الفصل : 8
الجزء : 1
العنوان : تقنيات التخزين (Mass Storage Technologies )
في هذا الفصل، ستتعلم كيفية:
• شرح كيفية عمل محركات الأقراص الصلبة
• التعرف على اتصالات واجهات تخزين البيانات الضخمة
• وصف كيفية حماية البيانات باستخدام تقنية RAID
• وصف تركيب محركات الأقراص الصلبة
من بين جميع الhardware في الكمبيوتر الشخصي، لا يحظى أي جزء بمزيد من الاهتمام - أو يسبب مزيدًا من القلق - من storage drives . هناك سبب جيد لذلك: إذا تعطل drive ، فإنك تفقد البيانات. كما تعلم على الأرجح، عندما تفقد البيانات، عليك إعادة العمل، أو استعادتها من نسخة احتياطية، أو في أسوأ الحالات، أن تقول وداعًا للبيانات. من الجيد القلق بشأن البيانات، لأن هذه البيانات تدير المكتب، وتحتفظ برواتب الموظفين، وتخزن البريد الإلكتروني.
يتمحور هذا الفصل حول كيفية عمل الdrive او ما يسمى بمحرك الأقراص، بدءًا من التخطيط الداخلي وتنظيم الdrive . ستلقي نظرة على أنواع مختلفة من الdrive المستخدمة اليوم وكيفية تواصلها مع الكمبيوتر. يغطي الفصل كيف يمكن أن يعمل أكثر من drive مع drives أخرى لضمان سلامة البيانات وزيادة السرعة من خلال ميزة تسمى RAID. يُختتم الفصل بمناقشة شاملة حول كيفية تركيب الdrive بشكل صحيح في النظام. دعونا نبدأ.
ملاحظة:
يتابع الفصل 9 بعنوان "Implementing Mass Storage" مناقشة محركات الأقراص الصلبة من خلال إضافة أنظمة التشغيل في النقاش، حيث يوضح لك كيفية تهيئة المحركات لاستقبال البيانات، ويعلمك كيفية الحفاظ على المحركات وترقيتها في أنظمة التشغيل الحديثة.
كيف يعمل المحرك الصلب
تأتي محركات الأقراص الصلبة بنوعين رئيسيين: النوع التقليدي الذي يحتوي على أجزاء متحركة، وتكنولوجيا أحدث وأكثر تكلفة بدون أجزاء متحركة. دعونا نلقي نظرة على كلاهما.
1- محركات الأقراص الصلبة المغناطيسية ( Magnetic Hard Drives )
محرك الأقراص الصلبة التقليدي traditional hard disk drive (HDD) مكون من أقراص فردية، أو أقراص دوارة، تحتوي على رؤوس قراءة وكتابة على ذراعين متحركين يتم التحكم فيهما بواسطة محرك - وكل ذلك موجود داخل علبة مختومة تمنع تلوثها بالهواء الخارجي (انظر الشكل 1).
 | |
|
تكون الأقراص الألومنيومية مغطاة بوسط مغناطيسي. تخدم رأسا قراءة وكتابة صغيرين كل قرص، أحدهما لقراءة الجزء العلوي من القرص والآخر لقراءة الجزء السفلي من القرص (انظر الشكل 2). لكل رأس محول صغير الحجم يقوم بقراءة أو كتابة على كل نقطة على المحرك. يشير العديد من الأشخاص إلى محركات الأقراص الصلبة التقليدية باسم magnetic hard drives ، أو المحركات الدوارة/rotational drives ، أو في بعض الأحيان بمحركات الأقراص القائمة على الأقراص (platter-based hard drives ).
 | |
|
سرعة الدوران Spindle (or Rotational) Speed
تعمل محركات الأقراص الصلبة بسرعة دوران ثابتة /set spindle speed ، حيث يتم قياس دوران الأقراص الدوارة بوحدة "revolutions per minute " (RPM). كانت المحركات القديمة تعمل بسرعة 3600 دورة في الدقيقة، ويتم بيع المحركات بسرعات تصل حتى 15,000 دورة في الدقيقة. كلما زادت سرعة الspindle ، زادت سرعة تخزين واسترجاع البيانات من المحرك. إلى حد كبير، تعتبر سرعتي 5400 و 7200 دورة في الدقيقة السرعتين الأكثر شيوعًا. تعمل المحركات ذات الأداء الأعلى (والتي هي أيضًا أقل شيوعًا) بسرعات 10,000 و 15,000 دورة في الدقيقة.
بشكل عام، تعني المحركات الأسرع أداءً أفضل، ولكنها أيضًا تولد مزيدًا من الضجيج والحرارة. يؤدي الحرارة الزائدة إلى تقليل عمر محركات الأقراص الصلبة بشكل كبير. يمكن أن يقلل ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 5 درجات مئوية من توقعات عمر محرك الأقراص الصلبة بما يصل إلى عامين. لذلك، حتى إذا كان استبدال زوج قديم من المحركات بسرعة 5400 دورة في الدقيقة بزوج جديد ولامع من المحركات بسرعة 15,000 دورة في الدقيقة لا يؤدي إلى توليد حرارة كافية لتعطيل النظام بأكمله، فإنه قد يعرض استثمار التخزين الخاص بك لخطر عمر دورة قصير.
يمكنك التعامل مع حرارة هذه المحركات السريعة جدًا عن طريق إضافة مراوح لفتحات التركيب بين المحركات أو الانتقال إلى علبة أكبر. غالبًا ما يقوم معظم الهواة بفعل كليهما. تجلس مراوح فتحة التركيب في الجزء الأمامي من الفتحة وتهب الهواء عبر المحرك. تتراوح أسعارها بين 10 إلى 100 دولار (أمريكي) ويمكن أن تخفض درجة حرارة محركاتك بشكل كبير. بعض العلب تأتي مع مروحة مدمجة في فتحة التركيب (انظر الشكل3).
 | |
|
تدفق الهواء داخل العلبة يمكن أن يحدد استقرار النظام أو يتسبب في تعطيله، خاصةً عند إضافة محركات أقراص جديدة تزيد من درجة الحرارة المحيطة. يصبح الأنظمة الساخنة غير مستقرة وتعلق في لحظات غريبة. العديد من الأشياء يمكن أن تعوق تدفق الهواء - الكابلات المتشابكة (التي تُستخدم في أنظمة التخزين القديمة، موصلات USB، والمرفقات الأخرى)، والمحركات المضغوطة معًا في علبة صغيرة، والمراوح المسدودة بالغبار أو شعر الحيوانات، وما إلى ذلك.
يجب على الفنيين أن يكونوا على علم بالمخاطر عند إضافة محرك أقراص صلب جديد إلى نظام قديم، وإضافة مراوح أمامية إلى العلب عندما يتعلق الأمر بتعليق الأنظمة بشكل متقطع، والتأكد من أن جميع المراوح تعمل بشكل جيد. وأخيرًا، إذا كان العميل يرغب في الحصول على محرك جديد لنظام في علبة صغيرة ميني تاور يحتوي على مروحة مزود الطاقة الوحيدة لتبريد النظام، يجب أن تكون لطيفًا ولكن بالتأكيد اقترح على العميل الانتقال إلى أحد المحركات ذات السرعة الأبطأ!
عوامل الشكل Form Factors
تُصنع محركات الأقراص الصلبة المغناطيسية بتنسيقين قياسيين، هما حجم 2.5 بوصة وحجم 3.5 بوصة (انظر الشكل 4). يمكن للنظام الكمبيوتري المكتبي استخدام أي من حجمي الشكل؛ أما معظم الأجهزة المحمولة، فتستخدم حجم 2.5 بوصة.
 | |
|
التنسيق بمعنى ال form factor يحدد فقط الحجم. يمكن أن تختلف الاتصالات وتكنولوجيا التخزين داخل هذه المحركات.
2- محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (Solid-State Drives)
"دعك من المصطلحات العربية احفظ الأنجليزي "
يستغرق تشغيل الكمبيوتر وقتًا نسبيًا بسبب أن محرك الأقراص الصلبة التقليدي يحتاج إلى أن يبدأ بالدوران قبل أن تتمكن رؤوس القراءة/الكتابة من استرجاع البيانات من المحرك وتحميلها في الذاكرة العشوائية. جميع الأجزاء المتحركة من محرك الأقراص الصلبة القائم على الأقراص تستهلك الكثير من الطاقة، وتولد الكثير من الحرارة، وتحتاج إلى مساحة، وتتآكل مع مرور الوقت، وتأخذ وقتًا كبيرًا من النانوثواني الكثيرة لإنجاز الأمور. يعالج محرك الأقراص ذو الحالة الصلبة solid-state drive (SSD) جميع هذه المشكلات بشكل جيد.
