كيف يعمل القرص الصلب؟

يحتوي كل كمبيوتر مكتبي وخادم ويب قيد الاستخدام اليوم تقريبًا على واحد أو أكثر من الأقراص الصلبة، عادة ما يتم توصيل كل حاسب مركزي وحاسوب عملاق بالمئات منها، لكن كيف يعمل القرص الصلب؟

تقوم هذه المليارات من الأقراص الصلبة بعمل شيء واحد، فهي تخزن المعلومات الرقمية المتغيرة في شكل دائم نسبيًا. إنها تمنح أجهزة الكمبيوتر القدرة على تذكر الأشياء عند انقطاع التيار الكهربائي.


أساسيات القرص الصلب.

تم اختراع الأقراص الصلبة في الخمسينيات من القرن الماضي. لقد بدأوا كأقراص كبيرة يصل قطرها إلى 50 سم، وتحمل بضعة ميغا بايت فقط. كانت تسمى في الأصل “الأقراص الثابتة” أو “Winchesters” (اسم رمزي يستخدم لمنتج IBM الشهير).

أصبحت تُعرف فيما بعد باسم “الأقراص الصلبة” لتمييزها عن “الأقراص المرنة”. تحتوي الأقراص الصلبة على طبق صلب يحمل الوسيط المغناطيسي، على عكس الفيلم البلاستيكي المرن الموجود في الأشرطة والأقراص المرنة.

في أبسط مستوى، لا يختلف القرص الصلب عن شريط الكاسيت. تستخدم كل من الأقراص الصلبة وأشرطة الكاسيت نفس تقنيات التسجيل المغناطيسي. تشترك الأقراص الصلبة وأشرطة الكاسيت أيضًا في الفوائد الرئيسية للتخزين المغناطيسي، يمكن محو الوسيط المغناطيسي وإعادة كتابته بسهولة، وسوف “يتذكر” أنماط التدفق المغناطيسي المخزنة على الوسيط لسنوات عديدة.

شريط الكاسيت والقرص الصلب.

لنلقِ نظرة على الاختلافات الكبيرة بين أشرطة الكاسيت والأقراص الصلبة:

  • مادة التسجيل المغناطيسية الموجودة على شريط كاسيت مغلفة بشريط بلاستيكي رفيع. في القرص الصلب، يتم وضع مادة التسجيل المغناطيسية في طبقات على قرص من الألومنيوم أو الزجاج عالي الدقة. ثم يتم صقل طبق القرص الصلب لنعومة تشبه المرآة.
  • باستخدام شريط، يجب عليك التقديم السريع أو الرجوع للخلف للوصول إلى أي نقطة معينة على الشريط. قد يستغرق ذلك عدة دقائق بشريط طويل. على القرص الصلب، يمكنك الانتقال إلى أي نقطة على سطح القرص على الفور تقريبًا.
  • في سطح شريط كاسيت، يلمس رأس القراءة / الكتابة الشريط مباشرة. في القرص الصلب، “يطير” رأس القراءة / الكتابة فوق القرص، ولا يلمسها أبدًا.
  • يتحرك الشريط الموجود في سطح شريط كاسيت فوق الرأس بمعدل 5 سم في الثانية. يمكن لطبق القرص الصلب أن يدور أسفل رأسه بسرعات تصل إلى حوالي 170 ميلاً في الساعة أو 272 كم / ساعة!
  • يتم تخزين المعلومات الموجودة على القرص الصلب في مجالات مغناطيسية صغيرة للغاية مقارنة بشريط الكاسيت. أصبح حجم هذه المجالات ممكنًا بفضل دقة الطبق وسرعة الوسط.

بسبب هذه الاختلافات، فإن القرص الصلب الحديث قادر على تخزين كمية مذهلة من المعلومات في مساحة صغيرة. يمكن للقرص الصلب أيضًا الوصول إلى أي من معلوماته في جزء من الثانية.


القدرة والأداء.

سيحتوي جهاز سطح المكتب النموذجي على قرص صلب بسعة تتراوح بين 120 و 500 جيجابايت. يتم تخزين البيانات على القرص في شكل ملفات. الملف هو ببساطة مجموعة مسماة من البايتات.

قد تكون وحدات البايت هي رموز ASCII لأحرف ملف نصي، أو قد تكون تعليمات لتطبيق برمجي على الكمبيوتر لتنفيذه ، أو قد تكون سجلات لقاعدة بيانات، أو يمكن أن تكون ألوان البكسل لـ صورة GIF.

بغض النظر عن محتواه، فإن الملف هو مجرد سلسلة من البايتات. عندما يطلب برنامج يعمل على الكمبيوتر ملفًا، يسترد القرص الثابت وحدات البايت الخاصة به ويرسلها إلى وحدة المعالجة المركزية واحدة تلو الأخرى.

هناك طريقتان لقياس أداء القرص الصلب:

  • معدل البيانات – معدل البيانات هو عدد البايتات في الثانية التي يمكن لمحرك الأقراص توصيلها إلى وحدة المعالجة المركزية. المعدلات بين 5 و 40 ميغا بايت في الثانية شائعة.
  • وقت البحث – وقت البحث هو مقدار الوقت بين عندما تطلب وحدة المعالجة المركزية ملفًا ووقت إرسال البايت الأول من الملف إلى وحدة المعالجة المركزية. الأوقات التي تتراوح بين 10 و 20 مللي ثانية شائعة.

المحددة المهمة الأخرى هي سعة محرك الأقراص، وهي عدد البايتات التي يمكنه الاحتفاظ بها.


تخزين البيانات.

يتم تخزين البيانات على سطح طبق في قطاعات ومسارات. المسارات عبارة عن دوائر متحدة المركز، والقطاعات عبارة عن أسافين على شكل دائري على مسا، مثل هذا: المسار النموذجي يظهر باللون الأصفر؛ يظهر قطاع نموذجي باللون الأزرق.

كيف يعمل القرص الصلب

يحتوي القطاع على عدد ثابت من البايتات، على سبيل المثال، 256 أو 512. إما على مستوى محرك الأقراص أو مستوى نظام التشغيل، غالبًا ما يتم تجميع القطاعات معًا في مجموعات.

تحدد عملية تنسيق محرك الأقراص ذي المستوى المنخفض المسارات والقطاعات الموجودة على الطبق. تتم كتابة نقطتي البداية والنهاية لكل قطاع على طبق. تقوم هذه العملية بإعداد محرك الأقراص للاحتفاظ بكتل من البايت.

ثم يكتب التنسيق عالي المستوى هياكل تخزين الملفات ، مثل جدول تخصيص الملفات، في القطاعات. هذه العملية تعد محرك الأقراص لحفظ الملفات.