شرح مبسط عن بنية القرص الصلب وهيئته الفيزيائيه وتقسيماته المختلفه
هو الجزء الأساسي من بنية الحاسوب و المسؤول عن التخزين الطويل الأمد للبيانات حتى في حالة انقطاع التيار الكهربائي عن الجهاز فهو يقوم بقراءة وتسجيل البيانات بطريقه الكترونيه حیث بإمكانه تخزین كمیة كبیرة من البیانات والمعلومات بالإضافه إلى امكانية قراءة المعلومات و البیانات بصورة اسرع بكثیر من أجهزة التخزین الأخرى...
مثل CD-ROM و Tap drives وغيرها من الوسائل التخزينيه الأخرى كما أن الغالبیة العظمى من المساحة التخزینیة تستخدم لحفظ البرامج وتخزینها مثل أنظمة التشغیل المختلفة و البرمجيات المتنوعة و الملفات الشخصية..
البنيه الرئيسيه للقرص الصلب :
يتكون القرص الصلب أو الهارد ديسك -Hard Disk- من أربع أجزاء رئيسية :
1/الأقراص الدائرية
2/محور دوران
3/رؤوس القراءة/الكتابة
4/مجموعة من الدوائر الإلكترونية
الأقراص (الأطباق) الدائرية Platters :
هي مجموعة من الأقراص المتصلبة الدائرية الشكل مصنوعة من المعدن أو البلاستيك و وجهي كل قرص مغطى بطبقة من أكسيد الحديد أو أي مادة أخرى قابلة للمغنطة و كل الأقراص مثبتة من مركزها على محور دوران يعمل على تدوير كل الأقراص بنفس السرعه
رؤوس القراءة / الكتابة Read/write heads :
تثبت رؤوس القراءة/الكتابة على ذراع أفقي يمتد على كل من السطحين العلوي و السفلي لكل واحدة من الأقراص الدائرية و الذراع الأفقي يتحرك ذهاباُ وإياباً بين مركز الأقراص و حافتها الخارجية وبسرعة كبيرة و هذه الحركة مع حركة دوران الأقراص الدائرية تسمح لرؤوس القراءة/الكتابة بالوصول إلى أي نقطة على سطح الأقراص.
الدوائر الإلكترونية Electronic circles :
تترجم الدوائر الإلكترونية الأوامر الصادرة عن الكمبيوتر ثم تقوم على ضوء تلك الأوامر بتحريك رؤوس القراءة/الكتابة إلى مكان معين على الأقراص مما يسمح لرؤوس القراءة/الكتابة بقراءة أو كتابة البيانات المطلوبة .
سؤال : ما هو المقصود بتهيئة القرص الصلب ؟
الكمبيوتر يجب أن يكون قادراً على الوصول إلى البيانات المطلوبة وبشكل عام حتى الأقراص الصغيرة الحجم يمكنها تخزين الملايين والملايين من البيتات Bits إذاً فكيف يعرف الكمبيوتر أين يبحث عن المعلومات المطلوبة ...؟
لحل هذه المشكلة يتم تنظيم القرص الصلب من خلال تمييزه لأقسام منفصلة و هذا يسمح و بكل سهولة للكمبيوتر بإيجاد أي سلسلة من البيتات المخزنة و المصطلح الرئيسي لتنظيم القرص الصلب يعرف بالتهيئة (Formatting) وتعد عملية التهيئة القرص الصلب حتى يمكن كتابة الملفات على الأقراص مع إمكانية استرجاع الملفات المطلوبة فيما بعد وبسرعة كبيرة و يجب أن تتم عملية التهيئة للقرص الصلب بطريقتين : التهيئة الفيزيائية و التهيئة المنطقية .
التهيئة الفيزيائية Physical Formatting :
يجب القيام بعملية التهيئة الفيزيائية قبل التهيئة المنطقية للقرص الصلب والتهيئة الفيزيائية للقرص الصلب ( تسمى كذلك بالتهيئة المنخفضة المستوى ) تتم عادة هذه التهيئة للقرص بعد صناعته مباشرة من قبل الشركة (Low level format) المنتجة للقرص الصلب تقسِم عملية التهيئة الفيزيائية الأقراص الدائرية للقرص الصلب إلى العناصر الفيزيائية الرئيسية التالية :
ُالمسارات Paths و الأسطوانات Cylinders وأيضاً القطاعات Sectors
هذه العناصر توضح الطري قة التي تخزن بها البيانات وتسترجع فيزيائيًا من القرص .
المسارات :
وهي عبارة عن مجموعة من المسالك الدائرية متحدة المركز و موجودة على كلى جانبي (وجهي) الأقراص الدائرية و هذه المسارات تعرف عن طريق رقم بداية بالمسار صفر ثم المسار واحد و .... وهكذا حتى الحافة الخارجية للأقراص و تقسم المسارات إلى مساحات صغيرة تعرف بالقطاعات هذه القطاعات تستخدم لتخزين كمية ثابتة من البيتات و القطاعات عادة تهيئ لتحتوي 512 بايت من البيانات ( للمعلومه البايت الواحد يتكون من 8 بت) .
