logo

logo

logo

logo

logo

التخزين الحاسوبي (تقانة-)

تخزين حاسوبي (تقانه)

Computer storage technology -

 التخزين الحاسوبي

التخزين الحاسوبي

تقانة التخزين الحاسوبي
وحدات التخزين الثانوية
 

تقانة التخزين الحاسوبي

يُتطلب عادة من الحاسوب تنفيذ البرنامج في أقصر وقت ممكن وعلى أكبر كمية من البيانات؛ مما يتطلب سرعة معالجة البيانات واسترجاعها من وسائط التخزين المختلفة ذات القدرة التخزينية المختلفة. يقصد بتقانة التخزين الحاسوبي computer storage technology المعدات والبرامج اللازمة لتخزين البيانات والمعلومات والبرامج واستعادتها. إن الذاكرة الرئيسة main memory -التي تمثل مساحة عمل وتخزين مؤقت للبرنامج الجاري تنفيذه- محدودة في سعتها التخزينية إضافة إلى ارتفاع ثمنها نسبياً. لذلك يلزم وسائط تخزين إضافية رخيصة الثمن كبيرة السعة للاحتفاظ بالمعلومات والبيانات والبرامج بصفة دائمة وبكميات كبيرة. لا تتعامل الحواسيب مباشرة مع هذه الوسائط، بل يُنقل محتواها إلى الذاكرة الرئيسة؛ لتجري معالجته. إن الاستعانة بوسائط تخزين إضافية أو ثانوية auxiliary or secondary storage ترجع إلى الإقبال المتزايد على استخدام الحاسوب في مجالات عديدة؛ مما أنتج برامج كبيرة الحجم ذات قدرات فائقة واحتياجات تخزينية هائلة. ونظراً لمحدودية سعة الذاكرة الرئيسة وارتفاع كلفتها؛ فقد صمم المختصون وسائط تخزين عالية السعة ورخيصة الثمن لتوفير السعة التخزينية المطلوبة، وشاعت تسميتها بوسائط التخزين الثانوية. تتصف هذه الوسائط بسرعة استجابة أبطأ بكثير من 10 إلى 100 مرّة من سرعة الذاكرة الرئيسة، لهذا يقال: إن زمن النفاذ access time (ta)لها أطول. وتستخدم هذه الوسائط في الأغراض التالية:

- وسائط تخزين البيانات الداخلة إلى الحاسوب input data أو الخارجة منه .output data

- وسائط دائمة التخزين أو لفترات طويلة long term data storage.

- وسائط تخزين لحفظ البرامج المصدرية source .code

- وسائط تخزين افتراضية virtual storage تستعمل بوصفها امتداداً للذاكرة الرئيسة.

- وسائط تخزين النسخ الاحتياطية backup للبيانات.

يتألف زمن النفاذ (ta) لجميع وسائط التخزين الثانوية من زمن البحث (ts) seek time عن المعطيات ومن زمن القراءة أو الكتابة read/write time (tr/w).

إذاً يقوم جهاز الحاسوب بتخزين البيانات في موضعين داخل جهاز الحاسوب بناءاً على مدى الاحتياج إليها من قبل وحدة المعالجة، فالبيانات التي تستخدم فورياً من قبل وحدة المعالجة يجري الاحتفاظ بها في وحدة الذاكرة االرئيسة الموجودة على لوحة النظام. أما البيانات التي لا تطلبها وحدة المعالجة فورياً؛ فيجري تخزينها في وحدات التخزين الثانوية للجهاز والتي قد تكون موجودة داخل صندوق وحدة النظام أو خارجه، وترتبط به عن طريق بوابة مناسبة لذلك.

وحدات التخزين الثانوية

1- القرص المرن floppy disk:

يوضع القرص المرن عادة في مشغل (سواقة) القرص المرن floppy disk drive وهو جهاز يثبت في صندوق النظام ويقوم بتخزين البيانات على قرص مرن يبلغ قطره 3.5 بوصات وبإمكان تخزين لا يتعدّى 1.44 ميغابايت، واختفى استخدامه حالياً.

