القرص الصلب (إنجليزية Hard Disk) وهووحدة التخزين الرئيسية في الحاسوب، وهويتكون من أقراص ممغنطة تدور ويقوم لاقط كهرومغناطيسي بالقراءة والكتابة من وإلى السطح الممغنط. من أبرز الخصائص التي تميز جميع قرص صلب عن آخر، سعة التخزين وسرعة الدوران.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الأقراص الصلبة وهي:

• أقراص SCSI الصلبة
• أقراص IDE الصلبة
• أقراص SATA الصلبة

القرص الصلب Hard Disk وكيفية عمله

تحتوي معظم أجهزة الكمبيوتر اليوم علي قرص صلب (Hard Disk ) إذا لم يكن أكثر، بل إذا الكثير من الحاسبات الكبيرة مثل أجهزة الخادمات Servers وغيرها تحتوي علي المئات من الأقراص الصلبة وبأحجام كبيرة، ولكن لا يعتبر وجود القرص الصلب ضروروة ملحة لتشغيل الجهاز، فبالإمكان إقلاع الجهاز من وسائط تخزين قابلة للإزالة كالأقراص المرنة والمضغوطة، كما حتى الكثير من الأجهزة تدعم الإقلاع من الشبكة.

يتمثل الدافع الرئيسي وراء إستخدام لكل هذه البلايين من الأقراص الصلبة في شئ واحد : وهوأنها تستطيع الاحتفاظ بالكثير من البيانات بعد حتى تفصل الكهرباء عن الحاسب، حيث يستطيع القرص الصلب حتى يخزن البيانات الرقمية علي هيئة مغناطيسية تدوم طويلا.

أساسيات القرص الصلب

تم اختراع الأقراص الصلبة في الخمسينيات ، وكانت تعبير عن أقراص كبيرة يصل قطرها إلى حوالى 20 بوصة وعلي الرغم من حجمها الكبير إلا أنها كانت تتسع للقليل من الميجابايتس. ولم تكن تعهد في ذلك الوقت بال Hard disk بل كانت تعهد بال Fixed disks أوبال Winchesters, واتىت التسمية Hard Disk بعد ذلك لكي يتم التفرقة بينها وبين الأقراص المرنة.

وكما هوواضح من اسمه يحتوي القرص الصلب علي "قرص صلب" أوما يعهد ب 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 هوحتى الأقراص المرنة والكاسيت يتم فيها وضع المادة المغناطيسية علي ماده بلاستيكية مرنة.

ولكن بشكل عام فان القرص الصلب لا يختلف في طريقه تخزينه للبيانات عن شرائط الكاسيت والأقراص المرنة فكلاهما يستخدم نفس طرق التخزين المغناطيسية ، تتميز طرق التخزين المغناطيسية في أنه من السهل الكتابة والمسح وإعادة الكتابة علي المادة المغناطيسية ، وكذلك يمكن للمادة المغناطيسية حتى تحتفظ بالمعلومات المخزنة عليها -علي هيئة فيض مغناطيسي- لعدة سنوات.

يتم تخزين البيانات علي القرص الصلب علي هيئة صفر وواحد، يقوم الحاسوب بالتعامل معها على شكل بايتات، ويتعامل معها نظام التشغيل لاحقا على أنها ملفات Files ، فالملفات تعبير عن صفوف من البايتات التي قد تكون تعبر عن حروف أوخانات ألوان Pixels أوتعليمات برمجية كي ينفذها الحاسوب أوغيرها من أنواع البيانات التي قد بحاجة إلى تخزين. وعندما يلزم القراءة من القرص الصلب، يقرأ القرص البيانات على شكل blocks مكونة من مجموعة من البايتات يقوم بإرسالها للحاسوب...

ماذا يوجد داخل القرص الصلب

أولا ينبغي حتى نعهد حتى القرص الصلب -بشكل عام- يحتوي علي أجزاء الكترونية وأجزاء ميكانيكية:

• الأجزاء الميكانيكية :

- قرص تخزيني (أوعده أقراص متحدة المحور) مغطي بمادة قابلة للمغنطة.

- رؤوس القراءة والكتابة.

- ذراع يحمل رؤوس القراءة والكتابة.

- منظومة ميكانيكية لتحريك الذراع.

