▷ ما هو القرص الصلب وكيف يعمل

اليوم سنرى بالتفصيل ما هو القرص الصلب وما هو الغرض منه. من الممكن أنه لم يكن لدينا اليوم أجهزة كمبيوتر شخصية لولا اختراع أجهزة التخزين. علاوة على ذلك ، لم تكن التكنولوجيا ستتقدم بنفس القدر إذا لم تكن هذه الدعامات موجودة لتخزين الكثير من المعلومات.

نحن نعلم أن القرص الصلب ليس جهازًا مهمًا لتشغيل جهاز الكمبيوتر ، لأنه يمكن أن يعمل إذا كان. ولكن من دون بيانات ، تكون فائدة الكمبيوتر معدومة تقريبًا .

فهرس المحتويات

شيئًا فشيئًا ، تزداد محركات الأقراص الصلبة في هذا الأذى أو محركات الأقراص الثابتة عن طريق محركات الأقراص التقليدية التقليدية ، وهي تلك التي سنغطيها في هذه المقالة. ومع ذلك ، لا يزال هذا يمثل سعة تخزين أكبر ومتانة أكبر. لذلك دعونا نرى ما هو القرص الصلب وكيف يعمل

ما هو القرص الصلب؟

أول شيء يتعين علينا القيام به هو تحديد ما هو القرص الصلب. القرص الصلب هو جهاز لتخزين البيانات بطريقة غير متقلبة ، أي أنه يستخدم نظام تسجيل مغناطيسي لتخزين البيانات الرقمية. وبهذه الطريقة يمكن الاحتفاظ بالمعلومات المسجلة على وسيط دائم (وبالتالي فهي ليست متقلبة). تسمى أيضًا محركات الأقراص الصلبة أو محركات الأقراص الثابتة.

يتكون القرص الصلب من لوحة صلبة واحدة أو أكثر يتم إدخالها في صندوق محكم وربطها بمحور مشترك يدور بسرعة عالية. على كل من البط ، التي عادة ما يكون وجهها موجهان للتخزين ، هناك رأسان منفصلان للقراءة / الكتابة.

محركات الأقراص الصلبة هي جزء من الذاكرة الثانوية للكمبيوتر أو فيتا في الرسم البياني ، مستوى الذاكرة 5 (L5) وأدناه. تسمى الذاكرة الثانوية لأنها مصدر البيانات بحيث يمكن للذاكرة الرئيسية (ذاكرة الوصول العشوائي) أخذها والعمل معها في إرسال واستقبال التعليمات من وحدة المعالجة المركزية أو المعالج. ستكون هذه الذاكرة الثانوية أكبر سعة متوفرة على جهاز الكمبيوتر ولن تكون متقلبة أيضًا. إذا قمنا بإيقاف تشغيل الكمبيوتر ، فسيتم إفراغ ذاكرة الوصول العشوائي ، ولكن ليس قرصًا ثابتًا.

المكونات المادية للقرص الصلب

قبل معرفة تشغيل القرص الصلب ، من الملائم سرد وتعريف المكونات المادية المختلفة التي يحتوي عليها القرص الصلب:

• الأطباق: ستكون مكان تخزين المعلومات. يتم ترتيبها أفقيًا وتتكون كل لوحة من وجهين أو أسطح ممغنطة ، وجه علوي وسفلي. عادة ما يتم بناء هذا المعدن أو الزجاج. لتخزين المعلومات فيها ، لديهم خلايا حيث يمكن جذبها بشكل إيجابي أو سلبي (1 أو 0). رأس القراءة: هو العنصر الذي يقوم بوظيفة القراءة أو الكتابة. سيكون هناك أحد هذه الرؤوس لكل وجه أو سطح من اللوحة ، لذلك إذا كان لدينا لوحان ، فستكون هناك أربعة رؤوس للقراءة. هذه الرؤوس لا تلامس اللوحات ، إذا حدث ذلك ، سيتم خدش القرص وستتلف البيانات. عندما تدور الأطباق ، يتم إنشاء طبقة رقيقة من الهواء تمنع العد بينها وبين رأس التشغيل (على بعد 3 نانومتر تقريبًا). الذراع الميكانيكي: ستكون العناصر المسئولة عن الإمساك برؤوس القراءة. أنها تسمح بالوصول إلى معلومات الأطباق عن طريق تحريك رؤوس القراءة بطريقة خطية من الداخل إلى الخارج منها. إن إزاحة هذه الأشياء سريعة جدًا ، على الرغم من كونها عناصر ميكانيكية ، إلا أنها لديها بعض القيود المتعلقة بسرعة القراءة. المحركات: سيكون لدينا محركان داخل القرص الصلب ، أحدهما لتدوير الألواح ، عادة بسرعة تتراوح بين 5000 و 7200 دورة في الدقيقة. وسيكون لدينا أيضًا واحدة أخرى لحركة الأذرع الميكانيكية للدائرة الإلكترونية: بالإضافة إلى العناصر الميكانيكية ، يحتوي القرص الصلب أيضًا على دائرة إلكترونية مسؤولة عن إدارة وظائف تحديد موضع الرأس وقراءة وكتابة هذا. هذه الدائرة مسؤولة أيضًا عن توصيل القرص الصلب مع بقية مكونات الكمبيوتر ، وترجمة مواضع خلايا الألواح إلى عناوين مفهومة بواسطة ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة وحدة المعالجة المركزية. ذاكرة التخزين المؤقت: تحتوي محركات الأقراص الثابتة الحالية على شريحة ذاكرة مدمجة في الدائرة الإلكترونية تعمل كجسر لتبادل المعلومات من الأطباق المادية إلى ذاكرة الوصول العشوائي. يشبه التخزين المؤقت الديناميكي لتسهيل الوصول إلى المعلومات المادية. منافذ التوصيل: توجد منافذ التوصيل على الجزء الخلفي من القرص وخارج الحزمة. وعادة ما تتكون من موصل الناقل إلى اللوحة الأم ، وموصل الطاقة 12 فولت ، وفي حالة IDEs ، مع فتحات العبور لاختيار السيد / العبد.

تقنيات الاتصال

يجب توصيل القرص الصلب باللوحة الأم للكمبيوتر. هناك تقنيات اتصال مختلفة توفر خصائص أو أوقاتًا لمحركات الأقراص الثابتة.

IDE (إلكترونيات الأجهزة المتكاملة):

يُعرف أيضًا باسم ATA أو PATA (Parallel ATA). حتى وقت قريب كانت الطريقة القياسية لتوصيل محركات الأقراص الثابتة بأجهزة الكمبيوتر لدينا. يسمح بتوصيل جهازين أو أكثر من خلال ناقل متوازي يتكون من 40 أو 80 كابلًا.

تُعرف هذه التقنية أيضًا باسم DMA (الوصول المباشر للذاكرة) ، لأنها تتيح الاتصال المباشر بين ذاكرة الوصول العشوائي والقرص الصلب.

لتوصيل جهازين بنفس الناقل ، سيكون من الضروري تكوينهما كسادة أو عبيد. وبهذه الطريقة ، ستعرف وحدة التحكم إلى من يجب أن ترسل البيانات أو تقرأ بياناتها وأنه لا يوجد عبور للمعلومات. يتم هذا التكوين من خلال رابط على الجهاز نفسه.

• Master: يجب أن يكون الجهاز الأول المتصل بالحافلة ، وعادةً يجب تكوين القرص الصلب في الوضع الرئيسي أمام قارئ DC / DVD. يجب عليك أيضًا تهيئة محرك الأقراص الصلبة الرئيسي للدراجات النارية إذا كان مثبتًا عليه نظام التشغيل. تابع: سيكون الجهاز الثانوي المتصل بناقل IDE. لتكون عبداً ، يجب أن يكون هناك سيد أولاً.

تبلغ سرعة النقل القصوى لاتصال IDE 166 ميجابايت / ثانية. يسمى أيضًا Ultra ATA / 166.

SATA (Serial ATA):

هذا هو معيار الاتصال الحالي على أجهزة الكمبيوتر اليوم. في هذه الحالة ، سيتم استخدام ناقل تسلسلي بدلاً من التوازي لإرسال البيانات. إنه أسرع بكثير من IDE التقليدي وأكثر كفاءة. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يسمح بالاتصالات الساخنة للأجهزة ولديه حافلات أصغر بكثير وأكثر قابلية للإدارة.

تم العثور على المعيار الحالي في SATA 3 الذي يسمح بعمليات نقل تصل إلى 600 ميجا بايت / ثانية

SCSI (واجهة نظام الكمبيوتر الصغيرة):

تم تصميم هذه الواجهة المتوازية لمحركات الأقراص الصلبة ذات سعة التخزين العالية وسرعات الدوران العالية. لطالما تم استخدام طريقة الاتصال هذه للخوادم ومجموعات محركات الأقراص الصلبة ذات التخزين الكبير.

