مجالس الفرده - كيفية عمل القرص الصلب Hard Disk ؟؟

تعريف القرص الصلب

يمكن تعريف القرص الصلب ال Hard Disk بأنه وحدة تخزين للبيانات بجميع أنواعها، وسمي صلبا لأنه مصنوع من مواد صلبة وليست لينة، ويكون مثبتا بداخل الحاسوب وعادة يتكون من أقراص ممغنطة بداخله، ومن خلال رأس مثبتة بداخله عبارة عن لاقط كهرومغناطيسي يقوم بدور قراءة تلك البيانات المخزنة، وعادة يأتي بسعات مختلفة حسب الشركة المصنعة له.

تاريخ صناعة الأقراص الصلبة

بدأ اختراع الأقراص الصلبة في بداية عام 1950 بأحجام كبيرة تصل الى 20 بوصة وسميت بالأقراص الثابتة Hard Disk او وينشيسترز Winchesters أحد أسماء منتجات شركة IBM وبعد سنتين تم اطلاق اسم 'الأقراص الصلبة' حتى يتم التمييز بينها وبين الأقراص المرنة Floppy Diskettes ، والأقراص الصلبة تحتوي في منتصفها على قطعة معدنية للتثبيت مغطاة بمادة الفضة الصلبة من داخلها بدلا من البلاستيك المرن كالموجود بأشرطة الأفلام والأشرطة الأخرى، فهو بكل بساطة لا يختلف عن أشرطة الكاسيت، وهي تستخدم المبدأ نفسه في عملية التسجيل المغناطيسية والممغنطة المتوسطة التي يمكن محوها والكتابة عليها مرة أخرى والتي تدوم عادة لسنين طويلة.

أنواع الأقراص الصلبة

تختلف أنواع الأقراص الصلبة باختلاف التكنولوجيا المصنعة لها واختلاف الحاسوب الذي يتم التثبيت فيه لأجل الاستخدام، ومن أشهر أنواع الأقراص الصلبة المستخدمة في الحواسيب Western Digital, Seagate, Maxtor, Fujitsu, Samsung, Hitachi ، أما شركةIBM فكانت تقوم بتصنيع الأقراص الصلبة ولكنها قامت بايقاف وبيع هذا الجزء من أعمالها الى شركة Hitachi ، والأقراص الصلبة عادة تأتي بنوعين أساسيين:
1ـ أقراص صلبة داخلية Internal Hard Disk .
2ـ أقراص صلبة خارجية External Hard Disk .

تهيئة الأقراص الصلبة

للبدء باستخدام الأقراص الصلبة بأنواعها يجب على المستخدم القيام بتهيئة وتجهيز القرص الصلب وتسمى تلك العملية بال Formatting ، وهي نوعان :
1ـPhysical Formatting وتعرف بتهيئة المستوى المنخفض Low level Format وهذه العملية يجب القيام بها اولا قبل كل شيء وبدوره يقوم المستخدم بتحديد المسارات والقطاعات على الأقراص الممغنطة مع تحديد البدايات والنهايات له، ومن ثم بامكان القرص البدء بالعمل بشكل مبدئي، وعليه التوجه للنقطة التالية بتكملة التجهيز لكامل للقرص.
2ـLogical Formatting وتعرف بتهيئة المستوى العالي High Level Format ، وهذه تعتبر الخطوة الثانية لتكملة التجهيز لهذا القرص وبدورنا نقوم بتحديد وضعية ملفات النظام عليه اما أن تكون على شكل FAT (File Allocation Table) او FAT32 او NTFS مما يتيح لنظام التشغيل البدء بالعمل عليه وفهم المحتوى من قراءة وكتابة.

