القرص الصلب

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل

القرص الصلب

مُساهمة من طرف abdalla al-haj ali في الإثنين مارس 29, 2010 4:10 pm

القرص الصلب (إنجليزية Hard Disk) وهو وحدة التخزين الرئيسية في الحاسوب، وهو يتكون من أقراص ممغنطة تدور ويقوم لاقط كهرومغناطيسي بالقراءة والكتابة من وإلى السطح الممغنط. من أهم الخصائص التي تميز كل قرص صلب عن آخر، سعة التخزين وسرعة الدوران.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الأقراص الصلبة وهي:

أقراص SCSI الصلبة
أقراص IDE الصلبة
أقراص SATA الصلبة
محتويات
1 أساسيات القرص الصلب
2 مكونات القرص الصلب
3 العوامل المؤثرة علي الأقراص الصلبة
4 القرص الصلب وكيف يعمل؟
5 تهيئة القرص الصلب Formatting the HDD
5.1 التهيئة الفيزيائية
5.2 التهيئة المنطقية
6 المصادر
7 وصلات خارجية


أساسيات القرص الصلب
تم اختراع الأقراص الصلبة في الخمسينيات، وكانت عبارة عن أقراص كبيرة يصل قطرها إلى حوالي 20 بوصة وعلي الرغم من حجمها الكبير إلا أنها كانت تتسع للقليل من الميجابايتس. ولم تكن تعرف في ذلك الوقت بال Hard disk بل كانت تعرف بال Fixed disks أو بال Winchesters, وجاءت التسمية Hard Disk بعد ذلك لكي يتم التفرقة بينها وبين الأقراص المرنة.



قرص صلب صغيرللأجهزة المحمولة من توشيبا
وكما هو واضح من اسمه يحتوي القرص الصلب علي "قرص صلب" أو ما يعرف ب platter، هذا القرص توضع عليه المادة المغناطيسية التي تستخدم في حفظ البيانات، هذه المادة المغناطيسية هي نفسها المادة المستخدمة في الأقراص المرنة وشرائط الكاسيت، ولكن الفرق هو أن الأقراص المرنة والكاسيت يتم فيها وضع المادة المغناطيسية علي ماده بلاستيكية مرنة.

ولكن بشكل عام فان القرص الصلب لا يختلف في طريقه تخزينه للبيانات عن شرائط الكاسيت والأقراص المرنة فكلاهما يستخدم نفس طرق التخزين المغناطيسية، تتميز طرق التخزين المغناطيسية في أنه من السهل الكتابة والمسح وإعادة الكتابة علي المادة المغناطيسية، وكذلك يمكن للمادة المغناطيسية أن تحتفظ بالمعلومات المخزنة عليها لمدة طويلة بسبب أنها تستقطب وتحافظ على شكل استقطابها عند تعرضها لحقل مغناطيسي معين من أداة القراءة والكتابة المغناطيسية.

يتم تخزين البيانات علي القرص الصلب علي هيئة صفر وواحد أي ديجيتل digital، يقوم الحاسوب بالتعامل معها على شكل بتات bits أي أن كل خانة أو بت bit قد تحوي صفر أو واحد فقط أي تحوي نبضة كهربائية أو لانبضة وفي حالة القرص الصلب فان الذرات المغناطيسية المكونة للقرص الصلب المغناطيسي اما أن تكون مستقطبة في اتجاه (أو شكل معين) أو لا تكون، ويتعامل معها نظام التشغيل على أنها أجزاء أحرف وأوامر حيث أن أي تسلسل معين للأصفار والواحدات قد يكون حرف أو محرف أو أمر تحكمي أو تعليمة برمجية لنظام التشغيل أو خانة لونية (عنصر صورة) pixel، أي يكون تجمع أو تتالي 8 بتات (خانات) هو بايت واحد (الذي هو حرف واحد أو عنصر واحد من صورة) ثم يشكل تتالي بايتات نصوصا وصورا وملفات Files، فالملفات عبارة عن صفوف من البايتات كي ينفذها الحاسوب أو غيرها من أنواع البيانات التي قد تحتاج إلى تخزين. وعندما يلزم القراءة من القرص الصلب، يقرأ القرص البيانات على شكل blocks مكونة من مجموعة من البايتات يقوم بإرسالها للحاسوب.