يمكن أن تعمل وحدة تحكم SCSI في وقت واحد مع 7 محركات أقراص ثابتة على اتصال سلسلة ديزي لما يصل إلى 16 جهازًا. إذا كانت سرعة النقل القصوى 20 ميجا بايت / ثانية

SAS (SCSI المرفق التسلسلي):

إنه تطور واجهة SCSI ، ومثل SATA ، فهو ناقل يعمل في سلسلة ، على الرغم من أن الأوامر من نوع SCSI لا تزال تستخدم للتفاعل مع محركات الأقراص الصلبة. أحد خصائصه ، بالإضافة إلى تلك التي توفرها SATA ، هو أنه يمكن توصيل العديد من الأجهزة على نفس الناقل وهي قادرة أيضًا على توفير معدل نقل ثابت لكل منها. من الممكن توصيل أكثر من 16 جهازًا ولها نفس واجهة الاتصال مثل أقراص SATA.

سرعته أقل من SATA ، ولكن مع سعة اتصال أكبر. يمكن لوحدة تحكم SAS الاتصال بقرص SATA ، ولكن لا يمكن لوحدة تحكم SATA الاتصال بقرص SAS.

عوامل الشكل المستخدمة

فيما يتعلق بعوامل الشكل ، هناك عدة أنواع منها تقاس بالبوصة: 8 ، 5´25 ، 3´5 ، 2´5 ، 1´8 ، 1 و0´85. على الرغم من أن الأكثر استخداما هي 3.5 و 2.5 بوصة.

3.5 إنش:

قياساتها 101.6 × 25.4 × 146 مم. وهو بنفس حجم مشغلات الأقراص المضغوطة ، على الرغم من أنها أطول (41.4 مم). محركات الأقراص الثابتة هذه هي التي نستخدمها في جميع أجهزة كمبيوتر سطح المكتب تقريبًا.

2.5 بوصة:

قياساته هي 69.8 × 9.5 × 100 مم ، وهي القياسات النموذجية لمحرك الأقراص المرنة. تُستخدم محركات الأقراص الثابتة هذه في أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، والتي هي أكثر إحكاما وصغيرة وخفيفة.

الهيكل المادي والمنطقي

بعد رؤية المكونات المادية لمحرك الأقراص الثابتة ، يجب أن نعرف كيف يتم تقسيم بنية البيانات الخاصة به إلى كل لوحة من محركات الأقراص الثابتة. كالعادة ، الأمر ليس مجرد تسجيل المعلومات بشكل عشوائي على القرص ، لديهم هيكل منطقي خاص بهم يسمح بالوصول إلى معلومات محددة مخزنة عليها.

التركيب المادي للمحتوى

المسار

ينقسم كل وجه من وجوه القرص إلى حلقات متحدة المركز ، من الداخل إلى الخارج من كل وجه. يمثل المسار 0 الحافة الخارجية لمحرك الأقراص الثابتة.

اسطوانة

هم مجموعة من عدة مسارات. تتكون الأسطوانة من جميع الدوائر المحاذاة رأسيًا على كل من الصفائح والوجوه. سيشكلون أسطوانة وهمية على القرص الصلب.

القطاع

وتنقسم المسارات بدورها إلى أجزاء من القوس تسمى قطاعات. هذه الأقسام هي حيث يتم تخزين كتل البيانات. حجم القطاعات غير ثابت ، على الرغم من أنه من الطبيعي العثور عليه بسعة 510 B (بايت) ، والتي تصل إلى 4 كيلو بايت. في الماضي ، تم إصلاح حجم القطاعات لكل مداس ، مما يعني أن المسارات الخارجية ذات القطر الأكبر قد تم هدرها بسبب وجود ثقوب فارغة. وقد تغير ذلك باستخدام تقنية ZBR (Bit Bit Recording by Zones) التي تسمح باستخدام المساحة بكفاءة أكبر ، من خلال تغيير عدد القطاعات حسب حجم المسار (المسارات ذات نصف القطر الأكبر ، والمزيد من القطاعات)

الكتلة

تسمى أيضًا وحدة التخصيص ، وهي مجموعة من القطاعات. سيشغل كل ملف عددًا معينًا من المجموعات ، ولا يمكن تخزين أي ملف آخر في مجموعة معينة.

