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计算机信息系统/存储简介

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存储系统

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随着技术的需求以及技术本身在整个历史上不断发展，用户的需求和愿望也在不断增长。用户与计算机相关的的生活方式可能围绕着发布文档、创建演示文稿、媒体管理、互联网网络以及更多。与其需求和愿望相关的是能够访问所生产数据的存储的必要性。存储也被称为“内存”，因为它可以是任何类型的硬件，其功能包括存储数据、维护下载的文件以及提取文件。这可以通过永久存储和临时存储来实现，并且可以是设备内部的，也可以是外部的。

由于技术存储的范围很广并且不断发展，如今存储的优势包括

  • 成本效益
  • 速度
  • 提高效率

存储的示例包括

  • Hard Disk Drives / Solid State Drives
  • 存储区域网络
  • 网络附加存储
  • 计算机磁盘
  • USB
  • 云计算

[1]

存储介质、存储技术和易失性

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存储介质类型

存储介质是物理存储信息的硬件。这与存储设备不同，存储设备通常是存储介质的停泊位。存储设备的一个例子是你的 CD/DVD 驱动器，当你将光盘插入计算机时，你会将光盘放入其中，或者你的 USB 闪存盘读卡器。存储介质本身就是实际的 CD/DVD 光盘，或者你的计算机中的内存，称为 RAM（随机存取内存）。存储介质可以是内部的或外部的，这意味着它可以是硬连接到计算机的（例如硬盘驱动器），也可以是独立的物理存储设施，旨在更加便携（例如 USB 闪存盘）。内部存储介质通常更快，因为它硬连接到台式机或笔记本电脑，并且不需要计算机外部的任何额外空间。另一方面，外部介质非常便携，可以非常快地在计算机之间传输，并且可以很容易地保存在你的主要工作站之外的安全地方。 [2] 除此之外，这些存储介质的非易失性使它们非常有价值。通常，当计算机关闭时，任何未保存的信息都会从 RAM 中清除。或者，如果信息没有被使用，即使计算机仍然开着，RAM 也可能会删除它以腾出空间用于更频繁地调用的进程。另一方面，存储介质会在计算机关闭的情况下保存数据，并且只能由用户删除。因此，闪存盘和数据 CD 等存储介质更常用于满足用户的需求和愿望。

磁性硬盘驱动器
激光磁盘上的波反射或 ASE

存储技术通常有三种形式：磁性、光学和固态。一些常见的磁性存储系统是硬盘驱动器、软盘和磁带。虽然磁带不适用于计算机，但它们使用相同的技术。这种类型的技术使用磁性介质上的极性排列来存储二进制代码，并且可以根据需要更改这些排列，以在信息被更改、删除或重写时进行调整。磁铁通过将二进制代码从 1 和 0 分别转换为正电荷和负电荷来实现此目的，这些电荷记录在介质内部的氧化铁薄膜上。光学使用激光束，依靠标记介质。在这种情况下，激光会刻录代表它正在转换的二进制代码的数据行。“可重写”介质也成为那些希望重复使用同一磁盘的人们的热门选择。可重写介质依赖于改变介质的反射率而不是刻伤它。当识别出二进制数字 1 时，激光会改变磁盘表面的特定位置的反射率。然后，数据通过反射率之间的凹坑隔开，这些凹坑代表二进制数字 0，因此 1 会改变反射率，而 0 会保留介质的反射率。这在磁盘表面形成了类似“波反射”的外观，简称为放大自发辐射或 ASE。固态硬盘（SSD）不包含任何移动部件，例如激光或磁头。它们通过将二进制代码存储为电子来进行电子操作，这些电子要么被困在单元内的闪存单元中，要么没有被困。这些类型的介质往往比其他两种介质更快，因为它们依赖于单元内的电极性而不是电子电机来读取或重写。这也使它们更耐冲击，运行更安静，并且减少了介质的延迟。这种类型的典型存储介质是“跳跃”驱动器或“拇指”驱动器，但一些计算机也在其硬件中使用这种技术。

簇、扇区和磁道

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显示磁道（A）、扇区（B）和磁道扇区（C）以及簇扇区（D）的磁盘结构。

硬盘内部包含许多被称为磁盘的圆形部件。这些磁盘的两面都由磁道、扇区和簇组成。簇是扇区的集合，而扇区将磁道划分为扇形区域。为了帮助计算机快速定位特定存储数据的地址，每个簇、扇区和磁道都有编号。例如，数据可以存储在第2面、第1扇区、第5磁道。磁道可以比作音乐唱片上的凹槽，因为数据实际存储在物理凹陷处。数据由读/写磁头（也称为“磁头”）读取和写入。每个磁盘都有一个磁头。当要将数据存储到硬盘时，磁头将对齐到每个磁盘上的相同磁道，并将数据写入到每个磁盘上。可以通过一些测量方法来了解硬盘的性能。最重要的测量方法是计算寻道时间。寻道时间会告诉您磁头从一个磁道移动到另一个磁道需要多长时间。寻道时间越短越好，因为这意味着可以更快地访问数据。[1]

随机访问与顺序访问

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随机访问与顺序访问

当考虑存储系统时，人们可能会认为一个文件夹中的所有数据在硬盘驱动器中都是相互邻近的。当谈论随机访问时，这是错误的。通过随机访问，您的信息可以从磁盘上的任何位置提取。这意味着，您的一个文件夹的数据可能分散在物理硬盘驱动器上。这种存储方式的好处是，您可以按任何顺序访问数据。可以将其比作您的CD播放器，您最喜欢的歌曲结束后，您想要再次听到它，只需点击后退，您就可以立即再次听到它。它速度快，几乎是即时的，不像顺序访问。您可以将顺序访问视为磁带机中的磁带。当歌曲结束后，您想要再次收听它，您必须倒带磁带，或者如果您想要跳过一首歌曲，您必须快进磁带。[2] 这用于磁带驱动器，用于备份目的。即使在随机访问介质设备中，数据似乎可能被放错位置或在数据海洋中迷路，但在创建时，每个文件都会由计算机系统赋予一个唯一的名称（也称为可寻址介质），以便跟踪所有数据。

