قطاع القرص

الموسوعة الحرة

الشكل 1: هياكل القرص:
  ( أ ) المسار
  ( ب ) القطاع الهندسي
  ( ج ) قطاع القرص
  ( د ) المجموعة

في تخزين الأقراص الحاسوبية ، القطاع هو قسم فرعي من مسار على قرص مغناطيسي أو قرص ضوئي . بالنسبة لمعظم الأقراص، يخزن كل قطاع كمية ثابتة من البيانات التي يمكن للمستخدم الوصول إليها، تقليديًا 512 بايت لمحركات الأقراص الصلبة (HDDs)، و2048 بايت لأقراص CD-ROM وأقراص DVD-ROM وأقراص BD-ROM . [1] تستخدم محركات الأقراص الصلبة وأقراص SSD الأحدث قطاعات بحجم 4096 بايت (4  كيلوبايت )، والتي تُعرف باسم التنسيق المتقدم (AF).

القطاع هو الحد الأدنى لوحدة التخزين في القرص الصلب. [2] تم تصميم معظم مخططات تقسيم القرص بحيث تشغل الملفات عددًا صحيحًا من القطاعات بغض النظر عن الحجم الفعلي للملف. الملفات التي لا تشغل قطاعًا كاملاً سيكون باقي قطاعها الأخير مملوءًا بالأصفار. في الممارسة العملية، تعمل أنظمة التشغيل عادةً على كتل من البيانات ، والتي قد تمتد عبر قطاعات متعددة. [3]

من الناحية الهندسية، تعني كلمة القطاع جزءًا من القرص بين مركز ونصف قطرين وقوس مقابل (انظر الشكل 1، البند ب)، والذي يكون على شكل شريحة فطيرة. وبالتالي، يشير قطاع القرص (الشكل 1، البند ج) إلى تقاطع المسار والقطاع الهندسي .

في محركات الأقراص الحديثة، يتكون كل قطاع مادي من جزأين أساسيين، منطقة رأس القطاع (تسمى عادةً "ID") ومنطقة البيانات. يحتوي رأس القطاع على المعلومات التي يستخدمها المحرك ووحدة التحكم؛ تتضمن هذه المعلومات بايتات المزامنة، وتعريف العنوان ، وعلم الخلل، ومعلومات اكتشاف الأخطاء وتصحيحها. قد يتضمن الرأس أيضًا عنوانًا بديلًا لاستخدامه إذا كانت منطقة البيانات غير موثوقة. يتم استخدام تعريف العنوان لضمان وضع آليات المحرك لرأس القراءة/الكتابة فوق الموقع الصحيح. تحتوي منطقة البيانات على بايتات المزامنة، وبيانات المستخدم، ورمز تصحيح الأخطاء (ECC) المستخدم للتحقق من الأخطاء التي ربما تم إدخالها في البيانات وتصحيحها.

تاريخ

كان أول محرك أقراص، وهو جهاز تخزين الأقراص IBM 350 عام 1957 ، يحتوي على عشرة قطاعات مكونة من 100 حرف لكل مسار؛ وكان كل حرف يتكون من ستة بتات ويتضمن بت تكافؤ. وكان عدد القطاعات لكل مسار متطابقًا على جميع أسطح التسجيل. ولم يكن هناك حقل معرف مسجل (ID) مرتبط بكل قطاع. [4]

قدم جهاز تخزين القرص IBM 1301 لعام 1961 قطاعات بطول متغير، [ متنازع عليه (لأن: الأدبيات لا تستخدم مصطلح القطاع للكتل ذات الطول المتغير) - ناقش ] أطلق عليها IBM اسم السجلات أو السجلات المادية ، وأضاف إلى كل سجل حقل عنوان سجل منفصل عن البيانات الموجودة في السجل. [5] [6] تحتوي جميع محركات الأقراص الحديثة على حقول عنوان القطاع، تسمى حقول المعرف، منفصلة عن البيانات الموجودة في القطاع.