على سبيل المثال ، إذا كان لدينا مجموعة 4096 B وملف 2700 B ، فستشغل مجموعة واحدة وستحتوي أيضًا على مساحة فيها. ولكن لا يمكن تخزين المزيد من الملفات عليه. عندما نقوم بتهيئة محرك أقراص ثابتة ، يمكننا تعيين حجم كتلة معين إليه ، وكلما كان حجم الكتلة أصغر كلما تم تخصيص المساحة عليه بشكل أفضل ، خاصة للملفات الصغيرة. على الرغم من ذلك ، على العكس من ذلك ، سيكون من الصعب الوصول إلى البيانات الخاصة برأس القراءة.

يُقترح أن مجموعات 4096 كيلوبايت مثالية لوحدات التخزين الكبيرة.

التركيب المنطقي للمحتوى

تحدد البنية المنطقية الطريقة التي يتم بها تنظيم البيانات بداخلها.

قطاع التمهيد (سجل التمهيد الرئيسي):

يُعرف أيضًا باسم MBR ، وهو القطاع الأول للقرص الثابت بأكمله ، أي المسار 0 ، الأسطوانة 0 ، القطاع 1. تقوم هذه المساحة بتخزين جدول الأقسام الذي يحتوي على كافة المعلومات حول بداية الأقسام ونهايتها. يتم تخزين برنامج Mester Boot أيضًا ، وهذا البرنامج مسؤول عن قراءة جدول الأقسام هذا وتوفير التحكم في قطاع التمهيد في القسم النشط. بهذه الطريقة سيتم تمهيد الكمبيوتر من نظام التشغيل الخاص بالقسم النشط.

عندما يكون لدينا العديد من أنظمة التشغيل مثبتة على أقسام مختلفة ، سيكون من الضروري تثبيت محمل إقلاع حتى نتمكن من اختيار نظام التشغيل الذي نريد تشغيله.

مساحة التقسيم:

يمكن أن يتكون القرص الصلب من قسم كامل يغطي القرص الصلب بأكمله ، أو العديد منها. 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.

سيتم تخصيص اسم يسمى تسمية لكل قسم من الأقسام. في Windows سيكون الحرف C: D: C: ، إلخ. لكي يكون القسم نشطًا ، يجب أن يكون له تنسيق ملف.

مساحة غير مقسمة:

قد يكون هناك أيضًا مساحة معينة لم نقم بتقسيمها بعد ، أي أننا لم نعطيها تنسيق ملف. في هذه الحالة ، لن يكون متاحًا لتخزين الملفات.

نظام العنونة

يسمح نظام العنونة بوضع رأس القراءة في المكان المحدد حيث توجد البيانات التي ننوي قراءتها.

CHS (أسطوانة - رأس - قطاع): كان هذا أول نظام عنونة يتم استخدامه. من خلال هذه القيم الثلاث ، كان من الممكن وضع رأس القراءة في المكان الذي توجد فيه البيانات. كان هذا النظام سهل الفهم ، ولكنه يتطلب اتجاهات تحديد موقع طويلة جدًا.

LBA (عنونة الكتلة المنطقية): في هذه الحالة نقوم بتقسيم القرص الصلب إلى قطاعات ونخصص لكل واحد رقمًا فريدًا. في هذه الحالة ، ستكون سلسلة التعليمات أقصر وأكثر كفاءة. هذا هو الأسلوب المستخدم حاليا.

أنظمة الملفات

من أجل تخزين الملفات داخل القرص الصلب ، يجب أن يعرف كيف سيتم تخزينها ، لذلك يجب علينا تحديد نظام الملفات.

FAT (جدول تخصيص الملفات):

وهو يقوم على إنشاء جدول تخصيص الملفات وهو فهرس القرص. يتم تخزين الكتل التي يستخدمها كل ملف ، بالإضافة إلى الكتل الحرة والمجزأة أو المجزأة. بهذه الطريقة ، إذا تم توزيع الملفات في مجموعات غير متجاورة ، فسوف نتمكن من معرفة مكانها من خلال هذا الجدول.

لا يمكن لنظام الملفات هذا العمل مع أقسام أكبر من 2 غيغابايت

الدهون 32:

يزيل هذا النظام حد FAT 2 جيجا بايت ، ويسمح بأحجام أصغر للمجموعات لزيادة السعات. تستخدم محركات أقراص تخزين USB عادةً نظام الملفات هذا لأنه الأكثر توافقًا لأنظمة التشغيل وأجهزة الوسائط المتعددة المختلفة مثل مشغلات الصوت أو الفيديو.

أحد القيود التي لدينا هو أننا لن نتمكن من تخزين ملفات أكبر من 4 غيغابايت.

