القرص الصلب - كل ما تحتاج إلى معرفته

تم ترقيم استخدام القرص الثابت كوحدة التخزين الرئيسية بالفعل. مع ظهور أقراص SSD سريعة جدًا ، تم إرجاع محركات الأقراص الثابتة إلى الخلفية ، على الرغم من أنها ليست أقل أهمية لأنها مثالية للتخزين الجماعي. الوحدات التي تصل حاليًا إلى 16 تيرابايت ، والتي تزيد عن 60 يورو بقليل ، يمكننا الحصول على 2 تيرابايت في جهاز الكمبيوتر الخاص بنا ، وهو أمر لا يزال بعيدًا عن متناول الكثير منا إذا كان SSD بسعره.

في هذه المقالة سنقوم بتجميع كل ما تحتاج إلى معرفته عن محركات الأقراص الثابتة وتشغيلها وخصائصها وخاصة المزايا والعيوب التي تقدمها مقارنةً بمحركات الأقراص الصلبة ، وهو أمر لا بد منه دائمًا.

وظيفة ومكونات داخلية للقرص الصلب

يأتي اسم القرص الصلب من محرك الأقراص الصلبة الإنجليزية ، أو اختصار محرك الأقراص الصلبة الذي نعرف به جميعًا وحدة التخزين هذه وهو أيضًا أوضح طريقة للتمييز بينه وبين SSD (محرك الأقراص Solic).

إن مهمة القرص الصلب ليست سوى توفير معداتنا ، والمكان الذي يتم فيه تخزين جميع الملفات والبرامج وحيث يتم تثبيت نظام التشغيل. لهذا السبب ، يطلق عليه أيضًا التخزين الرئيسي ، والذي ، على عكس ذاكرة RAM ، يحتفظ بالملفات في الداخل حتى بدون كهرباء.

في حين أن محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة مصنوعة بالكامل من مكونات إلكترونية وتخزين المعلومات على شرائح مصنوعة من بوابات NAND ، فإن محركات الأقراص الصلبة تحتوي على أجزاء ميكانيكية. تدور فيها سلسلة من الأقراص بسرعة عالية بحيث ، باستخدام الرؤوس المغناطيسية ، تتم قراءة المعلومات الموجودة عليها ومحوها. دعونا نرى العناصر الرئيسية التي تعد جزءًا من محرك الأقراص الثابتة.

الأطباق

سيكون المكان الذي يتم تخزين المعلومات فيه. يتم تثبيتها أفقيًا ويتكون كل سطح من وجهين أو أسطح تسجيل ممغنطة. عادة ما تكون مصنوعة من المعدن أو الزجاج. لتخزين المعلومات فيها ، لديهم خلايا حيث يمكن جذبها بشكل إيجابي أو سلبي (1 أو 0). تشطيبها تمامًا مثل المرآة ، حيث يتم تخزين كمية هائلة من البيانات ويجب أن يكون السطح مثاليًا.

رؤوس القراءة

العنصر الثاني الأكثر أهمية هو رؤوس القراءة ، والتي لدينا واحدة لكل وجه أو سطح تسجيل. هذه الرؤوس لا تلامس اللوحات حقًا ، لذلك لا يوجد تآكل عليها. عندما تدور الأطباق ، يتم إنشاء طبقة رقيقة من الهواء تمنع العد بينها وبين رأس التشغيل (على بعد 3 نانومتر تقريبًا). هذه واحدة من المزايا الرئيسية على محركات الأقراص الصلبة ، التي تتحلل خلاياها مع المحو وتكتب.

المحركات

لقد رأينا وجود العديد من العناصر الميكانيكية داخل محرك الأقراص الصلبة ، ولكن العنصر الأكثر وضوحًا هو وجود المحركات. باستثناء المراوح ، فهو العنصر الوحيد على جهاز الكمبيوتر ، والمصدر الرئيسي لمحركات الأقراص الصلبة البطيئة. يقوم المحرك بتدوير الصفائح بسرعة معينة ، وقد تكون 5،400 دورة في الدقيقة أو 7،200 أو 10،000 دورة في الدقيقة لأسرع. حتى يتم الوصول إلى هذه السرعة ، لن تتمكن من التفاعل مع الأقراص ، وهي مصدر كبير للبطء.