CDROM - 随机访问
磁带 - 顺序访问

数据随机访问和顺序访问是计算机访问数据的两种不同方式。随机访问是指能够快速有效地访问硬盘驱动器中任何给定位置的数据。如今，大多数计算机使用随机访问，因为它可以节省用户的时间，并避免混淆。顺序访问要求按顺序访问数据。顺序访问的例子包括：磁盘文件中的数据或磁带数据存储。对于某些用户来说，这可能很有用，如果他们故意试图按顺序处理一系列数据元素。但是，对于试图在磁盘或磁带上查找特定文件的用户来说，这也会很耗时，因为这需要按顺序浏览所有数据。随机访问和顺序访问之间的比较示例是 A-Z 方法。顺序访问要求用户遍历字母 A-Z 以实现达到目标点“Z”的目标；而在随机访问中，用户能够直接跳到“Z”点。

存储设备和存储介质

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U盘 - 存储介质

存储介质是存储系统中实际存储数据的部分，例如 DVD 或内存卡。然后，这种介质可以放入 DVD 播放器或手机等存储设备中以读取这些数据。通常，你会发现这两个部分是分开的，这使得存储介质可以移动。一些存储设备可以在系统机箱内找到，而另一些则插入外部端口。存储设备上有字母与其一起使用，这有助于单元识别它们。这些字母或词语描述了它们在哪里以及它们的用途。例如，当您将 USB 插入计算机上的 USB 端口时，在“我的电脑”中查看此 USB 时，您会看到它旁边有一个字母，验证它在系统机箱中的用途。存储设备包含主存储器和辅助存储器。主存储器是易失性存储器，这意味着当设备关闭时，信息会丢失。辅助存储器恰恰相反，是非易失性的，即使计算机关闭，内存也会保留。[3] 这些设备的问题是，您必须注意它们的处理方式，尤其是在它们包含重要信息的情况下。放错地方或错误处理会导致重要数据的丢失，具体取决于情况，这些数据可能无法恢复。

硬盘驱动器

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外置硬盘驱动器
Datawalker LA18

每台计算机都包含一个，如果不是两个，硬盘驱动器。有内部和外部硬盘驱动器。内部硬盘驱动器位于系统机箱内，外部硬盘驱动器连接到计算机以提供额外的存储空间。计算机所有者购买外部硬盘驱动器以备份计算机非常重要，以防计算机发生故障。外部硬盘驱动器非常方便存储信息；但是，必须注意“硬盘驱动器盗窃”的可能性，因为有人很容易将随机的外部硬盘驱动器访问到自己的计算机中。今天许多人出于这个原因，使用指纹或密码来访问他们的硬盘驱动器。如果没有硬盘驱动器，人们就无法存储包含在计算机中的海量信息。硬盘驱动器有一个端口连接到主板。[4] 硬盘驱动器的容量范围很广，具体取决于计算机所有者的偏好。[5] 磁性硬盘驱动器和固态硬盘驱动器是两种常用的计算机硬盘驱动器。当计算机用户说硬盘驱动器时，指的是磁性硬盘驱动器，而固态硬盘驱动器使用闪存技术。如果没有硬盘驱动器，许多信息和数据将会丢失和遗忘。

硬盘驱动器用作主存储单元，用于存储大多数数据和计算机程序，以在计算机上运行。可供购买的两种硬盘驱动器类型是：内部硬盘驱动器和外部硬盘驱动器。如果您是寻求这些存储设备的消费者，那么需要考虑很多因素。内部硬盘驱动器（可以在购买前包含在计算机中）直接连接到主板（又称计算机的大脑），以及计算机/笔记本电脑塔架或机箱内的其他组件。外部硬盘驱动器通常在用户之间使用，他们要么将数据/程序从一个设备便携地传输到另一个设备，要么为他们的文件寻求额外的存储空间。外部硬盘驱动器可以非常小，便于携带数据旅行。在考虑硬盘驱动器时，有多种不同的选项可供探索：速度、一致性和耐用性。提供的硬盘驱动器类型包括以下任一项：磁存储、光学存储和使用闪存介质的电子存储。[6]

  • Magnetic hard drive
    磁性硬盘驱动器
  • Solid-state hard drive
    固态硬盘驱动器

硬盘驱动器接口标准

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带有 SATA 接口的硬盘驱动器。

硬盘驱动器接口（或硬盘接口）是指“硬盘驱动器连接到 PC 的逻辑和物理方式”。[7] 十多年来，最常见的硬盘驱动器接口是 AT Attachment/ATA，也称为并行 ATA 或 PATA。ATA 仍然用于现代 PC，但它不像更现代的接口，串行 ATA 或 SATA 那么重要。更现代的 SATA 使用更小的电缆，更可靠，并且拥有比现在已经过时的 PATA 更大的带宽。SATA 和 ATA 不兼容，但存在适配器可以将 ATA 接口连接到 SATA 驱动器（或将 SATA 接口连接到 ATA 驱动器）。另一个常见的接口是 SCSI（或小型计算机系统接口），它对使用多个硬盘驱动器的多任务处理特别有用，例如在工作场所环境中。[8] 本质上，这三种接口之间的区别可以概括如下

  • ATA 接口更便宜，并且仍然很常见，但它们速度较慢并且过时。
  • SATA 接口是最实用的：唯一的问题是，您需要购买额外的适配器才能让它们与旧系统交互，但它们仍然相对便宜，速度快，而且线缆很小，这在计算机中腾出了更多空间并有助于防止过热。
  • SCSI 接口速度非常快，可以处理各种应用和大量数据，但它们相当昂贵且不适合家用；SCSI 主要用于网络，而不是个人使用。[9]


"云"

