يعد محرك الأقراص الثابتة تقريبًا أحد أهم عناصر الكمبيوتر الحديث. نظرًا لأنه مصمم بشكل أساسي للتخزين طويل الأجل لبياناتك ، فقد تكون ألعابًا وأفلامًا وملفات كبيرة أخرى مخزنة على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. وسيكون من المؤسف أن ينكسر فجأة ، ونتيجة لذلك يمكن أن تفقد جميع بياناتك ، مما قد يكون من الصعب جدًا استعادته. ومن أجل تشغيل هذا العنصر واستبداله بشكل صحيح ، تحتاج إلى فهم كيفية عمله وما هو - محرك أقراص ثابت.

في هذه المقالة سوف تتعرف على كيفية عمل القرص الصلب ومكوناته ومواصفاته.

عادةً ما تكون العناصر الرئيسية لمحرك الأقراص الثابتة عبارة عن عدة صفائح مستديرة من الألومنيوم. على عكس الأقراص المرنة (الأقراص المرنة المنسية) ، يصعب ثنيها ، ولهذا ظهر اسم القرص الصلب. في بعض الأجهزة ، يتم تثبيتها غير قابلة للإزالة ، وتسمى ثابتة (fixeddisk). ولكن في أجهزة الكمبيوتر المكتبية العادية وحتى في بعض طرز أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية ، يمكن استبدالها بسهولة.

الشكل: محرك أقراص ثابتة بدون غطاء علوي

الملاحظة!

لماذا تسمى محركات الأقراص الصلبة أحيانًا محرك الأقراص الثابتة وما علاقتها بالأسلحة النارية. في وقت ما في الستينيات من القرن الماضي ، أصدرت شركة IBM محركًا ثابتًا عالي السرعة في ذلك الوقت برقم تطوير 30-30. والتي تزامنت مع تسمية سلاح Winchester الشهير بالبنادق ، وبالتالي سرعان ما تم تثبيت هذا المصطلح في عامية الكمبيوتر. ولكن في الواقع ، لا علاقة لمحركات الأقراص الثابتة بمحركات الأقراص الثابتة الحقيقية.

كيف يعمل القرص الصلب

يتم تسجيل وقراءة المعلومات الموجودة على الدوائر متحدة المركز للقرص الصلب ، مقسمة إلى قطاعات ، عن طريق رؤوس الكتابة / القراءة الشاملة.

توفر جميع جوانب القرص مسارًا خاصًا بها للكتابة والقراءة ، ولكن الرؤوس موجودة على محرك أقراص مشترك لجميع الأقراص. لهذا السبب ، تتحرك الرؤوس بشكل متزامن.

فيديو يوتيوب: فتح عملية القرص الصلب

لا يسمح التشغيل العادي لمحرك الأقراص بالاتصال بين الرؤوس والسطح المغناطيسي للقرص. ومع ذلك ، في حالة انقطاع التيار الكهربائي وتوقف الجهاز ، تظل الرؤوس تغرق في السطح المغناطيسي.

أثناء تشغيل القرص الصلب ، تتشكل فجوة هوائية صغيرة بين سطح الطبق الدوار والرأس. إذا دخلت ذرة من الغبار في هذه الفجوة أو اهتز الجهاز ، فهناك احتمال كبير أن يصطدم الرأس بسطح دوار. يمكن أن يؤدي التأثير القوي إلى فشل الرأس. قد تتسبب نتيجة هذا الإخراج في تلف عدة بايتات ، أو قد يكون الجهاز غير صالح للعمل تمامًا. لهذا السبب ، في العديد من الأجهزة ، يكون السطح المغناطيسي مخلوطًا ، وبعد ذلك يتم وضع مادة تشحيم خاصة عليه ، مما يجعل من الممكن التعامل مع الاهتزاز الدوري للرؤوس.

تستخدم بعض الأقراص الحديثة آلية تحميل / تفريغ تمنع الرؤوس من لمس السطح المغناطيسي حتى في حالة انقطاع التيار الكهربائي.

مستوى التنسيق العالي والمنخفض

يسمح استخدام التنسيق عالي المستوى لنظام التشغيل بإنشاء هياكل تسهل العمل مع الملفات والبيانات المخزنة على محرك الأقراص الثابتة. يتم تزويد جميع الأقسام المتاحة (محركات الأقراص المنطقية) بقطاع تمهيد وحدة التخزين ونسختين من جدول تخصيص الملفات ودليل جذر. من خلال الهياكل المذكورة أعلاه ، يتمكن نظام التشغيل من تخصيص مساحة القرص ، وتتبع موقع الملفات ، وتجاوز المناطق التالفة على القرص.

بمعنى آخر ، يأتي التنسيق عالي المستوى لإنشاء جدول محتويات للقرص ونظام الملفات (FAT ، NTFS ، إلخ). يمكن أن يُعزى التنسيق ذو المستوى المنخفض فقط ، والذي يتم خلاله تقسيم القرص إلى مسارات وقطاعات ، إلى تنسيق "حقيقي". باستخدام الأمر FORMAT DOS ، يخضع القرص المرن لكلا النوعين من التنسيق في وقت واحد ، بينما يتم تنسيق القرص الثابت عالي المستوى فقط.

من أجل إجراء تنسيق منخفض المستوى على قرص ثابت ، تحتاج إلى استخدام برنامج خاص ، غالبًا ما توفره الشركة المصنعة للقرص. تتضمن تهيئة الأقراص المرنة باستخدام FORMAT إجراء كلتا العمليتين ، بينما في حالة الأقراص الثابتة ، يجب إجراء العمليات المذكورة أعلاه بشكل منفصل. علاوة على ذلك ، يخضع القرص الصلب للعملية الثالثة - إنشاء الأقسام ، والتي تعد شرطًا أساسيًا لاستخدام أكثر من نظام تشغيل واحد على جهاز كمبيوتر واحد.

يوفر تنظيم عدة أقسام القدرة على التثبيت على كل منها البنية التحتية التشغيلية الخاصة به مع وحدة تخزين منفصلة ومحركات أقراص منطقية. كل وحدة تخزين أو محرك أقراص منطقي له رمز حرف خاص به (على سبيل المثال ، محرك الأقراص C أو D أو E).

ما هو محرك الأقراص الصلبة مصنوع؟

يشتمل كل محرك أقراص ثابت حديث تقريبًا على نفس مجموعة المكونات:

أقراص(يصل عددهم غالبًا إلى 5 قطع) ؛

قراءة / كتابة الرؤوس(يصل عددهم غالبًا إلى 10 قطع) ؛

آلية المحرك(هذه الآلية تحدد الرؤوس إلى الموضع المطلوب) ؛

محرك محرك الأقراص(جهاز يقوم بتدوير الأقراص) ؛

مرشح الهواء(المرشحات الموجودة داخل علبة محرك الأقراص) ؛

لوحة الدوائر المطبوعة مع دوائر التحكم(من خلال هذا المكون ، يتم التحكم في محرك الأقراص وجهاز التحكم) ؛

الكابلات والموصلات(مكونات الأقراص الصلبة الإلكترونية).

غالبًا ما يستخدم الصندوق المغلق - HDA - كإسكان للأقراص والرؤوس وآلية محرك الرأس ومحرك محرك الأقراص. عادة ما يكون هذا الصندوق عبارة عن وحدة واحدة ، والتي لا يتم فتحها تقريبًا. المكونات الأخرى غير HDA ، مثل عناصر التكوين ولوحة الدائرة والإطار ، قابلة للإزالة.

نظام وقوف السيارات والتحكم الآلي

في حالة انقطاع التيار الكهربائي ، يتم توفير نظام وقوف السيارات الاتصال ، وتتمثل مهمته في خفض الشريط برؤوس على الأقراص نفسها. بغض النظر عن حقيقة أن محرك الأقراص يقاوم عشرات الآلاف من الصعود والهبوط لرؤوس القراءة ، يجب أن يحدث كل هذا في مناطق مخصصة خصيصًا لهذه الإجراءات.

أثناء الصعود والنزول المستمر ، يحدث تآكل لا مفر منه للطبقة المغناطيسية. إذا تعرض محرك الأقراص لصدمة بعد التآكل ، فمن المرجح أن يحدث تلف للقرص أو الرؤوس. لمنع حدوث المشاكل المذكورة أعلاه ، تم تجهيز محركات الأقراص الحديثة بآلية تحميل / تفريغ خاصة ، وهي عبارة عن لوحة يتم وضعها على السطح الخارجي لمحركات الأقراص الثابتة. يمنع هذا الإجراء لمس الرأس والسطح المغناطيسي حتى في حالة انقطاع التيار الكهربائي. عند إيقاف تشغيل الجهد ، يقوم محرك الأقراص بشكل مستقل "بتعليق" الرؤوس على سطح اللوحة المائلة.

قليلا عن مرشحات الهواء والهواء

تم تجهيز جميع محركات الأقراص الثابتة تقريبًا بمرشحين للهواء: مرشح بارومتري وفلتر إعادة تدوير. ما يميز المرشحات أعلاه عن الطرز القابلة للاستبدال المستخدمة في محركات الجيل الأقدم هو أنها موضوعة داخل العلبة ولا يتم توفير استبدالها حتى نهاية فترة الخدمة.

استخدمت محركات الأقراص القديمة تقنية نقل الهواء باستمرار داخل وخارج العلبة ، باستخدام مرشح يلزم تغييره بشكل دوري.

اضطر مطورو محركات الأقراص الحديثة إلى التخلي عن هذا المخطط ، وبالتالي فإن مرشح إعادة التدوير ، الموجود في علبة HDA المختومة ، يستخدم فقط لتصفية الهواء داخل الصندوق من أصغر الجسيمات المحتبسة داخل العلبة. بغض النظر عن جميع الاحتياطات المتخذة ، لا تزال الجزيئات الصغيرة تتشكل بعد "الهبوط" و "الإقلاع" المتكرر للرؤوس. مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن حالة محرك الأقراص تتميز بضيقها ويتم ضخ الهواء فيها ، فإنها تستمر في العمل حتى في البيئات شديدة التلوث.

موصلات وتوصيلات الواجهة

تم تجهيز العديد من محركات الأقراص الثابتة الحديثة بالعديد من موصلات الواجهة للاتصال بمصدر الطاقة والنظام ككل. كقاعدة عامة ، يحتوي محرك الأقراص على ثلاثة أنواع على الأقل من الموصلات:

موصلات الواجهة

موصل لإمداد الطاقة ؛

الموصل الأرضي.

تستحق موصلات الواجهة اهتمامًا خاصًا ، نظرًا لأنها مصممة لتلقي / إرسال الأوامر والبيانات بواسطة محرك الأقراص. لا تستبعد العديد من المعايير إمكانية توصيل محركات أقراص متعددة بنفس الناقل.

كما ذكرنا سابقًا ، يمكن تجهيز محركات الأقراص الثابتة بعدة موصلات للواجهة:

MFM و ESDI- الموصلات المنقرضة المستخدمة في محركات الأقراص الثابتة الأولى ؛

IDE / ATA- موصل لتوصيل محركات الأقراص ، والذي كان الأكثر شيوعًا لفترة طويلة بسبب انخفاض تكلفته. من الناحية الفنية ، تشبه هذه الواجهة ناقل ISA 16 بت. ساهم التطوير اللاحق لمعايير IDE في زيادة سرعة تبادل البيانات ، فضلاً عن ظهور القدرة على الوصول المباشر إلى الذاكرة باستخدام تقنية DMA ؛

المسلسل ATA- الموصل الذي حل محل IDE ، وهو ماديًا خط أحادي الاتجاه يستخدم لنقل البيانات التسلسلية. أن تكون في وضع التوافق يشبه واجهة IDE ، ومع ذلك ، فإن وجود الوضع "الأصلي" يسمح لك بالاستفادة من مجموعة إضافية من الميزات.

SCSI- واجهة عالمية تم استخدامها بنشاط على الخوادم لتوصيل محركات الأقراص الثابتة والأجهزة الأخرى. على الرغم من الأداء الفني الجيد ، إلا أنها لم تصبح شائعة مثل IDE بسبب تكلفتها العالية.

ساس- التناظرية التسلسلية من SCSI.

USB- واجهة مطلوبة لتوصيل محركات الأقراص الصلبة الخارجية. يحدث تبادل المعلومات في هذه الحالة من خلال بروتوكول USB Mass Storage.

فايرواير- مطلوب موصل مشابه لـ USB لتوصيل محرك أقراص صلبة خارجي.

قناة الألياف- واجهة تستخدمها الأنظمة المتطورة بسبب ارتفاع معدل نقل البيانات.

مقاييس جودة القرص الصلب

سعة- مقدار المعلومات التي يحتفظ بها محرك الأقراص. يمكن أن يصل هذا الرقم في محركات الأقراص الصلبة الحديثة إلى 4 تيرابايت (4000 جيجابايت) ؛

أداء. هذه المعلمة لها تأثير مباشر على وقت الاستجابة ومتوسط ​​معدل نقل المعلومات ؛

مصداقية- مؤشر يحدده متوسط ​​الوقت بين الإخفاقات.

حدود السعة المادية

يعتمد الحد الأقصى من السعة التي يستخدمها محرك الأقراص الثابتة على عدد من العوامل ، بما في ذلك الواجهة وبرامج التشغيل ونظام التشغيل ونظام الملفات.

محرك أقراص ATA الأول ، الذي تم إصداره في عام 1986 ، كان بسعة تصل إلى 137 جيجابايت.

ساهمت إصدارات BIOS المختلفة أيضًا في تقليل السعة القصوى لمحركات الأقراص الثابتة ، وبالتالي فإن الأنظمة التي تم تجميعها قبل عام 1998 كانت بسعة تصل إلى 8.4 جيجا بايت ، وكانت الأنظمة التي تم إصدارها قبل عام 1994 تبلغ 528 ميجا بايت.

حتى بعد حل مشكلات BIOS ، بقي حد سعة محركات الأقراص المزودة بواجهة اتصال ATA ، وكانت قيمته القصوى 137 جيجابايت. تم التغلب على هذا القيد من خلال معيار ATA-6 ، الذي تم إصداره في عام 2001. استخدم هذا المعيار نظام عنونة ممتد ، والذي بدوره ساهم في زيادة سعة التخزين حتى 144 جيجا بايت. مثل هذا الحل جعل من الممكن إبراز محركات الأقراص باستخدام واجهات PATA و SATA ، حيث يكون مقدار المعلومات التي يمكنهم الاحتفاظ بها أعلى من الحد المحدد وهو 137 جيجابايت.