نضيف إلى هذا المحرك أو بالأحرى المغناطيس الكهربائي الذي يجعل رؤوس القراءة تتحرك في المكان الذي توجد فيه البيانات. يستغرق هذا أيضًا بعض الوقت ، كونه مصدرًا آخر للبطء.

مخبأ

تحتوي الوحدات الحالية على الأقل على شريحة ذاكرة مدمجة في الدائرة الإلكترونية. هذا بمثابة جسر لتبادل المعلومات من اللوحات المادية إلى ذاكرة RAM. يشبه التخزين المؤقت الديناميكي لتسهيل الوصول إلى المعلومات المادية وعادة ما يكون 64 ميغابايت.

مغلف

يعتبر التغليف مهمًا للغاية لمحرك الأقراص الصلبة ، لأنه ، على عكس SSD ، يجب أن يكون الجزء الداخلي مضغوطًا بالكامل بحيث لا تدخل بقعة واحدة من الغبار. لنأخذ في الاعتبار أن الألواح تدور بسرعة هائلة ، وأن إبرة الرؤوس لا تقيس سوى بضع ميكرومتر. أي عنصر صلب ، مهما كان صغيراً ، يمكن أن يسبب تلفاً لا رجعة فيه للوحدة.

اتصالات

لإنهاء لدينا مجموعة كاملة من الاتصالات في الجزء الخلفي من الحزمة ، والتي تتكون من موصل الطاقة SATA وآخر للبيانات. في السابق ، كانت محركات الأقراص الثابتة IDE تحتوي أيضًا على لوحة لتحديد وضع التشغيل أو الرقيق أو الرئيسي إذا كانت محركات الأقراص تشارك حافلة ، ولكن الآن يتصل كل محرك أقراص بمنفذ منفصل على اللوحة الأم.

عوامل الشكل والواجهة على محرك الأقراص الثابتة

وبهذا المعنى ، تكون المعلومات موجزة تمامًا في الوقت الحاضر ، حيث نجد عاملين فقط من الشكل. الأول هو المعيار لأجهزة الكمبيوتر المكتبية ، مع محركات أقراص مقاس 3.5 بوصة وقياسات 101.6 × 25.4 × 146 مم. والثاني هو عامل الشكل المستخدم في محركات الأقراص المحمولة مقاس 2.5 بوصة بقياس 69.8 × 9.5 × 100 مم.

أما بالنسبة لتقنيات الاتصال ، فليس لدينا الكثير حاليًا لمحركات الأقراص الصلبة ، كونها اثنان:

SATA

هذا هو معيار الاتصال في الأقراص الصلبة لأجهزة الكمبيوتر الحالية كبديل لـ IDE. في هذه الحالة ، يتم استخدام ناقل تسلسلي يستخدم بروتوكول AHCI بدلاً من التوازي لإرسال البيانات. إنه أسرع بكثير من IDE التقليدي وأكثر كفاءة مع الحد الأقصى من عمليات النقل التي تبلغ 600 ميجابايت / ثانية. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يسمح بالاتصالات الساخنة للأجهزة ولديه حافلات أصغر بكثير وأكثر قابلية للإدارة. على أي حال ، يمكن أن يصل القرص الصلب الميكانيكي الحالي فقط إلى 400 ميجابايت / ثانية كحد أقصى في القراءة ، بينما تستفيد محركات أقراص SATA SSD بشكل كامل من هذا الناقل.

SAS

هذا هو تطور واجهة SCSI ، وهو ناقل يعمل بشكل تسلسلي مثل SATA ، على الرغم من أن الأوامر من نوع SCSI لا تزال تستخدم للتفاعل مع محركات الأقراص الثابتة. إحدى خصائصه هي أنه من الممكن توصيل عدة أجهزة على نفس الناقل وهي قادرة أيضًا على توفير معدل نقل ثابت لكل منها. يمكننا توصيل أكثر من 16 جهازًا ولها نفس واجهة الاتصال مثل أقراص SATA ، مما يجعلها مثالية لتركيب تكوينات RAID على الخوادم.

