كيف نحصل على المعلومات من القرص ؟!

يعتبر القرص ( Hard Disk ) من مجموعة أدوات التخزين المغناطيسية التي تتألف بشكل أساسي من أقراص التخزين المغناطسية والأشرطة المغناطيسية , حيث تستخدم لتخزين كميات كبيرة من المعلومات .

للأقراص المغناطيسية نوعان أساسين هما : القرص الصلب ( Hard Disk ) والقرص المرن ( Floppy Disk ) , اٍن الفكرة الأساسية هي نفسها : قرص دائري الشكل مطلي بمادة قابلة للمغنطة يدور حول محور عامودي على مركزه , ويقدر حجم التخزين على الأقراص اللينة بـ ( 1.4 أو 2,8 ميغابايت ) في الأقراص قليلة التكلفة , وهي الأقراص المتوافرة حالياً في الأسواق ويرتفع الى 100 ميغابايت فيما يسمى بالأقراص المضغوطة , والميغابايت يساوي (2 قوى 10 ) بايت أي 1024 بايت .

يشترك كل من القرص الصلب والقرص المرن باحتفاظهما بالمعلومات حتى بعد انقطاع التغذية الكهربائية عنهما بينما يتميز القرص الصلب عن المرن ببعض المزايا التي سنذكرها فيما يلي :
- يحوي عملياً على أكثر من طبقة واحدة بينما القرص المرن عبارة عن طبقة واحدة .
- له كثافة تخزينية أعلى والتحكم به أكثر دقة .
- حجمه التخزيني أكبر بكثير وهذا ناتج عن العاملين السابقين عملياً , ويتوافر الآن في السوق المحلية أقراص تصل سعة بعضها الى حوالي 120 غيغابايت .
- معدل اٍعطائه للمعلومات أسرع بكثير لأنه يدور بشكل أسرع .

اٍذاً فاٍن القرص الصلب يتألف كما رأينا من عدد من الطبقات كل منها له وجهان قابلان للتخزين تدور هذه الطبقات بسرعة قد تصل الى 15000 دورة / دقيقة في بعض الأقراص المتطورة ولكن تتوافر سرعتان أساسيتان للأقراص الخاصة بالحواسب الشخصية وهما 2700 – 5400 دورة / دقيقة , أما قطرها فيتراوح من اٍنش الى حوالي 8 اٍنش .

كل وجه مقسم الى دوائر متحدة المركز تسمى بالمسارات , وكل مسار بدوره مقسم الى عدد من القطاعات عن طريق خطوط شعاعية . هذه القطاعات هي التي تعطي المعلومات , وسعة كل قطاع هي 512 بايت , والقطاع هو أصغر وحدة يمكن القراءة منها والكتابة عليها , وهذا كان سابقاً أما الآن فقد أصبح نظام الكتل هو المستخدم , فالكتلة هي عدد من القطاعات وبالتالي أصبحت الكتلة هي أصغر وحدة للتخزين .
اٍن التسلسل المتبع في القرص هو رقم القطاع , ويختلف طريقة الحصول على رقم القطاع التالي حسب طريقة تقسيم القرص الصلب ( Linux , NTFS , FAT ) ففي نظام FAT مثلاً File Allocation Table أو جدول تخصيص الملفات , يوجد جدول يحوي رقم القطاع التالي لكل قطاع في القرص ,فاٍذا كانت أحد القطاعات التي تحوي معطيات معينة تالفة فهذا يؤدي الى حدوث خطأ . تحوي كل المسارات نفس العدد من القطاعات وبالتالي لها نفس الحجم التخزيني ولكن منذ أوائل التسعينات أصبح عدد القطاعات في المسارات مختلفاً ( أكبر في المسارات البعيدة عن المركز ) أي أصبح الحجم التخزيني للمسارات البعيدة عن المركز أكبر .

