الأقراص المغناطيسية الصلبة Magnatic Disks Hard
تم اختراع الأقراص الصلبة في الخمسينيات ، وكانت عبارة عن أقراص كبيرة يصل قطرها إلى حوالى 20 بوصة و علي الرغم من حجمها الكبير إلا أنها كانت تتسع للقليل من الميجابايت. ولم تكن تعرف في ذلك الوقت بال Hard disk بل كانت تعرف بال Fixed disks أو بال Winchesters, وجاءت التسمية Hard Disk بعد ذلك لكي يتم التفرقة بينها و بين الأقراص المرنة.
القرص الصلب عبارة عن وحدة متكاملة تتكون من مجموعة شرائح مغناطيسية دائرية) تتميز طرق التخزين المغناطيسية في أنه من السهل الكتابة و المسح و إعادة الكتابة علي المادة المغناطيسية ، وكذلك يمكن للمادة المغناطيسية أن تحتفظ بالمعلومات المخزنة عليها -علي هيئة فيض مغناطيسي- لعدة سنوات( تصنع من مادة معدنية (صلبة) تثبت داخل الصندوق ويعتبر وسيلة تخزين متوفرة طوال فترة استخدام الحاسوب بحيث يصبح مرافق دائم ولهذا يسمى أحياناً بالقرص الثابت Fixed Disk و هو وحدة التخزين الأساسية , ووظيفتها الأساسية التخزين الضخم للبيانات وعلى رأسها نظام التشغيل وما يتبعها من برامج تطبيقية .






ينبغي أن نعرف أن القرص الصلب ينقسم إلى مكونات داخلية وخارجية -بشكل عام- و يحتوي علي أجزاء ميكانيكية و أجزاء الكترونية:
الأجزاء الميكانيكية
من خلال هذه الصورة 1 : نقوم الآن بإزالة غطاء الألمنيوم من على القرص الصلب فنري انه يحتوي على أقراص معدنية قاسية تدعى أطباق Platters تجمع هذه الأطباق ضمن وعاء مفرغ من الهواء ( في الصورة هو ذلك القرص الدائري اللامع) ،تصنع هذه الأقراص من الألمونيوم أو - في الأقراص الحديثة - من الزجاج المقوى بالسيراميك الذي يعتبر أفضل أداءً حيث أن مقاومته للارتفاع في درجة الحرارة أفضل ، ويتم صقلها بحيث تصبح ملساء جدا كالمرآة . ولا يمكنها في حد ذاتها حفظ الشحنة المغناطيسية اللازمة لعملية التخزين، بل يجب أن تغطى هذه الأقراص بمواد يمكنها حفظ الشحنة المغناطيسية. و يوجد أربعة رؤوس قراءة /كتابة على الأقل , تربط جميع رؤوس الأقراص ذراع ألى تدعى بالذراع المحركة , هذا يعني أنه عندما يكون الرأس 0 قد تم وضعه من قيل الذراع المحركة على المسار 142 للسطح 0 فإن الرأس 3 قد تم وضعه على المسار 142 للسطح 3 وكذلك القرص الدائري التي تحوي البيانات, كما تبين لنا آلية عمل القرص الصلب حيث يحتوي كل قرص من الأقراص على البيانات التي يتم تخزينها على القرص الصلب وكل قرص دائري يحتوي على رأسين أحدهما للقراءة والآخر للكتابة. هذا يقودنا إلى حقيقة انه لا يمكن توضيع الرأس بشكل مستقل عن الرؤوس الأخرى ولقراءة قطاع محدد فإنه يجب على ميكانيكية القرص (دارات القرص) أن تمر بمرحلتين :
1. يجب أن تحرك رأس القراءة / الكتابة فوق المسار المحدد.
2. يجب أن تنتظر حتى يدور القرص بحيث يصبح القطاع المحدد تحت رأس القراءة / الكتابة مباشرة
أما الصورة 2 :تحتوي على تقسيم القرص الدائري بحيث أنه كل Partition يحتوي على Cluster وكل Cluster يحتوي على Sector وهو أصغر وحدة في القرص الصلب يقسم كل وجه من كل طبق إلى مسارات متحدة المركز حيث أن عدد المسارات في القرص الصلب هو 305 مسار كحد أدنى ويزداد من قرص لآخر حتى أنه يوجد مشغلات تحوي أكثر من 3000 مساراً أما قطر القرص الصلب فإنه بشكل عام 5.25 بوصة لكن المسارات تتوضع بشكل قريب من بعضها البعض أكثر مما هي في الأقراص المرنة .
يوضح الشكل التالي العلاقة بين المسارات والأسطوانات .





إن عدد المسارات في كل سطح مطابق لعدد الاسطوانات وبالتالي فإن معظم المصنعين لا يذكرون عدد الأسطوانات.
القطاعات: يقسم كل سطح بشكل اصطلاحي إلى عدة أقسام حيث تقسم المسارات في الأقراص بشكل مثالي إلى قطاعات يبلغ عددها من 8 إلى 18 قطاع.
يبين الشكل السابق أن سعة تخزين القطاع 512 بايت من المعطيات حيث أن القرص الصلب في الحاسب الآلي ذو سعة 10 ميغابايت ونجد أنه يحتوي على :
* 4 أسطح * 305 مسارات في كل سطح
* 17 قطاع في كل مسار * 0.5 K بايت في كل قطاع
وهكذا تكون السعة التخزينية الكلية= (Kbyte10370 ) و ذلك من خلال عملية حسابية X305X17X0.5K4
أما القرص الصلب الحديث:
* يتألف من 2448 أسطوانة * يتضمن 16 رأس لتخزين المعطيات
* يوجد في كل مسار 63 قطاع * في كل قطاع يوجد 512 بايت من المعطيات
الأجزاء الالكترونية
توجد أسفل القرص الصلب عبارة عن لوحة التحكم الإلكترونية. مسئولية مجموعة الإلكترونيات هذه هي التحكم في عملية القراءة و الكتابة علي القرص الصلب و أيضاً التحكم في الموتور الذي يقوم بتدوير ال plattersالتي تكو ن متحدة المحور ، وعادة ما يتم تدويرها بسرعة 3600 أو 7200 لفة في الدقيقة أثناء عمل القرص الصلب ،وكلما زاد عدد هذه الأقراص و كثافة التقسيمات التي عليها زادت السعة التخزينية للقرص الصلب.
