محرك هجين

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

محرك الأقراص الهجين ( محرك الأقراص الهجين ذو الحالة الصلبة - SSHD ، ومحرك التخزين المزدوج ) هو جهاز تخزين منطقي أو فعلي للحاسوب يجمع بين وسيط تخزين أسرع، مثل محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة (SSD)، ومحرك أقراص صلبة (HDD) ذي سعة تخزين أعلى. والهدف من ذلك هو إضافة بعض سرعة محركات SSD إلى سعة التخزين الاقتصادية لمحركات الأقراص الصلبة التقليدية. يتمثل دور محرك SSD في محرك الأقراص الهجين في العمل كذاكرة تخزين مؤقتة للبيانات المخزنة على محرك الأقراص الصلبة، مما يحسن الأداء العام من خلال الاحتفاظ بنسخ من البيانات الأكثر استخدامًا على محرك SSD الأسرع.

يوجد نوعان رئيسيان من أنظمة الأقراص الهجينة: أنظمة الأقراص الهجينة ثنائية الأقراص وأنظمة الأقراص الهجينة ذات الحالة الصلبة. في أنظمة الأقراص الهجينة ثنائية الأقراص، يتم تثبيت أجهزة SSD وHDD منفصلة فعليًا في نفس الحاسوب، حيث يتم تحسين موضع البيانات إما يدويًا بواسطة المستخدم النهائي ، أو تلقائيًا بواسطة نظام التشغيل من خلال إنشاء جهاز منطقي "هجين". أما في أنظمة الأقراص الهجينة ذات الحالة الصلبة، فتُدمج وظائف SSD وHDD في جهاز واحد، حيث يتم تحسين موضع البيانات إما بالكامل بواسطة الجهاز (وضع التحسين الذاتي)، أو من خلال "تلميحات" الموضع التي يوفرها نظام التشغيل (وضع التلميحات من المضيف).

الأنواع

مقارنة عالية المستوى بين تصميمات SSHD وتصميمات محركات الأقراص المزدوجة أو FCM

هناك تقنيتان رئيسيتان للتخزين "الهجين" تجمعان بين ذاكرة فلاش NAND أو محركات الأقراص الصلبة SSD مع تقنية محركات الأقراص الصلبة HDD: أنظمة هجينة ثنائية الأقراص ومحركات الأقراص الهجينة ذات الحالة الصلبة.

أنظمة هجينة ثنائية الدفع

تجمع أنظمة الأقراص الهجينة المزدوجة بين استخدام أجهزة SSD وHDD منفصلة مثبتة في نفس الكمبيوتر. وتُدار تحسينات الأداء بإحدى ثلاث طرق:

  1. بواسطة مستخدم الكمبيوتر، الذي يقوم بوضع البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر يدويًا على القرص الأسرع.
  2. بفضل نظام تشغيل الحاسوب ، الذي يجمع بين محركات الأقراص الصلبة SSD وHDD في وحدة تخزين هجينة واحدة ، يوفر تجربة استخدام أسهل للمستخدم النهائي. من أمثلة تطبيقات وحدات التخزين الهجينة في أنظمة التشغيل: "مجموعات التخزين الهجينة" في نظام ZFS، [ 1 ] و bcache و dm-cache على نظام Linux ، [ 2 ] و Hystor من Intel ، [ 3 ] و Fusion Drive من Apple ، بالإضافة إلى تطبيقات أخرى لإدارة وحدات التخزين المنطقية [ 4 ] على نظام macOS . [ 5 ]
  3. باستخدام شرائح خارجية لمحركات التخزين الفردية. ومن الأمثلة على ذلك استخدام وحدات ذاكرة التخزين المؤقت الفلاشية (FCMs). تجمع وحدات FCMs بين استخدام مكونات SSD منفصلة (عادةً وحدة mSATA SSD) ومكونات HDD، مع إدارة تحسينات الأداء عبر برامج النظام المضيف أو برامج تشغيل الأجهزة أو كليهما. ومن الأمثلة على ذلك تقنية الاستجابة الذكية من إنتل (SRT)، التي تُنفذ من خلال مزيج من شرائح إنتل وبرامج تشغيل تخزين إنتل، وهي التطبيق الأكثر شيوعًا لأنظمة FCM الهجينة اليوم. ما يميز هذا النظام ثنائي المحركات عن نظام SSHD هو أن كل محرك يحتفظ بقدرته على أن يُعنون بشكل مستقل بواسطة نظام التشغيل إذا رغب في ذلك.

محرك هجين ذو حالة صلبة

يشير مصطلح محرك الأقراص الهجين ذو الحالة الصلبة (SSHD) إلى المنتجات التي تدمج كمية كبيرة من ذاكرة فلاش NAND في محرك الأقراص الصلبة (HDD)، مما ينتج عنه جهاز واحد متكامل. [ 6 ]

يتمثل المبدأ التصميمي الأساسي وراء محركات الأقراص الهجينة (SSHDs) في تحديد عناصر البيانات الأكثر ارتباطًا بالأداء (البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر، وبيانات بدء التشغيل، وما إلى ذلك) وتخزين هذه العناصر في ذاكرة فلاش NAND. وقد ثبت [ 7 ] أن هذا الأسلوب فعال في تحسين الأداء بشكل ملحوظ مقارنةً بمحركات الأقراص الصلبة التقليدية (HDD).

يُعد مصطلح SSHD مصطلحًا أكثر دقة من مصطلح محرك الأقراص الهجين الأكثر عمومية ، والذي تم استخدامه سابقًا لوصف أجهزة SSHD والمجموعات غير المتكاملة من محركات الأقراص الصلبة (SSDs) ومحركات الأقراص الصلبة.

من الأمثلة على أنظمة الأقراص المزدوجة التي يُساء فهمها غالبًا باعتبارها أقراصًا هجينة (SSHD) استخدام أجهزة الكمبيوتر المحمولة التي تجمع بين مكونات SSD وHDD منفصلة في وحدة واحدة بحجم 2.5 بوصة، مع الحفاظ في الوقت نفسه (على عكس الأقراص الهجينة) على هذين المكونين مرئيين ويمكن الوصول إليهما من قِبل نظام التشغيل كقسمين منفصلين. يُعد محرك الأقراص Black2 من WD مثالًا نموذجيًا؛ إذ يمكن استخدامه كقرص SSD وHDD منفصلين عن طريق تقسيمه بشكل مناسب، أو يمكن استخدام برنامج لإدارة جزء SSD تلقائيًا وعرضه للمستخدم كوحدة تخزين واحدة كبيرة. [ 8 ]

عملية

في نوعي تقنيات التخزين الهجينة (أنظمة التخزين الهجينة ثنائية الأقراص وSSHD)، يكمن الهدف في الجمع بين القرص الصلب التقليدي وتقنية أسرع (غالباً ذاكرة فلاش NAND) لتحقيق توازن بين الأداء المحسّن وتوافر سعة تخزين عالية. وبشكل عام، يتحقق ذلك بوضع البيانات الأكثر استخداماً، أو البيانات المرتبطة بشكل مباشر بتحسين الأداء، على الجزء الأسرع من بنية التخزين.

يُعدّ تحديد أولويات عناصر البيانات في ذاكرة NAND الفلاشية جوهر تقنية SSHD. ويمكن للمنتجات التي تقدمها مختلف الشركات المصنعة تحقيق ذلك من خلال البرامج الثابتة للأجهزة ، أو برامج تشغيل الأجهزة، أو وحدات البرامج وبرامج تشغيل الأجهزة.

أنماط التشغيل

الوضع المُحسَّن ذاتيًا
في هذا الوضع التشغيلي، يعمل محرك الأقراص الهجين (SSHD) بشكل مستقل عن نظام التشغيل المضيف أو محركات الأقراص الخاصة بالجهاز المضيف، ويتخذ جميع القرارات المتعلقة بتحديد البيانات التي سيتم تخزينها في ذاكرة فلاش NAND. ينتج عن هذا الوضع منتج تخزين يظهر ويعمل على النظام المضيف تمامًا كما يعمل القرص الصلب التقليدي.
الوضع المُحسَّن للمضيف (أو الوضع المُشار إليه من قِبل المضيف)
في هذا النمط من التشغيل، يُمكّن محرك الأقراص الهجين (SSHD) مجموعةً موسعةً من أوامر SATA المُعرّفة في ميزة المعلومات الهجينة، والتي أُضيفت في الإصدار 3.2 من معايير منظمة SATA الدولية (SATA-IO) لواجهة SATA. وباستخدام أوامر SATA هذه، تُتخذ القرارات بشأن عناصر البيانات التي تُوضع في ذاكرة NAND flash من قِبل نظام التشغيل المضيف ، أو برامج تشغيل الأجهزة، أو أنظمة الملفات، أو مزيج من هذه المكونات على مستوى المضيف. [ 9 ]
تتطلب بعض الميزات الخاصة لمحركات الأقراص الهجينة (SSHD)، مثل وضع التلميح المضيف، دعمًا برمجيًا من داخل نظام التشغيل. أضافت مايكروسوفت دعمًا لعملية التلميح المضيف في ويندوز 8.1 ، [ 10 ] بينما تتوفر تصحيحات لنواة لينكس منذ أكتوبر 2014، في انتظار إدراجها في النسخة الرئيسية من نواة لينكس . [ 11 ] [ 12 ]

