器。讀卡器通常支援多種不同的卡,因此您可以整理和將資料從卡傳輸到計算機。如果您不是少數幸運兒之一,您的計算機中沒有內建讀卡器,則可以在大多數銷售計算機元件的商店中購買外接讀卡器,價格也不貴。

雖然通用快閃記憶體卡用於大多數應用程式,但還有其他專用記憶卡,僅用於一個獨特的目的。例如,專業級 CF 卡專為專業攝影師設計,以提高速度、質量和儲存容量,將透過照片講述故事提升到一個新的水平。此外,所有遊戲機(如任天堂 Wii 和索尼 PlayStation)都使用特殊的儲存遊戲資料的遊戲快閃記憶體卡。其他特殊的快閃記憶體卡包括用於捕捉高畫質影片的 HD 記憶卡;用於擴充套件上網本計算機儲存空間的上網本記憶卡;以及用於無線上傳相機照片的 Wi-Fi 快閃記憶體卡。[16]

USB 快閃記憶體盤

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Sushiusb

USB 儲存裝置的普及率正在迅速增長。它是一種非常友好的儲存形式。要將資訊儲存到 USB 快閃記憶體盤,只需將 USB 快閃記憶體盤插入 USB 埠(通常位於計算機的側面或背面),單擊專案上的“儲存為”選項,然後選擇計算機上代表 USB 快閃記憶體盤的驅動器即可。然後,您可以彈出 USB 快閃記憶體盤,並將儲存的資訊帶到任何需要的地方。USB 快閃記憶體盤也在不斷發展。現在,您可以使用單個 USB 快閃記憶體盤建立完整的移動計算機、支援指紋的安全的文件和安全的計算機使用方式。這些新技術肯定會成為市場上的熱門產品。USB 快閃記憶體盤現在需求量很大,不僅因為其技術能力,還因為您可以選擇適合任何生活方式或匹配任何個性的 USB 快閃記憶體盤。商店和線上商店中有數千種定製 USB 快閃記憶體盤。這些 USB 快閃記憶體盤的顏色、尺寸、儲存容量甚至形狀各不相同。[17] 儘管雲技術不斷湧現,USB 快閃記憶體盤仍然會存在很長時間。USB 快閃記憶體盤也是儲存資訊的非常安全的方式。由於它們未連線到網際網路,因此無法被駭客攻擊,並且有些 USB 快閃記憶體盤可以加密以防止未經授權的訪問。這種使用的唯一缺點是 USB 快閃記憶體盤可能丟失或被盜,但透過適當的預防措施和組織,可以避免這種情況。快閃記憶體盤還可以以非易失性狀態儲存資料和文件。由於某些專用計算機(例如劇院控制板)容易出現崩潰和故障,因此將資訊儲存到快閃記憶體盤可以防止在系統崩潰或其他故障時資料損壞或丟失。在更簡單的系統中,快閃記憶體盤可用作計算機的中央儲存點。雖然這在大多數機器上可能效率低下,但對於那些單用途且不需要大量記憶體的機器來說,這種方法是有益的,因為系統靈活,並且可以根據需要新增更多記憶體空間。但是,快閃記憶體盤的主要優勢仍然是移動性。快閃記憶體盤是雲端儲存和其他網際網路儲存方式的廉價且更安全的替代方案。

USB 快閃記憶體盤

USB 快閃記憶體盤是傳輸資料和檔案的完美裝置。它們易於使用,可移植性使它們非常方便。除了儲存檔案外,它們還可以用於執行行動式應用程式。某些應用程式可以轉換為行動式版本。您可以訪問各種軟體應用程式,以便在任何計算機上使用。存在免費程式可以將應用程式轉換為行動式應用程式,實質上是在拇指驅動器上建立一個行動式 PC。USB 快閃記憶體盤的儲存容量從 2 GB 到 4 TB 不等。在如此便攜的尺寸下,擁有 4 TB 的儲存空間,其用途幾乎是無限的。

