تخزين القرص

التخزين القرصي (ويُسمى أحيانًا التخزين عبر محرك الأقراص ) هو آلية لتخزين البيانات تعتمد على قرص دوار. تعتمد عملية التسجيل على تغييرات إلكترونية أو مغناطيسية أو بصرية أو ميكانيكية مختلفة في الطبقة السطحية للقرص. محرك الأقراص هو جهاز يُنفذ آلية التخزين هذه. ومن أبرز أنواعها محركات الأقراص الصلبة (HDD)، التي تحتوي على قرص صلب واحد أو أكثر غير قابل للإزالة ؛ ومحرك الأقراص المرنة (FDD) وقرصه المرن القابل للإزالة؛ ومحركات الأقراص الضوئية (ODD) المختلفة ووسائط الأقراص الضوئية المرتبطة بها .

( يتم استخدام التهجئة disk و disc بشكل متبادل باستثناء الحالات التي تمنع فيها العلامات التجارية استخدامًا واحدًا، على سبيل المثال، شعار القرص المضغوط. غالبًا ما يكون اختيار شكل معين تاريخيًا، كما هو الحال في استخدام IBM لشكل القرص بدءًا من عام 1956 مع " وحدة تخزين القرص IBM 350 ".)

سُجِّلت المعلومات الصوتية في الأصل باستخدام طرق تناظرية (انظر: تسجيل الصوت وإعادة إنتاجه ). وبالمثل، استخدم أول قرص فيديو طريقة تسجيل تناظرية. في صناعة الموسيقى، حلت تقنية التسجيل الرقمي البصري محل التسجيل التناظري إلى حد كبير ، حيث تُسجَّل البيانات بتنسيق رقمي مع المعلومات البصرية.

كان جهاز IBM 350 أول جهاز تخزين رقمي تجاري، وقد طُرح في الأسواق عام 1956 كجزء من نظام الحوسبة IBM 305 RAMAC . طُوّر التخزين العشوائي منخفض الكثافة للأقراص ليكمل التخزين التسلسلي عالي الكثافة الذي توفره محركات الأشرطة المغناطيسية . وقد ساهم التطور السريع في تقنية تخزين الأقراص، إلى جانب التطور الأقل سرعة في تقنية تخزين الأشرطة، في تقليص الفارق في تكلفة اقتناء تيرابايت واحد بين تخزين الأقراص وتخزين الأشرطة؛ ومع ذلك، لا تزال التكلفة الإجمالية لامتلاك البيانات على الأقراص، بما في ذلك الطاقة والإدارة، أعلى من تكلفة امتلاكها على الأشرطة. ^{[ 1 ]}

تُستخدم تقنية تخزين الأقراص الآن في كل من تخزين الكمبيوتر وتخزين الإلكترونيات الاستهلاكية، على سبيل المثال، الأقراص الصوتية وأقراص الفيديو ( VCD و DVD و Blu-ray ).

تُخزَّن البيانات على الأقراص الحديثة في كتل ذات طول ثابت، تُسمى عادةً قطاعات ، ويتراوح طولها من بضع مئات إلى آلاف البايتات. وتُحسب السعة الإجمالية لمحرك الأقراص ببساطة بضرب عدد أسطح القرص في عدد الكتل لكل سطح في عدد البايتات لكل كتلة. في بعض محركات أقراص IBM CKD القديمة، كانت البيانات تُخزَّن على أقراص مغناطيسية ذات كتل متغيرة الطول، تُسمى سجلات؛ وقد يختلف طول السجل على القرص الواحد وبين الأقراص المختلفة. وكانت السعة تنخفض مع انخفاض طول السجل بسبب الفجوات الضرورية بين الكتل.

محركات الأقراص الرقمية هي أجهزة تخزين كتلية . يُقسّم كل قرص إلى كتل منطقية (مجموعة من القطاعات). تُعنون الكتل باستخدام عناوينها المنطقية (LBA). تتم عمليات القراءة والكتابة على القرص على مستوى الكتل.

كانت سعة القرص في الأصل منخفضة للغاية، وقد تم تحسينها بعدة طرق. سمحت التحسينات في التصميم الميكانيكي والتصنيع برؤوس أصغر وأكثر دقة، مما يعني إمكانية تخزين عدد أكبر من المسارات على كل قرص. كما سمحت التطورات في أساليب ضغط البيانات بتخزين المزيد من المعلومات في كل قطاع من قطاعات القرص.

