شروحات كامله عن الهارد ديسك

القرص الصلب من الناحية العتادية

السلام عليكم ، لقد كثر السؤال والهرج والمرج في هذا الموضوع في الآونة
الأخيرة وحان الوقت للقول الفصل في هذا الأمر ، ليعلم الجميع كيفية التعامل
الخبير مع هذا القرص الصلب الخطير . ونبدأ بسم الله تعالى ومستعيناً بالله
ثم بالعلم الذي آتانا الله إياه من فضله ورحمته ......

القرص الصلب ، ما هو ؟

لم تكن الحاسبات في البداية تحتوي على أية أقراص صلبة فقد كان تشغيل
البرامج يتم من خلال الأقراص المرنة فقط لذلك فإن القرص الصلب بالنسبة
للحاسب هو وسيلة التخزين الرئيسية فيه فهو الوحيد بين وسائل التخزين
المختلفة الذي يملك الحجم والسرعة الكافيتين لتخزين البرامج الحديثة
لتنفيذها .

لقد تطورت الأقراص الصلبة كثيراً منذ بداية استعمالها في الحاسبات الشخصية
في بداية الثمانينيات ، زادت حجومها وسرعتها وتقلص حجمها ، واختيار إحداها
لحاسبك يتطلب منك الفهم الجيد للقرص الصلب ومكوناته وكذلك طريقة عملة
وتركيبته الداخلية وهذا ما تطرقنا له سابقاً .

--------------------------------------------------------------------------------

تركيبة القرص الصلب الداخلية

القرص الصلب كجهاز خاص بتخزين البيانات يعتبر جهاز مستقل بذاته ويتصل مع
اللوحة الأم للحاسب بكيبل خاص ، ويحتوي الجهاز نفسه على أجزاء ميكانيكية
وأخرى إلكترونية :

الأجزاء الميكانيكية : يتكون من مجموعة من الأقراص متراصة فوق بعضها البعض
ولها محور مشترك تدور حوله ، وهذه الأقراص مغلفة بمادة قابلة للمغنطة حتى
يمكن تخزين البيانات على سطحها على شكل شحنات ، ولكي يتم تخزين واسترجاع
البيانات يجب أن يكون هناك رأس للقراءة والكتابة ويوجد في الواقع رأس واحد
للقراءة والكتابة على كل سطح من أسطح الأقراص ويتحرك هذا السطح جيئة
وذهاباً ليتم التخزين على كامل مساحة هذه الأقراص ، وتتوضع الرؤس والأقراص
معاً داخل علبة محكمة الإغلاق لمنع دخول أية أجسام غريبة مهما كانت صغيرة ،
فإي جسم غريب قد يتسبب بتلف سطح القرص .
الأجزاء الإلكترونية : وهو عبارة عن لوح إلكتروني مهمته تحويل الإشارات
الكهربائية ( البيانات ) إلى مناطق ممغنطة على القرص ليتمكن بعد ذلك من
استعادتها( التخزين والاسترجاع ) وكذلك عملية التحكم بدوران القرص وحركة
رؤس القراءة والكتابة .
جميع الأقراص الصلبة تعمل بنفس المبدأ ، وتختلف عن بعضها في جودة المكونات
وسرعة عملها وتبدو تركيبة القرص الصلب صعبة الفهم بعض الشئ لذا سوف أوضح
ذلك ببعض الرسومات الثلاثية الأبعاد ، تتبع معي هذه الخطوات :

1- تخيل أن لدينا قرص دائري يمكن تسجيل البيانات على كلا وجهيه

ملاحظة :آسف لانخفاض جودة الرسوم

2-والآن تخيل أن القرص معه عدد آخر من الأقراص على هذا الشكل ( قد تختلف عددها من قرص صلب إلى آخر )

3-الآن تصور أننا أضفنا محور يمكن الأقراص من الدوران حول محورها معاً

4-ومن ثم أضفنا رؤس القراءة والكتابة ( رأس على كل سطح من السطوح) والناتج هو عبارة عن أقراص التخزين مع رؤوس القراءة والكتابة

