عاصفة الكمبيوتر

اهلا بكم في موقع عاصفة الكمبيوتر في هذا المقال سوف نشرح بالتفصيل عن القرص الصلب في الحاسوب ومكوناته الداخلية حيث تعتبر الاقراص من اهم قطع الهاردوير في الكمبيوتر والتي يتم استخدامها في حفظ جميع الملفات والبيانات المختلفة.

ما هو القرص الصلب

القرص الصلب (Hard Disk) هو الجزء الأساسي من بنية الحاسوب والمسؤول عن التخزين الطويل الأمد للبيانات حتى في حالة انقطاع التيار الكهربائي عن الجهاز فهو يقوم بقراءة وتسجيل البيانات بطريقه إلكترونية حیث بإمكانه تخزین كمیة كبیرة من البيانات والمعلومات، بالإضافة إلى إمكانية قراءة المعلومات والبيانات بصورة اسرع بكثير من أجهزة تخزين البيانات الأخرى مثل: بالإنجليزية:(CD-ROM و Tap drives) وغيرها من الوسائل التخزينية الأخرى، كما أن الغالبية العظمى من المساحة التخزينية تستخدم لحفظ البرامج وتخزينها مثل أنظمة التشغيل المختلفة، والبرمجيات المتنوعة، والملفات الشخصية.

كما هو واضح من اسمه يحتوي القرص الصلب على "قرص صلب" أو ما يعرف باسم (Platter)‏، هذا القرص توضع عليه المادة المغناطيسية التي تستخدم في حفظ البيانات، هذه المادة المغناطيسية هي نفسها المادة المستخدمة في الأقراص المرنة وشرائط الكاسيت، ولكن الفرق هو أن الأقراص المرنة والكاسيت يتم فيها وضع المادة المغناطيسية علي ماده بلاستيكية مرنة.

تاريخ اختراع القرص الصلب

تم اختراع الأقراص الصلبة في الخمسينيات، وكانت عبارة عن أقراص كبيرة يصل قطرها إلى حوالي 20 بوصة وعلى الرغم من حجمها الكبير إلا أنها كانت تتسع للقليل من الميجا-بايتات. ولم تكن تعرف في ذلك الوقت بالإنجليزية:( Hard disk)، بل كانت تعرف بالإنجليزية:( Fixed disks) أو (بالإنجليزية: Winchesters)، وجاءت التسمية بالإنجليزية: (Hard Disk) بعد ذلك لكي يتم التفرقة بينها وبين الأقراص المرنة.

في عام 1953 ، أنشأ مهندسو IBM أول قرص صلب ، كان بحجم ثلاجتين. قامت الشركة بعد ذلك بشحن أول كمبيوتر تجاري يعتمد على القرص الصلب ، وهو 5 ميجا بايت IBM 305 RAMAC (طريقة الوصول العشوائي للمحاسبة والتحكم) في عام 1956. وكان عنصر التخزين في IBM 305 RAMAC يسمى IBM 350 Disk Storage. كانت أقراص RAMAC بقطر 2 قدم ، وعملت تكلفة التخزين على حوالي 10000 دولار لكل ميجابايت. ومع ذلك ، فقد كانت قفزة هائلة إلى الأمام في تكنولوجيا تخزين الكمبيوتر ، والتي كانت تعتمد في الغالب على الشريط المغناطيسي. مكنت رؤوس القراءة والكتابة المنقولة لذاكرة الوصول العشوائي للوصول العشوائي الوصول إلى البيانات لأول مرة.

قامت شركة ايبي ام في قيادة تطوير تقنية القرص الصلب على مدار العقدين المقبلين. في عام 1961 ، طفت رؤوس محرك الأقراص لوحدة تخزين القرص IBM 1301 على طبقة رقيقة من الهواء ، مما جعل الرؤوس والأطباق أقرب لزيادة كثافة التخزين. بعد ذلك بعامين ، قدمت شركة IBM أول محرك أقراص ثابت قابل للإزالة ، وهو 1311. وتتألف حزمة القرص الأولى الخاصة بها ، وهي IBM 1316 ، من ستة أطباق بحجم 14 بوصة و 2.6 ميجابايت من التخزين. تبع ذلك محركات الأقراص الثابتة IBM 2311 5 ميجابايت و IBM 2314 29 ميجابايت من محركات الأقراص الثابتة ، والأخيرة هي الأولى التي تم توحيدها ، حيث عملت عبر إصدارات متعددة من نظام الكمبيوتر الرئيسي IBM System / 360.