تقوم هذه الإلكترونيات بتجميع المجالات المغناطيسية المخزنة علي المادة المغناطيسية و تحويلها إلى مجموعة من ال bytes (عملية القراءة),و أيضاً تقوم بتحويل ال bytes المراد تخزينها علي القرص الصلب إلى مجموعه من المجالات المغناطيسية لكي تخزن علي المادة المغناطيسية (عملية الكتابة).
الذراع arm الذي يحمل رؤوس القراءة و الكتابة Read\Write heads ، و يلزم لكل قرص تخزيني رأسين واحد للقراءة و الآخر للكتابة و مكانهم كالأتي: واحد أسفل القرص التخزيني و الآخر أعلي القرص التخزيني ، فمثلا لو كان لدينا 3 أقراص تخزينية فإننا نحتاج ل 6 رؤوس قراءة و كتابة ، ولا تكون رؤوس القراءة والكتابة ملامسة لسطح أقراص التخزين بل تكون مرتفعه عنها بمقدار صغير جدا ، بل إن الرأس إذا لامست القرص التخزيني فسيؤدي ذلك لتلف الجزء الذي لامسته - يسمي الجزء التالف ب Bad Sector -.
يتم تحريك هذه الذراع-الخفيفة الوزن جدا- بواسطة منظومة ميكانيكية دقيقة جدا و سريعة جدا ، ويمكن لهذه المنظومة أن تحرك الذراع من داخل قرص التخزين إلى حافته والعكس 50 مرة في الثانية الواحدة، ويمكن أن يتم بناء مثل هذه المنظومة باستخدام موتور خطي Linear سريع . يوجد الآن نوعان من التكنولوجيا التي تستخدمها هذه المنظومة الميكانيكية :
الأولي : تعرف بال band stepper motor و تعتمد في فكرتها علي كمية الكهرباء التي ترسلها لوحة التحكم الالكترونية ، و لكن هذه التكنولوجيا غير مستخدمة لأنها كثيرة المشاكل نتيجة لتأثرها بدرجة الحرارة و لأنها تتلف بسرعة.
الثانية : Voice Coil في هذا النوع تقوم لوحة التحكم الالكترونية بإرسال تيار كهربائي إلى المحرك وهذا التيار يستخدم في توليد مجال مغناطيسي لتحريك الذراع ضد زنبرك ، مما يجعل لوحة التحكم الالكترونية قادرة على التحكم بموقع الرأس-لأنها تتحكم بالذراع- عن طريق التحكم في شدة التيار الكهربائي.
تخزين البيانات على القرص الصلب
يتم تخزين البيانات على القرص الصلب علي هيئة صفر وواحد، يقوم الحاسوب بالتعامل معها على شكل بايتات، ويتعامل معها نظام التشغيل لاحقا على أنها ملفات Files ، فالملفات عبارة عن صفوف من البايتات التي قد تكون تعبر عن حروف أو خانات ألوان Pixels أو تعليمات برمجية كي ينفذها الحاسوب أو غيرها من أنواع البيانات التي قد تحتاج إلى تخزين. وعندما يلزم القراءة من القرص الصلب، يقرأ القرص البيانات على شكل blocks مكونة من مجموعة من البايتات يقوم بإرسالها للحاسوب ضمن مجموعات من 512 بايت تدعى بالقطاعات , والقطاع (Sector) هو أصغر وحدة من المعطيات , يحتوي علي عدد محدد من الـ bytes مثلا 256أو 512 بايت ، و لكن نظم التشغيل غالبا ما تتعامل مع القطاعات بأن تقسم كل مجموعة منها إلى ما يعرف ب (Cluster) يمكنك قراءتها أو كتابتها على القرص وتجمع القطاعات مع بعضها البعض ضمن مسارات (Tracks) تنظم في بعض الأحيان بشكل مناسب ضمن مجموعات تدعى بالاسطوانات, وكلما تمكننا من زيادة عدد القطاعات في المسار الواحد زادت السعة التخزينية الكلية للقرص الصلب ولكل قرص على الأقل سطحين .
المكونات الخارجية للقرص الصلب


وهي التوصيلات والإبر وهي وصلتين ومجموعة واحدة من ابر إعدادات الماستر Master و السليف Slave وهذا مخصص للأقراص الصلبة المعتمدة على تقنية IDE
يبين الشكل التالي التقسيمات قي القرص الصلب من الخارج وهي :
*القسم الأيمن : هي الوصلة المخصصة للطاقة , ويمكن الحصول على كابل الطاقة من محول الطاقة الخاص بالهيكل .
*القسم الأوسط: هي وصلة كابل البيانات وهذه الوصلة خاصة بالأقراص والتي تعمل وفق تقنية IDE .
* القسم الأيسر: هي ابر تعديل الإعدادات Master و Slave التي تحدد كيف تتعامل اللوحة الأم مع هذه الأقراص.
كيفية توصيل القرص الصلب بالكمبيوتر
تستخدم الأقراص الصلبة نوعين من الـ Interface للتعامل مع الكمبيوتر، و هذا ما يحدد نوعها :
EIDE : ويمكن اختصارها إلى " IDE " و فيها تكون الإلكترونيات اللازمة لتشغيل القرص موجودة بداخله في لوحة التحكم الالكترونية - وليس خارجه ، وهي الأكثر شيوعاً بين مستخدمي الكمبيوتر ، وهي نفسها المستخدمة في مشغلات الاسطوانات المدمجة ، ويتم توصيل القرص الصلب باللوحة الأم عن طريق كابل مباشرة دون استخدام كروت إضافية.
SCSI : هذا النوع أسرع بكثير من النوع الأول و لكنه أيضاً مكلف عنه ، ويستخدم غالبا في السيرفرات والأجهزة التي تتطلب سرعات عالية ، ولكن لتوصيل القرص الصلب مع اللوحة الأم يلزم أن يكون هناك كارت إضافي يركب باللوحة الأم.
و تختلف التقسيمات بالنسبة للأقراص الصلبة حسب التقنية المستخدمة في النقل :
1. تقنية ST506: استخدمت هذه التقنية من قبل شركة Shugart Technology وقد سمي ST506/412 أو اختصار ST506.
