stockage de données informatiques

Dans l'usage courant, le terme « stockage » désigne généralement un sous-ensemble du stockage de données informatiques comprenant les périphériques de stockage et leurs supports non directement accessibles par le processeur , c'est-à -dire le stockage secondaire ou tertiaire . Les disques durs , les lecteurs de disques optiques et les dispositifs non volatils (c'est-à-dire les dispositifs qui conservent leur contenu même lorsque l'ordinateur est éteint) en sont des exemples courants. En revanche, le terme « mémoire » est utilisé pour désigner le stockage de données en lecture-écriture sur semi-conducteurs , généralement la mémoire vive dynamique (DRAM). La mémoire vive dynamique est une forme de mémoire volatile qui nécessite une relecture et une réécriture périodiques des informations stockées, ou un rafraîchissement ; la mémoire vive statique (SRAM) est similaire à la DRAM, mais elle n'a jamais besoin d'être rafraîchie tant qu'elle est alimentée.

Dans l’usage contemporain, la hiérarchie de mémoire du stockage primaire et du stockage secondaire fait parfois référence à ce qui était historiquement appelé respectivement stockage secondaire et stockage tertiaire .

Primaire

La mémoire principale (également appelée mémoire interne ou mémoire de stockage primaire ), souvent désignée simplement par le terme « mémoire » , est un espace de stockage directement accessible au processeur. Ce dernier lit en continu les instructions qui y sont stockées et les exécute selon les besoins. Toutes les données traitées y sont également stockées de manière uniforme. Historiquement, les premiers ordinateurs utilisaient des lignes à retard , des tubes Williams ou des tambours magnétiques rotatifs comme mémoire principale. Dès 1954, ces méthodes peu fiables ont été majoritairement remplacées par la mémoire à tores magnétiques . Cette dernière est restée dominante jusqu'aux années 1970, date à laquelle les progrès de la technologie des circuits intégrés ont permis à la mémoire à semi-conducteurs de devenir économiquement compétitive.

Ceci a conduit à la mémoire vive moderne , compacte, légère et relativement coûteuse. La RAM utilisée comme mémoire principale est volatile : elle perd ses données lorsqu'elle est hors tension pendant un certain temps . Outre le stockage des programmes ouverts, elle sert de cache disque et de tampon d'écriture pour améliorer les performances de lecture et d'écriture. Les systèmes d'exploitation utilisent la RAM pour la mise en cache tant qu'elle n'est pas requise par les logiciels en cours d'exécution. La mémoire disponible peut être utilisée comme disque RAM pour le stockage temporaire de données à haute vitesse. Outre la RAM principale de grande capacité, il existe deux autres sous-couches de stockage principal :

• Les registres du processeur constituent la forme de stockage de données la plus rapide. Situés à l'intérieur du processeur, chaque registre contient généralement un mot de données (souvent 32 ou 64 bits). Les instructions du processeur indiquent à l' unité arithmétique et logique d'effectuer divers calculs ou autres opérations sur ces données.
• Le cache du processeur constitue une étape intermédiaire entre les registres plus rapides et la mémoire principale plus lente ; il est plus rapide que cette dernière, mais sa capacité est bien moindre. Une architecture de cache hiérarchique à plusieurs niveaux est également courante : le cache primaire est le plus petit et le plus rapide, tandis que le cache secondaire est plus grand et plus lent.

La mémoire principale, incluant la ROM , l'EEPROM , la mémoire flash NOR et la RAM , est généralement adressable par octet . Cette mémoire est connectée directement ou indirectement à l'unité centrale de traitement (CPU) via un bus mémoire , composé d'un bus d'adresses et d'un bus de données . Le CPU envoie d'abord, via le bus d'adresses, un nombre appelé adresse mémoire , indiquant l'emplacement des données à lire ou à écrire. Il lit ou écrit ensuite les données dans les cellules mémoire à l'aide du bus de données. De plus, une unité de gestion de la mémoire (MMU) est un petit dispositif situé entre le CPU et la RAM, qui recalcule l'adresse mémoire. Les unités de gestion de la mémoire permettent la gestion de la mémoire ; elles peuvent, par exemple, fournir une abstraction de la mémoire virtuelle ou effectuer d'autres tâches.

BIOS

La mémoire vive ( RAM ) , contenant un petit programme de démarrage, est utilisée pour initialiser l'ordinateur, c'est-à-dire pour charger un programme plus volumineux depuis la mémoire secondaire non volatile et le lancer. La mémoire morte (ROM) est une technologie non volatile utilisée à cet effet. La plupart des ROM ne sont pas littéralement en lecture seule, mais l'écriture y est complexe et lente . Certains systèmes embarqués exécutent les programmes directement depuis la ROM, car ces programmes sont rarement modifiés. Les ordinateurs classiques, hormis le micrologiciel , ne stockent généralement que très peu de programmes en ROM et utilisent d'importantes capacités de mémoire secondaire.