مكونات القرص الصلب


ستة أنواع من الأقراص الصلبة مفتوحة ويرى فيها الأذرعه وأقرص التخزين بأحجام 8 و 5.25 و 3.5 و 2.5 و 1.8 و 1 بوصة
يحتوي علي أجزاء الكترونية وأجزاء ميكانيكية:

الأجزاء الميكانيكية :
قرص تخزيني (أو عده أقراص متحدة المحور) مغطي بمادة قابلة للمغنطة.
رؤوس القراءة والكتابة.
ذراع يحمل رؤوس القراءة والكتابة.
منظومة ميكانيكية لتحريك الذراع.
موتور لتدوير الأقراص التخزينية.
الأجزاء الالكترونية : عبارة عن لوحة إلكترونية توجد أسفل القرص الصلب.
سنبدأ الآن بتشريح القرص الصلب :

هذا هو الشكل الخارجي العام للقرص الصلب (الأول من نوع Seagate والثاني WD) :

كما نري القرص الصلب يكون محمي بغطاء من الألمنيوم :

و بأسفل القرص الصلب نرى لوحة التحكم الإلكترونية :

مسئولية مجموعة الإلكترونيات هذه هي : التحكم في عملية القراءة والكتابة علي القرص الصلب وأيضاً التحكم في الموتور الذي يقوم بتدوير ال platters، حيث تقوم هذه الإلكترونيات بتجميع المجالات المغناطيسية المخزنة علي المادة المغناطيسية وتحويلها إلى مجموعة من ال bytes (عملية القراءة),و أيضاً تقوم بتحويل ال bytes المراد تخزينها علي القرص الصلب إلى مجموعه من المجالات المغناطيسية لكي تخزن علي المادة المغناطيسية (عملية الكتابة).


Platters أو أقراص التخزين (في الصورة هو ذلك القرص الدائري اللامع), هذه الأقراص هي التي يتم تخزين البيانات عليها كما ذكرنا من قبل، وعادة ما يتم تدويرها بسرعة 3600 أو 7200 لفة في الدقيقة أثناء عمل القرص الصلب، ويمكن أن يحتوي القرص الصلب علي أكثر من Platter تكون متحدة المحور ،وكلما زاد عدد هذه الأقراص وكثافة التقسيمات التي عليها - سنوضح ذلك فيما بعد - زادت السعة التخزينية للقرص الصلب، وتصنع هذه الأقراص من الألمونيوم أو - في الأقراص الحديثة - من الزجاج المقوى بالسيراميك الذي يعتبر أفضل أداءً حيث أن مقاومته للارتفاع في درجة الحرارة أفضل، ويتم صقل هذه الأقراص بحيث تصبح ملساء جدا كالمرآة.
و هذه الأقراص لا يمكنها حفظ الشحنة المغناطيسية اللازمة لعملية التخزين في حد ذاتها، بل يجب أن تغطي هذه الأقراص بمواد يمكنها حفظ الشحنة المغناطيسية.

الذراع arm الذي يحمل رؤوس القراءة والكتابة Read\Write heads، ويلزم لكل قرص تخزيني رأسين واحد للقراءة والآخر للكتابة ومكانهم كالأتي: واحد أسفل القرص التخزيني والآخر أعلي القرص التخزيني، فمثلا لو كان لدينا 3 أقراص تخزينية فإننا نحتاج ل 6 رؤوس قراءة وكتابة، ولا تكون رؤوس القراءة والكتابة ملامسة لسطح أقراص التخزين بل تكون مرتفعه عنها بمقدار صغير جدا، بل إن الرأس إذا لامست القرص التخزيني فسيؤدي ذلك لتلف الجزء الذي لامسته - يسمي الجزء التالف ب Bad Sector -.


صورة مقربة من الذراع ورأس القراءة والكتابة
ويتم تحريك هذه الذراع-الخفيفة الوزن جدا- بواسطة منظومة ميكانيكية دقيقة جدا وسريعة جدا، ويمكن لهذه المنظومة أن تحرك الذراع من داخل قرص التخزين إلى حافته والعكس 50 مرة في الثانية الواحدة، ويمكن أن يتم بناء مثل هذه المنظومة باستخدام موتور خطي Linear سريع. يوجد الآن نوعان من التكنولوجيا التي تستخدمها هذه المنظومة الميكانيكية :

