القرص الصلب HDD
له اسم آخر HDD ، مشتقة من محرك الأقراص الصلبة باللغة الإنجليزية أو القرص الصلب
وقد تم اختراعها منذ أكثر من 60 عامًا وتم استخدامها في أجهزة الكمبيوتر الشخصية منذ منتصف الثمانينيات
(على الرغم من أن ذاكرة الفلاش قد حلت محلها في العديد من المنتجات في السنوات الأخيرة)
القرص الصلب هو جهاز يمنحك سعة معلوماتية هائلة ويسمح لك بتخزين الملفات والأفلام والصور والموسيقى
والمستندات النصية بالإضافة إلى ذلك يتم تثبيت نظام التشغيل وبرامج الكمبيوتر عليه
كيفية تخزين المعلومات باستخدام المغناطيسية
علم المغناطيسية معقد ولكن إذا سبق لك أن خدعت بالمغناطيس مثلا عند تحريك قطعه نقود بفاصل خشبى ، فأنت تعلم أن التكنولوجيا
العلم في العمل بسيطة جدًا المسامير الحديدية ليست مغناطيسية في البداية لكن إذا قمت بفرك المغناطيس عليها ذهابًا وإيابًا، يمكنك
جعلها مغناطيسية بحيث تلتصق ببعضها البعض. للمغناطيسية العديد من التطبيقات العملية البسيطة. على سبيل المثال، تستخدم
مدافن النفايات المغناطيسات الكهربائية (مغناطيسات ضخمة يمكن تشغيلها وإيقافها بالكهرباء) لجمع ونقل أكوام الخردة المعدنية.
للمغناطيسية تطبيق آخر مهم جدًا لنفترض أنك بحاجة إلى ترك رسالة لصديق، وكل ما لديك هو مغناطيس ومسمار حديدي غير مغناطيسي.
لنفترض أن الرسالة بسيطة للغاية إما أنك سترى صديقك في وقت لاحق من اليوم أو لا يمكنك الاتفاق مع صديقك على أن تقوم بإسقاط مسمار
في صندوق بريده إذا كان ممغنطًا فسوف تراه لاحقًا وإذا لم يكن ممغنطًا فلن تراه
هذه طريقة غريبة إلى حد ما لترك رسالة لشخص ما، ولكنها توضح شيئًا مهمًا للغاية: يمكن استخدام المغناطيسية لتخزين المعلومات.
إذا كان جهاز الكمبيوتر الخاص بك يحتوي على محرك أقراص ثابت بسعة 20 جيجابايت
فهو يشبه إلى حد ما صندوقًا يحتوي على 160 مليار مسمار حديدي مجهري
يمكن لكل منها تخزين جزء صغير من المعلومات يسمى البت
البت هو رقم ثنائي – إما صفر أو واحد. في أجهزة الكمبيوتر
لا يتم تخزين الأرقام ككسور عشرية (الأساس 10)
ولكن كأنماط من الأرقام الثنائية
على سبيل المثال، يتم تخزين الرقم العشري 382 كرقم ثنائي 101111110
ويمكن أيضًا تخزين الحروف والرموز الأخرى كأرقام ثنائية
كيف يعمل القرص الصلب؟
لا توجد مسامير حديدية على القرص الصلب لجهاز الكمبيوتر الخاص بك. لا يوجد سوى “صفيحة” دائرية او “قرص دائري” لامعة كبيرة من مادة مغناطيسية
مقسمة إلى مليارات المناطق الصغيرة. يمكن ممغنطة كل منطقة من هذه المناطق بشكل مستقل (لتخزين 1) أو إزالة مغنطتها (لتخزين 0).
تُستخدم المغناطيسية في تخزين الكمبيوتر لأنها تستمر في تخزين المعلومات حتى عند إيقاف تشغيل الطاقة. إذا قمت بمغنطة مسمار،
فإنه سيظل ممغنطًا حتى تقوم بإزالة مغنطته. وبالمثل، تظل المعلومات (أو البيانات) المحوسبة المخزنة على القرص الصلب بجهاز الكمبيوتر الخاص بك موجودة حتى بعد إيقاف تشغيل الطاقة.