حدود نظام التشغيل على الحجم الأقصى

لا تفرض جميع أنظمة التشغيل الحديثة تقريبًا أي قيود على مؤشر مثل سعة محركات الأقراص الثابتة ، والذي لا يمكن قوله عن الإصدارات السابقة من أنظمة التشغيل.

لذلك ، على سبيل المثال ، لم يتعرف DOS على محركات الأقراص الثابتة بسعة تتجاوز 8.4 جيجا بايت ، حيث تم الوصول إلى محركات الأقراص في هذه الحالة من خلال عنونة LBA ، بينما تم دعم عنونة المعيار الأساسي الإنساني فقط في DOS 6.x والإصدارات السابقة.

يوجد أيضًا حد لسعة القرص الثابت إذا تم تثبيت Windows 95. القيمة القصوى لهذا الحد هي 32 جيجابايت. بالإضافة إلى ذلك ، تدعم الإصدارات المحدثة من Windows 95 نظام الملفات FAT16 فقط ، والذي بدوره يفرض حدًا لحجم الأقسام يبلغ 2 جيجا بايت. ويترتب على ذلك أنه في حالة استخدام قرص صلب بسعة 30 جيجابايت ، يجب تقسيمه إلى 15 قسمًا.

تسمح قيود نظام التشغيل Windows 98 باستخدام محركات أقراص ثابتة أكبر.

الخصائص والمعلمات

يحتوي كل قرص ثابت على قائمة بالخصائص التقنية ، والتي وفقًا لها يتم إنشاء التسلسل الهرمي للاستخدام.

أول شيء يجب الانتباه إليه هو نوع الواجهة المستخدمة. في الآونة الأخيرة ، بدأ كل جهاز كمبيوتر في استخدامه كواجهة محسنة وأسرع ساتا.

النقطة الثانية التي لا تقل أهمية هي مقدار المساحة الخالية على القرص الصلب. الحد الأدنى لقيمته اليوم هو 80 غيغابايت فقط ، في حين أن الحد الأقصى هو 4 تيرابايت.

من الخصائص المهمة الأخرى في حالة شراء جهاز كمبيوتر محمول عامل الشكل لمحرك الأقراص الثابتة.

الأكثر شيوعًا في هذه الحالة هي الطرز التي يبلغ حجمها 2.5 بوصة ، بينما في أجهزة الكمبيوتر المكتبية الحجم 3.5 بوصة.

لا تهمل سرعة المغزل ، القيم الدنيا هي 4200 ، والحد الأقصى هو 15000 دورة في الدقيقة. جميع الخصائص المذكورة أعلاه لها تأثير مباشر على سرعة القرص الصلب ، والتي يتم التعبير عنها بالميجابايت / ثانية.

سرعة القرص الصلب

لا تقل أهمية مؤشرات السرعة الخاصة بالقرص الصلب ، والتي يتم تحديدها من خلال:

سرعة المغزل، والتي تقاس بعدد الدورات في الدقيقة. مهمتها ليست تحديد سعر الصرف الحقيقي بشكل مباشر ، فهي تسمح لك فقط بتمييز جهاز أسرع من جهاز أبطأ.

وقت الوصول. تحسب هذه المعلمة الوقت الذي يقضيه محرك الأقراص الثابتة من تلقي أمر إلى إرسال المعلومات عبر الواجهة. غالبًا ما أحسب القيم المتوسطة والحد الأقصى.

وقت تموضع الرأس. تحدد هذه القيمة الوقت الذي تستغرقه الرؤوس للتنقل والتعيين من مسار إلى مسار آخر.

عرض النطاقأو أداء القرص أثناء النقل التسلسلي لكميات كبيرة من البيانات.

معدل الباود الداخليأو معدل المعلومات المنقولة من المراقب إلى الرؤساء.

معدل الباود الخارجيأو معدل نقل المعلومات عبر الواجهة الخارجية.

قليلا عن S.M.A.R.T.

ذكي.- أداة مصممة للتحقق بشكل مستقل من حالة محركات الأقراص الثابتة الحديثة التي تدعم واجهات PATA و SATA ، وكذلك تلك التي تعمل في أجهزة الكمبيوتر الشخصية مع نظام التشغيل Windows (من NT إلى Vista).

ذكي. يحسب ويحلل حالة محركات الأقراص الثابتة المتصلة على فترات منتظمة ، بغض النظر عما إذا كان نظام التشغيل يعمل أم لا. بعد إجراء التحليل ، يتم عرض رمز نتيجة التشخيص في الزاوية اليمنى من شريط المهام. بناءً على النتائج التي تم الحصول عليها خلال S.M.A.R.T. التشخيص ، قد يشير الرمز إلى:

في حالة ممتازة لكل قرص صلب متصل بالكمبيوتر يدعم S.M.A.R.T. تكنولوجيا؛

حقيقة أن واحدًا أو أكثر من مؤشرات الحالة لا يفي بقيمة العتبة ، في حين أن معلمات ما قبل الفشل / الاستشارة لها قيمة صفرية. لا تعتبر الحالة المذكورة أعلاه لمحرك الأقراص الصلبة سابقة للحادث ، ومع ذلك ، إذا كان محرك الأقراص الثابتة يحتوي على معلومات مهمة ، فمن المستحسن حفظه على وسيط آخر كلما أمكن ذلك أو استبدال محرك الأقراص الثابتة.

حقيقة أن مؤشرًا واحدًا أو أكثر من مؤشرات الحالة لا يفي بقيمة العتبة ، في حين أن معلمات ما قبل الفشل / الاستشارة لها قيمة نشطة. وفقًا لمطوري محركات الأقراص الثابتة ، هذه حالة ما قبل الطوارئ ، ولا يستحق تخزين المعلومات على محرك الأقراص الثابتة هذا.

عامل الموثوقية

يعتبر مؤشر مثل موثوقية تخزين البيانات أحد أهم خصائص محرك الأقراص الثابتة. يكون عامل فشل القرص الصلب مرة واحدة كل مائة عام ، ويمكننا من خلاله أن نستنتج أن محرك الأقراص الصلبة يعتبر المصدر الأكثر موثوقية لتخزين البيانات. في الوقت نفسه ، تتأثر موثوقية كل قرص بشكل مباشر بظروف التشغيل والجهاز نفسه. في بعض الأحيان ، يزود المصنعون السوق بمنتج "خام" تمامًا ، وبالتالي من المستحيل إهمال النسخ الاحتياطي والاعتماد كليًا على محرك الأقراص الثابتة.

التكلفة والسعر

كل يوم تصبح تكلفة الأقراص الصلبة أقل وأقل. لذلك ، على سبيل المثال ، يبلغ سعر القرص الصلب ATA سعة 500 جيجابايت في المتوسط ​​120 دولارًا ، بالمقارنة ، في عام 1983 ، كان محرك الأقراص الصلبة 10 ميجابايت يكلف 1800 دولار.

من البيان أعلاه ، يمكننا أن نستنتج أن تكلفة محرك الأقراص الثابتة ستستمر في الانخفاض ، وبالتالي سيتمكن الجميع في المستقبل من شراء محركات أقراص رحبة إلى حد ما بأسعار معقولة.

HDD ، القرص الصلب ، القرص الصلب - كل هذه أسماء لجهاز تخزين البيانات المعروف. في هذه المادة ، سنخبرك بالأساس التقني لمثل هذه المحركات ، وكيف يمكن تخزين المعلومات عليها ، وحول الفروق الدقيقة الفنية ومبادئ التشغيل الأخرى.

استنادًا إلى الاسم الكامل لجهاز التخزين هذا - محرك الأقراص الثابتة (HDD) - يمكنك بسهولة فهم ما يقوم عليه عمله. نظرًا لتكلفتها المنخفضة ومتانتها ، يتم تثبيت وسائط التخزين هذه في أجهزة كمبيوتر مختلفة: أجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والخوادم والأجهزة اللوحية وما إلى ذلك. السمة المميزة لمحرك الأقراص الصلبة هي القدرة على تخزين كميات هائلة من البيانات ، مع وجود أبعاد صغيرة جدًا. أدناه سنتحدث عن هيكلها الداخلي ومبادئ التشغيل والميزات الأخرى. هيا بنا نبدأ!

HDA ولوحة الإلكترونيات

يتم استدعاء مسارات الألياف الزجاجية والنحاسية الخضراء الموجودة عليه ، جنبًا إلى جنب مع موصلات لتوصيل مصدر الطاقة ومقبس SATA لوح التحكم(لوحة الدوائر المطبوعة ، ثنائي الفينيل متعدد الكلور). تعمل هذه الدائرة المتكاملة على مزامنة تشغيل القرص مع جهاز كمبيوتر وإدارة جميع العمليات داخل محرك الأقراص الثابتة. يسمى علبة الألمنيوم السوداء وما بداخلها كتلة مختومة(تجميع الرأس والقرص ، HDA).

يوجد في وسط الدائرة المتكاملة شريحة كبيرة. متحكم(وحدة تحكم صغيرة ، MCU). في محركات الأقراص الصلبة اليوم ، يحتوي المعالج الدقيق على مكونين: وحدة الحوسبة المركزية(وحدة المعالجة المركزية ، CPU) ، التي تتعامل مع جميع العمليات الحسابية ، و قناة القراءة والكتابة- جهاز خاص يحول إشارة تناظرية من الرأس إلى إشارة منفصلة عندما يكون مشغولاً بالقراءة والعكس صحيح - رقمي إلى تناظري أثناء التسجيل. المعالج الدقيق منافذ الإدخال / الإخراج، وبمساعدتها يتحكم في بقية العناصر الموجودة على اللوحة ويتبادل المعلومات عبر اتصال SATA.

شريحة أخرى موجودة على التخطيطي هي شريحة ذاكرة DDR SDRAM. تحدد كميته مسبقًا حجم ذاكرة التخزين المؤقت لمحرك الأقراص الثابتة. تنقسم هذه الشريحة إلى ذاكرة البرامج الثابتة ، الموجودة جزئيًا في محرك أقراص فلاش ، وذاكرة التخزين المؤقت ، وهو أمر ضروري للمعالج من أجل تحميل وحدات البرامج الثابتة.

الشريحة الثالثة تسمى المحرك وجهاز التحكم في الرأس(جهاز التحكم في محرك الملف الصوتي ، جهاز التحكم في VCM). يتحكم في مصادر الطاقة الإضافية الموجودة على اللوحة. أنها توفر الطاقة للمعالج الدقيق و المضخم-الجلاد(المضخم) الموجود في الوحدة المختومة. تتطلب وحدة التحكم هذه طاقة أكبر من بقية المكونات الموجودة على اللوحة ، حيث إنها مسؤولة عن دوران المغزل وحركة الرؤوس. إن قلب المضخم المبدئي قادر على العمل عند تسخينه حتى 100 درجة مئوية! عندما يتم تطبيق الطاقة على محرك الأقراص الثابتة ، يقوم المتحكم الدقيق بتفريغ محتويات شريحة الفلاش في الذاكرة ويبدأ في تنفيذ التعليمات الواردة فيه. إذا فشل تحميل الكود بشكل صحيح ، فلن يتمكن محرك الأقراص الصلبة من بدء الدوران. أيضًا ، يمكن دمج ذاكرة الفلاش في وحدة التحكم الدقيقة ، ولا يتم احتواؤها على اللوحة.

الموجود في الرسم التخطيطي استشعار الاهتزاز(مستشعر الصدمة) يحدد مستوى الاهتزاز. إذا اعتبرت شدتها خطيرة ، فسيتم إرسال إشارة إلى وحدة التحكم في المحرك والرؤوس ، وبعد ذلك تقوم فورًا بإيقاف الرؤوس أو إيقاف دوران محرك الأقراص الثابتة تمامًا. من الناحية النظرية ، تم تصميم هذه الآلية لحماية محرك الأقراص الثابتة من التلف الميكانيكي المتنوع ، ومع ذلك ، من الناحية العملية ، لا تعمل بشكل جيد للغاية. لذلك ، يجب ألا تسقط محرك الأقراص الثابتة ، لأن هذا قد يؤدي إلى عدم كفاية تشغيل مستشعر الاهتزاز ، مما قد يؤدي إلى تعطل الجهاز تمامًا. تحتوي بعض محركات الأقراص الثابتة على مستشعرات شديدة الحساسية للاهتزاز ، والتي تتفاعل مع أدنى اهتزاز. تساعد البيانات التي يتلقاها VCM في تصحيح حركة الرؤوس ، وبالتالي فإن محركات الأقراص مجهزة بجهازي استشعار على الأقل.

جهاز آخر مصمم لحماية محرك الأقراص الثابتة هو محدد الجهد العابر(إخماد الجهد العابر ، TVS) ، مصمم لمنع حدوث عطل محتمل في حالة ارتفاع التيار الكهربائي. يمكن أن يكون هناك العديد من هذه المحددات في مخطط واحد.

سطح HDA

تحت اللوحة المتكاملة توجد جهات الاتصال من المحركات والرؤساء. هنا يمكنك أيضًا أن ترى ثقبًا تقنيًا غير مرئي تقريبًا (ثقب التنفس) ، والذي يعادل الضغط داخل وخارج المنطقة المغلقة من الكتلة ، مما يؤدي إلى تدمير أسطورة وجود فراغ داخل القرص الصلب. مساحتها الداخلية مغطاة بفلتر خاص لا يسمح بمرور الأتربة والرطوبة مباشرة إلى محرك الأقراص الصلبة.

الداخلية HDA

توجد أقراص مغناطيسية تحت غطاء الكتلة المحكم ، وهي طبقة عادية من المعدن وحشية مطاطية تحميها من الرطوبة والغبار.

قد يتم استدعاؤهم أيضًا الفطائرأو لوحات(أطباق). تصنع الأقراص عادة من الزجاج أو الألمنيوم المصقول مسبقًا. ثم يتم تغطيتها بعدة طبقات من مواد مختلفة ، من بينها أيضًا مغناطيس حديدي - بفضلها ، يمكن تسجيل المعلومات وتخزينها على القرص الصلب. بين الأطباق وفوق أعلى الفطيرة تقع فواصل(مخمدات أو فواصل). حتى أنها تخرج من تدفق الهواء وتقلل من الضوضاء الصوتية. عادة ما تكون مصنوعة من البلاستيك أو الألومنيوم.