يركب هذا الملائم إلى جانب بطاقة التحكم والمشغل (Controller Side and the Disk Side) حيث أنه بحاجة إلى بطاقة تحكم ST506 للتفاهم مع المشغل ST506 والتوصيل القياسي لهذا الملائم هو كابل مؤلف من 20 سلك للمعطيات وكابل مؤلف من 34 سلك لإشارات التحكم .
يولد الملائم ST506 مليون نبضة في الثانية وبالتالي يستطيع نقل 7.5 مليون بت في الثانية وذلك في حال استخدام طريقة التشفير RLL 2.7 وينقل 5 مليون بت في الثانية عند استخدام طريقة MFM في التشفير ومع ذلك فهو ملائم بسيط حيث يتم إرسال سطر البايتات من المشغل إلى بطاقة التحكم في شكل معطيات و بتات للتزامن.
وبالتالي فإنه على بطاقة التحكم أن تفصل بتات المعطيات عن بتات التزامن وهذا ما يدعى بعملية فصل المعطيات (Data Separation ) والتي تبطئ العملية بكاملها .
إن حدوث أي ضرر أو ضياع لبتات التزامن يمكن أن يجعل بتات المعطيات غير معرفة وهذا هو السبب في كون معظم الكابلات الأقراص الصلبة بطيئة نسبيا أي أن الكابلات الأقصر تعني معدلات خطأ أنخفض .
لا تستطيع بطاقة التحكم أن تأمر المشغل لتحرك الرأس إلى اسطوانة محدودة ولكن تستطيع فقط أن تصدر أوامر مثل " تحرك إلى الاسطوانة التالية " أو " تحرك إلى الاسطوانة السابقة " وبالتالي للانتقال من الاسطوانة 100 إلى الاسطوانة 200 يستلزم إصدار 100 أمر تحرك منفصل وهذا يجعل الملائم ST506 مختلفا بعض الشيء.
تعالج طريقة ESDI بنفس الطريقة باستثناء أن عملية فصل المعطيات عن بتات التزامن تحدث على المشغل وليس على بطاقة التحكم .
2. تقنية ESDI : إنه تقنية متطورة عن ST506 ''Enhanced Small Device Interface'' حيث أنه سوف نسرد التطورات التي حدثت :
1. أن الملائم ST506 يستطيع دعم حتى 16 رأس للأقراص بينما يستطيع الملائم ESDI أن يدعم حتى 256 رأسا وبذلك فتح المجال الواسع لتضخيم سعات الأقراص.
2. يستطيع الملائم ESDI دعم معدلات نقل اعلى مما يستطيع الملائم ST506 دعمه إذ يسمح الملائم ESDI بمعدل نقل 24 ميغابايت في الثانية .
3. يستطيع مشغل الملائم ESDI إرسال معلومات عن الطبقة الخارجية للقرص إلى بطاقة التحكم المسؤولة بينما يتطلب اتحاد بطاقة التحكم/ المشغل الملائم ST506 تنظيما هائلا للتأكيدعلى أن بطاقة التحكم تعلم عدد الرؤوس والاسطوانات والقطاعات الموجودة على القرص بينما تحصل بطاقة التحكم للملائم ESDI على المعلومات مباشرة من المشغل.
4.يقوم الملائم ESDI بعملية فصل المعطيات مباشرة على القرص حيث يسمح بذلك باتصال خال من الضجيج وكابلات أطول بين المشغل وبطاقة التحكم .
كان من المفروض أن تستخدم ملائمات ESDI في المشغلات بكثرة ولكنها لم تصبح شعبية أبدا على كل حال لقد تم استبدالها بملائمات SCSI و IDE.
3. تقنية SCSI :'' Small Computer System Interface '' مع مرور الوقت لوحظ تطور الحاسوب خاصة تطور وتزايد الطرفيات والتي يسعى عدد متنام من الباعة إلى ملائمتها مع عدد متنام من أنواع الحواسيب وكانت إحدى الطرق لحل هذه المشكلة هي في الاتفاق على نوع من الممرات الذي سيستخدم في كل أنواع الحواسب ولكن من الصعب التطبيق ذلك على كل الأنواع العديدة من المعالجات لذلك طور هؤلاء الباعة شيئا من ملائم القرص والذي يمكن أن يدعم معدات أخرى وليس فقط الأقراص الصلبة ومنها :
1. مشغلات الأقراص الليزرية CD-ROM .
2. الأقراص الضوئية WORM كتابة مرة واحدة وقراءة عدة مرات Write Once; Read Many Times .
3. الأقراص الضوئية WARM كتابة وقراءة عدة مرات Write And Read Many Times .
4.الماسحات الضوئية Optical Scanners.
5. Bernoulli Box cartridge storage device.
6. مشغلات الأشرطة المختلفة: 3480 و QIC-150 و 8mm و 4mm.
إن ملائم الحاسوب هذا يسمى SCSI إن الملائم SCSI الأحدث والقياسي والذي يدعى SCSI-3 يدعم وبشكل نظري حوالي 24 ميغابايت في الثانية .
عادة تكون بطاقة التحكم موجودة على المشغل في الأقراص ذات الملائم SCSI إذ إن البطاقة في الحاسب لا تقوم بأعمال مهمة والذي يهتم بالعمل بشكل دقيق هو الملائم المضيف وليس بطاقة التحكم .
إن بساطة الملائم المضيف تعني أن ملائم مضيف واحد يستطيع دعم حتى سبعة أجهزة وكل ما يقوم به الملائم المضيف SCSI هو ربط كل أجهزة SCSI إلى ممر الحاسب.
يعتبر الملائم SCSI نظام ملائمة ذكي أي أنه يستجيب لأوامر أكثر تعقيدا مما يستجيب له الملائم ST506 و ESDI.
