القرص الصلب | كيف يعمل بمختلف أنواعه
القرص الصلب هو وحدة التخزين الأساسية لجهاز الكمبيوتر الخاص بك.
يتكون من لوحات مغناطيسية تقوم بتدوير محدد كهرومغناطيسي من وإلى السطح الممغنط، بالقراءة والكتابة.
واحدة من أهم الخصائص التي تميز كل قرص عن آخر هي السعة التخزينية وسرعة الدوران.
تحتوي معظم أجهزة الكمبيوتر اليوم على محرك أقراص ثابت، إن لم يكن أكثر، تحتوي العديد من أجهزة الكمبيوتر الكبيرة مثل الخوادم وغيرها على مئات محركات الأقراص الصلبة والأحجام الكبيرة،
ولكن لا يعتبر وجود محرك أقراص ثابت حاجة ملحة لعمل الجهاز، فمن الممكن التمهيد للكمبيوتر من الاسطوانات والفلاشات القابلة للإزالة.
مثل الأقراص المرنة ومحركات الأقراص المضغوطة، والعديد من الأجهزة التى تدعم العمل من البوت.
بداية ظهور وإستخدام الأقراص الصلبة
تم اختراع محركات الأقراص الصلبة في الخمسينيات وكانت محركات أقراص صلبة كبيرة يبلغ قطرها حوالي 20 بوصة.
على الرغم من حجمها، كان لديهم سعة صغيرة من الميغابايت. لكن فى هذا الوقت لم يعرف حتى اسم القرص الصلب وتم تسميته بذلك للتفريق بينه وبين الأقراص المرنة والتى تعمل على الفلوبى ديسك والمعروفة فى هذا الوقت.
كما يتبين من الاسم، يحتوي القرص الصلب على «قرص ثابت» أو ما يسمى القرص الذي تستخدم فيه المادة المغناطيسية لتخزين البيانات، وهذه المادة المغناطيسية هي نفس المواد المستخدمة في الأقراص وأشرطة الكاسيت،
ولكن الفرق هو أن الاسطوانات والاقراص المرنة يتم وضع المادة المغناطيسية بها على مادة بلاستيكية مرنة.
ومع ذلك، بشكل عام، لا يختلف القرص الصلب في طريقة تخزين البيانات على الكاسيت والأقراص المرنة. كلاهما يستخدم نفس طرق التخزين المغناطيسي.
لكن من السهل كتابة ومحو البيانات على الأقراص الصلبة وإعادة كتابتها على المواد المغناطيسية، ويمكن للمادة تخزين المغناطيسية المعلومات المخزنة فيها لعدة سنوات.
يتم تخزين البيانات على القرص بلغة البرمجة الاساسية صفر وواحد، ويقوم الحاسوب بمعالجتها في شكل بايت، ويعاملها نظام التشغيل لاحقًا كملفات.
الملفات عبارة عن أسطر من وحدات البايت يمكنها التعبير عن أحرف أو عينات من وحدات البكسل أو التعليمات البرمجية لتنفيذ معالجتها على أجهزة الكمبيوتر أو أنواع أخرى من البيانات التي قد تكون ضرورية للتخزين.
عندما تحتاج إلى القراءة من قرص، يقرأ القرص البيانات في شكل كتل تتكون من سلسلة من وحدات البايت التي يرسلها إلى الحاسوب ...
الفرق فى تخزين البيانات بين الكاسيت والأقراص الصلبة
- على شريط الكاسيت، طبقة التسجيل المغناطيسية مغطاة بشريط بلاستيكي رفيع، بينما على القرص الصلب مغطاة بقرص زجاجي أو ألومنيوم عالي الدقة، ثم يتم تلميع أسطوانة القرص في مرآة.
- على الشريط، يجب عليك التحرك للأمام أو للخلف للوصول إلى نقطة معينة على الشريط، وقد يستغرق ذلك بضع دقائق إذا كان الشريط طويلًا. أثناء وجودك على القرص الصلب، يمكنك الانتقال على الفور إلى أي نقطة على سطح القرص.