تعمل الألواح الفاصلة ، المصنوعة من الألومنيوم ، بشكل أفضل في خفض درجة حرارة الهواء داخل المنطقة المغلقة.

كتلة من الرؤوس المغناطيسية

في نهايات الأقواس الموجودة في كتلة من الرؤوس المغناطيسية(Head Stack Assembly ، HSA) ، توجد رؤوس القراءة / الكتابة. عندما يتم إيقاف المغزل ، يجب أن يكونوا في منطقة التحضير - هذا هو المكان الذي توجد فيه رؤوس قرص ثابت سليم في وقت لا يعمل فيه العمود. في بعض محركات الأقراص الثابتة (HDD) ، يتم وقوف السيارات في مناطق تحضير البلاستيك التي تقع خارج اللوحات.

للتشغيل العادي لمحرك الأقراص الثابتة ، يلزم توفير هواء نظيف قدر الإمكان ، ويحتوي على الحد الأدنى من جزيئات الطرف الثالث. بمرور الوقت ، تتشكل جزيئات الشحوم والمعادن في المجمع. لإخراجها ، تم تجهيز محركات الأقراص الثابتة مرشحات الدوران(مرشح إعادة التدوير) ، الذي يجمع باستمرار جزيئات المواد الصغيرة جدًا ويحتفظ بها. يتم تثبيتها في مسار تدفق الهواء ، والتي تتشكل بسبب دوران الألواح.

يتم تثبيت مغناطيس النيوديميوم في محرك الأقراص الثابتة ، وهو قادر على جذب الوزن وتحمله ، والذي يمكن أن يكون 1300 مرة أكثر من مغناطيسه. الغرض من هذه المغناطيسات في محركات الأقراص الصلبة هو الحد من حركة الرؤوس من خلال تثبيتها فوق فطائر بلاستيكية أو من الألومنيوم.

جزء آخر من كتلة الرؤوس المغناطيسية هو لفه(ملف صوتي). جنبا إلى جنب مع المغناطيس ، فإنه يتشكل محرك BMG، وهو مع BMG مناور(مشغل) - جهاز يحرك الرؤوس. تسمى آلية الحماية لهذا الجهاز مثبت(مزلاج المحرك). إنه يطلق BMG بمجرد أن يلتقط المغزل عددًا كافيًا من الثورات. تتضمن عملية الإطلاق ضغط تدفق الهواء. يمنع التجنيب أي حركة للرؤوس في حالة الإعداد.

تحت BMG سيكون هناك تأثير دقيق. يحافظ على نعومة ودقة الكتلة المحددة. يوجد أيضًا جزء مصنوع من سبائك الألومنيوم ، وهو ما يسمى نير(ذراع). في نهايته ، على تعليق الربيع ، توجد الرؤوس. من الروك يذهب الكابلات المرنة(دارة مرنة مطبوعة ، FPC) تؤدي إلى وسادة متصلة بلوحة الإلكترونيات.

هذا ما يبدو عليه الملف ، وهو متصل بالكابل:

هنا يمكنك رؤية المحمل:

فيما يلي جهات اتصال BMG:

ضمادة(حشية) تساعد على ضمان إحكام القابض. نتيجة لذلك ، يدخل الهواء الكتلة بأقراص ورؤوس فقط من خلال ثقب يعادل الضغط. تم تغطية نقاط التلامس الخاصة بهذا القرص بأجود أنواع طلاء الذهب ، مما يحسن التوصيل.

تجميع قوس نموذجي:

في نهايات الشماعات الزنبركية أجزاء صغيرة - المتزلجون(منزلقات). يساعدون في قراءة البيانات وكتابتها عن طريق رفع الرأس فوق الأطباق. في المحركات الحديثة ، تعمل الرؤوس على مسافة 5-10 نانومتر من سطح الفطائر المعدنية. توجد عناصر قراءة وكتابة المعلومات في نهايات أشرطة التمرير. إنها صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها إلا بالمجهر.

هذه الأجزاء ليست مسطحة تمامًا ، حيث تحتوي على أخاديد هوائية عليها تعمل على تثبيت ارتفاع طيران المنزلق. يخلق الهواء تحتها وسادة(سطح تحمل الهواء ، ABS) ، والذي يحافظ على رحلة موازية لسطح اللوحة.

المضخم- شريحة مسئولة عن التحكم في الرؤوس وتضخيم الإشارة إليها أو منها. يقع مباشرة في BMG ، لأن الإشارة التي تنتجها الرؤوس ليست قوية بما يكفي (حوالي 1 جيجاهرتز). بدون مكبر الصوت في المنطقة المغلقة ، سوف يتبدد ببساطة في طريقه إلى الدائرة المتكاملة.

توجد مسارات من هذا الجهاز نحو الرؤوس أكثر من المنطقة المغلقة. يفسر ذلك حقيقة أن القرص الصلب يمكن أن يتفاعل مع واحد منهم فقط في وقت معين. يرسل المعالج الدقيق الطلبات إلى المضخم بحيث يختار الرأس الذي يحتاجه. من القرص إلى كل منهم هناك عدة مسارات. إنهم مسؤولون عن التأريض والقراءة والكتابة والتحكم في محركات الأقراص المصغرة والعمل باستخدام معدات مغناطيسية خاصة يمكنها التحكم في شريط التمرير ، مما يسمح لك بزيادة دقة تحديد موضع الرأس. يجب أن يؤدي أحدهم إلى سخان ينظم ارتفاع الرحلة. يعمل هذا التصميم على النحو التالي: يتم نقل الحرارة من المدفأة إلى التعليق الذي يربط المنزلق والروك. يتم إنشاء التعليق من السبائك التي لها معلمات تمدد مختلفة عن الحرارة الواردة. عندما ترتفع درجة الحرارة ، تنحني نحو اللوحة ، مما يقلل المسافة بينها وبين الرأس. مع انخفاض كمية الحرارة ، يحدث التأثير المعاكس - يتحرك الرأس بعيدًا عن الفطيرة.

هذه هي الطريقة التي يبدو بها الفاصل العلوي:

تُظهر هذه الصورة المنطقة المغلقة بدون مجموعة الرأس والفاصل العلوي. يمكنك أيضًا ملاحظة المغناطيس السفلي و حلقة الضغط(المشبك أطباق):

هذه الحلقة تحافظ على كتل الفطائر معًا ، مما يمنع أي حركة مرتبطة ببعضها البعض:

يتم تعليق اللوحات نفسها الفتحة(محور المغزل):

وهذا ما يوجد تحت اللوحة العلوية:

كما يمكنك أن تفهم ، يتم إنشاء مكان للرؤوس باستخدام خاص حلقات فاصل(حلقات المباعد). هذه أجزاء عالية الدقة مصنوعة من سبائك أو بوليمرات غير مغناطيسية:

في الجزء السفلي من HDA توجد مساحة معادلة الضغط تقع مباشرة أسفل مرشح الهواء. يحتوي الهواء الموجود خارج الوحدة المغلقة بالتأكيد على جزيئات الغبار. لحل هذه المشكلة ، تم تثبيت مرشح متعدد الطبقات ، وهو أكثر سمكًا من نفس المرشح الدائري. في بعض الأحيان ، يمكنك العثور على آثار من هلام السيليكا عليها ، والتي يجب أن تمتص كل الرطوبة في حد ذاتها:

خاتمة

كانت هذه المقالة وصفًا تفصيليًا للأجزاء الداخلية لمحرك الأقراص الثابتة. نأمل أن تكون هذه المادة ممتعة بالنسبة لك وساعدتك في تعلم الكثير من الأشياء الجديدة في مجال أجهزة الكمبيوتر.

أثناء بدء تشغيل الكمبيوتر ، تقوم مجموعة من البرامج الثابتة المخزنة في شريحة BIOS بفحص الأجهزة. إذا كان كل شيء على ما يرام ، فإنه ينقل التحكم إلى أداة تحميل نظام التشغيل. ثم يتم تحميل نظام التشغيل وتبدأ في استخدام الكمبيوتر. في نفس الوقت ، أين تم تخزين نظام التشغيل قبل تشغيل الكمبيوتر؟ كيف بقيت مقالتك التي كتبتها طوال الليل سليمة بعد إيقاف تشغيل جهاز الكمبيوتر؟ مرة أخرى ، أين يتم تخزينها؟

حسنًا ، ربما ذهبت بعيدًا جدًا وأنتم تعلمون جيدًا أن بيانات الكمبيوتر مخزنة على القرص الصلب. ومع ذلك ، لا يعرف الجميع ما هو وكيف يعمل ، وبما أنك هنا ، فإننا نستنتج أننا نود أن نعرف. حسنًا ، دعنا نكتشف ذلك!

ما هو القرص الصلب

حسب التقاليد ، دعونا نلقي نظرة على تعريف القرص الصلب على ويكيبيديا:

HDD (المسمار ، القرص الصلب ، محرك القرص الصلب ، HDD ، HDD ، HMDD) هو جهاز تخزين للوصول العشوائي يعتمد على مبدأ التسجيل المغناطيسي.

يتم استخدامها في الغالبية العظمى من أجهزة الكمبيوتر ، وكذلك الأجهزة المتصلة بشكل منفصل لتخزين النسخ الاحتياطية من البيانات ، مثل تخزين الملفات ، وما إلى ذلك.

دعونا نفهم ذلك قليلا. أنا أحب المصطلح محرك القرص الصلب ". هذه الكلمات الخمس تعبر عن بيت القصيد. HDD هو جهاز الغرض منه تخزين البيانات المسجلة عليه لفترة طويلة. تعتمد محركات الأقراص الصلبة على أقراص صلبة (من الألومنيوم) بطبقة خاصة ، يتم تسجيل المعلومات عليها باستخدام رؤوس خاصة.

لن أفكر بالتفصيل في عملية التسجيل نفسها - في الواقع ، هذه هي فيزياء الصفوف الأخيرة من المدرسة ، وأنا متأكد من أنك لا ترغب في الخوض في هذا الأمر ، والمقال ليس عن ذلك على الإطلاق.

لاحظ أيضًا العبارة: دخول عشوائي "وهو ما يعني ، بشكل تقريبي ، أنه يمكننا (الكمبيوتر) قراءة المعلومات من أي قسم من السكك الحديدية في أي وقت.

من المهم ألا تكون ذاكرة HDD متقلبة ، أي لا يهم ما إذا كانت الطاقة متصلة أم لا ، فلن تختفي المعلومات المسجلة على الجهاز في أي مكان. هذا فرق مهم بين الذاكرة الدائمة للكمبيوتر والذاكرة المؤقتة ().

بالنظر إلى القرص الصلب للكمبيوتر في الحياة الواقعية ، لن ترى أي أقراص أو رؤوس ، لأن كل هذا مخفي في حاوية مغلقة (منطقة محكمة الغلق). خارجيًا ، يبدو محرك الأقراص الثابتة كما يلي:

لماذا يحتاج الكمبيوتر إلى قرص صلب؟

ضع في اعتبارك ماهية محرك الأقراص الثابتة في جهاز الكمبيوتر ، أي الدور الذي يلعبه في جهاز الكمبيوتر. من الواضح أنه يخزن البيانات ، ولكن كيف وماذا. نسلط الضوء هنا على الوظائف التالية لمحرك الأقراص الصلبة:

• تخزين نظام التشغيل وبرامج المستخدم وإعداداتها ؛
• تخزين ملفات المستخدم: الموسيقى والفيديو والصور والمستندات وما إلى ذلك ؛
• استخدام جزء من مساحة القرص الثابت لتخزين البيانات التي لا تتناسب مع ذاكرة الوصول العشوائي (ملف ترحيل الصفحات) أو تخزين محتويات ذاكرة الوصول العشوائي أثناء استخدام وضع السكون ؛

كما ترى ، فإن القرص الصلب للكمبيوتر ليس مجرد تفريغ للصور والموسيقى ومقاطع الفيديو. يقوم بتخزين نظام التشغيل بالكامل ، بالإضافة إلى ذلك ، يساعد القرص الصلب في التعامل مع عبء العمل على ذاكرة الوصول العشوائي ، مع القيام ببعض وظائفه.

ما هو محرك الأقراص الصلبة مصنوع؟

لقد ذكرنا جزئيًا مكونات القرص الصلب ، والآن سنتعامل مع هذا بمزيد من التفصيل. إذن ، المكونات الرئيسية لمحرك الأقراص الصلبة:

• إطار يحمي آليات القرص الصلب من الغبار والرطوبة. كقاعدة عامة ، يكون محكم الإغلاق بحيث لا تدخل نفس الرطوبة والغبار إلى الداخل ؛
• الأقراص (الفطائر) - ألواح مصنوعة من سبيكة معدنية معينة ، مطلية على كلا الجانبين ، يتم تسجيل البيانات عليها. يمكن أن يختلف عدد اللوحات - من واحد (في خيارات الميزانية) إلى عدة لوحات ؛
• محرك - على المغزل الذي يتم إصلاح الفطائر ؛
• كتلة الرأس - تصميم أذرع ورؤوس مترابطة فيما بينها. جزء القرص الصلب الذي يقرأ ويكتب المعلومات إليه. بالنسبة لفطيرة واحدة ، يتم استخدام زوج من الرؤوس ، حيث تعمل الأجزاء العلوية والسفلية منها ؛
• جهاز تحديد المواقع (مشغل ) - آلية تحرك كتلة الرؤوس. يتكون من زوج من مغناطيس النيوديميوم الدائم وملف موجود في نهاية وحدة الرأس ؛
• مراقب - دائرة إلكترونية دقيقة تتحكم في تشغيل محرك الأقراص الثابتة ؛
• منطقة وقوف السيارات - مكان داخل القرص الصلب بجوار الأقراص أو بداخلها ، حيث يتم إنزال الرؤوس (متوقفة) أثناء فترة التوقف ، حتى لا تتلف سطح عمل الفطائر.

مثل جهاز القرص الصلب البسيط. تم تشكيلها منذ سنوات عديدة ، ولم يتم إجراء تغييرات جوهرية عليها لفترة طويلة. ونمضي قدما.

كيف يعمل القرص الصلب

بعد توفير الطاقة لمحرك الأقراص الصلبة ، يبدأ المحرك ، الذي تم إصلاح الفطائر على المغزل ، في الدوران. بعد أن اكتسبت سرعة يتشكل فيها تيار مستمر من الهواء بالقرب من سطح الأقراص ، تبدأ الرؤوس في التحرك.