يعاق الملائم SCSI عند العمل مع النظام DOS بالطريقة التالية : يعرف بالملائم SCSI القطاعات بشكل مجموعة خطية متتالية فبدلا من أن تطلب بطاقة التحكم الخاصة بالملائم SCSI Controller المعلومات من الرأس 0 والاسطوانة 0 والقطاع 1 يطلب البرنامج القطاع 1 على القرص حيث أن كل القطاعات ترقم بشكل متسلسل وبالتالي تهتم البرامج برقم القطاع فقط سواء كان 1 أو 1000 ولا تهتم بهندسة القرص . وفي الواقع إن نظام DOS يفكر بطريقة مشابهة حيث يقوم بتنظيم القطاعات داخليا على شكل مجموعة متعاقبة أو بشكل خطي بدلا من الطريقة الثلاثية الإبعاد الرأس/الأسطوانة/القطاع ويقوم نظام DOS بالتحويل من الطريقة الخطية إلى الطريقة الثلاثية الأبعاد عندما يتم طلب التعامل مع القرص إذ إن نظام الدخل والخرج الأساسي BIOS يتوقع طلبات ثلاثية الأبعاد للتعامل مع القرص ويوجد هنا مشكلة وهي : بما أن الملائمات (Adapter) يجب أن تكون متوافقة مع نظام BIOS وبالتالي فإن عليها قبول الطريقة الثلاثية الأبعاد في طلب التعامل مع القرص ثم تعيد تحويله إلى الطريقة الخطية قبل محاولة قراءة القرص وبالتالي تصور المأزق الذي يقع فيه المشغل الذي يستخدم الملائم SCSI عند العمل تحت نظام DOS : حيث يحول نظام DOS عنونة القطاع الخطية إلى عنونة قطاع ثلاثية الأبعاد وبعدها يأخذ SCSI العناوين ثلاثية الأبعاد ويحولها مرة أخرى إلى شكل خطي لاستخدامه الخاص . وSCSI ناقل يتعامل مع أقراص صلبة ذات كفاءة عالية جدا وتخصص للأجهزة الخادمة Servers ولا ينصح بها للمستخدم العادي لارتفاع سعرها الذي يصل إلى أكثر من ضعفي الناقل الآخر ، كما أن اللوحة الأم التي تدعمه غالية السعر أما إذا استخدمته مع لوحة أم عادية فسوف تحتاج إلى بطاقة SCSI المرتفعة الثمن.
4. تقنية IDE :'' Integrated Drive Electronics '' هو الناقل المستخدم بشهرة في الأجهزة الشخصية الخاصة بالمستخدمين والمواصفات التالية من بعد هذه النقطة سوف تكون حول سواقات IDE دون SCSI.
هنا يبرز أهم الأمور التي ركزت عليها الشركات الصانعة في إظهارها والتي تقليل كلفة التصنيع وزيادة الثقة والذي يبرز في أن أحد نقاط ضعف ST506 وهو في الكابل الواصل بين القرص وبطاقة التحكم وكلما زاد طول الكابل كلما نقص معدل نقل البيانات بين القرص و بطاقة التحكم وكلما زاد طول الكابل نقص معدل نقل البيانات الأعظمي وزاد مستوى الضجيج وهكذا وجدوا أنه مع كابل أقصر فإننا نحصل على أداء أفضل عدا عن نقص كلفة المشغلات .
أدى هذا للتوصل إلى طريقة جديدة في ملائمة القرص/بطاقة التحكم تدعى IDE أي الكترونيات المشغل المدمجة (Integrated Drive Electronic) وربما يكون أقصر كابل يصل ما بين القرص وبطاقة التحكم موجود في مشغل IDE وهي تكدس حوالي 25 إلى 26 قطاع في المسار باستخدام تقنية ST506 مع فارق هو بدلا من استخدام مشغل منفصل وبطاقة تحكم تضع تقنية IDE بطاقة التحكم مباشرة على المشغل من أجل منع فقدان المعطيات بين المشغل وبطاقة التحكم وبما أن المعطيات تنقل بأمان بين بطاقة التحكم والمشغل يستطيع المصنعون الآن وضع 30 قطاع أو أكثر في المسار الواحد .
في أنظمة ST506 القديمة تحصل بطاقة التحكم على المعطيات من القرص الذي يحولها إلى شكل يستطيع ممر الحاسب فهمه ثم يسلم المعطيات إلى الممر.
خصائص القرص الصلب
-1سرعة دوران القرص الصلب : وأشهرها ثلاثة :
4500 ، 5400 ، 7200 ، دورة في الدقيقة وكلما زادت السرعة كلما كان نقل البيانات أسرع ولذلك ينصح في الأجهزة المراد تجميعها في هذا الوقت سرعة 7200 دورة ، كما ينبغي التنويه أن عند هذه السرعة تزداد حرارة القرص الصلب ويزيد ارتفاع صوته ، ولذلك إذا كانت الحرارة مرتفعة يفضل استخدام جهاز تبريد القرص الصلب والذي تستطيع أن تصنعه بنفسك أو تشتريه عبر الإنترنت ، وهذا الموقع يدلك على بعض أجهزة التبريد الخاصة بالحاسب AZZO.
-2سرعة الولوج Seek Time: ووحدة قياسها ms أي Mille Second وتساوي واحد على الألف من الثانية ، ويفضل أن تكون سرعة الولوج 9 أو أقل من ذلك قدر الإمكان.
-3 تقنية ATA :وهي ثلاثة تقنيات:
(1) Ultra DMA 33 وهي تقنية قديمة
(2) Ultra DMA 66 وهي التقنية الأوسع انتشارا حاليا
(3) Ultra DMA 100 وهي التقنية الأحدث
ويفضل التقنية الأخيرة للحصول على أكبر كفاءة في عمل الجهاز وهي متوفرة مع الانتباه إلى أن اللوحة الأم يجب أن تدعم هذه التقنية لتستفيد من سرعة هذه الأخيرة كما أنها تستخدم شريط أسلاك للبيانات يختلف عن المستخدم في Ultra DMA 33
-4 سعة القرص الصلب : يعتبر قرص بسعة 20 ميغابايت مناسبا جدا لأي مستخدم وهو في متناول اليد.
تهيئة القرص الصلب Formatting the HDD
لكي نستطيع استخدام القرص الصلب يجب أن نقوم بتهيئته أولا ، هناك نوعان التهيئة :
1- التهيئة الفيزيائية Physical Formatting :و تعرف أيضاً بتهيئة المستوي المنخفض Low Level Formatting فيها يتم تقسيم أقراص(Platters) القرص الصلب إلى عناصرها الأساسية : المسارات Tracks ، القطاعات Sectors و السلندرات Cylinders بالإضافة إلى تحديد أماكن بداية ونهاية القطاعات والمسارات ، وغالبا ما يقوم مصُنٍع الأقراص الصلبة بالقيام بهذه العملية قبل بيع القرص الصلب ، و لابد من القيام بتهيئة القرص الصلب فيزيائيا قبل أن تتم تهيئته منطقيا.