USB 快閃記憶體盤可以設定密碼保護,甚至可以使用指紋等生物識別功能進行保護。關於 USB 快閃記憶體盤安全存在一些擔憂。它們可以包含大量資訊,並且由於其可移植性,它們可以用於秘密傳輸檔案。任何擁有訪問許可權的人都可以簡單地將 USB 快閃記憶體盤插入計算機,將檔案複製到 USB 快閃記憶體盤,然後將其從 premises 中移除。USB 快閃記憶體盤存在額外的安全風險,因為它們可能包含惡意軟體,這些惡意軟體可以在插入 USB 快閃記憶體盤後使用自動播放(可以停用)自動啟動。[18]

固態硬碟

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固態硬碟的示例

SSD 的作用與 HDD 相同:它們長期儲存資料和檔案。不同之處在於 SSD 使用一種稱為“快閃記憶體”的記憶體,這與 RAM 相似,但與 RAM 不同,RAM 會在計算機斷電時清除其資料,而 SSD 上的資料即使在斷電後也會保留。SSD 使用電氣單元網格來快速傳送和接收資料。這些網格被分成稱為“頁”的部分,這些頁面是儲存資料的區域。頁被聚整合“塊”。SSD 被稱為“固態”,因為它們沒有移動部件。SSD 比傳統硬碟快得多(尤其是在隨機讀寫期間),因為它們不依賴於機械來定位資料(當資料位於硬碟的不同端時,速度會變慢)。[19]

但是,與快閃記憶體一樣,SSD 的寫入次數也有限。當 SSD 使用時,其每個資料單元中的電荷必須定期重置。不幸的是,每個單元的電阻會在每次重置時略微增加,這會增加寫入該單元所需的電壓。最終,所需的電壓變得如此高,以至於特定單元變得無法寫入。雖然 SSD 包含額外的容量(使用者無法看到),僅僅是為了替換以這種方式損壞的單元,但在大量寫入(通常超過 150 TB)後,驅動器將失效。但是,大多數使用者無法達到導致驅動器失效的寫入量(僅讀取不受影響)。

與 HDD 相比,SSD 的主要缺點是價格;SSD 的價格明顯高於 HDD,但價格差正在迅速下降,越來越多的計算機預設情況下都包含 SSD。

網路儲存

遠端儲存

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遠端儲存用於擴充套件磁碟空間,無需硬碟,並且不直接連線到計算機,而是透過網際網路訪問。這樣,您就可以在任何時間、任何地點訪問檔案,無論是在筆記型電腦、智慧手機還是其他計算機上。這是雲端儲存的基本概念。當您需要訪問檔案時,您像往常一樣開啟檔案,但是如果資料不在本地捲上,遠端儲存會從媒體庫中檢索資訊。當資料從檔案刪除時,檔案的邏輯大小會保留,但物理大小會減小。[20]

線上遠端儲存比 CD、DVD、硬碟和快閃記憶體盤等儲存裝置快得多且更可靠,可以防止病毒等系統錯誤,並使使用者能夠從任何潛在的系統崩潰中恢復丟失的資料。線上儲存不僅對企業至關重要,對家庭計算機使用者也至關重要,它為資料管理和儲存提供了低成本且易於訪問的安全保障。為了確保最大的安全性,許多線上公司會每天、每週或每月將系統自動備份到“電子保險庫”。此外,與 CD 或 DVD 不同,使用遠端儲存會降低其受到損壞和資料丟失的可能性。在當今的高科技社會,線上遠端儲存系統絕對是一個非常重要且經濟實惠的工具,可以確保在計算機故障後,儲存在裝置上的海量資料仍然可以恢復。[21]

軟盤驅動器由艾倫·舒加特於 1967 年在 IBM 發明。第一批軟盤驅動器使用 8 英寸磁碟,後來隨著磁碟尺寸變小被稱為“磁碟”。這種 8 英寸磁碟發展成為 5.25 英寸磁碟,並於 1981 年 8 月被應用於第一臺 IBM 個人電腦。5.25 英寸磁碟被稱為“軟盤”,因為磁碟的包裝是一個非常靈活的塑膠信封,與今天用於容納 3.5 英寸軟盤的剛性外殼不同。[22]

軟盤是一種過時的物理外部儲存裝置,現已不再使用。一些銀行可能仍在使用這種儲存介質,但任何被認為精通電腦的人都不會用它來儲存資訊。軟盤的缺點是它們與任何當代裝置都不相容,安全性不存在,儲存容量很低,通常最大容量為 1.44MB。最後版本的軟盤是由 IBM 在 1987 年釋出的。

