القرص الصلب من الناحية الوظيفية

الثلاثاء 28 أغسطس 2012, 9:42 am

القرص الصلب من
الناحية الوظيفية

سوف نناقش هنا
الناحية الوظيفية في القرص الصلب ، وبسم الله نبدأ ......

الأقراص الصلبة
والأقسام المنطقية

ما الفرق بين
هذين المصطلحين ؟

تعني كلمة
"القرص الصلب " ذلك الصندوق الصغير الذي تسميه harddisk أو بالبلدي "هاردسك"
بكل ما يحتويه من أجهزة ومعدات ، والذي يستخدم لتخزين البيانات عليه.

أما القسم
المنطقي فهو في الواقع التقسيم الوظيفي للقرص الصلب ، أي أنه يمكن تقسيم
القرص الصلب إلى أقسام باستخدام أحد البرامج المخصصة لهذا الغرض ( مثل برنامج
FDISK المضمن مع دوس أو برنامج partition magic ) فإذا كان عندك قرص صلب
فيمكن تقسيمه إلى c: و d: مثلاً ويسمى كلاً منهما قسم منطقي .

يعتمد الحجم
الأكبر المسموح به للقرص المنطقي على نظام الملفات للقرص ، يوضح الشكل
المقابل رسم تمثيلي لقرص صلب غير مجزأ (رقم 1 ) ، بينما يمثل الشكل (2) القرص
بعد تجزئته إلى c و d .

يمثل اللون
الأحمر مساحة غير مستخدمة من القرص ، اللون الوردي يمثل ال C أما الأزرق فال
D

وفي الحقيقة أن
استغلال كامل مساحة القرص الصلب ليس إجبارياً ، أنظر مثلاً للشكل رقم 3 حيث تم
استغلال جزء من المساحة الكلية للقرص وبقي جزء منها غير مستغل ، ولكن في الواقع
العملي لا أحد يود فعل ذلك حيث يرغب الجميع باستغلال كامل مساحة القرص ، ماعدا في
بعض الحالات الخاصة .

تقسيم القرص الصلب

جميع الأقراص
الصلبة الجديدة لابد من تقسيمها وتهيئتها (format) قبل استعمالها ، وفيها نقسم
القرص الصلب إلى أجزاء يسمى كل جزء منها قسم منطقي (LDL=logical drive letter) مثل
c: و d: ، وعملية التقسيم والتهيئة السابق ذكرها ضرورية حتى لو كان القرص سيجزأ
لقسم واحد فقط .

توجد برامج كثيرة
لتقسيم القرص الصلب منها fdisk المرافق لنظام التشغيل "دوس" ، كما يوجد عدد من
البرامج الأخرى مثل partition magic مثلاً .

عند تقسيم قرص ما
فإن أحد الأقسام ( عادة تكون c: ) يعرف كقسم نشط وهذا معناه هو أن الجهاز يجب أن
يقلع منه ، فيما تكون جميع الأقسام الأخرى أقسام ممتدة .

أنواع تقسيمات
القرص الصلب

إذا كان لديك قرص
صلب لنقل 10 جيجابايت وقسمته إلى ثلاث أقسام C D و E فإن هذه الأقسام ليست في
الواقع متماثلة بل إنها تختلف عن بعضها ، يوجد لدينا ثلاث أنواع من التقسيمات :

1- القسم أو الأقسام
المنطقية : هي
الأقسام التي تمثل في مجموعها القرص الصلب ، مثل C D E F G H إلخ ..... يتكون أي
قسم منطقي من منطقة خاصة في بداية القرص تسمى "منطقة النظام " system area وتخزن
فيها معلومات التعامل مع القرص الصلبxxxx.

2- القسم المنطقي الأساسي
primary : وهو
دائماً أول قسم من الأقسام ( عادة ال c ) وهو عبارة عن قسم منطقي أي أنه نوع خاص من
الأقسام المنطقية

3- القسم الممتد extended :
وهو عبارة عن جميع الأقسام الأخرى غير ال c

فلو فرضنا أن القرص
مقسم إلى ثلاث أقسام C D E فإن القسم الأول C يعتبر قسم منطقي أساسي والآخرين D و E
يعتبر كل واحد منهم قسم منطقي فيما يعتبر مجموع D + E القسم الممتد من القرص .