Tertiaire

Le stockage tertiaire , ou mémoire tertiaire, repose généralement sur un bras robotisé qui monte et démonte des supports de stockage de masse amovibles, les transférant d'une base de données de catalogue vers un périphérique de stockage en fonction des besoins du système. Il est principalement utilisé pour l'archivage d'informations rarement consultées, car il est beaucoup plus lent que le stockage secondaire (par exemple, 5 à 60 secondes contre 1 à 10 millisecondes). Il est particulièrement utile pour les très grands volumes de données, accessibles sans intervention humaine. On peut citer comme exemples typiques les bibliothèques de bandes , les juke-boxes optiques et les systèmes MAID (Massive Arrays of Indle Disks ). Le stockage tertiaire est également appelé stockage nearline , car il est « quasi-en-ligne » . La gestion hiérarchique du stockage est une stratégie d'archivage qui consiste à migrer automatiquement les fichiers inutilisés depuis longtemps des disques durs rapides vers des bibliothèques ou des juke-boxes.

Un système de stockage secondaire ou tertiaire peut se connecter à un ordinateur via un réseau informatique . Ce concept ne s'applique pas au système de stockage principal.

• Le stockage à connexion directe (DAS) est un stockage de masse traditionnel qui n'utilise aucun réseau.
• Le stockage en réseau (NAS) est un périphérique de stockage de masse connecté à un ordinateur et accessible par un autre ordinateur au niveau fichier via un réseau local (LAN) , un réseau étendu privé (PNWA ) ou, dans le cas du stockage de fichiers en ligne , via Internet . Le NAS est généralement associé aux protocoles NFS et CIFS/SMB .
• Un réseau de stockage (SAN) est un réseau spécialisé qui fournit à d'autres ordinateurs une capacité de stockage. Le SAN est généralement associé aux réseaux Fibre Channel .

Les modèles de déploiement cloud définissent les interactions entre les fournisseurs de cloud et les clients.

• Les clouds privés , par exemple, sont utilisés en sécurité cloud pour atténuer la surface d'attaque accrue liée à l'externalisation du stockage de données. Un cloud privé est une infrastructure cloud exploitée exclusivement pour une seule organisation, qu'elle soit gérée en interne ou par un tiers, ou hébergée en interne ou en externe.
• Le stockage hybride est une autre solution de sécurité cloud, reposant sur une infrastructure combinant ressources de stockage sur site et stockage cloud. Le stockage sur site est généralement géré par l'organisation, tandis que le fournisseur de stockage cloud public est responsable de la gestion et de la sécurité des données stockées dans le cloud. L'utilisation d'un modèle hybride permet d'ingérer des données chiffrées, la clé étant conservée au sein de l'infrastructure sur site. Ce modèle permet également de limiter l'accès aux passerelles de stockage cloud sur site , lesquelles peuvent proposer des options de chiffrement des données avant leur transfert.
• Les services cloud sont considérés comme « publics » lorsqu'ils sont fournis via l'Internet public.
  • Un cloud privé virtuel (VPC) est un ensemble de ressources partagées au sein d'un cloud public qui assure un certain niveau d'isolation entre les différents utilisateurs de ces ressources. Les VPC réalisent cette isolation grâce à l'attribution d'un sous-réseau IP privé et d'une architecture de communication virtuelle (telle qu'un VLAN ou un ensemble de canaux de communication chiffrés ) entre les utilisateurs, ainsi qu'à l'utilisation d'un réseau privé virtuel (VPN) par utilisateur VPC. Ce dispositif sécurise, par le biais de l'authentification et du chiffrement, l'accès distant de l'organisation à ses ressources VPC.

Il existe trois types de stockage cloud :

• Stockage d'objets
• stockage de fichiers
• Le stockage au niveau bloc est un concept de persistance des données dans le cloud où les services cloud émulent le comportement d'un périphérique de stockage traditionnel , tel qu'un disque dur physique , où le stockage est organisé en blocs . Le stockage au niveau bloc diffère des systèmes de stockage d'objets ou « compartiments » et des bases de données cloud . Ces derniers fonctionnent à un niveau d'abstraction plus élevé et peuvent gérer des entités telles que des fichiers, des documents, des images, des vidéos ou des enregistrements de base de données . Autrefois, le stockage au niveau bloc était assuré par les SAN , tandis que les NAS assuraient le stockage au niveau fichier . Avec le passage de l'hébergement sur site aux services cloud, cette distinction a évolué
  • Les stockages d'instance sont une forme de stockage par blocs hébergé dans le cloud, fourni dans le cadre d'une instance cloud . Contrairement à d'autres formes de stockage par blocs, les données stockées dans une instance cloud sont perdues lorsque l'instance cloud est arrêtée.