2- القرص الصلب hard disk:

يثبت القرص الصلب عادة في مشغل القرص الصلب hard disk drive، ويتميز هذا الجهاز عن محرك الأقراص المرنة بسرعة قراءة البيانات وكذلك إمكان تخزين كمية كبيرة جداً من البيانات تصل إلى 1 تيرابايت.

3- القرص المدمج (CD) Compact Disk:

يوضع القرص المدمج عادة في مشغل القرص المدمج compact disk drive، ويقوم محرك الأقراص المدمجة بقراءة أقراص مستديرة الشكل أو شبه مستديرة مكونة من مادة عاكسة للضوء، وهي ذات قدرة تخزينية بين 200-750 ميغابايت، وتعتمد هذه التقنية على أشعة الليزر في القراءة والكتابة على القرص، وعند الكتابة تحدث حرارة الليزر المصطدم بسطح القرص نقاطاً أو ثقوباً متناهية الصغر تمثل البيانات. كما يُسلط عند القراءة شعاع ليزري ضعيف على القرص، ويجري تمييز البيانات 0 و1 بحسب الأشعة المرتدة من القرص (الشكل1).

الشكل (1) القرص المدمج وعملية القراءة والكتابة.

هناك نوعان من محركات الأقراص المدمجة؛ يقرأ الأول الأقراص، ولا يسمح بالكتابة عليها (وهو نوع ذاكرة القراءة فقط Read Only Memory (ROM)، وهذا النوع يسمى قارئ الأقراص المدمجة فقط CD-ROM. ويقرأ الثاني الأقراص، ويسمح بالكتابة عليها (ويوصف ذاكرة قراءة وكتابة Read-Write Memory (RWM)، وهذا النوع يسمى بكاتب الأقراص المدمجة وقارئها CD-Writer.

أما الأقراص المستخدمة للكتابة عليها فهي نوعان: أقراص تسمح بالكتابة مرّة واحدة (CD-R) recordable، وأقراص تسمح بالكتابة عدة مرات وتسمى rewritable (CD-RW).

4- وحدة القرص الرقمي العام Digital Versatile :Disk (DVD)

تُعرف أيضاً هذه الوحدة بوحدة قرص الفيديو الرقمي digital video، يوضع قرص الفيديو الرقمي العام عادة في مشغل القرص الرقمي DVD drive، وهو شبيه بالأقراص المدمجة، ويستخدم تقنية جديدة للتخزين أدت إلى زيادة في السعة التخزينية أكبر بكثير من القرص المدمج، ويستخدم غالباً لتسجيل الفيديو، كما يستخدم أيضاً في أجهزة الألعاب الحاسوبية، وتصل سعته التخزينية إلى 17 غيغابايت.

وعلى نحو مماثل للأقراص المدمجة، يُلفى نوعان من محركات الأقراص الرقميّة العامة؛ يقرأ النوع الأول الأقراص، ولا يسمح بالكتابة عليها، وهذا النوع يسمى قارئ أقراص الفيديو الرقمي (DVD-ROM). ويقرأ النوع الثاني الأقراص، ويسمح بالكتابة عليها، وهذا النوع يسمى بكاتب أقراص الفيديو الرقمي DVD-Writer.

أما الأقراص المستخدمة للكتابة عليها فهي نوعان :أقراص تسمح بالكتابة مرّة واحدة، وتسمى (DVD-R)-recordable، وأقراص تسمح بالكتابة عدة مرات، وتسمى (DVD-RW) rewritable.

5- وحدة الشريط الممغنط magnetic tape:

الشريط الممغنط شبيه بشريط التسجيل الاعتيادي، وهو شريط معدنيّ أو بلاستيكيّ (لدائني) مقوى ومغطى بمادة قابلة للمغنطة حيث ينقسم الشريط إلى قنوات طولية عددها ثمانية مسارات تُسجَّل البيانات عليها، ويستخدم غالباً لعمل النسخ الاحتياطية للبيانات. تكون أغلب محركات الأشرطة الممغنطة خارجية، وتوصل بالحاسوب. وهناك أيضاً أنواع داخلية. وتختلف الأشرطة الممغنطة من حيث سعة التخزين والشكل الخارجي، وتصل سعتها التخزينية إلى أكثر من 400 غيغابايت. يُعدّ الشريط الممغنط الأنسب والأقل ثمناً بالنسبة إلى عمليات التخزين الاحتياطي، ولا يُستخدم في التخزين العادي لبطئه الناجم عن الوصول التسلسلي لأي معلومة مخزنة على الشريط، حيث يجري البحث عنها بدءاً من أول الشريط حتى الوصول إليها.

