وحدة التغذية PSU‏ (Power Supply Unit) هي محول كهربائي يزوِّد جميع عناصر الحاسوب بالطاقة، فهي كالوقود للسيارات، ولا يعمل الحاسوب دونها.

تتألف وحدة التغذية من عناصر إلكترونية متعدِّدة (محوّلات ومكثفات وترانزستورات ومقاومات ...إلخ) وظيفتها تحويل التيار المتردد AC‏ (Alternating Current) للمدينة (220 أو 110 فولط) إلى مستمر DC‏ (Direct Current) مع توزيع الجهود إلى جميع عناصر الحاسوب وتخفيضها بما يتلاءم مع كل عنصر.

تتحكم اللوحة الأم بإيقاف وتشغيل وحدة التغذية، فعندما ترسل إشارةً إلى وحدة التغذية لتشغيلها تبدأ بإجراء فحصٍ ذاتي لجميع عناصرها وجهودها. إن لم يوجد أي خللٍ في الجهود أو عطل في العناصر ترسل وحدة التغذية إلى المعالج إشارةً تدعى "PWR OK" أو "PowerGood" تُعلِمه أنَّ التيار جيد ويمكن بدء العمل، وفي حال وجود عطل ما لا ترسل تلك الإشارة وحينئذ لا يعطي المعالج الأمر ببدء التشغيل والإقلاع ولا يعمل الحاسوب. قد يحصل عطل في أي لحظة لذا ترسل إشارة مباشرةً إلى المعالج لإيقاف الحاسوب عن العمل تجنبًا لتضرُّر أحد عناصره.

لكل وحدة تغذية ثلاث صفات تلعب دورًا مهمًّا في اختيار وحدة التغذية وهي الاستطاعة وأنواع الوصلات وعامل الشكل.

الاستطاعة

هي أهمُّ خصائص وحدة التغذية، رغم أنَّ جودة التصنيع والعناصر مهمَّة أيضًا، لتحديد وحدة التغذية المناسبة للحاسوب.

يحتاج كلُّ مكون في الحاسوب إلى كمية معيَّنة من الطاقة التي بجمعها لجميع عناصره تعطي قيمة الاستطاعة المطلوبة من وحدة التغذية للعمل بكفاءة جيدة، فإذا نتج الرقم 365 واط فرضًا فنختار وحدة تغذية ذات استطاعة أكبر منه ولتكن 400 أو 500 واط، وإذا كانت استطاعتها أقل فلن تعمل جيدًا وستتعطل. يوضح الجدول التالي كمية الطاقة لبعض عناصر الحاسوب.

بدلًا من البحث عن جميع عناصر الحاسوب وحساب الاستطاعة يدويًا توفِّر بعض المواقع طريقةً أسهل مثل موقع powersupplycalculator وموقع bequiet لحساب استطاعة وحدة التغذية المناسبة للحاسوب المراد تجميعه وشراؤه عبر تحديد مواصفاته، وتقترح عليك أحيانًا بعض الأنواع المتوافرة في السوق مع مواصفاتها وأسعارها، ويفضَّل ألَّا تقل الاستطاعة عن 400 واط.

أنواع الوصلات

تزوِّد وحدة التغذية مختلف عناصر الحاسوب بالطاقة عبر أكبال ذات جهود مختلفة تنتهي بوصلات تناسب منفذ العنصر المراد تغذيته بالطاقة. لكلِّ وصلة شكل وعدد أرجل توافق المنفذ الذي تركَّب عليه ويستحيل تركيبها على منفذ آخر لا تناسبه لذا لا مجال للخطأ. يوضح الجدول التالي أنواع الوصلات وأسمائها ووظيفتها.

شكل الوصلة	الاسم	الوظيفة
	20‎ pin ATX	تغذية رئيسية للوحة أم ذات منفذATX‏ 20 رجل.
	20+4‎ pin ATX	تغذية رئيسية للوحة أم ذات منفذATX‏ 20 أو 24 رجل.
	24‎ pin ATX	تغذية رئيسية للوحة أم ذات منفذ ATX‏ 20 أو 24 رجل.
	4‎ pin ATX +12V	تغذية المعالج.
	8‎ pin EPS +12V	تغذية معالجان أو أكثر في اللوحة نفسها.
	4+4‎ pin +12V	تغذية معالج واحد أو أكثر.
	4‎ pin Molex	تغذية الأجهزة الملحقة التي تعتمد على تقنية IDE (القرص الصلب والسواقة الليزرية)، والمراوح وغيرها.
	SATA	تغذية الأجهزة الملحقة التي تعتمد على تقنية SATA (القرص الصلب والسواقة).
	6‎ pin PCI Express	تغذية إضافية لشقوق التوسعة من نوع PCIe عدد أرجل المنفذ 6.
	8‎ pin PCI Express	تغذية إضافية لشقوق التوسعة من نوع PCIe عدد أرجل المنفذ 8.
	4+2‎ pin PCI Express	تغذية إضافية لشقوق التوسعة من نوع PCIe عدد أرجل المنفذ 6 أو 8.

لا تجزع إن لم تجد إحدى الوصلات السابقة في وحدة التغذية إذ يتوافر دائمًا أكبال للتحويل بين مختلف الأنواع، وللمزيد حول أنواع الوصلات ومنافذ التغذية انظر إلى هذه المقالة.

في الصورة أدناه كابل للتحويل من وصلة Molex إلى 8‎ pin EPS.

عامل الشكل

تُصنع وحدات التغذية وفقًا لعامل شكلٍ يحدّد حجمها وشكلها ومكان مروحة التبريد وأنواع الوصلات وعددها. يعتمد اختيار عامل الشكل لوحدة التغذية على حجم الصندوق وشكله، واللوحة الأم، واتجاه خروج الهواء من المروحة إذ تساهم المروحة بسحب الهواء من داخل صندوق الحاسوب وطرحه خارجًا. يبين الجدول التالي أشهر عوامل الشكل.

شكل وحدة التغذية	عامل شكل اللوحة الأم التي يدعمها	نوع وصلة التغذية للوحة الأم والمعالج	عامل الشكل
	ATX, microATX, BTX, microBTX	20/24-pin, 4-pin +12V	ATX/ATX12V
	microATX, FlexATX, microBTX, picoBTX, Mini-ITX, DTX	20/24-pin, 4-pin +12V	SFX/PS3
	microATX, FlexATX, microBTX,picoBTX, Mini-ITX, DTX	20/24-pin, 4-pin +12V	TFX12V
	microBTX, picoBTX, DTX	20/24-pin, 4-pin +12V	CFX12V
	microATX, FlexATX, microBTX, picoBTX, nanoBTX, Mini-ITX, DTX	24-pin, 4-pin +12V	Flex ATX

ألوان الأسلاك ووظائفها

هل لاحظت أنَّ كلَّ سلك في أكبال وحدة التغذية مميز بلون ما؟ تشير هذه الألوان إلى قيمة جهد السلك ووظيفته إذ تحوِّل وحدة التغذية الجهد المتردِّد إلى خمسة جهود مستمرة تناسب كل عنصر من عناصر الحاسوب، وتكون ألوان الأسلاك مع قيمة جهودها ووظيفتها هي:

• الأصفر: +12 فولط.
• الأزرق: -12 فولط.
• الأحمر: +5 فولط.
• الأبيض: -5 فولط.
• البرتقالي: +3.3 فولط.
• البنفسجي: +5 فولط، يستعمل في "وضع الاستعداد".
• الأسود: خط تأريض.
• الأخضر: يستخدم لتشغيل وحدة التغذية، وبوصله يدويًا مع السلك الأسود تعمل وحدة التغذية.
• الرمادي: +5 فولط، ويستخدم للتأكد من سلامة وحدة التغذية.
• البني: يستخدم لتشغيل الحاسوب عن بعد عبر بطاقة الشبكة أو المودم.

توضّح الصورة أدناه طريقة تشغيل وحدة التغذية يدويًّا.

مصدر الصورة

تُكتب معلومات وحدة التغذية عليها ومنها الجهود والاستطاعة وعامل الشكل وغيرها، وتوضِّح الصورة التالية وحدة تغذية من شركة spire ذات عامل الشكل"ATX" وقيمة استطاعتها الأعظمية "650 واط".

مصدر الصورة

كيفية اختيار وحدة التغذية المناسبة

عملية اختيار وحدة التغذية ليست عشوائية مطلقًا ولا تسمع إلى من يقول "كلما كبرت استطاعتها كانت أفضل" عند تحديد الاستطاعة لأنَّك ستدفع غالبًا ثمنًا فائضًا لوحدة تغذية لا تحتاج لها. كما يجب مراعاة عامل الشكل المناسب للصندوق ونوع الوصلات وعددها بحسب نوع اللوحة الأم.

ابتعد عن شراء وحدات التغذية رخيصة الثمن لأنَّها رديئة الجودة وسيئة التصنيع مما يسبّب أعطالًا مستقبلية وضررًا لبعض عناصر اللوحة الأم نتيجة تغير قيمة الجهود كلما زاد استعمالها وبذلك قد تدفع تكلفةً أكبر مما لو اخترت وحدة تغذية ذات جودة عالية من البداية.

المصادر

1. Power supply unit، ويكيبيديا.
2. Don Woligroski:‏ Power Supply Form Factors،‏ tomshardware.
3. Connectors،‏ playtool.

تعرّفنا في الدرس السابق على مواصفات القرص وأنواعها وكيفية تهيئته. نكمل في هذا الدرس الحديث عن القرص الصلب والتقنيات المستخدمة فيه.

آلية تخزين البيانات على الأقراص

تتولى رقاقة متحكم القرص مهمة ترجمة الإشارات وتحريك الذراع الحاملة لرؤوس القراءة والكتابة إلى الموقع المطلوب للقراءة منه أو الكتابة عليه. يغير رأس الكتابة اتجاه مغنطة حبيبات الطبقة الموجودة على سطح القرص لتمثيل الأرقام الثنائية (0 و 1) التي هي البتات Bits للكتابة على القرص، وتكون عملية قراءة البيانات هي معرفة اتجاه المغنطة (القطبية) في الموقع. يوضح الشكل عملية القراءة والكتابة.

ظهرت مشكلة فقدان المغنطة الناتجة عن الحرارة الزائدة بسبب صغر حجم القرص الصلب فمعلومٌ أنَّ الحرارة تؤثر سلبًا على المغنطة وتبدِّدها. وللتغلب على هذه المشكلة لجأت الشركات إلى حلول متعدِّدة منها إضافة طبقة ثانية قابلة للمغنطة (أوكسيد الحديد) موازية للطبقة الأولى وبينهما طبقة عازلة إذ يؤدي ذلك إلى مغنطتها باتجاه معاكس للطبقة العليا مما يدعمها ويقوي مغنطتها.

عامل الشكل Form factor

هل سبق لك أن رأيت حجم القرص الصلب للحاسوب المحمول والحاسوب المكتبي؟ وهل يوجد فرقٌ بينهما؟

المصدر

يوجد عاملا شكلٍ للقرص الصلب منتشران كثيرًا هذه الأيام وهما العامل 3.5 بوصة والعامل 2.5 بوصة. يُستخدم الأول في الحواسيب المكتبية والآخر يُستخدم في الأجهزة ذات المساحات الصغيرة كالحواسيب المحمولة، ويبين الجدول الفرق بينهما.

تقنيات توصيل القرص الصلب

يوصل القرص الصلب إلى اللوحة الأم عبر منفذ البيانات ويأخذ تغذيته من منفذ التغذية الذي يوصل بمزود الطاقة Power supply، وتختلف أشكال هذه المنافذ باختلاف التقنيات التي يدعمها القرص الصلب. سنناقش أشهر ثلاث تقنيات مستخدمة وهي:

تقنية PATA‏ (Parallel ATA)

هي تقنية لتوصيل أجهزة التخزين كالقرص الصلب والقرص الليزري في الحواسيب وتسمى أيضًا IDE. يتألف مأخذ البيانات من 40 رجلًا ويتألف الكابل من 40 أو 80 سلكًا (الكابل ذو 80 سلك هو الأسرع) وهو محدود الطول، وتتراوح سرعة نقل البيانات بين 16 و 133 ميغابايت بالثانية.

يوجد على اللوحة الأم منفذا PATA أحدهما أولي والآخر ثانوي (ذو اللون الأزرق)، ويدعم كلُّ كابل وصل جهازي تخزين مع اللوحة الأم، أي يكون عدد الأجهزة الأعظمي هو 4. عند وصل جهازي تخزين على الكابل نفسه يجب ضبط القافز الموجود على هذين الجهازين لتحديد أولوية الإقلاع، وهنالك ثلاثة أوضاع وهي رئيسي Master وتابع Slave وتلقائي Capel select، حيث يُحدَّد الوضع “الرئيسي” للجهاز الذي يحوي نظام التشغيل لإقلاع منه والوضع “التابع” للجهاز الثاني أو يُترك الوضع “تلقائي” للجاهزين.
هذه التقنية قديمة جدًا وبطيئة، وحلّت محلها تقنية أحدث تدعى SATA.

تقنيةSATA‏ (Serial ATA)

هذه التقنية هي تطوير لتقنية النقل السابقة ومن مزاياها تقليل حجم وكلفة الكابل (7 أسلاك بدلًا من 40 أو 80)، وسرعة كبيرة لنقل البيانات (تتراوح بين 150 إلى 1969 ميغابايت بالثانية)، وعدد المنافذ أكبر لوصل أجهزة التخزين، وتدعم طول كابل يصل متريْن، وإمكانية وصل أجهزة التخزين دون الحاجة لإطفاء الحاسوب، وتدعم أيضًا وصل أجهزة التخزين خارجيًا عبر تقنية تدعى Esata.

المصدر

هنالك إصدارات لتقنية SATA تختلف بالسرعات وببعض المزايا وهي SATA 1.0 أو Serial ATA-150 إذ يشير الرقم 150 إلى معدل نقل البيانات بواحدة ميغابايت بالثانية و SATA 2.0 ‏(Serial ATA-300) وحتى SATA 3.3 الذي أُصدر في عام 2016 وله الكثير من المزايا عن الإصدارات السابقة.

تقنية SAS‏ (Serial Attached SCSI)

هي تقنية لتوصيل أجهزة التخزين إذ تدعم توصيل 65535 جهاز وهي أسرع من SATA وتزوَّد التغذية والبيانات عبر كابل واحد يصل طوله إلى 10 أمتار. تُستخدم هذه التقنية في الأماكن التي تكون فيها السرعة مهمَّة جدًا كالخواديم ونادرًا ما تستخدم في الحواسيب العادية.

المصدر

هنالك إصدارات لهذه التقنية وهي SAS-1 سرعتها 375 ميغابايت بالثانية و SAS-2 سرعتها 750 ميغابايت بالثانية و SAS-3 سرعتها 1500 ميغابايت بالثانية والاصدار SAS-4 قيد التطوير حاليًا.

البديل SSD

عانى القرص القرص الصلب بعض المشاكل المتعلقة بقسمه الميكانيكي خصوصًا عند ارتفاع الحرارة التي تؤثر على مغنطة الأقراص وعلى مشكلة تمدُّد العناصر بداخله. وفي هذه الأثناء، شهدت الذاكرة الرقمية تطورًا كبيرًا في جميع أنواعها الأمر الذي أدى إلى التخلص من القسم الميكانيكي ووضع ذاكرات من نوع EEPROM عوضًا عنه ليظهر القرص SSD‏ (Solid State Drive) كجهازٍ جديدٍ لتخزين الملفات.

لم ينتشر SSD كثيرًا بسبب ثمنه المرتفع. تستخدم بعض الحواسيب الشخصية القرص SSD والقرص HDD معًا إذ يكون الأول بسعة تخزينية صغيرة لوضع نظام التشغيل عليه لزيادة أداء الحاسوب وأمَّا الثاني فيكون لتخزين ملفات المستخدم. يوضح الجدول التالي بعض الفروقات بين جهازي التخزين SSD و HDD. أما الخواديم فإن استخدام الأقراص من نوع SSD أصبح منتشرا فيها.

الخلاصة

تعلمت في هذا الدرس مفاهيم كثيرة حول القرص الصلب تفيدك في حسن اختيار القرص الأفضل وتهيئته وتوصيله وبدء استخدامه.

تحدّثنا في الدرس السابق عن أنواع الذاكرة وتناولنا بشيء من التفصيل الذاكرة العشوائية وأنواعها. نكمل في هذا الدرس المكوَّن من جزأيْن الحديث عن الذاكرة؛ ولكن هذه المرة عن الذاكرة الثانوية: القرص الصلب.

تمهيد

دعت الحاجة بعد اختراع الحاسوب إلى وجود ذاكرة تحتفظ بالبيانات على الدوام دون فقدانها لذا ظهر أول قرص صلب عام 1956، اخترعته شركة IBM ليلبّي بعد تطويره هذه الحاجة.

يعدّ القرص الصلب من أجهزة التخزين الدائمة، ويعتمد على المبدأ المغناطيسي لتخزين البيانات. يصنَّف القرص الصلب ضمن الأجهزة الميكانيكية لاحتوائه على عناصر ميكانيكية متحركة لتخزين البيانات وقراءتها. تُخزَّن البيانات في القرص الصلب عشوائيًّا، بمعنى أنه تمكن كتابتها وقراءتها في أي موقع من القرص دون أي تسلسل أو ترتيب.

أهمُّ المزايا في القرص الصلب التي أكسبته هذه الشهرة هي سعته الكبيرة وأداؤه الجيد وسعره المنخفض إذ تزيد السعة التخزينية له عن 2 تيرابايت، وأشهر الشركات المصنعة للقرص الصلب هي Seagate و Toshiba و Western Digital.

عناصر القرص الصلب

المصدر: WikiMedia Commons

يحتوي القرص الصلب على أربعة عناصر أساسيَّة وهي:

الأقراص Platters

هي أقراص دائرية مصنوعة من مادة الألمنيوم أو الزجاج أو السيراميك ومغلَّفة بطبقة من أوكسيد الحديد أو خليط من المعدن القابل للمغنطة لتخزين البيانات عليها، ويليها طبقة رقيقة من الكربون للحماية من الأضرار الناتجة عن رؤوس القراءة الكتابة.