全息儲存

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全息資料儲存

全息儲存利用感光介質和創新的雷射束技術作為一種計算機儲存方式。這種新的儲存方法能夠將 1000 張 DVD 儲存到這個 4 平方英寸的儲存裝置中。這與之前的資料記錄方法(如磁性和光學硬碟驅動器)不同,磁性和光學硬碟驅動器涉及旋轉磁碟或簡單的二維雷射。相反,全息儲存從將單束雷射分成兩個獨立的部分開始 - 訊號束(攜帶資料)和參考束(在需要時重建全息圖)。空間光調製器用於對訊號束進行資料編碼,然後將電子資料轉換為二進位制程式碼。然後將其排列成特定的明暗畫素模式(代表零和一),每個模式包含超過 100 萬個位元。訊號束和參考束相交,透過刻蝕到介質中的 3D 折射形成全息影像。優點包括安全、快速、可靠和便攜的儲存系統。缺點包括成本高昂、容量有限以及記錄失敗。紫外線還會擦除資料,這使得這種方法在長期內不穩定。然而,由於該概念還處於起步階段,預計問題會隨著時間的推移而大大減少。[23]

儲存區域網路

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儲存雲使儲存裝置(如 PC、桌上型電腦或行動電話)能夠與主機系統以及彼此通訊。

儲存區域網路是用於傳輸海量資料的叢集高效能計算機。SAN 還用於分散式處理應用程式,這些應用程式需要快速的本地網路效能,並專門設計用於資料管理。SAN 將儲存資源從公共使用者網路移到獨立網路中。這樣做允許每個伺服器以極快的速度訪問任何共享儲存,就好像它已經連線到伺服器一樣。通常,SAN 由三個元件組成:佈線、主機匯流排介面卡和交換機。[24] [25]

什麼是好的儲存區域網路?SAN 必須堅不可摧,並具有內建的防範任何潛在有害故障的保護機制。如果 SAN 易受故障影響且無法恢復丟失的資料,企業甚至可能倒閉!其次,大量的儲存容量是另一個寶貴儲存網路的必備條件;由於連線到一個主機系統的裝置數量可能會隨著時間的推移而增加,因此組織的儲存和處理也需要相應擴充套件。使用好的儲存區域網路的一個很大的優勢是,即使所有系統伺服器都崩潰,SAN 仍然線上並提供災難恢復。[26]

網路附加儲存

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NAS

NAS 是一種專用的檔案儲存裝置,通常透過有線網路連線,因此只為區域網使用者提供儲存。NAS 支援檔案傳輸,它將備份以檔案形式出現的任何資料,例如電子郵件、網頁內容、遠端系統備份。網路附加儲存的主要優點是網路儲存不再侷限於計算裝置可以容納的容量。NAS 裝置通常看起來非常像盒子,沒有鍵盤或顯示器。NAS 產品按儲存空間、驅動器容量和驅動器可擴充套件性等級別劃分,通常分為三類:桌面 NAS,針對小型企業和家庭使用者的裝置;中端 NAS,能夠執行數百 TB 資料但不能叢集的裝置;企業級 NAS,可以儲存海量檔案(包括虛擬映像)並且能夠進行 NAS 叢集的裝置。[27] [28]

NAS 與 SAN

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透過“雲”共享

這兩種儲存系統為其客戶提供不同的服務。SAN 儲存和 NAS 儲存之間的主要區別在於系統與網路互動的方式。NAS 網路的行為方式使其類似於任何其他網路元件。相比之下,SAN 網路的儲存裝置位於一個獨立的網路中,但連線到主網路。總的來說,兩種系統都用於儲存,隨著時間的推移,它們提供的效能變得越來越難以區分。例如,SAN 使用光纖通道互連,而 NAS 使用乙太網和 TCP/IP 連線,但現在許多 SAN 系統正在切換到 NAS 系統使用的那些連線路由。[29]

光碟

光碟是一種扁平的圓形磁碟,用於儲存資料,由一種非常堅固的塑膠製成,稱為聚碳酸酯基材。這有助於保護磁碟,因為它有多層塗層。這些磁碟上的資料是透過光學方式讀取的,這意味著它們使用雷射束儲存資料。資料可以儲存在磁碟的一面或兩面。軌道是繞著磁碟的一條單螺旋線,資料從中心軌道(或凹槽)開始讀取,一直讀取到最外圈軌道。如今,大多數人已經從 VHS 磁帶電影切換到 DVD 電影,現在又切換到藍光 DVD。技術的進步使得 DVD 和 CD 的觀看和燒錄功能變得更加有利。與 VHS 和磁性介質不同,這些光碟不會降解。光碟在我們的日常生活中被廣泛用於儲存、備份、照片、電影、音樂等等。

只讀光碟是模壓和衝壓的,以顯示資料,因此它只能被讀取(不能覆蓋)。大多數用於音樂和軟體的 CD 以及用於電影的 DVD 都是如此。帶有 CD 或 DVD 的可錄製或可重寫光碟使用雷射來表示資料。這方面的例子包括刻錄音樂 CD 或將 iMovie 專案刻錄到 DVD。在將資料寫入光碟時,會發生一個複雜的過程。為了模壓或衝壓光碟,會在光碟表面形成凹坑(稱為凹坑)。光碟上未改變的部分稱為凸起。從凹坑到凸起的切換表示 1(如系統單元中所述)。CD 光碟使用紅外雷射,DVD 使用紅色雷射,藍光光碟使用藍紫色雷射。這些不同型別的雷射用於以更緊湊的尺寸儲存不同數量的資料。

光碟機是讀取 CD、DVD 和 BD 驅動器光碟的機器。許多家庭已經切換到藍光 DVD 播放器。然而,使用者感到沮喪,因為只有 BD 光碟才能在 BD 驅動器上播放,這對一些人來說很麻煩。這些驅動器還用於將資料刻錄到光碟上。

Gnome-dev-removable

光碟是由大衛·保羅·格雷格於 1958 年發明的,他為其申請了專利。詹姆斯·T·拉塞爾是第一個將音訊數字記錄到光碟的人。後來,索尼和飛利浦的研究物理學家制造了我們今天所知的 CD,它可以儲存大量資料。對於第一代 CD,它們可以儲存長達 75 分鐘的音訊,儲存空間為 650MB。第一代的目的是用於音訊和計算機軟體。它們能夠製作 CD 影片,但當時 VHS 磁帶更流行,而且生產成本太高。這些 CD 使用紅外雷射讀取。後來,第二代可以儲存更多資料,並用於影片。它們使用可見雷射讀取,這使得凸起和凹坑可以更小,從而創造出更多空間來儲存更多資料。它們允許在標準單碟上儲存 4.7GB 資料。第三代正在開發中,以創造更大的儲存空間,比如藍光光碟。藍光光碟使用藍紫色雷射。甚至還有一種第四代正在被發現,它可以儲存高達 1TB 的資料。

CD、DVD 和 BD

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可錄製 CD

只讀光碟包括 CD-ROM、DVD-ROM 和 BD-ROM 光碟。這些是預先錄製了一些內容的 CD 或 DVD,無法清空。這是因為刻錄在光碟表面的凹坑是永久性的。影片遊戲和不同的軟體也有隻讀光碟。[30]

可錄製光碟有時也被稱為一次性寫入光碟。這意味著它們可以寫入,但光碟無法重用或擦除。它們包括 CD-R、DVD-R、DVD+R 和 BD-R 光碟。DVD-R 和 DVD+R 之間的區別在於使用的標準。還有 DVD-R DL 和 DVD+R DL,它們指示是否為雙層。使用 DVD+R 允許您立即彈出 DVD,而無需等待最終版本。它還允許您在個人電腦上錄製一部分 DVD,並在電視上錄製另一部分。另一個特點是它與所有 DVD 播放器完全相容。可錄製 CD 通常用於備份檔案、製作音樂 CD 或將大型檔案傳送給其他人。BD-R 光碟用於需要更多儲存空間的更大備份,以及用於高畫質多媒體檔案。[31]

可重寫光碟包括 CD-RW、DVD-RW、DVD+RW 和 BD-RE 光碟。它們可以寫入,然後擦除並重寫。為了重寫這些型別的光碟,它們使用相變技術。因此,基本上可重寫光碟塗有金屬合金化合物。然後,他們使用加熱和冷卻來寫入光碟,而不會使其永久化。它們用於備份檔案,但它們比可錄製光碟更方便,因為它們可以重複使用多次。