يخزن محرك الأقراص البيانات على أسطوانات ورؤوس وقطاعات . وحدة القطاع هي أصغر وحدة بيانات يمكن تخزينها على محرك الأقراص الصلبة، ويُخصص لكل ملف عدة وحدات قطاع. أصغر وحدة في القرص المضغوط تُسمى إطارًا، ويتكون من 33 بايتًا ويحتوي على ست عينات ستيريو كاملة 16 بت (بايتان × قناتان × ست عينات = 24 بايتًا). أما البايتات التسعة المتبقية فتتكون من ثمانية بايتات لتصحيح أخطاء CIRC وبايت واحد للرمز الفرعي يُستخدم للتحكم والعرض.

تُرسل المعلومات من معالج الكمبيوتر إلى نظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS) ثم إلى شريحة تتحكم في نقل البيانات. بعد ذلك، تُرسل البيانات إلى القرص الصلب عبر موصل متعدد الأسلاك. بمجرد وصول البيانات إلى لوحة الدائرة الخاصة بالقرص، تُترجم وتُضغط إلى تنسيق يمكن للقرص استخدامه لتخزينها على القرص نفسه. ثم تُمرر البيانات إلى شريحة على لوحة الدائرة تتحكم في الوصول إلى القرص. يُقسم القرص إلى قطاعات بيانات تُخزن على أحد جوانب أحد الأقراص الداخلية. عادةً ما يخزن القرص الصلب ذو القرصين الداخليين البيانات على جميع أسطحه الأربعة.

تُحدد المكونات المادية الموجودة على محرك الأقراص لذراع التشغيل المسار المطلوب، ثم تُرسل المعلومات المضغوطة إلى رأس القراءة/الكتابة، الذي يُغير الخصائص الفيزيائية، بصريًا أو مغناطيسيًا على سبيل المثال، لكل بايت على محرك الأقراص، وبالتالي تخزين المعلومات. لا يُخزن الملف بطريقة خطية، بل يُخزن بأفضل طريقة لاسترجاعه بأسرع وقت.

ميكانيكياً، تحدث حركتان مختلفتان داخل محرك الأقراص. الأولى هي دوران الأقراص داخل الجهاز. والأخرى هي الحركة الجانبية لرأس القراءة/الكتابة على القرص أثناء انتقاله بين المسارات.

هناك نوعان من طرق تدوير القرص:

• تُغيّر السرعة الخطية الثابتة (المستخدمة بشكل رئيسي في التخزين البصري) سرعة دوران القرص البصري تبعًا لموضع رأس القراءة/الكتابة، و
• السرعة الزاوية الثابتة (المستخدمة في محركات الأقراص الصلبة، ومحركات الأقراص المرنة القياسية، وبعض أنظمة الأقراص الضوئية، وأسطوانات الفينيل الصوتية ) تدور الوسائط بسرعة ثابتة بغض النظر عن مكان وضع الرأس.

تتبع عملية تحديد موضع المسارات طريقتين مختلفتين في أجهزة تخزين الأقراص. تستخدم أجهزة التخزين المخصصة لحفظ بيانات الحاسوب، مثل محركات الأقراص الصلبة (HDD) ومحركات الأقراص المرنة (FDD) ومحركات أقراص Iomega Zip ، مسارات متحدة المركز لتخزين البيانات. أثناء عملية القراءة أو الكتابة المتسلسلة، وبعد أن يصل محرك الأقراص إلى جميع القطاعات في مسار معين، يُعيد توجيه رأس القراءة/الكتابة إلى المسار التالي. يتسبب هذا في تأخير مؤقت في تدفق البيانات بين الجهاز والحاسوب. في المقابل، تستخدم أقراص الصوت والفيديو الضوئية مسارًا حلزونيًا واحدًا يبدأ من أعمق نقطة في القرص ويتدفق باستمرار إلى الحافة الخارجية. عند قراءة البيانات أو كتابتها، لا حاجة لإيقاف تدفق البيانات للتبديل بين المسارات. يشبه هذا الأمر أسطوانات الفينيل، باستثناء أن أسطوانات الفينيل تبدأ من الحافة الخارجية وتتجه حلزونيًا نحو المركز.