في عام 1961 أيضًا، قدمت شركة براينت مع سلسلتها 4000 مفهوم التسجيل المقسم (ZBR) والذي سمح لعدد القطاعات لكل مسار بالتغير كدالة لقطر المسار - فهناك قطاعات أكثر على المسار الخارجي مقارنة بالمسار الداخلي. [7] في أواخر الثمانينيات، تم استخدام ZBR مرة أخرى في محركات الأقراص التي أعلنت عنها Imprimis و Quantum [8] وبحلول عام 1997 كان استخدامه في الصناعة منتشرًا في كل مكان. [9]

استخدمت محركات الأقراص وأجهزة DASD الأخرى التي تم الإعلان عنها مع نظام IBM System/360 في عام 1964 قطاعات متغيرة الطول بتنسيق ذاتي، [ متنازع عليه (لأن: الأدبيات لا تستخدم مصطلح القطاع للكتل ذات الطول المتغير) - ناقش ] أطلقت عليها IBM اسم السجلات أو السجلات المادية . لقد اكتشفوا الأخطاء في جميع حقول سجلاتهم باستخدام فحص التكرار الدوري (CRC) الذي يحل محل اكتشاف التكافؤ لكل حرف للأجيال السابقة. تحتوي سجلات IBM المادية هذه على ثلاثة أجزاء أساسية، حقل Count الذي يعمل كحقل ID، وحقل Key اختياري للمساعدة في البحث عن البيانات وحقل Data؛ في الممارسة العملية، لم يكن لدى معظم السجلات حقل Key، والذي يشار إليه بطول مفتاح يساوي صفرًا. يُطلق على بنية هذه الحقول الثلاثة تنسيق مسار CKD لسجل.

استبدلت وحدة تخزين القرص IBM 3330 لعام 1970 نظام CRC في حقل البيانات لكل سجل برمز تصحيح الأخطاء (ECC) لتحسين سلامة البيانات من خلال اكتشاف معظم الأخطاء والسماح بتصحيح العديد من الأخطاء. [10] في النهاية، كانت جميع حقول قطاعات القرص تحتوي على رموز تصحيح الأخطاء (ECC).

قبل ثمانينيات القرن العشرين، كان هناك القليل من التوحيد القياسي لحجم القطاعات؛ كانت محركات الأقراص تحتوي على عدد أقصى من البتات لكل مسار، وقام العديد من مصنعي الأنظمة بتقسيم المسار إلى أحجام قطاعات مختلفة لتناسب أنظمة التشغيل والتطبيقات الخاصة بهم. أدت شعبية أجهزة الكمبيوتر الشخصية التي بدأت في ثمانينيات القرن العشرين وظهور واجهة IDE في أواخر الثمانينيات إلى أن أصبح القطاع الذي يبلغ حجمه 512 بايت حجم قطاع قياسي للصناعة لمحركات الأقراص الصلبة وأجهزة التخزين المماثلة. [11] [ فشل التحقق ]

في سبعينيات القرن العشرين، أضافت شركة IBM أجهزة تخزين الوصول المباشر ذات البنية الثابتة (FBA DASDs) إلى خط إنتاج CKD DASD. يدعم CKD DASD قطاعات متعددة ذات أطوال متغيرة بينما يدعم IBM FBA DASD أحجام قطاعات تبلغ 512 أو 1024 أو 2048 أو 4096 بايت.

في عام 2000، بدأت منظمة التجارة الصناعية، رابطة معدات ومواد محركات الأقراص الدولية ( IDEMA )، العمل على تحديد التنفيذ والمعايير التي ستحكم تنسيقات حجم القطاعات التي تتجاوز 512 بايت لاستيعاب الزيادات المستقبلية في سعة تخزين البيانات. [11] وبحلول نهاية عام 2007، تحسبًا لمعيار IDEMA المستقبلي، بدأت سامسونج وتوشيبا شحن محركات الأقراص الصلبة مقاس 1.8 بوصة بقطاعات 4096 بايت. في عام 2010، أكملت IDEMA معيار التنسيق المتقدم لمحركات 4096 قطاعًا، [11] وحددت تاريخ الانتقال من قطاعات 512 إلى 4096 بايت في يناير 2011 لجميع الشركات المصنعة، [12] وسرعان ما أصبحت محركات التنسيق المتقدم منتشرة.

القطاعات مقابل الكتل

في حين أن القطاع يعني على وجه التحديد مساحة القرص المادية، فقد تم استخدام مصطلح الكتلة بشكل فضفاض للإشارة إلى جزء صغير من البيانات. الكتلة لها معاني متعددة حسب السياق. في سياق تخزين البيانات، كتلة نظام الملفات هي تجريد على قطاعات القرص التي ربما تشمل قطاعات متعددة. في سياقات أخرى، قد تكون وحدة من تدفق البيانات أو وحدة تشغيل لأداة مساعدة. [13] على سبيل المثال، يسمح برنامج يونكس dd للمرء بتعيين حجم الكتلة المراد استخدامها أثناء التنفيذ باستخدام المعلمة . يحدد هذا حجم أجزاء البيانات كما تم تسليمها بواسطة dd، ولا علاقة لها بالقطاعات أو كتل نظام الملفات. bs=bytes

في Linux، يمكن تحديد حجم قطاع القرص باستخدام sudo fdisk -l | grep "Sector size"ويمكن تحديد حجم الكتلة باستخدام sudo blockdev --getbsz /dev/sda. [14]

القطاعات مقابل المجموعات

في أنظمة ملفات الكمبيوتر ، المجموعة (وتسمى أحيانًا وحدة التخصيص أو الكتلة ) هي وحدة تخصيص مساحة القرص للملفات والدلائل. لتقليل التكلفة الإضافية لإدارة هياكل البيانات الموجودة على القرص، لا يخصص نظام الملفات قطاعات قرص فردية بشكل افتراضي، بل مجموعات متجاورة من القطاعات، تسمى المجموعات.

على القرص الذي يستخدم قطاعات بحجم 512 بايت، تحتوي مجموعة 512 بايت على قطاع واحد، بينما تحتوي مجموعة 4 كيلوبايت ( KiB ) على ثمانية قطاعات.

المجموعة هي أصغر مقدار منطقي من مساحة القرص التي يمكن تخصيصها لحمل ملف. وبالتالي فإن تخزين الملفات الصغيرة على نظام ملفات يحتوي على مجموعات كبيرة من شأنه أن يهدر مساحة القرص؛ وتسمى هذه المساحة الضائعة على القرص بالمساحة الفارغة . بالنسبة لأحجام المجموعات الصغيرة مقارنة بحجم الملف المتوسط، فإن المساحة الضائعة لكل ملف ستكون إحصائيًا حوالي نصف حجم المجموعة؛ أما بالنسبة لأحجام المجموعات الكبيرة، فإن المساحة الضائعة ستصبح أكبر. ومع ذلك، فإن حجم المجموعة الأكبر يقلل من النفقات العامة والتجزئة، مما قد يحسن سرعة القراءة والكتابة بشكل عام. تتراوح أحجام المجموعات النموذجية من قطاع واحد (512 بايت) إلى 128 قطاعًا (64 كيلوبايت ).

لا يلزم أن تكون المجموعة متجاورة فعليًا على القرص؛ فقد تمتد لأكثر من مسار واحد أو، إذا تم استخدام التداخل بين القطاعات ، فقد تكون غير متجاورة داخل المسار. لا ينبغي الخلط بين هذا والتجزئة ، حيث لا تزال القطاعات متجاورة منطقيًا.

يحدث "فقدان المجموعة" عندما يتم حذف ملف من قائمة الدليل، ولكن جدول تخصيص الملفات (FAT) لا يزال يعرض المجموعات المخصصة للملف. [15]

تم تغيير مصطلح المجموعة إلى وحدة تخصيص في نظام التشغيل DOS 4.0. ومع ذلك، لا يزال مصطلح المجموعة مستخدمًا على نطاق واسع. [16]

تسجيل بت المنطقة

إذا تم تعريف القطاع على أنه التقاطع بين نصف القطر والمسار، كما كانت الحال مع محركات الأقراص الصلبة المبكرة ومعظم الأقراص المرنة، فإن القطاعات نحو خارج القرص أطول فعليًا من تلك الأقرب إلى المغزل. ولأن كل قطاع لا يزال يحتوي على نفس عدد البايتات، فإن القطاعات الخارجية لها كثافة بت أقل من القطاعات الداخلية، وهو استخدام غير فعال للسطح المغناطيسي. الحل هو تسجيل بت المنطقة، حيث يتم تقسيم القرص إلى مناطق، كل منها يضم عددًا صغيرًا من المسارات المتجاورة. ثم يتم تقسيم كل منطقة إلى قطاعات بحيث يكون لكل قطاع حجم مادي مماثل. ولأن المناطق الخارجية لها محيط أكبر من المناطق الداخلية، يتم تخصيص المزيد من القطاعات لها. يُعرف هذا باسم تسجيل البت المقسم . [17]

إن إحدى عواقب تسجيل بت المنطقة هي أن عمليات القراءة والكتابة المتجاورة تكون أسرع بشكل ملحوظ على المسارات الخارجية (المقابلة لعناوين الكتلة السفلية) من المسارات الداخلية، حيث يمر المزيد من البتات تحت الرأس مع كل دورة؛ يمكن أن يكون هذا الاختلاف 25% أو أكثر.