關於 CD 的詳細資訊

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小型 CD

光碟 (CD) 用於以不同格式儲存影片、音訊和資料,這些格式分類在彩虹書中。它包括 CD-ROM(光碟只讀儲存器)、CD-R(光碟可錄製)、CD-RW(光碟可重寫)、VCD(影片光碟)、照片 CD 和增強型音樂 CD 等格式。光碟的標準直徑為 12 釐米 (120 毫米) 或 8 釐米 (80 毫米)。最流行的是 12 釐米型別,音訊容量為 74 或 80 分鐘,資料容量為 650 或 700 MB (737,280,000 位元組)。8 釐米型別用於行動式壓縮數字音訊播放器等電子裝置或微型 CD 錄音機等資料儲存產品。[32] CD-R 由飛利浦和索尼發明,與 CD-ROM 一起,2004 年在全球售出了約 300 億張 CD。高容量可錄製 CD 在 12 釐米光碟上可容納 90 或 99 分鐘的音訊,在較小的光碟 (8 釐米) 上可容納 30 分鐘的音訊。在 CD-R 或 CD-RW 光碟上寫入超出製造商宣告容量的能力稱為超尺寸或超燒錄。但是,超燒錄可能會影響產品保修,並導致資料丟失,因此不建議這樣做。但是,它可能會影響產品保修並導致資料丟失,因此不建議這樣做。[33] 如今,越來越多的光碟被快閃記憶體驅動器或下載所取代。

關於 BD 的詳細資訊

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藍光光碟 (BD-RE)

最新型的光碟是藍光光碟 (BD),它於 2002 年 2 月 19 日正式宣佈,並於 2003 年 4 月 10 日首次面向消費者推出。藍光因用於讀取它的藍色雷射而得名(與用於讀取 DVD 的紅色雷射相對)。BD 具有比其前身更大的儲存容量,並且還具有 DVD 所沒有的多種新功能,例如:錄製高畫質電視而不損失質量、同時錄製一個節目並觀看另一個節目、自動搜尋光碟上的空閒空間以避免錄製覆蓋節目,以及訪問網路下載字幕和其他功能。BD 實現這一點的方式是擁有更小的凹坑,因此可以儲存更多資料,並且擁有波長更短的雷射,即藍色雷射,可以更精確地讀取。DVD 無法容納更多資訊,因為紅色雷射不夠精確,無法讀取像 BD 上的凹坑那樣緊密排列在一起的凹坑。DVD 上的凹坑最小可以為 0.4 微米,而 BD 上的凹坑最小為 0.15 微米。此外,BD 上的軌道間距已從 0.74 微米縮小到 0.32 微米。由於所有這些改進,一張 BD 可以容納超過 25 GB 的資訊,是 DVD 儲存容量的五倍。[34]

如何修復劃痕的 CD 或 DVD
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Xbox360 劃痕

光碟 (CD) 和數字影片光碟 (DVD) 都將資料儲存在光碟上的外部。不幸的是,正如我們都經歷過的那樣,這些光碟經常被劃傷,導致 CD 或 DVD 跳過,有時甚至無法工作。根據劃痕的位置,光碟可能無法修復。光碟頂部閃亮部分的劃痕似乎比光碟下部塑膠部分的劃痕更難修復。儘管一些公司正在開發抗劃傷光碟,但由於技術發展速度很快,他們的努力可能徒勞無功。對於那些仍然使用 CD 和 DVD 的人來說,光碟上的劃痕可能很煩人和令人沮喪。消費者可以嘗試一些簡單的補救措施來修復光碟,並嘗試延長其使用壽命。第一步是用溫和的肥皂和水清潔光碟。這可以透過去除可能阻礙光碟功能的任何指紋來提供幫助。然後,使用者需要用無絨布擦乾光碟,因為即使是最小的纖維也會進一步劃傷和損壞光碟。光碟乾燥後,使用者就可以在其上塗抹牙膏,從光碟中心沿直線方向將其抹平。之後,應重新清洗光碟以去除任何多餘的牙膏。如果此過程成功,牙膏將填補劃痕,使光碟再次可以播放,幾乎沒有或沒有跳過。通常情況下,光碟上的劃痕過於嚴重,無法用此方法修復。如果是這樣,公司建議消費者完全丟棄光碟。幸運的是,隨著技術的不斷進步,對這些儲存形式的依賴正在減少,隨之而來的是由於它們故障而帶來的煩惱和沮喪。[35]