الآن إليك صورة للقرص الصلب من الداخل

1 = أقراص التخزين

2= رؤس القراءة والكتابة

3= محرك رؤس القراءة والكتابة

4= المحور المشترك لرؤس القراءة والكتابة

و يدور المحور حول نفسه مسبباً حركة الأقراص ، كما يمكن لرؤس القراءة
والكتابة الحركة كما في الصورة مما يمكن الرؤس من الوصول إلى أي مكان على
سطح القرص وقراءة البيانات المطلوبة ونقلها للوحة الإلكترونية السابق ذكرها
. وسنتكلم عن كل جزء من الأجزاء .

--------------------------------------------------------------------------------

الأقراص (platters)

يمكن للأقراص أن تكون بأحجام مختلفة عادة ( 3.5 أو 5.25 إنش ) ويؤثر ذلك
على الحجم الكلي للقرص الصلب لذا فإنه من الضروري في الحواسيب الصغيرة
(المفكرات) تجهيزها بأقراص أصغر مثل 2.5 و 1.8 و 1.3 إنش ، وكلما زاد عدد
الأقراص وكثافة البيانات التي عليها كلما زادت قدرة القرص الصلب على تخزين
البيانات .

ولأن المسافة بين القرص ورأس الكتابة صغير جداً ( أجزاء من الألف من الإنش )
فإن هذه الأقراص يجب أن تكون مستوية تماماً بحيث لا تلتمس مع الرأس أثناء
العمل وإلا تعطل القرص بسبب ذلك .

بالإضافة إلى ذلك فإنه - في قرص ما - كلما كانت المسافة بين القرص و رؤوس
القراءة و الكتابة أقل كلما كان من الممكن تخزين كمية أكبر من البيانات في
ذلك القرص و تسمى كمية البيانات التي يمكن تخزينها في مساحة معينة من سطح
القرص areal density ، وأكثر الوحدات استخداماً هي الميجابايت لكل إنش مربع
(MB/square inch) .

وتصنع هذه الأقراص من الألمونيوم ( حيث أنه مادة خاملة قابلة للتشكيل
ورخيصة ) أو - في الأقراص الحديثة جداً - من الزجاج المقوى بالسيراميك الذي
يعتبر أفضل من حيث مقاومة الارتفاع في درجة الحرارة .

والأقراص ( الزجاجية أو الألمونيوم ) لايمكنها حفظ الشحنة اللازمة لعملية
التخزين بل يجب أن تطلى هذه الأقراص بمواد لها خاصية حفظ الشحنة مما يمكن
رؤس القراءة والكتابة من استعمالها في حفظ البيانات ، وهذه المواد - كأي
مادة صلبة - عندما تطحن تصبح حبوب صغيرة جداً ، وهذه الحبوب هي التي تخزن
فيها الشحنة بواقع بت واحد لكل حبة ، فيجب إذاً أن تكون صغيرة كفاية حتى
يمكن تخزين عدد كبير من البيانات في أصغر مساحة ممكنة .

والمواد المستعملة هي :

أكسيد الحديد ( نفس مادة الصدأ ولكن مع التنعيم الشديد ) : مخلوط مع مادة
صمغية ومادة أخرى مشحمة لتكون مزيج يمكنه الالتصاق بسطح القرص ، وهي المادة
المستعملة حالياً في أشرطة تسجيل الصوت ، ومشكلة أكسيد الحديد هو سهولة
تهشمه بفعل حركة القرص أو الاهتزازات ، لذا لم تعد هذه المادة مستعملة
اليوم .
الطريقة المستخدمة في أغلب الأقراص الصلبة اليوم هي طريقة لصق المعدن
بالدهن الكهربائي ، أو ما يسمى بالعامية " المغطس " وفي الواقع لا أذكر
الاسم العربي له - مع أننا درسناه في الثانوية - إلا أن هذه الطريقة تنتج
سطح قوي و ممتاز من ناحية حفظ الشحنة ويمكن تسجيل بتات أكثر في الإنش
المربع الواحد .