هذا التسلسل (أولاً تدور الأقراص ، ثم تبدأ الرؤوس في العمل) ضروريًا بحيث تحوم الرؤوس فوق الألواح بسبب تدفق الهواء الناتج. نعم ، لا يلمسوا سطح الأقراص أبدًا ، وإلا سيتعرض الأخير للتلف على الفور. ومع ذلك ، فإن المسافة من سطح الأطباق المغناطيسية إلى الرؤوس صغيرة جدًا (حوالي 10 نانومتر) بحيث لا يمكنك رؤيتها بالعين المجردة.

بعد البدء ، أولاً وقبل كل شيء ، تتم قراءة معلومات الخدمة حول حالة القرص الثابت والمعلومات الضرورية الأخرى حوله ، والموجودة على المسار الصفري المزعوم. عندها فقط يبدأ العمل بالبيانات.

يتم تسجيل المعلومات الموجودة على القرص الصلب للكمبيوتر على المسارات ، والتي بدورها تنقسم إلى قطاعات (مثل قطع البيتزا إلى قطع). لكتابة الملفات ، يتم دمج عدة قطاعات في مجموعة ، وهو أصغر مكان يمكن كتابة الملف فيه.

بالإضافة إلى هذا التقسيم "الأفقي" للقرص ، هناك أيضًا "عمودي" مشروط. نظرًا لأنه يتم دمج جميع الرؤوس ، يتم وضعها دائمًا فوق نفس رقم المسار ، كل منها فوق قرصها الخاص. وهكذا ، أثناء تشغيل محرك الأقراص الصلبة ، يرسم الرؤوس ، كما كان ، اسطوانة:

أثناء عمل محرك الأقراص الثابتة ، في الواقع ، يقوم بأمرين: القراءة والكتابة. عندما يكون من الضروري تنفيذ أمر كتابة ، يتم حساب المنطقة على القرص حيث سيتم تنفيذه ، ثم يتم وضع الرؤوس ، وفي الواقع ، يتم تنفيذ الأمر. ثم يتم فحص النتيجة. بالإضافة إلى كتابة البيانات مباشرة على القرص ، تنتهي المعلومات أيضًا في ذاكرة التخزين المؤقت الخاصة بها.

إذا تلقت وحدة التحكم أمر قراءة ، أولاً وقبل كل شيء ، فإنها تتحقق من وجود المعلومات المطلوبة في ذاكرة التخزين المؤقت. إذا لم يكن موجودًا ، فسيتم حساب إحداثيات وضع الرؤوس مرة أخرى ، ثم يتم وضع الرؤوس وقراءة البيانات.

بعد الانتهاء من العمل ، عندما يختفي مصدر الطاقة لمحرك الأقراص الثابتة ، يتم إيقاف الرؤوس تلقائيًا في منطقة الانتظار.

هذه هي الطريقة التي يعمل بها القرص الصلب للكمبيوتر بشكل عام. في الواقع ، كل شيء أكثر تعقيدًا ، لكن المستخدم العادي ، على الأرجح ، لا يحتاج إلى مثل هذه التفاصيل ، لذلك سننهي هذا القسم ونمضي قدمًا.

أنواع محركات الأقراص الصلبة والشركات المصنعة لها

اليوم ، هناك بالفعل ثلاث شركات تصنيع رئيسية لمحركات الأقراص الثابتة في السوق: ويسترن ديجيتال (WD) ، توشيبا ، سيجيت. أنها تغطي بشكل كامل الطلب على الأجهزة بجميع أنواعها ومتطلباتها. أما باقي الشركات فقد أفلست ، أو استولى عليها شخص من الشركات الثلاث الرئيسية ، أو أعيد تصنيفها.

إذا تحدثنا عن أنواع الأقراص الصلبة ، فيمكن تقسيمها بهذه الطريقة:

1. بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، المعلمة الرئيسية هي حجم الجهاز 2.5 بوصة. هذا يسمح لهم بوضعها بشكل مضغوط في حقيبة الكمبيوتر المحمول ؛
2. لأجهزة الكمبيوتر - في هذه الحالة ، من الممكن أيضًا استخدام محركات أقراص ثابتة مقاس 2.5 بوصة ، ولكن كقاعدة عامة ، يتم استخدام 3.5 بوصات ؛
3. محركات الأقراص الصلبة الخارجية هي أجهزة متصلة بشكل منفصل بجهاز كمبيوتر / كمبيوتر محمول ، وغالبًا ما تعمل كمخزن للملفات.

هناك أيضًا نوع خاص من محركات الأقراص الثابتة - للخوادم. إنها متطابقة مع أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، ولكنها قد تختلف في واجهات الاتصال وأداء أفضل.

جميع التقسيمات الأخرى لمحركات الأقراص الصلبة إلى أنواع تأتي من خصائصها ، لذلك سننظر فيها.

مواصفات القرص الصلب

إذن ، الخصائص الرئيسية لمحرك الأقراص الثابتة للكمبيوتر:

• مقدار - مؤشر لأقصى قدر ممكن من البيانات التي يمكن استيعابها على القرص. أول شيء ينظرون إليه عادة عند اختيار محرك الأقراص الصلبة. يمكن أن يصل هذا الرقم إلى 10 تيرابايت ، على الرغم من أنه يتم اختيار 500 جيجابايت - 1 تيرابايت في كثير من الأحيان لأجهزة الكمبيوتر المنزلية ؛
• شكل عامل - حجم القرص الصلب. الأكثر شيوعًا هي 3.5 و 2.5 بوصة. كما ذكر أعلاه ، يتم تثبيت 2.5 في معظم الحالات في أجهزة الكمبيوتر المحمولة. كما أنها تستخدم في محركات الأقراص الصلبة الخارجية. 3.5 ″ مثبت على جهاز الكمبيوتر وعلى الخادم. يؤثر عامل الشكل أيضًا على الحجم ، حيث يمكن احتواء المزيد من البيانات على قرص أكبر ؛
• سرعة المغزل - ما مدى سرعة تدوير الفطائر؟ الأكثر شيوعًا هي 4200 و 5400 و 7200 و 10000 دورة في الدقيقة. تؤثر هذه الخاصية بشكل مباشر على الأداء وكذلك على سعر الجهاز. كلما زادت السرعة ، زادت كلتا القيمتين ؛
• واجهه المستخدم - طريقة (نوع الموصل) لتوصيل القرص الصلب بالكمبيوتر. الواجهة الأكثر شيوعًا لمحركات الأقراص الثابتة الداخلية اليوم هي SATA (أجهزة الكمبيوتر القديمة تستخدم IDE). عادةً ما يتم توصيل محركات الأقراص الصلبة الخارجية عبر USB أو FireWire. بالإضافة إلى تلك المدرجة ، هناك واجهات أخرى مثل SCSI ، SAS ؛
• حجم المخزن المؤقت (ذاكرة التخزين المؤقت) - نوع من الذاكرة السريعة (حسب نوع ذاكرة الوصول العشوائي) مثبتة على وحدة التحكم في محرك الأقراص الثابتة ، وهي مصممة للتخزين المؤقت للبيانات التي يتم الوصول إليها في أغلب الأحيان. يمكن أن يكون حجم المخزن المؤقت 16 أو 32 أو 64 ميغا بايت ؛
• وقت الوصول العشوائي - الوقت الذي يُضمن خلاله محرك الأقراص الثابتة للكتابة أو القراءة من أي جزء من القرص. يتقلب من 3 إلى 15 مللي ثانية ؛

بالإضافة إلى الخصائص المذكورة أعلاه ، يمكنك أيضًا العثور على مؤشرات مثل.

محرك الأقراص الثابتة (HDD) \ HDD (محرك الأقراص الثابتة) \ القرص الصلب (الناقل) هو كائن مادي قادر على تخزين المعلومات.

يمكن تصنيف مجمعات المعلومات وفقًا للسمات التالية:

• طريقة تخزين المعلومات: مغناطيسي ، ضوئي ، مغناطيسي بصري ؛
• نوع ناقل المعلومات: محركات الأقراص على الأقراص المرنة والأقراص المغناطيسية الصلبة ، والأقراص الضوئية والمغناطيسية الضوئية ، والشريط المغناطيسي ، وعناصر ذاكرة الحالة الصلبة ؛
• طريقة تنظيم الوصول إلى المعلومات - محركات الوصول المباشر والمتسلسل والمنع ؛
• نوع جهاز تخزين المعلومات - مدمج (داخلي) ، خارجي ، مستقل ، متنقل (يمكن ارتداؤه) ، إلخ.

يعتمد جزء كبير من وسائط تخزين المعلومات المستخدمة حاليًا على الوسائط المغناطيسية.

جهاز القرص الصلب

يحتوي القرص الصلب على مجموعة من الألواح ، والتي غالبًا ما تكون عبارة عن أقراص معدنية مطلية بمادة مغناطيسية - طبق (أكسيد جاما الفريت ، وحديدي الباريوم ، وأكسيد الكروم ...) ومتصلة فيما بينها باستخدام مغزل (عمود ، محور).
الأقراص نفسها (بسمك 2 مم تقريبًا) مصنوعة من الألومنيوم أو النحاس أو السيراميك أو الزجاج. (انظر الصورة)

يتم استخدام كلا أسطح الأقراص للتسجيل. تستخدم 4-9 لوحات. يدور العمود بسرعة ثابتة عالية (3600-7200 دورة في الدقيقة)
يتم تدوير الأقراص والحركة الجذرية للرؤوس باستخدام 2 محركات كهربائية.
البيانات مكتوبة أو مقروءة باستخدام كتابة / قراءة الرؤوسواحد لكل سطح من القرص. عدد الرؤوس يساوي عدد أسطح العمل لجميع الأقراص.

يتم تسجيل المعلومات على القرص في أماكن محددة بدقة - متحدة المركز المسارات (المسارات) . المسارات مقسمة إلى القطاعات.قطاع واحد يحتوي على 512 بايت من المعلومات.

يتم تبادل البيانات بين ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) و NMD بالتتابع بواسطة عدد صحيح (عنقود). تَجَمَّع- سلاسل القطاعات المتتالية (1،2،3،4 ، ...)

خاص محركباستخدام قوس ، ضع رأس القراءة / الكتابة فوق مسار معين (يحركه في الاتجاه الشعاعي).
عندما يتم تدوير القرص ، يقع الرأس فوق القطاع المطلوب. من الواضح أن جميع الرؤوس تتحرك في وقت واحد وتقرأ رؤوس البيانات تتحرك في وقت واحد وتقرأ المعلومات من نفس المسارات على محركات أقراص مختلفة من نفس المسارات على أقراص مختلفة.

يتم استدعاء مسارات محرك الأقراص الثابتة التي لها نفس رقم التسلسل على محركات أقراص ثابتة مختلفة اسطوانة .
تتحرك رؤوس القراءة / الكتابة على طول سطح الطبق. كلما اقترب الرأس من سطح القرص دون لمسه ، زادت كثافة التسجيل المسموح بها.

جهاز القرص الصلب

المبدأ المغناطيسي لقراءة وكتابة المعلومات

مبدأ التسجيل المغناطيسي

تم وضع الأسس الفيزيائية لعمليات تسجيل وإعادة إنتاج المعلومات على الوسائط المغناطيسية في أعمال الفيزيائيين M. Faraday (1791-1867) و D.K Maxwell (1831 - 1879).

في وسائط التخزين المغناطيسية ، يتم التسجيل الرقمي على مادة حساسة مغناطيسيًا. وتشمل هذه المواد بعض أنواع أكاسيد الحديد والنيكل والكوبالت ومركباته وسبائكه ، بالإضافة إلى البلاستيدات المغنطيسية والأرومات المغنطيسية مع اللدائن اللزجة والمطاط والمواد المغناطيسية الدقيقة.

يبلغ سمك الطلاء المغناطيسي عدة ميكرومتر. يتم تطبيق الطلاء على قاعدة غير مغناطيسية ، وهي مواد بلاستيكية مختلفة للأشرطة المغناطيسية والأقراص المرنة ، وسبائك الألومنيوم ومواد الركيزة المركبة للأقراص الصلبة. يحتوي الغلاف المغناطيسي للقرص على هيكل مجال ، أي يتكون من العديد من الجسيمات الممغنطة الصغيرة.

المجال المغناطيسي (من اللاتينية دومينيوم - حيازة) - هذه منطقة مجهرية ممغنطة بشكل موحد في عينات مغناطيسية حديدية ، مفصولة عن المناطق المجاورة بواسطة طبقات انتقالية رفيعة (جدران المجال).

تحت تأثير المجال المغناطيسي الخارجي ، يتم توجيه المجالات المغناطيسية الجوهرية للمجالات وفقًا لاتجاه خطوط المجال المغناطيسي. بعد توقف عمل المجال الخارجي ، تتشكل مناطق المغنطة المتبقية على سطح المجال. بسبب هذه الخاصية ، يتم تخزين المعلومات على الناقل المغناطيسي ، الذي يعمل في مجال مغناطيسي.

عند تسجيل المعلومات ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي خارجي باستخدام رأس مغناطيسي. في عملية قراءة المعلومات ، تحفز مناطق المغنطة المتبقية ، التي تكون مقابل الرأس المغناطيسي ، قوة دافعة كهربائية (EMF) فيها عند القراءة.

يوضح الشكل 3.1 مخطط التسجيل والقراءة من قرص مغناطيسي ، ويتم تحديد التغيير في اتجاه المجال الكهرومغناطيسي خلال فترة زمنية معينة بوحدة ثنائية ، ويتم تحديد عدم وجود هذا التغيير بصفر. هذه الفترة الزمنية تسمى عنصر بت.

يُنظر إلى سطح حامل مغناطيسي كسلسلة لمواضع نقطية ، يرتبط كل منها بقليل من المعلومات. نظرًا لأن موقع هذه المواضع لم يتم تحديده بدقة ، يتطلب التسجيل علامات مطبقة مسبقًا للمساعدة في تحديد مواقع التسجيل المطلوبة. لتطبيق علامات المزامنة هذه ، يجب تقسيم القرص إلى مسارات.
والقطاعات - التنسيق.