رؤوس القراءة والكتابة Read/Write heads

تتموضع رؤوس القراءة والكتابة فوق الأقراص دون أن تلامس سطحها ويكون لكل قرص رأسا قراءة وكتابة، واحدٌ للسطح العلوي وآخر للسطح السفلي. تكتب هذه الرؤوس البيانات على الطبقة الممغنطة وتقرأ منها، وتُحمل على الأذرع التي تتحرك بواسطة محرك كهربائي.

المحركات الكهربائية

يحتوي القرص الصلب على محركين أحدهما لتحريك رؤوس القراءة والكتابة Actuator والآخر لتدوير الأقراص المتوضعة على محور الدوران Spindle. أمَّا الأول فهو يحرك الذراع وفق قوس دائري على طول نصف قطر القرص وبذلك عندما تدور الأقراص تغطي الرؤوس كامل سطحها، والثاني يدوِّر المحور الذي يحمل جميع الأقراص وفق عددٍ ثابتٍ من الدورات مثل 7200 دورة بالدقيقة (RPM). وتتحكم بهذه المحركات داراتٌ موجودةٌ على اللوحة الإلكترونية.

اللوحة الإلكترونية

هي لوحة دارات مطبوعة PCB تتموضع عليها الدارات التي تتحكم بالمحركات وتحويل الإشارات الداخلة والخارجة، والعناصر الإلكترونية، وذاكرة تخبئة من نوع SRAM (لتخزين البيانات فيها ريثما ترسل إلى الذاكرة الرئيسية أو تكتب على الأقراص نظرًا لوجود فرق شاسع في السرعات)، ومنفذ توصيل البيانات ومنفذ التوصيل بالطاقة.

ملحوظة: يمكن إصلاح أي عطلٍ يحدث في هذه اللوحة فهي ظاهرة في أسفل القرص الصلب بينما لا يمكن الوصول إلى العناصر السابقة لأنها داخل حجرة مفرغة من الهواء وأي محاولة لفتح القرص الصلب أو نزع اللاصق الذي يمنع دخول الهواء المحمل بذرات الغبار إلى الحجرة تؤدي إلى تلف القرص الصلب وتضرر رؤوس القراءة والكتابة، وعملية فتح الحجرة تتطلب محترفين في هذا المجال مع وجود أدوات اختصاصيَّة.

مواصفات القرص الصلب

للقرص الصلب مواصفات متعدِّدة يجب أخذها بعين الاعتبار لأنَّها تؤثر على أدائه وهي:

• زمن الوصول للبيانات: هو الزمن اللازم لتحريك رؤوس القراءة والكتابة إلى موقع البيانات على القرص.
• سرعة الدوران: هي سرعة دوران الأقراص وتقاس بواحدة دورة بالدقيقة RPM‏ (Revolutions Per Minute)، ويتعلق بهذا العامل زمنٌ يدعى "زمن الاستجابة" وهو الزمن اللازم لوضع القطاع المطلوب أسفل رأس القراءة والكتابة، ويكون زمن الاستجابة 4.16 ميلي ثانية لقرص صلب عدد دوراته 7200.
• معدل نقل البيانات: هي كمية البيانات المنتقلة من وإلى القرص الصلب في واحدة الزمن ويتعلق بعدد المسارات والقطاعات وحجم القطاع وسرعة الدوران وزمن الوصول.
• السعة التخزينية.

تهيئة القرص الصلب

لا يستخدم نظام التشغيل والتطبيقات القرص الصلب إلا بعد تهيئته وهذه العملية تقسم إلى ثلاث مراحل.

التهيئة منخفضة المستوى

تجرى هذه التهيئة بواسطة الشركة المصنعة وتدعى "التهيئة الفيزيائية" أو "التهيئة منخفضة المستوى" Low-level formatting فهي تتخاطب مع العتاد وهي هيكلة سطح القرص التي تعتمد عليها رقاقة متحكم القرص في كتابة وقراءة البيانات.

يتألف القرص من سطحين علوي وسفلي وترقَّم الأقراص بدءًا من الرقم 1 بينما ترقم الأوجه بدءًا من الرقم 0 ثمَّ 1 ...إلخ. ويقسَّم السطح وفقًا لما يلي:

• المسارات Tracks: هي مسارات دائرية متحدة المركز تخزَّن ضمنها البيانات، ولكلِّ مسارٍ رقم فالمسار الخارجي رقمه 0 والذي يليه 1 ويتزايد باتجاه الداخل.

• الأسطوانات Cylinders: تتوضع الأقراص فوق بعضها بحيث تكون المسارات فوق بعضها أيضًا وبذلك يتشكل لدينا ما يسمى "الأسطوانة" وهي جميع المسارات الواقعة في المستوي الشاقولي المار بأحد المسارات. ويخزَّن الملف على القرص ضمن الأسطوانة لتقليل حركة رؤوس القراءة والكتابة من وإلى المسارات الأخرى وبذلك تزداد سرعة القراءة والكتابة.

المصدر

• القطاعات Sectors: يقسم المسار إلى آلاف من الأجزاء الصغيرة تدعى "قطاعات" وهي أصغر وحدة تخزينية على القرص الصلب. ولكلِّ قطاع حجم ثابت يكون غالبًا512 بايت ويبدأ ترقيم القطاعات من الرقم 1.

• العناقيد Clusters: تتجمع القطاعات مع بعضها بعضًا لتشكل ما يسمى "العنقود" أو "الوحدة التخصُّصيَّة" والذي يُضبط حجمه أثناء تهيئة القرص الصلب من قبل نظام التشغيل. يكون تخزين الملفات على مستوى العناقيد فإن كان لديك ملف نصي بحجم 1 كيلوبايت وكان حجم العنقود 2 كيلوبايت (4 قطاعات)فإنَّ الملف يحتل كامل مساحة العنقود ويبقى 1 كيلوبايت دون استخدام وقس على ذلك بقية الملفات، لذا تجد عند عرض خصائص الملف حجمين أحدهما حجم الملف الأصلي والآخر الحجم الذي يحتله على القرص الصلب. كلما صغر حجم العنقود قلَّ الهدر في حجم القرص الصلب لذلك يفضل تصغيره إن كانت ملفاتك صغيرة الحجم.

المصدر

التجزئة Partitioning

تتمثّل التجزئة في تقسيم كامل سعة القرص الصلب إلى مناطق أو أجزاء تدعى تجزئات Partitions. يخزِّن القرص الصلب جميع المعلومات عن هذه الأقسام كموقعها (بداية ونهاية القطاع) وحجمها في جدول يدعى جدول التجزئات Partitions table ويقرأه نظام التشغيل أولًا ليُظهر الأقسام الموجودة في ذلك القرص الصلب.

يوجد نظامان لتجزئة وهيكلة القرص الصلب وهما نظام التجزئة MBR‏ (Master Boot Record) الذي يدعم أربع تجزئات أساسيَّة فقط أو ثلاث تجزئات أساسيَّة وتجزئة مُمَدَّدة Extended، ولا يدعم سعة تزيد عن 2 تيرابايت، وهو قديم. ونظام التجزئة GPT‏ (GUID Partition Table) الذي ظهر في منتصف عام 2010 وتدعمه أغلب أنظمة الملفات اليوم، ويفضَّل استخدامه دائمًا.

يوجد نوعان رئيسيان للتجزئات وهما:

1. تجزئة أساسية Primary: تحوي هذه التجزئة نظام ملفات واحد ويُثبَّت عليها نظام التشغيل وملفات الإقلاع.
2. تجزئة مُمَدَّدة Extended: وهي تجزئة يمكن تقسيمها إلى تجزئات فرعية تدعى "تجزئات منطقية" Logical partitions. لا يمكن لقرص صلب أن يحوي أكثر من تجزئة مُمَدَّدة، إلا أنه يمكن استخدامها إلى جانب التجزئات الرئيسية.

المصدر

تجب تجزئة القرص الصلب الجديد لتتمكن من استخدامه، ويوفر نظام التشغيل الكثير من البرامج لإنشاء أقسام جديدة أو التعديل عليها كإعادة ضبط حجمها أو حذفها.

من ميزات تجزئة القرص الصلب عزل نظام التشغيل والبرامج عن الملفات الشخصية (نظام التشغيل على تجزئة، والملفات الشخصية على تجزئة)، وتثبيت أنظمة تشغيل متعددة، وعزل الملفات أو حمايتها فإذا تضررت تجزئة ما فإن الملفات في التجزئات الأخرى تبقى سليمة، وزيادة كفاءة الحاسوب ككل وغيرها. ومن مساوئها تقليل أداء القرص الصلب لأن رؤوس القراءة والكتابة تضطر للانتقال ذهابًا وإيابًا بين التجزئات لقراءة الملفات.

التهيئة عالية المستوى

في هذا النوع من التهيئة يُنشأ نظام الملفات على أقسام القرص الصلب الذي يُستخدم للتحكم بكيفية تخزين واسترجاع وإدارة وتنظيم الملفات على الأقسام. لكل نظام ملفات هيكلة محدَّدة وقواعد منطقية يستعملها لتقسيم الملف ووضعه على القرص وتسميته ثمَّ معرفة عنوانه وإعادة قراءته، وتختلف أنظمة الملفات عن بعضها بالسرعة والمرونة والحماية والحجم التي تدعمه وغيرها من الخصائص.

تستخدم أنظمة التشغيل أنظمة ملفاتٍ متعددة كنظام الملفات NTFS و FAT32 اللذان يدعمهما ويندوز، وأنظمة الملفات من عائلة ext مثل (ext2 و ext3 وext4) و XFS و btrfs التي يدعمها لينكس، ونظام الملفات HFS Plus الذي يدعمه macOS. للمزيد حول مفاهيم التخزين في لينكس اقرأ هذه المقالة.

عند تشغيل برنامج ما على الحاسوب تعمل جميع عناصره مع بعضها كفريق لتشغيل البرنامج وتنفيذ الأوامر، يوجد عنصر في ذلك الفريق له دور مهم في عمل الحاسوب وهو الذاكرةMemory. الجميع يعلم أنَّ حواسيبهم تحوي ذاكرة ولكن هل تعلم ما هي أنواع الذاكرات التي بداخله وكيف تعمل؟ ستتعلم في هذه المقالة مبدأ عمل الذاكرة وأنواعها.

مفهوم الذاكرة ومبدأ عملها

يشير مصطلح الذاكرة إلى إمكانيَّة حفظ وتخزين البيانات والملفات لمدّة من الزمن، ويحوي الحاسوب نوعين رئيسييْن من الذاكرة وهي ذاكرةٌ متطايرةٌ Volatile memory تخزِّن البيانات أثناء عمل الحاسوب فقط وتتلاشى بعد إيقافه مثل ذاكرة الوصول العشوائي RAM‏ (Random Access Memory)، وذاكرةٌ ثابتةٌ (غير متطايرة) Non-volatile memory تحتفظ بالبيانات حتى بعد انقطاع التيار عنها مثل ذاكرة القراءة فقط ROM‏ (Read-Only Memory).

يُخزَّن نظام التشغيل والصور والفيديو والملفات وغيرها تخزينًا دائمًا على القرص الصلب HDD‏ (Hard Drive Disks) الذي يدعى "ذاكرة ثانوية" فالمعالج لا يتعامل معه مباشرةً لبطئه الشديد. وعند تشغيل الحاسوب أو برنامجٍ ما يُنقل نظام التشغيل والبرامج من الذاكرة الثانوية إلى الذاكرة الرئيسية - وهي من نوع RAM‏ - ليعالج إذ إنَّ هذه الذاكرة أسرع بكثير من القرص الصلب.

تتحوَّل جميع البيانات والملفات إلى النظام الثنائي (أصفار وآحاد) لأنَّ عتاد الحاسوب -كما تعلم- يتعامل مع هذا النظام الرقمي فقط أي لا يفهم إلا القيمة 0 أو 1، لذا تتألف الذاكرة من خلايا متجاورة بشكل مصفوفةٍ (أسطر وأعمدة) لها عناوين تخزِّن كلَّ خلية منها القيمة1 بحفظها شحنة كهربائية والقيمة 0 بتفريغها من شحنتها الكهربائية (لا توجد شحنة فيها)، وتختلف طريقة عمل الخلايا وتخزين شحنتها باختلاف نوع الذاكرة. إذا أردت مثلًا تخزين الرقم 55 فيحوله حاسوبك إلى النظام الثنائي ويصبح 110111 الذي يحتاج إلى ست خلايا لتخزينه، هذا يعني أنَّ كلَّ خلية في الذاكرة تخزِّن بتًّا bit واحدًا.

أنواع الذاكرة

سنشرح أهمَّ نوعين في الذاكرة وهما ذاكرة القراة فقط ROM وذاكرة الوصول العشوائي RAM.

ذاكرة القراءة فقط ROM

هي ذاكرةٌ يمكن القراءة منها فقط دون الكتابة أو التعديل عليها، وتُخزِّن الشركة المصنعة محتواها أثناء تصنيعها، وتحتفظ بالبيانات عند انقطاع التيار الكهربائي. تُستخدم لأغراض محدَّدة كتخزين ملفٍّ أو برنامجٍ (مثل برنامج من نوع Firmware) وقراءته دون الحاجة إلى التعديل عليه ومن الأمثلة على هذه الذاكرة هي ذاكرة البيوس. يوجد ثلاثة أنواعٍ لهذه الذاكرة وهي:

الذاكرة القابلة للبرمجة PROM‏

الذاكرة القابلة للبرمجة PROM‏ (Programmable ROM) أو الذاكرة القابلة للبرمجة مرةً واحدةً OTP NVM‏ (One-Time Programmable Non-Volatile Memoty) هي ذاكرةٌ رقميةٌ يكون فيها كل بت مقفلًا بعنصر إلكتروني لا يمكن التعديل عليه. تُكتب البيانات على هذه الذاكرة بعد تصنيعها وتبقى فيها على الدوام دون إمكانية تعديلها أو إزالتها، ولكتابة محتواها توضع في جهاز يدعى "مبرمج PROM". يُستخدم هذا النوع في الأجهزة المحمولة، والمتحكمات المصغَّرة microcontrollers، وغيرها من الأجهزة الإلكترونية.

الذاكرة القابلة لإعادة المسح والبرمجة EPROM

يمكن مسح محتوى هذه الذاكرة EPROM‏ (Erasable Programmable ROM) خلافًا للنوع السابق بتعريض الخلايا للأشعة فوق البنفسجية ثمَّ إعادة الكتابة عليها. تستهلك هذه العملية (المسح وإعادة البرمجة) من عمر الذاكرة وتصل عدد مرات المسح وإعادة البرمجة إلى 1000 مرة. يوجد أعلى الذاكرة فتحةٌ تسمح بمرور الأشعة فوق البنفسجة إلى الخلايا لمسح محتواها دفعةً واحدةً، لذا يجب نزع هذه الذاكرة من اللوحة ووضعها على جهاز البرمجة لبرمجتها مجدَّدًا وغالبا توضع على مقبسٍ لتسهيل نزعها وإعادة تركيبها.

مصدر الصورة

الذاكرة القابلة لإعادة المسح والبرمجة إلكترونيًا EEPROM

تشبه بنية هذه الذاكرة EEPROM‏ (Electrically Erasable Programmable ROM) النوع EPROM باستثناء أنَّ عملية المسح والبرمجة تُجرى إلكترونيًّا أي لا داعي لإزالتها من اللوحة أو الدارة.

مصدر الصورة: Nevit Dilmen عبر WikiMedia Commons.

عملية الكتابة إلى هذه الذاكرة Flashing بطيئة نسبةً إلى عملية القراءة منها، ومن أنواعها:

• الذاكرة EAROM‏ (Electrically alterable ROM): سرعة الكتابة عليها بطيئةٌ جدًا وتحتاج إلى تيارٍ مرتفع (12 فولط)، وتُستخدم كثيرًا للقراءة في الحالات التي تندر فيها الكتابة عليها. وتُستعمل حاليًا مع الذاكرة CMOS عوضًا عن الذاكرة SRAM التي تحتاج إلى تيار لحفظ محتوياتها.
• الذاكرة Flash: تدعى اصطلاحيًّا الذاكرة الومضية وعُرفيًا الذاكرة "فلاش" وتتَّصف بأنَّ سرعة القراءة والكتابة عليها كبيرةٌ مقارنة مع أنواع الذاكرة EEPROM الأخرى، وعمرها طويلٌ إذ تصل عدد مرات الكتابة والمسح إلى المليون مرة (لا تخف من تلف ذاكرتك لكثرة تهيئتها)، وسعتها كبيرة تزيد عن 64 غيغابايت. بدأ استخدامها في مجالات كثيرة لتحل مكان الأنواع السابقة من الذاكرة ROM وأجهزة التخزين الميكانيكية أيضًا مثل القرص الصلب نظرًا لمزاياها الكثيرة. تبين الصورة ذاكرة فلاش على اليسار ومتحكم الذاكرة على اليمين.

مصدر الصورة: Nrbelex عبر Wikimedia Commons.

ذاكرة الوصول العشوائي RAM

هي من نوع الذاكرة المتطايرة التي تفقد محتواها بانقطاع التيار الكهربائي عنها ولكن توجد أنواع ثابتة من هذه الذاكرة طُورت حديثًا لا تفقد محتواها بانقطاع التيار تسمى ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة NVRAM‏ (Non-Volatile RAM). سميت "ذاكرة الوصول العشوائي" نظرًا لإمكانية الوصول إلى أيِّ موقعٍ في هذه الذاكرة مباشرةً بزمنٍ ثابتٍ سواءً الوصول إلى أول أو آخر عنوان في الذاكرة خلافًا لذاكرة الوصول التسلسلي SAM‏ (Serial Access Memory) التي يجب قراءة جميع الخلايا من البداية للوصول إلى آخر خلية. كما أن زمن القراءة والكتابة في هذه الذاكرة متساويان.

توجد أنواع متعدِّدة لهذه الذاكرة منها ما هو قيد التطوير مثل T-RAM و Z-RAM ولكن سنشرح النوعين الأساسيين وهما SRAM والنوع DRAM.