ميكانيكية الأقراص الصلبة

يحتوي القرص الصلب من الداخل على أجزاء صغيرة وأحيانا تكون متناهية الدقة من أجزاء وشرائح الكترونية وأجزاء ميكانيكية داخلية مع موصلات خاصة باللوحة الأم، والأجزاء التالية هي الأجزاء الرئيسية لكل قرص صلب يتم توصيله بالحاسوب:
1ـ تحتوي الأقراص الصلبة على رؤوس Heads وتكون مسؤولة عن القراءة والكتابة.
2ـ الذراع الرئيسية الحاملة لرؤوس القراءة والكتابة.
3ـ قرص او أقراص تخزينية مثبتة على شكل محاور عامودية وبشكل عامودي تسمىLayers وهذه الأقراص مغطاة بمادة مغناطيسية.
4ـ المحرك الرئيسي، وهو المسؤول المباشر لتحريك وتدوير الأقراص التخزينية.
5ـ الشرائح والأجزاء الالكترونية التي تكون عادة مثبتة أسفل القرص الصلب.
ويكون القرص الصلب عادة محميا بغطاء من الألمنيوم الخفيف وعلى جوانبه أجزاء من البلاستيك القوي الذي يصعب كسره.
أما وظيفة الشرائح الالكترونية الموجودة أسفل القرص الصلب هي من أهم الوظائف على الاطلاق في التحكم بالمعلومات ومعالجتها المبدئية في عمليات القراءة والكتابة وهي تتحكم بالمحرك الرئيسي الذي يقوم بتحريك وتدوير الأقراص التخزينية التي يطلق عليها ال Platters حيث تقوم هذه الشرائح الالكترونية بتجميع المجالات المغناطيسية التي تم تخزينها على المادة المغناطيسية ومن ثم تحويلها الى مجموعة من البايت Bytes ومن ثم يتم تحويل هذه البايتات المراد تخزينها على القرص الصلب الى مجموعة من المجالات المغناطيسية.
أما السرعة التي يتم التخزين فيها على تلك الأقراص الممغنطة ال Platters عادة تكون ما بين 3600 او 7400 دورة في الدقيقة الواحدة، ومن هنا تقاس سرعة الأقراص الصلبة، وعادة تحتوي الأقراص الصلبة على أكثر من بلاتر، فكلما زاد عددها زادت القدرة التخزينية لذلك القرص الصلب، وهي تصنع من الألمنيوم او من الزجاج المقوى بالسيراميك في الأقراص الصلبة الحديثة ذات الأداء العالي في درجة المقاومة للحرارة وتكون عادة مغطاة بمادة معينة يمكن عن طريقها حفظ الشحنات المغناطيسية للبيانات أثناء القراءة والكتابة.
أما عملية القراءة والكتابة فيتم التحكم بها عن طريق الرؤوس التي تتحكم بها الأذرع المثبتة فيها، والرؤوس نوعان، رأس للقراءة ورأس للكتابة، وكل قرص تخزيني Platter يلزمه رأسان للقراءة والكتابة ويكون تثبيتهما كالتالي، أحدهما فوق القرص التخزيني وأحدهما أسفل القرص، وهذه الرؤوس لا تكون ملامسة لتلك الأقراص، بل تكون عادة مرتفعة عن مستوى سطحها بمقدار ضئيل جدا، ولا يجب ملامستها بأي شكل من الأشكال مما يؤدي لتلفها المباشر، وان تم التلف تظهر على شاشة المستخدم رسالة Bad Sectors ، وهنا يجب الاعتبار من تلك المنظومة الميكانيكية بأنه يجب على المستخدم للحاسوب بعدم تحريك الجهاز نهائيا أثناء العمل عليه، حيث تكون تلك الرؤوس مشغولة بالحركة على تلك الأقراص الممغنطة، وعليه ان تم تحريك الجهاز او ما يسمى بالCPU فان تلك الرؤوس تقوم بملامستها ويتم التلف، ولهذا قامت الشركات المصنعة لتلك الأقراص الصلبة بابتكار وسيلة رائعة لحماية تلك الأقراص من التلف وذلك باختراع أذرع ميكانيكية تتحرك تلقائيا وبشكل متوازن مقابل الأقراص الممغنطة بأنها تبعد رؤوسها عنها وعدم التسبب في التلف، وتوجد هذه الميزة الرائعة في الأقراص الصلبة الحديثة الصنع، وننصح أي مستخدم جديد او أي مستخدم للحاسوب ان أراد شراء جهاز جديد او تجديد القرص الصلب خاصته بالسؤال عن تلك النوعية من الأقراص ذات الحماية الخاصة بالرؤوس.

توصيل الأقراص الصلبة باللوحة الأم

كما ذكرنا سابقا ان الأقراص الصلبة 3 أنواع، وكل نوع يحتاج الى كابل خاص به لتوصيله في اللوحة الأم (المدخل الخاص به)، ونأتي على ذكر النوع الاول انه كابل IDE وهو خاص بالنوع الاول آنف الذكر وفيه تكون الشرائح الالكترونية مثبتة بداخله وليس في خارجه (الأكثر شيوعا واستخداما في الوقت الحالي) وتستخدم تلك الموصلات نفسها لوصل مشغلات الاسطوانات المدمجة.
أما النوع الثاني والحديث الذي بات استخدامه الآن أكثر اقبالا من النوع الاول والذي يختص بالقرص الصلب SATA هو كابل من نوع آخر يأتي بلون أحمر وأصغر حجما مقارنة بالنوع الاول، ولا تلزمه صعوبة في التركيب.
والنوع الأخير، الذي يطلق عليه اسم SCSI ، يستخدم عادة بأجهزة الخوادم السيرفرات، وهو مكلف نوعا ما وذلك بسبب سرعته العالية في القراءة والكتابة وهو يحتاج الى كرت اضافي يتم توصيله باللوحة الأم لايصال القرص الصلب من خلاله.