يعد تنظيم الوصول السريع إلى المعلومات الموجودة على القرص خطوة مهمة في تخزين البيانات. يتم توفير الوصول عبر الإنترنت إلى أي جزء من سطح القرص ، أولاً ، من خلال إعطائه دورانًا سريعًا ، وثانيًا ، عن طريق تحريك رأس القراءة / الكتابة المغناطيسية على طول نصف قطر القرص.
يدور القرص المرن بسرعة 300-360 دورة في الدقيقة ، والقرص الصلب - 3600-7200 دورة في الدقيقة.

الوحدة المنطقية لمحرك الأقراص الثابتة

القرص المغناطيسي ليس جاهزًا للتشغيل في البداية. لجعله في حالة صالحة للعمل ، يجب أن يكون كذلك منسق، أي. يجب إنشاء بنية القرص.

يتم إنشاء هيكل (ترميز) القرص أثناء عملية التهيئة.

تنسيق تتضمن الأقراص الممغنطة مرحلتين:

1. التنسيق المادي (مستوى منخفض)
2. منطقي (مستوى عال).

أثناء التنسيق المادي ، يتم تقسيم سطح العمل للقرص إلى مناطق منفصلة تسمى القطاعات ،التي تقع على طول دوائر متحدة المركز - مسارات.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم تحديد القطاعات غير المناسبة لتسجيل البيانات ، ويتم تمييزها على أنها سيءمن أجل تجنب استخدامها. كل قطاع هو أصغر وحدة بيانات على القرص وله عنوان خاص به للوصول المباشر إليه. يتضمن عنوان القطاع الرقم الجانبي للقرص ورقم المسار ورقم القطاع على المسار. يتم تعيين المعلمات المادية للقرص.

كقاعدة عامة ، لا يحتاج المستخدم إلى التعامل مع التنسيق المادي ، حيث تصل محركات الأقراص الثابتة في معظم الحالات مهيأة. بشكل عام ، يجب أن يتم ذلك من خلال مركز خدمة متخصص.

مستوى منخفض من التنسيقيجب أن يتم ذلك في الحالات التالية:

• إذا كان هناك فشل في المسار الصفري ، مما تسبب في حدوث مشاكل عند التمهيد من القرص الصلب ، ولكن القرص نفسه متاح عند التمهيد من قرص مرن ؛
• إذا عدت إلى حالة العمل على قرص قديم ، على سبيل المثال ، أعيد ترتيبه من جهاز كمبيوتر معطل.
• إذا تم تهيئة القرص للعمل مع نظام تشغيل آخر ؛
• إذا توقف القرص عن العمل بشكل طبيعي ولم تعط جميع طرق الاسترداد نتائج إيجابية.

ضع في اعتبارك أن التنسيق المادي هو عملية قوية جدا.- عند تنفيذه ، سيتم مسح البيانات المخزنة على القرص بالكامل وسيكون من المستحيل تمامًا استعادتها! لذلك لا تبدأ في التنسيق ذي المستوى المنخفض إلا إذا كنت متأكدًا من أنك قمت بحفظ جميع بياناتك المهمة من القرص الصلب!

بعد إجراء تنسيق منخفض المستوى ، تتبع الخطوة التالية - إنشاء قسم من القرص الثابت في واحد أو أكثر محركات منطقية -أفضل طريقة للتعامل مع ارتباك الدلائل والملفات المتناثرة عبر القرص.

بدون إضافة أي عناصر أجهزة إلى نظامك ، ستحصل على القدرة على العمل مع أجزاء متعددة من محرك أقراص ثابت واحد ، كما هو الحال مع محركات أقراص متعددة.
هذا لا يزيد من سعة القرص ، ولكن يمكنك تحسين تنظيمه بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام محركات أقراص منطقية مختلفة لأنظمة تشغيل مختلفة.

في التنسيق المنطقي يتم الإعداد النهائي لوسائط تخزين البيانات من خلال التنظيم المنطقي لمساحة القرص.
يتم تحضير القرص لكتابة الملفات إلى القطاعات التي تم إنشاؤها بواسطة تنسيق منخفض المستوى.
بعد إنشاء جدول تقسيم القرص ، تتبع الخطوة التالية - التنسيق المنطقي للأجزاء الفردية من الانهيار ، المشار إليها فيما يلي باسم الأقراص المنطقية.

محرك أقراص منطقي هي منطقة معينة من القرص الصلب تعمل بنفس طريقة عمل محرك أقراص منفصل.

التنسيق المنطقي هو عملية أبسط بكثير من التنسيق ذي المستوى المنخفض.
للقيام بذلك ، قم بالتمهيد من القرص المرن الذي يحتوي على الأداة المساعدة FORMAT.
إذا كان لديك العديد من محركات الأقراص المنطقية ، فقم بتهيئتها واحدة تلو الأخرى.

أثناء عملية التنسيق المنطقي ، يتم تخصيص القرص منطقة النظاموالتي تتكون من 3 اجزاء:

• قطاع التمهيد وجدول القسم (سجل التمهيد)
• جداول تخصيص الملفات (FAT)، والتي تسجل عدد المسارات والقطاعات التي تخزن الملفات
• الدليل الجذر (الدليل الجذر).

يتم تسجيل المعلومات في أجزاء من خلال الكتلة. لا يمكن أن يكون هناك ملفان مختلفان في نفس المجموعة.
بالإضافة إلى ذلك ، في هذه المرحلة ، يمكن تسمية القرص.

يمكن تقسيم القرص الصلب إلى عدة أقراص منطقية والعكس يمكن دمج قرصين صلبين في قرص منطقي واحد.

يوصى بإنشاء قسمين على الأقل على القرص الصلب (قرصان منطقيان): أحدهما مخصص لنظام التشغيل والبرامج ، والقرص الثاني مخصص حصريًا لبيانات المستخدم. وبالتالي ، يتم تخزين البيانات وملفات النظام بشكل منفصل عن بعضها البعض ، وفي حالة فشل نظام التشغيل ، يكون احتمال حفظ بيانات المستخدم أكبر بكثير.

خصائص القرص الصلب

تختلف محركات الأقراص الصلبة (محركات الأقراص الصلبة) عن بعضها البعض في الخصائص التالية:

1. سعة
2. السرعة - وقت الوصول إلى البيانات وسرعة القراءة وكتابة المعلومات.
3. الواجهة (طريقة الاتصال) - نوع وحدة التحكم التي يجب توصيل محرك الأقراص الثابتة بها (غالبًا IDE / EIDE وخيارات SCSI المختلفة).
4. ميزات أخرى

1. السعة- كمية المعلومات التي تلائم القرص (يحددها مستوى تكنولوجيا التصنيع).
تبلغ السعة اليوم 500-2000 جيجابايت أو أكثر. لا توجد مساحة كافية على القرص الصلب.

2. سرعة العمل (الأداء)يتميز القرص بمؤشرين: وقت الوصول إلى القرصو سرعة قراءة / كتابة القرص.

وقت الوصول - الوقت اللازم لنقل (موضع) رؤوس القراءة / الكتابة إلى المسار والقطاع المطلوبين.
يبلغ متوسط ​​وقت الوصول المميز بين مسارين تم اختيارهما عشوائيًا حوالي 8-12 مللي ثانية (مللي ثانية) ، بينما تستغرق محركات الأقراص الأسرع وقتًا من 5 إلى 7 مللي ثانية.
وقت الانتقال إلى المسار المجاور (الأسطوانة المجاورة) أقل من 0.5 - 1.5 مللي ثانية. يستغرق الأمر أيضًا وقتًا للانتقال إلى القطاع الصحيح.
إجمالي وقت دوران القرص لمحركات الأقراص الثابتة اليوم هو 8 - 16 مللي ثانية ، ومتوسط ​​وقت الانتظار للقطاع هو 3-8 مللي ثانية.
كلما كان وقت الوصول أقصر ، زادت سرعة تشغيل محرك الأقراص.

سرعة القراءة / الكتابة(عرض النطاق الترددي I / O) أو معدل البيانات (نقل)- لا يعتمد وقت نقل البيانات المتسلسلة على القرص فحسب ، بل يعتمد أيضًا على وحدة التحكم الخاصة به وأنواع الناقل وسرعة المعالج. سرعة محركات الأقراص البطيئة هي 1.5-3 ميجابت / ثانية ، للأقراص السريعة 4-5 ميجابت / ثانية ، لأحدث 20 ميجابت / ثانية.
تدعم محركات الأقراص الثابتة بواجهة SCSI سرعة دوران تبلغ 10000 دورة في الدقيقة. ومتوسط ​​وقت البحث 5 مللي ثانية ، ومعدل نقل البيانات 40-80 ميجا بايت / ثانية.

3.معيار واجهة القرص الصلب - أي. نوع وحدة التحكم التي يجب توصيل القرص الصلب بها. إنه موجود على اللوحة الأم.
هناك ثلاث واجهات اتصال رئيسية

1. IDE ومتغيراته المختلفة

إرفاق التكنولوجيا المتقدمة IDE (إلكترونيات الأقراص المدمجة) أو (ATA)
المزايا - البساطة والتكلفة المنخفضة

معدل النقل: 8.3 ، 16.7 ، 33.3 ، 66.6 ، 100 ميجابت في الثانية. مع تطور البيانات ، تدعم الواجهة توسيع قائمة الأجهزة: القرص الصلب ، القرص المرن الفائق ، البصريات المغناطيسية ،
NML و CD-ROM و CD-R و DVD-ROM و LS-120 و ZIP.

يتم إدخال بعض عناصر الموازاة (التعشيق والفصل / إعادة الاتصال) ، والتحكم في سلامة البيانات أثناء الإرسال. العيب الرئيسي لـ IDE هو عدد صغير من الأجهزة المتصلة (لا يزيد عن 4) ، ومن الواضح أنه لا يكفي لأجهزة الكمبيوتر المتطورة.
اليوم ، تحولت واجهات IDE إلى بروتوكولات التبادل Ultra ATA الجديدة. زيادة كبيرة في الإنتاجية الخاصة بك
الوضع 4 و DMA (الوصول المباشر للذاكرة) الوضع 2 يسمح لك بنقل البيانات بسرعة 16.6 ميجابت / ثانية ، ومع ذلك ، فإن معدل نقل البيانات الفعلي سيكون أقل بكثير.
تم تطوير معايير Ultra DMA / 33 و Ultra DMA / 66 في فبراير 98. بواسطة Quantum لديها 3 أوضاع تشغيل 0،1،2 و 4 ، على التوالي ، في الوضع الثاني ، تدعم الوسائط
سرعة النقل 33 ميجابايت / ثانية. (Ultra DMA / 33 Mode 2) لا يمكن تحقيق هذه السرعة العالية إلا من خلال التبادل مع المخزن المؤقت للتخزين. من أجل الاستفادة
يجب أن تستوفي معايير Ultra DMA شرطين:

1. دعم الأجهزة على اللوحة الأم (شرائح) وعلى جانب محرك الأقراص نفسه.

2. لدعم وضع Ultra DMA ، مثل DMA الآخر (الوصول المباشر للذاكرة الوصول المباشر للذاكرة).

يتطلب سائق خاص لشرائح مختلفة مختلفة. كقاعدة عامة ، يتم تضمينها في لوحة النظام ، إذا لزم الأمر ، يمكن "تنزيلها"
من الإنترنت من موقع الشركة المصنعة للوحة الأم.

يتوافق معيار Ultra DMA مع الإصدارات السابقة من وحدات التحكم الأبطأ.
إصدار اليوم: Ultra DMA / 100 (أواخر 2000) و Ultra DMA / 133 (2001).

ساتا
استبدال IDE (ATA) بحافلة تسلسلية أخرى عالية السرعة (IEEE-1394). سيسمح استخدام التكنولوجيا الجديدة بزيادة سرعة الإرسال إلى 100 ميجابايت / ثانية ،
يزيد من موثوقية النظام ، وهذا سيسمح لك بتثبيت الأجهزة دون تضمين جهاز كمبيوتر ، وهو أمر مستحيل تمامًا في واجهة ATA.

SCSI (واجهة نظام الكمبيوتر الصغيرة)- الأجهزة أغلى مرتين من الأجهزة العادية ، فهي تتطلب وحدة تحكم خاصة على اللوحة الأم.
تستخدم للخوادم ، وأنظمة النشر ، CAD. توفير أداء أعلى (سرعة تصل إلى 160 ميجا بايت / ثانية) ، ومجموعة كبيرة من أجهزة التخزين المتصلة.
يجب شراء وحدة تحكم SCSI مع محرك الأقراص المناسب.

ميزة SCSI على IDE - المرونة والأداء.
تكمن المرونة في عدد كبير من الأجهزة المتصلة (7-15) ، و IDE (4 كحد أقصى) ، بطول كابل أطول.
الأداء - سرعة نقل عالية والقدرة على معالجة معاملات متعددة في نفس الوقت.

1. Ultra SCSI 2/3 (سريع -20) حتى 40 ميجا بايت / ثانية

2. هناك تقنية أخرى لواجهة SCSI تسمى Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL) تسمح لك بالاتصال حتى 100 ميجابت في الثانية ، ويصل طول الكابل إلى 30 مترًا. تتيح لك تقنية FC-AL إجراء اتصال "ساخن" ، أي أثناء التنقل ، لديها خطوط إضافية للمراقبة وتصحيح الأخطاء (التكنولوجيا أغلى من تقنية SCSI التقليدية).

4. ميزات أخرى لمحركات الأقراص الصلبة الحديثة

تجعل مجموعة متنوعة من طرازات محركات الأقراص الثابتة من الصعب اختيار الطراز المناسب.
بالإضافة إلى السعة المطلوبة ، فإن الأداء مهم جدًا أيضًا ، والذي يتم تحديده بشكل أساسي من خلال خصائصه الفيزيائية.
هذه الخصائص هي متوسط ​​وقت البحث وسرعة الدوران ومعدل النقل الداخلي والخارجي وحجم ذاكرة التخزين المؤقت.

4.1 متوسط ​​وقت البحث.

يقضي القرص الصلب بعض الوقت لتحريك الرأس المغناطيسي للموضع الحالي إلى موضع جديد ، وهو مطلوب لقراءة الجزء التالي من المعلومات.
في كل حالة محددة ، تختلف هذه المرة ، اعتمادًا على المسافة التي يجب أن يتحركها الرأس. عادة ، يتم إعطاء القيم المتوسطة فقط في المواصفات ، وتختلف خوارزميات المتوسط ​​المستخدمة من قبل الشركات المختلفة بشكل عام ، لذلك من الصعب إجراء مقارنة مباشرة.