من الناحية التقنية، تعتمد تكنولوجيا وأجهزة الحالة الsolid على تركيبة من الشرائح الشبه موصلة والترانزستورات التي تُستخدم لإنشاء مكونات كهربائية بدون أجزاء متحركة. هذا أمر معقد! ببساطة، تستخدم محركات الأقراص الحالة الصلبة solid-state drive (SSD) شرائح الذاكرة الفلاش لتخزين البيانات بدلاً من تلك الأجزاء المعقدة المتحركة المستخدمة في محركات الأقراص الصلبة التقليدية (انظر الشكل 5).
 | |
|
تُستخدم تقنية الحالة الSolid بشكل شائع في محركات الأقراص الصلبة للكمبيوتر المكتبي والمحمول، وبطاقات الذاكرة، والكاميرات، وأجهزة تخزين USB الصغيرة، وغيرها من الأجهزة المحمولة.
تأتي محركات ال (SSDs) للكمبيوترات الشخصية بأحد ثلاث تنسيقات: حجم 2.5 بوصة الذي تم ذكره سابقًا واثنين من التنسيقات المسطحة المعروفة باسم mSATA و M.2 (انظر الشكل 6 يوضح صورة لل M.2). تتصل محركات الأقراص mSATA و M.2 بفتحات محددة في لوحات الأم (انظر الشكل7). تقدم العديد من لوحات الأم الحالية فتحتين أو أكثر من M.2.
 | |
|
 | |
|
فتحات M.2 تأتي بأنواع متنوعة، مصممة بمفاتيح مختلفة لأغراض تخزين البيانات الضخمة المختلفة. هذه المفاتيح لها حرف مرتبط بها. تدعم فتحات M.2 التي تستخدم مفتاح B، مفتاح M، أو مفاتيح B+M أجهزة تخزين البيانات الضخمة، كما هو موضح في الشكل 7. تستخدم فتحات أخرى مثل مفتاح A ومفتاح E في أجهزة الشبكات اللاسلكية. تفاصيل هذه المفاتيح تتجاوز موضوع منهج A+ الحالي، ولكن يبدو أن تقنية M.2 هي هنا للبقاء، لذا يجب أن تكون على دراية بالتباينات.
تستخدم محركات ال(SSDs) ذاكرة فلاش غير قابلة للانحراف مثل الNAND والتي تحتفظ بالبيانات عندما يتم إيقاف التيار الكهربائي أو قطعه. (في الفصل 10، "الأجهزة الطرفية الأساسية"، مزيد من التفاصيل حول تقنية ذاكرة الفلاش.)
التكلفة (Cost )
تكلفة محركات ال (SSDs) أكثر من محركات الأقراص الصلبة التقليدية (HDDs). النوع الأفضل من ذاكرة SSD هو ذاكرة SLC (Single-Level Cell) لأنها تخزن كل بت من البيانات في خلية واحدة فقط، وهذا يجعلها سريعة وموثوقة، ولكنها أيضًا غالية الثمن.النوع الأقل تكلفة هو ذاكرة MLC (Multi-Level Cell)، والتي تخزن عدة بتات من البيانات في خلية واحدة، وهذا يجعلها أقل موثوقية وأبطأ من ذاكرة SLC ولكنها أيضا أرخص.النوع الأكثر شيوعا حاليا هو ذاكرة 3D NAND، وهي نوع من ذاكرة MLC يتم فيها تكديس الخلايا فوق بعضها بشكل رأسي، وهذا يسمح بزيادة سعة التخزين والكثافة مع الحفاظ على التكلفة المنخفضة نسبيا.
تعمل محركات الSSD داخليًا من خلال كتابة البيانات بطريقة متفرقة إلى خلايا الذاكرة الفلاش ذات السرعة العالية وفقًا للقواعد الموجودة في وحدة تحكم SSD الداخلية. يتم إخفاء هذه العملية عن نظام التشغيل من خلال تقديم واجهة إلكترونية للنظام يبدو من خلالها أن SSD هو محرك أقراص صلبة مغناطيسي تقليدي.