الذاكرة الساكنة SRAM‏ (Static RAM)

هي ذاكرة من النوع المتطاير وسميت ساكنة لتفريقها عن الذاكرة الديناميكية DRAM‏ (Daynamic RAM) التي تحتاج إلى عملية تنشيط لاستمرار حفظ البيانات كما سنرى لاحقًا.

تتألف الخلية الواحدة عادةً من ستة ترانزستورات ويمكن أن تتراوح بين 4 إلى 10 ترانزستورات من نوع MOSFET لحفظ بت واحد (0 أو 1)، وتحتفظ الخلايا بشحنتها بدوام وجود التيار ما لم يُمح محتواها أو يُعدَّل عليها.

توضح الصورة خلية واحدة مؤلفة من 6 ترانزستورات.

مزايا هذه الذاكرة:

• الاستهلاك القليل للطاقة.
• لا تحتاج إلى دارة تنشيط للخلايا.
• السرعة الكبيرة في القراءة والكتابة.

ومساوئها تتلخص بما يلي:

• ثمنها المرتفع.
• التناسب الطردي بين السعة والحجم، فكلما زادت سعتها زاد حجمها.

تُستعمل على نطاق واسع في الأجهزة المحمولة، والكاميرات الرقمية، والحاسوب للتخبئة Caching في المعالج وكذاكرة تخزين مؤقت في القرص الصلب وغيرها.

تصنف هذه الذاكرة بحسب نوع الترانزستورات في الخلية أو كونها متطاير أم ثابتة، التي تسمى الذاكرة الساكنة غير المتطايرة nvSRAM، أو بحسب أدائها.

الذاكرة الديناميكية DRAM‏ (Daynamic RAM)

هي ذاكرة متطايرة تتألف الخلية فيها من مكثف وترانزستور، وعندما تكون شحنة المكثف موجبة تأخذ الخلية القيمة 1 وعندما تكون سالبة تأخذ القيمة 0.

لمَّا كان الترانزستور هو شبه ناقل فإنه يسرِّب جزءًا من شحنة المكثِّف التي تتلاشى في النهاية وحينئذٍ تفقد الخلية شحنتها وبالتالي تفقد الذاكرة بياناتها لذا يعاد تجديد شحنة المكثفات خلال فترات منتظمة وتدعى هذه العملية "إعادة تنشيط الذاكرة" ولهذا السبب سميت "ديناميكية". ولا يمكن أثناء عملية التنشيط القراءة أو الكتابة من الذاكرة الأمر الذي يبطئ من سرعتها.

مزايا هذه الذاكرة هي:

• رخيصة الثمن.
• بساطة بنيتها (ترانزستور ومكثف لكلِّ خليَّة).
• سعتها الكبيرة وصغر حجمها.

ومن مساوئها:

• الاستهلاك الكبير للطاقة.
• الحاجة إلى تنشيط خلاياها لدوام حفظ محتواها.
• بطيئة بالموازنة مع الذاكرة SRAM.

تُستخدم ذاكرة رئيسية في الحاسوب (يشار إليها دائمًا "RAM") وذاكرة رسومية Graphics memory في بطاقة العرض.

يوجد نوعان للذاكر ة DRAM وهما:

الذاكرة الديناميكية غير المتزامنة ADRAM‏ (Asynchronous DRAM)

يكون تردُّد هذه الذاكرة مختلفًا عن تردُّد الناقل الأمامي FSB واستُخدمت قديمًا ذاكرة رئيسية في الحاسوب، ومن أنواعها FPM ADRAM‏ (Fast Page Mode ADRAM) والنوع EDO ADRAM‏ (Extended Data Out ADRAM).

الذاكرة الديناميكية المتزامنة SDRAM‏ (Synchronous DRAM)

يكون تردُّد هذه الذاكرة متزامنًا مع تردُّد الناقل الأمامي FSB للوحة الأم إذ يتزايد بذلك معدَّل سرعة نقل البيانات، وتُستخدم ذاكرة رئيسية في الحواسيب. ولهذه الذاكرة أنواع متعددة وهي:

• SDR SDRAM ‏(Single Data rate): هي أول جيل من ذاكرات SDRAM حيث حلَّت مكان الذاكرة BEDO-ADRAM الأحدث من نوع ADRAM. وهي قديمةٌ وبطيئةٌ جدًا (تنقل كلمة واحدة كلَّ نبضة) ومحالٌ أن تراها إلا في الصور، وقيمة الجهد الكهربائي لها هو 3.3 فولط.
• DDR SDR ‏(Doual Data Rate): صدرت عام 2000 وتدعى أيضًا DDR1 وتتمايز بعرض نطاقٍ Bandwidth مضاعف لناقل البيانات وسرعة نقل كبيرة، وهي قديمة.
• DDR2 SDRAM: صدرت عام 2003 وتصل سرعتها إلى ضعف سرعة DDR مع استهلاك أقل للطاقة.
• DDR3 SDRAM: صدرت عام 2007 وهي أيضًا أسرع من DDR2 وأقلُّ استهلاكًا للطاقة، ويوضح الجدول التالي أنواعها.

معدل النقل = معدل البيانات x عرض ناقل الذاكرة (8 بايت أي 64 بت)، وتردُّد الذاكرة هو مقلوب زمن الدورة مع مراعاة الواحدات.

• DDR4 SDRAM: صدرت عام 2014 وهي سريعةٌ جدًا وتعمل بجهدٍ منخفض، ويوضح الجدول أنواعها.

• DDR5 SDRAM: أعلنت شركة JEDEC في شهر آذار من هذا العام أنَّ هذه الذاكرة قيد التطوير وستصدر العام القادم 2018.

ملحوظة: بعض الشركات لا تسمي الذاكرة باسمها القياسي مثل DDR4-xxx بل تستخدم الاسم PC4-xxxx حيث يشير الرقم في الاسم الأول إلى معدَّل البيانات أما الثاني فيشير إلى معدَّل النقل.

تنبيه: إذا أردت شراء ذاكرتين لحاسبك أو أردت شراء ذاكرةٍ جديدةٍ لإضافتها إلى ذاكرة حاسوبك فانتبه إلى توافق التردُّد بين الذاكرتين أي إذا كان لديك ذاكرة DD3-1600 فاشتر ذاكرة أخرى ذات النوع DD3-1600 فإن لم تكن الذاكرتان بالتردد نفسه فلن يعمل الحاسوب، وانتبه أيضًا إلى التوافق مع تردد الناقل الأمامي في اللوحة الأم.

عامل الشكل

تركَّب الذاكرة ضمن شقوق التوسعة على اللوحة الأم وتتألف من لوحة دارات مطبوعة PCB عليها عددٌ من الرقاقات التي تحوي الخلايا بداخلها (الترانزستورات والمكثفات)، وتحدِّد عوامل الشكل عدد الرقاقات ومكان توضُّعها وشكل تعليب الذاكرة وتُستخدم غالبًا مع الذاكرة DRAM، وأشهر عوامل الشكل المستخدمة هي:

SIMM‏ (Single In-line Memory Module)

عرض ناقل البيانات في هذا التعليب إمَّا 8 بت (30‎-pin SIMM) وبذلك تكون السعة العظمى للذاكرة هي 16 ميغابايت أو 32 بت (72‎-pin SIMM) الذي تكون فيه السعة العظمة للذاكرة هي 128 ميغابايت. واستُخدم هذا العامل في ثمانينات القرن الماضي وحتى عقدٍ من الزمن إذ حلَّ مكانه العامل DIMM.

DIMM‏ (Dual In-line Memory Module)

هو الأكثر شهرة في الحواسيب المكتبية ويتراوح عدد الرقاقات على الذاكرة بين 4 إلى 9 وتختلف وظيفة التماسات في الوجه الأول للذاكرة عن وظيفة التماسات في الوجه الآخر مما يضاعف عدد التماسات. توضح الصورة الفرق بين أنواع الذاكرة SDRAM ذات عامل الشكل DIMM.

مصدر الصورة: Cmuelle8 عبر WikiMedia Commons.

SO-DIMM‏ (Small Outline DIMM)

هو أصغر من العامل DIMM حيث يصل إلى نصف حجمه ويُستخدم في الأنظمة ذات المساحات المحدودة مثل الحواسيب المحمولة أو الطابعات المكتبية أو الأجهزة الشبكية ...إلخ. توضح الصورة الفرق بين أنواع الذاكرة SDRAM.

مصدر الصورة عبر WikiMedia Commons.

MicroDIMM

عامل الشكل هذا أصغر حجمًا من SO-DIMM ويُستخدم في الأجهزة الإلكترونية ذات المساحة الصغيرة كالحواسيب المحمولة الصغيرة.

يبين الجدول التالي عدد التماسات لعوامل الشكل DIMM و SODIMM و MicroDIM مع أنواع الذاكرة SDRAM.

ملحوظة: في امتحان compTIA A+ 220-901 توجد أسئلةٌ عن أنواع الذواكر بالتفصيل حتى عن الأرقام في الجداول السابقة (تردد الذاكرة ومعدَّل نقل البيانات وعدد التماسات ...إلخ).

الخلاصة

تعلمنا في هذا الدرس مبدأ عمل الذاكرة الرقمية وأنواعها وأصبحت الآن قادرًا على التمييز بين مختلف أنواع الذواكر ومزاياها، وإن كان لديك حاسوب ٌمكتبي فلا تتردَّد بنزع الذاكرة وفحص نوعها وعامل شكلها.

المصادر

1. Static rando-access memory، ويكيبيديا.
2. Computer memory :Chris Woodford،‏ Explain that stuff.
3. Read-only memory، ويكيبيديا.
4. Programmable read-only memory، ويكيبيديا.
5. EPROM، ويكيبيديا.
6. EEPROM، ويكيبيديا.
7. Dynamic random-access memory، ويكيبيديا.
8. Synchronous dynamic random-access memory، ويكيبيديا.
9. DDR SDRAM، ويكيبيديا.
10. DDR2 SDRAM، ويكيبيديا.
11. DDR3 SDRAM، ويكيبيديا.
12. DDR4 SDRAM، ويكيبيديا.
13. DIMM، ويكيبيديا.
14. SO-DIMM، ويكيبيديا.

يعدّ المعالج Processor ويُسمى وحدة المعالجة المركزية CPU ‏(Central Processing Unit) أو المعالج المصغَّر Microprocessor أهمَّ مكونات الحاسوب فبدونه لا يوجد حاسوب، وهو دارة إلكترونية تنفِّذ التعليمات وتعالج البيانات باستخدام عمليات الحساب والمنطق.

معالج Intel 80486DX2. نشرت الصورة في ويكيبيديا برخصة المشاع الإبداعي BY-SA

تغيَّر تصميم المعالج وشكله كثيرًا عبر العقود الأخيرة ولكنّ عمله الأساسي بقي ثابتًا. المعالجات الحديثة هذه الأيام هي معالجات مصغَّرة أي أنّ جميع مكونات وعناصر المعالج تتواجد في دارة متكاملة IC واحدة وقد تحتوي هذه الدارة على عناصر إضافية كذاكرة ومُتحكمات Microcontrollers وغيرها.
يُصنع المعالج من عناصر إلكترونيَّة تدعى أشباه نواقل وهي الترانزستورات حيث يحتوي على الملايين منها، والمزايا التي تضيفها الترانزستورات للمعالج هي الدقة والاستهلاك الأقل للطاقة والسرعة العالية.

مكونات المعالج

يتألف المعالج من مكونات عدَّة أهمها هي:

وحدة التحكم Control Unit

هي دارة رقمية تتحكم بتوجيه جميع الأوامر والبيانات لمعالجتها فهي لا تنفِّذ أو تعالج البيانات وإنما تتخاطب مع الذاكرة ووحدة الحساب والمنطق وأجهزة الإدخال والإخراج وتنسِّق فيما بينها لتنفيذ الأوامر لذا نجد أن وحدة التحكم تدير وتنظِّم أغلب أجهزة الحاسوب. وتتحكم أيضا بكمية البيانات المنتقلة بين المعالج وجميع العناصر والأجهزة، وبتدفق البيانات داخل المعالج، وبتنظيم عمل الوحدات الأخرى الموجودة داخله.

وحدة الحساب والمنطق ALU ‏(Arithmetic Logic Unit)

هي دارة رقمية مسؤولة عن تنفيذ ومعالجة البيانات عبر إجراء العمليات الحسابية والمنطقية، والعملية الحسابية المستخدمة هي الجمع فقط أما بقية العمليات يمكن مكافأتها وتحويلها إلى عملية الجمع.
تأتي البيانات من الذاكرة إلى المعالج لتعالج ضمن هذه الوحدة ثم تعاد إلى الذاكرة أو تخزَّن مؤقتًا في السجلّات Registers وهي ذاكرة سريعة جدًا.

وحدة التحكم بالذاكرة MMC ‏(Memory Management Unit)

تحوي المعالجات غالية الثمن وحدة التحكم بالذاكرة التي وظيفتها تحويل العناوين المنطقية إلى عناوين الذاكرة الفيزيائية RAM، وتأمين حماية الذاكرة، ونقل البيانات إلى جهاز تخزين ثانوي (كالقرص الصلب) وإحضارها منه، ولها فائدة كبيرة عند استخدام الذاكرة الافتراضية Virtual memory. قد لا تحتوي المعالجات البسيطة أو المكتبية على هذه الوحدة.

عامل الشكل

يصف عامل الشكل Form factor شكل المعالج الخارجي ونوع المقبس الذي يركَّب عليه، وأشهر عوامل الشكل هي:

LGA

هي تقنية لتعليب المعالج والدارات وتدعىLGA‏ (Land Grid Array) حيث يزوَّد أسفل المعالج بشبكة من تماسات صغيرة تتصل مع اللوحة الأم، ويركَّب هذا النوع على المقبس أو يُلحم مباشرة على اللوحة. ومن المعالجات التي تستخدم هذا العامل هي “Intel Pentium 4” و “Intel Xeon” و “Intel Core 2” و “Intel Core” و “AMD Opteron” إذ تستخدمه معالجات Intel الحديثة خلافًا لمعالجات AMD التي تستخدم التصميم PGA بكثرة.

المعالج Pentium 4 بتعليب LGA 775. نشرت الصورة برخصة المشاع الإبداعيBY-SA لصاحبها Eric Gaba

أشهر المقابس التي تدعم عامل الشكل LGA هي مقبس “LGA 775”، الذي تستخدمه جميع المعالجات من نوع “Intel Pentium D” و “Core 2”، والمقبس “LGA 1150”، ويشير الرقم 775 والرقم 1150 إلى عدد الأرجل الموجودة على المقبس.

PGA

المعالج Pentium 4 بتعليب PGA. نشرت هذه الصورة برخصة المشاع الإبداعي BY-SA لصاحبها Liam McSherry

هي تقنية لتعليب المعالج والدارات وتسمى PGA ‏(Pin Grid Array) ويكون شكل المعالج مربعًا أو مستطيلًا وتوزَّع الأرجل أسفل المعالج بانتظام ولا تغطي كامل مساحته، ويركب هذا النوع على اللوحة عبر ثقوبٍ موجودةٍ عليها أو عبر مقبس، وله أنواع كثيرة وهي:

• FC-PGA ‏(Flip-Chip PGA): صمَّمت شركة Intel هذا النوع مع معالجات “Pentium III” و “Celeron” و “Pentium 4” التي تستخدم المقابس:
  • “Socket 370
  • Socket 478
• SPGA‏ (Staggered PGA): يُستخدم مع معالجات Intel والمقابس التي تدعمه هي:
  • Socket 5
  • Socket 7
  • Socket 8
• CPGA‏ (Ceramic PGA): تستخدم الدارات المتكاملة هذا التصميم بكثرة، وبعض المعالجات التي تستخدمه هي معالجات “AMD Athlon” و “AMD Buron” والمقابس هي:
  • Socket A
  • Socket AM2
  • Socket AM2+‎
• OPGA‏ (Organic PGA): يُستعمل مع الدارات المتكاملة والمعالجات، وابتكرته بدايةً شركة AMD مع المعالج “Athlon XP”، والمقابس المستخدمة هي:
  • Socket A
  • Socket 754
  • Socket 939
  • Socket 940
  • Socket FM1
  • Socket FM2
  • Socket AM2
  • Socket AM2+‎
  • Socket AM3
  • Socket AM3+‎
  • Socket AM4

SECC

تدعى هذه التقنية Single Edge Contact Cartridge وتعرف أيضًا Slot 1 واستخدمت مع المعالج “Intel Pentium II” والمعالج “Intel Pentium III”.

ذاكرة التخبئة Cache memory

هي ذاكرة سريعة وصغيرة جدًا من نوع SRAM تتموضع داخل المعالج أو على اللوحة الأم. تُستخدَم لتقليل الزمن والطاقة اللازميْن للوصول إلى البيانات الموجودة في الذاكرة الرئيسية (ذاكرة الوصول العشوائي RAM) إذ تُخزَّن عليها البيانات متكررة الاستخدام بدلًا من إعادتها إلى الذاكرة ثم إحضارها من جديد. سرعة المعالج عالية جدًا بالمقارنة مع الذاكرة الرئيسية لذا سيحصل الكثير من الهدر في الوقت اللازم لانتقال المعلومات الموجودة في الذاكرة إلى المعالج حال عدم وجود ذاكرة التخبئة.

نموذج توضيحي يبين الفرق بين سرعة معالجة البيانات عند استخدام ذاكرة التخبئة وسرعتها بدونها. المصدر: extremetech.com

تحوي المعالجات أنواعًا متعددةً من هذه الذاكرة منها ذاكرة تخبئة للتعليمات وأخرى للبيانات التي تُقسم إلى مستويات عدَّة.