في عام 1980 ، أصدرت شركة IBM أول محرك أقراص صلبة جيجابايت ، والذي كان يزن 550 رطلاً وكان بحجم الثلاجة ، مقابل 40 ألف دولار. كان هذا هو العام نفسه الذي قدمت Seagate أول قرص صلب بحجم 5.25 بوصة. أنتجت شركة Rodime الاسكتلندية محرك أقراص ثابتة مقاس 3.5 بوصة في عام 1983. وبعد ثلاث سنوات ، ظهر معيار واجهة نظام الكمبيوتر الصغيرة (SCSI). في عام 1988 ، قلص PrairieTek القرص الصلب إلى 2.5 بوصة - 20 ميجابايت على قرصين - لاستخدامه في أجهزة الكمبيوتر المحمولة.

القرص الصلب ومكوناته الداخلية في الحاسوب

القرص الصلب هو في الواقع مجموعة من الأقراص المكدسة ، مثل تسجيلات الفوتوغراف. يحتوي كل قرص على بيانات مسجلة كهرومغناطيسيًا في دوائر أو مسارات متحدة المركز على القرص. رأس ، يشبه ذراع الفونوغراف ولكنه في وضع ثابت نسبيًا ، يكتب أو يقرأ  المعلومات الموجودة على المسارات. رأسان ، واحد على كل جانب من القرص ، يقرأان أو يكتبان البيانات أثناء دوران القرص. تتطلب كل عملية قراءة أو كتابة تحديد موقع البيانات ، وهي عملية تسمى البحث. البيانات الموجودة بالفعل في ذاكرة التخزين المؤقت على القرص ، سيتم تحديدها بسرعة أكبر.

تأتي وحدة القرص الصلب / محرك الأقراص مع سرعة دوران محددة تتراوح من 4200 دورة في الدقيقة إلى 15000 دورة في الدقيقة. تستخدم معظم أجهزة الكمبيوتر المحمول والكمبيوتر المكتبي أقراصًا صلبة تتراوح بين 5،400 دورة في الدقيقة و 7،200 دورة في الدقيقة ، بينما يمكن العثور على الأقراص الثابتة في عدد دورات المحرك في الدقيقة في محطات العمل المتطورة وخوادم المؤسسات. يتم قياس وقت الوصول إلى القرص بالمللي ثانية. على الرغم من أنه يمكن تحديد الموقع الفعلي للبيانات باستخدام مواقع الأسطوانات والمسارات والقطاعات ، إلا أنه يتم تعيينها في الواقع إلى عنوان كتلة منطقية (LBA) يعمل مع نطاق العناوين الأكبر على الأقراص الثابتة.

تتضمن الأقراص الصلبة واحدة أو أكثر من أطباق الألومنيوم أو الزجاج أو السيراميك المصنوعة من مادة الركيزة ذات سطح مغناطيسي رفيع أو طبقة وسائط لتخزين البيانات. تقوم الأطباق بتخزين وتنظيم البيانات في هياكل محددة - المسارات والقطاعات والمجموعات - على طبقة الوسائط هذه ، التي لا يتجاوز سمكها بضعة ملايين من البوصة. طبقة واقية فائقة التشحيم وقابلة للتشحيم فوق واقيات الوسائط المغناطيسية ضد التلف العرضي والتلوث بالمواد الغريبة ، مثل الغبار.

ملاحظة: من المهم ملاحظة أنه نظرًا لأن البيانات المخزنة على محرك الأقراص الثابتة ممغنطة ، فليس من الجيد اللعب بمغناطيس بالقرب من محرك الأقراص الثابتة

كيف يعمل القرص الصلب

عندما يرغب الكمبيوتر في استرداد البيانات من محرك الأقراص الثابتة ، يقوم المحرك بتدوير الأطباق وسيتحرك الذراع إلى الموضع المناسب فوق الطبق حيث يتم تخزين البيانات. ستكتشف الرؤوس الموجودة على الذراع القطع المغناطيسية الموجودة على الأطباق وتحويلها إلى البيانات المناسبة التي يمكن أن يستخدمها الكمبيوتر. على العكس من ذلك ، عندما يتم إرسال البيانات إلى محرك الأقراص ، ستقوم الرؤوس هذه المرة بإرسال نبضات مغناطيسية في الأطباق لتغيير الخصائص المغناطيسية للطبق ، وبالتالي تخزين معلوماتك على القرص الصلب.

يوجد القرص الصلب داخل القرص الصلب ، والذي يقوم بقراءة البيانات وكتابتها على القرص. ينقل القرص الصلب أيضًا البيانات ذهابًا وإيابًا بين وحدة المعالجة المركزية والقرص. عند حفظ البيانات على القرص الثابت ، يتعين على محرك الأقراص الثابتة كتابة الآلاف ، إن لم يكن الملايين ، من الآحاد والأصفار على القرص الثابت.