متغيرات الأداء (Performance Variables )
هناك ثلاثة معايير أساسية للأداء يجب مراعاتها عند شراء محرك أقراص
ال (SSD): مدى سرعته في قراءة أو كتابة تسلسلات طويلة من البيانات المخزنة في نفس جزء القرص، مدى سرعته في قراءة أو كتابة أجزاء صغيرة من البيانات المتناثرة بشكل عشوائي في جميع أنحاء القرص، ومدى سرعة استجابته لطلب واحد. قيمة كل معيار تختلف حسب نوع العمل الذي سيقوم به القرص. قبل أن نستعرض كيفية تقدير كل معيار، دعونا نلقي نظرة على كيفية قياس صناعة التخزين للأداء التسلسلي للقراءة/الكتابة، أداء القراءة/الكتابة العشوائية، والتأخير لكل SSD على حدة.
الأداء التسلسلي للقراءة/الكتابة(Sequential Read/Write Performance) :
يُقيس الأداء التسلسلي لجهاز تخزين عادة بسرعته القصوى، أي معدلات القراءة والكتابة لتسلسلات طويلة من البيانات. نعبر عادة عن معدلات القراءة والكتابة التسلسلية للجهاز بوحدة ميجابايت في الثانية (MBps). وعادةً ما تكون سرعة القراءة أسرع قليلاً من سرعة الكتابة.
على سبيل المثال، المحركات الصلبة التقليدية لديها سرعات قراءة/كتابة تسلسلية تصل إلى 200 MBps، في حين يمكن لمحركات الأقراص SATA SSDs الوصول إلى 600 MBps، وتسعى محركات الأقراص NVMe SSDs للوصول إلى 2500 MBps أو أسرع. هذه الأرقام مفيدة إذا كنت تعلم أن محركاتك ستقوم بقراءة وكتابة ملفات ضخمة بشكل متكرر، ولكن قليل من الأنظمة العملية تفعل ذلك في الواقع.
أداء القراءة/الكتابة العشوائية(Random Read/Write Performance ):
نظرًا لأن محركات الأقراص في العالم الحقيقي نادرًا ما تقوم بقراءة وكتابة ملفات ضخمة طوال اليوم، ننظر أيضًا إلى أداء القراءة العشوائية والكتابة العشوائية وأداء القراءة/الكتابة العشوائية المختلطة للقرص. ببساطة، نقيس كم مرة يمكن للجهاز قراءة أو كتابة شظايا صغيرة ذات حجم ثابت في مواقع عشوائية على القرص في الثانية.
تعكس العلامات المستخدمة لهذه القياسات حجم شظايا البيانات (عادةً 4 كيلوبايت)، لذا قد تراها مسماة بـ "قراءة 4K"، "كتابة عشوائية 4K"، "مزيج 4K"، وما إلى ذلك. يُعرب عادة عن هذه القياسات بعدد عمليات الإدخال/الإخراج في الثانية (IOPS)، ولكن قد تراها أيضًا معبرة بـ MBps. على سبيل المثال، المحركات الصلبة التقليدية تكون عادةً في أقل من 150 IOPS، في حين تتباهى محركات الأقراص NVMe الحديثة بمئات الآلاف من IOPS.
ملحوظة :
ال IOPS هو اختصار لـ "Input/Output Operations Per Second" (عمليات الإدخال/الإخراج في الثانية) وهو مقياس أداء يستخدم لوصف سرعة أجهزة تخزين الكمبيوتر مثل محركات الأقراص الصلبة (HDD) ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) .
يقيس IOPS عدد عمليات القراءة والكتابة التي يمكن لجهاز التخزين إكمالها في ثانية واحدة. كلما ارتفع عدد IOPS، كان ذلك أفضل، حيث يشير إلى أن الجهاز قادر على نقل البيانات بشكل أسرع.
التأخير (Latency ) :
من المفيد أيضًا النظر في وقت استجابة القرص، ووقت الوصول، أو التأخير، والذي يقيس مدى سرعة استجابته لطلب واحد. يُعبّر عادة عن التأخير بوحدات milliseconds (ms ) أو microseconds (µs ). يُعتبر التخزين عالي السرعة مناسبًا بشكل حاسم لخوادم الملفات وقواعد البيانات عالية الأداء، ولكن التأخير لدى معظم محركات الأقراص الحديثة مناسب للاستخدام العام. على سبيل المثال، يكون تأخير محركات الأقراص التقليدية عادةً أقل من 20 مللي ثانية، في حين تتجاوز معظم محركات الأقراص الSSD التخزين عالي السرعة تأخير 1 مللي ثانية.
