Lưu trữ dữ liệu

Lưu trữ dữ liệu máy tính hay thường gọi là lưu trữ hay bộ nhớ là khái niệm chỉ các cấu kiện máy tính, thiết bị và các phương tiện ghi/chứa dữ liệu cho phép lưu trữ dữ liệu số sử dụng trong tính toán trong một khoảng thời gian nhất định. Lưu trữ dữ liệu đóng một trong các chức năng chính của tính toán hiện đại: lưu giữ thông tin. Lưu trữ là một cấu phần cơ bản của tất cả hệ thống tính toán hiện đại. Lưu trữ và bộ xử lý trung tâm (CPU) là mô hình máy tính cơ bản kể từ những năm 1940.
Trong ngôn ngữ hiện đại bộ nhớ thường được hiểu là một dạng lưu trữ sử dụng chất bán dẫn cho phép truy cập ngẫu nhiên với tốc độ cao nhưng thường là lưu trữ tạm thời (RAM). Tương tự lưu trữ thường chỉ tới các phương tiện từ tính có dung lượng lớn như đĩa cứng, băng từ; các phương tiện quang học như đĩa quang (optical disk), CD, DVD, BlueRay; và các phương thức khác có tốc độ thấp hơn RAM nhưng có khả năng lưu trữ lâu hơn RAM. Trước đây bộ nhớ thường được gọi là lưu trữ sơ cấp hoặc bộ nhớ trong và lưu trữ được gọi là lưu trữ thứ cấp hoặc bộ nhớ ngoài.

Lưu trữ sơ cấp

Lưu trữ sơ cấp (hay bộ nhớ chính hoặc bộ nhớ trong) hoặc đơn giản là bộ nhớ được truy cập trực tiếp bởi CPU. CPU liên tục đọc các lệnh được lưu trong bộ nhớ này, thực hiện các lệnh. Các dữ liệu được xử lý thường xuyên cũng được lưu trong bộ nhớ này.

Lưu trữ thứ cấp

Lưu trữ thứ cấp (hay bộ nhớ ngoài) khác lưu trữ sơ cấp ở chỗ CPU không đọc trực tiếp. Máy tính thường sử dụng các kênh nhập/xuất để truy cập bộ nhớ thứ cấp và chuyển các dữ liệu được yêu cầu sử dụng bộ đệm trên bộ nhớ sơ cấp. Dữ liệu trên lưu trữ thứ cấp không bị mất khi thiết bị tắt điện. Về chi phí, lưu trữ thứ cấp cũng rẻ hơn rất nhiều so với lưu trữ sơ cấp. Vì vậy, thông thường các máy tính hiện đại sẽ có dung lượng lưu trữ thứ cấp lớn hơn nhiều lần so với sơ cấp và dữ liệu được lưu trữ lâu dài trên lưu trữ thứ cấp.
Với máy tính hiện nay, lưu trữ thứ cấp thường là đĩa cứng. Thời gian để đĩa cứng quay và định vị một dữ liệu cụ thể thường là một vài phần nghìn giây. Ngược lại, thời gian để truy xuất dữ liệu tương tự trên RAM được tính bằng phần tỉ giây. Điều này minh họa sự khác biệt đáng kể về tốc độ truy xuất trên các đĩa từ tính quay so với lưu trữ ở dạng rắn: thông thường đĩa cứng chậm hơn RAM một triệu lần. Các đĩa quang quay như CD, DVD thậm chí còn có tốc độ truy xuất chậm hơn. Với đĩa cứng, khi đầu đọc định vị được dữ liệu, truy xuất dữ liệu sẽ tương đối nhanh. Vì vậy, để giảm thời gian truy xuất, dữ liệu trên đĩa cứng thường được ghi thành các khối có kích thước lớn và liền kề nhau.
Một số ví dụ về công nghệ lưu trữ thứ cấp gồm: bộ nhớ flash, đĩa mềm, băng từ, ổ Iomega Zip v.v
Lưu trữ thứ cấp thường được định dạng theo định dạng Hệ thống tệp tin cho phép tổ chức dữ liệu thành các tệp tin và thư mục đồng thời chứa các thông tin bổ sung (gọi là metadata) mô tả người sở hữu tệp tin, thời gian tạo, thời gian truy cập cuối cùng, thời gan thay đổi cuối cùng, quyền truy cập v.v
Hầu hết các hệ điều hành đều sử dụng khái niệm bộ nhớ ảo. Bộ nhớ ảo là sử dụng bộ nhớ thứ cấp để giải phóng bộ nhớ sơ cấp. Khi bộ nhớ sơ cấp đầy, các dữ liệu ít được sử dụng nhất trên bộ nhớ sơ cấp sẽ được chuyển xuống bộ nhớ thứ cấp và được ghi vào một tệp tin gọi là tệp tin hoán đổi (swap file) và sẽ được đọc lại vào bộ nhớ sơ cấp khi cần.

Lưu trữ cấp ba

Lưu trữ cấp ba thường bao gồm một cơ chế tay máy làm nhiệm vụ "lắp" và "gỡ" các phương tiện lưu trữ có thể tháo rời (removable storage media) tùy theo yêu cầu của máy tính và thường được sao chép vào Lưu trữ thứ cấp trước khi sử dụng. Thông thường lưu trữ cấp ba được dùng để lưu trữ lâu dài dữ liệu ít được truy cập vì lớp lưu trữ này chậm hơn nhiều so với lưu trữ thứ cấp. Lớp lưu trữ này thường hữu dụng với kho dữ liệu lớn và đòi hỏi truy cập mà không cần can thiệp của người vận hành. Một số ví dụ điển hình là Thư viện băng từ (tape library) và tủ đĩa quang (optical jukebox)
Khi máy tính cần đọc thông tin từ lưu trữ cấp ba, đầu tiên nó sẽ tra danh mục để tìm xem phương tiện nào chứa thông tin cần truy xuất. Sau đó, máy tính sẽ ra lệnh cho tay máy tìm và nạp phương tiện đó (băng từ, đĩa quang) vào đầu đọc. Khi đọc xong, máy tính sẽ ra lệnh cho tay máy cất phương tiện đó giải phóng đầu đọc cho các tác vụ truy xuất tiếp theo.

Lưu trữ ngoại tuyến

Lưu trữ ngoại tuyến là lưu trữ mà không thuộc khả năng điều khiển của CPU. Thông thường, đây là những phương tiện lưu trữ thứ cấp hoặc cấp ba nhưng được tháo ra khỏi các thiết bị này. Nếu máy tính muốn truy cập dữ liệu trên lưu trữ ngoại tuyến, bắt buộc người vận hành phải lắp phương tiện vào một cách thủ công.