Basics of OS (Storage Structure)

Neso Academy

21 Aug 201710:02

Summary

TLDRفي هذه المحاضرة، نتعرف على هياكل التخزين في أنظمة التشغيل، بدءًا من المسجلات الصغيرة التي تخزن البيانات بتقنية البتات، وصولاً إلى الأجهزة الثانوية مثل الأقراص المغناطيسية والأشرطة المغناطيسية. يتم التوضيح كيف أن الذاكرة الرئيسية (RAM) هي الأساس لتنفيذ البيانات، حيث يتم تحميلها من الذاكرة الثانوية عند الحاجة. كما يتم تناول الفرق بين الذاكرة المتقلبة (volatile) مثل الذاكرة الرئيسية والذاكرة غير المتقلبة (non-volatile) مثل الأقراص الصلبة. فكلما كانت الذاكرة أكبر، زادت سرعة النظام. الفهم العميق لهذه الهياكل أمر أساسي لتحسين أداء أجهزة الكمبيوتر.

Takeaways

😀 الأجهزة التخزينية الأساسية في الكمبيوتر تشمل السجلات، الكاش، الذاكرة الرئيسية، والأقراص الإلكترونية، الأقراص المغناطيسية، الأقراص البصرية، والأشرطة المغناطيسية.
😀 السجلات هي أصغر الأجهزة التخزينية وتخزن البيانات على شكل بتات (0 أو 1)، مما يجعل الوصول إليها سريعًا جدًا.
😀 الكاش أكبر من السجلات قليلاً ولكن الوصول إليها أبطأ. يزداد الحجم والتكلفة كلما صعدنا في تسلسل الأجهزة التخزينية.
😀 الذاكرة الرئيسية (RAM) هي حيث يتم تحميل وتنفيذ البيانات والبرامج. على الرغم من سرعتها العالية، فإنها ذات سعة محدودة وVolatile (تفقد محتوياتها عند انقطاع الطاقة).
😀 الذاكرة الثانوية هي مكان تخزين البيانات على المدى الطويل مثل الأقراص المغناطيسية والأشرطة، وهي Non-volatile (لا تفقد محتوياتها عند انقطاع الطاقة).
😀 الذاكرة الرئيسية تعد سريعة، ولكن إذا كانت صغيرة الحجم فإن الكمبيوتر يعمل ببطء أكبر لأن البيانات يجب تحميلها من الذاكرة الثانوية.
😀 مثال توضيحي: الكتب على الرف تمثل البيانات في الذاكرة الثانوية، والطاولة تمثل الذاكرة الرئيسية حيث تتم معالجة البيانات.
😀 عندما تكون الذاكرة الرئيسية أكبر، يستطيع الكمبيوتر تحميل ومعالجة المزيد من البيانات في نفس الوقت، مما يجعل أداء النظام أسرع.
😀 الذاكرة الرئيسية والـ Cache والسجلات هي أجهزة volatile، مما يعني أنها تفقد محتوياتها عند انقطاع الكهرباء.
😀 الأجهزة الثانوية مثل الأقراص المغناطيسية والأشرطة البصرية هي Non-volatile، مما يعني أنها تحافظ على البيانات حتى في حالة انقطاع الطاقة.
😀 توجد أيضًا أنواع خاصة من الذاكرة مثل NVRAM التي تحتوي على بطارية للحفاظ على البيانات حتى عندما يتم إيقاف تشغيل الطاقة.

Q & A

ما المقصود ببنية التخزين في نظام التشغيل؟
-بنية التخزين تشير إلى الترتيب الهرمي لأجهزة التخزين في الحاسوب، ابتداءً من السجلات مرورًا بالذاكرة الرئيسية وصولًا إلى أجهزة التخزين الثانوية مثل الأقراص والمغناطيسية والبصرية.
ما هي الأجهزة التي تتكون منها هرمية أجهزة التخزين؟
-تتكون الهرمية من: السجلات (Registers)، الذاكرة المخبئية (Cache)، الذاكرة الرئيسية (Main Memory)، القرص الإلكتروني، القرص المغناطيسي، القرص البصري، وأشرطة التخزين المغناطيسية.
ما العلاقة بين السرعة والحجم والتكلفة في هرمية التخزين؟
-كلما صعدنا في الهرمية تصبح الأجهزة أسرع وأغلى وأصغر حجمًا، بينما كلما نزلنا تصبح أكبر حجمًا وأرخص ولكن أبطأ في الوصول إلى البيانات.
ما هي الذاكرة الرئيسية وما وظيفتها؟
-الذاكرة الرئيسية هي ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وتُستخدم لتخزين البيانات والبرامج التي يتم تنفيذها حاليًا على الحاسوب أثناء التشغيل.
ما الفرق بين الذاكرة الرئيسية والتخزين الثانوي؟
-الذاكرة الرئيسية سريعة لكنها محدودة الحجم ومتطايرة، أما التخزين الثانوي فهو أكبر حجمًا وأبطأ لكنه غير متطاير ويحتفظ بالبيانات حتى بعد انقطاع الكهرباء.
ما المقصود بكون الذاكرة متطايرة أو غير متطايرة؟
-الذاكرة المتطايرة تفقد محتواها عند انقطاع التيار الكهربائي مثل السجلات والذاكرة المخبئية وRAM، أما الذاكرة غير المتطايرة فتحتفظ بالبيانات حتى بعد انقطاع الكهرباء مثل الأقراص المغناطيسية والبصرية.
كيف يوضح مثال الطاولة والمكتبة مفهوم الذاكرة الرئيسية والثانوية؟
-شُبّهت الطاولة بالذاكرة الرئيسية حيث توضع الكتب (البيانات) التي تُستخدم حاليًا، والمكتبة بالتخزين الثانوي حيث تُخزَّن جميع الكتب (البيانات) بشكل دائم ويتم أخذ ما نحتاجه فقط إلى الطاولة عند الاستخدام.
لماذا يؤدي زيادة حجم الذاكرة الرئيسية إلى تسريع أداء الحاسوب؟
-لأن زيادة حجم الذاكرة الرئيسية تسمح بتحميل وتشغيل عدد أكبر من البرامج والبيانات في وقت واحد دون الحاجة المستمرة للرجوع إلى الذاكرة الثانوية الأبطأ.
ما هي أمثلة أجهزة التخزين الثانوية؟
-من أمثلة أجهزة التخزين الثانوية: القرص الإلكتروني (SSD)، القرص المغناطيسي (HDD)، القرص البصري (CD/DVD)، وأشرطة التخزين المغناطيسية.
ما هو NVRAM ومتى يُستخدم؟
-هي ذاكرة وصول عشوائي غير متطايرة تحتوي على بطارية احتياطية تساعدها على الاحتفاظ بالمحتويات حتى بعد انقطاع الكهرباء، وتُستخدم في بعض التطبيقات الخاصة التي تتطلب حفظ البيانات باستمرار.
كيف تتأثر تكلفة البت الواحد في الهرمية التخزينية؟
-كلما ارتفعنا في الهرمية زادت تكلفة البت الواحد بسبب السرعة العالية وحجم التخزين الصغير، بينما في الأسفل تكون التكلفة أقل والحجم أكبر.
ما المقصود بسرعة الوصول في أجهزة التخزين؟
-سرعة الوصول تشير إلى الزمن الذي تستغرقه الذاكرة للوصول إلى البيانات المخزنة فيها، فالسجلات هي الأسرع، ثم الذاكرة المخبئية، ثم الذاكرة الرئيسية، ثم الأجهزة الثانوية التي تكون أبطأ.