تُعدّ واجهة محرك الأقراص آلية/بروتوكول الاتصال بين باقي مكونات النظام ومحرك الأقراص نفسه. تستخدم أجهزة التخزين المُخصصة لأجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة عادةً واجهات ATA ( PATA ) و SATA . أما أنظمة المؤسسات وأجهزة التخزين المتطورة فتستخدم عادةً واجهات SCSI و SAS و FC بالإضافة إلى استخدام SATA في بعض الأحيان.

أدك

يشير عموماً إلى الوسائط والأجهزة المغناطيسية.

قرص

مطلوب بموجب العلامات التجارية لبعض الوسائط والأجهزة البصرية.

طبق التقديم

قرص تسجيل فردي. عادةً ما يحتوي محرك الأقراص الصلبة على مجموعة من الأقراص، وإن كان أحيانًا قرصًا واحدًا فقط في الطرازات ذات السعة المنخفضة. وقد أدت التطورات في تكنولوجيا البصريات إلى ظهور طبقات تسجيل متعددة على أقراص DVD .

مغزل

المحور الدوار الذي تُركّب عليه الأقراص.

تناوب

تدور الأطباق؛ وهناك تقنيتان شائعتان:

• تحافظ السرعة الزاوية الثابتة (CAV) على دوران القرص بمعدل ثابت، يُقاس بالدورات في الدقيقة (RPM). وهذا يعني أن رؤوس القراءة والكتابة تقطع مسافة أكبر في وحدة الزمن على المسارات الخارجية مقارنةً بالمسارات الداخلية. هذه الطريقة شائعة في محركات الأقراص الصلبة لأجهزة الكمبيوتر.
• تحافظ السرعة الخطية الثابتة (CLV) على ثبات المسافة التي تقطعها رؤوس القراءة والكتابة في وحدة الزمن. وبالتالي، يتباطأ القرص مع تحرك الذراع نحو المسارات الخارجية. هذه الطريقة شائعة في محركات الأقراص المدمجة (CD) .

مسار

دائرة البيانات المسجلة على سطح تسجيل واحد لقرص دوار.

قطاع

جزء من مسار. 512 بايت تقليديًا في محركات الأقراص الصلبة القديمة (التي صُنعت قبل عام 2010 وبعض محركات الأقراص الخاصة بالمؤسسات التي تقل سعتها عن 4 تيرابايت). تستخدم محركات الأقراص ذات التنسيق المتقدم الأحدث قطاعات بحجم 4 كيلوبايت. تستخدم الوسائط الضوئية قطاعات بحجم 2 كيلوبايت.

تنسيق منخفض المستوى

تحديد المسارات والقطاعات.

رأس

الجهاز الذي يقرأ ويكتب المعلومات - المغناطيسية أو البصرية - على سطح القرص.

ذراع

التجميع الميكانيكي الذي يدعم الرأس أثناء تحركه للداخل والخارج.

ابحث عن الوقت

الوقت اللازم لتحريك رأس القراءة/الكتابة إلى موضع جديد (مسار محدد). يُقاس عادةً بالمللي ثانية (ms) لمحركات الأقراص الصلبة.

زمن الاستجابة الدوراني

متوسط ​​الوقت اللازم، بمجرد أن يصبح ذراع القراءة/الكتابة على المسار الصحيح، قبل أن يصل رأس القراءة/الكتابة إلى القطاع المطلوب. هذا هو الوقت الذي تستغرقه دورة واحدة للقرص للوصول إلى قطاع معين، على سبيل المثال، محركات الأقراص بسرعة 7200 دورة في الدقيقة لديها زمن استجابة دوراني يبلغ 4.17 مللي ثانية.

معدل نقل البيانات

معدل نقل بيانات المستخدم من وإلى الوسيط. من الناحية الفنية، يُطلق عليه بدقة أكبر معدل نقل البيانات "الإجمالي" . ويُقاس عادةً بوحدة ميغابايت/ثانية.

• مصفوفة الأقراص
• خصائص أداء محرك الأقراص
• رأس القراءة والكتابة للقرص
• التخزين المغناطيسي
• غارة
• محرك أقراص فلاش USB