--------------------------------------------------------------------------------

محرك الأقراص (spindle motor)

وهو عبارة عن محرك يقوم بتحريك الأقراص بسرعة معينة تقاس بوحدة "دورة في
الدقيقة" RPM و تدور الأقراص بسرعة دوران تتراوح عادة بين 4500 و 5400 دورة
في الدقيقة وقد تصل إلى 10000 الدقيقة أو أكثر في حسب نوع القرص .

وكلما كان معدل دوران المحرك أسرع كما كان أفضل لأن رأس القراءة سوف يتمكن
من الحصول على البت المطلوب أسرع مما سوف يقلل الوقت الفاصل بين طلب الحاسب
للبيانات وتلقيها له ( يسمى زمن التأخير ) XXXX.

--------------------------------------------------------------------------------

رؤس القراءة والكتابة

يوجد على كل قرص من الأقراص رأسين للقراءة والكتابة ( واحد على الوجه
السفلي والآخر على الوجه العلوي ) ، أي أنه في حالة القرص الصلب الذي يحتوي
على 4 أقراص فإنه يحوي على 8 رؤس قراءة وكتابة وهكذا .

يوجد نوعين من رؤوس القراءة والكتابة :

Inductive Head : يحوي كل رأس من رؤس القراءة والكتابة على لفة من الأسلاك
الدقيقة وعندما يود القرص التسجيل في مكان ما فإنه يفعل ذلك بتمرير تيار
كهربائي في اللفة عند مرورها على المنطقة المطلوب التسجبل فيها وبذلك تشحن
تلك المنطقة ( تخزين البتات ) ، ويستعمل نفس الرأس في تحسس التغير في
الشحنة ( قراءة البتات ) . إن المسافة بين رأس القراءة والكتابة وبين سطح
القرص صغيرة جداً و لا تؤثر على عملية الكتابة والقراءة . بعد ذلك تتولى
لوحة التحكم استخلاص البيانات اللازمة وإرسالها إلى المعالج .
Magneto-Resistive وتركيب الرأس في هذه الحالة مشابه لحالة السابقة ولكن
مبدأ العمل مختلف ، ففي هذا النوع يمر تيار كهربائي خفيف بشكل مستمر في رأس
القراءة وعندما يمر الرأس على البتات فإن المجال المغناطيسي للبتات يؤثر
على شدة التيار الكهربائي ، تقاس التغيرات في شدة التيار الكهربائي وتحول
إلى بيانات ، لاحظ أن هذا النوع من الرؤوس لا يمكنه كتابة البيانات بل
يستطيع قراءتها فقط لذا فمن اللازم عند استعمال هذا النوع من الرؤوس وجود
رأس آخر من النوع inductive للكتابة .
ويبرز سؤال هنا وهو : إذا كان النوع الثاني من الرؤوس يستخدم للقراءة فقط
فلماذا نستخدمه ؟ والجواب هو أنه أسرع في القراءة من النوع الأول ويمكنه
التعامل مع أقراص ذات كثافة أعلى .

ورؤس القراءة والكتابة تتحرك كلها معاً لأنها على محرك واحد وقاعدة واحدة ،
ورأس القراءة والكتابة محمول على ذراع مرن قليلاً مما يمكنه من ملامسة
القرص أو الارتفاع عنه قليلاً ، فعندما يكون القرص واقفاً فإن رأس القراءة
والكتابة يكون ملامس لسطح القرص و عندما يبدأ القرص في الدوران فإن تيار
الهواء الناتج من الدوران يبعد رأس القراءة والكتابة عن سطح القرص قليلاً (
المسافة قليلة إلى حد أجزاء من المليون من الإنش) بحيث لا يحدث تلامس
بينهما أثناء العمل ، وعندما يود القرص الصلب إيقاف الدوران فإنه يحرك
الرأس لمكان آمن من القرص يسمى منطقة الهبوط (landing zone) حيث يمكن بعدها
إيقاف دوران القرص والسماح برأس القراءة والكتابة بملامسة سطح القرص حيث
أن منطقة الهبوط خالية من البيانات فهي مخصصة فقط لهبوط الرأس عليها ، ليس
هذا فحسب بل يتم أيضاً "ربط" الرؤوس في منطقة الهبوط حتى لا يتحرك الرأس مع
ارتجاج القرص الصلب وهذه العملية تتم أوتوماتيكياً في الأقراص الجديدة أما
القديمة جداً فقد كانت تستلزم برنامج خاص لعمل ذلك .