على سبيل المثال ، يمر كل من Fujitsu و Western Digital عبر جميع أزواج المسارات الممكنة ، ويستخدم Maxtor و Quantum طريقة الوصول العشوائي. يمكن تعديل النتيجة التي تم الحصول عليها بشكل أكبر.

غالبًا ما تكون قيمة البحث عن الوقت للكتابة أعلى قليلاً من وقت القراءة. بعض الشركات المصنعة تعطي فقط القيمة الأقل (للقراءة) في مواصفاتها. في أي حال ، بالإضافة إلى متوسط ​​القيم ، من المفيد مراعاة الحد الأقصى (من خلال القرص بأكمله) ،
والحد الأدنى (أي من مسار إلى آخر) هو البحث عن الوقت.

4.2 سرعة الدوران

من وجهة نظر سرعة الوصول إلى الجزء المطلوب من السجل ، فإن سرعة الدوران تؤثر على قيمة ما يسمى بالوقت المخفي ، وهو أمر ضروري للقرص ليتحول إلى الرأس المغناطيسي مع القطاع المطلوب.

يتوافق متوسط ​​قيمة هذا الوقت مع نصف دورة للقرص وهو 8.33 مللي ثانية عند 3600 دورة في الدقيقة ، و 6.67 مللي ثانية عند 4500 دورة في الدقيقة ، و 5.56 مللي ثانية عند 5400 دورة في الدقيقة ، و 4.17 مللي ثانية عند 7200 دورة في الدقيقة.

يمكن مقارنة قيمة الوقت المخفية بمتوسط ​​وقت البحث ، لذلك في بعض الأوضاع يمكن أن يكون لها نفس تأثير الأداء ، إن لم يكن أكثر.

4.3 معدل الباود الداخلي

معدل كتابة البيانات على القرص أو قراءتها منه. نظرًا لتسجيل المنطقة ، يكون لها قيمة متغيرة - أعلى على المسارات الخارجية وأقل على المسارات الداخلية.
عند العمل مع ملفات طويلة ، في كثير من الحالات ، هذه المعلمة هي التي تحد من معدل النقل.

4.4 معدل الباود الخارجي

- السرعة (الذروة) التي تنتقل بها البيانات عبر الواجهة.

يعتمد ذلك على نوع الواجهة وغالبًا ما يكون له قيم ثابتة: 8.3 ؛ 11.1 ؛ 16.7 ميجابايت / ثانية لـ IDE المحسن (PIO Mode2، 3، 4) ؛ 33.3 66.6 100 لـ Ultra DMA ؛ 5 ، 10 ، 20 ، 40 ، 80 ، 160 ميجا بايت / ثانية لـ SCSI المتزامن ، Fast SCSI-2 ، FastWide SCSI-2 Ultra SCSI (16 بت) ، على التوالي.

4.5 وجود قرص صلب من ذاكرة التخزين المؤقت الخاصة به وحجمها (قرص عازلة).

يمكن أن يؤثر حجم وتنظيم ذاكرة التخزين المؤقت (المخزن المؤقت الداخلي) بشكل كبير على أداء محرك الأقراص الثابتة. تمامًا مثل ذاكرة التخزين المؤقت العادية ،
تتباطأ زيادة الإنتاجية بعد الوصول إلى حجم معين بشكل حاد.

ذاكرة التخزين المؤقت الكبيرة المقسمة مناسبة لمحركات أقراص SCSI عالية الأداء المستخدمة في بيئات المهام المتعددة. كلما زادت ذاكرة التخزين المؤقت ، زادت سرعة محرك الأقراص الثابتة (128-256 كيلوبايت).

من الصعب للغاية عزل تأثير كل من المعلمات على الأداء العام.

متطلبات القرص الصلب

الشرط الرئيسي للأقراص هو أن موثوقية التشغيل مضمونة بعمر خدمة طويل للمكونات من 5-7 سنوات ؛ إحصائيات جيدة وهي:

• متوسط ​​الوقت بين الفشل لا يقل عن 500 ألف ساعة (أعلى فئة هي مليون ساعة أو أكثر.)
• نظام مدمج للمراقبة النشطة لحالة عقد القرص SMART / تحليل المراقبة الذاتية وتقنية التقرير.

تكنولوجيا ذكي. (تحليل الرصد الذاتي والإبلاغ عنها والتكنولوجيا)هو معيار صناعي مفتوح تم تطويره في وقت واحد بواسطة Compaq و IBM وعدد من الشركات المصنعة لمحركات الأقراص الثابتة الأخرى.

يكمن معنى هذه التقنية في التشخيص الذاتي الداخلي لمحرك الأقراص الثابتة ، والذي يسمح لك بتقييم حالته الحالية والإبلاغ عن المشكلات المستقبلية المحتملة التي قد تؤدي إلى فقد البيانات أو فشل محرك الأقراص.

تتم مراقبة حالة جميع العناصر الحيوية للقرص باستمرار:
رؤوس ، أسطح عمل ، محرك كهربائي مع مغزل ، وحدة إلكترونية. على سبيل المثال ، إذا تم اكتشاف ضعف الإشارة ، فسيتم استبدال المعلومات ويتم إجراء المزيد من المراقبة.
إذا ضعفت الإشارة مرة أخرى ، فسيتم نقل البيانات إلى موقع آخر ، ويتم وضع هذه المجموعة على أنها معيبة ولا يمكن الوصول إليها ، ويتم توفير مجموعة أخرى من احتياطي القرص بدلاً من ذلك.

عند العمل باستخدام محرك الأقراص الثابتة ، يجب مراعاة نظام درجة الحرارة الذي يعمل فيه محرك الأقراص. تضمن الشركات المصنّعة تشغيل محرك الأقراص الثابتة بدون مشاكل في درجة الحرارة المحيطة في النطاق من 0 درجة مئوية إلى 50 درجة مئوية ، على الرغم من أنه ، من حيث المبدأ ، بدون عواقب وخيمة ، يمكنك تغيير الحدود بمقدار 10 درجات على الأقل في كلا الاتجاهين.
مع الانحرافات الكبيرة في درجات الحرارة ، قد لا تتشكل فجوة هوائية بالسماكة المطلوبة ، مما يؤدي إلى تلف الطبقة المغناطيسية.

بشكل عام ، يولي مصنعو الأقراص الصلبة اهتمامًا كبيرًا لموثوقية منتجاتهم.

المشكلة الرئيسية هي دخول جسيمات غريبة إلى القرص.

للمقارنة: جسيم من دخان التبغ هو ضعف المسافة بين السطح والرأس ، وسماكة شعرة الإنسان 5-10 مرات أكبر.
بالنسبة للرأس ، فإن الالتقاء بهذه الأشياء سيؤدي إلى ضربة قوية ، ونتيجة لذلك ، تلف جزئي أو فشل كامل.
ظاهريًا ، يكون هذا ملحوظًا نظرًا لظهور عدد كبير من المجموعات غير القابلة للاستخدام المرتبة بانتظام.

الخطورة هي التسارعات الكبيرة قصيرة المدى (الأحمال الزائدة) التي تحدث أثناء الصدمات والسقوط وما إلى ذلك. على سبيل المثال ، من ضربة ، يضرب الرأس المغناطيس بحدة
طبقة ويسبب تدميرها في المكان المقابل. أو ، على العكس من ذلك ، يتحرك أولاً في الاتجاه المعاكس ، وبعد ذلك ، تحت تأثير قوة مرنة ، يضرب السطح مثل الزنبرك.
نتيجة لذلك ، تظهر جزيئات الطلاء المغناطيسية في العلبة ، والتي يمكن أن تلحق الضرر بالرأس مرة أخرى.

يجب ألا تعتقد أنه تحت تأثير قوة الطرد المركزي سوف يطيرون بعيدًا عن القرص - الطبقة المغناطيسية
تجذبهم بقوة. من حيث المبدأ ، لا تتمثل العواقب في التأثير نفسه (يمكنك بطريقة ما تحمل فقدان عدد معين من المجموعات) ، ولكن حقيقة أن الجسيمات تتشكل في هذه الحالة ، مما سيؤدي بالتأكيد إلى مزيد من الضرر للقرص.

لمنع مثل هذه الحالات غير السارة للغاية ، تلجأ العديد من الشركات إلى جميع أنواع الحيل. بالإضافة إلى زيادة القوة الميكانيكية لمكونات القرص ببساطة ، يتم أيضًا استخدام تقنية SMART الذكية ، والتي تراقب موثوقية التسجيل وسلامة البيانات على الوسائط (انظر أعلاه).

في الواقع ، لا تتم تهيئة القرص دائمًا بكامل طاقته ، فهناك بعض الهامش. هذا يرجع أساسًا إلى حقيقة أنه من المستحيل عمليا تصنيع ناقل
حيث سيكون السطح بالكامل بجودة عالية ، سيكون هناك بالتأكيد مجموعات سيئة (معيبة). عند تنسيق قرص بمستوى منخفض ، يتم تكوين إلكترونياته بحيث يكون
بحيث يتجاوز هذه المناطق الفاشلة ، ويكون غير مرئي تمامًا للمستخدم أن الوسائط بها عيب. ولكن إذا كانت مرئية (على سبيل المثال ، بعد التنسيق
تعرض الأداة عددهم بخلاف الصفر) ، فهذا بالفعل سيء للغاية.

إذا لم تنته صلاحية الضمان (وفي رأيي ، من الأفضل شراء محرك أقراص صلبة بضمان) ، ثم اصطحب محرك الأقراص على الفور إلى البائع واطلب وسائط بديلة أو استرداد.
سيبدأ البائع ، بالطبع ، على الفور في القول إن قسمين من الأقسام السيئة لم يعدا مدعاة للقلق بعد ، لكن لا تصدقه. كما ذكرنا سابقًا ، سيتسبب هذا الزوجان ، على الأرجح ، في العديد من المشكلات الأخرى ، وبالتالي يكون الفشل الكامل للقرص الصلب ممكنًا بشكل عام.

يعتبر القرص حساسًا بشكل خاص للتلف في حالة العمل ، لذا يجب ألا تضع الكمبيوتر في مكان يمكن أن يتعرض فيه لمختلف الصدمات والاهتزازات وما إلى ذلك.

تحضير القرص الصلب للعمل

لنبدأ من البداية. لنفترض أنك اشتريت محرك أقراص ثابتة وكابلًا له بشكل منفصل عن الكمبيوتر.
(الحقيقة هي أنه عند شراء جهاز كمبيوتر مجمّع ، ستتلقى قرصًا مُجهزًا للاستخدام).

بضع كلمات حول التعامل معها. يعد محرك الأقراص الثابتة منتجًا معقدًا للغاية يحتوي ، بالإضافة إلى الإلكترونيات ، على ميكانيكا دقيقة.
لذلك ، فهي تتطلب معالجة دقيقة - فالصدمات والقطرات والاهتزازات القوية يمكن أن تلحق الضرر بجزءها الميكانيكي. كقاعدة عامة ، تحتوي لوحة القيادة على العديد من العناصر صغيرة الحجم ، ولا يتم إغلاقها بأغطية قوية. لهذا السبب ، يجب أن تعتني بسلامتها.
أول شيء تفعله عندما تتلقى محركًا ثابتًا هو قراءة الوثائق المرفقة به - سيحتوي بالتأكيد على الكثير من المعلومات المفيدة والمثيرة للاهتمام. عند القيام بذلك ، يجب الانتباه إلى النقاط التالية:

• التواجد والخيارات الخاصة بإعداد وصلات العبور التي تحدد الإعداد (التثبيت) للقرص ، على سبيل المثال ، تحديد مثل هذه المعلمة مثل الاسم الفعلي للقرص (قد تكون كذلك ، ولكنها قد لا تكون كذلك) ،
• عدد الرؤوس والأسطوانات والقطاعات على الأقراص ومستوى التعويض المسبق وكذلك نوع القرص. يجب إدخال هذه البيانات استجابةً لطلب من برنامج إعداد الكمبيوتر (الإعداد).
  كل هذه المعلومات ستكون مطلوبة عند تهيئة القرص وإعداد الجهاز للعمل معه.
• إذا لم يحدد الكمبيوتر نفسه معلمات محرك الأقراص الثابتة لديك ، فإن تثبيت محرك أقراص لا توجد وثائق بشأنه سيصبح مشكلة أكبر.
  في معظم محركات الأقراص الثابتة ، يمكنك العثور على ملصقات تحمل اسم الشركة المصنعة ، ونوع (العلامة التجارية) للجهاز ، بالإضافة إلى جدول المسارات التي لا يُسمح باستخدامها.
  بالإضافة إلى ذلك ، قد يحتوي محرك الأقراص على معلومات حول عدد الرؤوس والأسطوانات والقطاعات ومستوى التعويض المسبق.

في الإنصاف ، يجب القول أنه غالبًا ما يُكتب اسمها فقط على القرص. ولكن حتى في هذه الحالة ، يمكنك العثور على المعلومات المطلوبة إما في الدليل ،
أو عن طريق الاتصال بممثل الشركة. من المهم الحصول على إجابات لثلاثة أسئلة:

• كيف يجب ضبط وصلات العبور من أجل استخدام محرك الأقراص كسيد / تابع؟
• كم عدد الاسطوانات ، الرؤوس ، القطاعات لكل مسار ، ما هي قيمة التعويض المسبق؟
• أي نوع من القرص من ROM BIOS هو الأنسب لمحرك الأقراص هذا؟

باستخدام هذه المعلومات ، يمكنك المتابعة لتثبيت محرك الأقراص الثابتة.