أنواع ذاكرة التخبئة

تحوي الحواسيب الحديثة والخواديم ثلاثة أنواع من ذاكرة التخبئة وهي:

• ذاكرة تخبئة التعليمات Instruction cache: تزيد من سرعة جلب التعليمات وتنفيذها.
• ذاكرة تخبئة البيانات Data cache: تزيد من سرعة الحصول على البيانات من الذاكرة الرئيسية أو كتابة البيانات عليها لإعادتها إلى الذاكرة الرئيسية، وتقسم إلى مستويات وهي:
  1. المستوى الأول L1: هي ذاكرة سريعة جدًا مع سعة تخزينية صغيرة (8 – 128 كيلوبايت) تُدمج مع المعالج، وغالبًا يكون لكل نواة ذاكرة L1 منفصلة.
  2. المستوى الثاني L2: هي أبطأ سرعةً من L1 ولكن سعتها أكبر (64 كيلوبايت – 16 ميغابايت) وتُدمج مع المعالج وقد يكون لكل نواة ذاكرة منفصلة أو تشترك جميع النوى في المعالج بذاكرة L2 واحدة.
  3. المستوى الثالث L3: أبطأ من سابقتها (تكون سرعتها من مضاعفات سرعة الذاكرة الرئيسية) وأكبر سعةً (4 – 128 ميغابايت) وغالبًا تشترك جميع النوى بذاكرة L3 واحدة.
  4. المستوى الرابع L4: يندر استخدامها وتوجد على رقاقة منفصلة وسعتها أكبر من 512 ميغابايت.
• ذاكرة التخبئة من نوع TLB‏ (Translation Look-aside buffer): وظيفتها تسريع عملية تحويل العناوين الافتراضية إلى عناوين فيزيائية للتعليمات والبيانات. يمكن أن توجد ذاكرة منفصلة للتعليمات وتدعى ITLB‏ (Instruction TLB) وذاكرة منفصلة للبيانات أيضًا وتدعى DTLB‏ (Data TLB)، وتكون هذه الذاكرة جزءًا من وحدة التحكم بالذاكرة MMC.

آلية العمل مع المعالج

تنتقل البيانات المراد معالجتها بين الذاكرة الرئيسية وذاكرة التخبئة ككتل ثابتة الحجم Cache blocks وعندما يريد المعالج القراءة من الذاكرة الرئيسية أو الكتابة عليها يتحقق أولًا من وجود نسخة من البيانات في ذاكرة التخبئة. إن وجد المعالج تلك البيانات فإنه يقرأها مباشرةً من ذاكرة التخبئة ثم يخزِّن الناتج فيها وهذه العملية أسرع بكثير من القراءة من الذاكرة الرئيسية.
عندما يطلب المعالج البيانات من ذاكرة التخبئة فإنه يطلبها أولًا من الذاكرة L1 فإن لم يجدها يطلبها من الذاكرة L2 فإن لم يجدها يبحث عنها في الذاكرة L3 فإن وجدها أخذها للمعالجة وإن لم يجدها يُرسِلُ إلى الذاكرة لإحضار تلك البيانات.
إن لم يجد المعالج البيانات في ذاكرة التخبئة فإن هذه الذاكرة تطلب نسخةً من البيانات من الذاكرة الرئيسية التي بدورها ترسل نسخة من البيانات إليها وحينئذ يقرأ المعالج تلك البيانات. تُرسَلُ البيانات بعد الانتهاء من معالجتها إلى ذاكرة التخبئة ومنها تعاد إلى الذاكرة الرئيسية؛ أمَّا إن كان المعالج يحتاج تلك البيانات مرارًا وتكرارًا فإنها تبقى فيها ريثما ينتهي المعالج منها.

المعالجات متعدِّدة النوى

المعالج متعدِّد النوى هو معالج واحد يحتوى على وحدات معالجة مستقلة تدعى كل واحدة منها “نواة” Core. يمكن للمعالج متعدد النوى معالجة العديد من التعليمات في الوقت نفسه ممَّا يزيد من سرعته.
قد تتشارك النوى ذاكرة تخبئة مع بعضها و قد تنفرد كل نواة بمستوى واحد أو أكثر من ذاكرة التخبئة، توضح الصورة بنية معالج ثنائي النوى تنفرد كل نواة فيه بذاكرة L1 وتشترك النواتان بذاكرة L2.

تستطيع بعض المعالجات محاكاة عمل نواتين من نواة واحدة فيزيائيَّة وتدعى هذه التقنية HT‏ (Hyper Threading) التي طورتها شركة Intel على معالجاتها. هذا يعني أنَّه إذا كان المعالج رباعي النوى ويدعم هذه التقنية فإنه يعمل وكأنه ثماني النوى، وبالتأكيد لا يتساوى هذا المعالج مع نظيره الذي يحوي ثماني نوى فيزيائيَّة في الأداء.

المصدر: GetHow.org

سرعة النبضات Clock speed

يشير هذا المصطلح إلى التردد Frequency أو سرعة المعالج وتقاس بالهيرتز Hz (عدد النبضات بالثانية)، أي عدد التعليمات التي تعالج بالثانية، وتقاس سرعة المعالج حاليًا بواحدة غيغاهيرتز GHz. فالمعالج الذي سرعته 1 هيرتز مثلًا يستطيع معالجة أمر واحد في الثانية، والمعالج الذي سرعته 3 غيغاهيرتز يستطيع معالجة 3 بليون أمر في الثانية.

بنية المعالج 32 بت و64 بت

تؤثِّر البنية المعمارية للمعالج فيما إذا كانت 32 بت أو 64 بت على أدائه وتحدِّد نوع نظام التشغيل والبرامج المستخدمة معه، ولكن ما هو الفرق بينهما؟ الفرق بين المعالج 32 بت والمعالج 64 هو:

• حجم الكلمة المعالجة كلَّ نبضة: يستطيع المعالج 32 بت معالجة البيانات ذات الحجم 32 بت والمعالج 64 بت يعالج البيانات ذات الحجم 64 بت في كلِّ نبضة ولذلك تأثيرٌ على كمية البيانات المعالجة.
• عرض ناقل العناوين Address bus: (شرحناه في درس اللوحة الأم) إذ يحدِّد حجم الذاكرة الأعظمي الذي يستطيع المعالج التعامل معها فالمعالجات 32 بت يكون عرض ناقل العناوين 32 بت وتستطيع التعامل مع ذاكرة سعتها 4 غيغابايت كأقصى حد، أمَّا معالجات64 بت يكون عرض الناقل 64 بت وسعة الذاكرة التي تستطيع التعامل معها كبيرة.

انتبه إلى التوافق بين نظام التشغيل والبرامج وبين بنية المعالج فإن استخدمت نظام تشغيل أو برامج ذات 32 بت مع معالج 64 بت لن تستثمر كامل كفاءة المعالج وخصوصًا إن كان البرنامج المستخدم هو للرسم والتصميم ثلاثي الأبعاد.
ملاحظة: نظام تشغيل 64 بت لا يعمل مطلقًا مع معالج من نوع 32 بت.

الشركات المصنِّعة

توجد في مجال تصنيع معالجات الحواسيب شركتان متنافستان وهما Intel و AMD وتطرح كل شركةٍ إصدارات عديدة من المعالجات. تقسَّم معالجات Intel إلى أجيال (الجيل الأول والثاني والثالث …إلخ.) ومعالج Core i7-7700K ذو الجيل السابع هو الأحدث إلى الآن أمَّا أحدث معالج منAMD هو معالج Ryzen 7 1800X.
قد تسأل هل معالجات Intel أفضل أم معالجات AMD وماذا اختار عند شراء حاسوب جديد؟
الجواب على هذا السؤال يحتاج إلى مقالة أخرى للبحث والتمحيص عن الفروق والاختلافات بين معالجات الشركتين، وباختصار يمكن أن تكون معالجات AMD أرخص أو أكثر مرونة لكسر سرعتها من معالجات Intel أو قد تكون معالجات Intel أفضل للألعاب ولا تُصدر الكثير من الحرارة ولكن ذلك لا ينطبق على جميع المعالجات.
نقطة أخيرة أحببت أن أوضحها وهي أنَّك قد تجد خلال بحثك عن الفرق بين المعالجات أولئك المتعصبين لشركة Intel أو AMD الذين يرون محاسن ومزايا معالج تلك الشركة دون الأخرى وإذا سألتهم ماذا أختار فيرشدونك مباشرة لشركتهم المفضلة.
ابحث بنفسك واقرأ جميع المواصفات والمزايا ثم قرر بناءً على ذلك أي نوع من المعالجات هو الأفضل والأنسب.

شراء وتركيب المعالج على اللوحة الأم

يجب قبل شراء معالج جديد مراعاة جميع الأمور السابقة وليس التركيز على السرعة فقط، ولا تنسَ أيضًا التوافق مع اللوحة الأم (تردد الناقل الأمامي FSB ومعامل الضرب ونوع المقبس) لاستثمار كامل ثمن المعالج الذي دفعته.

انتبه عند تركيب المعالج إلى وجود بعض العلامات التي تساعد على تركيبه منها وجود سهمٍ في أحد زوايا المعالج يقابله سهمٌ يشبهه على المقبس أو وجود بعض النتوءات على المقبس التي تدلك على الطريقة الصحيحة لتركيب المعالج. وحذار من استخدام العنف أثناء تركيب المعالج خصوصًا مع معالجات من نوع PGA فأي حركة خاطئة تؤدي إلى كسر أحد أرجله وتعطل المعالج أو المقبس.

تبريد بالسائل. المصدر asetek.com

تُركَّب فوق المعالج أداة التبريد المناسبة له بعد تركيبه على المقبس وإمَّا أن يكون نظام التبريد مروحة مع مشتتٍ حراريٍ، ولا تنسَ في هذه الحالة إضافة القليل من معجونة التبريد التي تحسِّن من انتقال الحرارة من سطح المعالج إلى المشتت، أو التبريد عبر السوائل أو التبريد الغازي.

الخلاصة

تعلمنا في هذا الدرس أشياء كثيرة حول المعالج وهي غيض من فيض ولكنها كافية لفهم مبدأ المعالج ومكوناته ومواصفاته.

المصادر

1. Control unit، ويكيبيديا.
2. SECC،‏ Computer Hope.
3. Pin Grid Array، ويكيبيديا.
4. Land Grid Array، ويكيبيديا
5. وحدة الحساب والمنطق، ويكيبيديا.
6. ALU،‏ Computer Hope.
7. Central processing unit، ويكيبيديا.
8. وحدة معالجة مركزية، ويكيبيديا.
9. Cache memory، ويكيبيديا.
10. CPU cache، ويكيبيديا.
11. Multi-core processor، ويكيبيديا.
12. What Is a CPU?‎،‏ Lifewire.
13. What is the difference between a 32-bit and 64-bit CPU?‎،‏ Computer Hope.

تحدَّثنا في الدرس السابق عن عامل الشكل وبعض عناصر اللوحة الأم وسنكمل في هذا الدرس بقية العناصر وسنذكر نقاطًا مهمَّة حول كيفية اختيار اللوحة الأم المناسبة أثناء شراء وتجميع الحاسوب المكتبي.

عناصر لوحة الأم

سنكمل بقية العناصر والمنافذ في اللوحة الأم وهي:

البيوس BIOS

يشير المصطلح BIOS‏ (Basic Input/Output System) إلى نظام الإدخال والإخراج الأساسي وهو من نوع "Firmware" أي هو برنامج يتحكَّم بالعتاد Hardware وموجود على رقاقة إلكترونيَّة ووظيفته تهيئة وتجهيز العتاد أثناء عملية إقلاع الحاسوب Booting، وهو أول برنامج يعمل عند بدء التشغيل.

(بيوس 686 من شركة American Megatrends. نشرت برخصة المشاع الإبداعي BY-SA عبر Wikimedia لصاحبها Raimond Spekking)

يُقسم البيوس إلى قسمين الأول هو ذاكرة للقراءة فقط ROM ‏(Read Only Memory) أي غير قابلة للتعديل يُخزَّن عليها البرنامج، والقسم الآخر ذاكرة من نوع SRAM تدعى CMOS ‏(complementary metal-oxide-semiconductor) تُخزِّن التعديلات التي نجريها أثناء ضبط إعدادات البيوس، وتتطلب الذاكرة CMOS تيارًا لدوام حفظ تلك الإعدادات لذا توجد بطارية صغيرة على اللوحة الأم تغذي هذه الذاكرة وتدعى بطارية CMOS وهي من نوع CR2032. وأهمِّ الشركات المصنعة للبيوس Award و American Megatrends و Phoenix.

عملية الإقلاع

المهمة الأساسية للبيوس هي بدء إقلاع الحاسوب وتجهيز العتاد وذلك عبر عملية تدعى POST ‏(Power-On Self-Test) التي تفحص جميع عتاد الحاسوب وتتعرف عليه وتُهيِّئه للعمل كالمعالج والذاكرة وبطاقة العرض ولوحة المفاتيح ...إلخ. ثم يستلم "محمِّل الإقلاع" Boot Loader زمام الأمور للبدء بأول نظام تشغيل يجده على أجهزة التخزين كالقرص الصلب وذلك إن لم يوجد أي خطإ أو عطل في أحد المكونات الأساسيَّة لعمل الحاسوب، وحال وجود خطإ ما يُرسَل رمز به ليُعرض على الشاشة إن أمكن ذلك وتُصدر تنبيهات صوتية بهذا الخطأ أيضًا (لكلِّ خطأ تنبيه صوتي) عبر مكبر الصوت الموصول باللوحة الأم Speaker وتتوقف عملية الإقلاع، والفائدة من الصوت والرمز هي معرفة العطل مباشرةً وإصلاحه ولكلِّ شركة مصنِّعة للبيوس رموز للخطأ خاصة بها.

يمكن التحكم بعملية الإقلاع باختيار جهازمحدد للإقلاع منه بعد الانتهاء من العملية POST بسلام عبر خيار "أولوية الإقلاع" Boot priority من إعدادات البيوس أو بالضغط على زر معين (يظهر اسم الزر أسفل الشاشة لفترة قصيرة عند التشغيل) مثل F12 أو ESC عند تشغيل الحاسوب لتحديد الجهاز الذي تريد الإقلاع منه كالسواقة الليزرية أو أجهزة قابلة للإزالة (ذاكرة فلاش) أو عبر الشبكة.

إعدادات البيوس

(حقوق الصورة لـAward Software International Inc)

يمكن الدخول إلى إعدادات البيوس بضغط الزر DEL مثلا أو مجموعة من الأزرار منها ALT + CTRL + DEL، ويظهر اسم هذا الزر لمدة قصيرة أثناء الإقلاع في أسفل الشاشة مثل "Press F1 to enter CMOS setup"، وتتضمن هذه الإعدادات ما يلي:

• ضبط إعدادات جميع عناصر العتاد كتغيير وضع التشغيل أو التردد Frequency لأحد العناصر (يمكن كسر سرعة المعالج عبر زيادة التردد للناقل الأمامي FSB أو تغيير معامل الضرب).
• ضبط ساعة النظام.
• تشغيل أو تعطيل مكونات العتاد (كإيقاف بعض المنافذ مثل منفذ USB أو تعطيل بطاقة الصوت المدمجة).
• ترتيب أولوية الإقلاع (كالإقلاع من السواقة الليزرية أولًا ثم القرص الصلب ثانيًا).
• إضافة كلمات مرور لحماية إعدادات البيوس من الغرباء والقراصنة عبر منعهم من العبث بها أو تغيير عملية الإقلاع للدخول إلى حاسوبك واختراقه، ولحماية القرص الصلب أيضا بكلمة مرور لمنع الوصول إلى الملفات إن سُرق.
• التحكم بمراوح التشغيل الموصولة باللوحة الأم كزيادة أو إنقاص السرعة.

إعادة البرمجة

يمكن في الحواسيب الحديثة إعادة برمجة البيوس عبر مسح محتواه ثم كتابة محتوى جديد وتدعى هذه العملية "Flashing" ونلجأ لها لتحسين الأداء عبر تحديث الإصدار الحالي أو لدعم أجهزة جديدة لا يدعمها الإصدار الحالي (حالة عدم التوافق بين المكون الجديد واللوحة الأم) أو إن تلف برنامج البيوس.

نوع الذاكرة المستخدمة حديثًا هي EEPROM أي الذاكرة القابلة للمسح والبرمجة إلكترونيًا باستخدام برامج تعمل على نظام التشغيل تزودها الشركة الصانعة كبرنامج ‎@BIOS للوحات أم من نوع Gigabyte.

تُمكن برمجة البيوس أيضا عبر إعداداتها من خيار Flash BIOS، توفر شركة ASUS هذه الميزة مع لوحاتها الأم وتسمى "EZ Flash" وتجدها في الإعدادات المتقدمة، وللعمل بهذه الطريقة يجب تنزيل إصدار البيوس للوحتك الأم من موقع الشركة المصنِّعة ووضعه على ذاكرة فلاش مثلًا ثم الدخول إلى تلك الأداة (Flash BIOS) وتحديد موقع الملف لتحديث إصدار البيوس.

ملحوظة: قد تكون ذاكرة البيوس من نوع EPROM وهذه لا يمكن برمجتها إلكترونيًّا ولكن عبر جهاز يستخدمه مهندسو الإلكترونيات كثيرًا ويسمونه "مبرمجة" حيث نضع البيوس عليه بعد إزالتها من اللوحة الأم ونصله بالحاسوب ونبدأ بعملية البرمجة. وهذا النوع نَدُر استخدامه ويُحتمل أن تصادفه في حياتك العملية.

النظام UEFI بديلًا عن البيوس

تراجع النظام بيوس في بداية عام 2011 لصالح نظام جديد يدعى UEFI ‏(Unified Extensible Firmware Interface)، الذي طورته شركة Intel عام 2005 حيث سمي آنذاك EFI، وهو أكثر تعقيدًا من البيوس ويمتاز عنه بأنَّه يدعم سعةً أكبر للقرص الصلب تزيد عن 2.2 تيرابايت ويصل إلى 9.4 زيتابايت، التي تساوي 1024x1024x1024 غيغابايت، ويدعم جدول الأقسام GPT ‏(GUID Partition Table) وهو طريقة هيكلة وتقسيم القرص الصلب بدلًا من جدول الأقسام MBR ‏(Master Boot Record) الذي لا يسمح بتقسيم القرص الصلب أكثر من 4 أقسام رئيسية Primary، ومن المزايا أيضًا سرعة الإقلاع والواجهة الرسومية والأمان الكبير ودعم عدد كثير من أجهزة الإقلاع، كما يحوي على صدفة UEFI Shell توفر سطر أوامر للوصول إلى العديد من الخدمات عبر كتابة الأوامر فيه.

الرقاقة ITE والرقاقة Winbond

هما من أشهر أنواع الدارات المتكاملة التي تتحكم بوحدات الإدخال Input والإخراج Output والتي تدعى super I/O controller.