- موتور لتدوير الأقراص التخزينية.

• الأجزاء الالكترونية : تعبير عن لوحة إلكترونية توجد أسفل القرص الصلب.

سنبدأ الآن بتشريح القرص الصلب :

هذا هوالشكل الخارجي العام للقرص الصلب (الأول من نوع Seagate والثاني WD ) :

كما نري القرص الصلبقد يكون محمي بغطاء من الألمنيوم :

وبأسفل القرص الصلب نرى لوحة التحكم الإلكترونية :

مسئولية مجموعة الإلكترونيات هذه هي : التحكم في عملية القراءة والكتابة علي القرص الصلب وأيضاً التحكم في الموتور الذي يقوم بتدوير ال platters ، حيث تقوم هذه الإلكترونيات بتجميع المجالات المغناطيسية المخزنة علي المادة المغناطيسية وتحويلها إلى مجموعة من ال bytes (عملية القراءة),وأيضاً تقوم بتحويل ال bytes المراد تخزينها علي القرص الصلب إلى مجموعه من المجالات المغناطيسية لكي تخزن علي المادة المغناطيسية (عملية الكتابة).

نقوم الآن بإزالة الغطاء الألمنيوم من علي القرص الصلب فنري الاتي داخل القرص الصلب :

في الصورة السابقة نري الأتي :

• Platters أوأقراص التخزين ( في الصورة هوذلك القرص الدائري اللامع), هذه الأقراص هي التي يتم تخزين البيانات عليها كما ذكرنا من قبل ، وعادة ما يتم تدويرها بسرعة 3600 أو7200 لفة في الدقيقة أثناء عمل القرص الصلب ، ويمكن حتى يحتوي القرص الصلب علي أكثر من Platter تكون متحدة المحور ،وحدثا زاد عدد هذه الأقراص وكثافة التقسيمات التي عليها - سنوضح ذلك فيما بعد - زادت السعة التخزينية للقرص الصلب ، وتصنع هذه الأقراص من الألمونيوم أو- في الأقراص الحديثة - من الزجاج المقوى بالسيراميك الذي يعتبر أفضل أداءً حيث حتى مقاومته للارتفاع في درجة الحرارة أفضل ، ويتم صقل هذه الأقراص بحيث تصبح ملساء جدا كالمرآة .

وهذه الأقراص لا يمكنها حفظ الشحنة المغناطيسية اللازمة لعملية التخزين في حد ذاتها ، بل يجب حتى تغطي هذه الأقراص بمواد يمكنها حفظ الشحنة المغناطيسية.

• الذراع arm الذي يحمل رؤوس القراءة والكتابة Read\Write heads ، ويلزم لكل قرص تخزيني رأسين واحد للقراءة والآخر للكتابة ومكانهم كالأتي: واحد أسفل القرص التخزيني والآخر أعلي القرص التخزيني ، فمثلا لوكان لدينا ثلاثة أقراص تخزينية فإننا نحتاج لستة رؤوس قراءة وكتابة ، ولا تكون رؤوس القراءة والكتابة ملامسة لسطح أقراص التخزين بل تكون مرتفعه عنها بمقدار صغير جدا ، بل إذا الرأس إذا لامست القرص التخزيني فسيؤدي ذلك لتلف الجزء الذي لامسته - يسمي الجزء التالف ب Bad Sector -.

ويتم تحريك هذه الذراع-الخفيفة الوزن جدا- بواسطة منظومة ميكانيكية دقيقة جدا وسريعة جدا ، ويمكن لهذه المنظومة حتى تحرك الذراع من داخل قرص التخزين إلى حافته والعكس 50 مرة في الثانية الواحدة !!!!!!!!!! ، ويمكن حتى يتم بناء مثل هذه المنظومة باستخدام موتور خطي Linear سريع . يوجد الآن نوعان من التكنولوجيا التي تستخدمها هذه المنظومة الميكانيكية :

• الأولي : تعهد بال band stepper motor وتعتمد في فكرتها علي كمية الكهرباء التي ترسلها لوحة التحكم الالكترونية ، ولكن هذه التكنولوجيا غير مستخدمة لأنها كثيرة المشاكل نتيجة لتأثرها بدرجة الحرارة ولأنها تتلف بسرعة.
• الثانية : Voice Coil في هذا النوع تقوم لوحة التحكم الالكترونية بإرسال تيار كهربائي إلى المحرك وهذا التيار يستخدم في توليد مجال مغناطيسي لتحريك الذراع ضد زنبرك ، مما يجعل لوحة التحكم الالكترونية قادرة على التحكم بمسقط الرأس-لأنها تتحكم بالذراع- عن طريق التحكم في شدة التيار الكهربائي.

