أجهزة التخزين الثانوية
تحتفظ أجهزة التخزين الثانوية — الأقراص الصلبة المغناطيسية ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة القائمة على الذاكرة الوميضية — بالبيانات بشكل دائم خارج الذاكرة الرئيسية، مع خصائص أداء مختلفة جدًا تشكل كيفية تخزين الأنظمة للمعلومات والوصول إليها.
Definition
أجهزة التخزين الثانوية هي وسائط تخزين غير متطايرة — بشكل رئيسي محركات الأقراص الصلبة المغناطيسية ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة الوميضية — تُستخدم للاحتفاظ بالبيانات بشكل دائم عبر دورات الطاقة، مما يوفر سعة كبيرة بتكلفة أقل وسرعة أبطأ من الذاكرة الرئيسية.
Scope
يغطي هذا الموضوع تقنيات وأداء التخزين الدائم: هندسة القرص المغناطيسي، وزمن البحث وزمن الوصول الدوراني، وجدولة القرص؛ وذاكرة NAND الوميضية ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة، بما في ذلك سلوك الوصول إليها، والتآكل، وطبقة ترجمة الذاكرة الوميضية؛ وكيف تؤثر هذه الخصائص على تصميم النظام. يتناول الأجهزة نفسها. يستثني مصفوفات التكرار والموثوقية (RAID وموثوقية التخزين) وبرامج نظام الملفات فوقها (أنظمة الملفات).
Core questions
- ما الذي يحدد زمن الوصول والإنتاجية للقرص الصلب المغناطيسي؟
- كيف يختلف التخزين ذو الحالة الصلبة القائم على الذاكرة الوميضية عن القرص المغناطيسي في السلوك والأداء؟
- لماذا تحتاج محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة إلى طبقة ترجمة الذاكرة الوميضية وتسوية التآكل؟
- كيف تؤثر خصائص أجهزة التخزين على تصميم النظام والبرمجيات؟
Key concepts
- هندسة القرص المغناطيسي (المسارات، القطاعات، الأسطوانات)
- زمن البحث وزمن الوصول الدوراني
- جدولة القرص
- ذاكرة NAND الوميضية ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة
- طبقة ترجمة الذاكرة الوميضية
- تسوية التآكل
- الإنتاجية وزمن الوصول
- الاستمرارية وعدم التطاير
Mechanisms
يخزن القرص المغناطيسي البيانات على أقراص دوارة؛ يتطلب الوصول تحريك الرأس إلى المسار الصحيح (البحث) والانتظار حتى يدور القطاع تحته (زمن الوصول الدوراني)، لذا فإن جدولة القرص تعيد ترتيب الطلبات لتقليل حركة الرأس. يخزن محرك الأقراص ذو الحالة الصلبة البيانات في ذاكرة NAND الوميضية، والتي تُقرأ وتُكتب في صفحات ولكن تُمسح في كتل أكبر وتتآكل مع الاستخدام؛ تقوم طبقة ترجمة الذاكرة الوميضية بربط العناوين المنطقية بالصفحات المادية وتؤدي تسوية التآكل وجمع البيانات المهملة.
Clinical relevance
غالبًا ما تهيمن خصائص أجهزة التخزين على أداء الأنظمة كثيفة البيانات. أدى الانتقال من الأقراص الميكانيكية إلى محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة إلى تقليل زمن الوصول بشكل كبير وأعاد تشكيل تصميم قواعد البيانات وأنظمة الملفات وأنظمة التشغيل، بينما يستمر السلوك المميز للذاكرة الوميضية — المسح قبل الكتابة، والتآكل، وجمع البيانات المهملة — في التأثير على كيفية بناء برامج التخزين.
History
هيمن القرص الصلب المغناطيسي، الذي قدمته شركة IBM في عام 1956، على التخزين الثانوي لمدة نصف قرن، وتحسن باطراد في الكثافة والتكلفة. أتاحت ذاكرة NAND الوميضية، التي تم تسويقها منذ أواخر الثمانينيات، محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة التي حلت محل الأقراص في العديد من الأدوار منذ العقد الأول من القرن الحادي والعشرين فصاعدًا، مقابل تكلفة أعلى لكل بت ولكن بزمن وصول أقل بكثير وعدم وجود أجزاء متحركة.
Key figures
- John L. Hennessy
- David A. Patterson
- Bruce Jacob
Related topics
Seminal works
- hennessy2019
- jacob2008
Frequently asked questions
- لماذا تعد محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة أسرع من الأقراص الصلبة؟
- يجب على الأقراص الصلبة تحريك رأس ميكانيكيًا والانتظار حتى تدور الأقراص، مما يتسبب في زمن وصول يبلغ عدة مللي ثانية. تصل محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة إلى الذاكرة الوميضية إلكترونيًا بدون أجزاء متحركة، لذا فإن زمن وصولها أقل بكثير وتتعامل مع الوصول العشوائي بشكل أفضل بكثير، على الرغم من أنها أغلى لكل بايت.
- ما هي تسوية التآكل؟
- يمكن لخلايا الذاكرة الوميضية أن تتحمل عددًا محدودًا فقط من دورات المسح والكتابة. تعمل تسوية التآكل على توزيع عمليات الكتابة بالتساوي عبر جميع الخلايا، عبر طبقة ترجمة الذاكرة الوميضية، بحيث لا تتآكل أي منطقة قبل الأوان، مما يطيل العمر الافتراضي القابل للاستخدام لمحرك الأقراص ذي الحالة الصلبة.