سرعته أقل من SATA ، ولكن السمة المهمة هي أن وحدة تحكم SAS يمكنها الاتصال بقرص SATA ، لكن وحدة تحكم SATA لا يمكنها الاتصال بقرص SAS.

الأجزاء المادية والمنطقية والوظيفية للقرص الصلب

لقد رأينا بالفعل الأجزاء الأساسية في الداخل ، ولكن هذه ليست سوى البداية لفهم كيفية عملها في الواقع. وإذا كنت تريد معرفة كل شيء عن محركات الأقراص الثابتة هذه ، فإن هذا القسم هو الأهم ، لأنه يحدد كيفية عمل محرك الأقراص الثابتة ، والذي يمكن القيام به بطريقتين:

CHS (أسطوانة - رأس - قطاع): هذا النظام هو النظام المستخدم في محركات الأقراص الصلبة الأولى ، على الرغم من أنه تم استبداله بما يلي. من خلال هذه القيم الثلاث ، من الممكن وضع رأس القراءة في المكان الذي توجد فيه البيانات. كان هذا النظام سهل الفهم ، ولكنه يتطلب اتجاهات تحديد موقع طويلة جدًا.

LBA (العنونة المنطقية في الكتل): هو العنوان المستخدم حاليًا ، في هذه الحالة نقوم بتقسيم القرص الثابت إلى قطاعات ونخصص لكل واحد رقمًا فريدًا ، كما لو كان عنوان ذاكرة يجب أن يوجد فيه المغزل. في هذه الحالة ، ستكون سلسلة التعليمات أقصر وأكثر كفاءة ، وستسمح للنظام بفهرسة القرص.

التركيب المادي للأطباق

دعونا نرى كيف يتم تقسيم الهيكل المادي لمحرك الأقراص الصلبة ، والذي سيحدد كيفية عمله.

• المسار: المسارات هي حلقات متحدة المركز تشكل سطح التسجيل للقرص. الأسطوانة: تتكون الأسطوانة من جميع المسارات المحاذاة رأسيًا على كل من الصفائح والوجوه. إنها ليست شيئًا ماديًا ، ولكنها أسطوانة وهمية. القطاع: ينقسم كل مسار إلى أجزاء من الأقواس تسمى القطاعات. سيتم تخزين البيانات في كل قطاع ، وإذا ظل أحدها غير مكتمل ، فستذهب البيانات التالية في القطاع التالي. تختلف أحجام قطاع تكنولوجيا ZBR (تسجيل منطقة البت) من مسارات داخلية إلى مسارات خارجية لتحسين المساحة. عادة ما تكون 4KB ، على الرغم من أنه يمكن تغييرها من نظام التشغيل. الكتلة: وهي مجموعة من القطاعات. سيشغل كل ملف عددًا معينًا من المجموعات ، ولا يمكن تخزين أي ملف آخر في مجموعة معينة.

الهيكل المنطقي للقرص الصلب

الشيء المضحك هو أنه تم الحفاظ على الهيكل المنطقي لمحرك الأقراص الثابتة لمحركات أقراص SSD أيضًا على الرغم من العمل بشكل مختلف.

قطاع التمهيد (MBR أو GPT)

سجل التمهيد الرئيسي أو MBR هو القطاع الأول من القرص الثابت ، المسار 0 ، الاسطوانة 0 ، القطاع 1. هنا يتم تخزين جدول التقسيم للقرص الصلب بأكمله ، مع تحديد البداية والنهاية. يتم أيضًا تحميل Boot Loader ، حيث يتم تجميع القسم النشط حيث يتم تثبيت النظام أو أنظمة التشغيل. في الوقت الحاضر تم استبداله في جميع الحالات تقريبًا بأسلوب قسم GPT ، والذي سنراه الآن بمزيد من التفصيل.

أقسام

يقسم كل قسم القرص الصلب إلى عدد محدد من الأسطوانات ويمكن أن يكون الحجم الذي نريد تخصيصه لهم. سيتم تخزين هذه المعلومات في جدول الأقسام. يوجد حاليًا مفهوم للأقسام المنطقية ، جنبًا إلى جنب مع محرك الأقراص الثابتة الديناميكي ، والذي يمكننا من خلاله الانضمام إلى محركي أقراص صلبة مختلفين ، وبالنظر إلى النظام ، فسيعمل كواحد.