ويمكن
إعطاء أمثلة عن هذه الأقسام بالرسم المقابل حيث لدينا 6 مستطيلات مرقمة من 1 إلى 6
يمثل كل منها مثال لقرص صلب والمستطيلات الملونة تمثل أقسام القرص الصلب ويمثل
اللون الأحمر القسم الأقاسي ( ال c ) أما الإطار الأخضر فيمثل القسم الممتد وباقي
الألوان تمثل الأقسام المنطقية الأخرى ، لاحظ أيضاً أن بداية القرص من جهة اليسار
وأن حجم الأقسام تمثل في الرسم بحجم المستطيلات الملونة .

أود أن تلاحظ على
الرسم التمثيلي المقابل ما يلي :

ال C دائماً في
بداية القرص
ال C يمكن أن
يكون صغيراً (مثال 6 ) أو كبير جداً (رقم 5 ) أو ما بين ذلك كما يمكن أن يحتل
كامل مساحة القرص (رقم 4 ) .
القسم الممتد
(اللون الأخضر ) يحتل المساحة المتبقية من القرص مهما صغرت (رقم 5 ) أو كبرت (رقم
6)
يمكن للقرص الصلب
أن يحوي قسم واحد فقط (رقم 4) وفي هذه الحالة لا حاجة للقسم الممتد
يمكن للقسم
الممتد أن يحتوي على قسم واحد ( رقم 3 ) أو أكثر (رقم 6) ، وأقصى عدد هو بعدد
الحروف الأبجدية ناقص منها 3 أعداد (جميع الحروف ماعدا A B و C )
يمكن لكل قسم من
الأقسام المنطقية(سواء القسم الأساسي أو الأقسام المنطقية الأخرى ) أن يكون
كبيراً (رقم 4 ) أو صغيراً ( حرف I في رقم 6 )

الحد الأقصى لتجزئة
القرص

يوجد في العديد من
الحاسبات حد أعلى للقرص الصلب الذي يمكن تركيبه أو حد أعلى للقسم المنطقي الواحد من
القرص ونستعرض هنا هذه الحدود وأسبابها :

الحاسبات القديمة: في أوائل أيام
الحاسبات الشخصية القديمة جداً ( عام 1982 م) حددت شركة IBM
الحد الأقصى
للقرص الصلب بـ 10 ميجابايت ، وكانت هذه السعة في ذلك الوقت تعتبر كبيرة جداً ،
كما أن نسخة دوس المستخدمة في ذلك الوقت ( DOS 2.0 ) كانت ذات 12 بت لذلك حددت
حجم أقصى للقرص بـ16 ميجابايت ، كما أن نسخة دوس تلك لم تكن تدعم تعدد الأقسام
المنطقية ، وفيما بعد جاءت النسخة 3.0 من دوس بزيادة للقرص الصلب المسموح به إلى
32 ميجابايت ، ومن ثم جاءت النسخة 4.0 بزيادة إلى 128 ميجابايت .
504 ميجابايت : يحصل هذا الحد
بينية IDE وبيوس
غير محدث ، دعني أوضح ذلك .... حتى يستطيع نظام التشغيل التعرف على القرص الصلب
يجب أن يتعرف البيوس على القرص الصلب أولاً لذلك عند وجود بيوس لا يدعم سوى عدد
محدود من السلندرات / الرؤوس/القطاعات + وجود بينية IDE تدعم عدد أقصى معين من
السلندرات /
الرؤوس/ القطاعات فإن نظام التشغيل يكون محدوداً بهذه الأعداد وينتج عن ذلك حد
أصى مقداره 504 ميجابايت للقرص .
2 جيجابايت للقسم
المنطقي : هذا الحد يوجد مع استعمال أنظمة التشغيل وندوز (دوس 7) 95 أو ما هو
أقدم ، ويأتي هذا الحد من تحديد دوس 7 حداً أقصى للكلستر الواحد بـ 64 قطاع ( أي
32 كيلوبايت ) وعدد الكلسترات الأقصى ( 2 أس 16 ) = 65536 مما ينتج عنه 2
جيجابايت للقسم المنطقي الواحد .
8 جيجابايت : عند استعمال ال LBA
فإن الحد الأقصى
لأي قرص هو 8 جيجابايت

كيفية تعيين الأحرف
للأقسام المنطقية

عندما يقلع الحاسب
فإنه يحدد أحرف الأقسام المنطقية باستعمال أسس معينة وهي على الشكل التالي :

القسم المنطقي
الفعال في القرص الصلب الأول يكون هو ال C
عند وجود أي
أقسام فعالة في أقراص صلبة أخرى فإنه يجعلها بعد ال C
الأقسام المنطقية
للقرص الصلب الأول له الأولوية ، ثم الأقسام المنطقية للأقراص الأخرى .