تعرف أن تخزين البيانات يتم طبعاً على شكل بتات ، إن عدد البتات التي يمكن
تسجيلها على المسارات الخارجية للقرص أكبر من تلك التي يمكن تسجيلها على
المسارات الداخلية بسبب شكله الدائري لذا فإن رأس القراءة والكتابة يجب أن
يقرأ (أو يكتب) بمعدل أسرع في الطرف الخارجي عن الداخلي .

إن رؤوس القراءة والكتابة كلما كانت أصغر حجماً كان بإمكانها التسجيل في
حقول بتات أصغر وبالتالي الحصول على كثافة أعلى للبيانات ، وأيضاً يمكن
للرأس الأصغر الاقتراب من سطح القرص أكثر وأكثر من دون الاحتكاك به
والاقتراب من سطح القرص يعني امكانية تخزين بيانات أكثر لماذا ؟ ......
لنعرف لماذا دعنا ننظر للشكل المقابل حيث اللون الأحمر يمثل سطح القرص
بينما يمثل اللون الأزرق المادة المغنطيسية التي تخزن البيانات و المربعات
الخضراء تمثل مواقع تخزين البيانات أما الأسود فهو رأس القراءة والكتابة
أما الدائرة الزرقاء التي تحيط برأس القراءة والكتابة فهي تمثيل للمجال
المغناطيسي الذي يقوم بالقراءة والكتابة ، دعنا الآن نقارن بين الرقمين 1 و
2 حيث يمثل الأول قرص أقل كثافة من الثاني فنجد أن :

عدد أكبر للبتات في رقم 2
رأس القراءة والكتابة في رقم 2 أقرب لسطح القرص
رأس القراءة والكتابة أصغر في رقم 2
المجال المغناطيسي أصغر في رقم 2
أصبح الآن واضح أنه لولا رأس القراءة والكتابة الصغير الحجم والمسافة الأقل
بين القرص ورأس القراءة والكتابة في الحالة الثانية لما كان بالامكان حشر
عدد أكبر من البتات في المساحة نفسها من القرص في رقم 2 ، هل علمت الآن
أهمية صغر المسافة بين القرص والرأس ؟

وقد يقول قائل أنه ليس هناك داعي لتقريب الرأس من سطح القرص بل يمكننا ببساطة جعله على مسافة بعيدة مع تصغير الرأس ، فهل يمكن ذلك ؟

الحقيقة إذا نظرت لرقم 3 في الشكل ترى أن رأس القراءة والكتابة عندما يكون
بعيداً عن سطح القرص فإن المجال المغناطيسي يجب أن يكون كبيراً حتى يمكنه
التأثير على سطح القرص ، وإذا كان كبيراً فإنه يمكن أن يؤثر على البتات
التي بجانب البت المراد التأثير عليه وهكذا الخطأ في القراءة والكتابة يمكن
أن يحدث بمنتهى السهولة ، حيث نرى مثلاً أنه مثلاً إذا كانت المسافة بين
الرأس والبت الأخير 5 مايكرون مثلاً (المايكرون هو جزء من المليون من
المتر) فإن المسافة بينه وبين البت الذي بجانبه حوالي 6 أو 7 مايكرون فتصبح
إمكانية الخطأ كبيرة جداً في هذه الحالة بينما في حالة رقم 2 نجد أن
المسافة بينه وبين البت الذي بجانبه أكثر من ضعف المسافة بينه وبين البت
المطلوب .

