القرص الصلب: آلية تخزين البيانات على الأقراص


جميل بيلوني

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.

01_Read_write-head.png

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؟

02_Form-factors.png

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.

عامل الشكل الطول مم العرض مم الارتفاع مم السعة العظمى عدد الأقراص الأعظمي سعة القرص الواحد
3.5 146 101.6 26.1 – 19 12 تيرابايت (2016) 5 – 8 1.149 غيغابايت
2.5 100 69.85 5 - 19 5 تيرابايت (2016) 5 1 تيرابايت

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.

03_Parallel-ATA-cabel.png 

04_Parallel-ATA-port.png

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.

05_Serial-ATA.png

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.

06_Serial Attached SCSI.png

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.

07_SSD-5.jpg

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.

  SSD HDD
زمن الوصول للملفات يتراوح بين 35 - 100 ميكرو ثانية أي أسرع بمئة مرة من القرص الصلب HDD. يتراوح بين 5000 - 10000 ميكرو ثانية.
السعر مرتفع جدًا. رخيص
الوثوقية لا يحتوي على أجزاء ميكانيكية لذا يؤمِّن أداءً ووثوقيةً كبيرة. يحتوي على أجزاء ميكانيكية وأقراص ممغنطة التي تصبح عرضةً للأعطال والتلف كلما زاد استخدامها.
السعة تزيد عن 16 تيرابايت، وأعلنت شركة seagate أنها ستطرح قريبًا قرص SSD بسعة 60 تيرابايت. تصل إلى 12 تيرابايت.
الطاقة يستهلك طاقة أقل مما يزيد من عمر البطارية في الحواسيب المحمولة. يستهلك طاقة أكبر.
الضجيج لا يوجد ضجيج لعدم وجود أجراء متحركة. يصدر ضجيجًا مرتفعًا.
الحجم يتوافر SSD بعوامل الشكل 2.5 و 1.5 و 1.0 بوصة. يتوافر بعاملي شكل فقط وهما 3.5 و 2.5 بوصة.
الحرارة يصدر حرارةً أقل لعدم توافر أجزاء متحركة وهذا يساعد في زيادة عمره. يصدر حرارة مرتفعة مما يسبب ضررًا للقرص الصلب.

الخلاصة

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





تفاعل الأعضاء


لا توجد أيّة تعليقات بعد



يجب أن تكون عضوًا لدينا لتتمكّن من التعليق

انشاء حساب جديد

يستغرق التسجيل بضع ثوان فقط


سجّل حسابًا جديدًا

تسجيل الدخول

تملك حسابا مسجّلا بالفعل؟


سجّل دخولك الآن