دعني أوضح ذلك
بمثالين .....

المثال الأول هو
المثال العلوي في الرسم المقابل حيث تم جعل الحرف الأول للقسم النشط من القرص الصلب
الأول وتبعه القسم النشط من القرص الصلب الثاني ومن ثم تبعه الأقسام المنطقية في
القرص الأول ثم في القرص الثاني ، ويتبع المثال الثاني نفس القواعد .

لماذا نقسم القرص
الصلب

إذا كان لديك قرص
صلب 10 جيجا بايت فلماذا تود تقسيمه لأكثر من قسم ( C ، D ) ؟ هناك عدة أسباب قد
تدفعك لذلك :

1- إذا كان نظام
التشغيل المركب في جهازك هو وندوز 95 فلا بديل عن تقسيم القرص الصلب ، لأن أكبر حجم
للقرص المنطقي الواحد هو 2 جيجا كما أسلفنا .

2- إن تقسيم القرص
الصلب لأقسام يساعد على ترتيب البيانات ، فمثلاً قد ترغب في جعل البرامج في ال C
والبيانات الأخرى في الD وهكذا .

3- ربما ترغب في
تركيب أكثر من نظام تشغيل واحد ، كلاً منها في قسم منطقي مختلف .

4- تقسيم القرص
الصلب إلى أقسام يوفر في مساحة القرص الصلب وذلك كون حجم الكلستر أقل ( أنظر موضوع
الكلستر XXXX)

نظام الملفات

قبل أن نستطيع
استخدام أي قرص ( قرص صلب ، مرن ، قرص zip أو غيرها ) لابد من تهيئة ذلك القرص ،
وعندما نهيئ ذلك القرص فإنما نقوم بتقسيمه إلى وحدات تخزين صغيرة تسمى الكلسترات
(جمع كلستر cluster )، وعندما نخزن ملف ما فإنه يخزن في واحد من هذه الكلسترات ،
وإذا كان الملف كبيراً فإن القرص الصلب يقسمه إلى عدد من الكلسترات يكفي لتخزين
الملف .

ومجموعة الكلسترات
المكونة لملف ما لا يشترط بالضرورة أن تكون موجودة في أماكن متجاورة على القرص بل
يمكن أن تكون متفرقة ، ولكل كلستر من كلسترات القرص له رقم مميز عن الكلسترات
الأخرى ونظام الملفات لديه سجل ( يسمى FAT اختصاراً لـ File Allocation Table )
بجميع الملفات وأماكن الكلسترات المكونة لها ( أي أنها خريطة للكلسترات ) و عندما
يود نظام التشغيل ( مثل وندوز ) قراءة ملف ما من القرص الصلب فيمكنه ذلك بالاستعانة
بنظام الملفات للقرص الذي يمكنه من معرفة أين توجد الكلسترات المكونة لملف ما مما
يمكن نظام التشغيل من قراءة الملف .

ويقوم نظام التشغيل بهذه
العملية بدون أن يشعر المستخدم بحصولها وفي الحقيقة العملية لا تتم هكذا بالضبط
بل إن الأمر مختلف قليلاً ( انظر إلى جزء مبسط ل FAT
في الجدول المقابل ) ، فلنفترض أن نظام التشغيل يود قراءة الملف msdos.sys يقوم
نظام التشغيل بالبحث عن اسم الملف في الجدول فيجده عند الرقم 253 فيعرف أن
الكلستر رقم 253 هو أول الكلسترات المكونه لهذا الملف فيقرأه ، ثم يقوم بقراءة
رقم مدخل ذلك الملف وهو 254 فهو الكلستر الثاني الذي بدوره يقودنا إلى الكلستر
260 الذي بدورنا يقودنا إلى 261 الذي مدخله هو OFF مما يعني نهاية الملف ، لهذا
يمكننا أن نقول بأن النظام يقوم بفحص ال FAT
بحثاً عن موقع أول كلستر من
الكلسترات المكونة لذلك الملف ليقرأه وعند قراءة ذلك الكلستر يجد النظام موقع
الكلستر التالي وهكذا حتى آخر كلستر من الملف .

