المعلوماتية > عام
وسائط تخزين البيانات
تسمى الأجزاء الفيزيائية أوالعتاد الذي تخزن داخله المعلومات "وسائط التخزين"، أما مجموعة العتاد الذي يقوم بالكتابة أو القراءة من هذه الوسائط فتسمى "أجهزة التخزين".
هناك أربعة أنواع من التخزين:
التخزين الرئيسي: يعرف أيضاً بـالذاكرة الرئيسة، والتي تتميز باتصالها المباشر أو غير المباشر بوحدة المعالجة المركزية (CPU) في جهاز الحاسوب عن طريق ناقل الذاكرة أي تقرأ وحدة المعالجة التعليمات المخزنة منها وتقوم بتنفيذها. وهي تشمل ثلاثة أنواع: الذاكرة من نوع RAM، الذاكرة من نوع ROM والذاكرة المخبئية (Cache).
*ماهي ذاكرة التخزين “ROM” و"RAM"؟
الذاكرة من نوع ROM هي ذاكرة القراءة فقط، والأحرف “ROM” اختصار لـ"Read-Only Memory"، بحيث يستطيع المعالج قراءة البيانات المخزنة فيها دون إمكانية التعديل عليها لذلك سميت بذاكرة «القراءة فقط» ( تسمى عملية تخزين بيانات جديدة بالـ"write"، وعملية استرجاع البيانات المخزنة في الذاكرة بالـ"read"). كما أن محتويات هذه الذاكرة ثابتة ولا تُفقد عند انقطاع التيار الكهربائي عن جهاز الكومبيوتر.
تحتوي ذاكرة الـ“ROM” في أجهزة الكومبيوتر المكتبية والمحمولة على برامج صغيرة الحجم تسمى فيرموير (firmware) أو برامج ثابتة، وهي عبارة عن برامج تخزن في شكل دارات صغيرة مثل دارة البيوس (BIOS chip) وتحتوي مجموعة تعليمات يستعملها الحاسب لتشغيل العتاد.[01]
أما الذاكرة من نوع “RAM” وهي اختصار لـ”Random Access Memory" فهي ذاكرة الوصول العشوائي ، وسميت بذلك لأنها مقسمة إلى خلايا، ولكل خلية عنوان، ويمكن الوصول إلى أي خلية عند الحاجة إليها بحسب عنوانها في الذاكرة دون استخدام الترتيب التسلسلي. تعتبر الـ“RAM” ذاكرة المعالج الحيوية التي تعمل طوال فترة تشغيل الكومبيوتر إلا أنه يتم فقدان البيانات المخزنة فيها عند انقطاع التيار الكهربائي عن جهاز الكومبيوتر لذلك تسمى بالذاكرة المؤقتة.
تنقسم الذاكرة من نوع “RAM إلى قسمين:
الذاكرة SRAM: اختصار لـ (Static Random Access Memory) التي تعني ذاكرة القراءة العشوائية الثابتة، وتتميز بالخصائص التالية:
سريعة.
باهظة الثمن.
تستهلك الكثير من الطاقة.
الذاكرة DRAM: اختصار لـ Dynamic Random Access Memory، أي الذاكرة القراءة العشوائية الديناميكية، وتتميز بـأنها:
أبطأ من نظيرتها.
رخيصة الثمن.
تستهلك طاقة أكثر من نظيرتها.
بالعودة بالزمن إلى الوراء، إلى ثمانينيات القرن الماضي وأجهزة الكومبيوتر المستخدمة آنذاك، نجد أن جهاز الكومبيوتر كان يحتوي مثلاً على 4 كيلوبايت من ذاكرة التخزين ROM و1 كيلوبايت من ذاكرة التخزين RAM فقط. لكن لن نتفاجأ اليوم عندما نجد أن أجهزة الكومبيوتر توفر المئات من الجيجابايت من مساحة التخزين بالإضافة إلى تطوّر وسائط التخزين الخارجية باستمرار.
* الذاكرة المخبئية (CPU Cache): هي مساحة صغيرة من الذاكرة تقع على المعالج وهي أسرع أنواع الذواكر الموجودة، معظم الحواسيب الحالية تحتوي على ذاكرة مخبئية من نوع L2 أو L3 أما الحواسيب القديمة فقد احتوت على ذاكرة مخبئية من نوع L1.
التخزين الثانوي: وهو غير متصل بالمعالج، ويشمل هذا النوع الأقراص الصلبة التي تعتبر أهم وأكبر وسائط التخزين في الحاسب فيمكنها تخزين ما بين 160 غيغابايت و2 تيرابايت من المعلومات. ويوجد منها الداخلية والخارجية، تتميز الداخلية بأنها سريعة القراءة وغير مكلفة غبر أنها كبيرة وغير قابلة للحمل. أما الخارجية فهي أقراص صغيرة وبالتالي سهلة الحمل أثناء التنقل لكنها أكثر كلفة من سابقتها وأبطأ في قراءة البيانات.
القرص الخارجي (على اليمين) والقرص الداخلي (على اليسار).
التخزين من الدرجة الثالثة: هو عبارة عن نظام تخزين حاسوبي عادةً مايكون بطيئاً ويستعمل من أجل أرشفة نسخ احتياطية للمعلومات التي لا تتم قراءتها بشكل متكرر. يعتبر هذا النوع من التخزين عملياً في حالات تخزين البيانات ذات الحجم الكبير. يشمل هذا النوع: الأشرطة الممغنطة والأقراص الضوئية.
الأشرطة الممغنطة: تشبه أشرطة الموسيقى وهي عبارة عن أشرطة بلاستيكية مطلية بمادة ممغنطة حيث يمكن للمعلومات أن تشفر عليها. وهي تعتبر حلاً غير مكلف لتخزين البيانات، إلا أنها بطيئة السرعة في القراءة والكتابة.
الأقراص الضوئية (Optical Discs): وتشمل وسائط التخزين التي تخزن المعلومات بشكل رقمي وتقرأ منها المعلومات باستخدام أشعة الليزر. تشمل الأقراص الضوئية: أقراص البلوراي (Blu-Ray)، الأقراص المدمجة (CD) والديفيدي (DVD). وفيما يلي نستعرض أهم خصائصها؛
♦ أقراص البلوراي (Blu-ray): تتميز بسعة تخزين قدرها 50 غيغابايت وسرعة كتابة/قراءة تبلغ 36ميغابيات/ثانية، من الأمثلة عليها: BD-R وBD-RE
♦ الأقراص المدمجة (Compact Disc): تتميز بسعة تخزين 700 ميغابايت وسرعة كتابة/قراءة تبلغ 1200 كيلوبايت/ثانية، ومن الأمثلة عليها: CD-ROM، CD-R، CD-RW.
♦ أقراص الديفيدي (DVD): تتميز بسعة تخزين تتراوح بين 4.7غيغابايت~17غيغابايت وسرعة كتابة/قراءة تبلغ 10.5~36ميغابيات/ثانية، من الأمثلة عليها: DVD-ROM،DVD-RAM، DVD+R/+RW، DVD-R/+RW..
التخزين المعزول أو القابل للإزالة (removable storage): هو التخزين على وسائط لا تخضع لتحكم المعالج، ويتطلب تشغيلها وجود شخص ما حتى يتمكن الحاسب من الوصول إليها. من أهم الأمثلة عنها:
الأقراص المرنة (Floppy disk): عبارة عن قرص مغناطيسي محمول، يتميز بسرعة قراءة أقل من سرعة القرص الصلب وسعة تخزين صغيرة وذو سعر منخفض. يستطيع تخزين بيانات تصل سعتها لـ 1.44 ميغابايت، ويوجد منه نوعان: قرص 5.15 إنش وقرص 3.5 إنش.
قرص 5 وربع إنش (على اليسار) وقرص 3 ونصف إنش (على اليمين)
أقراص زيب (Zip diskette): هي وسائط تخزين طورت من طرف شركة لوميغا (Lomega) وتعمل تماماً مثل أقراص 1.44 ميغابايت المعروفة، تستطيع أن تحمل 100 ميغابايت من البيانات أو 250ميغابايت في النسخ الجديدة، إلا أنها الآن وبسبب سعتها الصغيرة جداً فقد أُهمل استعمالها واستبدلت بوسائط أخرى.
وحدة الذاكرة الوميضية (USB flash drive): عبارة عن بطاقة ذاكرة وميضية صغيرة محمولة توصل بجهاز الحاسب عن طريق منفذ USB وتعمل كقرص صلب محمول. تتواجد بسعات: 256ميغابايت، 512ميغابايت، 1غيغابايت، 5غيغابايت و16غيغابايت. وتعتبر هذه الذاكرة أسهل طريقة لنقل وتخزين المعلومات.
بطاقة الذاكرة (Memory card): عبارة عن بطاقة ذاكرة وميضية تستعمل في الأجهزة الإلكترونية مثل: الكاميرا الرقمية، مشغلات mp3، الهواتف الذكية... ويتم قراءة البيانات منها عبر وصل الجهاز الذي يحتوي على البطاقة بالحاسب أو عن طريق قارئ بطاقات الذاكرة. من بين الأنواع الموجودة: بطاقات SD، بطاقات miniSD ،Compact flash.