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云存储，也称为“云”，只是使用通过互联网访问的远程存储设备。近年来，云存储的普及率大幅上升，其行业也大幅增长，如今有数百家公司提供各种云存储服务。更具体地说，一些云服务只关注数字图片或电子邮件，而其他系统则存储各种数字数据。一些服务，例如 Google Drive，允许用户将其文件保存到 Google 运营的众多大型数据中心之一，例如，多个用户可以通过访问同一文件来协作项目。[10]

随着云的普及，越来越多的企业正在迁移到它的存储功能。许多企业正在使用该应用程序作为其软件和文档的备份程序。通过为计算机安排一个固定的时间来自动传输文档，企业可以确保其信息安全地掌握在互联网手中，而无需花费大量时间和成本进行手动备份。虽然云的不同应用程序有时需要每月付费，但这对于它带来的时间和便利性来说是微不足道的。通过使用这些应用程序，任何人都可以在全球任何地方访问他们的文档。个人不再局限于在一个特定区域的单个电子设备，而是可以在笔记本电脑上修改文档的版本，然后在第二天将其带到工作场所进行演示。这仅仅是数百种方便地使用该应用程序来满足您日常需求的方式之一。云正在连接全球各地的电子设备，使日常流程变得更加轻松。[11]


尽管云存储一词是最近才开始使用，但人们和企业实际上已经很长时间使用在线存储。例如，将邮件副本保存在邮件服务器上，或者从 TFTP 服务器检索网络配置文件。如今，云存储一词应该被认为是众多云计算服务之一。它可以作为单独的产品提供 - “存储即服务”，也可以作为其他服务的组成部分，例如：基础设施即服务、平台即服务或软件即服务。如上所述，其快速增长的普及率主要是由于服务本身（存储即服务）的成本非常低，用户只需为存储的数据量付费，而且如果我们谈论基础设施或平台服务，这对于企业来说也是一个很好的机会来减少 IT 支出。在在线存储的所有优势下，用户在决定将数据的照护委托给提供商时应该注意一些事项。这可能是纯粹的技术问题（可靠的互联网连接性、提供商的备份算法、灾难恢复、访问安全等）以及法律方面（数据所有权、司法管辖区、审计权利等）。[12]

磁盘访问时间

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硬盘磁头

磁盘访问时间是计算驱动器读取和写入数据所需时间的测量值。磁盘访问时间涉及三个主要步骤：寻道时间、旋转延迟（或旋转延迟）和数据移动时间。寻道时间是指磁头移动到磁盘以准备读取所需的时间。旋转延迟是指等待磁盘开始旋转时发生的延迟。数据移动时间涉及将数据从磁盘移动到计算机内存，或者将数据从计算机内存移动到磁盘。最大旋转延迟是指磁盘执行一次完整旋转（不包括任何加速时间）所需的时间。磁盘旋转的方式有两种：恒定线速度和恒定角速度。恒定线速度是指磁盘的旋转速度取决于磁头的位置。恒定角速度是指无论磁头的位置如何，磁盘都以相同的速度旋转，就像黑胶唱片一样。某些低噪声磁盘利用较慢的磁盘访问时间来降低硬盘产生的噪音。有意安装较慢的旋转速度和寻道速度，以确保可听的咔嗒声和嘎吱声不会干扰录音。

闪存

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闪存及其工作原理

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闪存结构

闪存是一种使用电子存储器的存储设备。闪存有各种形式，被称为固态存储设备，意思是“没有移动部件 - 所有东西都是电子化的，而不是机械化的”。闪存用于许多不同的设备，例如计算机、数码相机和手机。闪存是一种 EEPROM 芯片。EEPROM 代表电子可擦除可编程只读存储器。在闪存芯片内部，有一个带单元的列和行网格。每个交叉点处有两个晶体管，一个薄的氧化层将它们隔开。一个晶体管被称为浮栅，另一个被称为控制栅。电荷通过列进入浮栅，这被称为隧道效应。电荷会导致浮栅晶体管充当电子枪。当电子被困在薄氧化层另一侧，靠近控制栅晶体管时，它们充当两个晶体管之间的屏障。单元传感器监测电荷水平。如果流过电荷超过 50% 的阈值，则其值为 1，如果低于阈值，则其值为 0。这就是如何在闪存设备上读取信息/数据的方式。如今，闪存已成为“任何需要大量非易失性固态存储的系统的主要存储类型”。[13]

嵌入式存储器

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嵌入式存储器由于其小巧方便的尺寸，正在成为一种越来越受欢迎的闪存类型。在当今社会，这些类型的存储器可以在手机、相机、游戏设备，甚至 GPS 等手持设备中找到。[14] 2013 年 7 月，三星宣布他们开发了世界上最快的嵌入式存储器。这些新产品将提供 16、32 和 64 GB 的尺寸，并具有 400 MB/s 的接口速度。这将增强用户多任务处理和执行诸如文件传输、浏览和游戏等任务的能力。它还减少了启动和加载应用程序所需的时间。这是移动设备的关键因素，因为移动设备的物理空间有限，无法容纳额外的存储器或内存。在制造移动设备和智能手机时，内存卡的使用越来越少。该芯片的一个限制是它可以存储的内存量。芯片越大，设备的成本就越高。另一个需要考虑的是，如果设备出现故障，就会出现问题。存储在上面的任何有价值的信息实际上都是无法恢复的。如以下所述，拥有可移动存储器是一个优势。

闪存卡和读卡器

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市场上存在的众多闪存卡类型之一。
索尼 PlayStation 记忆卡，仅供游戏使用。

如果您想要一种快速简便的存储各种媒体的方法，闪存卡是不错的选择。大多数现代便携式设备都包含闪存卡，因为其用途广泛且易于使用；手机、MP3 播放器和数码相机只是受益于闪存卡的众多产品中的几个例子。但是，就像并非所有电子设备都可以使用同一种电池一样，并非所有闪存卡都与每台电子便携式设备兼容。[15] 因此，如果您需要更换记忆卡，务必阅读用户手册以了解有关购买合适记忆卡的说明。

虽然设备本身只能使用特定型号的闪存卡，但大多数现代台式机和笔记本电脑都配有闪存卡读卡器。读卡器通常支持多种不同的卡，因此您可以整理和将数据从卡传输到计算机。如果您不是少数幸运儿之一，您的计算机中没有内置读卡器，则可以在大多数销售计算机组件的商店中购买外置读卡器，价格也不贵。

虽然通用闪存卡用于大多数应用程序，但还有其他专用记忆卡，仅用于一个独特的目的。例如，专业级 CF 卡专为专业摄影师设计，以提高速度、质量和存储容量，将通过照片讲述故事提升到一个新的水平。此外，所有游戏机（如任天堂 Wii 和索尼 PlayStation）都使用特殊的存储游戏数据的游戏闪存卡。其他特殊的闪存卡包括用于捕捉高清视频的 HD 记忆卡；用于扩展上网本计算机存储空间的上网本记忆卡；以及用于无线上传相机照片的 Wi-Fi 闪存卡。[16]

USB 闪存盘

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Sushiusb

USB 存储设备的普及率正在迅速增长。它是一种非常友好的存储形式。要将信息保存到 USB 闪存盘，只需将 USB 闪存盘插入 USB 端口（通常位于计算机的侧面或背面），单击项目上的“保存为”选项，然后选择计算机上代表 USB 闪存盘的驱动器即可。然后，您可以弹出 USB 闪存盘，并将保存的信息带到任何需要的地方。USB 闪存盘也在不断发展。现在，您可以使用单个 USB 闪存盘创建完整的移动计算机、支持指纹的安全的文档和安全的计算机使用方式。这些新技术肯定会成为市场上的热门产品。USB 闪存盘现在需求量很大，不仅因为其技术能力，还因为您可以选择适合任何生活方式或匹配任何个性的 USB 闪存盘。商店和在线商店中有数千种定制 USB 闪存盘。这些 USB 闪存盘的颜色、尺寸、存储容量甚至形状各不相同。[17] 尽管云技术不断涌现，USB 闪存盘仍然会存在很长时间。USB 闪存盘也是存储信息的非常安全的方式。由于它们未连接到互联网，因此无法被黑客攻击，并且有些 USB 闪存盘可以加密以防止未经授权的访问。这种使用的唯一缺点是 USB 闪存盘可能丢失或被盗，但通过适当的预防措施和组织，可以避免这种情况。闪存盘还可以以非易失性状态保存数据和文档。由于某些专用计算机（例如剧院控制板）容易出现崩溃和故障，因此将信息保存到闪存盘可以防止在系统崩溃或其他故障时数据损坏或丢失。在更简单的系统中，闪存盘可用作计算机的中央存储点。虽然这在大多数机器上可能效率低下，但对于那些单用途且不需要大量内存的机器来说，这种方法是有益的，因为系统灵活，并且可以根据需要添加更多内存空间。但是，闪存盘的主要优势仍然是移动性。闪存盘是云存储和其他互联网存储方式的廉价且更安全的替代方案。

USB 闪存盘

USB 闪存盘是传输数据和文件的完美设备。它们易于使用，可移植性使它们非常方便。除了存储文件外，它们还可以用于运行便携式应用程序。某些应用程序可以转换为便携式版本。您可以访问各种软件应用程序，以便在任何计算机上使用。存在免费程序可以将应用程序转换为便携式应用程序，实质上是在拇指驱动器上创建一个便携式 PC。USB 闪存盘的存储容量从 2 GB 到 4 TB 不等。在如此便携的尺寸下，拥有 4 TB 的存储空间，其用途几乎是无限的。

USB 闪存盘可以设置密码保护，甚至可以使用指纹等生物识别功能进行保护。关于 USB 闪存盘安全存在一些担忧。它们可以包含大量信息，并且由于其可移植性，它们可以用于秘密传输文件。任何拥有访问权限的人都可以简单地将 USB 闪存盘插入计算机，将文件复制到 USB 闪存盘，然后将其从 premises 中移除。USB 闪存盘存在额外的安全风险，因为它们可能包含恶意软件，这些恶意软件可以在插入 USB 闪存盘后使用自动播放（可以禁用）自动启动。[18]

固态硬盘

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固态硬盘的示例

SSD 的作用与 HDD 相同：它们长期存储数据和文件。不同之处在于 SSD 使用一种称为“闪存”的内存，这与 RAM 相似，但与 RAM 不同，RAM 会在计算机断电时清除其数据，而 SSD 上的数据即使在断电后也会保留。SSD 使用电气单元网格来快速发送和接收数据。这些网格被分成称为“页”的部分，这些页面是存储数据的区域。页被聚集成“块”。SSD 被称为“固态”，因为它们没有移动部件。SSD 比传统硬盘快得多（尤其是在随机读写期间），因为它们不依赖于机械来定位数据（当数据位于硬盘的不同端时，速度会变慢）。[19]

但是，与闪存一样，SSD 的写入次数也有限。当 SSD 使用时，其每个数据单元中的电荷必须定期重置。不幸的是，每个单元的电阻会在每次重置时略微增加，这会增加写入该单元所需的电压。最终，所需的电压变得如此高，以至于特定单元变得无法写入。虽然 SSD 包含额外的容量（用户无法看到），仅仅是为了替换以这种方式损坏的单元，但在大量写入（通常超过 150 TB）后，驱动器将失效。但是，大多数用户无法达到导致驱动器失效的写入量（仅读取不受影响）。

与 HDD 相比，SSD 的主要缺点是价格；SSD 的价格明显高于 HDD，但价格差正在迅速下降，越来越多的计算机默认情况下都包含 SSD。

网络存储

远程存储

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远程存储用于扩展磁盘空间，无需硬盘，并且不直接连接到计算机，而是通过互联网访问。这样，您就可以在任何时间、任何地点访问文件，无论是在笔记本电脑、智能手机还是其他计算机上。这是云存储的基本概念。当您需要访问文件时，您像往常一样打开文件，但是如果数据不在本地卷上，远程存储会从媒体库中检索信息。当数据从文件删除时，文件的逻辑大小会保留，但物理大小会减小。[20]