تنسيق متقدم

في عام 1998، تم تحديد حجم القطاع التقليدي الذي يبلغ 512 بايت كأحد العوائق أمام زيادة السعة التي كانت في ذلك الوقت تنمو بمعدل يتجاوز قانون مور . أدت زيادة طول حقل البيانات من خلال تنفيذ التنسيق المتقدم باستخدام قطاعات بحجم 4096 بايت إلى إزالة هذا العائق؛ فقد زاد من كفاءة مساحة سطح البيانات بنسبة تتراوح بين خمسة إلى ثلاثة عشر بالمائة مع زيادة قوة ECC مما سمح بدوره بسعة أعلى. تم توحيد التنسيق من قبل اتحاد صناعي في عام 2005 وبحلول عام 2011 تم دمجه في جميع المنتجات الجديدة لجميع مصنعي محركات الأقراص الصلبة.

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ "UDF - OSDev Wiki". wiki.osdev.org . تم الاسترجاع في 2024-09-01 .
  2. ^ هامينجتون، سوزي (2004-01-01). علوم الكمبيوتر. لوتس برس. ص. 42. ISBN 9788189093242.
  3. ^ Tucker, Allen B. (2004-06-28). Computer Science Handbook, Second Edition. CRC Press. p. 86. ISBN 9780203494455.
  4. ^ 305 دليل تشغيل طريقة الوصول العشوائي للمحاسبة والتحكم RAMAC (PDF) . IBM . 1957.
  5. ^ IBM 1301، الطرازان 1 و2، تخزين القرص وIBM 1302، الطرازان 1 و2، تخزين القرص مع أنظمة معالجة البيانات IBM 7090 و7094 و7094 II (PDF) . IBM. A22-6785.
  6. ^ IBM 1301، الطرازان 1 و2، تخزين القرص وIBM 1302، الطرازان 1 و2، تخزين القرص مع أنظمة معالجة البيانات IBM 1410 و7010 (PDF) . IBM. A22-6788.
  7. ^ البيانات الفنية - ملف قرص السلسلة 4000 (PDF) . منتجات كمبيوتر براينت. 1963.
  8. ^ بورتر، جيمس (أكتوبر 1988). "مواصفات محركات الأقراص المغناطيسية الصلبة". تقرير DISK/TREND لعام 1988، محركات الأقراص الصلبة . DISK/TREND، ص 63، 122.
  9. ^ بورتر، جيمس (يونيو 1997). "مواصفات محركات الأقراص المغناطيسية الصلبة". تقرير DISK/TREND لعام 1997، محركات الأقراص الصلبة . DISK/TREND, Inc.
  10. ^ دليل مرجعي لتخزين الأقراص من سلسلة IBM 3330 (PDF) . IBM. مارس 1974. GA26-1615-3.
  11. ^ abc "ظهور التنسيق المتقدم". IDEMA . تم الاسترجاع في 2013-11-18 .
  12. ^ سكينر، هيذر (29 يونيو 2010). "IDEMA تطلق حملة "هل أنت مستعد؟" لإعداد الصناعة لتغيير تنسيق قطاع محركات الأقراص الصلبة" (PDF) . www.idema.org . مؤرشف من الأصل في 14 ديسمبر 2020. تم الاسترجاع في 14 ديسمبر 2020 .
  13. ^ "الفرق بين حجم الكتلة وحجم المجموعة". unix.stackexchange.com . تم الاسترجاع في 2015-12-13 .
  14. ^ "تخصيص قطاع القرص والكتلة للملف". stackoverflow.com . تم الاسترجاع في 2015-12-13 .
  15. ^ "الأخطاء الناجمة عن الملفات المترابطة أو المجموعات المفقودة". مؤرشف من الأصل في 2015-03-06 . تم الاسترجاع في 2020-08-03 .
  16. ^ مولر، سكوت (2002). ترقية وإصلاح أجهزة الكمبيوتر ، ص 1354. ISBN 0-7897-2745-5 . 
  17. ^ Kern Wong (January 1989), DP8459 Zoned Bit Recording (PDF) , National Semiconductor, تم أرشفته من الأصل (PDF) في 2011-06-15 , تم استرجاعه في 2010-03-10
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Disk_sector&oldid=1243425801#Cluster"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate