Computersystemen/Opslagmedia

Uit Wikibooks
Naar navigatie springen Naar zoeken springen

Doelstellingen[bewerken]

Onderstaande doelstellingen komen in meer of mindere mate aan bod. Ze komen uit het leerplan Toegepaste Informatica van de richting informaticabeheer[1]. De cijfers verwijzen naar dit leerplan. De cursieve doelstellingen zijn praktijkoefeningen die aansluiten bij de theorie, maar die in dit Wikibook niet behandeld worden.

  • 1.3.6 De functie, belangrijke eigenschappen, voordelen en nadelen van actuele[2] opslagmedia toelichten.
  • 1.3.5 Belangrijke eenheden voor technische specificaties van optionele componenten toelichten, bijvoorbeeld bit, byte, rpm, inch, dpi, ppm, ppi, Hz, bps, ANSI lumen ...
  • 1.4.6 Aan de hand van technische specificaties diverse uitvoeringen van optionele componenten vergelijken.

Algemene specificaties[bewerken]

Specificaties zijn belangrijk om opslagmedia met elkaar te kunnen vergelijken. Hét beste opslagmedium bestaat niet. Je moet steeds bepaalde voor- en nadelen in acht nemen, afhankelijk van de toepassing die je voor ogen hebt.

  • Capaciteit. Het is belangrijk dat je rekening houdt met de 'schaalbaarheid' van je project, zodat je geen capaciteit tekort komt. Bij sommige keuzes kan je achteraf nog capaciteit toevoegen, bij andere niet. Denk bv. aan een smartphone zonder mogelijkheid van het toevoegen van een SD-kaart.
  • Snelheid. Dit zijn theoretische snelheden, waarbij er een verschil kan zijn tussen de lees- en de schrijfsnelheid. Hiervoor kan ook benchmarking gebruikt worden.
  • Verbruik. Vaak zijn dit verschillende waarden, omdat een opslagmedium die leest of schrijf meer zal verbruiken dan eentje die in stand-by staat. Dit is vooral belangrijk bij mobiele toepassingen, maar het is ook handig dat je een kWh die je niet verbruikt, ook niet moet betalen. Een groter verbruik wijst vaak ook op meer (rest)warmte, waardoor mogelijks extra gekoeld moet worden.
  • Kostprijs per gigabyte. Als het een project is waar snelheid heel erg belangrijk is, maar niet zozeer een grote capaciteit, dan kan de kostprijs per gigabyte wat hoger uitvallen, zolang de totale kostprijs maar niet te hoog ligt.
  • Geluid, uitgedrukt in dB. Dit zal voor een server in een serverroom niet zo belangrijk zijn, maar wel voor een HTPC.
  • Veiligheid: via bovenliggende software kan je encryptie toepassen, maar sommige opslagmedia hebben dit ook out-of-the-box (alhoewel het vaak nog expliciet moet geactiveerd worden).
  • Betrouwbaarheid. Hoe robuust is het medium bv. m.b.t. mogelijks vallen (hoe meer bewegende onderdelen, hoe gevoeliger). Wat is het aantal keer dat je het betrouwbaar kan lezen of schrijven?[3] S.M.A.R.T. en MTBF (zie verder) zijn twee maten waarmee je de betrouwbaarheid kan opvolgen.

Er zijn ook nog andere kenmerken die hieronder worden uitgelegd.

MTBF[bewerken]

MTBF (mean time between failures) is het gemiddeld storingsvrij interval, waarbij de storing slaat op componenten van een installatie. De berekende MTBF-resultaten zijn afhankelijk van de gebruikte methode en daarmee een niet even betrouwbare specificatie om te vergelijken tussen verschillende fabrikanten.

Cache[bewerken]

Als je een opslagmedium hebt dat een stuk trager is dan het RAM-geheugen, dan kan beslist worden om cachegeheugen (bv. met RAM-geheugen) te voorzien. De reden is dezelfde zoals bij de browser- of processorcache: snelheidswinst.

Interface[bewerken]

De opslagmedia moet je kunnen aansluiten aan bv. het moederbord. Hiervoor zijn heel wat interfaces mogelijk: PATA, SATA, eSATA, USB, FireWire, PCI Express,... Deze zijn al aan bod gekomen bij het hoofdstuk van computerbussen. Belangrijk is vooral dat je goed onthoudt dat als je een snel opslagmedium aansluit op een trage poort via een oude kabel, je uiteraard niet het onderste uit de kan haalt![4] Er wordt gesproken over DAS-opslagmedia (direct-attached storage) als deze direct aangesloten is op een computersysteem en die gegevens vasthouden als de computer niet aan staat.