الأسطوانات:
وهي مجموعة المسارات الموجودة على كل من وجهي كل الأقراص الدائرية و التي هي (أي المسارات) على نفس البعد من مركز الأقراص يعني أن المسارات التي رقمها صفر مثلاً و الموجودة على كل من الوجه العلوي و السفلي للقرص الدائري الأول و المسارات التي رقمها صفر و الموجودة على كل من الوجه العلوي و السفلي للقرص الدائري الثاني و المسارات التي رقمها صفر و الموجودة على كل من الوجه العلوي و السفلي للقرص الدائري الثالث .... و هكذا حتى آخر قرص تشكل مع بعضها اسطوانة دائرية (وهمية أو تخيلية) رقمها هو نفس رقم المسارات المتكونة منها تلك الاسطوانة كما إن الكمبيوتر و برامجه تعمل وبشكل متكرر مستخدمة الأسطوانات فعندما يتم كتابة (تخزين) البيانات على القرص الصلب في الأسطوانات (في الحقيقة يتم تخزين البيانات على مستوى الأسطوانات و ليس على مستوى الأقراص الدائرية ) يمكن الوصول إلى تلك البيانات المخزنة و بشكل كامل دون الحاجة إلى تحريك رؤوس القراءة/الكتابة لأن حركة رؤوس القراءة/الكتابة بطيئة مقارنة مع سرعة دوران الأقراص و إن استخدام الأسطوانات في تخزين و استرجاع البيانات يخفض و بشكل كبير الزمن اللازم للوصول إلى تلك البيانات المخزنة .
بعد فترة من عملية التهيئة الفيزيائية من الممكن أن يحدث أن الخصائص الفيزيائية للمادة القابلة للمغنطة و الموجودة على سطح الأسطوانات الدائرية لربما تتلف بشكل تدريجي ولذلك تصبح عملية القراءة أو الكتابة من و إلى القطاعات التالفة أصعب بالنسبة لرؤوس القراءة/الكتابة وهذه القطاعات التي لم تعد قادرة على حمل البيانات تسمى بالقطاعات التالفة Bad Sectors ولحسن الحظ فإنه في الأقراص الصلبة الحديثة مثل هذه القطاعات التالفة نادرة الوجود (طبعاً بالاضافه إلى خبرة المستخدم) علاوة على ذلك فإنها قادره على تحديد مكان القطاعات التالفة إن وجدت و ببساطة حيث يقوم الكمبيوتر بتعليم (تمييز) تلك القطاعات التالفة على أنها تالفة (و هكذا فإن هذه القطاعات سوف لن تستخدم في المستقبل) ويستخدم القطاع التالي في التخزين .
التهيئة المنطقية Logical Formatting :
بعد القيام بعملية التهيئة الفيزيائية للقرص الصلب يجب القيام بعملية التهيئة المنطقية له حيث تضع التهيئة المنطقية نظام ملفات للقرص الصلب مما يسمح لنظام التشغيل ( OS/2, Linux, DOS) بإستعمال المساحة المتوفرة على القرص الصلب لتخزين و استرجاع الملفات .
إن أنظمة التشغيل المختلفة تستخدم أنظمة ملفات مختلفة لذلك فنوع التهيئة المنطقية التي نريد استخدامها يتوقف على نوع نظام التشغيل الذي نريد تنصيبه على الجهاز .
لمزيد من المعلومات راجع الموضوع التالي الذي يتكلم بشئ من التفصيل عن أنظمة الملفات :أضغط هنا
إن تهيئة القرص الصلب بالكامل بنوع واحد من نظام الملفات يحد من عدد أنظمة التشغيلالتي يمكن تركيبها على القرص الصلب لكن ولحسن الحظ يوجد حل لهذه المشكلة.
قبل القيام بعملية التهيئة المنطقية للقرص الصلب يمكن تقسيم القرص الصلب إلى عدة أقسام كل قسم يمكن تهيئته بنظام ملفات مختلف مما يسمح بتركيب عدة أنظمة تشغيل على نفس القرص الصلب وكذلك فإن عملية تقسيم القرص الصلب إلى عدة أقسام ( Partitions) تسمح باستغلال أكثر كفاءة لمساحة القرص الصلب .
لمزيد من المعلومات عن الفورمات راجع الموضوع التالي : أضغط هنا
فهم الأقسام Understanding partitions :
بعد إتمام عملية التهيئة الفيزيائية للقرص يمكن تقسيمه إلى عدة أجزاء منفصلة أو أقسام وظائف أو مهام كل قسم تعامل كوحدة واحدة منفصلة و مع إمكانية إجراء تهيئة منطقية لأي منها بنوع مختلف من أنظمة الملفات .