تخزين البيانات علي القرص الصلب : يتم تخزين البيانات علي القرص الصلب في قطاعات Sectors ومسارات Tracks ، المسارات تعبير عن دوائر متحدة المركز ، والقطاعات هي أجزاء من المسارات ، الشكل التالى يوضح ذلك :

اللون الأحمر يمثل المسار ، واللون الأزرق يمثل القطاع.

وحدثا تمكننا من زيادة عدد القطاعات في المسار الواحد زادت السعة التخزينية الكلية للقرص الصلب. يحتوي القطاع علي عدد محدد من الـ bytes مثلا 256أو512 بايت ، ولكن نظم التشغيل غالبا ما تتعامل مع القطاعات بأن تقسم جميع مجموعة منها إلى ما يعهد ب Cluster.

كيف يتم توصيل القرص الصلب بالكمبيوتر :

تستخدم الأقراص الصلبة نوعين من الـ Interface للتعامل مع الكمبيوتر :

• EIDE ويمكن اختصارها إلى " IDE " وفيها تكون الإلكترونيات اللازمة لتشغيل القرص موجودة بداخله - في لوحة التحكم الالكترونية - وليس خارجه ، وهي الأكثر شيوعاً بين مستخدمي الكمبيوتر ، وهي نفسها المستخدمة في مشغلات الاسطوانات المدمجة ، ويتم توصيل القرص الصلب باللوحة الأم عن طريق كابل مباشرة دون استخدام كروت إضافية.
• SCSI هذا النوع أسرع بكثير من النوع الأول ولكنه أيضاً مكلف عنه ، ويستخدم غالبا في السيرفرات والأجهزة التي تتطلب سرعات عالية ، ولكن لتوصيل القرص الصلب مع اللوحة الأم يلزم حتىقد يكون هناك كارت إضافي يركب باللوحة الأم.

العوامل المؤثرة علي الأقراص الصلبة :

• معدل نقل البيانات Data rate هوعدد الـ Bytes التي يتم نقلها من القرص الصلب للكمبيوتر في الثانية الواحدة, ويتراوح بينخمسة إلى 40 ميجابايت في الثانية الواحدة.
• زمن الوصول Seek Time هوالزمن المستغرق بين طلب الملف من القرص الصلب ووصول أول Byte من الملف إلى الكمبيوتر.
• سرعة دوران القرص الصلب ، فحدثا كانت سرعة الدوران أعلي كان ذلك أفضل.
• نوع ال Interface الذي يستخدمه القرص الصلب.
• الكثافة التخزينية ، وهي عدد ال Bytes التي يمكن تخزينها في مساحة معينة من القرص الصلب.
• وطبعا الأهم من ذلك السعة capacity الكلية للقرص الصلب مثلا 20 ، 40 ، 80 ، 120 جيجابايت

القرص الصلب وكيف من الممكن أن يعمل؟

نتابع معا رحلتنا مع القرص الصلب ، فبعد حتى تعهدنا علي التكوين الفيزيائي للقرص الصلب في الدرس السابق ، سنتعمق أكثر في كيفية التعامل مع القرص الصلب.

تهيئة القرص الصلب Formatting the HDD

لكي نستطيع استخدام القرص الصلب يجب حتى نقوم بتهيئته أولا ، هناك نوعان التهيئة :

1. التهيئة الفيزيائية Physical Formatting وتعهد أيضاً بتهيئة المستوي المنخفض Low Level Formatting.
2. التهيئة المنطقية Logical Formatting أوما يعهد بتهيئة المستوي العالى High Level Formatting.

فما الفرق بينهما إذن ،يا ترى؟

• • نبدأ بالنوع الأول

التهيئة الفيزيائية

فيها يتم تقسيم أقراص(Platters) القرص الصلب إلى عناصرها الأساسية : المسارات Tracks ، القطاعات Sectorsوالسلندرات 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 حتى تتم تهيئته منطقيا.