الأولي : تعرف بال band stepper motor وتعتمد في فكرتها علي كمية الكهرباء التي ترسلها لوحة التحكم الالكترونية، ولكن هذه التكنولوجيا غير مستخدمة لأنها كثيرة المشاكل نتيجة لتأثرها بدرجة الحرارة ولأنها تتلف بسرعة.
الثانية : Voice Coil في هذا النوع تقوم لوحة التحكم الالكترونية بإرسال تيار كهربائي إلى المحرك وهذا التيار يستخدم في توليد مجال مغناطيسي لتحريك الذراع ضد زنبرك، مما يجعل لوحة التحكم الالكترونية قادرة على التحكم بموقع الرأس-لأنها تتحكم بالذراع- عن طريق التحكم في شدة التيار الكهربائي.
تخزين البيانات علي القرص الصلب : يتم تخزين البيانات علي القرص الصلب في قطاعات Sectors ومسارات Tracks، المسارات عبارة عن دوائر متحدة المركز، والقطاعات هي أجزاء من المسارات، الشكل التالى يوضح ذلك :

اللون الأحمر يمثل المسار، واللون الأزرق يمثل القطاع.

وكلما تمكننا من زيادة عدد القطاعات في المسار الواحد زادت السعة التخزينية الكلية للقرص الصلب. يحتوي القطاع علي عدد محدد من الـ bytes مثلا 256أو 512 بايت، ولكن نظم التشغيل غالبا ما تتعامل مع القطاعات بأن تقسم كل مجموعة منها إلى ما يعرف ب Cluster.

كيف يتم توصيل القرص الصلب بالكمبيوتر :

تستخدم الأقراص الصلبة عدة من الـوصلات للتعامل مع الكمبيوتر :

EIDE ويمكن اختصارها إلى " IDE " وفيها تكون الإلكترونيات اللازمة لتشغيل القرص موجودة بداخله - في لوحة التحكم الالكترونية - وليس خارجه، وهي الأكثر شيوعاً بين مستخدمي الكمبيوتر، وهي نفسها المستخدمة في مشغلات الاسطوانات المدمجة، ويتم توصيل القرص الصلب باللوحة الأم عن طريق كابل مباشرة دون استخدام كروت إضافية.
SCSI هذا النوع أسرع بكثير من النوع الأول ولكنه أيضاً مكلف عنه، ويستخدم غالبا في السيرفرات والأجهزة التي تتطلب سرعات عالية، ولكن لتوصيل القرص الصلب مع اللوحة الأم يلزم أن يكون هناك كارت إضافي يركب باللوحة الأم.
العوامل المؤثرة علي الأقراص الصلبة
معدل نقل البيانات Data rate هو عدد الـ Bytes التي يتم نقلها من القرص الصلب للكمبيوتر في الثانية الواحدة, ويتراوح بين 5 إلى 40 ميجابايت في الثانية الواحدة وهي في ازدياد مع التقدم التقني.
زمن الوصول Seek Time هو الزمن المستغرق بين طلب الملف من القرص الصلب ووصول أول Byte من الملف إلى الكمبيوتر.
سرعة دوران القرص الصلب، فكلما كانت سرعة الدوران أعلي كان ذلك أفضل.
نوع ال Interface الذي يستخدمه القرص الصلب.
الكثافة التخزينية، وهي عدد ال Bytes التي يمكن تخزينها في مساحة معينة من القرص الصلب.
وطبعا الأهم من ذلك السعة capacity الكلية للقرص الصلب مثلا 20، 40، 80، 120، 160، 250 جيجابايت...
القرص الصلب وكيف يعمل؟
نتابع معا رحلتنا مع القرص الصلب، فبعد أن تعرفنا علي التكوين الفيزيائي للقرص الصلب في الدرس السابق، سنتعمق أكثر في كيفية التعامل مع القرص الصلب.

تهيئة القرص الصلب Formatting the HDD
لكي نستطيع استخدام القرص الصلب يجب أن نقوم بتهيئته أولا، هناك نوعان التهيئة :

التهيئة الفيزيائية Physical Formatting وتعرف أيضاً بتهيئة المستوي المنخفض Low Level Formatting.
التهيئة المنطقية Logical Formatting أو ما يعرف بتهيئة المستوي العالى High Level Formatting.
فما الفرق بينهما إذن ؟


نبدأ بالنوع الأول
التهيئة الفيزيائية
فيها يتم تقسيم أقراص(Platters) القرص الصلب إلى عناصرها الأساسية : المسارات Tracks، القطاعات Sectorsو السلندرات Cylinders بالإضافة إلى تحديد أماكن بداية ونهاية القطاعات والمسارات، وغالبا ما يقوم مصُنٍع الأقراص الصلبة بالقيام بهذه العملية قبل بيع القرص الصلب، ولابد من القيام بتهيئة القرص الصلب فيزيائيا قبل أن تتم تهيئته منطقيا.