2 - التهيئة المنطقية Logical Formatting :أو ما يعرف بتهيئة المستوي العالى High Level Formatting بعد أن تتم عملية تهيئة القرص الصلب فيزيائيا لا يمكننا بعد استخدام القرص الصلب ، بل يلزم أيضاً تهيئته منطقيا . التهيئة المنطقية يتم فيها وضع نظام الملفات File System (مثلFAT ، FAT 32 ، NTFS) علي القرص الصلب ، مما يتيح لنظام التشغيل (مثل الدوس DOS ، الويندوز Windows أو اللينكس Linux ) استخدام المساحة التخزينية الموجودة علي القرص الصلب في قراءة و تخزين الملفات و البيانات. و تختلف أنظمة التشغيل عن بعضها البعض في نظام الملفات الذي تستعمله, لذا فإن نوع التهيئة المنطقية التي نستخدمها يعتمد علي نوع نظام التشغيل الذي سنستخدمه (سنتناول فيما بعد أنواع ملفات النظام بالتفصيل ).
وعليه فأنك إذا قمت بتهيئة كل مساحة القرص الصلب الذي لديك بنظام ملفات معين فإن ذلك يحدد نوع و عدد أنظمة التشغيل التي يمكن أن تستخدمها ، و لحل هذه المشكلة يمكنك أن تقسم قرصك الصلب إلى عدة أقسام ، ثم تقوم بتهيئة كل قسم منها بنوع معين من نظام الملفات علي حدة و وبالتالى يمكنك أن تستخدم عدة أنظمة تشغيل علي نفس القرص الصلب .
لكي تهيئ قرصك الصلب منطقيا يمكنك استخدام برامج كثيرة من أشهرها الـ Partition Magic.
تقسيم القرص الصلب HDD Partitioning
لماذا الحاجة لتقسيم القرص الصلب ؟
-حتى يمكننا أن نستخدم أكثر من نظام تشغيل.
-استخدام المساحة التخزينية الموجودة علي القرص الصلب بأفضل شكل ممكن.
-حتى نؤمن ملفاتنا بشكل أكبر.
إذا أردنا أن نستخدم القرص الصلب فيجب علينا أن نقوم بتقسيمه (إلى قسم واحد علي الأقل) ثم تهيئة الأقسام الناتجة. وهناك ثلاث أنواع لتقسيمات القرص الصلب و هي : أساسي Primary ، ممتد Extended و منطقي Logical .
الـ Primary و الـ Extended هي التقسيمات الأساسية للقرص الصلب ، و يمكن أن يحتوي القرص الصلب الواحد علي أربع أو ثلاث أو أقسام أساسية ، بالإضافة إلى قسم ممتد واحد فقط ، لاحقا يمكن تقسيم هذا القسم الممتد إلى أي عدد من الأقسام المنطقية.
1. القسم الأساسي Primary Partition :
يحتوي القسم الأساسي علي نظام التشغيل (مثل الويندوز) المستخدم بالإضافة إلى أي ملفات أو بيانات أخري (مثل My documents ، Program files) ، و كما ذكرنا قبل إن يتم تنزيل نظام التشغيل يجب تهيئة القسم الأساسي أولا بنظام ملفات مناسب لنظام التشغيل المستخدم.
لو كان القرص الصلب لديك يحتوي علي العديد من الأقسام الأساسية فإن واحد منها فقط سيعمل و يكون متاح للاستخدام و هو الذي سيتم تحميل نظام التشغيل منه عند بدء تشغيل الكمبيوتر و باقي الأقسام الأساسية ستصبح مخفية مما يمنع استخدمها.
2. القسم الممتد Extended Partition :
يمكن أن نعتبر القسم الممتد علي أنه حاوية تحتوي علي العديد من الأقسام المنطقية ،و لا يمكن أن نستخدم القسم الممتد في تخزين البيانات ، بل يجب أن نقسمه إلى عدد من الأقسام المنطقية التي يمكن أن نستخدمها في تخزين البيانات.
3. القسم المنطقي Logical Partition :
لا يمكن للأقسام المنطقية أن توجد إلا داخل القسم الممتد ، ويمكن للأقسام المنطقية أن تحتوي علي ملفات عادية و بيانات بل في بعض الأحوال يمكن أن تحتوي علي أنظمة تشغيل (مثل OS/2 ، LINUX ،WindowsNT).
يمكن استخدام عدة برامج لتقسيم القرص الصلب مثل ال Fdisk و Partition Magic .
تسمية أقسام القرص الصلب
تختلف تسمية الأقراص الصلبة من نظام تشغيل لآخر، وقد تتعدد طرق التسمية في ذات نظام التشغيل إعتمادا على مستوى التشغيل، فعلى سبيل المثال فإنه في واجهة المستخدم في أنظمة ويندوز تبدأ تسمية أقسام القرص الصلب بالحرف C ثم باقي حروف الأبجدية الإنجليزية D E F G H ……. و يأخذ القسم الأساسي Primary أول حرف دائما و هو الـ C ثم تأخذ باقي الأقسام المنطقية الحروف D ثم E و هكذا، أما في واجهة المستخدم في العديد من أنظمة لينوكس، فإن المستخدم يستطيع تحديد اسم لقسم القرص الصلب، واضعا إياه ضمن هيكلية نظام الملفات. ولكن على مستوى النظام، فإن للأقراص الصلبة وأقسامها تسميات في أنظمة يونكس فمثلا يسمى القرص الصلب الأول /dev/hda والثاني /dev/hdb وهكذا، وترقم الأقسام بإضافة رقم القسم إلى اسم القرص الصلب، فيكون القسم الأساسي الأول إسمه /dev/hda1، وتستخدم الارقام من واحد إلى أربعة لتسمية الأقسام الأساسية، وتستخدم الأرقام من 5 فما فوق لتسمية الأقسام المنطقية.