تاريخ

قرص صلب هجين (SSHD) من سيجيت بسعة 1 تيرابايت، طراز ST1000DX001، مخصص لأجهزة سطح المكتب

شهدت تكنولوجيا القيادة الهجينة تقدماً كبيراً خلال العقد الذي بدأ في عام 2007:

  • في عام 2007 ، طرحت شركتا سيجيت وسامسونج أول محركات أقراص هجينة، وهما Seagate Momentus PSD [ 13 ] وSamsung SpinPoint MH80 [ 14 ] . كان كلا الطرازين بحجم 2.5 بوصة، مع خيارات ذاكرة فلاش NAND بسعة 128 ميجابايت أو 256 ميجابايت. ركز محرك Momentus PSD من سيجيت على كفاءة استهلاك الطاقة لتحسين تجربة الاستخدام على الأجهزة المحمولة، واعتمد على تقنية ReadyDrive من نظام التشغيل Windows Vista . لم تلقَ هذه المنتجات رواجًا واسعًا. [ 15 ]  
  • في مايو 2010 ، طرحت شركة سيجيت منتجًا هجينًا جديدًا يُدعى مومنتوس إكس تي [ 16 ] ، واستخدمت مصطلح " محرك أقراص هجين ذو حالة صلبة" . ركز هذا المنتج على الجمع بين مزايا سعة محركات الأقراص الصلبة التقليدية وأداء محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة. وقد تم طرحه كقرص صلب بسعة 500 جيجابايت مزود بذاكرة فلاش NAND مدمجة بسعة  4 جيجابايت. 
  • في نوفمبر 2011 ، قدمت شركة Seagate ما أسمته الجيل الثاني من محركات الأقراص الهجينة (SSHD)، والذي زاد السعة إلى 750  جيجابايت ورفع ذاكرة الفلاش NAND المدمجة إلى 8  جيجابايت.
  • في مارس 2012 ، قدمت شركة Seagate الجيل الثالث من محركات الأقراص الصلبة الهجينة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة بنموذجين - 500 جيجابايت و 1 تيرابايت، وكلاهما مزود بذاكرة فلاش NAND مدمجة بسعة 8 جيجابايت.    
  • في سبتمبر 2012 ، أعلنت شركة توشيبا عن أول محرك أقراص SSHD لها، والذي يوفر أداءً واستجابةً تشبه محركات الأقراص الصلبة SSD من خلال الجمع بين 8  جيجابايت من ذاكرة فلاش SLC NAND الخاصة بتوشيبا وخوارزميات مبتكرة ذاتية التعلم مع  سعة تخزين تصل إلى 1 تيرابايت.
  • في سبتمبر 2012 ، أعلنت شركة ويسترن ديجيتال (WD) عن منصة تقنية هجينة تجمع بين ذاكرة فلاش MLC NAND الفعالة من حيث التكلفة والأقراص المغناطيسية لتقديم أنظمة تخزين متكاملة عالية الأداء وذات سعة كبيرة.
  • في نوفمبر 2012 ، أصدرت شركة أبل نظامًا هجينًا ثنائي المحرك مُهيأ من المصنع يُسمى Fusion Drive . [ 17 ]
  • في أكتوبر 2015 ، قدمت شركة TarDisk نظامًا هجينًا ثنائي الأقراص سهل الاستخدام "TarDisk Pear"، مع خيارات لحجم ذاكرة الفلاش تصل إلى 256  جيجابايت. [ 18 ]
  • في أغسطس 2021 ، كشفت شركة ويسترن ديجيتال عن OptiNAND، وهي بنية جديدة مُحسّنة لمحركات الأقراص الصلبة بتقنية الفلاش. تستخدم هذه التقنية نظام ذاكرة تخزين مؤقتة iNAND جديد للقراءة والكتابة لتحسين الأداء. تعمل هذه الميزة على منع فقدان البيانات في حال انقطاع التيار الكهربائي أثناء عملية الكتابة. في أقل من ثانية، تستخدم وحدة النظام على شريحة (SoC) في محرك OptiNAND الطاقة الدورانية الناتجة عن قرص التخزين الدوار داخل المحرك لتشغيل المكثفات الداخلية حتى يتم نقل البيانات المخزنة مؤقتًا في iNAND إلى ذاكرة NAND غير المتطايرة.

اختبار المعايير

أظهرت اختبارات الأداء التي أُجريت في أواخر عام 2011 وأوائل عام 2012 باستخدام وحدة تخزين هجينة (SSHD) تتكون من قرص صلب  (HDD) بسعة 750 جيجابايت وذاكرة تخزين مؤقتة (NAND) بسعة 8  جيجابايت، أن وحدات التخزين الهجينة لم تُقدّم أداءً يُضاهي أداء أقراص الحالة الصلبة (SSD) في عمليات القراءة/الكتابة العشوائية والتسلسلية، ولكنها كانت أسرع من الأقراص الصلبة التقليدية (HDD) في بدء تشغيل التطبيقات وإيقافها. [ 19 ] [ 20 ]

تضمنت معايير الأداء لعام 2011 تحميل صورة نظام تم استخدامه بكثافة، مع تشغيل العديد من التطبيقات، لتجاوز ميزة الأداء التي يوفرها النظام المُثبَّت حديثًا؛ وقد أظهرت الاختبارات العملية أن الأداء كان أقرب بكثير إلى أداء محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة (SSD) منه إلى أداء محرك الأقراص الصلبة الميكانيكي (HDD). وأظهرت اختبارات معيارية مختلفة أن أداء محرك الأقراص الهجين (SSHD) يقع بين أداء محرك الأقراص الصلبة (HDD) ومحرك الأقراص ذي الحالة الصلبة (SSD)، ولكنه عادةً ما يكون أبطأ بكثير من محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة (SSD). في حالة أداء الوصول العشوائي غير المُخزَّن مؤقتًا (  عمليات قراءة وكتابة عشوائية متعددة بحجم 4 كيلوبايت)، لم يكن محرك الأقراص الهجين (SSHD) أسرع من محرك أقراص صلبة مماثل؛ إذ لا توجد ميزة إلا مع البيانات المُخزَّنة مؤقتًا. وخلص المؤلف إلى أن محرك الأقراص الهجين (SSHD) هو أفضل أنواع محركات الأقراص غير محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة (SSD) بفارق كبير، وأن الأداء يتحسن كلما زادت سعة ذاكرة التخزين المؤقت ذات الحالة الصلبة. [ 20 ]

