عندما تحفظ صورة على الكمبيوتر، ماذا يحدث لها فعلًا؟ تظهر لك الصورة في مجلد، ويمكنك فتحها بعد أيام أو أشهر وكأنها موجودة داخل الجهاز بالطريقة نفسها التي تراها بها على الشاشة.
. ولا يرى مستند Word. ولا يعرف أصلًا معنى كلمة “صورة”.
في المستوى الفيزيائي، كل ما لديه في النهاية هو . هذه الحالات تختلف حسب نوع الذاكرة أو وحدة التخزين: قد تكون مغناطيسية في القرص الصلب HDD، أو كهربائية في SSD، أو شحنة مؤقتة في ذاكرة RAM، أو تغيرات فيزيائية وكيميائية في الوسائط الضوئية.
قبل الدخول في HDD وSSD، هناك نقطة مهمة يجب فهمها. الـ .هما طريقة منطقية لتمثيل المعلومات.
، ثم يفسر هذه الحالات على أنها . والطريقة التي تُنشأ بها هذه الحالات تختلف من تقنية إلى أخرى. ولقد سبق لنا كتابة مقالة كاملة عنها تستطيع قرائتها من هنا.
في مثلًا، . وفي ، . أما في DRAM الموجودة في ، فتُستخدم ، ولذلك تحتاج إلى التحديث باستمرار.
بل:
ما الحالة الفيزيائية التي يمثل بها الكمبيوتر هذا الـ0 أو الـ1، وكيف يستطيع اكتشافها مرة أخرى؟
إذا فتحت قرصًا صلبًا HDD، . ستجد أطباقًا دائرية تدور بسرعات عالية، مغطاة بمواد مغناطيسية، وفوقها رؤوس دقيقة جدًا للقراءة والكتابة تتحرك على سطح الأطباق.هذه هي البيئة التي تُسجل عليها البيانات.
، ي، ثم تتولى وحدة التحكم في القرص التعامل معها وفق طريقة التسجيل المستخدمة.
رأس الكتابة في HDD يغير الحالة المغناطيسية لمناطق صغيرة جدًا على سطح الطبق. وعند قراءة البيانات، “برؤية” 0 أو 1 كما نرى نحن الأرقام، وإنما.
الذي يقول إن اتجاهًا مغناطيسيًا معينًا = 1 والاتجاه المعاكس = 0 مفيد للمبتدئ، لكنه تبسيط زائد.
في الأنظمة الحديثة، ، وتعتمد على أنماط مغناطيسية وانتقالات وإشارات ومعالجة للإشارة حتى يتمكن القرص من استعادة البتات بصورة صحيحة.
لأن الرأس يحتاج إلى الوصول إلى مناطق مختلفة من سطح الطبق بسرعة. ، .
، وهو أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل زمن الوصول فيه أعلى من SSD في عمليات الوصول العشوائي.
وهذه ليست مجرد مسألة ““. فالنظام يحتاج إلى انتظار دوران الطبق ووصول الرأس إلى الموضع المناسب، ثم تنفيذ عملية القراءة أو الكتابة.
هنا تظهر واحدة من أكثر الأفكار الخاطئة شيوعًا. عندما تضغط ، لا يعني ذلك بالضرورة أن الكمبيوتر جلس .
في كثير من الحالات، يقوم نظام الملفات . ولهذا يمكن أن تبقى البيانات القديمة فعليًا على القرص إلى أن تتم الكتابة فوقها.
وهذه نقطة مهمة خصوصًا عند الحديث عن استعادة الملفات المحذوفة.
قبل أن يصبح SSD هو الخيار الشائع في أجهزة الكمبيوتر، كانت الأقراص الضوئية مثل CD وDVD وسيلة مهمة لتخزين ونقل البيانات
. لا توجد أطباق مغناطيسية تدور ورأس مغناطيسي يقرأها. بدلًا من ذلك، يستخدم محرك الأقراص لقراءة المعلومات المسجلة على القرص
في الأقراص المضغوطة وأقراص DVD المخصصة للقراءة مثل CD-ROM وDVD-ROM، توجد بنية من مناطق تسمى عادة ، ويكتشف نظام القراءة الاختلافات البصرية الناتجة عنها.