بعد القيام بعملية التهيئة المنطقية للقرص أو القسم يشار إلى ذلك القسم باسم كجزء من عملية التهيئة أنت تسأل لتعطي اسماً للقسم ( Volume label) الذي أجريت له التهيئة وهذا الاسم يساعد على تحديد القسم بسهولة .
سؤال : لماذا نستخدم عدة أقسام ؟
إن الكثير من الأقراص الصلبة يتم استخدامها كقسم واحد كبير مما يؤدي لعدم الاستفادة القصوى من مساحة القرص أو المصادر التي يوفرها و لذلك نلجأ إلى تقسيم القرص الصلب إلى عدة أقسام فعند استخدام عدة أقسام بدلاً من قسم واحد كبير نوفر الميزات التالية :
1-إمكانية تنصيب(تركيب) أكثر من نظام تشغيل على نفس القرص الصلب
2-الاستخدام الأمثل للمساحة المتوفرة على القرص الصلب
3-جعل الملفات أكثر أماناً .
4-تقسيم البيانات فيزيائياً يجعل عملية إيجاد الملفات أكثر سهولة وكذلك النسخ الاحتياطي للبيانات .
أنواع الأقسام :
يوجد ثلاثة أنواع من الأقسام و هي :
الأولي (Primary)
و المنطقي (Logical)
و الممتد (Extended)
القسمان الأولي و الممتد هما القسمان الرئيسيان للقرص .
و القرص الصلب الواحد يمكن أن يحتوي حوالي أربعة أقسام أولية (Primary) أو ثلاثة أقسام أولية و قسم واحد ممتد (Extended) أما القسم الممتد فيمكن تقسيمه إلى أي عدد من الأقسام المنطقية (Logical)
الأقسام الأوليه Primary Partitions :
يمكن أن يحتوي القسم المنطقي على نظام التشغيل إلى جانب أي عدد من ملفات البيانات (مثلا ملفات البرامج أو ملفات المستخدم) و قبل تنصيب نظام التشغيل يجب القيام بالتهيئة المنطقية للقسم الابتدائي (الأولي) باستخدام نظام ملفات متوافق مع نظام التشغيل المراد تنصيبه على القرص الصلب فأن إذا كان هناك العديد من الأقسام الأوليه Primary Partitions واحدا منها فقط يمكن أن يكون مرئياً وفعالاً في نفس الوقت و القسم الفعال ( Active Partition ) :
هو القسم الذي يستنهض منه نظام التشغيل عند بدء تشغيل الكمبيوتر الأقسام الأولية الأخرى تكون مخفية والبيانات الموجودة عليها تكون محمية ولا يمكن الوصول إليها
و إن البيانات الموجودة على القسم الأولي يمكن الوصول إليها فقط عن طريق نظام التشغيل الذي تم تنصيبه على ذلك القسم و إذا كنت تخطط لتنصيب أكثر من نظام تشغيل واحد على نفس القرص الصلب فإنك على الأرجح ستحتاج إلى إنشاء أكثر من قسم أولي لأن معظم أنظمة التشغيل لا يمكنها الاستنهاض إلا من القسم الأولي فقط .
القسم الممتد Extended Partition :
تم ابتكار القسم الممتد كطريقة للحصول على حوالي أربعة أقسام و في الحقيقة فالقسم الممتد يعتبر حاوية والتي يمكن تقسيمها فيزيائياً بإنشاء عدد غير محدود من الأقسام المنطقية و إن القسم الممتد لا يحمل البيانات بشكل مباشر بل يجب إنشاء أقسام منطقية ضمن القسم الممتد لتخزين البيانات و الأقسام المنطقية يجب أن تهيئ منطقياً مع إمكانية استخدام نظام ملفات مختلف لكل قسم منطقي يتم تهيئته .
القسم المنطقي Logical Partition :
بوجد القسم المنطقي دائماً ضمن القسم الممتد و هو يحتوي على البيانات (الملفات) و أنظمة التشغيل التي يمكنها الاستنهاض من القسم المنطقي مثل ( OS/2, Linux, Window NT) و الصوره التاليه تبين قرصاً صلباً مقسم إلى أربعة أقسام رئيسية ويوضح فيها القرص الصلب مع الأقسام و أنواع أنظمة الملفات :
ثلاثة أقسام أولية و قسم واحد ممتد و القسم الممتد مقسم بدورة إلى قسمين منطقيين .
أما كل الأقسام الأولية تم تهيئتها بنوع مختلف من نظام الملفات (FAT, NTFS, HPFS) القسمين المنطقيين فتم تهيئتهما بنوع واحد من نظام الملفات وهو (FAT)
(راجع الموضوع الذي سبق ووضعت رابط له والذي يتحدث عن أنظمة الملفات حتى تتوضح الفكره أكثر)
