كيف تعمل الأقراص الصلبة

تقريباً كل حاسب مكتبي يُستخدم اليوم أو حاسب مخدم يحوي قرصأ صلباً واحداً او أكثر،وكلاً من الحاسب الكبير (أي ذو مهام ضخمة)"Mainframe" والمتعدد المهام “Supercomputer” يوصلان بشكل نظامي إلى المئات من تلك الحواسب .
ويمكن أن تجد أجهزة من النوع VCR (أجهزة استخدمت قديماً مع جهاز التلفاز تشبه أشرطة الفيديو) و Camcorder ( مسجل فيديو نقّال videoCamera-recorders) التي تستخدم الأقراص الصلبة عوضاً عن الأشرطة "Tapes".
هذه الأعداد الضخمة من الأقراص الصلبة تقوم بتأدية شيء واحد بشكل جيد،حيث أنها تخزن التغييرات في المعلومات الرقمية بشكل ثابت نسبياً،وهي تعطي الحواسب إمكانية الحفظ عند غياب الطاقة الكهربائية.
في هذا الإصدار من “HowStuffWorks” سنتناول القرص الصلب كلياً بشكل جزئي ، لذلك فبإمكانك أن ترى ما يحدث داخله وكذلك سنشرح كيف تُنظم عملية تخزين الغيغابايتات من المعلومات ضمن ملفات فيه.
أساسيات القرص الصلب:

تم اختراع الأقراص الصلبة في الخمسينيات . بدأت بأقراص كبيرة يصل قطرها حتى 20 إنشاً , تخزن فقط بعض الميغابايتات . كانت أصلاًَ تدعى بـ " الأقراص الثابتة " أو " Winchesters " (اسم شيفرة يستخدم لمنتج IBM معروف ) . بعد ذلك أصبحت تدعى بـ "الأقراص الصلبة" لتمييزها عن "الأقراص المرنة" . الأقراص الصلبة لها اسطوانة صلبة تحمل الوسط المغناطيسي . كما تختلف عن أفلام البلاستيكية المرنة الموجودة في الأشرطة و الأقراص المرنة .
في المستوى الأبسط , الأقراص الصلبة ليست مختلفة عن أشرطة الكاسيت . الأقراص الصلبة و أشرطة الكاسيت كلاهما يستخدم نفس تقنيات التسجيل المغناطيسية الموصوفة في المقطع " كيف تعمل مسجلات الأشرطة" . الأقراص الصلبة و أشرطة الكاسيت أيضاَ تتشارك بالفوائد الأساسية للتخزين المغناطيسي .
الأوساط المغناطيسية بالإمكان مسحها و إعادة كتابتها بسهولة , و سوف تتذكر النماذج المغناطيسية الجارية المخزنة عليها لسنين كثيرة .
دعنا نبحث في الفروق الكبيرة بين أشرطة الكاسيت و الأقراص الصلبة :
مادة التسجيل المغناطيسية على شريط الكاسيت تتوضع على شريط بلاستيكي رفيع ؛أما في القرص الصلب مادة التسجيل المغناطيسية تكون متوضعة على قرص عالي الدقة من الألمنيوم أو الزجاج . بعد ذلك تصقل اسطوانة القرص الصلب إلى شكل المرآة الأملس .
في الشريط يجب عليك أن تتقدم بسرعة أو تعود للوراء باحثاً لتحصل على نقطة معينة من الشريط،و هذا يستغرق عدة دقائق في الشريط الطويل.بينما على القرص الصلب يمكنك الانتقال إلى أية نقطة من سطح القرص الصلب حالاً.
في أشرطة الكاسيت المكسوة بغلاف خارجي ،رأس الكتابة والقراءة يلمس الشريط مباشرة بينما في القرص الصلب فإن رأس القراءة والكتابة يمر مرتفعاً (يطير) فوق القرص،حقيقة لا يلمسه أبدأ.
الشريط داخل الكساء يتحرك فوق رأس القراءة والكتابة بسرعة حوالي 2 إنشاً (أي ما يقارب 5.08 سم) في الثانية،أما الصفيحة الأسطوانية للقرص الصلب يمكن أن تدور تحت رأسها بسرعة تصل إلى 3000 إنشاً في الثانية (170 ميل في الساعة أو 272 كيلو متر في الساعة).
تُخزن المعلومات على القرص الصلب ضمن تأثير حقل مغناطيسي صغير جداً مقارنة مع الحقل المغناطيسي للأشرطة،إن حجم هذه الحقول أصبح ممكناً مع دقة الاسطوانة وسرعة الوسيط.
بسبب هذه الفروق فإن القرص الصلب الحديث قادر أن يخزن كمية مذهلة من المعلومات في منطقة صغيرة ويمكنه أيضاً الوصول إلى أي من معلوماته في جزء من الثانية.
إن الأجهزة المكتبية النموذجية ستحوي قرصأ صلباً ذا سعة تتراوح بين 10 و40 غيغا بايت، حيث تخزن المعطيات في القرص على شكل ملفات.
الملف ببساطة هو مجموعة من البايتات،هذه المجموعة تحمل اسماً هو اسم الملف،يمكن أن تكون المعطيات شيفرة الـ ASCII لمحارف الملف النصي،أو يمكن أن تكون تعليمات تطبيق برمجي يقوم الحاسب بتنفيذها ،أو سجلات لقاعدة بيانات، أو عناصر صورة "pixels" ملونة GIF ،إنها ليست مسألة ما تحوي ،ولكن على أية حال الملف ببساطة هو سلسلة من البايتات .
عندما يعمل أي برنامج في الحاسب فإنه يطلب ملف،فالقرص الصلب يستعيد بايتات الملف ويرسله لوحدة المعالجة المركزية "CPU" بايت بايت.
ثمة طريقتان لقياس أداء القرص الصلب:
نسبة المعطيات " DataRate" :هي عدد البايتات في الثانية، وهي البايتات التي تسلمها سواقة القرص الصلب للمعالج، النسب التي تتراوح بين 5 و40 ميغا بايت هي النسب الشائعة.
زمن البحث "Seek Time" وهو الزمن المستغرق ما بين طلب المعالج لملف وإرسال البايت الأول من هذا الملف إلى المعالج، فالفترات التي تتراوح بين 10 و20 ميلي ثانية هي الفترات الشائعة.
إن العامل المهم الآخر هو سعة السواقة ، والسعة هي عدد البايتات التي يمكن أن يخزنها القرص.