مكونات القرص الصلب؟
يتكون القرص الصلب من بضعة أجزاء رئيسية فقط. يوجد واحد أو أكثر من الألواح الفضية اللامعة “قرص دائري”
التي يتم تخزين المعلومات عليها مغناطيسيًا. يوجد جهاز تحديد موضع (مشغل) مصمم لتحريك مغناطيس صغير يسمى
رأس القراءة والكتابة ذهابًا وإيابًا عبر الأطباق لكتابة المعلومات أو قراءتها. هناك دوائر إلكترونية للتحكم في كل شيء،
والتي تعمل بمثابة حلقة الوصل بين القرص الصلب وبقية جهاز الكمبيوتر الخاص بك.
مشغل يحرك ذراع القراءة والكتابة. في محركات الأقراص الصلبة القديمة، كانت المحركات عبارة عن محركات متدرجة.
وبدلاً من ذلك، تستخدم معظم محركات الأقراص الثابتة الحديثة مغناطيسات كهربائية بسيطة. إنها تضع ذراع القراءة والكتابة
بشكل أسرع وأكثر دقة وأكثر موثوقية من المحركات السائر، وتكون أقل حساسية لمشاكل مثل تقلبات درجات الحرارة.
يقوم المشغل بتدوير الرأس ذهابًا وإيابًا عبر اللوحة.
يسمح المغزل المركزي بتدوير ال “قرص دائري” بسرعة عالية.
يقوم القرص المغناطيسي “القرص الدائري” بتخزين المعلومات في شكل ثنائي.
تقوم توصيلات التوصيل بتوصيل القرص الصلب بلوحة الدائرة الخاصة بالكمبيوتر الشخصي.
رأس القراءة والكتابة عبارة عن مغناطيس صغير في نهاية جهاز تحديد المواقع.
تتحكم لوحة الدائرة الموجودة على الجانب السفلي في تدفق البيانات إلى الطبق.
يقوم الموصل المرن بنقل البيانات من لوحة الدائرة إلى الرأس المغناطيسي والطبق.
يسمح المغزل الصغير للمحدد بالتحرك عبر اللوحة.
تعتبر القرص المغناطيسي أهم أجزاء القرص الصلب. وكما يوحي الاسم، فهي أقراص مصنوعة من مادة صلبة مثل السيراميك أو الألومنيوم
ومغطاة بطبقة رقيقة من المعدن يمكن ممغنطتها أو إزالة مغنطتها. عادةً ما يحتوي محرك الأقراص الثابتة الصغير على طبق واحد فقط،
ولكن كل جانب مغلف مغناطيسيًا. تحتوي محركات الأقراص ذات الحجم الكبير على أطباق متعددة مثبتة على عمود دوران مركزي مع وجود فجوة صغيرة بينها.
تدور الأطباق بسرعة تصل إلى 15000 دورة في الدقيقة، بحيث يمكن لرؤوس القراءة والكتابة الوصول إلى أي جزء منها.
هناك رأسان لكل طبق: واحد للقراءة من السطح العلوي والآخر للقراءة من الأسفل، لذا فإن القرص الصلب الذي يحتوي على خمسة أطباق (على سبيل المثال)
سيتطلب عشرة رؤوس منفصلة. يتم تثبيت الرؤوس على رافعة يتم التحكم فيها كهربائيًا وتتحرك من مركز محرك الأقراص إلى الحافة الخارجية والخلف.
لتقليل التآكل، فهي لا تلمس القرص فعليًا، ولكنها تطفو فوقه. عند البدء، يدور المغزل مع القرص المغناطيسي أولاً، وفقط بعد حدوث تدفق الهواء اللازم للتدخين الإلكتروني،
تبدأ الرؤوس في التحرك.
أهم شيء في الذاكرة ليس القدرة على تخزين المعلومات، بل القدرة على العثور عليها لاحقًا. تخيل أنك قمت بتخزين مسمار حديدي ممغنط في كومة مكونة من 1.6 مليون مسمار متطابق،
وسيكون لديك فكرة عن المشاكل التي قد يواجهها جهاز الكمبيوتر الخاص بك إذا لم يستخدم طريقة منهجية للغاية لتخزين معلوماته. دعونا نفكر في مبدأ تشغيل القرص الصلب عند التعامل مع المعلومات.
عندما يقوم جهاز الكمبيوتر الخاص بك بتخزين البيانات على محرك الأقراص الثابتة الخاص به، فإنه لا يقوم فقط بوضع المسامير الممغنطة في صندوق ويخلطها معًا.
يتم تخزين البيانات بطريقة منظمة للغاية على كل طبق. يتم ترتيب بتات البيانات في مسارات دائرية متحدة المركز تسمى المسارات. وينقسم كل مسار إلى مناطق أصغر
تسمى القطاعات. يخزن جزء من القرص الصلب خريطة للقطاعات توضح ما إذا كانت فارغة أم مشغولة. عندما يريد الكمبيوتر تخزين معلومات جديدة، فإنه ينظر إلى
الخريطة للعثور على بعض القطاعات الحرة. ثم يوجه رأس القراءة والكتابة للتحرك عبر الطبق إلى الموقع المطلوب بالضبط وتخزين البيانات هناك. لقراءة المعلومات، ي
تم تنفيذ نفس العملية في الاتجاه المعاكس.
كيف يدير الكمبيوتر كل التفاصيل الميكانيكية للقرص الصلب؟
يوجد بينهما واجهة (معدات توصيل) تسمى وحدة التحكم. هذه دائرة صغيرة تتحكم في المحركات، وتختار مسارات معينة للقراءة والكتابة،
وتحول التدفقات المتوازية من البيانات القادمة من الكمبيوتر إلى تدفقات متسلسلة من البيانات المكتوبة على القرص (والعكس صحيح).
تكون وحدات التحكم إما مدمجة في لوحة الدائرة الخاصة بمحرك الأقراص أو تكون جزءًا من اللوحة الرئيسية (اللوحة الأم) للكمبيوتر.
مع وجود الكثير من المعلومات المخزنة في مثل هذه المساحة الصغيرة، يعد القرص الصلب قطعة هندسية رائعة. وهذا لا يوفر المزايا فحسب،
بل يوفر أيضًا عيوبًا. أحدها هو أن محركات الأقراص الثابتة يمكن أن تفشل في حالة دخول الأوساخ أو الغبار بداخلها. يمكن لقطعة صغيرة من الغبار
أن تتسبب في ارتداد الرأس المغناطيسي لأعلى ولأسفل، مما يؤدي إلى اصطدامه بالطبق وإتلاف مادته المغناطيسية. يُعرف هذا باسم فشل القرص (أو فشل الرأس)،
ويمكن أن يؤدي، على الرغم من أنه ليس دائمًا، إلى فقدان جميع المعلومات الموجودة على القرص الصلب. عادة ما يحدث فشل القرص فجأة، دون سابق إنذار.
ولهذا السبب يجب عليك دائمًا الاحتفاظ بنسخ احتياطية من مستنداتك وملفاتك المهمة.
من اخترع القرص الصلب؟
مثل العديد من ابتكارات الحوسبة في القرن العشرين، تم اختراع محركات الأقراص الثابتة في شركة IBM
كوسيلة لتزويد أجهزة الكمبيوتر بذاكرة “الوصول العشوائي”. كانت المشكلة مع أجهزة ذاكرة الكمبيوتر الأخرى،
مثل البطاقات المثقوبة وبكرات الأشرطة المغناطيسية، هي أنه لا يمكن الوصول إليها إلا بالتسلسل (بالترتيب، من البداية إلى النهاية). ل
ذلك، إذا كانت بعض البيانات التي تريدها موجودة في مكان ما في منتصف الشريط، فيجب عليك قراءة السجل بأكمله أو مسحه ضوئيًا ببطء شديد للعثور على ما تحتاجه.
مع القرص الصلب، كل شيء يحدث بشكل أسرع بكثير؛ حيث يمكنه نقل رأس القراءة والكتابة من جزء من القرص إلى جزء آخر بسرعة كبيرة.
تم تطوير أول محرك أقراص ثابتة بواسطة رينولد جونسون من شركة
وتم تقديمه في 4 سبتمبر 1956 باسم وحدة تخزين القرص IBM 350
ولم يكن يشبه النماذج الحديثة على الإطلاق. يبلغ وزنها 970 كيلوجرامًا، وتتكون من 50 لوحًا من الألومنيوم مطلية بمغناطيس حديدي، ويبلغ قطرها 61 سم.