صُمِّمت super I/O عام 1980 وكانت وظيفتها التحكم بشق التوسعة ISA وعندما انعدم استخدامه طُورت لتشمل وظيفتها التحكم بالأجهزة البطيئة كالقرص المرن Floppy disk والمنفذ المتوازي Parallel port -الذي يُستخدم مع الطابعات- والفأرة ولوحة المفاتيح، التي توصل بمنفذ PS/2. وبعض الرقاقات تقيس درجة الحرارة وتتحكم بسرعة المراوح الموصولة مع اللوحة الأم كمروحة المعالج وغيرها من المهام. هاتان الدارتان تابعتان لشركتين مختلفتين وتوجد شركات أخرى منها Nuvoton.

الرقاقات المدمجة

يوجد عددٌ من البطاقات المدمجة على اللوحة الأم منها بطاقة الصوت، لاحظ الرقاقة الخاصة بها في أعلى يسار اللوحة حيث كُتب "Audio Integrated circuit"، وبطاقة الشبكة السلكية Ethernet وغالبًا ما تكونان من شركة Realtek وهي الأشهر في هذا المجال وتجد شعار الشركة على الدارة.

توجد أحيانًا بطاقة شبكة لاسلكية Wireless كما يظهر في الصورة في الأعلى. وتتوضَّع هذه الدارات بالقرب من منفذها الخلفي (منفذ الصوت والشبكة ...إلخ).

المنافذ الخلفية

هي منافذ لوصل بعض المكونات منها الفأرة ولوحة المفاتيح عبر المنفذ PS/2 وكوابل الصوت وأجهزة USB وكابل الشبكة LAN والطابعة (قديمًا) والأقراص الصلبة الخارجية عبر منفذ eSATA وكابل الشاشة (إن كانت بطاقة العرض مدمجة) وغيرها. ولكلِّ منفذ رقاقة مدمجة على اللوحة الأم IC controller تتحكم به.

العناصر الإلكترونية

تحوي اللوحة الأم عددًا هائلًا من العناصر الإلكترونية كالمقاوِمات والمكثِّفات والملفات والترانزستورات ...إلخ. التي تتحكم بالتيار والجهد الواصل إلى عناصرها، وأيُّ خللٍ بأحدها قد يوقف اللوحة عن العمل أو في أبسط الأحوال قد يتضرر أحد العناصر ويتوقف عن العمل دون التأثير على اللوحة بأكملها.

• ملف ذو قلب حديدي، وملف ذو قلب فيريت

• مكثفات

القافز Jumper

يتكون القافز من أرجل مُصطفَّة بجانب بعضها ومن قطعة بلاستيكية تحوي داخلها معدنا ناقلا للتيار، وبوضع القطعة البلاستيكية على رجلين متجاورين نسمح بمرور التيار عبرها ونغلق هذه الدارة، تفهم اللوحة ككل أو أحد عناصرها بمرور التيار في تلك الدارة أنَّ عليها تفعيل بعض الإعدادات وإلغاء أخرى.

انظر المثال في الصورة، القافز هو ذو اللون الأبيض وبوضعه على الرجل الأولى والثانية نفعِّل الوضع "Normal" وبوضعه على الرجل الثانية والثالثة نفعِّل الوضع "Config" وبنزعه يكون الوضع هو "Recovery" فباستخدام القافز استطعنا التحكم بثلاثة خيارات. انتبه إلى أن الإعدادات تختلف من قافز إلى آخر ومن لوحة إلى أخرى.

يتواجد قافز في بعض اللوحات الأم بجانب بطارية CMOS الهدف منه إعادة ضبط الإعدادات الافتراضية للبيوس.

كيفية اختيار اللوحة الأم المناسبة

إن أردت شراء وتجميع حاسوب مكتبي جديد عليك اختيار الأجهزة والعناصر المكونة لهذا الحاسوب، وأنصحك باختيار اللوحة الأم أولًا ثمَّ شراء بقية العتاد اعتمادًا على اللوحة التي اخترتها. ولشراء اللوحة الأم حدِّد أولًا الهدف الأساسي من شراء الحاسوب (هل هو لتصفح الإنترنت فقط أم للرسم أو التصميم الهندسي أم للألعاب ...إلخ.) ثمَّ انتبه لبعض الأمور منها:

• نوع رقاقة الجسر الشمالي والتي تحدِّد نوع وسرعة المعالج ونوع الذاكرة وسعتها العظمى.
• عامل الشكل (يعتمد حجم صندوق الحاسوب عليه).
• تردد الناقل الأمامي FSB.
• عدد الشقوق المستخدمة لبطاقة العرض ونوعها.
• عدد شقوق التوسعة.
• الشركة المصنِّعة (Intel أو Gegabyte أو ASUS ...إلخ) التي تحدِّد جودة تصنيع اللوحة وجودة العناصر إذ يؤثر ذلك على أداء الحاسوب ككل ونسبة حدوث الأعطال مستقبلًا.
• إمكانية ترقية اللوحة وتحديثها مستقبلًا (مثل الانتباه إلى أنواع المعالجات التي يدعمها مقبس المعالج).
• البطاقات المدمجة مع اللوحة (مثل شراء لوحة مع بطاقة شبكة لاسلكية مدمجة لحواسيب شركة لتوفير شراء بطاقات شبكة منفصلة إضافية).

وانتبه جيِّدًا إلى التوافق بين اللوحة الأم والذاكرة والمعالج للحصول على أفضل أداءٍ لها وبذلك تستثمر كامل ما دفعته من ثمن.

الخلاصة

أنهينا موضوع اللوحة الأم ويُفترض الآن التعرِّف على العناصر الأساسيَّة بالنظر إلى أيِّ لوحة أم وتحديد وظيفة تلك العناصر والمهام المرتبطة بها.

المصادر

Motherboard، ‏computerhope.

Super I/O، ويكيبيديا.

BIOS، ويكيبيديا.

بيوس، ويكيبيديا.

Unified Extensible Firmware Interface، ‏ويكيبيديا.

What Is UEFI, and How Is It Different from BIOS، ‏howtogeek.

الشهالي، اسماعيل: صيانة الحاسوب من البداية وحتى الاحتراف الجزء الأول، 2015.

سنبدأ في هذا الدرس، الأول من سلسلة دروس عن امتحان CompTIA A+ 220-901، شرح أهمِّ أجزاء الحاسوب وهي اللوحة الأم وسنستعرض كيفية عملها ومكوناتها مع شرح وظيفة كلٍّ منها.

تمهيد

يتكون الحاسوب الشخصي Personal Computer من عناصر متعدِّدةٍ تعمل مع بعضها لأداء مهمةٍ ما كالحساب أو الكتابة أو الرسم …إلخ. وتتصف بخصائص ومزايا معينة، وتكون أغلب هذه الأجهزة قابلةً للفك والاستبدال.
سنبدأ بأهمِّ هذه المكونات وهي اللوحة الأم Motherboard وتسمى أيضًا اللوحة الرئيسة Mainboard أو لوحة النظام Systemboard وهي لوحةٌ ذات دارات مطبوعة عليها وظيفتها وصل جميع مكونات الحاسوب مع بعضها عبر نواقل Buses وتأمين طريقة مناسبة للتواصل بينها لأداء المهام، وتمثِّل العمود الفقري للحاسوب. وتتصف اللوحة الأم بعامل شكلٍ Form factor يحدِّد أبعادها وبعناصرها المكونة لها.

عامل الشكل

اللوحة الأم هي عبارة عن لوحة دارات مطبوعة Printed Circuit Board مصنوعة من الألياف الزجاجية Fiberglass والنحاس وقد تراها لوحة واحدة ولكنَّها مكوَّنةٌ من طبقات متعدِّدة، أربعة طبقات أو أكثر، بحسب الشركة المصنعة والجودة والعناصر المكوِّنة للوحة، ويُحدَّد حجم اللوحة وطريقة تموضع عناصرها بعامل يدعى “عامل الشكل” وأشهر عوامل الشكل المستخدمة هي ATX الذي صممته شركة Intel ويبين الجدول التالي أشهر عوامل الشكل مع بعض مواصفاتها.

لاحظ الأبعاد والاختلاف في توزيع العناصر وعددها في الصورة، وللتعرف على المزيد من عوامل الشكل راجع الصفحة التالية.

عناصر اللوحة الأم

تحوي اللوحة الأم كثيرًا من العناصر وهي:

مقبس المعالج CPU Socket

يُؤمِّن هذا المقبس اتصالًا فيزيائيًا وإلكترونيًا بين اللوحة الأم والمعالج، ولكلّ معالج مقبس مخصَّص له ويمكن أن يتشارك معالجان أو أكثر مقبسًا واحدًا، وستلاحظ أنَّ بعض المقابس تحوي إبرًا والأخرى تحوي ثقوبًا إذ الفرق بينهما أنَّ الأولى مخصَّصة لمعالجات من نوع LGA‏ (Land Grid Array) والثانية مخصَّصة لمعالجات من نوع PGA‏ (Pin Grid Array) وسنشرحها لاحقًا في درس المعالجات، ويُكتب اسم المقبس على اللوحة بجانبه أو عليه مباشرةً.

المقبسA 462

LGA 775

ويوضح الجدول التالي بعض أنواع المقابس والمعالجات التي تدعمها.

النواقل Buses

هي عبارة عن أسلاك نحاسية مطبوعة على اللوحة الأم وظيفتها نقل البيانات والتيار الكهربائي، يتَّصف الناقل بعرض يقاس بالبت Bit وسرعة تقاس بالميغاهيرتز MHz. والنواقل التي تراها أعلى وأسفل اللوحة هي للطبقة الأولى والأخيرة من اللوحة.

الجسر الشمالي Northbridge والجسر الجنوبي Southbridge

هما من نوع الدارات المتكاملة Integrated Circuit ومدمجتان على اللوحة الأم، والجسر الشمالي - ويدعى أيضًا Chipset- أكبر حجمًا من الجسر الجنوبي وأقرب إلى المعالج، ويشبه المسؤول عن مكتب المدير العام فلا أحد يتواصل معه إلا عن طريقه. وظيفة الجسر الشمالي هي وصل جميع عناصر اللوحة الأم مع المعالج عبر الناقل الأمامي Front-Side Bus ‏(FSB) حيث يصل الذاكرة وبطاقة الشاشة (المنفصلة عن اللوحة الأم) والجسر الجنوبي مع المعالج، بينما تتصل بقية العناصر بالجسر الجنوبي ومنها رقاقة الصوت ومنافذ USB ومنافذ SATA/IDE وشقوق التوسعة …إلخ. ويوضح ذلك الشكل التالي.

هل بطاقة العرض لديك مدمجة أم منفصلة؟! كثيرًا ما نسأل هذا السؤال خاصَّة إذا أردنا شراء حاسوب للرسم والتصميم الهندسي، إذا كانت بطاقة العرض مدمجة فإنها تكون ضمن الجسر الشمالي أي مدمجة معه على اللوحة الأم وحينئذٍ تكون كفاءتها وذاكرتها أقل، أمَّا إن كانت منفصلة فإنها تركَّب على شق خاصٍّ بها وسنذكره لاحقًا.
يحدِّد الجسر الشمالي سعة ونوع الذاكرة إذ يتحكم بها عبر “مُتحكم الذاكرة” Memory Controller Chip (MMC) الموجود ضمنه عبر ناقلٍ يدعى “ناقل الذاكرة” Memory Bus ويتكوَّن من ثلاثة أجزاء أحدها للتحكم بالذكرة Control والثاني لإرسال العناوين Address والثالث لإرسال البيانات Data وهي موضحة بالصورة.

يوجد ناقلٌ بين الجسر الشمالي والمعالج يدعى “ناقل العناوين” Address Bus، إضافةً إلى الناقل الأمامي، وظيفته نقل عناوين الملفات التي يطلبها المعالج من الذاكرة ليعالجها، إذ يرسل المعالج عنوان الملف المخزَّن في الذاكرة إلى متحكم الذاكرة الذي يرسله بدوره عبر ناقل العناوين إلى الذاكرة، ثمَّ ترسل الذاكرةُ الملفَّ عبر ناقل البيانات إلى الجسر الشمالي ومنه إلى المعالج عبر الناقل الأمامي ليُعالج هذا الملف ثم يعود إلى الذاكرة بالطريقة نفسها. إن تُهت بين النواقل فما عليك سوى النظر إلى الصورة وإعادة قراءة النص السابق بهدوء.

إن كان عرض ناقل العناوين بين الجسر الشمالي والمعالج 32 بت فإن أكبر سعة للذاكرة تستطيع وصلها بحاسوبك هي 4 غيغابايت لأن 2³² = 4 غيغابايت. وكلما زاد عرض الناقل زادت سعة الذاكرة التي يمكن وصلها. هل عرفت الآن لماذا يقولون لك إن كانت سعة الذاكرة لديك 4 غيغابايت وما فوق ثبِّت نظام تشغيل 64 بت.
يحدِّد الجسر الشمالي أيضًا نوع وسرعة المعالج إذ يكون الناقل الأمامي بسرعة معينة ولتكن مثلًا 200 ميغاهيرتز فتكون سرعة المعالج 3200 ميغاهيرتز ناتجة عن ضرب 16 بالعدد 200، ويدعى الرقم 16 بمعامل الضرب Multiplier. إذا لم يدعم الجسر الشمالي سرعة الناقل 200 أو لم يدعم معامل الضرب 16 فلن تحصل على سرعة معالج 3200 ميغاهيرتز لذلك انتبه جيِّدًا لتوافق المعالج مع الجسر الشمالي.
يُدمج أحيانًا الجسر الشمالي مع الجسر الجنوبي في دارة واحدة لذا لا تتعجب إن لم تجد أي أثر للجسر الجنوبي في بعض اللوحات. يُزوَّد الجسر الشمالي بمشتت حراري أو مروحة لشدَّة الحرارة المنبعثة منه بينما يزود أحيانًا الجسر الجنوبي بمشتت حراري صغير فوقه. ونظرًا لدرجة أهمية الجسر الشمالي فإنَّك تجد البائعين يسمون اللوحة الأم باسم نوع جسرها الشمالي.

شقوق الذاكرة Memory Slots

هي منافذ مخصَّصة للذاكرة وتقع على يمين المعالج وتتميز بوجود قفلين على جانبيها وتدعم نوعًا واحدًا من الذاكرة (DDR3 أو DDR4 …إلخ) ويختلف عددها بحسب بنية اللوحة الأم وأدائها وعامل الشكل ويتراوح بين 1 إلى 4 في اللوحة العادية. ويجب الانتباه إلى وجود ثلم في هذا الشق أثناء تركيب الذاكرة وإذا لم تركَّب الذاكرة عليه فتأكد من التوافق بينهما.

شقوق التوسعة Expansion Slots

تستخدم لوصل أجهزة إضافية إلى اللوحة الأم فهي تُوسِّع من عملها ومن هذه الأجهزة بطاقة العرض وبطاقة المودم والصوت …إلخ. وتقع في القسم الجنوبي من اللوحة ولها عدَّة أنواع وهي:

• ISA: هو شق قديم جدًا يتصف بحجم كبير ولونه بني ولم يعد يستخدم لأنه بطيء وحلَّ مكانه النوع PCI.

• PCI: ابتكرته شركة Intel عام 1993 وانتشر بسرعة كبيرة نظرًا لسرعته وتطوره الكبير ويستعمل حتى هذه الأيام، ويعمل هذا الشق بعرض 32 بت أو 64 بت وبتردد 33 ميغاهيرتز ويصل إلى 133 ميغاهيرتز في اللوحة الخاصة بالخواديم Servers. وهنالك PCI-X وهو أسرع من النوع PCI بأضعاف ويوجد إصدار حديث منه وهو PCI-X 2.0.
• APG: كانت بطاقة العرض تركَّب على شقوق من نوع PCI والموصول مع الجسر الجنوبي ومنه إلى الشمالي ثمَّ المعالج مما يعطي أداءً محدودًا، ومع تطور بطاقات وأجهزة العرض صُممت تقنية جديدة لبطاقات العرض فقط وهي AGP تتميّز بسرعة كبيرة تصل إلى 8 أضعاف من سرعة PCI إذ يتصل هذا الشق مع الجسر الشمالي مباشرةً، ويوجد نوع أحدث منه يدعى AGP express.

• PCI-e: طورته شركة Intel عام 2004 وهو أسرع من PCI و AGP وبظهوره بدأ النوعان السابقان بالانقراض إذ يُستخدم مع بطاقات العرض والمودم والشبكة …إلخ. وله أنواع كثيرة وهي PCI-e (X1-X4-X8-X16) وغالبًا يستخدم النوع PCI-e X16 مع بطاقات العرض ويتميز بوجود قفل في نهايته، وتوضح الصورة الفرق بينها بالشكل والأداء.

• الشقوق CNR و AMR و ACR: هي شقوق مُصمَّمة لنوع معين من البطاقات كبطاقة الشبكة والمودم والصوت، وتتميز بلونها البني وحجمها الصغير وهي غير مخصصة للمستخدم العادي.

ملحوظة: إن لم تتعرف على نوع الشق فابحث حوله عن اسمه ونوعه فهو مطبوع على اللوحة وقد يكتب بخط صغير أو قد لا تراه نتيجة تراكم الغبار.

منافذ التغذية

تستخدم هذه المنافذ لتزويد اللوحة الأم بالطاقة اللازمة لعملها وهي ثلاثة أنواع:

• المنفذ ATX: هو المنفذ الأساسي لتغذية اللوحة الأم بالطاقة عبر الكابل الآتي من وحدة التغذية Power Suplay وإمَّا أن يكون عدد الثقوب 20 أو 24 بحسب كمية الطاقة التي تحتاجها اللوحة.
• المنفذ ATX 12 volt: يقع هذا المنفذ بجوار المعالج ويمدُّه بالتغذية ويتألف من أربعة ثقوب.
• منافذ التغذية الإضافية: تتطلب اللوحات الأم ذات الأداء الكبير أو التي تحوي على الكثير من شقوق التوسعة طاقة أكبر لذا أضيفت منافذ إضافية لهذا الغرض ومنها المنفذ EPS 12 volt الذي يزود اللوحة الأم التي تحوي أكثر من معالج بالطاقة.