بينما في حالة الكتابة إلى القرص
يقوم بالبحث عن كلسترات لا تنتمي لأي ملف فيقوم بالكتابة عليها و تحديث ال FAT
ليحتوي على موقع
أول كلستر في ذلك الملف وهكذا .

وعندما يمسح المستخدم أحد الملفات
فإن نظام التشغيل لا يمسح البيانات الموجودة في الكلسترات بل ببساطة يكتب في ال FAT
أن هذه الكلسترات
لا تنتمي لأي ملف وبالتالي يستطيع نظام التشغيل فيما بعد إحلال بيانات لملفات جديدة
مكان البيانات القديمة ، وإذا أراد النظام تخزين بيانات جديدة فإنه لا يخزنها في
الكلسترات التي بها بيانات قديمة بل يختار كلسترات لم يخزن فيها ملفات من قبل ،
وفائدة هذه الطريقة هي شيئين :

أنه إذا أراد
المستخدم إسترجاع بعض الملفات التي مسحها فيمكن لبرنامج متخصص في هذا أن يفحص
القرص بحثاً عن كلسترات بها بيانات من ملفات قديمة فيقوم باسترجاع تلك البيانات .
أن استعمال هذه الطريقة أسرع من
مسح البيانات ، فعملية تغيير ال FAT
ليلغي مواقع كلسترات الملف أسرع من إلغاء جميع الكلسترات هذا لأن ال FAT
ل يحتوي سوى على أرقام
هذه الكلسترات بينما الكلسترات تحوي بيانات قد تكون كبيرة جداً.

إن
العلاقة بين أنظمة التشغيل وأنظمة الملفات علاقة وثيقة حيث يمكن لكل نظام العمل على
أنظمة ملفات معينة وذلك على الشكل التالي :

نظام الملفات	نظام التشغيل	الحجم الأقصى للقرص المنطقي الواحد
FAT16	أغلبها ( دوس و وندوز 3.11 و 95 و 98 و 2000 و NT ) وOS/2 بعض أصدارات لينكس ، لذا فهو أكثر أنظمة الملفات شيوعاً	2.1 جيجابايت
VFAT	نفس مواصفات FAT16 ولكن مع الاسماء الطويلة للملفات	2.1 جيجابايت
FAT 32	وندوز 98 ، وندوز 2000 ، وندوز 95 OSR النسخة الثانية (الأنجليزي فقط )	2 تيرابايت (2048 جيجابايت)
NTFS (اختصار لـ "NT File System" )	وندوز NT ، وهو نظام أفضل من FAT16 و 32 حيث يعطي سرعة أكبر و موثوقية في الأداء وكذل مستوى أعلى من الأمان وقليل من المساحة الضائعة .
HPFS ( اختصار لـ "High Performance File System" )	OS/2

وهناك تفاصيل أخرى
، فمثلاً بعض أنظمة الملفات أسرع وأفضل من البعض الآخر ، وبعضها الآخر أكثر توافقية
، فيما تمتاز بعض أنظمة التشغيل بمميزات معينة فمثلاً يمكن لوندوز NT أن يعمل بقرص
حجمه 8 جيجابايت مع أن نوعه هو FAT16 كما أن نظام "نتوير" على سبيل المثال له نظام
تشغيل خاص به .

بعض أنظمة التشغيل
القديمة لا تقبل أقرص أكبر من حجم معين :

نظام التشغيل	الحجم الأقصى
دوس الإقدم من الإصدار 3.0	16 ميجابايت
دوس 3.0 إلى 3.32	32 ميجابايت
دوس 4.0	128 ميجابايت
دوس 5.0	528 ميجابايت ( أو 1024 سلندر)

يمكن لكل قسم منطقي
أن يزود بنظام ملفات مختلف عن الأقسام الأخرى حتى لو كان في نفس القرص الصلب ، فإذا
كان لديك C D E فيمكن أن يكون ال C من نوع FAT32 بينما الأقسام الأخرى من نوع FAT16
مثلاً ، ولكن لاحظ أن بعض أنظمة التشغيل قد لا تتمكن من قراءة أنظمة الملفات وفي
هذه الحالة لن تتمكن من من التعرف على هذه الأجزاء من القرص .

يوجد جدول على
بداية القرص الصلب مكتوب فيه عنوان كل ملف على القرص ، ولكن الأمر ليس بتلك البساطة
حيث أن العديد من الملفات على القرص تكون مجزئة بحيث يمكن أن يخزن أجزاء مختلفة من
الملف الواحد في عدة أماكن !!!! كيف ذلك ؟

للإجابة على ذلك
السؤال يجب إلقاء بعض الضوء على تركيبة القرص الصلب الداخلية..

تهيئة القرص الصلب

يوجد لدينا نوعين
من التهيئة (format):

تهيئة المستوى
المنخفض (low level format)
تهيئة المستوى
العالي (high level format)

فما الفرق بينهما ؟

في الواقع أود أن
أقول كلمة عن معنى كلمة " المستوى العالي" و "المستوى المنخفض " في عالم الحاسب
بشكل عام ، فمعنى أن شئ ما ذو "مستوى عالي" أنه قليل أو خالي من التعقيدات وليس فيه
الكثير من الخيارات فهو بالتالي سهل الاستخدام مقارنة مع الشئ المماثل له ذو
المستوى المنخفض ، وكمثال على ذلك لغات البرمجة كلغة "سي" التي تعتبر ذات مستوى
منخفض مقارنة بلغة أخرى مثل "فجول بيسك" حيث أن فجول بيسك أسهل كثيراً ولكنها أقل
مرونة وخياراتها أقل بكثير .

وبشكل عام فإن الشئ
عندما يوصف بأنه ذو مستوى منخفض فهو ذو تفاصيل كثيرة وفيه امكانيات التحكم الدقيق
بذلك العمل وهو عادة صعب الاستعمال .

نرجع الآن لموضوع
التهيئة ، فالتهيئة ذات المستوى النخفض ما هي إلا عملية تحديد أماكن بداية ونهاية
القطاعات والمسارات على القرص و عمل كل ما يلزم لجعل القرص جاهزاً للتهيئة ذات
المستوى المرتفع ، فالتهيئة ذات المستوى المرتفع تقوم بتزويد القرص بنظام ملفات (
مثل FAT أو FAT 32 أو NTFS أو أياً من أنواع أنظمة الملفات السابق xxxx ذكرها ) و
ترقيم القطاعات ، ولا يمكن تطبيق التهيئة ذات المستوى المرتفع إلا بعد تهيئته
بالمستوى المنخفض أولاً ، لأن تهيئة المستوى المرتفع تقوم باستخدام القطاعات
والمسارات التي صنعتها التهيئة المنخفضة .

وعملية التهيئة
المنخفضة تتم في المصنع قبل خروج القرص منه ، و لا يمكن للمستخدم كذلك القيام بها
مرة أخرى حتى بواسطة برامج خاصة عادة ما تتوفر من الجهة الصانعة للقرص - بالرغم من
المعلومة الشائعة بأن ذلك ممكن - حيث أن الأقراص الصلبة القديمة فقط هي التي تقبل
التهيئة المنخفضة المستوى ، ويمكننا أن نقول أن القرص الصلب الحديث " يمثل علينا "
أنه تم تهيئته تهيئة منخفضة المستوى..

إن البتات
والقطاعات والمسارات ليست محفورة على سطح القرص الصلب ، بمعنى آخر أننا لو نظرنا
لسطح القرص مكبراً بالميكريسكوب لوجدنا أنه لا وجود لفروقات بين مواقع البتات وبين
المناطق المحيطة بها أي أن البتات ما هي إلا شحنات فقط لا غير ، وحتى يتمكن رأس
القراءة والكتابة من تخزين البيانات لابد من تحديد بدايو ونهاية كل قطاع وذلك
بواسطة عملية التهيئة منخفظة المستوى ، ويتعرف رأس القراءة والكتابة على مواقع
البتات عن طريق البحث عن هيئة معينة من البتات التي كتبت في عملية التهيئة كما
تتضمن هذه البتات رقم التعريف للقطاع بحيث يميز عن القطاعات الأخرى (أنظر الشكل )،
وللعلم فإن رقم التعريف هذا يستهلك الكثير من مساحة القرص ، واستطاعت شركة IBM
إزالة هذه المشكلة عن طريق تحميل هذه المعلومات في الرام موفرة بذلك مساحة القرص
الصلب .