Met de breedbandverbindingen is het interessant om data via een netwerk opgeslagen: dat kan heel dichtbij zijn, maar evengoed kilometers verder. Je kan deze setup volledig in eigen beheer doen en zelf configureren (bv. met ftp, Samba, ownCloud/Nextcloud, Resilio Sync) of je kan gebruikmaken van externe diensten (bv. Dropbox, Microsoft OneDrive of Google Drive). Als je als gebruiker zelf niet goed weet waar je data opgeslagen wordt, spreekt men vaak over cloudopslag. Merk op dat data die via het netwerk wordt opgeslagen aan de andere kant van de lijn deze data op een DAS-opslagmedium zal bewaren.

S.M.A.R.T.[bewerken]

S.M.A.R.T. prefail value

S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology) is een monitoringsysteem voor harde schijven en SSDs. Het heeft als doel de gebruiker geruime tijd van tevoren te waarschuwen voor aanstaande problemen zodat deze stappen kan zetten om de aanwezige data veilig te stellen.[5]

Het houdt hiervoor verschillende indicatoren voor betrouwbaarheid in de gaten, waarbij de waarden variëren van 1 tot 253: hoe lager, hoe slechter. Afhankelijk van de fabrikant worden de waarden 100 of 200 gehanteerd als de "normale" waarde. Monitoringprogrammatuur (elk met hun eigen mogelijkheden, bv. bij CrystalDiskInfo of Gnome Disks) kan deze waarden lezen om analyses uit te voeren.

Ter info de eigenschappen die S.M.A.R.T. in de gaten houdt bij een WDC800JB-00CRA1-harde schijf van 80 GB:

Raw read error rate, Spin up time, Start/stop count, Reallocated sector count, Seek error rate, Power on hours count, Spin retry count, Recalibration retry count, Power cycle count, Reallocation event count, Current pending sector count, Uncorrectable sector count, CRC error count, Write error count, Time alive

Bouwvorm[bewerken]

Bij HDDs en SSDs zijn er twee standaardformaten, zodat die gemakkelijk in een computerkast of laptopbehuizing kunnen geplaatst worden: 3,5 inch of 2,5 inch.

Als de eigenlijke elektronica kleiner is (bv. een 2,5 inch SSD) wordt dit vaak toch in een standaardbehuizing geplaatst (die dan een stuk 'leeg' is), zodat dit makkelijk monteert.

HDD[bewerken]

De HDD (hard disk drive) blijft een heel populair medium voor het opslaan van data, omdat de kostprijs per gigabyte behoorlijk laag ligt.[6] Een HDD wordt dan ook gebruikt als veel data moet worden opgeslagen, die toch relatief snel te benaderen moet zijn.

In de HDD-behuizing zit minstens één schijf (de platter), die heel snel ronddraait. Een kenmerkende eigenschap is dan ook hoe snel deze ronddraait, nl. het toerental, uitgedrukt in revolutions of rounds per minute. Typische waarden zijn 7 200 rpm bij een desktop, 5 400 rpm bij een laptop en 10 000 tot 15 000 rpm bij servers. Uiteraard heeft dit toerental invloed op de lees- en schrijfsnelheid.

Flashgeheugen[bewerken]

Onder flashgeheugen (flash memory) verstaat men een niet-vluchtige vorm van geheugen op basis van de EEPROM-techniek. De naam ‘flash’ is ontstaan, omdat dit type EEPROM in één keer (in een flits) volledig of gedeeltelijk gewist kan worden, om er vervolgens iets anders in te schrijven.

Er zijn twee types flashgeheugen: NOR- en NAND-flash, gebaseerd op de schakelingen die worden gebruikt om een data-item op te slaan. Soms wordt een combinatie gebruikt van deze twee types.

Flashgeheugen wordt onder andere gebruikt als BIOS-ROM in pc's, in MP3-spelers, USB-sticks en solid state drives. Het wordt ook gebruikt in geheugenkaarten voor digitale camera's, mobiele telefoons en pda's.

Flashgeheugen kan verschillend uitgewerkt zijn en vooral bekend als geheugenkaarten (elk met hun voor- en nadelen). Enkele voorbeelden:

  • SSD, zie verder.
  • SD (Secure Digital), bv. als miniSD- of microSDkaarten.
  • eMMC: tot ongeveer 2016 gebruikten bijna alle mobiele telefoons en tablets dit als hoofdopslagmedium.
  • UFS (Universal Flash Storage): bestaat al een tijdje als het interne geheugen van smartphones, maar is ook op weg om de microSD-kaart van de troon te stoten.[7]

Kenmerken[bewerken]