لتثبيت محرك أقراص ثابتة في جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، قم بما يلي:

1. افصل وحدة النظام بأكملها عن مصدر الطاقة ، قم بإزالة الغطاء.
2. قم بتوصيل كابل القرص الصلب بجهاز تحكم اللوحة الأم. إذا قمت بتثبيت محرك أقراص ثانٍ ، فيمكنك استخدام الكابل من الأول إذا كان يحتوي على موصل إضافي ، ولكن عليك أن تتذكر أن سرعة محركات الأقراص الثابتة المختلفة ستتم مقارنتها ببطء.
3. إذا لزم الأمر ، قم بتبديل وصلات العبور وفقًا لكيفية استخدام القرص الصلب.
4. قم بتثبيت محرك الأقراص في مساحة خالية وقم بتوصيل الكبل من وحدة التحكم الموجودة على اللوحة بموصل محرك الأقراص الثابتة بشريط أحمر بمصدر الطاقة ، وهو كبل إمداد الطاقة.
5. اربط محرك الأقراص الثابتة بإحكام بأربعة مسامير على كلا الجانبين ، ضع الكابلات بشكل منظم / مقتصد داخل الكمبيوتر بحيث لا تقطعها عند إغلاق الغطاء ،
6. أغلق كتلة النظام.
7. إذا لم يكتشف الكمبيوتر نفسه محرك الأقراص الثابتة ، فقم بتغيير تكوين الكمبيوتر باستخدام الإعداد حتى يعرف الكمبيوتر أنه تمت إضافة جهاز جديد إليه.

مصنعي الأقراص الصلبة

عادةً ما يكون لمحركات الأقراص الصلبة ذات السعة نفسها (ولكن من جهات تصنيع مختلفة) خصائص متشابهة إلى حد ما ، ويتم التعبير عن الاختلافات بشكل أساسي في تصميم الهيكل وعامل الشكل (بمعنى آخر ، الأبعاد) وفترة الضمان. علاوة على ذلك ، يجب ذكر الأخير بشكل خاص: غالبًا ما تكون تكلفة المعلومات على محرك أقراص ثابت حديث أعلى بعدة مرات من سعره.

إذا فشل محرك الأقراص لديك ، فإن محاولة إصلاحه غالبًا ما تعني فقط تعريض بياناتك لمخاطر إضافية.
هناك طريقة أكثر منطقية تتمثل في استبدال الجهاز الفاشل بجهاز جديد.
تتكون حصة الأسد من محركات الأقراص الصلبة في السوق الروسية (وليس فقط) من منتجات من IBM و Maxtor و Fujitsu و Western Digital (WD) و Seagate و Quantum.

اسم الشركة المصنعة التي تنتج هذا النوع من محركات الأقراص ،

مؤسَّسة الكم (www. quantum. com.)، التي تأسست في عام 1980 ، هي واحدة من قدامى المحاربين في سوق تخزين الأقراص. تشتهر الشركة بحلولها التقنية المبتكرة التي تهدف إلى تحسين موثوقية وأداء محركات الأقراص الثابتة ، ووقت الوصول إلى القرص وسرعة قراءة / كتابة القرص ، والقدرة على الإبلاغ عن المشكلات المستقبلية المحتملة التي قد تؤدي إلى فقد البيانات أو فشل محرك الأقراص.

- إحدى التقنيات المملوكة لشركة Quantum هي SPS (نظام الحماية من الصدمات) ، وهي مصممة لحماية القرص من الصدمات.

- برنامج DPS (نظام حماية البيانات) مدمج مصمم لتوفير أغلى - البيانات المخزنة عليها.

مؤسَّسة ويسترن ديجيتال (www.wdс.com.)هي أيضًا واحدة من أقدم شركات تصنيع محركات الأقراص ، فقد عرفت صعودًا وهبوطًا في تاريخها.
تمكنت الشركة مؤخرًا من إدخال أحدث التقنيات في محركاتها. من بينها ، تجدر الإشارة إلى تطورنا الخاص - تقنية حراسة البيانات ، والتي تعد تطورًا إضافيًا لـ S.M.A.R.T. يحاول إكمال السلسلة منطقيًا.

وفقًا لهذه التقنية ، يتم فحص سطح القرص بانتظام خلال الفترة التي لا يستخدمها النظام. يقرأ البيانات ويتحقق من سلامتها. إذا لوحظت مشاكل في عملية الوصول إلى قطاع ما ، فسيتم نقل البيانات إلى قطاع آخر.
يتم تسجيل المعلومات حول القطاعات منخفضة الجودة في قائمة العيوب الداخلية ، مما يجعل من الممكن تجنب الكتابة إلى القطاعات السيئة في المستقبل.

حازم سيجيت (www.seagate.com)مشهور جدًا في سوقنا. بالمناسبة ، أوصي بمحركات الأقراص الصلبة لهذه الشركة المعينة ، لأنها موثوقة ومتينة.

في عام 1998 ، عادت مرة أخرى بإصدار سلسلة أقراص Medalist Pro.
مع سرعة دوران 7200 دورة في الدقيقة ، باستخدام محامل خاصة لهذا الغرض. في السابق ، كانت هذه السرعة تُستخدم فقط في محركات واجهة SCSI ، مما أدى إلى زيادة الأداء. تستخدم نفس السلسلة تقنية SeaShield System المصممة لتحسين حماية القرص والبيانات المخزنة عليه من تأثيرات الكهرباء الساكنة والصدمات. في الوقت نفسه ، يتم أيضًا تقليل تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي.

تدعم جميع الأقراص المنتجة S.M.A.R.T.
تشتمل محركات Seagate الجديدة على نسخة محسّنة من نظام SeaShield مع المزيد من الميزات.
بشكل ملحوظ ، ادعت Seagate أن لديها أعلى مقاومة للتأثير في الصناعة من السلسلة المحدثة - 300G في حالة عدم التشغيل.

حازم IBM (www.storage.ibm.com)على الرغم من أنها لم تكن حتى وقت قريب موردًا رئيسيًا في سوق محركات الأقراص الثابتة الروسية ، إلا أنها سرعان ما اكتسبت سمعة طيبة بفضل محركات الأقراص الثابتة السريعة والموثوقة.

حازم فوجيتسو (www.fujitsu.com)هي شركة تصنيع كبيرة وذات خبرة لمحركات الأقراص ، ليس فقط مغناطيسية ، ولكن أيضًا بصرية ومغناطيسية ضوئية.
صحيح أن الشركة ليست بأي حال من الأحوال رائدة في سوق محركات الأقراص الصلبة بواجهة IDE: فهي تسيطر (وفقًا لدراسات مختلفة) على حوالي 4٪ من هذا السوق ، وتكمن اهتماماتها الرئيسية في مجال أجهزة SCSI.

قاموس المصطلحات

نظرًا لأن بعض عناصر محرك الأقراص التي تلعب دورًا مهمًا في تشغيله غالبًا ما يُنظر إليها على أنها مفاهيم مجردة ، فيما يلي شرح لأهم المصطلحات.

وقت الوصولهو مقدار الوقت الذي يستغرقه محرك القرص الثابت للبحث عن البيانات ونقلها من الذاكرة وإليها.
غالبًا ما يتم تحديد أداء محركات الأقراص الثابتة من خلال وقت الوصول (الجلب).

الكتلة (العنقودية)- أصغر وحدة مساحة يعمل بها نظام التشغيل في جدول موقع الملف. عادة تتكون الكتلة من 2-4-8 أو أكثر من القطاعات.
يعتمد عدد القطاعات على نوع القرص. يؤدي البحث عن مجموعات بدلاً من القطاعات الفردية إلى تقليل حمل نظام التشغيل بمرور الوقت. توفر المجموعات الكبيرة أداءً أسرع
محرك الأقراص ، نظرًا لأن عدد المجموعات في هذه الحالة أقل ، ولكن يتم استخدام المساحة (المساحة) على القرص بشكل أسوأ ، نظرًا لأن العديد من الملفات قد تكون أصغر من الكتلة ولا يتم استخدام وحدات البايت المتبقية من الكتلة.

تحكم (CU) (تحكم)- الدوائر ، التي توجد عادةً على لوحة توسعة ، تتحكم في تشغيل محرك الأقراص الثابتة ، بما في ذلك تحريك الرأس وقراءة البيانات وكتابتها.

اسطوانة (اسطوانة)- المسارات الموجودة مقابل بعضها البعض على جميع جوانب جميع الأقراص.

رأس القيادة- آلية تتحرك على طول سطح القرص الصلب وتوفر التسجيل الكهرومغناطيسي أو قراءة البيانات.

جدول تخصيص الملفات (FAT)- سجل تم إنشاؤه بواسطة نظام التشغيل يتتبع موقع كل ملف على القرص وأي القطاعات يتم استخدامها وأيها حرة في كتابة بيانات جديدة إليها.

فجوة الرأسهي المسافة بين رأس محرك الأقراص وسطح القرص.

تشابك- العلاقة بين سرعة دوران القرص وتنظيم القطاعات على القرص. عادةً ما تتجاوز سرعة دوران القرص قدرة الكمبيوتر على تلقي البيانات من القرص. بحلول الوقت الذي تقرأ فيه وحدة التحكم البيانات ، يكون القطاع التسلسلي التالي قد تجاوز الرأس بالفعل. لذلك ، تتم كتابة البيانات على القرص من خلال قطاع أو قطاعين. بمساعدة برنامج خاص ، عند تهيئة القرص ، يمكنك تغيير ترتيب الشريط.

محرك أقراص منطقي- أجزاء معينة من سطح العمل للقرص الصلب ، والتي تعتبر محركات منفصلة.
يمكن استخدام بعض محركات الأقراص المنطقية لأنظمة تشغيل أخرى مثل UNIX.

موقف سيارات- تحريك رؤوس محرك الأقراص إلى نقطة معينة وتثبيتها في حالة ثابتة فوق الأجزاء غير المستخدمة من القرص ، وذلك لتقليل الضرر عند اهتزاز محرك الأقراص عند اصطدام الرؤوس بسطح القرص.

التقسيم- عملية تقسيم القرص الصلب إلى أقراص منطقية. جميع الأقراص مقسمة ، على الرغم من أن الأقراص الصغيرة قد تحتوي على قسم واحد فقط.

قرص (طبق)- القرص المعدني نفسه ، المغطى بمادة مغناطيسية ، تُكتب عليه البيانات. يحتوي محرك الأقراص الثابتة عادةً على أكثر من محرك أقراص واحد.

RLL (تشغيل-طول محدود)مخطط ترميز تستخدمه بعض وحدات التحكم لزيادة عدد القطاعات لكل مسار لاستيعاب المزيد من البيانات.

قطاع- تقسيم مسارات القرص ، وهي الوحدة الرئيسية للحجم التي يستخدمها محرك الأقراص. عادةً ما تكون قطاعات نظام التشغيل 512 بايت.

تحديد الوقت (البحث عن الوقت)- الوقت اللازم لانتقال الرأس من المسار المثبت عليه إلى مسار آخر مرغوب.

المسار (المسار)- التقسيم المركزى للقرص. المسارات مثل المسارات المسجلة. على عكس المسارات الموجودة على الأسطوانة ، والتي هي عبارة عن حلزوني مستمر ، فإن المسارات الموجودة على القرص دائرية. المسارات ، بدورها ، مقسمة إلى مجموعات وقطاعات.

تتبع وقت البحث- الوقت اللازم لانتقال رأس القيادة إلى المسار المجاور.

معدل نقل- كمية المعلومات المنقولة بين القرص والكمبيوتر لكل وحدة زمنية. ويشمل أيضًا وقت البحث عن المسار.

تخزين المعلومات على محركات الأقراص الثابتة

الجزء 1

1 المقدمة

معظم المستخدمين ، الذين يجيبون على سؤال حول ما هو موجود في وحدة النظام الخاصة بهم ، من بين أشياء أخرى ، يذكرون محرك الأقراص الثابتة. وينشستر هو الجهاز الذي يتم تخزين بياناتك عليه غالبًا. هناك أسطورة تشرح سبب وجود مثل هذا الاسم الرائع لمحركات الأقراص الثابتة. أول قرص صلب ، صدر في أمريكا في أوائل السبعينيات ، كان بسعة 30 ميجابايت من المعلومات على كل سطح عمل. في الوقت نفسه ، كانت بندقية مجلة O.F Winchester ، المعروفة على نطاق واسع في نفس أمريكا ، ذات عيار 0.30 ؛ ربما هز محرك القرص الصلب الأول أثناء عمله مثل آلة أوتوماتيكية أو كانت تفوح منه رائحة البارود - لا أعرف ، ولكن منذ ذلك الحين تم استدعاء محركات الأقراص الثابتة محركات الأقراص الثابتة.

تحدث حالات الفشل أثناء تشغيل الكمبيوتر. الفيروسات وانقطاع التيار الكهربائي وأخطاء البرامج - كل هذا يمكن أن يتسبب في إتلاف المعلومات المخزنة على القرص الصلب الخاص بك. لا يعني إتلاف المعلومات دائمًا فقدانها ، لذلك من المفيد معرفة كيفية تخزينها على القرص الصلب ، لأنه يمكن استعادتها بعد ذلك. ثم ، على سبيل المثال ، إذا تعرضت منطقة التمهيد للتلف بسبب فيروس ، فليس من الضروري على الإطلاق تهيئة القرص بالكامل (!) ، ولكن بعد استعادة المنطقة التالفة ، استمر في العمل العادي مع الحفاظ على جميع بياناتك التي لا تقدر بثمن.

من ناحية ، أثناء كتابة هذا المقال ، حددت لنفسي مهمة إخبارك:

1. حول مبادئ تسجيل المعلومات على القرص الصلب ؛
2. على وضع وتحميل نظام التشغيل ؛
3. حول كيفية تقسيم محرك الأقراص الثابتة الجديد بكفاءة إلى أقسام لاستخدام عدة أنظمة تشغيل.

من ناحية أخرى ، أرغب في إعداد القارئ للمقال الثاني ، والذي سأتحدث فيه عن برامج تسمى مديري التمهيد. لفهم كيفية عمل هذه البرامج ، يجب أن تكون لديك معرفة أساسية بأشياء مثل MBR ، والأقسام ، وما إلى ذلك.

يكفي كلمات عامة - لنبدأ.

2. جهاز القرص الصلب

يتم ترتيب القرص الصلب (HDD - Hard Disk Drive) على النحو التالي: على مغزل متصل بمحرك كهربائي ، يوجد كتلة من عدة أقراص (فطائر) ، فوق سطحها توجد رؤوس لقراءة / كتابة المعلومات. يُعطى شكل الرؤوس على شكل جناح ويتم إرفاقها بمقود على شكل هلال. أثناء العملية ، "تطير" فوق سطح الأقراص في تدفق الهواء ، والذي يتم إنشاؤه أثناء دوران نفس الأقراص. من الواضح أن قوة الرفع تعتمد على ضغط الهواء على الرؤوس. وهذا بدوره يعتمد على الضغط الجوي الخارجي. لذلك ، تشير بعض الشركات المصنعة إلى الحد الأقصى لسقف التشغيل في مواصفات أجهزتها (على سبيل المثال ، 3000 م). لماذا لا تكون طائرة؟ القرص مقسم إلى مسارات (أو مسارات) ، والتي بدورها مقسمة إلى قطاعات. يُطلق على مسارين على مسافة متساوية من المركز ، ولكنهما يقعان على جانبي القرص المتقابلين ، اسم الأسطوانات.