التهيئة المنطقية
بعد أن تتم عملية تهيئة القرص الصلب فيزيائيا لا يمكننا بعد استخدام القرص الصلب، بل يلزم أيضاً تهيئته منطقيا. التهيئة المنطقية يتم فيها وضع نظام الملفات File System (مثلFAT، FAT 32، NTFS) علي القرص الصلب، مما يتيح لنظام التشغيل (مثل الدوس DOS، الويندوز Windows أو اللينكس Linux) استخدام المساحة التخزينية الموجودة علي القرص الصلب في قراءة وتخزين الملفات والبيانات. وتختلف أنظمة التشغيل عن بعضها البعض في نظام الملفات الذي تستعمله, لذا فإن نوع التهيئة المنطقية التي نستخدمها يعتمد علي نوع نظام التشغيل الذي سنستخدمه (سنتناول فيما بعد أنواع ملفات النظام بالتفصيل).

و عليه فأنك إذا قمت بتهيئة كل مساحة القرص الصلب الذي لديك بنظام ملفات معين فإن ذلك يحدد نوع وعدد أنظمة التشغيل التي يمكن أن تستخدمها، ولحل هذه المشكلة يمكنك أن تقسم قرصك الصلب إلى عدة أقسام، ثم تقوم بتهيئة كل قسم منها بنوع معين من نظام الملفات علي حدة ووبالتالى يمكنك أن تستخدم عدة أنظمة تشغيل علي نفس القرص الصلب.

لكي تهيئ قرصك الصلب منطقيا يمكنك استخدام برامج كثيرة من أشهرها الـ Partition Magic.

تقسيم القرص الصلب HDD Partitioning
إذا أردنا أن نستخدم القرص الصلب فيجب علينا أن نقوم بتقسيمه (إلى قسم واحد علي الأقل) ثم تهيئة الأقسام الناتجة.

في الواقع هناك ثلاث أنواع لتقسيمات القرص الصلب وهي : أساسي Primary، ممتد Extended ومنطقي Logical.

الـ Primary والـ Extended هي التقسيمات الأساسية للقرص الصلب، ويمكن أن يحتوي القرص الصلب الواحد علي أربع أو ثلاث أو أقسام أساسية، بالإضافة إلى قسم ممتد واحد فقط، لاحقا يمكن تقسيم هذا القسم الممتد إلى أي عدد من الأقسام المنطقية.

القسم الأساسي Primary Partition :
يحتوي القسم الأساسي علي نظام التشغيل (مثل الويندوز) المستخدم بالإضافة إلى أي ملفات أو بيانات أخرى (مثل My documents، Program files)، وكما ذكرنا قبل إن يتم تنزيل نظام التشغيل يجب تهيئة القسم الأساسي أولا بنظام ملفات مناسب لنظام التشغيل المستخدم. لو كان القرص الصلب لديك يحتوي علي العديد من الأقسام الأساسية فإن واحد منها فقط سيعمل ويكون متاح للاستخدام وهو الذي سيتم تحميل نظام التشغيل منه عند بدء تشغيل الكمبيوتر وباقي الأقسام الأساسية ستصبح مخفية مما يمنع استخدمها.

القسم الممتد Extended Partition :
يمكن أن نعتبر القسم الممتد علي أنه حاوية تحتوي علي العديد من الأقسام المنطقية ،و لا يمكن أن نستخدم القسم الممتد في تخزين البيانات، بل يجب أن نقسمه إلى عدد من الأقسام المنطقية التي يمكن أن نستخدمها في تخزين البيانات.

القسم المنطقي Logical Partition:
لا يمكن للأقسام المنطقية أن توجد إلا داخل القسم الممتد، ويمكن للأقسام المنطقية أن تحتوي علي ملفات عادية وبيانات بل في بعض الأحوال يمكن أن تحتوي علي أنظمة تشغيل (مثل OS/2، LINUX ،WindowsNT).

يمكن استخدام عدة برامج لتقسيم القرص الصلب مثل ال Fdisk و partition magic.
avatar
abdalla al-haj ali

عدد المساهمات : 33
تاريخ التسجيل : 28/02/2010
العمر : 20
الموقع : سوريا

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي الرجوع الى أعلى الصفحة


 
صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى