كيف يتم تخزين البيانات والتعامل معها داخل الحاسوب؟

يقوم الكمبيوتر بمعالجة البيانات رقمياً , فعندما نقوم بإدخال بيانات الى جهاز الكومبيوتر , يقوم جهاز الادخال بتحويل الإشارة الى مجموعة من البت (bits)  , وهي اصغر جزء يمكن قياسه أو حسابه من البيانات , وهي في جميع الاحوال تتكون من رقم واحد إما 1 أو 0.

الذاكرة (memory) وأقراص التخزين   (disks) هي الأماكن التي تخزن بها البيانات لتتم معالجتها. وحدة القياس المستخدمة مع كمية البيانات وسعة الذاكرة وأقراص التخزين هي البت (bit)  , البايت (byte) , ميغابايت , غيغابايت , تيرابايت.

طرق تخزين البيانات :

يتعامل الكومبيوتر بطريقتين لتخزين البيانات , وهي كما يلي:

• الذاكرة وتنقسم الى نوعين :

1. ذاكرة الوصول العشوائي.(RAM)
2. ذاكرة القراءة فقط.(ROM)

• أقراص التخزين (storage disks)

هو المكان الذي نستخدمه لتخزين البيانات التي نتعامل معها دائماً , كما يستخدم لنقل البيانات من مكان إلى مكان , أو لعمل نسخ احتياطية.

الذاكرة(Memory)

الذاكرة نوعان هما ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وذاكرة القراءة فقط (ROM)

• ذاكرة القراءة فقط (Read Only Memory ROM)

تسمى أيضاً بــ الذاكرة الدائمة أو الذاكرة الغير متطايرة.  هي عبارة عن ذاكرة يمكنك القراءة منها ولكنك لا تستطيع الكتابة عليها. تخزن بها البيانات التي يحتاجها الكومبيوتر أثناء فترة تشغيله ويخزن بها ايضاً البيانات التي تسمح للكمبيوتر بالتعرفه للقطعه مثل برامج BIOS والتي تمكن المكونات في جهاز الكمبيوتر من الاتصال ببعضها البعض.

لايمكن عادة حذف البيانات المخزنة في ذاكرة القراءة فقط عند إغلاق جهاز الكمبيوتر, ولا يمكن عادة حذفها أو الكتابة عليها في سياق عمليات الكمبيوتر العادية (يمكن تشغيل برنامج BIOS  خاص عندما يبدأ الكمبيوتر بتيير اعدادات النظام)

ذاكرة الوصول العشوائي (Random  Access Memory RAM

تسمى أيضاً بــ الذاكرة المؤقتة أو الذاكرة المتطايرة. هي الذاكرة التي تخزن بها البيانات التي تعالج من قبل الكمبيوتر , فمثلاً أثناء تشغيل برنامج تكون بيانات هذا البرنامج مخزنة مؤقتاً في ذاكرة الوصول العشوائي.

تعمل ذاكرة الوصول العشوائي كمخزن مؤقت . ويتم تخزين البيانات فقط عندما يكون الكمبيوتر في حالة التشغيل.

مثال : عندما تقوم بإنشاء ملف , يتم تخزين الملف في ذاكرة الوصول العشوائي على جهاز الكمبيوتر الى ان يتم حفظها على القرص. في حالة عدم حفظ الملف على القرص وقمت بإغلاق الكمبيوتر فإن الملف لا يعد موجوداً لأنه لم يتم حفظه.

تحتفظ ذاكرة الوصول العشوائي بالبيانات التي تطلبها وحدة المعالجة المركزية , وتعتبر هذه الذاكرة مهمة لأنها تمكن وحدة المعالجة المركزية من الحصول على البيانات بشكل سريع.

مثال: عند تشغيل تطبيق برنامج ما يتم نسخ البيانات المطلوبة لتشغيله من القرص الرئيسي الى ذاكرة الوصول العشوائي حيث تستطيع وحدة المعالجة المركزية الوصول اليها.

يوجد استخدامان رئيسيان لذاكرة الوصول العشوائي في جهاز الكمبيوتر:

• الذاكرة الرئيسية(Main Memory)

هي ذاكرة النظام و تشكل أكبر حجم من ذاكرة الوصول العشوائي المثبتة على لوحة الكمبيوتر الرئيسية. ان البيانات التي يتم استخدامها او يتم طلبها بسرعة من قبل المكونات تخزن في ذاكرة الكمبيوتر الرئيسية.

كلما كان حجم الذاكرة الرئيسية أكبر كلما سمح بالتعامل مع عدد اكبر من الملفات بنفس الوقت. حيث أن حجم الذاكرة يؤثر في أداء جهاز الكمبيوتر مثل سرعة وحدة المعالجة المركزية.

• ذاكرة التخزين المؤقت(Cache Memory)

هي نوع سريع جداً من أنواع ذاكرة الوصول العشوائي. موصوله مباشرة بمكونات معينة مثل وحدة المعالجة المركزية.  تعتبر ذاكرة التخزين المؤقت مهمة لأنها توازن بين قدرة المكونات البطيئة نسبياً (محركات الأقراص) للمحافظة على إمداد المكونات السريعة(وحدة المعالجة المركزية والذاكرة) بتدفق دائم من البيانات. تعمل ايضاً على رفع كفاءة أداء الكمبيوتر.

أجهزة التخزين(Storage Devices)

تستخدم أجهزة التخزين بمختلف أنواعها لتخزين ونقل ملفات البيانات . فعند إدخال أي بيانات الى الكمبيوتر يجب حفظها على شكل ملفات لكي تبقى موجودة عند إطفاء الكمبيوتر . كما ان البرامج تحتاج لتخزين ملفاتها في الكمبيوتر لتتمكن من انجاز العمل المراد منها. من اهم اجهزة التخزين المستخدمة في جهاز الكمبيوتر هي اقراص التخزين الصلبة (Hard Disks) وهي تستخدم لحفظ البيانات داخل جهاز الكمبيوتر.

كما تحتوي معظم أجهزة الكمبيوتر على اجهزة تخزين قابلة للنقل(Removable Storage Device ) وذلك بغرض تثبيت البرامج وأخذ النسخ الإحتياطية.

يعتمد أداء قرص التخزين على عدة عوامل أهمها

• كمية البيانات التي يمكن أن يحتوي عليها (capacity)
• وقت البحث(seek time)
• الوقت الذي يحتاجه لتحويل البيانات الى المكان الذي طلبت منه المعلومة(transfer rate)

الأقراص الصلبة(Hard Disks)

يكون القرص الصلب مثبتاً في داخل الكمبيوتر ويقوم بتخزين كميات كبيرة من البيانات يمكن الوصول اليها واسترجاعها بسرعة. تتضمن الاقراص الصلبة عدد من الاقراص المغناطيسية الصلبة المحكمة التغليف تسجل البيانات مغناطيسياً على مسارات دائرية مركزية , وكل مسار مقسم الى عدد من القطاعات.

تتفاوت الاقراص الصلبة الى حد كبير من ناحية السعر اعتماداً على سرعتها وسعتها.

الاقراص المرنة(Floppy Disks)

عبارة عن أقراص مغناطيسية مرنة محفوظة في اغطية بلاستيكية محمية. وكما في القاراص الصلبة فإن البيانات تسجل على مسارات دائرية مركزية مقسمة الى قطاعات.

تخزن الاقراص المرنة كمية قليلة من البيانات وتكون بطيئة نسبياً(الوصول الى البيانات على القرص المرن يأخذ وقتاً أطول من القرص الصلب). تعتبر الاقراص المرنة رخيصة الثمن , كما انها قابله للحمل .

الحجم القياسي للقرص المرن هو 3.5″ وسعة الاقراص المرنة المستخدمة من قبل الكمبيوتر عادة هي 1.44 ميغابايت.

الاقراص المدمجة(CD-ROM/DVD-ROM)

تعتبر محركات الاقراص المدمجة هي الاكثر شيوعاً في الكمبيوترات الحديثة. حيث يستطيع تخزين بيانات بسعة اكبر من الاقراص المرنة. كانت التطبيقات قديماً توزع على الاقراص المرنة لكن مع تطور البرامج وكبر حجمها بدأ المصنعون يوزعونها على الاقراص المدمجة.

• محركات الاقراص المدمجة للقراءة (CD-R) تكتب البيانات عليها لمره واحده فقط وبعدها تصبح للقراءة ولنسخ البيانات.
• اقراص الكتابة والقراءة (CD-RW)  هي التي بإمكانها كتابة البيانات على الاقراص ومسحها مراراً وتكراراً.

محركات الأشرطة(Tape Drives)

يمكن ان تستخدم لتخزين كميات كبيرة من البيانات. غير ان عملية استرجاع المعلومات من محرك الشريط أبطأ من أدوات التخزين الأخرى . محركات الاشرطة قابله للنقل تماماً مثل الاقراص المرنة والاقراص المضغوطة والاقراص المدمجة, لكن بإمكانها تخزين بيانات اكثر بكثير من ادوات التخزين القابلة للنقل الاخرى. غالباً ماتستخدم الاشرطة المغناطيسية لعمل النسخ الاحتياطية(Backup) من خلال شبكة الكمبيوتر أو لأخذ نسخ من قواعد البيانات الكبيرة.

ذاكرة الحاسوب الرئيسية تشبه ذاكرة الإنسان والذاكرة الثانوية تشبه الدفتر أو الكتاب, كلتاهما تذكر الإنسان بمعلومات معينة إلا أن كلا منهما تعمل بطريقة خاصة.

يتم تخزين البيانات والتعامل معها في الحاسوب باستخدام النظام الثنائي, أي باستخدام الرمزين 0 و 1 فقط, ويدعى كل من هذين الرمزين [بت] bit اختصار ل [Binary digits] كل 8 بت تسمى [بايت] وهي عدد الوحدات الثنائية اللازمة لتمثيل رمز واحد في الحاسوب ,كما أنها الوحدة التي تقاس بها سعة الذاكرة.