العديد من العوامل تحدد الجمع بين الأداء والسعر الذي يلائم حالة محددة. على سبيل المثال، الجهاز العادي نادرًا ما يفرض طلبًا كبيرًا على محرك الأقراص التقليدي في الاستخدام العام. المستخدمون يقومون بتشغيل الكمبيوتر ومن ثم يفتحون تطبيقًا أو اثنين ويبدأون العمل. تهم جودة محرك الأقراص التقليدي في وقت التشغيل وتحميل التطبيق، لكن الجهاز نادرًا ما يتعب بعد ذلك. ومع ذلك، يمكن أن يقوم جهاز العمل لتحرير الفيديو عالي الجودة، على سبيل المثال، بقراءة وكتابة ملفات ضخمة لساعات متواصلة. كما قد يحتاج خادم الملفات الكبير لقراءة وكتابة آلاف الملفات الصغيرة في الدقيقة.
من الناحية العملية، يمكنك الاستغناء عن استخدام محرك أقراص ذو أداء منخفض وسعر أقل في الكمبيوتر العام، ولكن يجب أن تنفق المزيد للحصول على محرك أقراص ذو أداء أعلى في الظروف المطلوبة. عندما يتعلق الأمر بتحديد محرك أقراص ذو أداء عالي بالضبط، تساعدك معدلات القدرة التسلسلية، IOPS، والتأخير على تجنب دفع ثمنًا زائدًا لسمات الأداء التي لا تهم استخدامك بحيث هي معايير تضعها لنفسك اثناء الأختيار.
محركات الأقراص الصلبة الهجينة (Hybrid Hard Drives )
نظام Windows يدعم hybrid hard drives (HHDs) ، والتي تجمع بين ذاكرة (الفلاش) والأقراص الدوارة لتوفير تخزين سريع وموثوق. (HHDs معروفة أيضًا بـ SSHDs.) الوحدة الصغيرة من ذاكرة الفلاش في هذه المحركات تمكّنها من تخزين البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل أكثر في ذاكرة الفلاش، مثلاً، لتقليل أوقات التشغيل و، ونظرًا لعدم الحاجة إلى تدوير الأقراص الدوارة بنفس القدر، تمديد عمر البطارية للأجهزة المحمولة.
أما أجهزة الكمبيوتر من Apple، فيمكنها استخدام ما يسمى بـ Fusion Drive، والذي يقدم نفس فكرة hybrid hard drives (HHDs) . يقوم Fusion Drive بفصل القرص الصلب وذاكرة (الفلاش)، ونظام التشغيل macOS يتخذ جميع القرارات بشأن ما يجب تخزينه في ذاكرة الفلاش.
■ النهاية
نكون هنا انتهينا من الجزء 1 الفصل 8 تماما من شهادة A plus المقدمة من CompTIA نتقدم الأن تقدم ملحوظ وواضح ولكن المشوار ما زال ايضا طويل وممتع جدا جدا لذلك احرص على قرائة كل فصل سريعا
و لا بد وانت تقرا ان تكون مركز جيدا لكل معلومة ومعك ورقة وقلم , لانك بالتاكيد ستحتاجها
واذا واجهتك اي مشكلة في الفهم او ما شابه , يمكنك على الفور الذهاب الى المجتمع الخاص بنا في Telegram للمناقشة والتواصل معنا من هنا
او اذا واجهتك مشكلة في الموقع او تريد اجابة سريعة يمكنك الذهاب الى اخر صفحة في الموقع ستجد صفحة اتصل بنا موجودة يمكنك ارسالة لنا مشكلتك , وسيتم الرد عليها بسرعة جدا ان شاء الله
ويمكنك الأنضمام الى المجتمع Hidden Lock بالكامل مع جميع قنواته للأستفادة في اخر الأخبار في عالم التقنية وايضا الكتب بالمجان والكورسات والمقالات من خلال الرابط التالي لمجموعة القنوات من هنا
يمكنك ايضا متابعتنا في منصات X او Twitter سابقا , لمشاهدة الاخبار والمقالات السريعة والمهمة من
وفقط كان معكم sparrow مقدم هذه الشهادة من فريق Hidden Lock