在线远程存储比 CD、DVD、硬盘和闪存盘等存储设备快得多且更可靠，可以防止病毒等系统错误，并使用户能够从任何潜在的系统崩溃中恢复丢失的数据。在线存储不仅对企业至关重要，对家庭计算机用户也至关重要，它为数据管理和存储提供了低成本且易于访问的安全保障。为了确保最大的安全性，许多在线公司会每天、每周或每月将系统自动备份到“电子保险库”。此外，与 CD 或 DVD 不同，使用远程存储会降低其受到损坏和数据丢失的可能性。在当今的高科技社会，在线远程存储系统绝对是一个非常重要且经济实惠的工具，可以确保在计算机故障后，保存在设备上的海量数据仍然可以恢复。[21]

软盘

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软盘驱动器由艾伦·舒加特于 1967 年在 IBM 发明。第一批软盘驱动器使用 8 英寸磁盘，后来随着磁盘尺寸变小被称为“磁盘”。这种 8 英寸磁盘发展成为 5.25 英寸磁盘，并于 1981 年 8 月被应用于第一台 IBM 个人电脑。5.25 英寸磁盘被称为“软盘”，因为磁盘的包装是一个非常灵活的塑料信封，与今天用于容纳 3.5 英寸软盘的刚性外壳不同。[22]

软盘是一种过时的物理外部存储设备，现已不再使用。一些银行可能仍在使用这种存储介质，但任何被认为精通电脑的人都不会用它来存储信息。软盘的缺点是它们与任何当代设备都不兼容，安全性不存在，存储容量很低，通常最大容量为 1.44MB。最后版本的软盘是由 IBM 在 1987 年发布的。

全息存储

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全息数据存储

全息存储利用感光介质和创新的激光束技术作为一种计算机存储方式。这种新的存储方法能够将 1000 张 DVD 存储到这个 4 平方英寸的存储设备中。这与之前的数据记录方法（如磁性和光学硬盘驱动器）不同，磁性和光学硬盘驱动器涉及旋转磁盘或简单的二维激光。相反，全息存储从将单束激光分成两个独立的部分开始 - 信号束（携带数据）和参考束（在需要时重建全息图）。空间光调制器用于对信号束进行数据编码，然后将电子数据转换为二进制代码。然后将其排列成特定的明暗像素模式（代表零和一），每个模式包含超过 100 万个比特。信号束和参考束相交，通过刻蚀到介质中的 3D 折射形成全息图像。优点包括安全、快速、可靠和便携的存储系统。缺点包括成本高昂、容量有限以及记录失败。紫外线还会擦除数据，这使得这种方法在长期内不稳定。然而，由于该概念还处于起步阶段，预计问题会随着时间的推移而大大减少。[23]

存储区域网络

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存储云使存储设备（如 PC、台式机或移动电话）能够与主机系统以及彼此通信。

存储区域网络是用于传输海量数据的集群高性能计算机。SAN 还用于分布式处理应用程序，这些应用程序需要快速的本地网络性能，并专门设计用于数据管理。SAN 将存储资源从公共用户网络移到独立网络中。这样做允许每个服务器以极快的速度访问任何共享存储，就好像它已经连接到服务器一样。通常，SAN 由三个组件组成：布线、主机总线适配器和交换机。[24] [25]

什么是好的存储区域网络？SAN 必须坚不可摧，并具有内置的防范任何潜在有害故障的保护机制。如果 SAN 易受故障影响且无法恢复丢失的数据，企业甚至可能倒闭！其次，大量的存储容量是另一个宝贵存储网络的必备条件；由于连接到一个主机系统的设备数量可能会随着时间的推移而增加，因此组织的存储和处理也需要相应扩展。使用好的存储区域网络的一个很大的优势是，即使所有系统服务器都崩溃，SAN 仍然在线并提供灾难恢复。[26]

网络附加存储

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NAS

NAS 是一种专用的文件存储设备，通常通过有线网络连接，因此只为局域网用户提供存储。NAS 支持文件传输，它将备份以文件形式出现的任何数据，例如电子邮件、网页内容、远程系统备份。网络附加存储的主要优点是网络存储不再局限于计算设备可以容纳的容量。NAS 设备通常看起来非常像盒子，没有键盘或显示器。NAS 产品按存储空间、驱动器容量和驱动器可扩展性等级别划分，通常分为三类：桌面 NAS，针对小型企业和家庭用户的设备；中端 NAS，能够运行数百 TB 数据但不能集群的设备；企业级 NAS，可以存储海量文件（包括虚拟映像）并且能够进行 NAS 集群的设备。[27] [28]

NAS 与 SAN

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通过“云”共享

这两种存储系统为其客户提供不同的服务。SAN 存储和 NAS 存储之间的主要区别在于系统与网络交互的方式。NAS 网络的行为方式使其类似于任何其他网络组件。相比之下，SAN 网络的存储设备位于一个独立的网络中，但连接到主网络。总的来说，两种系统都用于存储，随着时间的推移，它们提供的性能变得越来越难以区分。例如，SAN 使用光纤通道互连，而 NAS 使用以太网和 TCP/IP 连接，但现在许多 SAN 系统正在切换到 NAS 系统使用的那些连接路由。[29]

光盘

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特点

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光盘

光盘是一种扁平的圆形磁盘，用于存储数据，由一种非常坚固的塑料制成，称为聚碳酸酯基材。这有助于保护磁盘，因为它有多层涂层。这些磁盘上的数据是通过光学方式读取的，这意味着它们使用激光束存储数据。数据可以存储在磁盘的一面或两面。轨道是绕着磁盘的一条单螺旋线，数据从中心轨道（或凹槽）开始读取，一直读取到最外圈轨道。如今，大多数人已经从 VHS 磁带电影切换到 DVD 电影，现在又切换到蓝光 DVD。技术的进步使得 DVD 和 CD 的观看和刻录功能变得更加有利。与 VHS 和磁性介质不同，这些光盘不会降解。光盘在我们的日常生活中被广泛用于存储、备份、照片、电影、音乐等等。