- على سطح الشريط، يلمس رأس القراءة/الكتابة الشريط مباشرة، بينما يتحرك رأس القراءة/الكتابة عبر القرص الصلب دون لمسه.
- يتحرك الشريط الموجود على سطح شريط كاسيت حوالي 2 بوصة على طول الرأس. في حين أن القرص الصلب يمكن أن يدور تحت الرأس حتى 3000 بوصة في الثانية (حوالي 170 ميلا في الساعة أو 272 كم/ساعة).
- يتم تخزين المعلومات في مجالات مغناطيسية صغيرة جدًا على القرص الصلب مقارنة بشريط الكاسيت.
بسبب هذه الاختلافات، يمكن لمحرك الأقراص الثابتة الحديث تخزين كمية رائعة من المعلومات في مساحة صغيرة، ويمكن لمحرك الأقراص الثابتة الوصول إلى جميع المعلومات المخزنة عليه في جزء من الثانية.
ما هى مكونات القرص الصلب
القرص الصلب هو جهاز يخزن البيانات المشفرة رقميًا على سطح الأقراص الدوارة المغناطيسية كتخزين غير متطاير. وأفضل طريقة لفهم آلية عمل القرص الثابت هي أن نلقي نظرة داخلية عليه ... ويمكننا تقسيم المكونات الداخلية كما يلى :
- الأقراص الممغنطة الدائرية (Cylinders) أو (Platters) : إنها مجموعة من الأقراص المغناطيسية الدائرية المغلفة بمواد ممغنطة مثل أكسيد الحديد أو غيرها. مكونة من طبقتين، حيث يمكن قراءة الطبقات العلوية والسفلية معًا، يتم تثبيتها على مركز المحور. كلما أسرعت في الدوران، كلما كانت سرعة القراءة والكتابة أسرع. بمتوسط دوران عادي عند 3600 أو 7200 دورة في الدقيقة.
- محور الدوران (Spindle) : يتم إرفاق جميع الأقراص المغناطيسية بالعمود، حيث يدور المحرك مع الأقراص الدائرية، وهو متصل من الأسفل بمحرك صغير يعمل على دورانه.
- رءوس الكتابة و القراءة (Read/Write Heads) : تتحرك الرؤوس ذهابًا وإيابًا على الأقراص الدائرية بأذرع أفقية تمتد فوق الطبقات العلوية والسفلية، ويمكن أن تصل إلى أي نقطة على الأقراص المغناطيسية بالحركة على الأقراص.لا تتلامس رؤوس القراءة والكتابة مع سطح أقراص التخزين، ولكنها تبعد عنها بمسافة صغيرة جدًا، وعندما يتلامس الرأس مع قرص التخزين، سيتلف الجزء الذي تم لمسه ويسمى باد سيكتور Bad Sector.
- الدوائر الإليكترونية (Electronic circles): تترجم الإشارات الكهربائية المرسلة إليها من جميع أجزاء الكمبيوتر إلى أوامر يتم تنفيذها باستخدام رؤوس الكتابة والقراءة.
تتمثل مسؤولية هذه المجموعة من الإلكترونيات في التحكم في عملية القراءة والكتابة على القرص، بالإضافة إلى التحكم في الموتورالذي يدور الأقراص المغناطيسية.
تجمع هذه الإلكترونيات الحقول المغناطيسية المخزنة في المادة المغناطيسية وتحولها إلى مجموعة من وحدات البايت (قراءة) وتحول وحدات البايت المخزنة على القرص إلى سلسلة من المجالات المغناطيسية التي سيتم تخزينها في المادة المغناطيسية (عملية الكتابة).
كيف يتم تخزين البيانات على القرص الصلب
يتم تخزين البيانات على القرص الصلب في القطاعات والمسارات على هيئة دوائر متحدة المركز، حيث تكون القطاعات جزء من المسارات،
ويمكننا زيادة عدد القطاعات لكل مسار، وهذا يؤدى إلى زيادة المساحة التخزينية الإجمالية لمحرك الأقراص الصلبة.
يحتوي القطاع على عدد محدد من وحدات البايت، مثل 256 أو 512 بايت، ولكن أنظمة التشغيل غالبا ما تتعامل مع القطاعات عن طريق تقسيم كل مجموعة إلى ما يسمى Cluster.
وهذا ما يجعل هناك ثلاثة معايير اساسيىة تحدد قدرة وكفائة القرص الصلب وهى:
- معدل نقل البيانات: عدد وحدات البايت في الثانية التي يمكن للوحدة توصيلها إلى وحدة المعالجة المركزية، في نطاق من 5 إلى 40 ميجابت في الثانية.
- سرعة المعالجة : وهو مقدار الوقت الذي ينقضي بين وحدة المعالجة المركزية عند طلب طلب ملفًا وعندما ترسل إليه البايت الأول من الملف، والذي يتراوح معظمه من 10 إلى 20 مللي ثانية.
- مساحة التخزين : عامل مهم آخر هو سعة التخزين، وهو عدد وحدات الجيجا بايت التي يمكن تخزينها.
أنواع محركات الاقراص الصلبة
العامل الرئيسي الذي يحدد نوع القرص الصلب الذي يمكنك استخدامه هو اللوحة الأم للكمبيوتر أو اللابتوب، حيث يوجد ثلاثة أو ثلاثة أنواع من المنافذ على اللوحة الأم: (SATA)، (IDE)، أو (SCSI).
عادة ما تقدم اللوحات الأم القديمة نوعًا هو IDE فقط. تقديم اللوحات الأم الحالية (SATA) و (IDE). تقدم لوحات الخادم المتقدمة عدة أنواع (SCSI). بالنسبة للوحة الأم العادية، فإنه يوفر أحد نوعين (IDE) أو (SATA).
ويعتبر هناك 4 انواع رئيسية من محركات الأقراص الصلبة كتالى:
الاول : محرك إلكترونيّ متكامل IDE) Integrated Drive Electronics) : يعتبر هذا النوع هو الاقدم ومعروف أيضًا باسم (PATA -Parallel ATA)، ولم يعد مستخدمًا في الاجهزة الحديثة، ولكنه موجود كقطع غيار ولا يزال يباع في السوق بشكل مستعمل وليس جديد.
الثانى : محرّك ساتا SATA) Serial Advance Technology Attachment) : تحتوي محركات أقراص SATA عادةً على زوج من 7 أسنان و 4 دبابيس لإرسال البيانات واستلامها، والباقي 3 دبابيس. توفر محركات أقراص SATA عادةً معدل نقل يبلغ 300 ميجابايت/ثانية.
تقنية هاردات (SATA) تستخدم كبلات الارتباط المباشر لتوصيل محرك أقراص ثابت. يمكن توصيل محرك أقراص واحد فقط بكابل SATA واحد.
إنه الأحدث والأكثر استخدامًا في الجيل الحالي من أجهزة الكمبيوتر ويستخدم كابلًا صغيرًا بحيث لا يعيق عملية التهوية في علبة الحاسوب ، فمن السهل توصيله وتثبيته، ولا يشغل مساحة كبيرة ويوفر المزيد من الحرية.
هذا النوع هو النوع الأكثر استخدامًا في سوق الكمبيوتر للمستخدم المنزلي وهو النوع الذي أوصي به. فقط تأكد من أن المنفذ موجود على اللوحة الأم، كما تعلم أن معظم اللوحات الأم متوفرة.