ماذا لو كان هناك أكثر من قرصين صلبين موصلين مع بعضهم في نفس الوقت كيف سيتم توزيع الحروف ؟
سيتم التوزيع وفقا للنظام الآتي :
القسم الأساسي الخاص بالقرص الذي سيتم التحميل منه هو سيأخذ أول الحروف و هو ال C . ثم يأخذ القسم الأساسي في القرص الثاني الحرف D . ثم يتم توزيع الحروف علي الأقسام المنطقية الخاصة بالقرص الأول مثلا E,F وهكذا إلى أن ننتهي من تسمية الأقسام المنطقية الخاصة بالقرص الأول.ثم نبدأ في توزيع الحروف علي الأقسام المنطقية الخاصة بالقرص الصلب الثاني G,H مثلا. وهذا في نظام windows 98, 95 أو ما قبل لكن بداية من windows Xp تم تعديل هذا إلى أن أول الحروف وهو الC وبعد ذلك حروف الأقسام المنطقية الخاصة بالقرص الأول مثل D,E,F ثم بعد ذلك القسم الأساسي في القرص الثاني وتبدأ حيث ينتهي حروف القسم الأول.
أول قطاع في بداية كل قسم منطقي يسمى بسجل الإقلاع (boot record ) تتم فيه كتابة كافة المعلومات المتعلقة بمكان بداية ونهاية الأقسام المنطقية كما تحدد القرص الصلب النشط (الذي تم تحميل الجهاز منه).
سجل الإقلاع الرئيسي MBR (Master Boot Record) : و يحتوي هذا السجل على برنامج يخبر الكمبيوتر ماذا يفعل ليبدأ التعامل مع القرص الصلب. لابد من تحديد بداية ونهاية كل قسم منطقي موجود علي القرص الصلب و تتم كتابة هذه المعلومات في مكان ما من القرص الصلب حتى يستطيع نظام التشغيل التعرف عليها كأقسام منفصلة ، و يقوم بهذه العملية البرنامج الذي يقسم القرص الصلب منطقيا.
ولا يتم تغيير هذه المعلومات الموجودة في الـ MBR أو الـ Boot record أبداً أثناء عمل الجهاز. بعض الفيروسات تنسخ نفسها فيها وتقوم بإتلافها.
العوامل المؤثرة على الأقراص الصلبة
-معدل نقل البيانات Data rate : هو عدد الـ Bytes التي يتم نقلها من القرص الصلب للكمبيوتر في الثانية الواحدة, ويتراوح بين 5 إلى 40 ميجابايت في الثانية الواحدة.
-زمن الوصول Seek Time : هو الزمن المستغرق بين طلب الملف من القرص الصلب و وصول أول Byte من الملف إلى الكمبيوتر.
-سرعة دوران القرص الصلب : فكلما كانت سرعة الدوران أعلي كان ذلك أفضل.
-نوع ال Interface : الذي يستخدمه القرص الصلب.
-الكثافة التخزينية : وهي عدد ال Bytes التي يمكن تخزينها في مساحة معينة من القرص الصلب.
وطبعا الأهم من ذلك السعة capacity الكلية للقرص الصلب مثلا 20 ، 40 ، 80 ، 120 جيجابايت

الأقراص المرنة floppy disk
في بداية العهد بالكمبيوتر ولمدة من الزمن، كان شائعا أن تحتوي أجهزة الكمبيوتر على جهازين لتشغيل الأقراص المرنة، سواء كان هذين الجهازين من نوع واحد أو من كل من النوعين 5.25 انش و 3.5 انش. كان ذلك مفيدا لنقل الملف من جهاز تشغيل قرص لآخر. وكان يطلق على أحد تلك الأجهزة الحرف A والآخر كان يطلق عليه الحرف B. وبعد أن تضمنت أجهزة الكمبيوتر جهازا للقرص الصلب فلقد أطلق على القرص الصلب الحرفC .
الآن لم يعد هناك حاجة إلا لقرص مرن واحد، وبالتالي فلم يعد هناك وجود للحرف B. وبالتالي أصبح الكمبيوتر القياسي يحتوي على جهاز تشغيل قرص مرن واحد هو A وجهاز تشغيل القرص الصلب وهو C.
ومع أن الأقراص تعتبر أدوات تخزين إلا أنه بالإمكان إزالة وحذف أي من الملفات التي عليها إذا لم يعد هناك حاجة إليها. وعملية الحذف تفيد في توفير مساحة على القرص لاستخدامها. ومع أن بالإمكان حذف أي من الملفات، إلا أن العملية لا تتم في الواقع فورا. ومع أنه يبدو لنا بأن الملف قد تم حذفه إلا أنه في الواقع يبقى فترة. وبدلا من الحذف فإنه يتم تحديد منطقة الحذف، ويتم اعتبارها منطقة محذوفة. فإذا أردت استرجاع الملف فإن هذا ممكن بعملية الاسترجاعUndo . ويفيد ذلك إذا قمت خطأ بالحذف. كذلك فإنه إذا قام الكمبيوتر بالكتابة فعليا فوق المنطقة التي اعتبرت محذوفة، فإنه يتم الحذف فعلا.
كانت الأقراص المرنة شائعة الاستخدام في الثمانينات و التسعينات، خاصة مع الحواسيب المنزلية، كـ ابل 2، و ماكنتوش و كومودور 64 و حواسيب اي بي ام المنزلية، لتوزيع البرامج و تبادل البيانات و اخذ النسخ الاحتياطية. قبل اختراع الأقراص الصلبة، كانت الأقراص المرنة تستخدم لتخزين نظام تشغيل و برامج الحاسوب المنزلي أيضا، حيث أنها النواة للعديد من أنظمة التشغيل في ذلك الوقت كانت تخزن على ذاكرة روم، أما نظام التعامل مع الأقراص فيخزن على أقراص مرنة، كنظام التشغيل دوس.
في بدايات التسعينات، و نتيجة لتزايد حجم البرامج، كان الكثير من البرامج يوزع على مجموعة من الأقراص المرنة، حتى نهاية التسعينات حيث بدأ منتجو البرامج باستخدام الأقراص الليزرية. كما ان انتشار الانترنت بشكل واسع أدى إلى استخدام أجهزة تخزين و نقل بيانات أخرى ذات سعات اكبر، كايثرنت و سواقات يو اس بي. مما أدى إلى تضاؤل استخدام الأقراص المرنة.