المنفذ EPS 12v مع الوصلة التي تركب عليه

المنفذ PATA/IDE

يدعى هذا المنفذ IDE أو PATA نسبة لتقنية النقل Advanced Technology Attachment (ATA) على التوازي Parallel، ويصل هذا المنفذ القرص الصلب والسواقة باللوحة الأم. عدد المنافذ على اللوحة 2 أحدهما يكون أساسيًّا Primary لونه أبيض والآخر ثانويًّا Scondary لونه أزرق. وكل منفذ يصل جهازين كأقصى حد أي يمكن وصل 4 أجهزة (أقراص صلبة أو سواقات) فقط. وهو منفذ قديم جدًا وبطيء وبدأ بالانقراض بعد ظهور المنفذ SATA.

المنفذ SATA

يعتمد هذا المنفذ على التقنية السابقة نفسها ATA ولكنَّ طريقة النقل على التسلسل Serial حيث يختلف كثيرًا عن المنفذ PATA لذا فهو أسرع بكثير منه. يتميَّز بسرعة كبيرة ويدعم طول كبل يصل إلى 2 متر كما يمكن وصل جهاز خارجي إلى اللوحة كالقرص الصلب عبر التقنية eSATA.

منفذ USB

يستخدم هذا المنفذ لتوصيل منافذ USB خارجية كالموجودة على الصندوق من الجهة الأمامية، ويكتب بجوار هذا المنفذ “USB” لتمييزه عن منفذ توصيل أزرار التشغيل بالصندوق Case. ويكون الكبل الذي نصله بهذا المنفذ قطعة واحدة وانتبه جيدًا للاتجاه الصحيح أثناء توصيله.

منافذ التوصيل بهيكل الصندوق

تتوضع بالقرب من منافذ USB ومنافذ SATA وتستخدم لتوصيل الأزرار الأمامية (التشغيل وإعادة التشغيل وضوء التشغيل وضوء القرص الصلب) باللوحة الأم ويكتب بجوارها “F_PANEL”، والكابلات الآتية من الصندوق قد تكون مبعثرة ومنفردة وتحتاج إلى مخطط لتوصيلها وهو مبين بالصورة التالية، وقد تكون قطعةً واحدةً تشبه كابل توصيل USB وتوصيلها حينئذ سهلٌ جدًا. يوجد منفذ “مكبر الصوت” Speaker بجانب المنفذ السابق وهو المسؤول عن الصوت الذي تسمعه أثناء تشغيل الحاسوب.

مخطط توصيل أكبال الهيكل مع المنفذ F_PANEL

الخلاصة

تعلَّمت في هذا الدرس وظيفة اللوحة الأم وبعض عناصرها نظريًّا ولكن أنصحك بعد إنهاء قراءة هذه الكلمات التوجه مباشرة إلى حاسوبك المكتبي وفتح غطاء الصندوق للتعرف عمليًّا على اللوحة الأم وعناصرها. وسنكمل بقية العناصر في الدرس القادم.

المصادر

How motherboards are made a miracle of modern electronics،‏ Techradar.
اللوحة الأم، ويكيبيديا.
Motherboard، ويكيبيديا.
Computer_form_factor، ويكيبيديا.
Northbridge، ويكيبيديا.
PCI express pictures، ‏Howstuffworks.
الشهالي، اسماعيل: صيانة الحاسوب من البداية وحتى الاحتراف الجزء الأول، 2015.

حقوق الصور

صورة عامل الشكل نشرت تحت رخصة المشاع الابداعي CC BY لصاحبها Kozuch

صورة المقبسA (462). نشرت الصورة برخصة المشاع الابداعي BY-SA لصاحبها I, FxJ.

صورة المقبسLGA 775. نشرت الصورة برخصة المشاع الابداعيBY-SA لصاحبهاJulianprescott.

صورة الجسر الشمالي والجنوبي نشرت برخصة المشاع الابداعيBY-SA لصاحبها Moxfyre.

إنَّ CompTIA هي منظمة تجارية غير ربحية متخصِّصة في مجال الحاسوب وتكنولوجيا المعلومات IT وهي أكبر مزود للشهادات التخصصية في هذا المجال. مقرها الرئيس في الولايات المتحدة وتنتشر شهاداتها عبر أكثر من120 دولة، وتطرح سنويًا ما يزيد عن 50 مادة دراسية لمواكبة أهم التطورات في مجال الحاسوب وتكنولوجيا المعلومات IT.
تُقسم الشهادات التي تزودها المنظمة إلى مستويات عدَّة، فمنها موجه للمبتدئين كشهادة IT Fumdamentals ومنها موجه للمحترفين كشهاداتA+‎ و Cloud+‎ و Network+‎ و Project+‎ و Server+‎ وغيرها، وهنالك شهادات تخصُّصية كشهادات CDIA+‎ و Cloud Essentials وغيرها، وشهادات ذات مستوى متقدم كشهادة CASP. تتميَّز هذه الشهادات بعدم انحيازها نحو شركة أو منتج أو نظام تشغيل معين، ونجد أن أكبر الشركات المرتبطة بالحاسوب وما يتعلق به هي عضو في هذه المنظمة منها مايكروسوفت و AMD وآلاف غيرهما.

ما هي شهادة A+‎؟

تعدّ شهادة A+‎ الخطوة الأولى نحو احتراف مهنة الدعم الفني IT Support، بالرغم من أن شهادة “IT Fumdamentales” تسبقها في المستوى. تثبت شهادة A+‎ قدرة صاحبها على فهم عتاد الحاسوب Hardware وأنظمة التشغيل Operating systems والتطبيقات Software وحل مشاكلها، وتثبت أيضًا كفاءته بالتعامل مع أمور معقدة ناتجة عن مختلف الأجهزة التقنية الموجودة في موقع العمل. كما تمكّن بعد الحصول عليها من الاستمرار في مجال بنية الحاسوب أو مجال أنظمة التشغيل أو مجال إدارة الشبكات Network Administration والحصول على الشهادة التالية التي تناسب المجال الذي تفضله، وتساعد أيضًا على زيادة فرصة توظيفك في كبرى الشركات التقنية ومنهم من يضع شهادة A+‎ معيارا لقبول الوظيفة أو يطلب من الموظفين الحصول عليها. وهي شهادة محايدة إذ تشمل تقنيات وأنظمة تشغيل مختلفة.

ما هي المواضيع التي تشملها الشهادة؟

يجب على من يريد الحصول على شهادة A+‎ اجتياز امتحانين للحصول عليها، وهما امتحان CompTIA A+ 220-901 وامتحان CompTIA A+ 220-902، ويمكن البدء بالامتحان الأول أو الثاني ولكن يفضَّل البدء بالامتحان 220‎-901 أولًا.

الامتحان 220‎-901

يسلِّط هذا الامتحان الضوء على فهم المصطلحاتTerminology المتعلقة بالعتاد والحاسوب وأداء المهام الأساسيَّة المتعلقة بالعتاد كترقية الذاكرة RAM للحاسوب، وأساسيَّات الشبكات، ودعم الأجهزة المحمولة، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها. وتشمل المواضيع الأساسيَّة على الفصول التالية:
1. العتاد Hardware:

• خصائص مكونات اللوحة الأم ووظيفة كلٍّ منها.
• ضبط إعدادات البيوس BISO/UEFI.
• الموازنة بين مختلف أنواع الذاكرة ومعرفة خصائصها.
• تركيب جميع أنواع بطاقات التوسعة وأجهزة التخزين والأجهزة الملحقة …إلخ. وضبط إعداداتها.
• تركيب مختلف أنواع المعالجات على الحاسوب واختيار نظام التبريد المناسب.
• اختيار وحدة التغذية المناسبة وتوصيلها.
• الموازنة بين أنواع الطابعات المختلفة ومعرفة التعامل معها وصيانتها.

2. الشبكات Networking:

• مواصفات كابلات الشبكة وتوصيلاتها.
• فهم بروتوكول الإنترنت TCP/IP ومعرفة أهم المنافذ Ports المستخدمة.
• الشبكات اللاسلكية، والأجهزة المستخدمة في بنية الشبكة.

3. الأجهزة المحمولة Mobile Devices:

• تركيب عتاد الحاسب المحمول وضبط جميع إعداداته.
• خصائص ومزايا الأجهزة المحمولة المختلفة.
• الموازنة بين منافذ الأجهزة المحمولة.

4. استكشاف الأخطاء وإصلاحها Troubleshooting‎: يتضمن جميع أخطاء ومشكلات الأجهزة السابقة وكيفية إيجاد الحلول لها.
ويوضح الجدول التالي نسبة إسهام كلِّ قسم في الامتحان.

الامتحان 220‎-902

يعتمد هذا الامتحان على الامتحان السابق وتدور أقسامه حول التعامل مع مختلف أنظمة التشغيل وتثبيتها وضبط إعداداتها، وإجراءات الأمن والحماية، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها. وتشمل مواضيعه الرئيسة ما يلي:
1. نظام التشغيل ويندوز:

• الموازنة بين مزايا ومتطلبات أنظمة تشغيل ويندوز بدءًا من ويندوز Vista وحتى ويندوز 8.1 وتثبيتها على الحاسوب.
• استخدام سطر أوامر ويندوز ولوحة التحكم وغيرها من الأدوات.
• ضبط إعدادات الشبكة.
• استخدام أدوات ويندوز للصيانة الوقائية.

2. أنظمة تشغيل وتقنيات أخرى:

• التعرف على أهم وظائف وأدوات نظامي التشغيل macOS ولينكس.
• الحوسبة الافتراضية Virtualization.
• أساسيات الحوسبة السحابية.
• خدمات مضيفي الشبكة Network Hosts.
• أنظمة تشغيل الأجهزة المحمولة.

3. الأمن والحماية Security:

• التعرف على أغلب تهديدات الحماية.
• تطبيق إجراءات الحماية.
• حماية الأجهزة المحمولة.

4. استكشاف الأخطاء وإصلاحها Troubleshooting‎: تتضمن مشاكل وأعطال أنظمة التشغيل السابقة الذكر وكيفية إيجاد الحلول لها.
5. إجراءات عمليات السلامة Operational Procedures: وتشمل كيفية استخدام وتطبيق إجراءات الأمن والسلامة والتواصل التقني مع الآخرين وغيرها.
ويبين الجدول التالي نسبة إسهام المواضيع الرئيسة في الامتحان.

آلية التقديم على الامتحان

يجب على المترشح التحضير جيدًا قبل التقدم للامتحان لذا توفر المنظمة مجموعة من الأدوات والكتب الإلكترونية ونماذج امتحانية للتحضير للامتحان ذاتيًّا وتحصل عليها عند شراء الامتحان بدفع مبلغ إضافي، ويُنصح أن يحصل المترشِّح على خبرة لا تقل عن ستة أشهر في المجال نفسه قبل التقدم للامتحان. الخطوة التالية هي دفع رسوم الامتحان وحجز مكان لأدائه وذلك عن طريق مزود الامتحان Pearson VUE حيث تختار البلد ومركز الامتحان المعتمد وتحجز موعدًا لك. وتبلغ التكلفة 205 دولار أمريكي لكل اختبار أي تبلغ تكلفة الشهادة 410 دولار أمريكي، ويمكن أن تتغير باختلاف المنطقة الجغرافية. ويتوافر الاختبار بلغات عدَّة منها الإنكليزية والألمانية واليابانية والإسبانية.

الحصول على الشهادة ومدى صلاحيتها

يجب عليك اجتياز الاختبارين للحصول على الشهادة، وتكون درجة اجتياز الاختبار 220‎-901 هي 675 من 900 ودرجة اجتياز الاختبار 220‎-902 هي 700 من 900. عدد الأسئلة هو 90 سؤالا ومدَّة الاختبار 90 دقيقة، والأسئلة من نوع خيارات متعددة وملء فراغات.

تصلح شهادة A+‎ لمدَّة ثلاث سنوات ابتداءً من تاريخ نيلها وتوجد خيارات عدَّة لإعادة تجديدها منها الحصول على شهادة أخرى من CompTIA ذات مستوى أعلى كما هو موضح بالصورة أو من غيرها شرط أن تكون على صلة بمجال تكنولوجيا المعلومات إذ يتمدد تاريخها حتى تاريخ انتهاء الشهادة التي حصلت عليها، ويمكن تجديد الشهادة بالاشتراك ببعض الأنشطة التعليمية Continuing Education (CE) Activities لجمع عدد من النقاط يؤهلك لإعادة تجديد شهادتك، ولتحديد الخيار الأنسب لك تصفح محتويات هذه الصفحة جيدًا.
إن رأيت أنَّ هذه الشهادة هي ما تبحث عنه فبإمكانك إكمال هذه السلسلة والبدء بالتحضير للاختبار الأول لبدء مهنتك التي تحبها.

سلسلة دروس حول الاختبار 220‎-901

ستتعرَّف في هذه السلسلة على أهمِّ المواضيع المذكورة التي يشملها الاختبار 220‎-901 ويُفترض أن تكون على علمٍ ببعض أساسيات الحاسوب وأنواعه وأن تكون لغتك الإنكليزية جيِّدة، إذ سيكون الامتحان باللغة الانكليزية، وأن تملك قلبًا قويًا لفك الحاسوب ومكوناته إن دعت الحاجة لتطبيق ما تتعلمه.

المصادر

CompTIA A+‎، ويكيبيديا.
كومبتيا، ويكيبيديا.
A+‎، ‏CompTIA.
Comptia A+ 220-901 exam objectives، ‏CompTIA.
Comptia A+ 220-902 exam objectives، ‏CompTIA.

تتطلب الشهادات المتخصصة فهما عميقا ومعرفة جيّدة بمجال الشهادة والمهارات الضرورية لإنجاز الأعمال المرتبطة به. فهي تثبت امتلاك صاحبها للمعرفة والمهارات التي يبحث عنها المشغِّل من أجل اكتتاب موظّف قادر على البدء بالعمل في أقل وقت. إضافة إلى ذلك، تسوّق الشركات شهاداتِ موظفيها للزبناء لتتميّز عن المنافسين، وهو نفس السبب الذي يدفع المتخصّصين لنيل شهادات تميّزهم أثناء التقدم للعمل عن البقية؛ أو عن أقرانهم للحصول على فرص وظيفية أكبر. على مستوى شخصيّ، فإن التحضير والاستعداد لنيل الشهادة المتخصّصة - أو للمحافظة عليها - يجعل المتقدّم على اطّلاع مستمر بموضوع الشهادة ويساعده على اكتساب مهارات جديدة قد لا تكون متاحة له بطرق أخرى.

لا يعدّ نظام تشغيل لينكس بدعا من المجالات التقنية الأخرى، بل إن الشعبية المتزايدة التي يحظى بها وسيطرته على غالبية الخواديم العاملة على الشبكة وفي النظم الداخلية للمؤسسات بمختلف أحجامها ومجالاتها؛ إضافة لرغبة الشركات في توظيف أشخاص قادرين على تولي مهمة إدارة الخواديم العاملة بلينكس افتراضيةً كانت أو حقيقة، بكفاءة وفعالية؛ يجعل نيل شهادة متخصصة أمرا مرغوبا إن لم يكن مشروطا في كثير من إعلانات الوظائف.

يتوفّر سوق لينكس على الكثير من الشهادات المتخصّصة لتختار بينها سواء كان السبب الذي يدعوك للحصول على الشهادة فرصة وظيفية أفضل أو تأكيد معلوماتك وتحديثها. تختلف شهادات لينكس باختلاف الجهة التي تقف وراءها؛ فمنها الشهادة المتخصّصة في توزيعة واحدة ومنها الشهادات التي لا تعتمد على توزيعة معيّنة. هذه الأخيرة هي التي سنتحدث عنها في هذا المقال.

شهادة CompTIA Linux+ Powered by LPI

تتميّز منظمة CompTIA غير الربحية بتقديمها للكثير من الشهادات التقنية المتخصّصة بالتعاون مع منظمات ومعاهد تركّز على مجالات محدّدة. تدخل شهادة CompTIA Linux+ Powered by LPI في هذا الإطار إذ تتعاون المنظمة مع معهد Linux Professional Institute, LPI لتقديم شهادة متخصّصة في إدارة أنظمة لينكس. في الأصل كانت المنظمة تقدّم منفردة هذه الشهادة باسم +CompTIA Linux قبل أن يتغير اسمها ابتداءً من سنة 2010 إلى CompTIA Linux+ Powered by LPI بعد التعاون مع معهد LPI.

يتطلب الحصول على الشهادة النجاح في اختبارين. يغطّي الأول بنية النظام، تثبيت الحزم Packages وإدارتها، أوامر لينكس ويونكس، الأجهزة الطرفية Devices، أنظمة الملفات File systems والبنية الشجرية المعيارية لأنظمة الملفات في لينكس. أما الثاني فيتناول برمجة Shell، إدارة البيانات، واجهات المستخدم وأسطح المكاتب Desktops، الأنشطة والأشغال الإدارية الأساسية، خدمات النظام القاعدية، أساسيات الشبكات ومواضيع متعلقة بالحماية.

تعدّ شهادة CompTIA Linux+ Powered by LPI من الشهادات ذات المستوى الأول Entry level، كما أنها لا تركّز على توزيعة واحدة، بل على نظام التشغيل عموما. يُقدَّر أن المترشح يحتاج لخبرة سنة في إدارة أنظمة لينكس حتى ينال الشهادة.

يحوي كل اختبار 60 سؤالا ويدوم 90 دقيقة. ينبغي الحصول على درجة لا تقل عن 500 (من أصل 800) نقطة للنجاح في الاختبار. يبلغ سعر كل اختبار 194 دولارا مع اختلاف حسب المناطق.

دورة علوم الحاسوب

دورة تدريبية متكاملة تضعك على بوابة الاحتراف في تعلم أساسيات البرمجة وعلوم الحاسوب

اشترك الآن

شهادات LPIC

يقدّم هذه الشهاداتِ معهدُ LPI السابق الذكر. وهو معهد غير ربحي متخصّص في تقديم شهادات لينكس غير مرتبطة بتوزيعة معيّنة. أنشئ المعهد سنة 1999 وأصبح في ظرف سنوات من المؤسسات المتميّزة في تقديم شهادات حول لينكس وتقنياته.