انظر أيضاً

مواضيع لينكس

مراجع

  1. ↑ جريج، بريندان (2009-10-08). "مجموعة التخزين الهجينة: أقصى السرعات" . مدونة بريندان . Dtrace.org. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2016-04-05.
  2. ↑ بيتروس كوتوبيس (25 نوفمبر 2013). "تقنيات التخزين المؤقت المتقدمة لمحركات الأقراص الصلبة" . linuxjournal.com . مؤرشف من الأصل في 2 ديسمبر 2013. تم الاطلاع عليه في 2 ديسمبر 2013 .
  3. ↑ فينغ تشين، ديفيد أ. كوفاتي، وشياودونغ تشانغ (2011). "Hystor | وقائع المؤتمر الدولي للحوسبة الفائقة" . المؤتمر الدولي للحوسبة الفائقة (ICS '11). الصفحات 22-23 . doi : 10.1145/1995896.1995902 . 
  4. ↑ "محرك الأقراص الهجين" . TarDisk.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 7 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 مايو 2016 .
  5. ↑ "نظرة أولى على TarDisk Pear: ترقية وحدة تخزين الفلاش في جهاز MacBook الخاص بك في دقائق معدودة" . Macworld . مؤرشف من الأصل بتاريخ 1 يونيو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 مايو 2016 .
  6. ↑ ماريس (22 يناير 2016). "محركات الأقراص الهجينة: دمج محركات الأقراص الصلبة مع محركات الحالة الصلبة" . مجلة HDDMAG . مؤرشف من الأصل في 11 مايو 2017. تم الاطلاع عليه في 15 مايو 2017 .
  7. ↑ "محركات الأقراص الصلبة SSD مقابل محركات الأقراص الصلبة التقليدية مقابل المحركات الهجينة: أي تقنية تخزين هي الأنسب لك؟" . PCWorld . مؤرشف من الأصل بتاريخ 1 يونيو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 مايو 2016 .
  8. ↑ +بيتر بول. "خصم 60 دولارًا على جهاز WD Black2 ثنائي القرص الصلب (SSD سعة 120 جيجابايت + HDD سعة 1 تيرابايت)" . أفضل أجهزة الكمبيوتر المحمولة . مؤرشف من الأصل بتاريخ 15 مايو 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 مايو 2015 .
  9. ↑ "أسئلة وأجوبة حول SATA-IO: ما الجديد في مواصفات SATA الإصدار 3.2؟" (ملف PDF) . SATA-IO . صفحة 2. مؤرشف (ملف PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 4 أكتوبر 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 أكتوبر 2013 . 
  10. ↑ آندي هيرون (2013). "تطورات في أنظمة التخزين والملفات في ويندوز 8.1" (ملف PDF) . SNIA . مؤرشف (PDF) من الأصل بتاريخ 25 نوفمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 يناير 2017 .
  11. ↑ مايكل لارابيل (29 أكتوبر 2014). "تحسين نواة لينكس أخيرًا لأجهزة SSHD" . فورونيكس . مؤرشف من الأصل في 7 يناير 2015. تم الاطلاع عليه في 26 فبراير 2015 .
  12. ↑ جيسون ب. أكيرز (29 أكتوبر 2014). "تمكين استخدام محركات الأقراص الهجينة ذات الحالة الصلبة" . LWN.net . مؤرشف من الأصل في 26 فبراير 2015. تم الاطلاع عليه في 26 فبراير 2015 .
  13. ↑ "Seagate MOMENTUS 5400 PSD" (ملف PDF) . سيجيت . أغسطس 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 نوفمبر 2019 .
  14. ↑ بيرنسون، ميليسا. "اختبار: محركات أقراص صلبة هجينة جديدة من سامسونج وسيجيت" . بي سي وورلد. مؤرشف من الأصل في 5 أكتوبر 2013. تم الاطلاع عليه في 26 يونيو 2013 .
  15. ↑ "وجهة نظر سيجيت: محركات الأقراص الهجينة ذات الحالة الصلبة - التطور الطبيعي للتخزين" . شركة سيجيت للتكنولوجيا. مؤرشف من الأصل في 5 يونيو 2013. تم الاطلاع عليه في 26 يونيو 2013 . 
  16. ↑ "Seagate Momentus XT" (ملف PDF) . Seagate . سبتمبر 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 نوفمبر 2019 .
  17. ↑ "جهاز iMac متوفر في 30 نوفمبر" . Apple.com (بيان صحفي). مؤرشف من الأصل بتاريخ 3 يونيو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 يونيو 2016 .
  18. ↑ ليزيفسكي، أندرو (29 أكتوبر 2015). "بطاقة الذاكرة SD هذه التي تُترك داخل الجهاز تندمج مع محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة (SSD) الخاص بجهاز MacBook لزيادة سعته" . جيزمودو . مؤرشف من الأصل في 26 مايو 2016. تم الاطلاع عليه في 1 يونيو 2016 .
  19. ↑ باتريك شميد وأخيم روس (2012-02-08). " مراجعة محرك الأقراص الصلبة الهجين Momentus XT بسعة 750 جيجابايت: الجيل الثاني" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2013-11-07 . 
  20. 1 2 أناند لال شيمبي (13 ديسمبر 2011). "مراجعة قرص Seagate Momentus XT الهجين من الجيل الثاني (750 جيجابايت) (مع ذاكرة تخزين مؤقتة NAND سعة 8 جيجابايت)" . مؤرشف من الأصل في 1 نوفمبر 2013. تم الاطلاع عليه في 7 نوفمبر 2013 .