على الرغم من ذلك، تابع مصنعو الحواسيب الإبقاء على سواقات الأقراص المرنة في الحواسيب التي يبيعونها، للمحافظة على التوافقية مع الأجهزة القديمة، ولأنه من المضمون أن تعمل سواقة الأقراص المرنة دون الحاجة لبرنامج قيادة
أعطت شركة اي بي ام قسم تطوير التخزين مهمة تطوير جهاز لتخزين البيانات على أن يكون رخيص الثمن في عام 1967، وذلك لاستخدامه في تحميل البرامج إلى مزوداتها ذات الرقم 370، حيث أن تلك المزودات كانت أول مزودات تستخدم ذاكرة أنصاف النوافل التي تتطلب إعادة تحميل البيانات بعد قطع التيار الكهربائي و إعادته، تضمنت تلك المزودات سواقات أشرطة، إلا أنها كانت بطيئة و كبيرة. كما أن IBM احتاجت لوسيلة لإرسال التحديثات للزبائن دون أن تكلف أكثر من 5 دولارات.
أول النتائج كان قرص مرن بقياس 8" للقراءة فقط، بسعة 80 كيلوبايت، في البداية، استخدم القرص وحده، ولكن و بعد أن أصبح الغبار مشكلة عند التعامل مع القرص، تم تغليفه بمادة بلاستيكية. و أصبح الجهاز الجديد جزءا قياسيا من المزود 370 في عام 1971.
في العام 1973، أطلقت اي بي ام إصدارا جديدا من القرص المرن، و ذلك ضمن نظام المعلومات 3740، استخدم النظام الجديد القرص نفسه لتخزين 256 كيلوبايت بهيئة أخرى، و كان قابلا للقراءة و الكتابة. أصبحت هذه الأجهزة شائعة الاستخدام، و خاصة في نقل أحجام صغيرة من البيانات.
عند ظهور الحواسيب الشخصية، وجدت الأقراص المرنة 8" مكانا مناسبا لها، كوسيلة سريعة لتخزين البيانات في ذلك الوقت.
لاحقا في عام 1973 تم تطوير نظام أقراص مرنة قادر على تخزين 800 كيلوبايت.
كانت مشكلة الأقراص 8" أنها كبيرة جدا للاستخدام مع أجهزة تحرير النصوص، نتيجة لذلك تم تطوير قرص مرن بقياس 5.25"، و كان قادرا على تخزين 110 كيلوبايت. تميزت الأقراص 5.25" بكونها ارخص من أقراص 8"، فبدأت بالظهور مع الحواسيب. في عام 1978 كان هناك 10 مصنعين للأقراص المرنة 5.25"، و تمكنت هذه الأقراص من الحلول مكان الأقراص 8".
في البداية، كانت السواقات قادرة على الكتابة على جهة واحدة من القرص، و كان من الممكن استخدام الوجه الآخر عن طريق قلب القرص، إلى أن ظهرت السواقات القادرة على استخدام الوجهين عام 1978، مما أدى إلى مضاعفة السعة التخزينية.
في السبعينات و الثمانينات كانت هذه الأقراص الوسيلة الرئيسية للتخزين في الحواسيب الشخصية التي لم تحتو على قرص صلب، و كان نظام التشغيل يحمل من قرص مرن.
في الثمانينات، تطورت سعة التخزين من 360 إلى 720 كيلوبايت، و من ثم إلى 1.2 ميغابايت. في ذلك الوقت كان سعة الأقراص الصلبة تتراوح بين 10 و 20 ميغابايت، فاعتبرت الأقراص المرنة ذات سعة كبيرة جدا.
في آخر الثمانينات، أصبحت أقراص 3.5" أكثر انتشارا من أقراص 5.25"، إلى أن حلت مكانها تماما في منتصف التسعينات، لتصبح أقراص 3.5" هي المسيطرة.

قرص مرن 5.25" قرص مرن 3.25"
القرص المرن : هو جهاز لتخزين البيانات، يتألف من قطعة دائرية رفيعة مرنة (من هنا جاء الاسم) من مادة مغنطيسية مغلفة ضمن حافظة بلاستيكية مربعة أو دائرية. تتم قراءة و كتابة البيانات إلى القرص المرن باستخدام سواقة أقراص مرنة.
ما هي مكونات القرص المرن ؟
يتكون القرص المرن من قطعة دائرية او شبه دائرية من البلاستيك المرن بداخل القرص , وهي مغطاة بمادة مغناطيسية و من ثم مغلفة بغلاف بلاستيكي صلب ( وهو الغلاف الخارجي للقرص.(


1الواقي من الكتابة 4الغلاف الحارجي 7 مسار
2القرص الحامل 5قرص من ورق أو قماش ناعم
3الواقي المتحرك 6القرص المغنطيسي
ما هو الغرض من مشغل الأقراص المرنة ؟
إن مشغل الأقراص المرنة (floppy disk drive) يمكن الحاسوب من تخزين المعلومات علي الأقراص المرنة, تحتوي القرص المرن لتتمكن من إدارة شريحته ليتسلل رأسي القراءة والكتابة إلى وجهي الشريحة المغناطيسية المرنة )رأس كاتب وقارئ مثبت بداخل مشغل الأقراص حيث يعمل ككاتب عند الكتابة و قارئ في وقت القراءة( من خلال فتحة خاصة في غلاف القرص البلاستيكي تكون مغطاة قبل دخول القرص إلي المشغل بقطعة حديدية منزلقة مركبة لحماية الفتحة من أي أجسام دخيلة تتخلل إلى الشريحة المغناطيسية أثناء وجود القرص خارج المشغل. , ويعمل هذا الغطاء على كشف الجزء البلاستيكي الدائري الموجود بداخل القرص ( الذي يدور بمعدل 360 لفة بالدقيقة ) وذلك عند ادخاله الى الجهاز.