只读光盘是模压和冲压的，以显示数据，因此它只能被读取（不能覆盖）。大多数用于音乐和软件的 CD 以及用于电影的 DVD 都是如此。带有 CD 或 DVD 的可录制或可重写光盘使用激光来表示数据。这方面的例子包括刻录音乐 CD 或将 iMovie 项目刻录到 DVD。在将数据写入光盘时，会发生一个复杂的过程。为了模压或冲压光盘，会在光盘表面形成凹坑（称为凹坑）。光盘上未改变的部分称为凸起。从凹坑到凸起的切换表示 1（如系统单元中所述）。CD 光盘使用红外激光，DVD 使用红色激光，蓝光光盘使用蓝紫色激光。这些不同类型的激光用于以更紧凑的尺寸存储不同数量的数据。

光驱是读取 CD、DVD 和 BD 驱动器光盘的机器。许多家庭已经切换到蓝光 DVD 播放器。然而，用户感到沮丧，因为只有 BD 光盘才能在 BD 驱动器上播放，这对一些人来说很麻烦。这些驱动器还用于将数据刻录到光盘上。

历史

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Gnome-dev-removable

光盘是由大卫·保罗·格雷格于 1958 年发明的，他为其申请了专利。詹姆斯·T·拉塞尔是第一个将音频数字记录到光盘的人。后来，索尼和飞利浦的研究物理学家制造了我们今天所知的 CD，它可以存储大量数据。对于第一代 CD，它们可以存储长达 75 分钟的音频，存储空间为 650MB。第一代的目的是用于音频和计算机软件。它们能够制作 CD 视频，但当时 VHS 磁带更流行，而且生产成本太高。这些 CD 使用红外激光读取。后来，第二代可以存储更多数据，并用于视频。它们使用可见激光读取，这使得凸起和凹坑可以更小，从而创造出更多空间来存储更多数据。它们允许在标准单碟上存储 4.7GB 数据。第三代正在开发中，以创造更大的存储空间，比如蓝光光盘。蓝光光盘使用蓝紫色激光。甚至还有一种第四代正在被发现，它可以存储高达 1TB 的数据。

CD、DVD 和 BD

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可录制 CD

只读光盘包括 CD-ROM、DVD-ROM 和 BD-ROM 光盘。这些是预先录制了一些内容的 CD 或 DVD，无法清空。这是因为刻录在光盘表面的凹坑是永久性的。视频游戏和不同的软件也有只读光盘。[30]

可录制光盘有时也被称为一次性写入光盘。这意味着它们可以写入，但光盘无法重用或擦除。它们包括 CD-R、DVD-R、DVD+R 和 BD-R 光盘。DVD-R 和 DVD+R 之间的区别在于使用的标准。还有 DVD-R DL 和 DVD+R DL，它们指示是否为双层。使用 DVD+R 允许您立即弹出 DVD，而无需等待最终版本。它还允许您在个人电脑上录制一部分 DVD，并在电视上录制另一部分。另一个特点是它与所有 DVD 播放器完全兼容。可录制 CD 通常用于备份文件、制作音乐 CD 或将大型文件发送给其他人。BD-R 光盘用于需要更多存储空间的更大备份，以及用于高清多媒体文件。[31]

可重写光盘包括 CD-RW、DVD-RW、DVD+RW 和 BD-RE 光盘。它们可以写入，然后擦除并重写。为了重写这些类型的光盘，它们使用相变技术。因此，基本上可重写光盘涂有金属合金化合物。然后，他们使用加热和冷却来写入光盘，而不会使其永久化。它们用于备份文件，但它们比可录制光盘更方便，因为它们可以重复使用多次。

关于 CD 的详细信息

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小型 CD

光盘 (CD) 用于以不同格式存储视频、音频和数据，这些格式分类在彩虹书中。它包括 CD-ROM（光盘只读存储器）、CD-R（光盘可录制）、CD-RW（光盘可重写）、VCD（视频光盘）、照片 CD 和增强型音乐 CD 等格式。光盘的标准直径为 12 厘米 (120 毫米) 或 8 厘米 (80 毫米)。最流行的是 12 厘米类型，音频容量为 74 或 80 分钟，数据容量为 650 或 700 MB (737,280,000 字节)。8 厘米类型用于便携式压缩数字音频播放器等电子设备或微型 CD 录音机等数据存储产品。[32] CD-R 由飞利浦和索尼发明，与 CD-ROM 一起，2004 年在全球售出了约 300 亿张 CD。高容量可录制 CD 在 12 厘米光盘上可容纳 90 或 99 分钟的音频，在较小的光盘 (8 厘米) 上可容纳 30 分钟的音频。在 CD-R 或 CD-RW 光盘上写入超出制造商声明容量的能力称为超尺寸或超刻录。但是，超刻录可能会影响产品保修，并导致数据丢失，因此不建议这样做。但是，它可能会影响产品保修并导致数据丢失，因此不建议这样做。[33] 如今，越来越多的光盘被闪存驱动器或下载所取代。

关于 BD 的详细信息

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蓝光光盘 (BD-RE)

最新型的光盘是蓝光光盘 (BD)，它于 2002 年 2 月 19 日正式宣布，并于 2003 年 4 月 10 日首次面向消费者推出。蓝光因用于读取它的蓝色激光而得名（与用于读取 DVD 的红色激光相对）。BD 具有比其前身更大的存储容量，并且还具有 DVD 所没有的多种新功能，例如：录制高清电视而不损失质量、同时录制一个节目并观看另一个节目、自动搜索光盘上的空闲空间以避免录制覆盖节目，以及访问网络下载字幕和其他功能。BD 实现这一点的方式是拥有更小的凹坑，因此可以存储更多数据，并且拥有波长更短的激光，即蓝色激光，可以更精确地读取。DVD 无法容纳更多信息，因为红色激光不够精确，无法读取像 BD 上的凹坑那样紧密排列在一起的凹坑。DVD 上的凹坑最小可以为 0.4 微米，而 BD 上的凹坑最小为 0.15 微米。此外，BD 上的轨道间距已从 0.74 微米缩小到 0.32 微米。由于所有这些改进，一张 BD 可以容纳超过 25 GB 的信息，是 DVD 存储容量的五倍。[34]