  • Robuustheid: door het ontbreken van mechanische onderdelen (zoals die aanwezig zijn in een harde schijf), is flashgeheugen robuuster en daardoor te verkiezen bij ontwerpen die niet vast gemonteerd zijn.
  • Snelheid: de snelheid van het lezen zal een stuk hoger liggen dan deze van het schrijven. Uiteraard kunnen er onderling ook grote verschillen zijn (bv. SSD t.o.v. SD-kaart).
  • Wear leveling. Er moet vermeden worden dat de ene individuele geheugencel veel meer wordt herschreven dan andere, want als die ene individuele geheugencel niet meer werkt, is het flash opslagmedium niet meer betrouwbaar.
    • Een 'wear leveling' oplossing kan door er een kleine processor in te bouwen die ervoor zorgt dat de individuele cellen gelijkmatig gebruikt worden. De totale levensduur wordt hiermee verveelvoudigd.
    • Sommige bestandssystemen (bv. FAT) zorgen voor relatief veel schrijfbewegingen, wat de levensduur van het flashgeheugen niet ten goede komt. Men heeft nagedacht over specifieke flash file systems, die hiermee rekening kunnen houden. Het besturingsysteem moet hiervoor ondersteuning bieden: bij Windows is dit vaak niet het geval, maar wel bij Linux.[8]

SSD[bewerken]

Een SSD (solid state drive) is een medium waarop digitaal gegevens bewaard kunnen worden met behulp van niet-vluchtig (zoals flash) of vluchtig geheugen (bijvoorbeeld SDRAM).

De voordelen:

  • Snelheid: een SSD heeft een zeer korte toegangstijd en zeer hoge lees- en schrijfsnelheid.
  • Geluid: doordat een SSD geen bewegende onderdelen bevat (solid state), produceert een SSD geen geluid.
  • Gewicht: een SSD is vele malen lichter dan een harde schijf.
  • Zuiniger: een SSD heeft minder vermogen nodig om te werken dan een harde schijf.
  • Koeler: geen bewegende onderdelen dus minder warmteproductie.

Het grootste nadeel is de prijs. Een SSD is (gerekend in prijs per gigabyte) nog steeds duurder dan een harde schijf. Vandaar wordt een SSD vaak ingezet wanneer snelheid heel belangrijk is (bv. het OS of de programma's) en wordt voor de rest van de opslag (de gewone data) een HDD gebruikt.

SSDs zijn onder te verdelen in twee typen: SLC en MLC. Op basis van SLC zijn ze betrouwbaarder, duurzamer en sneller: één cel kan één bit bewaren via een laag bereik (0) of een hoog bereik (1). Op basis van MLC kunnen ze data veel compacter opslaan, omdat er meerdere bereiken zijn per cel (bv. 00, 01, 10 en 11). Hierdoor kunnen MLC's met dezelfde opslagcapaciteit goedkoper worden geproduceerd dan SLC's.

Wanneer SSD's veel gebruikt worden, worden ze trager. Bij het schrijven in eerder gebruikte ruimte moet dit gebied eerst gewist worden, en deze handeling kost extra tijd. Daarom heeft men een nieuwe technologie ontwikkeld die dit tegengaat, namelijk TRIM. Zowel de SSD, als het OS moet uitgerust zijn met deze techniek.[9]

3D XPoint[bewerken]

3D XPoint (uitgesproken als 3D cross point) is een veelbelovende technologie, waarvan zowel de snelheid als de schrijfbestendigheid tot duizend maal hoger zou zijn dan klassiek flashgeheugen. Sinds april 2017 is het op de markt onder de merknamen Optane (Intel) en QuantX (Micron), maar helaas nog behoorlijk duur.

ODD[bewerken]

Optical disk drives maken gebruik van optische schijven om data op te slaan en werken dus op basis van licht. Voorbeelden zijn de CD, DVD en Blu-Ray schijven. Deze hebben vaak een grootte van 120 mm en een opening in het midden van 15 mm. Dit zorgt voor standaardisering van de ODD. Daarnaast bestaan er ook mini-varianten, met een grootte van 80 mm.

Van deze optische schijven bestaan vaak vele varianten (bv. ROM versus te beschrijven). Ook bij de hardware kan één optisch apparaat meerdere formaten ondersteunen. Lees altijd goed de specificaties, zodat je schijf ook werkt met jouw lezer/schrijver. Ter info geven we de specificaties mee van een Samsung SH-224DB/BEBE:

De SH-224DB/BEBE van Samsung is een DVD-brander, welke via 7 Pin Serial ATA wordt aangesloten. De SH-224DB/BEBE kan DVD±R op 24x, DVD±R DL op 8x, DVD+RW op 8x, DVD-RW op 6x, DVD-RAM op 12x, CD-R op 48x, CD-RW op 4x speed kan schrijven en DVD's op 16x, DVD-RAM op 12x, en CD's op 48x speed kan lezen. 


De populariteit van deze optische schijven is de laatste jaren minder geworden, maar wordt nog steeds vaak gebruikt in de entertainment industrie (films, games,…). Dat merk je ook aan de DRM-mogelijkheden van Blu-Ray. Met deze Digital Rights Management (gekscherend soms Digital Restrictions Management) probeert men piraterij en ander oneigenlijk gebruik tegen te gaan. Bv. met watermerken, of een beveiligingssysteem, zodat enkel geschikte hardware toelaat dat de data toegankelijk wordt.