يثبت الشريط عادة في مشغل الأشرطة tape driveالذي يتكون في العادة كما هو مبين في الشكل (2) من بكرتين: واحدة للشريط، والأخرى لاستقبال الشريط؛ ووحدة قراءة وكتابة لها رأس للقراءة والكتابة، ومجموعة من الوحدات الميكانيكية لتحريك الشريط، ووحدة تحكم محلية للإشراف على عمليات القراءة والكتابة وتحريك الشريط للأمام أو الخلف.

الشكل (2) وحدة الشريط الممغنط.

تعتمد سعة التخزين (كمية البيانات المخزنة في الشريط المغنطيسي) على عدة عوامل، أهمها:

- طول الشريط، وعادة ما يقاس طول الشريط بالقدم حيث يصل طول الشريط إلى 2400 قدم أو أكثر من ذلك.

- كثافة التخزين، ويقصد بها عدد الرموز التي يمكن تخزينها في البوصة الواحدة Character Per Inch (CPI). وتتوفر أشرطة بكثافة تخزين 80 حرفاً في البوصة الواحدة و160 حرفاً في البوصة الواحدة.

يقسم الشريط إلى ثلاث مناطق:

- منطقة الذيل، وعادة لا تكون مغطاة بمادة قابلة للمغنطة، وتستخدم لتثبيت الشريط على البكرة وتكون هذه المنطقة في بداية الشريط وفي نهايته.

- منطقة المقدمة، وهي جزء من الشريط تستخدم لحفظ معلومات عامة عن اسم الشركة أو المؤسسة ونوع البيانات المخزنة على الشريط وتاريخ تسجيل البيانات.

- منطقة البيانات، وهي المنطقة المخصصة لتسجيل البيانات.

ثمّة عدة تقنيات للأشرطة الممغنطة تختلف فيما بينها بالسعة التخزينية وسرعة النفاذ والكلفة، منها: الشريط الخطي المفتوح Linear Tape Open (LTO) والشريط الخطي الرقمي Digital Linear Tape (DLT) والشريط الذكي المتقدم Advanced Intelligent Tape (AIT). لاقت التقنية الأخيرة قبولاً كبيراً في الأسواق في السنوات الأخيرة بسبب السعة التخزينية الكبيرة والسرعة العالية في النفاذ إلى البيانات وانخفاض الكلفة المادية.

6- الذاكرة الوميضة flash memory:

هو جهاز تخزين إلكتروني صغير الحجم يقوم بتخزين البيانات والأفلام والأغاني على شريحة بداخله تسمى بشريحة الذاكرة، ويعمل كقرص تخزين قابل للإزالة. ويجري توصيله مباشرة بمنفذ ناقل تسلسلي عام (USB) Universal Serial Bus كما هو مبين في الشكل (3)، وتصل سعة التخزين فيه إلى 32 غيغابايت وأكثر.

الشكل (3) ذاكرة وميضة.

7- أقراص الحالة الصلبة Solid State Disk (SSD):

تستخدم أقراص الحالة الصلبة أو الثابتة ذاكرة وميضة flash memory، وهي أكثر انتشاراً؛ أو ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية Dynamic Random-Access Memory (DRAM) للتخزين بدلاً من الأقراص المغنطيسية؛ ومن ثمّ هي أسرع منها لعدم الحاجة إلى تحويل البيانات من بيانات مغنطيسية إلى بيانات كهربائية أو العكس، ولا تُلفى بها أجزاء ميكانيكية، فلا يضيع وقت طويل لكتابة البيانات أو قراءتها.

8- جهاز الأقراص الضوئية-المغنطيسية Magneto - Optical disk (MO):

يستعمل جهاز القرص الضوئي-المغنطيسي MO أشعة ضوئية ليزرية لتعزيز إمكانات القرص المغنطيسي التقليدي، وتظل تقانة التسجيل مغنطيسية. أما عملية القراءة فهي ضوئية كلياً. الميزة الأساسية لهذه الأقراص عمرها الأطول بالمقارنة مع الأقراص الضوئية كما تتميز أقراص MO بكلفتها المتدنية بالمقارنة مع الأقراص المغنطيسية.