السؤال الذي يطرح نفسه بشكل تلقائي هو : لماذا لا تكون المسافة بين الرأس
والقرص صفر أي أنهما ملتصقان تماماً ؟ والجواب أن الاحتكاك بينهم يجعل
كلاهما يتلف ، وقد نرى في المستقبل تقنية جديدة حيث يملأ الفراغ بين
الأقراص بمادة هلامية لزجة تمنع هذا .

سؤال آخر : لماذا لا نركب أكثر من رأس قراءة وكتابة على سطح القرص الواحد ؟
إن ذلك يقلل من زمن الوصول وسرعة القراءة والكتابة ، في الحقيقة طورت مثل
هذه الأقراص سابقاً ولكنها لم تعد ذي جدوى والسبب هو أن استعمال تقنيات
إخرى يجعل هذا الأمر ممكن وهي تقنية RAID الخاصة بأقراص سكزي وتوجد تقنية
مشابهة أيضاً لأقراص IDE .

--------------------------------------------------------------------------------

محرك رؤس القراءة والكتابة (actuator)

يقوم هذا المحرك ( مع الأجهزة الإلكترونية الخاصة به ) بتحريك الرؤوس
للمكان المطلوب من القرص حتى يمكن استخدام كافة مساحة القرص في تخزين
البيانات ولأن المسافة بين البتات صغيرة جداً يعتبر دقة المحرك في تحريك
الرأس إلى المكان المطلوب بالضبط من الأمور الأكثر أهمية في سبيل استخدام
مساحة القرص كاملة .

و محرك رؤوس القراءة والكتابة يمكن أن يخطئ في مكان بت ما من البتات لذا
كان لابد من أساليب للتأكد من كون رأس القراءة في المكان الصحيح ، وأحد هذه
الأساليب هي تلقي المحرك معومات عن مكان رأس القراءة مما يمكنه من تصحيح
الخطأ إن وقع ، والأنظمة الإلكترونية الخاصة به يمكن أن تكون مغلقة (يوجد
آلية تصحيح ) أو مفتوحة ( لا يوجد مثل هذه الآلية ) .

إن الحرارة التي تتولد من المحرك ودوران الأقراص تتسبب في ارتفاع درجة
الحرارة داخل القرص الصلب مما يتسبب في تمدد أجزاء القرص الصلب ( جميع
المواد تتمدد بالحرارة وتنكمش بالبرودة ) ، لهذا يوجد ما يسمى الوزن
الحراري thermal calibration حيث يوزن القرص نفسه كل فترة من الزمن تختلف
باختلاف نوع القرص .

بعض الأقراص الحديثة فيها ميزة تأجيل هذا الوزن إذا كان القرص يقرأ ملف
كبير مثل ملف فيديو مما يساعد على عدم حدوث أي قطع في ملف الفيديو .

حتى الآن يوجد نوعان من تكنولوجيا المحركات :

الأول : يسمى " band stepper motor " يعتمد على محرك يدور على حسب "كمية"
الكهرباء القادمة من لوحة التحكم ، وبالتحكم بكمية الكهرباء التي ترسلها له
يمكن للوحة التحكم بأن تحرك الرأس للمكان الذي تريده ، مشكلة هذا النوع
ليس فقط حساسيته للحرارة بل أيضاً التلف مع الزمن والبطء في الأداء هذا
بالإضافة إلى سهولة الخطأ في مكان القراءة والكتابة على القرص خاصة عند قدم
القرص لأن هذا النوع من المحركات ذو نظام إلكتوني مفتوح ( لايوجد آلية
للتأكد من موقع الرأس) ، ولا يمكن لهذا القرص أن يستعمل في أقراص صلبة
عالية السعة لعدم دقته .
الثاني يسمى "servo voice coil motor" و في هذا النوع تقوم لوحة التحكم
بارسال تيار كهربائي إلى المحرك وهذا التيار يستعمل في توليد مجال مغناطيسي
يستخدم في تحريك الرأس ضد زنبرك مما يجعل لوحة التحكم قادرة على التحكم
بموقع الرأس عن طريق التحكم بالتيار الكهربائي ، و يستعمل آلية خاصة
لإستكشاف موقع السلندرات دارة إلكترونية مغلقة حيث أنه يستلم باستمرار -
أثناء عمله - معلومات عن موقع الرأس على القرص ( وذلك عن طريق المعلومات
المكتوبة في مواقع معروفة مسبقاً في القرص ) ويتمكن بذلك من تعديل أية
أخطاء قد تحدث مع قدم القرص .