عند حفظ البيانات أو تثبيت البرامج على جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، يتم عادةً كتابة المعلومات على القرص الثابت الخاص بك. القرص الصلب . نظرًا لأنه يتم تخزين البيانات مغناطيسيًا ، تظل المعلومات المسجلة على القرص الثابت كما هي بعد إيقاف تشغيل الكمبيوتر. هذا تمييز مهم بين القرص الصلب وذاكرة الوصول العشوائي ، أو الذاكرة ، والتي يتم إعادة محو بياناتها عند إيقاف تشغيل طاقة الكمبيوتر.

تخزين البيانات على القرص الصلب

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

واجهات القرص الصلب

يتصل القرص الصلب بالكمبيوتر من خلال نوع معين من الواجهة. يجب أن تتطابق الواجهة الموجودة على محرك الأقراص الثابتة مع الواجهة المقابلة على اللوحة الأم. إذا قمت بشراء محرك أقراص ثابت جديد يحتوي على واجهة لا تدعمها اللوحة الأم ، فلن يعمل في جهاز  الكمبيوتر الخاص بك. يوجد حاليًا ثلاث واجهات أصبحت المعيار لتوصيل القرص الصلب بجهاز الكمبيوتر الخاص بك. فيما يلي بعض المعلومات حول كل من هذه الواجهات.

1-IDE أو ATA - هذه هي الواجهة الأكثر استخدامًا حاليًا ولكن يتم التغلب عليها بسرعة من خلال واجهة SATA الأحدث. تصل سرعة محركات الأقراص الثابتة التي تستخدم هذا النوع من الواجهة إلى 100 ميجابت في الثانية.

2-SATA - واجهة أحدث تستخدم كبلات أقل حجمًا وبسرعة تبدأ من 150 ميجابت في الثانية لـ SATA و 300 ميجابت في الثانية لـ SATA II. بدأت جميع الشركات المصنعة لأجهزة الكمبيوتر تقريبًا في استخدام محركات أقراص SATA.

3-SCSI - يستخدم هذا النوع من الواجهة عادةً في بيئة الأعمال للخوادم. تميل محركات الأقراص الثابتة المصممة لواجهة SCSI إلى الحصول على معدل عائد لكل ألف ظهور أسرع مما يوفر أداءً أفضل.

تهيئة الاقراص الصلبة

القيام بعملية التهيئة الفيزيائية قبل التهيئة المنطقية للقرص الصلب والتهيئة الفيزيائية للقرص الصلب (تسمى كذلك بالتهيئة المنخفضة المستوى) تتم عادة هذه التهيئة للقرص بعد صناعته مباشرة من قبل الشركة (Low Level Format) المنتجة للقرص الصلب تقسِم عملية التهيئة الفيزيائية الأقراص الدائرية للقرص الصلب إلى العناصر الفيزيائيةالرئيسية التالية: المساراتبالإنجليزية: (Paths)، والأسطوانات بالإنجليزية:(Cylinders)، وأيضاً القطاعات بالإنجليزية: (Sectors). هذه العناصر توضح الطريقة التي تخزن بها البيانات وتسترجع فيزيائيًا من القرص. 

1-التهيئة الفيزيائية .

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

2-التهيئة المنطقية.

بعد أن تتم عملية تهيئة القرص الصلب فيزيائيا لا يمكننا بعد استخدام القرص الصلب، بل يلزم أيضاً تهيئته منطقيا. التهيئة المنطقية يتم فيها وضع نظام الملفات (File System) (مثل FAT، FAT32، NTFS، EXT4) علي القرص الصلب، مما يتيح لنظام التشغيل (مثل دوس DOS، ويندوزWindows أو جنو/لينكس GNU/Linux) استخدام المساحة التخزينية الموجودة علي القرص الصلب في قراءة وتخزين الملفات والبيانات. وتختلف أنظمة التشغيل عن بعضها البعض في نظام الملفات الذي تستعمله، لذا فإن نوع التهيئة المنطقية التي نستخدمها يعتمد علي نوع نظام التشغيل الذي سنستخدمه.

كان هذا شرح مفصل عن القرص الصلب ومكوناته الداخلية وتم جلب هذه المعلومات من مصادر موثوقة، والاقراص الصلبة في تطور مستمر ووصلت احجام تخزين الاقراص الصلبة في وقتنا الحالي الى وحدة قياس تيرا بايت، فهناك اقراص تبلغ مساحة تخزينها 12 تيرا بايت او ربما اكثر واصبحت اسعارها ارخص مقارنة بالاعوام الماضية وسرعة نقل البيانات كبيرة جدا، وتابعو دائما موقع عاصفة الكمبيوتر نحن نقدم افضل المواضيع التقنية.