كانت النسخ المماثلة إلى حد ما للنسخ الحديثة، وإن لم تكن في الحجم، 3340، والتي صدرت في عام 1973. بتحريض من مهندسي شركة IBM الذين صنعوا
جهازًا يحتوي على 30 مسارًا من 30 قطاعًا في كل مسار،
بدأ تسمية محركات الأقراص الثابتة بـ “winchesters” أو “المسامير” لفترة قصيرة.
أنواع محركات الأقراص الصلبة
محركات الأقراص الصلبة القياسية (Standard HDDs)
هذه هي المحركات الأقراص الصلبة التقليدية التي تعتمد على قرص مغناطيسي دوار لتخزين البيانات.
تتوفر بأحجام وسعات تخزينية متنوعة وتستخدم في معظم أجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة الخوادم.
محركات الأقراص الصلبة عالية الأداء (High-Performance HDDs)
تمتاز هذه المحركات بسرعات دوران أعلى وأوقات وصول أسرع مقارنة بالمحركات القياسية.
غالبًا ما تستخدم في تطبيقات تتطلب أداءًا متفوقًا مثل أجهزة الألعاب وأجهزة العمل المتخصصة.
محركات الأقراص الصلبة ذات السعة الكبيرة (High-Capacity HDDs)
تعتبر هذه المحركات مثالية لتخزين كميات كبيرة من البيانات بتكلفة منخفضة.
تتميز بسعات تخزينية هائلة تصل إلى عدة تيرابايتات، مما يجعلها مثالية للاستخدام في أنظمة التخزين وخوادم البيانات.
محركات الأقراص الصلبة المحمولة (Portable HDDs)
تتميز هذه المحركات بحجم صغير وقابلية للحمل،
وهي مصممة للاستخدام مع أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة الألعاب.
عادةً ما تكون محمولة وتعتمد على اتصال USB للتوصيل بالأجهزة.
محركات الأقراص الصلبة المتخصصة (Specialized HDDs)
تشمل هذه الفئة محركات الأقراص الصلبة التي تم تصميمها لاستخدامات معينة مثل تخزين الفيديو عالي الدقة
، وتخزين البيانات الحساسة، وتطبيقات الرصد والأمان.
ما الفرق بين محركات الأقراص الصلبة وأيهما أفضل؟
إذا نظرت إلى أنواع محركات الأقراص الصلبة، فهي مقسمة إلى:
*بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، فهي تتميز بعامل شكل 2.5 بوصة. وهذا يسمح لهم بالتناسب مع حزمة صغيرة؛
*لأجهزة الكمبيوتر وأنظمة المراقبة بالفيديو . على الرغم من أنه من الممكن أيضًا استخدام الخيار السابق، كقاعدة عامة، يتم استخدام عامل الشكل مقاس 3.5 بوصة؛
*يتم استخدام الأجهزة الخارجية المتصلة بشكل منفصل بجهاز الكمبيوتر/الكمبيوتر المحمول بشكل أساسي لتخزين المعلومات؛
*بالنسبة للخوادم ، فهي تتميز بأداء أكبر وواجهة اتصال SAS بدلاً من SATA .
بالإضافة إلى ذلك، يتم تقسيم محركات الأقراص الصلبة حسب عدة خصائص:
*سعة الذاكرة – تتراوح من الآن من 300 جيجابايت إلى 18 تيرابايت؛
*سرعة دوران المغزل (كلما زاد الأداء، زاد) – من 5400 إلى محرك الأقراص الثابتة السريع بسرعة 15000 دورة في الدقيقة؛
*الواجهة – SAS 2، وSAS 3، وSATA 3، والبعض الآخر أقل شيوعًا، أما بالنسبة للخيارات الخارجية، فالواجهة الرئيسية هي USB؛
*حجم المخزن المؤقت (ذاكرة التخزين المؤقت لتخزين البيانات المؤقتة) – من 8 إلى 512 ميجابايت.
يفي أي محرك أقراص مغناطيسي ثابت بغرضه الرئيسي، ويجب مراعاة جميع الفروق الدقيقة الأخرى عند الاختيار لمهمة معينة.
فى النهايه