Le stockage magnétique utilise différents motifs d' aimantation sur une surface recouverte d'un revêtement magnétique pour stocker des informations. Ce type de stockage est non volatil . L'accès aux informations se fait à l'aide d'une ou plusieurs têtes de lecture/écriture, qui peuvent contenir un ou plusieurs transducteurs d'enregistrement. Une tête de lecture/écriture ne couvre qu'une partie de la surface ; par conséquent, pour accéder aux données, la tête, le support ou les deux doivent être déplacés l'un par rapport à l'autre. Dans les ordinateurs modernes, le stockage magnétique prend les formes suivantes :

• Disque magnétique ;
  • Disquette , utilisée pour le stockage hors ligne ;
  • Disque dur , utilisé pour le stockage secondaire.
• Bande magnétique , utilisée pour le stockage tertiaire et hors ligne ;
• Mémoire carrousel (rouleaux magnétiques).

Dans les premiers ordinateurs, le stockage magnétique était également utilisé comme :

• Stockage du microcode dans le stockage en lecture seule du transformateur ;
• Stockage primaire sous forme de mémoire magnétique , ou mémoire à tores , mémoire à tores , mémoire à couches minces et/ou mémoire à tore ;
• La bande magnétique était souvent utilisée pour le stockage secondaire ;
• Stockage tertiaire (par exemple NCR CRAM ) ou hors ligne sous forme de cartes magnétiques.

Contrairement à la mémoire flash et aux supports optiques réinscriptibles, le stockage magnétique ne présente pas de limite définie de cycles de réécriture, car la modification des champs magnétiques n'entraîne aucune usure physique. Sa durée de vie est plutôt limitée par les pièces mécaniques.

Le stockage optique , généralement représenté par un disque optique , stocke l'information dans des cavités à la surface d'un disque circulaire et lit cette information en éclairant la surface avec une diode laser et en observant la réflexion. Le stockage sur disque optique est non volatil . Les cavités peuvent être permanentes (supports à lecture seule), formées une seule fois (supports à écriture unique) ou réversibles (supports enregistrables ou à lecture/écriture). Les formats suivants étaient couramment utilisés CD , CD-ROM , DVD , BD-ROM : Support de stockage en lecture seule, utilisé pour la distribution massive d'informations numériques (musique, vidéo, programmes informatiques) ;

Le stockage sur disque magnéto-optique est un type de stockage optique où l'information est stockée dans l'état magnétique d'une surface ferromagnétique. La lecture et l'écriture de cette information s'effectuent par une combinaison de méthodes magnétiques et optiques. Ce type de stockage, non volatil et à accès séquentiel , présente une vitesse d'écriture lente et une vitesse de lecture rapide. Il est utilisé pour le stockage tertiaire et hors ligne.

Le stockage optique de données 3D a également été proposé.

La fusion de l'aimantation induite par la lumière dans les photoconducteurs magnétiques a également été proposée pour le stockage magnéto-optique à haute vitesse et à faible consommation d'énergie.

Le stockage de données sur papier , généralement sous forme de bandes perforées ou de cartes perforées , a longtemps été utilisé pour enregistrer des informations destinées au traitement automatique, notamment avant l'avènement des ordinateurs. L'information était enregistrée en perforant le papier ou le carton, puis lue mécaniquement (ou plus tard optiquement) pour déterminer si un emplacement précis était plein ou perforé. Les codes-barres permettent d'apposer de manière sécurisée des informations lisibles par ordinateur sur les objets vendus ou transportés.

Des quantités relativement faibles de données numériques (comparées à d'autres supports de stockage de données numériques) peuvent être sauvegardées sur papier sous forme de code-barres matriciel pour un stockage à très long terme, car la durée de vie du papier dépasse généralement même celle du stockage de données magnétiques.

• Mémoire à tubes électroniques :
  • Un tube Williams utilisait un tube cathodique , et un tube Selectron utilisait un grand tube à vide pour stocker l'information.
• Mémoire électroacoustique : La mémoire à ligne à retard utilise les ondes sonores dans une substance telle que le mercure pour stocker des informations.
• La bande optique est un support de stockage optique, généralement constitué d'une longue et étroite bande de plastique, sur laquelle des motifs peuvent être inscrits et à partir de laquelle ces motifs peuvent être lus.
• La mémoire à changement de phase utilise différentes phases mécaniques d'un matériau à changement de phase pour stocker des informations dans une matrice adressable X–Y et lit ces informations en observant la variation de la résistance électrique du matériau.
• Le stockage de données holographiques stocke les informations optiquement à l'intérieur de cristaux ou de photopolymères , par exemple dans les disques holographiques polyvalents (HVD ). Contrairement au stockage sur disque optique, limité à un petit nombre de couches superficielles, le stockage holographique exploite la totalité du volume du support.
• Les photoconducteurs magnétiques stockent des informations magnétiques, qui peuvent être modifiées par un éclairage de faible luminosité.
• La mémoire moléculaire stocke l'information dans des polymères capables de stocker une charge électrique.
• L'ADN stocke l'information numérique dans les nucléotides de l'ADN .