光碟正在變得過時嗎?
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你不再需要這個

雖然光碟可能是極好的儲存介質,但隨著技術的不斷進步,它們的必要性現在已經受到質疑。軟盤曾經是每個人用來儲存資訊的工具,但很快就被淘汰了。隨著技術的迴圈不可避免地趕上光碟,它們可能不再像以前那樣有用。首先,出現了不再使用光碟的技術,因為尺寸的原因。大多數平板電腦和筆記型電腦不再擁有光碟機,因為它們佔用了空間,可能會使裝置便攜性降低。其次,還有許多更方便的儲存選項可用。雲端儲存一直在興起,並且與光碟相比,普通快閃記憶體驅動器的儲存容量有所增加。然後是許多媒體公司已轉向無光碟環境的事實。流媒體服務已使租用 CD 和 DVD 變得過時。遊戲玩家不再購買實體光碟,而是直接下載數字副本。即使音樂也已經轉向流媒體服務,使購買實體專輯和黑膠唱片成為一種新奇事物。最後,消費者想要的是方便,而光碟不再像以前那樣方便。無論從哪個角度看,技術的進步最終都會使任何東西過時。未來為其他形式的儲存提供了許多可能性,這些可能性最終也會過時。[36]

智慧卡

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智慧卡背面

智慧卡是一張信用卡大小的塑膠卡片,包含計算機電路,例如處理器、記憶體和儲存器。智慧卡只能儲存少量資料,大約 8 千位元組的 RAM 或 346 千位元組的 ROM。處理器實際上是一個微處理器,它位於卡片一側的金色觸點下方。卡中的處理器能夠加密資料,以確保只有授權訪問。智慧卡的目的是安全地儲存敏感資料,通常是身份識別或數字現金。與信用卡不同的是,信用卡上的所有資訊都可以輕鬆讀取,身份盜竊更為常見,而智慧卡無法被物理讀取,它對試圖訪問資料的駭客提出了很大的挑戰。為了進一步提高安全性,一些智慧卡實際上儲存了生物識別資料,以進一步確保只有正確的使用者可以使用它。智慧卡透過滑動、放入或放置在智慧卡讀卡器中使用。這使得智慧卡讀卡器能夠透過傳輸卡上的資料與智慧卡進行互動。例如,在鎖定的門上安裝了智慧卡讀卡器。授權使用者(政府官員)將他們的智慧卡放置在門上的智慧卡讀卡器前面,卡上的資料將被讀卡器讀取。一旦讀卡器確認該政府官員被允許進入,讀卡器將解鎖門,該官員就可以進入。總而言之,智慧卡是一項很棒的新技術,它使交易和裝置更加安全。[37]

大型計算機儲存系統

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沃爾瑪等大型公司的原始儲存系統

大型公司和組織需要大型計算機系統來儲存其海量資料。世界需要儲存的資料量正在以驚人的速度增長,預計僅在 2014 年就會增加一半。政府已出臺法規,要求公司保留有關客戶和客戶的資料和資訊。這些資訊儲存在與普通消費者使用的硬體相同的型別中,但規模更大。許多硬碟驅動器連線在一起使用,以增加可以儲存的資料量。行業領導者 IBM 目前正在開發有史以來最大的儲存伺服器,擁有令人難以置信的 120 PB 空間。該伺服器將由一個大型倉庫中連線的 20 萬個標準硬碟驅動器組成。[38] 一些公司也可能使用稱為 RAID 的系統,即獨立磁碟的冗餘陣列。這種方法使用兩個或多個硬碟驅動器,這些硬碟驅動器包含相同資料的冗餘副本,以便更快地處理和訪問資料。這可以透過兩種方式之一完成。第一種方法,磁碟條帶化,實際上將檔案分離並分散到多個硬碟驅動器上,而第二種方法,磁碟映象,則在第一個硬碟驅動器上具有資訊的精確副本。