--------------------------------------------------------------------------------

لوحة التحكم (logic board)

وهي اللوحة الإلكترونية التي تتحكم بالقرص الصلب ( الرؤس و المحرك ) وتقوم
بعمليات القراءة والكتابة من وإلى القرص ، يمكن للمكونات الإلكتونية أن
تتلف مسببة توقف القرص الصلب عن العمل .

إن الأقراص الصلبة تختلف داخلياً من شركة إلى شركة ، تختلف طريقة إدارة
تخزين البيانات وطرق فحص الأخطاء وتشخيصها وأشياء أخرى كثيرة ولكن جميع
الأقراص يمكن أن تعمل على جميع الحواسيب لماذا ؟ هذا لأن الأقراص مع أنها
تختلف من الداخل إلا أنها متماثلة من الخارج ، مثلاً عندما يود المعالج ملف
ما م القرص فإنه سوف يصدر للقرص أمر لجلب القرص ( هذا الأمر قياسي ومتماثل
في جميع الأقراص ) فإن القرص يستلم هذا الأمر ثم يمرره للإلكترونيات
الداخلية التي تتعامل مع القرص " كما يحلو لها " وبشكل مختلف لكل نوع من
الأقراص ولكن في النهاية يجب أن تجلب الملف المطلوب للمعالج في الصورة
القياسية .

يعتبر القرص الصلب من المكونات الحساسة في الحاسب ، بل يمكن أن نقول أنه
أكثر الأجزاء حساسية كونه يتأثر بالصدمات كثيراً ومن الجائز جداً أن يتعطل
بسهولة نسبياً ، مثلاً قد يتعطل القرص عند سقوطه على الأرض .

--------------------------------------------------------------------------------

كيف يعمل

قد يكون هذا صعب قليلا على البعض ولكن دعني أشرحه ، إذا أحضرنا مسمار حديد
ولففنا حوله سلك وقمنا بتمرير تيار كهربائي في هذا السلك فإن السلك ينتج
مجال مغناطيسي في المسمار ، وهذا هو المبدأ الذي يعمل به التخزين في القرص
الصلب حيث يحتوي رأس القراءة والكتابة على لفة أسلاك دقيقة جداً ( تسمى
coil ) وقطعة دقيقة من المعدن ( تسمى core ) وعند مرور تيار كهربائي في
السلك ينتج مجال مغناطيسي في القطعة المعدنية التي تؤثر في البت القريب
منها .

ننتقل الآن إلى موضوع الكتابة على المسارات الداخلية من القرص ، في هذه
المسارات الداخلية تكون البتات متقاربة مع بعضها البعض كثيراً وهذا يجعل من
الصعب على رأس القراءة والكتابة أن يقرأها ، لذا كان من اللازم تسجيل
البتات في هذه المناطق المزدحمة بفولتية أقوى من غيرها ليسهل قراءتها بعد
ذلك ، تسمى الكتابة بفولتية أعلى على المسارات المزدحمة write
precompensation وحتى تخبر الحاسب في أي سلندر من السلندرات يجب أن يبدأ
استعمالها في القرص يوجد في نظام البيوس مع إعدادات القرص الصلب write
precompensation (لاحظ يمكن أن تجد اختصار مثل write precom أو ما شابه )
ولكن لاحظ أن الأقراص الصلبة الجديدة تطبقه أوتوماتيكياً فلا تحتاج لذلك أن
تضبطه في البيوس بل يجب أن تكتب صفر أو 65535 (حسب نوع البيوس )

في مكانها

يسلموو عالطرح الرآأإئــع

بارك الله فيــكـ

وجعله بميزآنــ حسناتكـ

» صيام ست من شوال كصيام سنه كامله