3. تخزين المعلومات

يخزن محرك الأقراص الثابتة ، مثل أي جهاز كتلة آخر ، المعلومات في أجزاء ثابتة تسمى الكتل. الكتلة هي أصغر جزء من البيانات له عنوان فريد على القرص الثابت. من أجل قراءة المعلومات الصحيحة أو كتابتها في المكان الصحيح ، من الضروري تقديم عنوان الكتلة كمعامل للأمر الصادر إلى وحدة التحكم في القرص الثابت. كان حجم الكتلة هو المعيار لجميع محركات الأقراص الثابتة لفترة طويلة - 512 بايت.

لسوء الحظ ، غالبًا ما يكون هناك خلط بين مفاهيم مثل "القطاع" و "الكتلة" و "الكتلة". في الواقع ، لا يوجد فرق بين "الكتلة" و "القطاع". صحيح ، مفهوم واحد منطقي ، والثاني طوبولوجي. "الكتلة" هي عدد من القطاعات التي يعتبرها نظام التشغيل كواحد. لماذا لم يتخلوا عن العمل البسيط مع القطاعات؟ سوف أجيب. حدث الانتقال إلى الكتل لأن حجم جدول FAT كان محدودًا ، وزاد حجم القرص. في حالة FAT16 ، بالنسبة للقرص بسعة 512 ميجابايت ، سيكون حجم الكتلة 8 كيلوبايت ، وحتى 1 جيجابايت - 16 كيلوبايت ، وما يصل إلى 2 جيجابايت - 32 كيلوبايت ، وما إلى ذلك.

من أجل معالجة كتلة البيانات بشكل فريد ، يجب تحديد جميع الأرقام الثلاثة (رقم الأسطوانة ، رقم القطاع على المسار ، رقم الرأس). تم استخدام طريقة عنونة القرص هذه على نطاق واسع وتم تحديدها لاحقًا بالاختصار CHS (الاسطوانة ، الرأس ، القطاع). كانت هذه الطريقة هي التي تم تنفيذها في الأصل في BIOS ، وبالتالي كانت هناك قيود مرتبطة بها. الحقيقة هي أن BIOS قد حدد شبكة صغيرة من العناوين في 63 قطاعًا و 1024 اسطوانة و 255 رأسًا. ومع ذلك ، كان تطوير محركات الأقراص الصلبة في ذلك الوقت مقصورًا على استخدام 16 رأسًا فقط بسبب تعقيد التصنيع. ومن ثم ظهر القيد الأول على السعة القصوى القابلة للعنونة للقرص الصلب: 1024 × 16 × 63 × 512 = 504 ميجابايت.

بمرور الوقت ، بدأ المصنعون في إنتاج محركات أقراص صلبة أكبر. وفقًا لذلك ، تجاوز عدد الأسطوانات الموجودة عليها 1024 ، وهو الحد الأقصى المسموح به لعدد الأسطوانات (من وجهة نظر BIOSes الأقدم). ومع ذلك ، استمر الجزء القابل للعنونة من القرص ليكون 504 ميجا بايت ، بشرط أن يتم الوصول إلى القرص باستخدام BIOS. تمت إزالة هذا القيد بمرور الوقت من خلال إدخال ما يسمى بآلية ترجمة العنوان ، والتي تتم مناقشتها أدناه.

أدت المشكلات التي نشأت مع قيود BIOS من حيث الهندسة الفيزيائية للأقراص في النهاية إلى ظهور طريقة جديدة لعنونة الكتل على القرص. هذه الطريقة بسيطة للغاية. يتم وصف الكتل الموجودة على القرص بمعامل واحد - العنوان الخطي للكتلة. تلقى القرص عنونة خطيًا الاختصار LBA (عنونة الكتلة المنطقية). يرتبط العنوان الخطي للكتلة بشكل فريد بعنوان المعيار الأساسي الإنساني الخاص بها:

lba = (سيل * رؤوس + رأس) * قطاعات + (قطاع -1) ؛

أتاح إدخال دعم العنونة الخطي في وحدات التحكم بالقرص الصلب إمكانية قيام BIOS بترجمة العنوان. وجوهر هذه الطريقة هو أنه إذا قمت بزيادة معلمة HEADS في الصيغة أعلاه ، فستكون هناك حاجة إلى عدد أقل من الأسطوانات لمعالجة الأمر نفسه عدد كتل الأقراص. ولكن بعد ذلك ستكون هناك حاجة إلى المزيد من الرؤوس. ومع ذلك ، تم استخدام 16 فقط من أصل 255 رأسًا ، لذلك ، بدأت BIOS في نقل الأسطوانات الزائدة إلى الرؤوس ، مما يقلل من عدد بعضها ويزيد عدد البعض الآخر. سمح لهم ذلك باستخدام شبكة الرؤوس بأكملها. أدى هذا إلى دفع حد مساحة القرص التي يعالجها BIOS إلى 8 جيجابايت.

من المستحيل عدم قول بضع كلمات عن الوضع الكبير. تم تصميم وضع التشغيل هذا لتشغيل محركات الأقراص الثابتة حتى 1 جيجا بايت. في الوضع الكبير ، يتم زيادة عدد الرؤوس المنطقية إلى 32 ، وعدد الأسطوانات المنطقية إلى النصف. في هذه الحالة ، تتم ترجمة عمليات الوصول إلى الرؤوس المنطقية 0..F إلى أسطوانات مادية زوجية ، ويتم ترجمة عمليات الوصول إلى الرؤوس 10..1F إلى أسطوانات فردية. محرك الأقراص الثابتة الذي تم تمييزه في وضع LBA غير متوافق مع الوضع الكبير ، والعكس صحيح.

أصبح من المستحيل بشكل أساسي إجراء زيادة أخرى في وحدات التخزين القابلة للعنونة للقرص باستخدام خدمات BIOS القديمة. في الواقع ، يتم استخدام جميع المعلمات وفقًا لأقصى "شريط" (63 قطاعًا ، 1024 اسطوانة و 255 رأسًا). ثم تم تطوير واجهة BIOS موسعة جديدة ، مع مراعاة إمكانية وجود عناوين كتلة كبيرة جدًا. ومع ذلك ، لم تعد هذه الواجهة متوافقة مع السابق ، ونتيجة لذلك فإن أنظمة التشغيل الأقدم ، مثل DOS ، التي تستخدم واجهات BIOS أقدم ، لم ولن تتمكن من تجاوز 8 جيجا بايت. لم تعد جميع الأنظمة الحديثة تقريبًا تستخدم BIOS "ohm ، ولكنها تستخدم برامج التشغيل الخاصة بها للعمل مع الأقراص. لذلك ، لا ينطبق هذا القيد عليها. ولكن يجب أن يكون مفهوما أنه قبل أن يتمكن النظام من استخدام برنامج التشغيل الخاص به ، يجب أن يكون في على الأقل تحميله.لذلك ، في أثناء مرحلة التمهيد ، يضطر أي نظام إلى استخدام BIOS. يتسبب هذا في قيود على وضع العديد من الأنظمة التي تتجاوز 8 جيجابايت ، ولا يمكنهم التمهيد من هناك ، لكن يمكنهم قراءة المعلومات وكتابتها (على سبيل المثال ، DOS الذي يعمل مع القرص من خلال BIOS).

4. أقسام أو أقسام

دعونا ننتقل الآن إلى وضع أنظمة التشغيل على محركات الأقراص الثابتة. لتنظيم الأنظمة ، يتم تقسيم مساحة عنوان القرص للكتل إلى أجزاء تسمى الأقسام. تشبه الأقسام تمامًا قرصًا كاملاً من حيث أنها تتكون من كتل متجاورة. بفضل هذه المنظمة ، لوصف قسم ، يكفي الإشارة إلى بداية القسم وطوله بالكتل. يمكن أن يحتوي القرص الصلب على أربعة أقسام أساسية.

أثناء تمهيد الكمبيوتر ، يقوم BIOS بتحميل القطاع الأول من قسم الرأس (قطاع التمهيد) عند 0000 ساعة: 7C00h وينقل التحكم إليه. في بداية هذا القطاع يوجد برنامج bootloader (رمز التمهيد) الذي يقرأ جدول الأقسام ويحدد القسم القابل للتمهيد (نشط). ثم يتكرر كل شيء. أي أنه يقوم بتحميل قطاع التمهيد لهذا القسم إلى نفس العنوان ثم ينقل التحكم إليه مرة أخرى.

الأقسام عبارة عن حاويات لجميع محتوياتها. عادة ما يكون هذا المحتوى هو نظام الملفات. من وجهة نظر القرص ، يشير نظام الملفات إلى نظام تخطيط الكتلة لتخزين الملفات. بعد إنشاء نظام الملفات على القسم ووضع ملفات نظام التشغيل عليه ، يمكن أن يصبح القسم قابلاً للتمهيد. يحتوي قسم التمهيد في أول كتلة له على برنامج صغير يقوم بتحميل نظام التشغيل. ومع ذلك ، لتشغيل نظام معين ، يجب عليك تشغيل برنامج التمهيد الخاص به بشكل صريح من الكتلة الأولى. كيف يحدث هذا سوف تناقش أدناه.

يجب ألا تتداخل الأقسام مع أنظمة الملفات. هذا لأن نظامي ملفات مختلفين لكل منهما فكرته الخاصة عن مكان وضع الملفات ، ولكن عندما يكون هذا الموقع في نفس الموقع الفعلي على القرص ، يكون هناك تعارض بين أنظمة الملفات. لا يحدث هذا التعارض على الفور ، ولكن فقط عندما تبدأ الملفات في وضعها في المكان الذي تتقاطع فيه الأقسام على القرص. لذلك ، يجب أن تكون حريصًا على تقسيم القرص إلى أقسام.

في حد ذاته ، المقاطع العرضية ليست خطيرة. يعد وضع العديد من أنظمة الملفات على أقسام متداخلة أمرًا خطيرًا. تقسيم القرص لا يعني إنشاء أنظمة الملفات. ومع ذلك ، فإن مجرد محاولة إنشاء نظام ملفات فارغ (أي التنسيق) على أحد الأقسام المتقاطعة يمكن أن يؤدي إلى أخطاء في نظام الملفات في قسم آخر. كل ما سبق ينطبق بالتساوي على جميع أنظمة التشغيل ، وليس فقط الأنظمة الأكثر شيوعًا.

القرص مقسم برمجيا إلى أقسام. وهذا يعني أنه يمكنك إنشاء تكوين قسم تعسفي. يتم تخزين معلومات التقسيم في أول كتلة من القرص الصلب ، تسمى سجل التمهيد الرئيسي (MBR).

5. MBR

يعد MBR وسيلة تمهيد القرص الثابت الأساسية التي يدعمها BIOS. من أجل الوضوح ، نقدم محتويات منطقة التمهيد في شكل رسم تخطيطي:

كل شيء موجود في الإزاحة 01BEh-01FDh يسمى جدول الأقسام. يمكنك أن ترى أن لديها أربعة أقسام. يحق لواحد فقط من الأقسام الأربعة أن يتم تمييزه على أنه نشط ، مما يعني أنه يجب على برنامج التمهيد تحميل القطاع الأول من هذا القسم المحدد في الذاكرة ونقل التحكم هناك. يجب أن يحتوي آخر وحدتي بايت من MBR على الرقم 0xAA55. بناءً على وجود هذا التوقيع ، يتحقق BIOS من تحميل الكتلة الأولى بنجاح. لم يتم اختيار هذا التوقيع بالصدفة. يتيح لك التحقق الناجح منه إثبات أن جميع خطوط البيانات يمكنها نقل كل من الأصفار والآحاد.

يبحث برنامج التمهيد من خلال جدول الأقسام ، ويختار الجدول النشط ، ويحمل الكتلة الأولى من هذا القسم وينقل التحكم هناك.

لنرى كيف يعمل واصف القسم:

* 0001h-0003h بداية القسم
** 0005h-0007h نهاية القسم

من وجهة نظر أقسام القرص ، كان MS-DOS ولا يزال الأكثر شعبية حتى وقت قريب. يأخذ في استخدامه قسمين من الأقسام الأربعة: قسم DOS الأساسي ، قسم DOS الموسع. الأول (الأساسي) هو محرك DOS عادي. والثاني هو حاوية محرك الأقراص المنطقية. كلها معلقة هناك في شكل سلسلة من الأقسام الفرعية ، والتي تسمى على النحو التالي: D: ، E: ، ... يمكن أن تحتوي محركات الأقراص المنطقية أيضًا على أنظمة ملفات أجنبية مختلفة عن نظام ملفات DOS. ومع ذلك ، كقاعدة عامة ، يرجع عدم تجانس نظام الملفات إلى وجود نظام تشغيل آخر ، والذي ، بشكل عام ، يجب وضعه على القسم الخاص به (وليس DOS الموسع) ، ولكن غالبًا ما يكون جدول القسم صغيرًا جدًا لمثل هذا الطرائف.

دعونا نلاحظ ظرفًا أكثر أهمية. عند تثبيت DOS على قرص ثابت فارغ ، لا توجد بدائل في اختيار أنظمة التشغيل عند التمهيد. لذلك ، يبدو برنامج bootloader بدائيًا جدًا ، ولا يحتاج إلى سؤال المستخدم عن النظام الذي يريد تشغيله. مع الرغبة في الحصول على عدة أنظمة في وقت واحد ، يصبح من الضروري بدء برنامج يسمح لك بتحديد نظام للتمهيد.

6. الخلاصة

آمل أن أكون قد تمكنت من تزويدك بالوضوح الكافي والتفاصيل حول المعلومات الأساسية حول جهاز القرص الصلب ، MBR و PT. في رأيي ، هذه المجموعة من المعرفة كافية تمامًا "لإصلاح" صغير لتخزين المعلومات. في المقالة التالية ، سأخبرك عن البرامج المسماة Boot Manager وكيف تعمل.

شكرا جزيلا للمساعدة لفلاديمير داشيفسكي