تُعرف شهادات المعهد بشهادات LPIC (اختصار لـLPI Certification)، وتأتي على مستويات:

1. شهادة Linux Essentials

وتُعنى بأساسيات لينكس مثل كتابة سكربتات سهلة وتنفيذها، إرجاع الأرشيف والملفات المضغوطة، العمل على سطر الأوامر، قواعد نظام تشغيل لينكس، البرمجيات الحرة ومفتوحة المصدر FOSS، المستخدمين والمجموعات وأذون الملفات.

تتوجّه شهادة Linux Essentials للمبتدئين في عالم لينكس والمتخصصين في مجالات تقنية أخرى ممن يحتاج عملهم للتعامل مع لينكس. لا ترتبط صلاحية هذه الشهادة بمدة زمنية محدّدة.

2. شهادة LPIC-1

وهي الشهادة الأولى ضمن برنامج معهد LPI متعدد المستويات، ولا يُشترط في المتقدم الحصول على شهادة سابقة وإن كانت شهادة Linux Essentials منصوحا بها. تُسمى شهادة LPIC من المستوى الأول بشهادة محترف خواديم لينكس Linux Server Professional Certification. يُطلب من المترشح تجاوز اختبارين يتناولان أساسيات إدارة أنظمة لينكس مثل العمل على سطر الأوامر، إجراء عمليات الصيانة الأساسية، تثبيت نظام التشغيل وإعداده بما في ذلك ضبط سطح المكتب وإعداد الاتصال بشبكة محلية LAN أو شبكة الإنترنت.

يمكن للمترشح الحصول على شهادة LPIC-1 بحصوله على شهادة CompTIA Linux+ Powered by LPI، أي أنه يمكن له الحصول على الشهادتين في نفس الوقت بحصوله على شهادة CompTIA. كما أن بمقدور الحاصل على شهادة LPIC-1 نيل شهادة SUSE Certified Linux Administrator التي تقدّمها توزيعة SUSE. يعني هذا أنه بنيل شهادة CompTIA يمكن الحصول على ثلاث شهادات معا بسبب الشراكة بين المنظمات الثلاث.

يمكن إجراء اختباري الشهادة بإحدى اللغات التالية: الإنكليزية، الألمانية، الإيطالية، البرتغالية، الإسبانية، الصينية واليابانية.

3. شهادة LPIC-2

الشهادة الثانية ضمن برنامج LPI للشهادات هي Linux Network Professional Certification (شهادة محترف شبكات لينكس)، وهي شهادة متقدّمة يُشترَط أن يكون لدى المترشح لها شهادةُ LPIC-1 السابقة. يتطلب الحصول على الشهادة تجاوز اختبارين: يتناول الأول نواة لينكس، بدء تشغيل النظام، نظام الملفات والأجهزة الطرفية، الإدارة المتقدمة لوسائط التخزين، إعداد الشبكات، صيانة النظام والتخطيط للتوسع؛ أما الاختبار الثاني فيحوي مواضيع مثل خدمات الويب، تشارك الملفات، إدارة عملاء الشبكة، خدمات البريد، أمن النظام، البحث عن المشاكل وإصلاحها وخواديم أسماء النطاقات DNS.

تتوجّه شهادة LPIC-2 إلى مديري الأنظمة في المؤسسات الصغيرة والمتوسطة.

اللغات المستخدمة في الاختبار هي: الإنكليزية، الألمانية، البرتغالية واليابانية.

4. شهادة LPIC-3

شهادة محترف مشاريع لينكس Linux Enterprise Professional Certification هي الشهادة الأعلى ضمن شهادات معهد LPI. يُشترط أن تكون لدى المترشح شهادة LPIC-2 صالحة إضافة إلى تجاوز اختبار تخصصي في أحد المجالات التالية:

• الأنظمة الهجينة Mixed Environment: يغطي Samba (إعداد النطاقات Domains، إدارة المستخدمين والمجموعات، وغيرها) إضافة إلى استخدام OpenLDAP والعمل على بيئة تتضمّن أجهزة لينكس ووندوز.
• الأمن والحماية Security: تشمل مواضيع الاختبار حماية الشبكات، العمليات والتطبيقات إلى جانب مبادئ التعمية والتحكم في الوصول Access controls.
• الأنظمة الافتراضيّة وعالية التوفر Virtualization & High Availability: يهتم بإدارة عناقيد Clusters للتوفر العالي إضافة إلى إشكاليات الأنظمة الوهمية.

تتوفر اختبارات الشهادة بالإنكليزية واليابانية.

معلومات إضافية

تصل تكلفة إجراء شهادة Linux Essentials إلى 188 دولارا. بالنسبة لشهادات LPIC فالتسعير يكون حسب الاختبار، 110 دولارات لكل اختبار؛ أي 220 دولارا للشهادة. تُجرى الاختبارات على الحاسوب ويتضمن كل اختبار 60 سؤالا تنبغي الإجابة عنها في 90 دقيقة. الأسئلة هي من نوع الخيارات المتعددة وملْء الفراغات.

تدوم صلاحية الشهادة خمس سنوات، ويمكن لصاحبها تجديد الشهادة بعد سنتين من حصوله عليها. كما أن الشهادات تُمدَّد تلقائيا لمن نال شهادة من المستوى الموالي، بحيث يُصبح تاريخ انتهاء صلاحية الشهادتين موافقا لتاريخ انتهاء صلاحية الشهادة الأخيرة.

شهادات مؤسسة لينكس The Linux Foundation

أنشئت مؤسسة لينكس سنة 2000 لدعم تطوير نظام التشغيل لينكس وتنسيق جهود المطورين. بدأت المؤسسة في 2014 برنامجا للشهادات المتخصّصة في لينكس إلى جانب برنامج للتكوين المفتوح على نظام تشغيل لينكس.

تختلف شهادات منظمة لينكس عن الشهادات المذكورة أعلاه في كون الاختبارات تعتمد على أداء المترشح؛ فلا توجد أسئلة بخيارات متعدّدة أو لملء الفراغات مثل البقية بل يُطلب من المترشح تنفيذ إجراءات أو تُعرض عليه مشاكل ليحلها. كما أنها تشتهر بصعوبة الأسئلة وهو ما يجعلها من أكثر الشهادات تقديرا وتفضيلا لدى المشغِّلين. يختار المترشح إحدى التوزيعات التالية ليجري عليها الاختبار: CentOS 7، openSUSE 13.1 و Ubuntu 14.04.

يتكون برنامج الشهادات المتخصّصة في لينكس الذي تقدمه الشركة من شهادتين: شهادة مدير أنظمة من مؤسسة لينكس Linux Foundation Certified System Administrator, LFCS وشهادة مهندس من منظمة لينكس Linux Foundation Certified Engineee, LFCE.

1. شهادة LFCS

تركّز شهادة LFCS على قدرة الشخص على إجراء عمليات من المستوى المتوسط على سطر الأوامر، البحث عن المشاكل وتحليلها لإيجاد حلول فور حدوثها. تغطي الشهادة المجالات التالية: سطر الأوامر، نظام الملفات ووسائط التخزين، إدارة النظام المحلي، الأمن، برمجة سكربتات Shell وإدارة البرامج. تتوجه الشهادة إلى العاملين على بيئات عمل صغيرة ومتوسطة.

يتطلب الحصول على شهادة LFCS تجاوز اختبار واحد يدوم ساعتين. ينبغي أن يحصُل المترشح على درجة 74% لتجاوز الاختبار. تبلغ تكلفة الاختبار 300 دولار؛ ويحق للمترشح الذي لم يحصُل على النسبة إعادة الاختبار مرة واحدة في ظرف 12 شهرا.

2. شهادة LFCE

تمتحن شهادة LFCE قدرة المترشح على تصميم أنظمة معلومات تشتغل على لينكس وتنفيذ التصميم. تتضمن مجالات الشهادة: إدارة الشبكات، نظم الملفات الشبكية Network filesystems وخدمات الملفات، أمن الشبكات، الوصول عن بعد، خدمات HTTP وخدمات البريد. يُنتظَر من أصحاب هذه الشهادة أن يكونوا خبراء مرجعيين في مجال إدارة أنظمة لينكس.

يدوم اختبار LFCE ساعتين ويجب على المترشح أن يتحصل على نسبة 72% لينال الشهادة. تبلغ تكلفة الاختبار 300 دولار؛ ويحق للمترشح الذي لم يحصُل على النسبة إعادة الاختبار مرة واحدة في ظرف 12 شهرا.

تعد منصة Amazon Web Services المعروفة اختصارا بـ AWS أكبر نظام سحابي Cloud موجَّه للعموم في الوقت الحالي؛ إذ تتقدم خدماتِ المنصة في السوق منذ بدء انتشار الحوسبة السحابية. انطلقت منصة AWS سنة 2007 بخدمة واحدة للتخزين السحابي وهي Simple Storage Service (تُعرف بـ Amazon S3) وتوسعّت بعدها في جميع الاتجاهات. صاحب توسّعَ الخدمات انخفاضٌ في أسعارها مما ساهم في إقبال الزبائن (يتجاوز زبائن AWS الآن مليون زبون نشط). أنشأت Amazon سنة 2013 مجموعة من الشهادات لقياس خبرة مديري النظم والمطورين في التعامل مع منصة AWS. تركز الشهادات على ثلاثة جوانب من منصة AWS: تصميم الحلول، تطويرها وإدارة الأنظمة.

يتناول هذا المقال المهارات الضرورية لنيل شهادة AWS Solutions Architect - Associate. توجد الكثير من مصادر المعلومات التي تتحدث عن شهادات AWS إلا أن المصدر الأهم والموثوق يبقى AWS نفسها.

متطلبات شهادة AWS Solutions Architect - Associate والبنية العامة للامتحان

يتوجّه امتحان شهادة Solutions Architect - Associate (مصمّم حلول من المستوى المساعد) إلى الأشخاص ذوي الخبرة في تصميم الأنظمة والتطبيقات الموزَّعة Distributed العاملة على منصة AWS. تتضمن المفاهيم التي يجب على المترشح الإلمام بها:

• استخدام منصة AWS لتصميم أنظمة قابلة للتمدّد Scalable، عالية التوفر High available ومتسامحة مع الأخطاء ونشرها.
• رفع تطبيقات موجودة على بنية تحتية واقعية ونقلها إلى منصة AWS.
• إدخال البيانات إلى AWS وإخراجها منه.
• اختيار خدمة AWS المناسبة اعتمادا على المتطلبات من ناحية التخزين، القدرة الحسابية، قواعد البيانات أو الأمان.
• تعريف الاستخدام المناسب لممارسات AWS المثلى (متى تكون الممارسة الفلانية مثلى).
• تقدير مصاريف خدمات AWS وتعريف آليات للتحكم في المصروفات.

يُقدَّر أن خبرة سنة على الأقل في المجال ضرورية ليكون المترشح مهيأً لنيل الشهادة.

• يتضمن امتحان الشهادة 55 سؤالا ذات خيارات وأجوبة متعدّدة ويدوم 80 دقيقة.
• يبلغ سعر الترشح للامتحان 150 دولارا.
• يتوفر امتحان شهادة AWS Solutions Architect - Associate باللغات التالية: الإنكليزية، اليابانية، الصينية، الكورية، الفرنسية والألمانية.
• يمكن إجراء اختبار عملي لمحاكاة طريقة الامتحان الفعلي بتكلفة تبلغ 20 دولارا.

المتطلبات الأساسية

لينكس وأنظمة التشغيل الأخرى

لا يُطلب منك أن تكون خبيرا في أي من أنظمة التشغيل، لكنك ستحتاج لمعرفة كيفية الوصول إلى نظائر Instances خدمة EC2 (عبر ميثاق سطح المكتب البعيد Remote Desktop Protocol, RDP على وندوز أو Shell في لينكس) وإدارتها من سطر الأوامر. تفيد معرفة أساسيات البيئات الافتراضية Virtualization كذلك.

الشبكات

من الضروري أن تكون لدى المترشح معرفة جيدة بمفاهيم شبكات TCP/IP، عناوين IP والتوجيه غير الفئوي بين المجالات (CIDR, Classless Inter-Domain Routing). يُتوقع من المترشح أن يكون على معرفة عميقة بإعداد سحابات افتراضية خاصة Virtual Private Clouds, VPC على AWS والعمل عليها. من المفيد أيضا معرفة جداول التوجيه في الشبكات، لوائح التحكم في الوصول Access control lists، الجدران النارية Firewalls، ومواثيق مثل NAT ،HTTP ،DNS.

الثقة والأمان

يُنتظر من المترشح معرفة كيفية عمل لوائح التحكم في الوصول في AWS، المجموعات الأمنية وإدارة الوصول والهوية. كما يتوقع منه فهم آلية عمل الممارسات المثلى للتصميم عالي التوفر المقاوم للإخفاق إلى جانب حيل الإرجاع بعد المشاكل. يجب أن تتضمن الخبرة الأمنية للمترشح استخدام التعمية بالمفتاح العمومي Public key encryption، الاتصال بـ ـSSH، اعتمادات الوصول وشهادات X.509.

التخزين وقواعد البيانات

يتطلب العمل على خدمات EBS وS3 من AWS فهم أساسيات نظام الملفات الخاص بنظام التشغيل. يجب أيضا أن تكون لدى المترشح معرفةٌ بنظم إدارة قواعد البيانات العلاقية (مثل Oracel، MySQL و SQL Server) وفهم قواعد بيانات NoSQL.

بنية أنظمة المؤسسات ودورة حياة البرامج

يعني هذا أن المترشح يجب أن يكون على معرفة بالأنظمة عديمة الحالة Stateless ورخوة الاقتران Loose coupling، خواديم الويب (Apache ،Nginx وIIS)، التخبئة Caching، خواديم الويب وموزّعات الأحمال Load balancers إضافة لصف الرسائل Queuing، خدمات الويب من نوع REST، XML وJSON. يُفترض أيضا أن تكون لديك معرفة جيدة بطرق التفاعل مع منصة AWS (واجهة سطر الأوامر، واجهة تطبيقات AWS البرمجية، حزمة برمجيات AWS وAWS CloudFormation) ودورة حياة البرمجيات.

الخبرة والموارد

تنصح أمازون بأن تكون لدى المترشح خبرة عملية لا تقل عن سنة في العمل على منصة AWS قبل التقدم إلى شهادة AWS Solutions Architect من المستوى المساعد Associate. تسرد خطة عمل الامتحان التي توفرها أمازون جميع العناصر التي يجب التركيز عليها قبل التقدم. يعد شهر من المراجعة المركَّزة مدة معقولة للتحضير للامتحان.

تحذير: لا تبحث عن أسئلة مسرَّبة من الامتحان. يوافق جميع المترشحين قبل خوض الامتحان على شروط الشهادة التي تمنع نشر الأسئلة؛ علاوة على أن كثيرا من مجموعات الأسئلة المتوفرة على الشبكة مضلّلة أو خاطئة تماما. من الجيد أن تحصُل على تقويم حقيقي لمستوى الإتقان الذي وصلت إليه؛ وهو ما تقدمه نتائج اختبار حقيقية فقط دون غيرها. أسئلة امتحانات AWS أعدها خبراء وتهدف إلى اختبار المستوى الفعلي للمترشح ولا تحوي أية أسئلة مفخّخة.

المخطط العام للامتحان: نسبة الأسئلة حسب المجال

• تصميم أنظمة عالية التوفر، مجدية من ناحية الثمن، متسامحة مع الأخطاء وقابلة للتمدد: 60%.
• التنفيذ / النشر: 10%.
• أمن البيانات: 20%.
• استكشاف الأخطاء وإصلاحها: 10%.

نصيحة: راجع عينات الأسئلة التي توفرها AWS مجانا. بعض هذه الأسئلة بالضبط قد يظهر في الامتحان. سيكون مفيدا أيضا ألا تكتفي بمعرفة الأجوبة الصحيحة فقط بل لم هذه الأجوبة هي الصحيحة. توجد أيضا اختبارات للتعود على الامتحان قبل التقدم إليه وتكلّف 20 دولارا. في نهاية الاختبار تحصُل على نتيجة يمكن عدّها مؤشرا جيدا على مدى استعدادك لامتحان الشهادة. يمكن التسجيل للاختبار هنا

أنواع الأسئلة

يحدّد المترشح الإجابة الصحيحة من بين أربعة خيارات أو أكثر، يعلِّم الخيار أو الخيارات الصحيحة لإكمال جملة أو يجيب مباشرة على السؤال. من السهل تحديد خيار خاطئ للإجابة إن لم تكن معرفتك بالموضوع جيدة؛ أما إذا حضّرت جيدا للامتحان فستكون الإجابة المناسبة في الغالب واضحة.

تستخدم صيغ الأسئلة التالية في الامتحان:

• خيارات متعدّدة: يعين المترشح خيارا واحدا يكون الأفضل للإجابة على سؤال أو لتكملة جملة. يمكن أن يُضمَّن الخيار في مخطط بيانات تشير فيه وتنقر على الخيار.
• إجابات متعددة: تختار جميع الإجابات الصحيحة على السؤال أو لتكملة الجملة.
• الإجابات النموذجية: تقرأ جملة أو سؤالا وتحدد فقط الخيارات الأفضل للإجابة اعتمادا على المعلومات المذكورة في السؤال.

لماذا أحتاج الشهادة وماهي فرص التوظيف التي سأحصل عليها؟

لم يثر مجال من مجالات التقنية الانتباه في السنوات القليلة الماضية بقدر ما أثاره مجال الحوسبة السحابية حيث يعمل الكثير من رواد التقنية بجد يوميا لتوفير برمجيات تعتمد على الحلول السحابية. تعدّ الشهادات المتخصّصة، من هذا المنطلق، قيمة مضافة للشركة والموظّف على حد السواء. تدل الشهادات المتخصّصة المترشحين إلى مسارات محدّدة ذات أهداف ومخرجات معرَّفة بوضوح، وتبرهن للمشغِّلين على وجود مهارات يعدّونها مرغوبة.