  1. 閱讀 計算機資料儲存

複習題

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  1. 判斷題;磁性硬碟驅動器使用快閃記憶體。
  2. 判斷題;藍光光碟提供的儲存容量大於 DVD 光碟。
  3. 判斷題;資料夾是儲存介質上的位置,用於存放檔案。
  4. 判斷題;全息儲存使用雷射來產生資料的三維表示。
  5. 判斷題;NAS 和 SAN 技術指的是同一種儲存設定。
  6. _____ 是儲存在儲存介質上的任何東西。
  7. _____ _____ _____ 是一種插入 USB 埠的快閃記憶體裝置型別。
  8. 音樂和軟體通常使用 _____ 光碟。
  9. 大多數計算機使用 _____ _____ 作為主要儲存系統。
  10. 使用光碟的驅動器被稱為 _____ _____。
  1. 錯誤
  2. 正確
  3. 正確
  4. 正確
  5. 錯誤
  6. 檔案
  7. USB 快閃記憶體盤
  8. CD
  9. 硬碟驅動器
  10. 光碟機

詞彙表

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  • BD-R 可錄製藍光光碟
  • BD-RE 可重寫藍光光碟
  • BD(藍光光碟) 儲存容量約為 25 GB 或 50 GB 的光碟。通常用於高畫質電影
  • CD 儲存容量約為 650 MB 的光碟。通常用於音樂和軟體
  • CD-R 可錄製 CD 光碟
  • CD-ROM 只能讀取但不能寫入的 CD
  • CD-RW 可重寫 CD
  • 磁碟中最小的可定址區域
  • 柱面 硬碟磁軌集合
  • 磁碟訪問時間 從某個儲存介質定位和讀取資料所需的時間
  • 磁碟快取 提高從硬碟讀取或寫入硬碟速度的記憶體
  • DVD 儲存容量約為 4.7 GB 或 8.5 GB 的光碟。通常用於軟體、電影和遊戲
  • DVD-R/DVD+R 可錄製 DVD
  • DVD-ROM 只能讀取但不能寫入的 DVD
  • DVD-RW/DVD+RW 可重寫 DVD
  • 嵌入式快閃記憶體 用於產品的快閃記憶體晶片
  • 檔案 儲存在儲存介質上的任何東西
  • 檔名 給檔案起的名字
  • 快閃記憶體 非易失性記憶體,可以在計算機中找到或用於儲存介質
  • 快閃記憶體卡 通常在數碼相機和其他小型裝置中發現的快閃記憶體介質
  • 資料夾 儲存介質上的命名位置,用於存放檔案
  • 硬碟驅動器 大多數計算機中發現的儲存系統
  • 全息儲存 使用多個藍色雷射束將資料儲存在三維空間中的介質
  • 混合硬碟驅動器 同時具有快閃記憶體和磁性元件的硬碟驅動器
  • 磁性硬碟驅動器 具有一個或多個金屬磁性磁碟、訪問機制和讀寫磁頭的硬碟驅動器
  • 磁帶 將資料儲存為一系列磁性點的儲存介質
  • 網路附加儲存 (NAS) 個別連線到網路的高效能儲存裝置,為該網路上的計算機提供儲存
  • 線上儲存 透過網際網路訪問的遠端儲存裝置(即雲端儲存)
  • 光碟 使用雷射束讀取和寫入資料的儲存介質
  • 光碟機 用於光碟的驅動器(例如 CD、DVD、BR)
  • RAID(獨立磁碟的冗餘陣列) 多個硬碟驅動器一起工作的配置,以提高效能和/或可靠性
  • 遠端儲存 不直接連線到使用它的計算機的儲存裝置(例如雲儲存)
  • 扇區 磁軌的一部分
  • 智慧卡 一張小型卡片大小的電路板,可以儲存資料
  • 固態硬碟 (SSD) 使用快閃記憶體(而不是金屬磁性硬碟)的硬碟驅動器
  • 儲存區域網路 為計算機網路提供儲存的硬碟驅動器或其他裝置的網路
  • 儲存裝置 插入儲存介質以進行讀取或寫入的硬體
  • 儲存介質 儲存系統中儲存資料的部分(例如 CD)
  • 磁軌 磁碟表面上記錄資料的圓形路徑
  • USB 快閃記憶體驅動器 使用快閃記憶體的儲存裝置,插入 USB 埠

參考資料

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  • 維基百科計算機資料儲存[3]
華夏公益教科書