9- مشغل أقراص Zip:

يمكن تركيب مشغل أقراص Zip في الحاسوب؛ ومن ثم يكون بالإمكان بعد ذلك إدخال أقراص Zip في هذا المشغل. إن أهم ما يميز هذه المشغلات هو أنه يمكنك إخراج أحد الأقراص ووضع آخر غيره بالطريقة ذاتها التي يمكن بوساطتها وضع أقراص مرنة مختلفة في مشغل الأقراص المرنة. وتُستخدم هذه الأقراص بكثرة في تخزين النسخ الاحتياطية من البيانات وتبادل البيانات بين الحواسيب غير المتصلة بشبكة اتصال. تكون عادة سرعة هذه الأقراص أبطأ من سرعة الأقراص الصلبة العادية، وتراوح سعتها التخزينية بين 100 و 250 ميغابايت.

10- مشغل أقراص Jaz:

تتشابه أقراص Jaz من حيث التصميم مع أقراص Zip. يكمن الاختلاف الرئيسي بينهما في أن أقراص Jaz يمكنها تخزين قدر أكبر من البيانات. ولكنها تختلف عن تلك المستخدمة في أي مشغل Zip. ولذلك لا يمكن استخدام قرص Zip في مشغل Jaz أو قرص Jaz في محرك Zip. وسرعتها أبطأ من الأقراص الصلبة العادية، واستخدمت لتخزين النسخ الاحتياطية. تراوح سعتها التخزينية نحو 2 غيغابايت.

11- شبكات تخزين مناطقية Storage Area Network (SAN):

هي شبكات تخزين مستقلة عالية السرعة تحتوي على وسائط التخزين المشتركة فقط (مجموعة الأقراص الصلبة والأشرطة الممغنطة) وتعمل بطريقة تجعل هذه الوسائط متاحة لكل المخدمات الموجودة في الشبكات المحلية (LAN) Local Area Networks والشبكات الواسعة النطاق Wide Area Network (WAN) كما هو مبين في الشكل (4).

الشكل (4) شبكات مناطق التخزين SAN.

يؤدي ذلك إلى رفع أداء الشبكة الكلية؛ لأن المخدمات المذكورة تهتم فقط بالتطبيقات التي تهم المستخدم، وتتحرر من مهام تخزين المعطيات وإدارتها. يتعامل كل مخدم مع المعطيات المخزنة في SAN بسرعة قراءة وكتابة كما لو كانت المعطيات موجودة في أحد أقراصه الداخلية، ويجري التخاطب مع هذه الشبكة بوساطة بروتوكولات خاصة.

تُعرِّف رابطة صناعة شبكة التخزين Storage Network Industry Association (SNIA) شبكةَ منطقة التخزين بأنها شبكة غايتها الأساسية نقل البيانات بين النظم الحاسوبية وعناصر التخزين. تتألف وحدة SAN من بنية اتصالات توفر وصلات فيزيائية، ومن طبقة إدارة تنظم الوصلات، وعناصر تخزين وأنظمة حاسوبية بحيث يكون نقل البيانات آمناً وموثوقاً. يمكن تعريف تقنية SAN تعريفاً أبسط بوصفها شبكة متخصصة عالية السرعة تربط المخدمات بوسائط التخزين، وهي تلغي الوصلة التقليدية المخصصة بين المخدم والتخزين، وتلغي مفهوم امتلاك المخدم لأجهزة التخزين وإدارتها. كما أنها تلغي القيد المفروض على حجم البيانات التي يمكن لمخدم ما الوصول إليها. وبالمقابل فإن تقنية SAN توفر مرونة في التشبيك تمكن مخدماً أو عدة مخدمات غير متجانسة من التشارك في أداة تخزين عامة قد تحوي عدة أجهزة تخزين مثل الأقراص الصلبة والأشرطة المغنطيسية والأقراص الضوئية؛ ويمكن وضع وحدة التخزين في مكان بعيد عن المخدمات التي تستخدمها. تفيد تقنية SAN في تجاوز مشاكل الشبكة التقليدية، فهي تسهِّل نقل البيانات المباشر والسريع بين المخدمات وأجهزة التخزين باستعمال الطرائق الثلاث التالية:

  • مخدم إلى تخزين: هو الشكل التقليدي للربط والتفاعل مع أجهزة التخزين. ميزة هذه الطريقة أنه يمكن الوصول إلى جهاز التخزين تسلسلياً أو على التوازي من قبل عدة مخدمات.
  • مخدم إلى مخدم: يمكن استعمال وحدة SAN للاتصال بين المخدمات بسرعات عالية وبحجوم نقل ضخمة.
  • تخزين إلى تخزين: تسمح هذه الطريقة الخارجية بنقل البيانات من دون تدخل المخدم؛ مما يحرر معالجات المخدم، ويتركه لمهام أخرى. مثال على ذلك أن يقوم جهاز أقراص بحفظ بياناته على جهاز أشرطة مغنطيسية من دون تدخل المخدم.

    تَستعمل وحدة SAN مبدلات خاصة لربط تجهيزاتها، وهي تبدو كمبدلات إثرنت شبكية عادية، وتسمح للأجهزة بالتواصل فيما بينها على شبكة منفصلة عن الشبكة الحاسوبية. يوفر هذا العديدَ من الميزات؛ فمثلاً يمكن إجراء الحفظ الاحتياطي للبيانات من دون إشغال الشبكات بنقل حجوم من البيانات عليها.

    من التقانات المستخدمة لربط تجهيزات شبكة منطقة التخزين SAN تقنية تستعمل الألياف الضوئية fibre optics التي تمكِّن من التخاطب بسرعات عالية تصل حتى 10 غيغابايت في الثانية (أي أسرع من تقنية ترابط منظومات الحواسيب الصغيرة Small Computer System Interface (SCSI) كما توفر ربطاً لمسافات بعيدة (حتى حدود عشرة كيلومترات)؛ مما يسمح بوضع أجهزة التخزين في أماكن آمنة ومناسبة للتخزين.

    12- تخزين مرتبط بالشبكة Network Attached Storage (NAS):

    هو مخدم موجود على شبكة محلية، مهمته محددة بتخزين الملفات وتوفير التشارك عليها، حيث يمكِّن مستخدمي الشبكة من التعامل مع البيانات بوساطة توابع التعامل مع الملفات (قراءة، كتابة، إغلاق،.....). يجري التخاطب مع هذا المخدم ببروتوكول نظام الملفات الشبكي.

    التخزين المرتبط بالشبكة NAS هو تقنية تخزين بيانات تستخدم تجهيزات خاصة مرتبطة مباشرة مع الشبكة. يُسند إلى هذه التجهيزات عنوان بروتوكول إنترنت (IP) Internet Protocol address يسمح للزبائن بالوصول إليها عن طريق مخدم يعمل كبوابة gateway إلى البيانات، أو يسمح في بعض الحالات للزبائن بالوصول مباشرةً إلى التجهيزات من دون وسيط. تعمل تقنية NAS كمخدم ملفات، وهي مخصصة لهذا العمل بفضل عتادها وبرمجياتها، وغالباً ما يجري تصنيعها كجهاز حاسوبي مبني بناء كاملاً لتخزين الملفات وتخديمها، وليس كحاسوب مخصص لغايات عامة. يوفر التخزين المرتبط بالشبكة سرعة وصول أعلى إلى البيانات وسهولة إدارة وإعداد إذا ما قورن بمخدم الملفاتFile server. إن أنظمة NAS هي أجهزة شبكية تحوي سواقة أقراص واحدة أو أكثر، غالباً ما يجري ترتيبها ضمن حاويات تخزين متكررة أو صفيفات الأقراص الصلبة المستقلة Redundant Array of Independent Disks (RAID). وهي تعفي مخدمات الشبكة الأخرى من مهمة تخديم الملفات؛ مما يحسن في أدائها، كما أنها توفر خدمة مركزية لتخزين الملفات في بيئة متعددة المخدمات، وتعمل بنظم تشغيل مختلفة من حيث إدارة البيانات وإجراء الحفظ الاحتياطي لها وحمايتها. كما توفر الوصول إلى الملفات بالاستفادة من بروتوكولات مشاركة الملفات على الشبكة مثل بروتوكول كتلة رسائل المخدم/نظام ملفات الإنترنت المشترك Server Message Block/Common Internet File System (SMB/CIFS) المستخدم في نظام التشغيل ويندوز، وبروتوكول الشبكات Apple Filing Protocol (AFP) المستخدم في نظام التشغيل ماكنتوش، وبروتوكول NetWare Core Protocol (NCP) المستخدم في نظام التشغيل نتوير Netware.