NTFS (نظام ملفات التكنولوجيا الجديدة):

إنه نظام الملفات المستخدم لأنظمة تشغيل Windows بعد Windows NT. يتم التخلص من القيود المفروضة على الملفات والأقسام في أنظمة FAT وأيضًا كل الأمان الأكبر للملفات المخزنة لأنها تدعم تشفير الملفات وتكوين أذونات هذه. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح بتخصيص أحجام الكتلة المختلفة لأحجام التقسيم المختلفة.

يقتصر نظام الملفات هذا على أنه غير متوافق تمامًا مع Linux أو Mac OS في الإصدارات الأقدم. وقبل كل شيء ، لا يتم دعمه بواسطة أجهزة الوسائط المتعددة مثل مشغلات الصوت والفيديو أو التلفزيون.

HFS (نظام الملفات الهرمي):

نظام تم تطويره بواسطة Apple لأنظمة تشغيل MAC الخاصة بها. إنه نظام ملفات هرمي يقسم وحدة تخزين أو قسم إلى كتل منطقية من 512 ب. يتم تجميع هذه الكتل في كتل التخصيص.

نظام الملفات الموسعة EXT):

إنه نظام الملفات المستخدم من قبل أنظمة تشغيل Linux. وهو حاليًا في إصدار Ext4 الخاص به. هذا النظام قادر على العمل مع أقسام كبيرة وتحسين تجزئة الملف.

واحدة من أبرز ميزاتها هي أنها قادرة على أنظمة الملفات قبل ذلك ولاحقًا.

كيف تعرف ما إذا كان القرص الصلب جيدًا

توجد مقاييس مختلفة تحدد سعة القرص الصلب من حيث الأداء والسرعة. يجب أن تؤخذ هذه في الاعتبار لمعرفة كيفية مقارنة أداء قرص ثابت واحد آخر.

• سرعة الدوران: هي السرعة التي تدور بها ألواح القرص الصلب. بسرعات أعلى ، سيكون لدينا معدلات نقل بيانات أعلى ، ولكن أيضًا ضوضاء وتسخين أكبر. أفضل طريقة هي شراء محرك أقراص IDE أو SATA بأكثر من 5400 دورة في الدقيقة. إذا كان SCSI ، يشار إلى أنه يحتوي على أكثر من 7200 دورة في الدقيقة. يحقق الدوران العالي أيضًا متوسط ​​زمن انتقال أقل. متوسط ​​الكمون: هو الوقت الذي سيستغرقه رأس القراءة ليكون في القطاع المشار إليه. يجب أن ينتظر رأس التشغيل حتى يدور القرص للعثور على القطاع. لذلك ، عند دورة في الدقيقة أعلى ، زمن وصول أقل. متوسط وقت البحث: الوقت الذي يستغرقه رأس التشغيل للوصول إلى المسار المحدد. إنها تتراوح بين 8 و 12 مللي ثانية وقت الوصول: الوقت الذي يستغرقه القارئ للوصول إلى القطاع. وهو مجموع متوسط ​​وقت الاستجابة ومتوسط ​​وقت البحث. الوقت بين 9 و 12 مللي ثانية. وقت الكتابة / القراءة: يعتمد هذا الوقت على جميع العوامل الأخرى بالإضافة إلى حجم الملف. ذاكرة التخزين المؤقت: ذاكرة من النوع الصلب مثل ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) التي تخزن مؤقتًا البيانات التي تتم قراءتها من القرص. بهذه الطريقة تزداد سرعة القراءة. كلما زادت ذاكرة التخزين المؤقت ، زادت سرعة القراءة / الكتابة. (مهم جدًا) سعة التخزين: من الواضح أنها مقدار المساحة المتاحة لتخزين البيانات. كلما كان ذلك أفضل. واجهة الاتصال: طريقة نقل البيانات من القرص إلى الذاكرة. تعد واجهة SATA III هي الأسرع حاليًا لهذا النوع من محركات الأقراص الثابتة.

إذا كنت تريد أيضًا معرفة المزيد عن الأجهزة بالتفصيل ، فنحن نوصي بمقالاتنا:

• لماذا ليس من الضروري إلغاء تجزئة SSD؟

بهذا ننتهي من شرحنا لكيفية عمل القرص الصلب وكيفية عمله. نأمل أن تكون مفيدة للغاية بالنسبة لك وأنت تفهم بالفعل أهمية وجود محرك أقراص ثابتة جيد.