لا شك أن شركات مثل Amazon وGoogle تحتاج لمديري أنظمة تقنية يفهمون بالتحديد اهتمامات السحابة، إلا أن الأمر لا يقتصر على الشركات الضخمة؛ فالشركات الأقل حجما بكثير تنضم هي الأخرى إلى القافلة لما ترى من فوائد يمكن للحوسبة السحابية أن تقدمها. أدناه لائحة بمهن سيستفيد أصحابها من شهادة AWS Solutions Architect:

• إدارة أنظمة الشبكات.
• تحليل الاتصالات الشبكية.
• أمن الأنظمة.
• تحليل الأنظمة.
• إدارة قواعد البيانات.
• تصميم الحلول.
• تدريس تقنيات المعلومات.
• تسيير المشاريع.

فرص العمل

مباشرة بعد نيل شهادة AWS Solutions Architect ستجد أن فرص عمل جديدة تتكشف أمامك، بعض منها لم يكن ليخطر على بالك أبدا.

ستكون الكثير من الشركات العالمية المتخصّصة في البيانات الضخمة Big data عاجزة عن العمل من دون AWS. أمر مهم أيضا، الكثير من هذه الشركات تعتمد أساسا على ذوي شهادات AWS Solutions Architect.
تتضمن لائحة الشركات التي تستخدم منصة AWS لبناء حلولها للبيانات الضخمة: General Electric، IBM، SPLUNK. ربما تجد نفسك تعمل في شركة طبية تبني أنظمة لتحليل الجينات استباقا لظهور المرض. إن كنت تحب عالم السفر فقد تجد فرصتك في مواقع السفر الشهيرة مثل Expedia.com التي تستخدم AWS لضيافة خدمتها لاقتراحات السفر. دون أن ننسى Netflix الذي يعدّ أكبر زبون لمنصة AWS ويستخدمها لتوزيع الأفلام والمسلسلات التي يوفرها.

يُتوقّع أن تستمر سوق الحوسبة السحابية في التوسع وهو ما يجعل من الحصول على شهادات متخصّصة مثل شهادة مصمّم حلول AWS خطوة كبيرة للتقدم أكثر في الحياة المهنية.

ترجمة -وبتصرف- للمقال AWS Solutions Architect Certification.

ما هي شهادات AWS؟

توفر شهادات AWS (اختصار لـAmazon Web Services، خدمات ويب من Amazon) وسيلةً للمساعدة في تحديد درجة الكفاءة في استخدام خدمات AWS السحابية Cloud services. تتطلب الشهادة إجراء امتحان لتقويم مستوى الخبرة والمهارة في مجالات معيَّنة من وظائف AWS. يجب على شركاء AWS وزبنائها تجديد الشهادة كلّ سنتين.

لم إجراء شهادة AWS؟

تقيس الشهاداتُ المعرفة، المهارة والخبرة بمعيار معترف به عالميا؛ وهو ما يضفي صفة رسمية على المؤهلات ويرفع بالتالي من مصداقيتك بين زملاء المهنة والمُوظِّفين الحاليين والمستقبليّين على حد السواء. الحصول على شهادة متخصّصة يزيد من رغبة المُوظِّفين في اكتتاب المترشِّح في سوق عمل الحوسبة السحابية Cloud computing الذي يشهد في الوقت الحالي أزهى فترة مرّ بها. تعدّ AWS بدون شك الخدمات الأكثر طلبا في السوق إن بحجمها، صلابة العروض أو بحصتها في السوق؛ وهو ما يجعل شهاداتها ذات قيمة فعليّة كبيرة.

علاوة على ذلك، يشجّع التحضير للشهادة المترشحين على التحسين من خبراتهم بالتعوّد على أجزاء من خدمة AWS لم تُتَح لهم الفرصة للتعامل معها أثناء عملهم اليومي. يمكن أن تكون هذه الأجزاء خدمات لم يسبق لهم استخدامها أو تقنيات وحِيّلا للعمل مع خدمات يستخدمونها دوريا.

يحصُل المترشحون بتجاوزهم للامتحان على شهادة تؤكّد نجاحهم وتخوِّلهم استخدام شعار الشهادة على سيرهم الذاتية، في مواقعهم الإلكترونية أو أي مستند مهني آخر.

أنواع شهادات AWS

تنقسم شهادات AWS إلى ثلاثة أصناف:

1. Solutions Architect (مصمّم حلول)،
2. SysOps Administrator (مدير عمليّات وأنظمة)،
3. وDeveloper (مطوِّر).

يتوفر مستويان لكل من الأصناف الثلاثة: Associate (مساعِد) وProfessional (محترف).

توجد - في المجموع - خمسة امتحانات إذ يُجمع صنفا SysOps Administrator وDeveloper بالنسبة للمستوى المحترف في امتحان واحد.

تتوفّر الامتحانات بلغات عدّة ليست من بينها العربيّة: الإنكليزية، الصينية الميسَّرة، الألمانية، اليابانية، الفرنسية والكورية. تستثنى امتحانات المستوى المحترف التي لا يتوفر منها بغير الإنكليزية سوى صنف Solutions Architect (يتوفر بالإنكليزية واليابانية).      

Solutions Architect      

• Associate: تتوفر بالإنكليزية، اليابانية، الصينية، الكورية، الفرنسية والألمانية         
• Professional: يتوفر الامتحان بالإنكليزية واليابانية

Developer      

• Associate: يتوفر الامتحان بالإنكليزية، الصينية واليابانية    
• Professional: يتوفر الامتحان DevOps Engineer بالإنكليزية فقط                             

SysOps Administrator

• Associate: يتوفر الامتحان بالإنكليزية، الصينية واليابانية    
• Professional: يتوفر الامتحان DevOps Engineer بالإنكليزية فقط                                             

امتحانات شهادات AWS: المؤهلات والمحتوى

يتطلب مستوى Associate بالنسبة لجميع أصناف الشهادات سنة واحدة على الأقل من الخبرة المهنية في المجال المطلوب؛ في ما يتطلب المستوى Professional سنتين. إضافة إلى ذلك تتطلب جميع الشهادات أن تكون لدى المترشح معرفة عميقة بواحدة على الأقل من لغات البرمجة عالية المستوى High-level programming language.

لا يحتاج المترشح لشهادات مستوى Associate لمتطلبات من ناحية شهادات سابقة أو من حيث التدريب؛ لكنّ امتحانات Professional تحتاج لشهادة Associate من نفس الصنف.

تدور اختبارات المستوى Professional عموما حول نفس المفاهيم التي يتطرق لها المستوى Associate، إلا أنها أكثر عمقا وأشد تعقيدا. تُكتب الاختبارات بصيغة أسئلة ذات خيارات وإجابات متعدّدة: توجد خيارات عدة للإجابة، قد تكون من بينها أكثر من إجابة صحيحة. تحوي امتحانات المستوى المساعد 55 سؤالا وتدوم 80 دقيقة. أما امتحانات المستوى المحترف فتدوم 170 دقيقة.

شهادات AWS

شهادة Soultions Architect (مصمم حلول)

تتوجه هذه الشهادة إلى ذوي الخبرة في تصميم تطبيقات وأنظمة موزَّعة Distributed تعمل على منصة AWS. يُقيّم الامتحان قدرةَ المترشّح على التخطيط لأنظمة عاليّة التوفّر High available ومستجيبة للأخطاء Fault tolerent، تهجير بنى قائمة إلى AWS وتقدير الأسعار وتعريف آليات التحكم في السعر. إضافة إلى ذلك، يجب على المترشح أن يُظهر القدرة على اختيار خدمة AWS المناسبة حسب متطلبات البيانات، الحوسبة Computing أو الأمان؛ والتعرف على أفضل الممارسات في استخدام منصة AWS.

المستوى المحترف Professional level

يُتوقَّع أن تكون لدى المترشحين للمستوى المحترف من شهادة مصمّم حلول AWS القدرةُ على تنفيذ إستراتيجيّات تحكّم في السّعر، توفير دليل لأفضل الممارسات في تصميم بنى تشغّل تطبيقات عدّة أو مشاريع أو على مستوى مؤسسات. يُنتظر من المترشح أيضا أن تكون لديه القدرة على تهجير تطبيقات معقّدة مكونة من طبقات عدة Multi-tier إلى منصة AWS.

شهادة المطور Developer

تتوجه هذه الشهادة إلى الأفراد ذوي الخبرة في تطوير التطبيقات على منصة AWS وصيانتها. يحوي الاختبار مواضيع مثل اختيار خدمات AWS، استخدام حقيبة تطوير البرامج SDK الخاصة بخدمات AWS للتفاعل معها، تحسين الأداء والأمان على مستوى الشفرة البرمجية.

تركّز هذه الشهادة على عدد أقل من الخدمات مقارنة بالشهادة السابقة إلا أنها تتعمق فيها أكثر.

شهادة مدير عمليات SysOps Administrator

تتوجه هذه الشهادة إلى الأفراد الذين لديهم خبرة في النشر، الإدارة والعمليات على منصة AWS. المواضيع التي يتناولها الامتحان مشابهة لمواضيع شهادة Soultions Architect إلا أن التركيز هنا يكون على جانب تنفيذ العمليات (بدلا من التخطيط لها).

شهادة DevOps Engineer (المستوى المحترف)

تمثّل هذه الشهادة المستوى الاحترافي لصنفي Developer وSysOps. يجب على المترشح أن يكون حاصلا على إحدى الشهادتين Developer أو SysOps Administrator على الأقل. كما يجب عليه أن يكون ذا خبرة في الأتممة Automation وإجراء الاختبارات برمجيا إضافة لفهم التطوير الرشيق Agile development وطرق التطوير ومنهجياته الأخرى.

يهدف الامتحان إلى قياس خبرة المترشح في تموين Provisionning أنظمة التطبيقات الموزَّعة العاملة على منصة AWS، إدارتها وتشغيلها. ينبغي أن يكون المترشح قادرا على تنفيذ أنظمة عالية التوفر، قابلة للتمدّد Scalable، ذاتيّة معالجة الأخطاء Self-healing؛ وإدارتها على منصة AWS. تقيس الشهادة أيضا قدرة المترشح على العمل على أدوات لأتممة الإجراءات وإنشائها؛ إضافة إلى إدارة أنظمة المراقبة Monitoring، المقاييس والسجلات على AWS.

كيف تحضر لشهادة AWS؟

تؤكد AWS على أن الخبرة والمهارات المطلوبة للعمل هما أهم أجزاء التحضير لامتحان شهاداتها. يقول Jamie Begin وهو مدون في شبكة Right Brain Networks (مجموعة استشارية لتطوير البرمجيات السحابية) بعد إجرائه لامتحان شهادة Solutions Architect - Associate:

"لم تكن هناك أية أسئلة مفخّخة أو حشو. كان من الواضح أن من أعد الامتحان ذو خبرة حقيقية في العمل على AWS؛ وليس من النوع الذي يكتفي بالبحث في الشبكة عن معلومات تافهة وغير واقعية".

توجد مواد يمكنها المساعدة في مراجعة المعلومات الضرورية لصقل المعارف حول المفاهيم الأساسية. توفر AWS خطة عمل للامتحان بالنسبة لكل نوع من الشهادات، تحتوي على:

• أهداف الامتحان.
• وصف مفصَّل للمهارات، الخبرات والمعارف المنتظرة من المترشح سواءٌ بالنسبة لمنصة AWS أو المعرفة التقنية بصفة عامة.
• قائمة بتوثيق AWS والدورات المتاحة للتدرب.
• توزيع درجات الامتحان.
• شرح حول أنواع الأسئلة.
• تفصيل المواضيع المدرجة في الامتحان.

توجد روابط المستندات المذكورة على الصفحة الخاصة بكل شهادة على موقع AWS.

توصي AWS، فضلا عن مراجعة المستندات الموجودة في خطة العمل أعلاه، بقراءة توثيقات AWS ومحتويات قسم الأسئلة الأكثر شيوعًا FAQ. تتضمن الدورات التدريبية المذكورة في خطة العمل دورات حضورية داخل الأقسام، مقاطع فيديو تعليمية على الشبكة والأعمال التطبيقية العملية التي يوفرها موقع qwiklabs.com.

توجد أيضا دورات تدريبية لدى أطراف مستقلة عن AWS توفر مقاطع فيديو للتعلّم، أعمالا تطبيقية للتجربة ومواد دراسية أخرى مماثلة في جودتها لتلك التي يوفرها AWS. يختلف التسعير من موقع إلى آخر حسب طريقة التدرب.

توفر AWS عينات لأسئلة امتحانات شهاداتها من أجل مساعدة المترشحين في التأقلم مع طبيعة المهارات المطلوبة في الامتحان، مدى عمقها ودرجة تفصيلها. يمكن تنزيل عينات الأسئلة من الصفحة الخاصة بكل شهادة على موقع AWS. تفيد العينات كثيرا في التقويم الذاتي والتعرف على المجالات التي تتطلب من المترشح دراسة أكثر وتركيزا أكبر.

قد يكون إجراء اختبارات التطبيقية مفيدا للغوص أكثر في أسلوب الامتحان. تتوفر هذه الاختبارات على الشبكة وحسب الطلب عبر موقع الويب webassessor.com/aws التابع لمعهد الامتحات الذي يدير امتحانات AWS. يجري التسجيل لعينة الاختبارات هذه بنفس طريقة التسجيل في الاختبارات الفعلية للشهادة. يساعد أخذ هذه الاختبارات، فضلا عن التعود على بنية الامتحان ومحتواه، على تقييم جاهزية المترشح لإجراء الامتحان الفعلي للشهادة.

تتطلب الاختبارات التطبيقية لمستوى Associate الإجابة عن 20 سؤالا في ظرف 30 دقيقة، وتكلف 20 دولارا؛ أما المستوى المحترف فتتكون الاختبارات من 40 سؤالا تنبغي الإجابة عنها في ظرف ساعة ويكلف الاختبار 40 دولارا.

التقدم لشهادات AWS

الخطوة الأولى قبل التقدم لنيل إحدى شهادات AWS هي التأكد من توفرك على المعايير المحددة للمستوى الذي تترشح له.

التسجيل للامتحان

الخطوة التالية هي التسجيل على موقع Web Assessor. ستحتاج للإدلاء بمعلومات للاتصال بك وأخرى تتعلق بمسارك المهني لإنشاء حساب على الموقع.

سجل الدخول إلى الموقع بعد إنشاء الحساب، ثم اختر الامتحان الذي تريد إجراءه والموقع الجغرافي الذي تود إجراء الامتحان فيه. تُجرى الامتحانات في مراكز الاختبار التابعة لـKryterion والتي يبلغ عددها حوالي 750 مركزا حول العالم. يجب أن توافق على شروط برنامج الشهادات التابعة لـAWS. يشترط برنامج الشهادات التابع لـAWS الموافقة على أن محتوى الامتحان، بما فيه الأسئلة، الإجابات و/أو المخططات؛ يبقى ضمن الملكية الخاصة والخصوصية لـAWS. لا يجوز حسب هذه الشروط، نسخ محتوى الامتحان أو توزيعه بأية طريقة دون الإذن المكتوب والصريح من AWS. مخالفة هذه القاعدة قد يعرّضك لإبطال أي شهادات قد تتحصّل عليها.

اختر وقتا وتاريخا تود خوض الامتحان فيه. تختلف أيام الدوام حسب المراكز، من يوم في الأسبوع إلى كل أيام أسبوع العمل، من الساعة التاسعة صباحا إلى إلى الثالثة والنصف بعد الظهر. تقترح بعض المراكز فترات عمل أيام السبت. يمكنك البحث في قائمة المراكز لإيجاد المركز الأنسب لك من حيث الموقع وتوقيت العمل.

كلفة التسجيل لمستوى Associate تبلغ 150 دولارا أمريكيا، فيما تصل إلى 300 دولار بالنسبة لمستوى Professional. يمكن إلغاء الامتحان أو إعادة جدولته دون رسوم على أن يكون ذلك في أجل أقصاه 72 ساعة قبل موعد الامتحان. إلغاء الامتحان أو إعادة جدولته قبل مدة أقل من 72 ساعة من الموعد يجعل المترشح عرضة لرسوم تبلغ 75 دولارا ويتطلب الاتصال بـAWS مباشرة. يخسر المترشحون الذي يتغيبون عن الامتحان دون إلغاء أو إعادة جدولة رسوم التسجيل كاملة.

لا يُسمَح في المركز بأية ممتلكات خاصة بالمترشح في مكان الامتحان. سيُطلب منك خلال عملية التفتيش إخراج الجيوب الخارجية للتحقق من خلوها من أي ممنوعات. كما لا يُسمح بمراجع أو أجهزة إلكترونية في مكان الامتحان، وسيتحقق المسؤول من عدم وجود تقنيات قابلة للارتداء. بالنسبة للشهادت من المستوى Professional فيمكنك طلب قلم رصاص وورقة من المراقب؛ تجب إعادة هذه المواد إليه قبل الخروج من المركز.

ستحصُل فور إنهاء عملية دفع رسوم الامتحان على رمز السماح الخاص بإجراء الاختبار Test Taker Authorization Code والذي يجب إظهاره للمراقب أثناء الامتحان. تظهر نتائج الامتحان على الشاشة فور الانتهاء منه.

سيُطلب منك في مركز الامتحان، علاوة على رمز السماح بإجراء الاختبار، إظهار وسيلتين للتعرف على الهوية تحملان توقيعك. واحدة منهما على الأقل يجب أن تحوي صورة منك؛ رخصة سياقة أو جواز سفر على سبيل المثال.

في حال الإخفاق في الامتحان تمكنك إعادة المحاولة ثلاث مرات في العام الموالي ابتداء من تاريخ أول محاولة، على أن يكون الفاصل الزمني بين محاولتين 30 يوما. يجب دفع مستحقات الامتحان كاملة في كل مرة.

خاتمة

إن كنت من العاملين في مجال الخدمات السحابية والمشغلين لخدمات AWS فمن الجيد لك التفكير في الحصول على إحدى شهادات AWS. المزج بين ما تعلمته أثناء تأدية عملك ومصادر التعلم المتوفرة يسهّل من عملية الحصول على الشهادة بالنسبة لك. ما ستجنيه من حصولك على الشهادة يبرّر الجهد والاستثمار المنجز.

ترجمة -وبتصرّف- للمقال A Guide to AWS Certification Exams.