如何修复划痕的 CD 或 DVD
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Xbox360 划痕

光盘 (CD) 和数字视频光盘 (DVD) 都将数据存储在光盘上的外部。不幸的是，正如我们都经历过的那样，这些光盘经常被划伤，导致 CD 或 DVD 跳过，有时甚至无法工作。根据划痕的位置，光盘可能无法修复。光盘顶部闪亮部分的划痕似乎比光盘下部塑料部分的划痕更难修复。尽管一些公司正在开发抗划伤光盘，但由于技术发展速度很快，他们的努力可能徒劳无功。对于那些仍然使用 CD 和 DVD 的人来说，光盘上的划痕可能很烦人和令人沮丧。消费者可以尝试一些简单的补救措施来修复光盘，并尝试延长其使用寿命。第一步是用温和的肥皂和水清洁光盘。这可以通过去除可能阻碍光盘功能的任何指纹来提供帮助。然后，用户需要用无绒布擦干光盘，因为即使是最小的纤维也会进一步划伤和损坏光盘。光盘干燥后，用户就可以在其上涂抹牙膏，从光盘中心沿直线方向将其抹平。之后，应重新清洗光盘以去除任何多余的牙膏。如果此过程成功，牙膏将填补划痕，使光盘再次可以播放，几乎没有或没有跳过。通常情况下，光盘上的划痕过于严重，无法用此方法修复。如果是这样，公司建议消费者完全丢弃光盘。幸运的是，随着技术的不断进步，对这些存储形式的依赖正在减少，随之而来的是由于它们故障而带来的烦恼和沮丧。[35]

光盘正在变得过时吗？
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你不再需要这个

虽然光盘可能是极好的存储介质，但随着技术的不断进步，它们的必要性现在已经受到质疑。软盘曾经是每个人用来存储信息的工具，但很快就被淘汰了。随着技术的循环不可避免地赶上光盘，它们可能不再像以前那样有用。首先，出现了不再使用光盘的技术，因为尺寸的原因。大多数平板电脑和笔记本电脑不再拥有光驱，因为它们占用了空间，可能会使设备便携性降低。其次，还有许多更方便的存储选项可用。云存储一直在兴起，并且与光盘相比，普通闪存驱动器的存储容量有所增加。然后是许多媒体公司已转向无光盘环境的事实。流媒体服务已使租用 CD 和 DVD 变得过时。游戏玩家不再购买实体光盘，而是直接下载数字副本。即使音乐也已经转向流媒体服务，使购买实体专辑和黑胶唱片成为一种新奇事物。最后，消费者想要的是方便，而光盘不再像以前那样方便。无论从哪个角度看，技术的进步最终都会使任何东西过时。未来为其他形式的存储提供了许多可能性，这些可能性最终也会过时。[36]

智能卡

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智能卡背面

智能卡是一张信用卡大小的塑料卡片，包含计算机电路，例如处理器、内存和存储器。智能卡只能存储少量数据，大约 8 千字节的 RAM 或 346 千字节的 ROM。处理器实际上是一个微处理器，它位于卡片一侧的金色触点下方。卡中的处理器能够加密数据，以确保只有授权访问。智能卡的目的是安全地存储敏感数据，通常是身份识别或数字现金。与信用卡不同的是，信用卡上的所有信息都可以轻松读取，身份盗窃更为常见，而智能卡无法被物理读取，它对试图访问数据的黑客提出了很大的挑战。为了进一步提高安全性，一些智能卡实际上存储了生物识别数据，以进一步确保只有正确的用户可以使用它。智能卡通过滑动、放入或放置在智能卡读卡器中使用。这使得智能卡读卡器能够通过传输卡上的数据与智能卡进行交互。例如，在锁定的门上安装了智能卡读卡器。授权用户（政府官员）将他们的智能卡放置在门上的智能卡读卡器前面，卡上的数据将被读卡器读取。一旦读卡器确认该政府官员被允许进入，读卡器将解锁门，该官员就可以进入。总而言之，智能卡是一项很棒的新技术，它使交易和设备更加安全。[37]

大型计算机存储系统

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沃尔玛等大型公司的原始存储系统

大型公司和组织需要大型计算机系统来存储其海量数据。世界需要存储的数据量正在以惊人的速度增长，预计仅在 2014 年就会增加一半。政府已出台法规，要求公司保留有关客户和客户的数据和信息。这些信息存储在与普通消费者使用的硬件相同的类型中，但规模更大。许多硬盘驱动器连接在一起使用，以增加可以保存的数据量。行业领导者 IBM 目前正在开发有史以来最大的存储服务器，拥有令人难以置信的 120 PB 空间。该服务器将由一个大型仓库中连接的 20 万个标准硬盘驱动器组成。[38] 一些公司也可能使用称为 RAID 的系统，即独立磁盘的冗余阵列。这种方法使用两个或多个硬盘驱动器，这些硬盘驱动器包含相同数据的冗余副本，以便更快地处理和访问数据。这可以通过两种方式之一完成。第一种方法，磁盘条带化，实际上将文件分离并分散到多个硬盘驱动器上，而第二种方法，磁盘镜像，则在第一个硬盘驱动器上具有信息的精确副本。

回顾

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  1. 阅读 计算机数据存储

复习题

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  1. 判断题；磁性硬盘驱动器使用闪存。
  2. 判断题；蓝光光盘提供的存储容量大于 DVD 光盘。
  3. 判断题；文件夹是存储介质上的位置，用于存放文件。
  4. 判断题；全息存储使用激光来产生数据的三维表示。
  5. 判断题；NAS 和 SAN 技术指的是同一种存储设置。
  6. _____ 是存储在存储介质上的任何东西。
  7. _____ _____ _____ 是一种插入 USB 端口的闪存设备类型。
  8. 音乐和软件通常使用 _____ 光盘。
  9. 大多数计算机使用 _____ _____ 作为主要存储系统。
  10. 使用光盘的驱动器被称为 _____ _____。