الثالث : محرك SCSI) Small Computer System Interface) : لا يستخدم هذا النوع على أجهزة الكمبيوتر المنزلية، ولكنه شائع الاستخدام على الخوادم. ونتيجة لذلك، تتوفر منافذها فقط على لوحات الخوادم ولن تجدها على محركات أقراص أجهزة المستخدم المنزلية (SCSI) التي تتراوح أعمارها بين 50 و 68 عامًا.
يوفر محرك SCSI عادةً معدل نقل يبلغ 640 ميجابايت/ثانية وهذه الأقراص قابلة للتبديل. تُستخدم كبلات SCSI لتوصيل ما يصل إلى 16 محرك أقراص ثابت (SCSI HDD) بكبل واحد.
يحتوي كل محرك أقراص ثابت على رمز 8 بايت من الشفرة الست عشرية المعروفة باسم الاسم العالمي (WWN).
الرابع : محرك إس إس دى Solid State Disk : في عام 2008، تم إنشاء تقنية جديدة شائعة الاستخدام في الهواتف والأجهزة المحمولة نظرًا لميزاتها القوية التي تستفيد أكثر من غيرها وتزيد من أداء الأجهزة المسماة محركات الأقراص الصلبة.
تقنية SSD هي تقنية متطورة أكثر بكثير من محركات الأقراص العادية وتعتبر الجيل الجديد من أقراص الذاكرة!
لا يحتوي على حركة ميكانيكية أو عنصر متحرك، ولكن يتم تخزين البيانات في أجزاء إلكترونية صغيرة تسمى الفلاش. تتوفر هذه الأقراص أيضًا بأحجام مختلفة.
تهيئة وتقسيم القرص الصلب HDD Partitioning
إذا أردنا استخدام القرص الصلب ، فنحن بحاجة إلى تقسيمه (إلى قسم واحد على الأقل) ثم تنسيق الأقسام الناتجة.
في الواقع، هناك ثلاثة أنواع من أقسام الهارديسك:
- القسم الأساسي Primary Partition : يحتوي القسم الأساسي على نظام التشغيل (مثل Windows) بالإضافة إلى ملفات أو بيانات أخرى (مثل المستندات الخاصة بي وملفات البرامج)، وكما ذكر قبل تنزيل نظام التشغيل، ويجب أولاً إنشاء القسم الأساسي بنظام ملفات مناسب للمطلوب نظام التشغيل. إذا كان القرص الثابت يحتوي على العديد من الأقسام الأساسية، فإن أحدها فقط يعمل ويمكن استخدامه. يتم تحميل نظام التشغيل من بداية الكمبيوتر ويخفي بقية الأقسام الأساسية، مما يمنعها من استخدامها.
- القسم الممتد Extended Partition : يمكننا إعتباره كقسم موسع كحاوية بها العديد من الأقسام المنطقية، ولا يمكننا استخدام القسم الموسع لتخزين البيانات، ولكن يمكننا تقسيمه إلى سلسلة من الأقسام المنطقية التي يمكننا استخدامها لتخزين البيانات.
- القسم المنطقي Logical Partition : يمكن أن توجد الأقسام المنطقية فقط داخل القسم الموسع، ويمكن أن تحتوي الأقسام المنطقية على ملفات وبيانات عادية، وفي بعض الحالات تحتوي على أنظمة تشغيل (مثل OS/2 و LINUX و WindowsNT).
يمكنك استخدام العديد من البرامج لتقسيم محرك الأقراص الثابتة مثل Fdisk و Partition Magic. وكذلك استخدام اسطوانات الصيانة الشهيرة مثل اسطوانة هيرنز واسطوانة DLC Boot وغيرها من الاسطوانات التى يمكنك الإقلاع منها.
فى النهاية نتمنى أن يكون المقال يغطى جميع المعلومات التى تحتاجها لمعرفة كيفية عمل الهارديسك وأنواعه وطريقة تهيئته لإختيار الهارد الذى يناسب إحتياجاتك.
مع تحيات فريق عمل موقع شرح بى سى