本次探讨了持久数据存储的基本原理，着重分析文件系统在操作系统中的重要性。文件是计算机操作的基本单位，其持久化确保了数据在关机后仍然存在。此外，课程还回顾了图灵机的基础知识，讨论了如何实现数据的持久存储，并探讨了不同存储介质的发展历程，包括磁带、机械硬盘和固态硬盘（SSD）的优缺点。最终，强调了现代SSD在性能方面的显著提升及其在数据存储中的广泛应用。

文件系统的作用与持久化

  • 持久化的关键性:

    • 文件作为操作系统中的核心对象，使数据管理更为简便，通过简单的操作即可实现数据的创建、修改和移动。
    • 数据以比特形式进行持久保存，需要理解存储器与图灵机的原理，这为理解文件系统的实现提供了基础。

  • 图灵机的贡献:

    • 图灵机作为一个计算模型，对理解计算机的数据持久化及其强大能力有基本指导意义。
    • 它帮助我们构建有效的存储设备，同时揭示了计算的无穷可能性。

存储器的基本原理

  • 电磁存储技术:

    • 数据通过电磁感应被存储和读取，存储器常采用二维网格结构，利用电容来代表二进制数据。
    • 动态随机存取存储器（DRAM）通过定期刷新机制，补偿电容漏电以确保数据的持续性。

  • 持久存储的意义:

    • 即便在断电后数据仍然可被保留，这使文件系统大大提高了数据管理的效率和用户的便利性。

存储阵列与提升效率

  • 存储层级设计:

    • 通过寄存器、缓存等拥有不同访问单位和容量的存储单元，高效提升系统性能。
    • 缓存通过优化读写缓冲区的使用极大提升了整体性能，降低了能耗。

  • 多种存储设备:

    • 如SSD和机械硬盘，虽然结构和操作不同，但都支持快速的数据访问，以适应不同应用需求。

信息存储技术与磁性材料

  • 磁性材料的原理:
    • 利用磁性状态变化实现信息的存储与读取，历史中磁带是通过电磁感应将物理与电子世界连接的先驱。
    • 1928年，磁带技术开创了信息存储的新时代，推动了计算机技术的革命。

磁带的用途和特性

  • 磁带的优势:
    • 低成本，制造简单，适合音频及视频数据的顺序存储，尤其在资源有限环境中受欢迎。
    • 其可靠性能维持多年，成为数据冷备份的理想选择。

磁盘技术与机械硬盘

  • 技术演变:
    • 博根据磁带的优势进行现代化设计，磁鼓的出现和后续的机械硬盘结合二维平面存储实现了容量提升。
    • 磁盘垂直排布提升了数据密度，克服了制造挑战，带来了更高容量和效率。

顺序存取和随机存取的挑战

  • 磁盘设计的挑战:
    • 在面对随机数据访问时的性能瓶颈，需要更高效的定位方法来提升应用效能。

高速缓存与存储演进

  • 新技术影响:
    • 高速缓存的出现加速了数据写入速度，对传统计算方式提出挑战，需要更新调度算法适应新环境。
    • 虽然曾经有软盘作为主流移动存储，其读取和写入缓慢的特性已不适应现代需求。

区别于现代存储技术

  • SSD、HDD和U盘:
    • SSD在大小和重量上的显著优势，以及更强的并行处理能力，标志着存储技术的显著进步。
    • 即便如此，用户在购买存储设备时需要避免过低价格产品，以保障数据安全与设备性能。