    الهدف الرئيسي من التقنيتين السابقتين هو إلغاء الاتصال المباشر بين المخدمات ووسائط التخزين؛ مما يوفر زيادة كبيرة في حجم وسائط التخزين وتَشارُكَ عدة مخدمات على وسائط التخزين هذه. تكمِّل هاتان التقنيتان إحداهما الأخرى لتوفير الوصول إلى الأنماط المختلفة من المعطيات كما هو مبين في الجدول (1).

    الجدول (1) مقارنة بين تقنيتي تخزين NAS و SAN:

    SAN

    NAS

    الاستعمالات

    • تطبيقات النسخ الاحتياطي.
    • الحماية من الكوارث.
    • تطبيقات قواعد المعطيات المعتمدة على المناقلات.
    • التشارك بالملفات.
    • نقل كتل ملفات صغيرة الحجم لمسافات بعيدة.
    • قواعد المعطيات صغيرة الحجم نسبياً.

    المزايا

    • درجة متاحية عالية للبيانات.
    • نقل موثوق للمعطيات.
    • تقليل الضغط على الشبكة الرئيسية.
    • مرونة في التعامل وأداء عالٍ.
    • قابليّة عالية للتوسع.
    • إدارة مركزية.
    • سهولة في التصميم والتنفيذ.
    • سهولة إضافة موارد تخزين جديدة.
    • تسمح بتشارك الملفات بين أنظمة تشغيل مختلفة.

    13- نظام تخزين الربط المباشر Direct Attached Storage (DAS):

    في هذا النظام توصل وسائط التخزين مباشرة بالمخدم، وليس عن طريق الشبكة؛ لذلك فإن جميع مستخدمي الشبكة يقومون بالنفاذ إلى المخدم للنفاذ إلى البيانات الموجودة على هذه الوسائط. تُعدّ هذه التقنية غير مكلفة ومثالية للشركات الصغيرة وتوفر سهولة في إدارة المعطيات المخزنة. لكن إذا خرج مخدم عن العمل؛ فهذا يعني أن البيانات المخزنة على المخدم لم تَعُدْ متوفرة.

    محمد مازن المحايري

    مراجع للاستزادة:

    - حسام عابد، مجلة المعلوماتية، العدد رقم 81، شهر 11، عام 2012.

    - عبد الله عيسى، مجلة المعلوماتية، العدد رقم 52 ، شهر 6، عام 2010.

    - EMC Education Services, Information Storage and Management: Storing, Managing, and Protecting Digital Information: Storage Technology, John Wiley & Sons 2009.

    - B. Jacob, et al., Memory Systems: Cache, DRAM, Disk. Boston: Morgan Kaufmann, 2008.

    - A. Radding, Small Disks, Big Specs. Storage Magazine, September 2008.

    - T. Vecchi, D. Gatti, Memory as Prediction: From Looking Back to Looking Forward The MIT Press 2020.

     


التصنيف : كهرباء وحاسوب
النوع : كهرباء وحاسوب
المجلد: المجلد السابع
رقم الصفحة ضمن المجلد :
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 1051
الكل : 58492625
اليوم : 65139

أثر باشن ـ باخ

تقع المدرسة الأحمدية في حي الجلوم الكبرى في زقاق بني الجلبي، "جادة عبد الله سلام" حالياً أمام باب جامع البهرمية الشرقي في حلب، منطقة عقارية (7) محضر (3064). أنشأها أحمد أفندي بن طه زادة الشهير بالجلبي سنة 1165هـ/1751م وفقاً للكتابات الموجودة فوق بابيها (الخارجي والداخلي) وفوق باب القبلية.

المزيد »