* يطلق اسم أسطوانة ( Cylinder ) على المسارات من جميع الطبقات والوجوه التي لها نفس القطر .

* ويطلق اسم تجمع ( Cluster ) على عدد من القطاعات التي تقع على وجه واحد .




للنفاذ والحصول على المعطيات يقوم نظام التشغيل بتوجيه القرص الصلب للوصول الى المنطقة التي تخزن فيها المعلومات المطلوبة .يقوم القرص الصلب بتحديد الوجه الذي يحوي المعلومات المطلوبة ثم يقوم بوضع رأس القراءة والكتابة على المسار المطلوب , وتسمى هذه العملية بالطلب , ويسمى الزمن اللازم لوضع الرأس على المسار المطلوب بزمن الطلب ( seek time ) , ورأس القراءة والكتابة هو ملف كهرمغناطيسي صغير جداً يتوضع على ذراع متحركة فوق كل وجه ويتحرك على مسافة مقدارها نصف قطر القرص الصلب . يقوم المصنعون بتسجيل زمن الطلب الأدنى والأعظمي والوسطي , أما الأدنى فهو أن يكون المسار المطلوب أقرب ما يمكن الى رأس القراءة والكتابة , والأعظمي هو أن يكون المسار أبعد ما يمكن عن الرأس , أما الوسطي فله تأويلات كثيرة لأنه يعتمد على مسافة الطلب ولكن في النهاية قرر المصنعون أن يحسبوا الزمن الوسطي على أنه زمن كل الطلبات الممكنة مقسوماً على عدد الطلبات الممكنة , كما أن زمن الطلب الوسطي يختلف حسب التطبيق وجدول القرص , وزمن الوصول الفعلي قد لايتجاوز %30 من الزمن المعلن عنه من الشركة المصنعة بسبب استخدام مبدأ المحلية ( Locality ) الذي يسرع زمن الوصول , ولن نتعرض هنا للحديث عن هذا المبدأ . عند وصول رأس القراءة والكتابة الى المسار المطلوب يجب أن ننتظر الى أن يدور القرص ويصل القطاع المطلوب الى تحت الرأس , ويسمى هذا الزمن بزمن التأخير الدوراني ( Rotational Latency ) ونتعامل عادة مع زمن التأخير الوسطي الذي يساوي نصف دورة مقسوماً على عدد الدورات في الدقيقة فمن أجل قرص يدور بسرعة 7200 دورة / دقيقة مثلاً يكون :
زمن التأخير الوسطي = ( 0.5 دورة ) / ( 7200 دورة / دقيقة ) = 7104 ميلي ثانية .
تستطيع الأقراص الأقل قطراً أن تدور بسرعات دورانية أكبر بدون استهلاك طاقة كبيرة وبالتالي تقلل من زمن التأخير الوسطي , بعد أن يحصل الرأس على المعلومات يأتي زمن النقل وهو الزمن اللازم لنقل كتلة واحدة , وهو يعتمد على حجم القطاع وسرعة الدوران وكثافة التخزين على المسار ويقدر معدل نقل المعطيات في عام 1997 مابين ( 51-2 ميغا بايت / ثانية ) , وهناك بعض الأقراص المصنعة بتقنية عالية وتحوي على ذاكرة مخباة مدمجة معها ( Built-in Cache Memory ) مما يؤدي الى زيادة سرعات النقل الى أكثر من 50 ميغا بايت / ثانية , ويضاف الى الأزمان السابقة الزمن اللازم للتحكم بالقرص الصلب ويسمى " زمن المتحكم " .
وهكذا نكون قد ألقينا الضوء على المبدأ الذي يتم فيه الوصول الى المعلومات المطلوبة في القرص الصلب , بقي أن نذكر أخيراً بأن عملية تقسيم القرص الصلب الى الأجزاء التي أشرنا اليها تتم من خلال عملية التهيئة ( Format ) التي يشرف عليها نظام التشغيل .