FAT و FAT 32

الوصف السابق كان
لنظام الذي يستخدمه دوس و وندوز 95 ويسمى هذا النظام FAT = File Allocation Table ،
ولكن مع ظهور وندوز 98 أصبح لدينا نوع جديد من ال FAT يسمى FAT 32 ويقدم هذا النظام
دعماً لأحجام أكبر من 2 جيجابايت للقرص المنطقي الواحد لأنه نظام من عيار 32 بت
ولكن شركة مايكروسوفت ( الشركة الشهيرة التي طورت وندوز ) جعلت 4 من هذه البتات
محجوز لأغراض أخرى لذلك يمكننا القول أن هذا النظام عملياً هو 28 بت وهذا يعني أن
بإمكانه دعم 2 أس 28 من الوحدات ، وعلى هذا الأساس يمكنه دعم أقسام حتى 2 تيرابايت
و حجم أصغر للكلستر .

لاحظ أنه لا يمكن استخدام FAT32
إلا مع وندوز 98
(عربي أو إنجليزي) أو النسخة OSR 2 من وندوز 95 الإنجليزي فقط ، ولا يدعم وندوز 95
العادي هذا النظام ، هذا بالاضافة إلى أن بعض البرامج الخدمية القديمة مثل برامج
إزالة التجزئة الخاصة بوندوز 95 قد لا تعمل مع FAT32 .

حجم القرص المنطقي	حجم الكلستر
أقل من 8 جيجابايت	4 كيلوبايت
8 إلى 16جيجابايت	8 كيلوبايت
16 إلى 32 جيجابايت	16 كيلوبايت
أكبر من 32 جيجابايت	32 كيلوبايت

MBR

عندما نقسم قرص
فيزيائي إلى أقسام منطقية لابد من تحديد بداية ونهاية كل قسم منطقي ، وكتابة هذه
المعلومات في مكان ما من القرص حتى يستطيع نظام التشغيل التعرف عليها كأقسام ، إن
هذه العملية تتم أثناء تقسيم القرص(مثلاً ببرنامج FDISK ) ولا يتم تغيير المعلومات
المكتوبة على هذه المنطقة بعد ذلك .

إن أول قطاع في
بداية كل قسم منطقي يسمى سجل الإقلاع أو boot record تتم كتابة كافة المعلومات
المتعلقة بمكان بداية ونهاية الأقسام المنطقية كما تحدد القرص النشط وهو الذي يجب
أن يوجد فيه نظام التشغيل .

أما سجل الإقلاع
للقسم المنطقي الأساسي فيسمى "سجل الإقلاع الرئيسي " MBR=Master Boot Record يحتوي
على برنامج صغير يخبر الحاسب ماذا يفعل ليبدأ التعامل مع القرص الصلب .

إذا أصاب سجل
الإقلاع الرئيسي عطب ما فإن الحاسب يعطي ريالة خطأ وهي غالباً "non system disk or
disk error" كما يمكن أن يتوقف عن الاستجابة (يعلق) .

ويمكن تمثيل سجلات
الإقلاع بالشكل المقابل ( نفس الشكل الوارد في بداية الصفحة xxxx بعد التعديل ) حيث
تمثل المساحات الصفراء ال MBR )

لا يتم تغيير هذه
المعلومات أبداً أثناء استعمال الحاسب ، لكن بعض الفيروسات قد تلجأ لتوطن هذه
المنطقة حيث ينسخ الفيروس نفسه فيها ، أو قد تستعملها بعض البرامج الخدمية مثل boot
magic" أو "system commander".

الأربعاء 12 سبتمبر 2012, 4:30 am

شكرا

علي الموضوع المميز

والرائع

الأحد 07 أكتوبر 2012, 11:58 pm

اشكرك على الموضوع الرائع
تسلم الايادي
خالص تقديري لك

القرص الصلب من الناحية الوظيفية

القرص الصلب من الناحية الوظيفية

رد: القرص الصلب من الناحية الوظيفية

رد: القرص الصلب من الناحية الوظيفية