Capaciteit[bewerken]

Onderstaande opsomming is steeds voor een optische schijf van 120 mm.

Media Capaciteit (GB)
CD 0,734
DVD single sided, single layer 4,76
DVD single sided, double layer 8,5
DVD double sided, single layer 9,4
DVD double sided, double layer 17
Blu-Ray single layer 25
Blu-Ray dual layer 50,1
Blu-Ray XL 3 layer 100,1
Blu-Ray XL 4 layer 128

Snelheid[bewerken]

De oorspronkelijke CD-ROM drives konden hun data aan 150 kiBps lezen. Maar door verbeterde technologie konden de fabrikanten de snelheid behoorlijk opdrijven. Ze gebruikten hiervoor de notatie nX, waarbij n het veelvoud is t.o.v. de oorspronkelijke snelheid. Zo zal het schrijven van een CD aan 8X tweemaal zo snel zijn in vergelijking met schrijven aan 4x. Ter info enkele schrijfsnelheden van optische schijven:

Media 1X speed (kBps)
CD 153,6
DVD 1385,0
Blu-ray 4500,0

Merk dus op dat als de media allemaal aan 1X snelheid werkt, een Blu-ray sneller is dan een DVD, die op zijn beurt sneller is dan een CD.

Tape[bewerken]

Een tape of magneetband is een opslagmedium voor gegevens in de vorm van een band van kunststof waarop een dunne laag magnetiseerbaar materiaal is aangebracht, waarvan de magnetische deeltjes met een magneet (de schrijfkop) in een bepaalde richting gemagnetiseerd kunnen worden.

In de begindagen betekende dit een revolutie op vlak van het opslaan van audio en video. Bij deze tape is geen random toegang mogelijk, daar dit een sequentieel medium is. Het enige wat je kan is achteruit en vooruit spoelen. Door dit sequentiële is het niet (meer) populair voor de “gewone” dataopslag: in een thuissituatie zal je geen tape tegenkomen.

Voor het opslaan van grote hoeveelheden data (bij bv. back-ups en archieven) kan magnetic tape data storage toch interessant blijken voor bedrijven. Dit door de lage kost per bit en de lange levensduur van de data die erop staat. De oppervlaktedichtheid is weliswaar lager t.o.v. de harde schijf, maar de beschikbare oppervlakte is een stuk groter. Ter info geven we nog volgende weetjes mee:

  • In 2013 kan de hoogste tape cartridge ongeveer 8,5 TB aan niet-gecomprimeerde data opslaan.
  • In 2014 liet Sony weten een tape met 23 Gb/cm² ontwikkeld te hebben, wat een tape capaciteit zou betekenen van 185 TB.
  • IBM en Sony hebben in 2017 een tape waarop 31 Gb/cm² past, wat een tape van 330 TB betekent. [10]
Bronnen, noten en/of referenties
  1. Meer informatie op leerplan D/2015/7841/003
  2. De term 'actueel' zou je kunnen vertalen als 'nog gebruikt'. Met zo'n definitie ben je soms verrast welke heel oude technieken nog worden gebruikt. Zie bv. het Tweakers.net-artikel Museumwaardige 8"-floppy's nog steeds in gebruik bij kernwapensysteem VS
  3. Zo waarschuwt de NAS OpenMediaVault bij zijn prerequisites: If you use a Flash Drive, select one with static wear leveling, without it the drive will have a very short lifetime.
  4. Ook moet je opletten voor (te goedkope) hardware, die de vermelde specificaties niet haalt. Zie bv. het Tweakers.net-artikel Consumentenbond waarschuwt voor nep-sd-kaartjes op Groupon na klachten tweakers
  5. Op Hard Disk Sentinel kan je een diepgaander artikel lezen.
  6. In de geschiedenis daalde de kostprijs zo sterk dat Kryder's Law werd bedacht, gelijkaardig aan Moore's Law bij processoren.
  7. Meer uitleg op Techpulse.be: Waarom UFS de microSD-kaart uit je smartphone zal verbannen.
  8. Of ook Apple, zoals blijkt uit het Tweakers.net-artikel Apple gaat voor flashgeheugen geoptimaliseerd Apple File System gebruiken
  9. TRIM is geïntegreerd in de Linuxkernel vanaf versie 2.6.33, OS X vanaf versie 10.7 Lion en bij Windows vanaf Windows 7 en vanaf Windows Server 2008 R2.
  10. Zie het artikel van De Ingenieur "330 terabyte aan data op één tape"
Informatie afkomstig van http://nl.wikibooks.org Wikibooks NL.
Wikibooks NL is onderdeel van de wikimediafoundation.