التهيئة المنطقية

بعد حتى 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 (مثلFAT ، FAT 32 ، NTFS) علي القرص الصلب ، مما يتيح لنظام التشغيل (مثل الدوس DOS ، الويندوز Windows أواللينكس 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 (سنتناول فيما بعد أنواع ملفات النظام بالتفصيل ).

وعليه فأنك إذا قمت بتهيئة جميع مساحة القرص الصلب الذي لديك بنظام ملفات معين فإن ذلك يحدد نوع وعدد أنظمة التشغيل التي يمكن حتى تستخدمها ، ولحل هذه المشكلة تقدر حتى تقسم قرصك الصلب إلى عدة أقسام ، ثم تقوم بتهيئة جميع قسم منها بنوع معين من نظام الملفات علي حدة ووبالتالى تقدر حتى تستخدم عدة أنظمة تشغيل علي نفس القرص الصلب .

لكي تهيئ قرصك الصلب منطقيا تقدر استخدام برامج كثيرة من أشهرها الـ Partition Magic.

• تقسيم القرص الصلب HDD Partitioning

إذا أردنا حتى نستخدم القرص الصلب فيجب علينا حتى نقوم بتقسيمه (إلى قسم واحد علي الأقل) ثم تهيئة الأقسام الناتجة .

في الواقع هناك ثلاث أنواع لتقسيمات القرص الصلب وهي : أساسي Primary ، ممتد Extended ومنطقي Logical .

الـ Primary والـ Extended هي التقسيمات الأساسية للقرص الصلب ، ويمكن حتى يحتوي القرص الصلب الواحد علي أربع أوثلاث أوأقسام أساسية ، بالإضافة إلى قسم ممتد واحد فقط ، لاحقا يمكن تقسيم هذا القسم الممتد إلى أي عدد من الأقسام المنطقية.

1. القسم الأساسي Primary Partition :

يحتوي القسم الأساسي علي نظام التشغيل (مثل الويندوز) المستخدم بالإضافة إلى أي ملفات أوبيانات أخري (مثل My documents ، Program files) ، وكما ذكرنا قبل إذا يتم تنزيل نظام التشغيل يجب تهيئة القسم الأساسي أولا بنظام ملفات مناسب لنظام التشغيل المستخدم.

لوكان القرص الصلب لديك يحتوي علي الكثير من الأقسام الأساسية فإن واحد منها فقط سيعمل وقد يكون متاح للاستخدام وهوالذي سيتم تحميل نظام التشغيل منه عند بدء تشغيل الكمبيوتر وباقي الأقسام الأساسية ستصبح مخفية مما يمنع استخدمها.

2. القسم الممتد Extended Partition :

يمكن حتى نعتبر القسم الممتد علي أنه حاوية تحتوي علي الكثير من الأقسام المنطقية ،ولا يمكن حتى نستخدم القسم الممتد في تخزين البيانات ، بل يجب حتى نقسمه إلى عدد من الأقسام المنطقية التي يمكن حتى نستخدمها في تخزين البيانات.

3. القسم المنطقي Logical Partition :

لا يمكن للأقسام المنطقية حتى توجد إلا داخل القسم الممتد ، ويمكن للأقسام المنطقية حتى تحتوي علي ملفات عادية وبيانات بل في بعض الأحوال يمكن حتى تحتوي علي أنظمة تشغيل (مثل OS/2 ، LINUX ،WindowsNT).

يمكن استعمال عدة برامج لتقسيم القرص الصلب مثل ال Fdisk وPartition Magic .