الآن وقد تعرفنا على أنواع وسائط التخزين في الحاسب، دعونا نتعرف على التقنيات المستعملة في التخزين.
يُستخدم حالياً نوعان من تقنيات التخزين، هما التخزين المغناطيسي والتخزين الضوئي.
١- التخزين المغناطيسي:
أبرز الأمثلة على التخزين المغناطيسي هي القرص الصلب والأقراص المرنة الآيلة إلى الزوال والأشرطة المغناطيسية التي استخدمت سابقاً.
يتكون القرص الصلب من مسارات دائرية متحدة المركز ومغطاة بطبقة رقيقة من مادة المغناطيس. تُخزّن البيانات على شكل أنماط مغناطيسية ويتم استرجاعها من خلال دوران القرص تحت رأس القراءة/ الكتابة دون ملامسة القرص لأنه لو لامسه سيتسبب بتلفه.
٢- أجهزة التخزين الضوئية:
الأقراص الرقمية المضغوطة “CDs” التي تستخدم الليزر لتخزين البيانات على فجوات “pits” على المسارات الحلزونية التي تتحرك من مركز القرص إلى حوافه، ويُغطى بطبقة شفافة للحماية. للوصول إلى البيانات المخزنة على القرص تستخدم أشعة الليزر التي يتم تركيزها على المسار الذي يحتوي على البيانات بينما يدور القرص. كما أن الأقراص الرقمية متعددة الاستخدامات “DVDs” تخزن البيانات بالطريقة نفسها إلا أن قدرتها التخزينية تصل إلى 17 جيجابايت.
واستمرت التطورات في مجال التخزين الضوئي فظهرت أقراص “Blu-Ray” التي تصل قدرتها التخزينية إلى 50 جيجابايت، والأقراص الضوئية ثلاثية الأبعاد “Holographics” التي تستخدم طريقة مختلفة في تخزين البيانات وقراءتها.
٣- أجهزة تخزين الحالة الثابتة (SSDs):
يعبر مصطلح «الحالة الصلبة» المرتبط بالذاكرة عن المواد المستخدمة في صناعة هذا القرص وهي أنصاف النواقل مثل السيليكون، وللدلالة على عدم وجود أجزاء متحركة.
من أهم ميزات هذا النوع من التخزين هو أنه أقل عرضةً للأعطال الميكانيكية، وأكثر مقاومة للصدمات، وتكون عملية تخزين واسترجاع البيانات أسرع وأقل استهلاك للطاقة.
تتكون هذه الأجهزة، والتي من أمثلتها محرك الأقراص “USB Flash Memory” وبطاقات الذاكرة الموجودة في مشغلات الموسيقى والهواتف المحمولة، من مجموعة من خلايا الذاكرة تكتب فيها البيانات وتُسترجع منها أيضاً. هناك نوعان من هذه الخلايا: خلايا المستوى الأحادي “Single-Level cells” التي تُخزّن بت واحد فقط في كل خلية، والخلايا متعددة المستويات “Multi-Level cells” التي تخزن أكثر من بت في خلية واحدة. يذكر أن ذواكر الكومبيوتر الأساسية ROM”و”RAM” أيضاً هي من وسائط الحالة الصلبة.
أجهزة تخزين أخرى:
البطاقة المثقبة (Punch card): وهي وسيط تخزين قديم كان يستخدم في أجهزة الحاسب القديمة، تعرف أيضا باسم: بطاقة Hollerith، وهي عبارة عن صفيحة معدنية تحتوي على ثقوب تمثل البيانات المخزنة.
2. التخزين السحابي (Cloud storage): أي تخزن المعلومات ويمكن الدخول إليها من عدة مصادر متعددة موزعة في الشبكة ومتصلة فيما بينها. من الأمثلة عليها: خدمة غوغل درايف السحابية ودروب بوكس.[01]
للمزيد عن التخزين السحابي، اقرأ سلسلة مقالاتنا عن الحوسبة السحابية هنا .
3. مصفوفة الأقراص المستقلة (Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks): هي نوع من مشغلات الأقراص التي تستعمل مشغلين أو أكثر معاً لتخفيض احتمالية الخلل واالحصول على أداء أفضل. تستعمل غالباً في المخدمات وعموماً هي ليست مهمة للحواسيب الشخصية.
المصادر:
Communication and information technologies، Hall Walton، Keynes Milton، Block1: Storing and sharing، p53-62
[01] The basics:
[02] How does the OS find the data on a disk:
[03] Types of storage devices:
[04] Punch card