أنواع الأقراص الداخلية والخارجية المستخدمة

1 - الأقراص الصلبة
SATA Internal Hard Disk:
القرص الصلب SATA جاء من تعريف Serial Advanced Technology Attachment وهذا النوع من الأقراص الصلبة، كما ذكرنا سابقا يمتاز بسرعة أعلى من القرص الصلب IDE مما يجعل تشغيل البرامج والوصول الى البيانات أفضل وأسرع من ذي قبل، وتأتي تلك الأقراص الصلبة مع أجهزة الحاسوب الجديدة الصنع.

2- الأقراص الصلبة
IDE ATA Internal Hard Disk:
يأتي تعريف اسم IDE من Integrated Drive Electronics وأحيانا يطلق عليه اسم PATA او ما يسمى Parallel ATA الذي يعتبر من الأنواع الشهيرة في الاستخدام لسنوات طويلة، وهو من الأقراص ذات الجيل الاول في استخدام الحواسيب المنزلية والمكتبية، ويأتي عادة بسعات تتراوح بين 4 GB و GB200 والسعات في تزايد مع سباق الشركات لذلك، ولكن في الآونة الأخيرة تم التوجه الى استخدام نوع آخر من أنواع الأقراص الصلبة والذي يمتاز بسرعة أعلى منه وتسمى أقراص SATA.

3- الأقراص الصلبة
SCSI Internal + External Hard Disk
وتعريفه Small Computer System Interface وهو نوع خاص من الأقراص الصلبة التي تستخدم لأجهزة الخوادم الصغيرة الحجم والعملاقة حسب احتياج الشركات لعمليات التخزين، وبشكل تلقائي يتم تثبيت تلك الأنواع من الأقراص الصلبة في جميع الخوادم لما لها من سرعة محددة تعتبر أسرع من النوعين السابقين، وعادة تأتي بأحجام مختلفة.

كيف يعمل القرص الصلب؟

ان الأساس الذي يقوم عليه عمل تلك الأقراص لها المبدأ نفسه لجميع الأنواع بدون اختلاف، ولكن فقط التكنولوجيا المستخدمة تتطور من نوع الى آخر في طريقة تسريع تلك الأقراص، فهي تأتي بسرعات مختلفة بين نوع وآخر، وهدفها الأساسي لجميع الحواسيب هو تخزين أكبر قدر ممكن من البيانات الرقمية على 'هيئة بيانات مغناطيسية' ويكون عادة مفرغا من الهواء، ولكن الكثير يعتقد أن الحاسوب لا يمكنه الاقلاع من دونها، وهذا غير صحيح، لأن الحواسيب يمكنها الاعتماد في بداية الاقلاع اما على الأقراص الصلبة او الأقراص المرنة او ذاكرة الفلاش او يمكنها الاقلاع عن طريق الشبكة.
أما الكيفية في التعامل مع تلك البيانات فان القرص الصلب يقوم بتخزينها بنظام ال صفر والواحد والذي يطلق عليه اسم Binary وبالتالي تتم ترجمتها الى على شكل بايتات (البايت الواحد يعادل حرف واحد فقط في مقياس الحاسوب) ومن ثم تترجم على شكل ملفات حتى يتم فهمها بمنطق الحاسوب الى المستخدم، والملفات عبارة عن سطر من الأحرف وخانات ألوان تسمى Pixels وبالتالي يقوم القرص الصلب بقراءة تلك البيانات على شكل Blocks والتي هي عبارة عن مجموعة من البايتس التي ترسل للحاسوب ثم الى الشاشة فيستطيع المستخدم قراءة المحتوى على الشاشة، وبشكل عام تخزن البيانات على الأقراص الصلبة في قطاعات وتسمىSectors ومسارات Tracks وهي عبارة عن دوائر ذي مركز واحد، أم القطاعات المقسمة فهي أجزاء من تلك المسارات.