الفرق بين MBR و GPT

يوجد حاليًا نوعان من جداول الأقسام المتوفرة لمحرك الأقراص الصلبة أو SSD ، وهما النوعان من النوع MBR أو النوعان من GPT (المعرّف الفريد العام). تم تطبيق أسلوب تقسيم GPT لأنظمة واجهة البرامج الثابتة EFI أو Extensible Firmable ، والتي حلت محل نظام BIOS القديم لأجهزة الكمبيوتر. لذلك ، بينما يستخدم BIOS MBR لإدارة محرك الأقراص الثابتة ، فإن GPT موجهة نحو كونها النظام الخاص بـ UEFI. أفضل ما في الأمر ، أن هذا النظام يعين GUID فريدًا لكل قسم ، فهو يشبه عنوان MAC ، والمخصص طويل جدًا بحيث يمكن تسمية جميع الأقسام في العالم بشكل فريد ، مما يزيل فعليًا القيود المادية من القرص الصلب من حيث التقسيم.

هذا هو الفرق الأول والأكثر وضوحًا مع MBR. في حين أن هذا النظام يسمح لك فقط بإنشاء 4 أقسام أساسية على قرص ثابت بحد أقصى 2 تيرابايت ، في GPT لا يوجد قيود نظرية على إنشائها. سيكون نظام التشغيل هو الذي يجعل هذا القيد بطريقة أو بأخرى ، ويدعم Windows حاليًا 128 قسمًا أساسيًا.

يكمن الاختلاف الثاني في نظام البداية. مع GPT ، يمكن لـ UEFI BIOS نفسه إنشاء نظام التمهيد الخاص به ، والكشف ديناميكيًا عن محتويات القرص في كل مرة نقوم بالتمهيد. هذا يسمح لنا بتمهيد الكمبيوتر بشكل مثالي ، حتى لو قمنا بتغيير القرص الصلب لآخر بتوزيع منطقي آخر. بدلاً من ذلك ، يحتاج MBR أو BIOSes القديم إلى ملف قابل للتنفيذ لتحديد القسم النشط ويكون قادرًا على بدء التشغيل.

لحسن الحظ ، يتم تكوين جميع محركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص الثابتة SSD الحالية تقريبًا مسبقًا بنظام تقسيم GPT ، وعلى أي حال ، من النظام نفسه أو في وضع الأوامر مع Diskpart يمكننا تعديل هذا النظام قبل تثبيت Windows.

أنظمة الملفات على القرص الصلب

لإنهاء تشغيل القرص الصلب ، علينا أن نتعلم ما هي أنظمة الملفات الرئيسية المستخدمة. فهي جزء أساسي من المستخدم وإمكانيات التخزين.

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

تجاهل وجود نظام FAT لأنه عديم الفائدة عمليا في أنظمة التخزين الحالية ، FAT32 هو سابقه. يسمح هذا النظام بتعيين عناوين 32 بت للمجموعات ، لذلك من الناحية النظرية ، يدعم أحجام تخزين 8 تيرابايت. والحقيقة هي أن Windows يحد من هذه السعة إلى 128 جيجا بايت بأحجام ملفات لا تزيد عن 4 جيجا بايت ، لذا فهو نظام يستخدمه فقط محركات أقراص تخزين USB الصغيرة.

للتغلب على قيود FAT32 ، أنشأ Windows نظام exFAT ، الذي يدعم أحجام الملفات النظرية حتى 16 EB (Exabytes) وأحجام التخزين النظرية 64 ZB (Zettabytes)

هذا النظام هو النظام الذي يستخدمه Windows لتثبيت النظام وإدارة الملفات الموجودة على القرص الثابت. وهو يدعم حاليًا ملفات 16 تيرابايت و 256 تيرابايت كحد أقصى لحجم وحدة التخزين ، ويمكنك تكوين أحجام مجموعات مختلفة للتنسيق. إنه نظام يستخدم مساحة كبيرة لتكوين وحدة التخزين الخاصة بك ، لذلك يوصى بأحجام قسم أكبر من 10 جيجابايت.

إنه نظام الملفات الخاص بشركة Apple ويحل محل نظام HFS التقليدي من خلال إضافة دعم للملفات الأكبر والأحجام الأكبر. هذه الأحجام بحد أقصى 8 EB.

نحن الآن نتعامل مع نظام ملفات Linux الخاص ، حاليًا في إصدار EXT4. أحجام الملفات المدعومة هي 16 تيرابايت كحد أقصى ، و 1 إب كحجم وحدة التخزين.

أخيرًا ، ReFS هو نظام آخر حاصل على براءة اختراع من قبل Microsoft ومقدر له أن يكون تطور NTFS. تم تنفيذه مع Windows Server 2012 ، ولكن بعض أنظمة Windows 10 لتوزيعات الأعمال تدعمه حاليًا. يعمل هذا النظام على تحسين NTFS في العديد من النواحي ، على سبيل المثال من خلال تنفيذ الحماية ضد تدهور البيانات ، والإصلاح والفشل والتكرار ، ودعم RAID ، والتحقق من سلامة البيانات أو إزالة chkdsk. يدعم أحجام ملفات 16 EB وأحجام حجم 1 YB (Yottabyte)

ما هو RAID

وترتبط ارتباطات وثيقة بمفهوم أنظمة الملفات تكوينات RAID. في الواقع ، هناك أجهزة كمبيوتر محمولة أو أجهزة كمبيوتر لديها تكوين RAID 0 بالفعل لسعتها التخزينية.

يشير RAID إلى "الصفيف المكرر للأقراص المستقلة" وهو نظام تخزين بيانات يستخدم وحدات تخزين متعددة. فيها ، يتم توزيع البيانات كما لو كانت وحدة واحدة ، أو يتم نسخها لضمان سلامة البيانات ضد الفشل. يمكن أن تكون وحدات التخزين هذه إما محركات أقراص ثابتة أو محركات أقراص ثابتة ميكانيكية أو محركات أقراص الحالة الثابتة أو محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة ، حتى M.2.

يوجد حاليًا عدد كبير من مستويات RAID ، والتي تتكون من تكوين وربط محركات الأقراص الثابتة هذه بطرق مختلفة. على سبيل المثال ، يقوم RAID 0 بضم قرصين أو أكثر في قرص واحد لتوزيع البيانات على كل منها. إنها مثالية لتوسيع التخزين من خلال عرض محرك أقراص ثابت واحد فقط في النظام ، على سبيل المثال ، يمكن أن يشكل محركا أقراص صلبة بسعة 1 تيرابايت قرصًا واحدًا سعة 2 تيرابايت. من ناحية أخرى ، فإن RAID 1 هو العكس تمامًا ، فهو تكوين به قرصان معكوسان أو أكثر بحيث يتم الاحتفاظ بالبيانات بشكل متكرر على كل منها.

مزايا وعيوب محركات الأقراص الصلبة مقابل محركات الأقراص الثابتة

وأخيرًا ، سنلخص وشرح الاختلافات الرئيسية بين محرك الأقراص الثابتة الميكانيكي ومحرك الأقراص ذو الحالة الصلبة. لهذا ، لدينا بالفعل مقال حيث يتم شرح كل هذه العوامل بالتفصيل ، لذلك سنقوم فقط بعمل تجميع سريع.

المزايا المعلقة

• السعة: هذه واحدة من المزايا الرئيسية التي يمتلكها محرك الأقراص الثابتة على SSD ، ولا يرجع ذلك على وجه التحديد إلى أن أقراص SSD صغيرة ، ولكن لأن تكلفتها ترتفع كثيرًا. نحن نعلم أن محرك الأقراص الثابتة أبطأ من SSD ، 400 ميجابايت / ثانية مقابل 5000 ميجابايت / ثانية على أسرع محركات الأقراص ، ولكن سعته التخزينية لكل محرك أقراص مثالية للاستخدام كمخزن للبيانات. يوجد حاليًا محركات أقراص HDD مقاس 3.5 بوصة تصل سعتها إلى 16 تيرابايت. تكلفة منخفضة لكل غيغابايت: وبالتالي ، مما سبق ، فإن التكلفة لكل غيغابايت أقل بكثير على محرك الأقراص الثابتة من محركات الأقراص الثابتة ، لذا يمكننا شراء وحدات أكبر بكثير ، ولكن بسعر أقل. تم العثور على محرك أقراص ثابتة بسعة 2 تيرابايت بسعر حوالي 60 يورو ، في حين أن محرك أقراص بسعة 2 تيرابايت M.2 SSD لا يقل عن 220 يورو أو أكثر. مدة الصلاحية: والميزة الثالثة لمحرك الأقراص الثابتة هي العمر الافتراضي لأطباقك. احرص على عدم ذكر متانتها ومقاومتها ، بل عدد المرات التي يمكننا فيها كتابة الخلايا ومحوها ، وهو أمر غير محدود عمليًا على محركات الأقراص الثابتة الميكانيكية. على SSDs ، يقتصر الرقم على بضعة آلاف ، مما يجعلها خيارات أقل جاذبية لقواعد البيانات والخوادم.

المساوئ

• إنها بطيئة جدًا: مع ظهور محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة ، أصبحت محركات الأقراص الثابتة الميكانيكية أبطأ جهاز في الكمبيوتر حتى أقل من USB 3.1. هذا يجعلها خيارًا يمكن التخلص منه تقريبًا لتثبيت نظام تشغيل ، حيث يتم توجيهه للبيانات فقط إذا كنا نريد حقًا كمبيوتر سريع. نحن نتحدث عن أرقام تضع HD 40-50 مرة أبطأ من SSD ، هذا ليس هراء. الحجم المادي والضوضاء: نظرًا لكونها ميكانيكية ولديها أطباق ، فإن حجمها كبير جدًا مقارنةً بمحرك الأقراص M.2 SSD الذي يقيس 22 × 80 مم فقط. وبالمثل ، فإن وجود محرك ورؤوس ميكانيكية يجعلها صاخبة تمامًا ، خاصة عندما تكون الملفات مجزأة. التجزئة: يؤدي التوزيع في المسارات إلى زيادة تجزئة البيانات بمرور الوقت. بمعنى آخر ، سيملأ القرص القطاعات التي تم تركها فارغة عند محوها ، لذلك يجب أن يقوم رأس القراءة بالعديد من القفزات لقراءة ملف كامل. في SSD ، كونها ذاكرة للخلايا الإلكترونية ، يمكن الوصول إليها جميعًا بنفس السرعة ، تمامًا مثل ذاكرة RAM ، لا توجد هذه المشكلة.

الخلاصة على محركات الأقراص الصلبة

وبهذه الطريقة نصل إلى نهاية مقالنا الذي يطور بعمق موضوع القرص الصلب الميكانيكي. إنها بلا شك عناصر تلعبها غالبية المستخدمين على الأقل إلى حد ما في لعب دور ثانوي إلى حد ما من خلال وجود محركات أقراص صلبة بسعة 2 تيرابايت في السوق. لكنها لا تزال الخيار النجمي للتخزين الجماعي ، لأننا لا نحتاج إلى سرعة كبيرة ولكن مساحة كبيرة.

تخيل ما سيحدث إذا كان لدينا محرك أقراص SSD واحد بسعة 512 أو 256 جيجابايت ونريد حفظ أفلام 4K أو تثبيت الألعاب أو نحن منشئو المحتوى. إذا أردنا السرعة ، يجب أن ننفق ثروة ، على SSD ، في حين أن تكلفنا 20 تيرابايت مع محرك الأقراص الصلبة سيكلفنا حوالي 600 يورو ، في حين أن القيام بذلك مع SSD SATA يمكن أن يكلفنا حوالي 2000 يورو وإذا كانوا NVMe أفضل لا حتى حسابها.

نتركك الآن مع بعض المقالات التي ستكون مفيدة لاستكمال المعلومات ، وبالطبع مع أدلةنا.

كم عدد محركات الأقراص الصلبة لديك على جهاز الكمبيوتر الخاص بك وما هو نوعها؟ هل تستخدم SSD و HDD؟