داخل القرص الصلب:

إن أفضل طريقة لفهم كيفية عمل القرص الصلب هي بأخذ نظرة داخله . ( لاحظ أن فتح القرص الصلب يؤدي إلى تخريبه ، وبالتالي هذا أمر لا يمكن تجريبه في المنزل مالم يكن لديك سواقة معطلة ) .
لدينا هنا سواقة قرص صلب نموذجية:



وهي عبارة عن صندوق من الألمنيوم محكم الإغلاق مع كتلة إلكترونيات التحكم مثبتة إلى أحد أوجه الصندوق . تتحكم الإلكترونيات بآلية القراءة والكتابة ، وبالمحرك الذي يدوّر الاسطوانات . كذلك فإن الإلكترونيات تجمّع المجالات المغناطيسية على السواقة في بايتات (عملية القراءة ) ، وتحول البايتات إلى مجالات مغناطيسية (عملية الكتابة) .
توجد جميع الالكترونيات في لوحة صغيرة منفصلة عن بقية السواقة .



تتوضع وصلات المحرك الذي يدوّر الاسطوانات تحت اللوحة ، بالإضافة إلى فتحة تهوية عالية التصفية تجعل ضغط الهواء الداخلي والخارجي متساوِ .



إن إزالة الغطاء عن السواقة يظهر منطقة داخلية بسيطة جداً ولكنها دقيقة للغاية .



تستطيع أن تشاهد في هذه الصورة:
- الاسطوانات: التي تدور 3600 أو 7200 دورة في الدقيقة في الحالة النموذجية أثناء عمل السواقة . لقد صنّعت هذه الاسطوانات بسماحيات مدهشة(دليل على الدقة) ، وهي ناعمة كالمرآة (كما تستطيع أن ترى فيها صورة المؤلف الشخصية.. ليس هناك مجال لتجاهلها).
- الذراع الذي يمسك رؤوس القراءة والكتابة والذي يتم التحكم به بواسطة الجهاز الموجود في الزاوية اليسارية العليا ، وهو قادر على تحريك الرؤوس من المركز إلى حافة السواقة .
إن كلا الذراع و جهاز تحريكه خفيفان وسريعان جداً . يستطيع الذراع أن يتحرك في سواقة قرص صلب نموذجية من المركز وحتى الحافة وبشكل عكسي حتى 50 مرة في الثانية (هذا شيء مدهش للمشاهدة ).
إن معظم الأقراص الصلبة تحوي عدة أسطوانات لزيادة كمية المعلومات التي تستطيع السواقة تخزينها . هذه السواقة تحوي ثلاث أسطوانات وستة رؤوس للقراءة والكتابة .


- يجب أن تكون آلية تحريك الذراع على القرص الصلب سريعة ودقيقة بشكل لا يصدّق . يمكن بناء هذه الآلية باستخدام محرك خطي عالي السرعة .



- تستخدم العديد من السواقات طريقة "ملف الصوت" ( ( voice coil –نفس التقنية مستخدمة لنقل مخروط الصوت الناتج عن مكبر الصوت على مسجلك في تحريك الذراع .

تخزين المعلومات:
- تخزن المعطيات على سطح الأسطوانة في قطاعات ومسارات .
المسارات هي دوائر متحدة المركز ، والقطاعات هي أوتاد على شكل فطائر على المسار كما في الشكل:



يظهر مسار نموذجي باللون الأصفر، وقطاع نموذجي باللون الأزرق .
- يحتوي القطاع على عدد ثابت من البايتات – 256 أو 512 بايت على سبيل المثال . يتم تجميع القطاعات معاً في مجموعات(عناقيد) (clusters.) إما على مستوى السواقة أو على مستوى نظام التشغيل .
- تنشئ عملية تهيئة القرص منخفضة المستوى المسارات والقطاعات على الأسطوانة . يتم كتابة نقاط بداية ونهاية كل قطاع على الأسطوانة .
- تجهز هذه العملية السواقة لحفظ كتل من البايتات . بعدها تكتب التهيئة(Format) عالية المستوى بنى الملفات ،- مثل جدول تخصيص الملفات(FAT) ،- في القطاعات . تحضّر هذه العملية السواقة لحفظ الملفات

شكرا على السعي نحو الأفضل

تحية محملة بالأحترام الشديد والشكر المديد لجهودك المتميزة أخي حسن

أنا وبدون مبالغة أقول بأن الحاجب لا يعلو ولا يوضع فوق العين يا أبا خالد

فالأبداع أنت من ألفته وشكرا لك

أرد وأقول الله يزيدك ليضريك ويهنيك بكلشي بتريدو وبتطلبو ياأبا فيصل


أن أحترمك كثيرا لأني وبدون مجاملة ............................................


خلية بيني وبينك مشــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــان ما حدا يحسدنا

آنسة ريهام

أخــي حــســن

حبيبي