تسمية أقسام القرص الصلب

تختلف تسمية الأقراص الصلبة من نظام تشغيل لآخر، وقد تتعدد طرق التسمية في ذات نظام التشغيل إعتمادا على مستوى التشغيل، عملى سبيل المثال فإنه في قابلة المستخدم في أنظمة ويندوز تبدأ تسمية أقسام القرص الصلب بالحرف C ثم باقي حروف الأبجدية الإنجليزية D E F G H ……. ويأخذ القسم الأساسي Primary أول حرف دائما وهوالـ C ثم تأخذ باقي الأقسام المنطقية الحروف D ثم E وهكذا، أما في قابلة المستخدم في الكثير من أنظمة لينوكس، فإن المستخدم يستطيع تحديد إسم لقسم القرص الصلب، واضعا إياه ضمن هيكلية نظام الملفات. ولكن على مستوى النظام، فإن للأقراص الصلبة وأقسامها تسميات في أنظمة يونكس فمثلا يسمى القرص الصلب الأول /dev/hda والثاني /dev/hdb إلى غير ذلك، وترقم الأقسام بإضافة رقم القسم إلى إسم القرص الصلب، فيكون القسم الأساسي الأول إسمه /dev/hda1، وتستخدم الارقام من واحد إلى أربعة لتسمية الأقسام الأساسية، وتستخدم الأرقام منخمسة فما فوق لتسمية الأقسام المنطقية.

مثال :

لا يشترط حتى تكون المساحات كما هي موزعة بالشكل ، فيمكن للقسم الأساسي حتى يأخذ أي مساحة ثم يأخذ القسم الممتد (باللون الأزرق) المساحة المتبقية وكذلك الـ D وأي قسم منطقي آخر .

أمثلة :

نلاحظ مما تجاوز حتى القسم الأساسي الـ C دائما ماقد يكون في بداية القرص الصلب ثم تليه الأقسام المنطقية الأخرى.

• • ماذا لوكان هناك أكثر من قرص صلب موصلين مع بعضهم في نفس الوقت كيف من الممكن أن سيتم توزيع الحروف ؟

سيتم التوزيع وفقا للنظام الآتي :

القسم الأساسي الخاص بالقرص الذي سيتم التحميل منه هوسيأخذ أول الحروف وهوال C . ثم يأخذ القسم الأساسي في القرص الثاني الحرف D . ثم يتم توزيع الحروف علي الأقسام المنطقية الخاصة بالقرص الأول مثلا E,F إلى غير ذلك إلى حتى ننتهي من تسمية الأقسام المنطقية الخاصة بالقرص الأول.ثم نبدأ في توزيع الحروف علي الأقسام المنطقية الخاصة بالقرص الصلب الثاني G,H مثلا. وهذا في نظام windows 98, 95 أوماقبل لكن بداية من windows Xp تم تعديل هذا إلى حتى أول الحروف وهوالC وبعد ذلك حروف الاقسام المنطقية الخاصة بالقرص الأول مثل D,E,F ثم بعد ذلك القسم الأساسى في القرص الثانى وتبدأ حيث ينتهى حروف القسم الاول مثال :

لماذا الحاجة لتقسيم القرص الصلب ؟

1. حتى يمكننا حتى نستخدم أكثر من نظام تشغيل.
2. استخدام المساحة التخزينية الموجودة علي القرص الصلب بأفضل شكل ممكن.
3. حتى نؤمن ملفاتنا بشكل أكبر.

MBR (Master Boot Record) سجل الإقلاع الرئيسي :

لابد من تحديد بداية ونهاية جميع قسم منطقي موجود علي القرص الصلب وتتم كتابة هذه المعلومات في مكان ما من القرص الصلب حتى يستطيع نظام التشغيل التعهد عليها كأقسام منفصلة ، ويقوم بهذه العملية البرنامج الذي يقسم القرص الصلب منطقيا.

أول قطاع في بداية جميع قسم منطقي يسمى بسجل الإقلاع (boot record ) تتم فيه كتابة كافة المعلومات المتعلقة بمكان بداية ونهاية الأقسام المنطقية كما تحدد القرص الصلب النشط (الذي تم تحميل الجهاز منه).

أما سجل الإقلاع للقسم الأساسي فيسمى "سجل الإقلاع الرئيسي " Master Boot Record ويحتوي هذا السجل على برنامج يخبر الكمبيوتر ماذا يعمل ليبدأ التعامل مع القرص الصلب.

ولا يتم تغيير هذه المعلومات –الموجودة في الـ MBR أوالـ Boot record أبداً أثناء عمل الجهاز. بعض الفيروسات تنسخ نفسها فيها وتقوم بإتلافها ، لذا يجب الحرص دائما علي استخدام برنامج مضاد للفيروسات لمنع حدوث ذلك.

تاريخ الاقراص الصلبة:

مواضيع متعلقة

• قرص مرن