كيفية الكتابة على القرص المرن
تتواجد على سطح الجزء الداخلي البلاستيكي للقرص أجزاء حديدية متناهية الصغر ( لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة ) ضمن الطلاء أو الغطاء المغناطيسي الذي اشرنا إليه سابقا , وعادة تكون هذه الأجزاء الحديدية الصغيرة مبعثرة بشكل عشوائي على السطح ( وهذا هو وصف القرص الجديد أو formatted diskette (وعند إدخال القرص المرن و محاولة الكتابة على القرص , يقوم الجهاز بإرسال إشارات كهربائية عبر الرأس الكاتبة في مشغل الأقراص وذلك لتهيئة الرأس للعمل بشكل كهرومغناطيسي ومن ثم إنشاء مجال مغناطيسي يتمكن من ملامسة السطح المغناطيسي في القرص .وبالتالي يقوم الرأس بإعادة ترتيب الأجزاء الحديدية المبعثرة طبقا للمعلومات المرسلة من المعالج و تتم عملية إعادة الترتيب للأجزاء وفقا لأقطابها السالبة والموجبة و ذلك عن طريق ترجمتها او تحويلها من لغة الحاسب الالي ( binary language 0 and 1 ) الى اللغة المغناطيسية ( سالب وموجب ) إن صح التعبير ، وبذلك يتم خزن المعلومات على القرص على أساس الترتيب القطبي لها (سالب و موجب(
كيفية القراءة من القرص المرن
عند القراءة من الفرص المرن تحدث نفس العملية ولكن بطريقة عكسية حيث يقوم الرأس القارئ بالمرور على الأجزاء الحديدية الصغيرة والتي بدورها تقوم بتكوين مجال مغناطيسي على الرأس القارئ الذي يقوم بتكوين مجال كهربائي ومن ثم قراءة الشحنات (السالبة والموجبة) والموجودة بداخل القرص المرن والتي تم ترتيبها عند الكتابة ومن ثم ترجمتها إلى لغة الحاسوب (binary language) ونقلها للمعالج الذي بدوره يقوم بمعالجتها لإخراجها بالشكل النهائي حسب طلب المستخدم ، (مثلا على شكل ملف وورد أو صورة . (
عملية كتابة و قراءة المعلومات هي كالتالي :-
1. يمرر الحاسب أمر لدرايف للقرص المرن بكتابة أو قراءة ملف في القرص المرن.
2. يبدأ المحرك بالدوران فتدور قطعة تخزين البيانات في القرص المرن معه.
3. يبدأ المحرك الدقيق بالدوران ليحرك الرؤوس لتصل إلى مكان القراءة أو الكتابة.
4. تتوقف الرؤوس في المكان المذكور و تتأكد من أنها نفسها المكان المذكور قبل البدء بالعملية المطلوبة (كتابة أو قراءة)
5. عند الكتابة يكون هناك ملف وظيفته مسح كل شي موجود في المقطع الذي سيقوم رأس الكتابة بكتابته و الملف مقصود به ليس ملفا برمجيا إنما قطع تكون نوعا ما اكبر من الرأس نفسه ليتفادى اي تأثير أثناء عملية الكتابة على القرص.
6. رأس القراءة يتخذ مكانه و يلتصق بالقرص المرن و يبدأ بقراءة الانتشارات المغناطيسية على القرص و يبعث فحواها لتتم ترجمتها إلى المستخدم.
7. عند الانتهاء من العملية ينتظر الدرايف أوامر أخرى من الحاسب كي ينفذها.
8. يستمر الضوء بالتشغيل حينما تكون هناك عملية للقرص المرن.

الأقراص المدمجة Compact Disk
في عام 1980 تم إدخال أول قرص مدمج وكان استعمالها يقتصر على بنية الموسيقى الرقمية فقط. فأول شيء استعملت فيه الأقراص الرقمية هو الموسيقى أو الصوتيات Audio CD .الأقراص المدمجة أو الـ CDs هي عبارة عن شرائح دائرية مصنوعة من مادة شبيهة بالزجاج بحيث تستخدم أشعة الليزر للقراءة أو الكتابة على القرص المدمج ولأن أشعة الليزر أدق بكثير من رؤوس القراءة والكتابة المستخدمة في الأقراص المغناطيسية المرنة فإن سعة القرص المدمج تعتبر كبيرة جداً قياساً بالأقراص المرنة.
تعتبر الأقراص المدمجة اتجاه حديث ومتطور لوحدات التخزين فهي سريعة وذات سعة عالية و معظمها تستخدم للقراءة فقط أي تخزن عليها البرامج وما شابه حيث تصبح وسط تخزيني ناقل لهذه البرامج وهي متفوقة جداً في هذه الناحية إلا أنه وإلى الآن يعتبر أسلوب الكتابة عليها صعب لحد ما حيث أن الكتابة عليها تحتاج إلى مشغلات خاصة أما المشغلات التقليدية المستخدمة مع الأقراص المدمجة فهي مشغلات للقراءة فقط وتسمى CD-ROM Drive حيث تعتبر الأقراص المدمجة أقراص للقراءة فقط أي ROM وللكتابة عليها نحتاج كما قلنا مشغلات للكتابة تسمى CD-RW Drive أي Read and Write خاص بالكتابة والقراءة معاً مع ملاحظة أن هذا النوع من المشغلات لا يتوفر في كل حاسوب ويلزم إضافته إذا لزم الأمر .وبعد الكتابة على القرص المدمج لا يمكن عندئذ مسحه والكتابة عليه مرة أخرى مع أنه تم صنع بعض الأنواع من الأقراص المدمجة يمكن الكتابة عليها ثم إعادة مسحها والكتابة عليها مرة أخرى ولكن بتجربة هذه العملية سترى أنها مضيعة للوقت ليس إلا .

والقرص المضغوط العادي يستطيع تسجيل الصوت بهيئة تتوافق مع المواصفات القياسية للكتاب الأحمر. يتكون القرص المضغوط من مجموعة من مقاطع الصوت الثنائية التى تم تسجيلها باستخدام ترميز بي سي إم 16 بت بمتوسط عينات (Sample Rate) يعادل 44.1 كيلوهرتز. و للقرص المضغوط قطر يبلغ 120 ملم، بالرغم من وجود إصدارات ذات قطر 80 ملم.
السعة التخزينية
تقاس السعة التخزينية للقرص المضغوط بوحدة الميجا بايت و تتراوح بين 184 ميجا بايت حتى 900 ميجا بايت . وتصل سعة تخزين القرص ذو القطر 120 ملم إلى 74 دقيقة من الصوتيات Audio و 650 ميجا بايت من المعلومات . DATA و يوجد الآن إصدارات بإمكانها تخزين 80 أو حتى 90 دقيقة. أما القرص ذو القطر 80 ملم فيستطيع تخزين 20 دقيقة من الصوت. و فيما بعد تم تبني تقنية الأقراص المضغوطة لاستخدامها في تخزين البيانات و التى أصبحت تعرف باسم "الأقراص المضغوطة - قراءة الذاكرة فقط" أو CD-ROM. في عام 2004 بيع من الأنواع الثلاثة للأقراص المضغوطة (CD-Audio لتسجيل الصوتيات الرقمية و CD-ROM لتسجيل البيانات و CD-R للتسجيل مرة واحدة) حوالي 30 مليار قرص.