答案

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  1. 错误
  2. 正确
  3. 正确
  4. 正确
  5. 错误
  6. 文件
  7. USB 闪存盘
  8. CD
  9. 硬盘驱动器
  10. 光驱

词汇表

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  • BD-R 可录制蓝光光盘
  • BD-RE 可重写蓝光光盘
  • BD（蓝光光盘） 存储容量约为 25 GB 或 50 GB 的光盘。通常用于高清电影
  • CD 存储容量约为 650 MB 的光盘。通常用于音乐和软件
  • CD-R 可录制 CD 光盘
  • CD-ROM 只能读取但不能写入的 CD
  • CD-RW 可重写 CD
  • 簇 磁盘中最小的可寻址区域
  • 柱面 硬盘磁道集合
  • 磁盘访问时间 从某个存储介质定位和读取数据所需的时间
  • 磁盘缓存 提高从硬盘读取或写入硬盘速度的内存
  • DVD 存储容量约为 4.7 GB 或 8.5 GB 的光盘。通常用于软件、电影和游戏
  • DVD-R/DVD+R 可录制 DVD
  • DVD-ROM 只能读取但不能写入的 DVD
  • DVD-RW/DVD+RW 可重写 DVD
  • 嵌入式闪存 用于产品的闪存芯片
  • 文件 存储在存储介质上的任何东西
  • 文件名 给文件起的名字
  • 闪存 非易失性内存，可以在计算机中找到或用于存储介质
  • 闪存卡 通常在数码相机和其他小型设备中发现的闪存介质
  • 文件夹 存储介质上的命名位置，用于存放文件
  • 硬盘驱动器 大多数计算机中发现的存储系统
  • 全息存储 使用多个蓝色激光束将数据存储在三维空间中的介质
  • 混合硬盘驱动器 同时具有闪存和磁性组件的硬盘驱动器
  • 磁性硬盘驱动器 具有一个或多个金属磁性磁盘、访问机制和读写磁头的硬盘驱动器
  • 磁带 将数据存储为一系列磁性点的存储介质
  • 网络附加存储 (NAS) 个别连接到网络的高性能存储设备，为该网络上的计算机提供存储
  • 在线存储 通过互联网访问的远程存储设备（即云存储）
  • 光盘 使用激光束读取和写入数据的存储介质
  • 光驱 用于光盘的驱动器（例如 CD、DVD、BR）
  • RAID（独立磁盘的冗余阵列） 多个硬盘驱动器一起工作的配置，以提高性能和/或可靠性
  • 远程存储 不直接连接到使用它的计算机的存储设备（例如云存储）
  • 扇区 磁道的一部分
  • 智能卡 一张小型卡片大小的电路板，可以存储数据
  • 固态硬盘 (SSD) 使用闪存（而不是金属磁性硬盘）的硬盘驱动器
  • 存储区域网络 为计算机网络提供存储的硬盘驱动器或其他设备的网络
  • 存储设备 插入存储介质以进行读取或写入的硬件
  • 存储介质 存储系统中存储数据的部分（例如 CD）
  • 磁道 磁盘表面上记录数据的圆形路径
  • USB 闪存驱动器 使用闪存的存储设备，插入 USB 端口

参考资料

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  1. ↑ https://www.inkling.com/read/dummies-comptia-aplus-clarke-tetz-3rd/chapter-5/understanding-hard-drive
  2. ↑ http://kb.sandisk.com/app/answers/detail/a_id/8150/~/difference-between-sequential-and-random-access-operations
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  4. ↑ http://www.computerhope.com/jargon/h/harddriv.htm
  5. ↑ http://it.med.miami.edu/x929.xml
  6. ↑ http://www.pcmag.com/article2/0,2817,2404258,00.asp
  7. ↑ https://www.ifixit.com/Wiki/Hard_Drive_Interfaces
  8. ↑ http://www.newegg.com/product/CategoryIntelligenceArticle.aspx?articleId=209
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  14. ↑ http://smithsonianchips.si.edu/ice/cd/MEMORY97/SEC11.PDF
  15. ↑ http://www.pcmag.com/article2/0,2817,2388408,00.asp
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  17. ↑ http://www.usbgeek.com/search?q=USB&search-button.x=0&search-button.y=0
  18. ↑ http://www.howtogeek.com/203061/don%E2%80%99t-panic-but-all-usb-devices-have-a-massive-security-problem
  19. ↑ https://www.makeuseof.com/tag/solidstate-drives-work-makeuseof-explains/
  20. ↑ https://docs.microsoft.com/en-us/previous-versions/windows/it-pro/windows-server-2003/cc759742(v=ws.10)
  21. ↑ http://www.spamlaws.com/online-remote-storage.html
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  25. ↑ http://compnetworking.about.com/od/networkstorage/g/storage_san.htm
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  28. ↑ http://searchstorage.techtarget.com/definition/network-attached-storage
  29. ↑ http://compnetworking.about.com/od/networkstorage/f/san-vs-nas.htm
  30. ↑ http://www.thefreedictionary.com/compact+disc+read-only+memory
  31. ↑ http://netforbeginners.about.com/cs/multimedia/a/DVD_explained_3.htm
  32. ↑ http://www.osta.org/technology/cdqa7.htm
  33. ↑ http://www.osta.org/technology/cdqa7.htm
  34. ↑ http://electronics.howstuffworks.com/blu-ray1.htm
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  36. ↑ http://compreviews.about.com/od/cddvd/a/Death-of-PC-Optical-Drives.htm
  37. ↑ http://computer.howstuffworks.com/question332.htm
  38. ↑ http://phys.org/news/2011-08-petabytes-ibm-largest-storage-array.html
  • 维基百科计算机数据存储[3]
摘自"https://wikibooks.cn/w/index.php?title=Introduction_to_Computer_Information_Systems/Storage&oldid=4084790"
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