وهنا أيضًا يجب الحذر من تبسيط مشهور:
طريقة تمثيل البيانات الفعلية أكثر تعقيدًا، . كما أن الأقراص القابلة للتسجيل CD-R وDVD-R تختلف عن الأقراص المضغوطة المصنّعة مسبقًا؛ فهي تستخدم طبقة تسجيل، بينما تستخدم الوسائط القابلة لإعادة الكتابة تقنيات مختلفة مثل مواد تغير الطور.
إذن كلمة “” لا تعني أن جميع أنواع CD وDVD تخزن البيانات بالطريقة الفيزيائية نفسها تمامًا.
وهنا نصل إلى التقنية التي غيّرت تجربة التخزين في أجهزة الكمبيوتر الحديثة. Micron: NAND Flash
في SSD لا توجد أطباق تدور ولا رؤوس تتحرك فوقها. بدلًا من ذلك، يعتمد التخزين على ، وهي ذاكرة غير متطايرة تستطيع الاحتفاظ بالبيانات حتى بعد انقطاع الكهرباء.
تخزن خلية NAND المعلومات من خلال .
وتوضح Micron أن الخلايا يمكن تصميمها لتخزين مستويات متعددة، ولذلك نجد:
- : بت واحد لكل خلية.
- : بتان لكل خلية.
- : ثلاثة بتات لكل خلية.
- : أربعة بتات لكل خلية.
لنفترض أن لديك خلية تستطيع التمييز بين حالتين فقط. يمكنك تمثيل حالتين منطقيتين.لكن إذا ، تستطيع .
ومع يمكن تخزين ، ومع يمكن تخزين. وهذه الفكرة هي أساس SLC وMLC وTLC وQLC. لكن زيادة عدد الحالات ليست مجانية.
كلما أصبح من ، ت، وتظهر مفاضلات بين الكثافة والأداء والتحمل بحسب نوع NAND وتصميم وحدة التخزين.
السبب الأساسي ليس أن SSD ““. كلاهما يخزن البيانات بطريقة مختلفة تمامًا.
في هذا السياق أنه . عندما يطلب النظام بيانات من SSD، يتعامل مع خلايا NAND من خلال وحدة تحكم إلكترونية.
، فعليه التعامل مع . ولهذا يستطيع SSD عادة تقديم زمن وصول منخفض جدًا مقارنة بالقرص الصلب، خصوصًا في عمليات الوصول العشوائي.
لكن الصورة الكاملة أكثر تعقيدًا من مجرد “SSD = “. فأداء SSD يعتمد أيضًا على نوع NAND، ووحدة التحكم، والواجهة مثل SATA أو NVMe، والذاكرة المساعدة، وحجم عمليات القراءة والكتابة، ومستوى امتلاء القرص، وغير ذلك.
ليس بالطريقة التي قد تتخيلها. NAND Flash لها تنظيم داخلي يعتمد على ، وتوجد قيود على كيفية البرمجة والمحو.
ولهذا تستخدم وحدات SSD خوارزميات ووظائف داخلية لإدارة البيانات، ومن بينها و وعمليات تصحيح الأخطاء.
وتوضح Kingston أن SSD لا يتعامل مع الكتابة فوق البيانات بالطريقة نفسها التي يتعامل بها القرص الصلب، وأن عمليات جمع البيانات وإعادة تنظيم الكتل تساعد في الحفاظ على الأداء والعمر الافتراضي.
وهنا يصبح SSD أكثر من مجرد ““. إنه نظام كامل لإدارة عدد هائل من خلايا الذاكرة.
هنا تظهر تقنية مهمة اسمها . عندما يحذف نظام التشغيل ملفًا، .
هذا لا يعني بالضرورة أن البيانات . بل يساعد SSD على معرفة أي بيانات أصبحت قديمة، ثم يمكن لوحدة التحكم استخدام هذه المعلومات أثناء عمليات إدارة الكتل وGarbage Collection.
وهذا أحد الأسباب التي تجعل موضوع استعادة الملفات من SSD مختلفًا عن HDD. . الطريقة الفيزيائية لإدارة البيانات مختلفة من الأساس.
إذا كان SSD يحتفظ ببياناتك بعد إيقاف تشغيل الكمبيوتر، لأن RAM ليست مجرد نسخة أسرع من SSD. لها وظيفة مختلفة.
، . وهنا تأتي الذاكرة الرئيسية، وغالبًا ما تكون مبنية على DRAM. في خلية DRAM التقليدية، توجد بنية تعتمد على ترانزستور ومكثف، ويمكن للمكثف الاحتفاظ بشحنة تمثل الحالة المنطقية للبيانات.
لكن هناك مشكلة: لذلك تحتاج DRAM إلى عمليات Refresh دورية للحفاظ على البيانات. وهذا يفسر كلمة في DRAM.
: .
، ، ولذلك تفقد البيانات التي كانت موجودة فيها.
، فهو مصمم . يمكن تبسيط الصورة هكذا:
. خلفها توجد طبقات من الترميز، وتصحيح الأخطاء، ووحدات التحكم، وإدارة العناوين، وأنظمة الملفات، وغيرها.
هنا يمكننا العودة إلى السؤال الأول. ، لا توجد “صورة” مصغرة داخل شريحة NAND.
ما يوجد هو ، ويتم تنظيمها وإدارتها بحيث يستطيع النظام لاحقًا إعادة بناء التسلسل الصحيح من البيانات.
وعندما تفتح الصورة، تحدث العملية في الاتجاه المعاكس تقريبًا:
→ → → → → .
الصورة التي تراها على الشاشة هي النتيجة النهائية لعملية طويلة جدًا لا تراها عينك.
. وهذه نقطة يجب عدم تجاوزها.
لكن توجد فكرة مشتركة مثيرة للاهتمام: ، لا يبدو أن هناك “ملفًا” مستقلًا محفوظًا في مكان واحد داخل الدماغ.
تشير أبحاث الذاكرة إلى دور مهم للتغيرات في الاتصال بين الخلايا العصبية، واللدونة المشبكية، وما يسمى أو آثار الذاكرة العصبية.
وتشير الأبحاث الحديثة إلى أن تكوين الذكريات واسترجاعها يرتبطان بشبكات من الخلايا والاتصالات العصبية، وليس بموقع واحد يشبه مجلدًا داخل الكمبيوتر.
وهذا يجعل التشبيه بين الكمبيوتر والدماغ مفيدًا، بشرط ألا نذهب بعيدًا معه. فالكمبيوتر يستخدم وفق قواعد رقمية محددة.
أما الدماغ فهو نظام ، تتغير فيه الروابط والنشاط العصبي باستمرار، وتشارك فيه مناطق وشبكات متعددة في تكوين الذكريات وتثبيتها واسترجاعها.
الكمبيوتر والدماغ كلاهما يستطيعان الاحتفاظ بالمعلومات من خلال تغيرات فيزيائية، لكنهما لا يخزنانها بالطريقة نفسها.
بعد أن ننظر إلى HDD وCD وSSD وRAM، يصبح مفهوم التخزين أوضح. الكمبيوتر لا يحتاج إلى وضع المعلومات داخل صندوق صغير اسمه “الذاكرة”.
- في HDD تكون هذه الحالة مرتبطة بالمغناطيسية.
- في CD وDVD تعتمد القراءة على الخصائص البصرية لبنية أو طبقة التسجيل.
- في SSD تستخدم خلايا NAND حالات كهربائية متعددة.
- وفي DRAM تُحفظ شحنة مؤقتة تحتاج إلى التحديث.
البيانات شيئًا ماديًا واحدًا له شكل ثابت؛ إنها معلومات نُمثّلها بحالات فيزيائية يمكن للآلة التحكم بها وقراءتها.
أنت تجعل الجهاز يغيّر عددًا هائلًا من الحالات الفيزيائية بطريقة منظمة، بحيث يستطيع بعد لحظات أو سنوات أن يقرأها من جديد ويعيد بناء الصورة التي تراها أمامك.
وهذا هو، في جوهره، معنى .