أجهزة التخزين والأجهزة الطرفية
| English | العربية |
|---|---|
| magnetic hard disk/mæɡˈnetɪk hɑːd dɪsk/ | قرص صلب مغناطيسي |
| tracks/træks/ | مسارات |
| sectors/ˈsektəz/ | مقطعات |
| solid-state drive/ˈsɒlɪd steɪt draɪv/ | محرك الحالة الصلبة |
| floating-gate transistor/ˈfləʊtɪŋ ɡeɪt trænˈzɪstə/ | ترانزستور بوابة عائمة |
| optical disc/ˈɒptɪkl dɪsk/ | قرص بصري |
| laser printer/ˈleɪzə ˈprɪntə/ | طابعة ليزر |
| drum/drʌm/ | الطبل |
| toner/ˈtəʊnə/ | الحنط |
| fuser/ˈfjuːsə/ | الضاغط |
| 3D printer/ˌθriː ˈdiː ˈprɪntə/ | 3طابعة ثلاثية الأبعاد |
| filament/ˈfɪləmənt/ | الخيط |
| microphone/ˈmaɪkrəfəʊn/ | ميكروفون |
| diaphragm/ˈdaɪəfræm/ | الحجاب الحاجز |
| ADC/ˌeɪ diː ˈsiː/ | ADC |
| touchscreen/ˈtʌtʃskriːn/ | شاشة لمس |
| capacitive/kəˈpæsɪtɪv/ | سعة |
| resistive/rɪˈzɪstɪv/ | مقاومة |
| virtual reality headset/ˈvɜːtʃuːəl rɪˈælɪti ˈhedset/ | سماعة واقع افتراضي |
خمسة ميجابايت وزنها طن
- في عام 1956، أرسلت شركة IBM أول محرك قرص صلب. تخزن 5 ميجابايت على خمسين قرصاً دواراً، كل قرص قطره 24 بوصة، وكان الوزن الإجمالي للجهاز حوالي طن.
- يحتوي قرص تخزين بحجم 2.5 بوصة اليوم على مليون ضعف ما يحتويه، باستخدام نفس الفكرة تمامًا: مغنطة مناطق صغيرة من قرص دوار وقراءتها مرة أخرى.
- يطلب منك الامتحان وصف كيفية عمل كل جهاز رئيسي خطوة بخطوة، بالترتيب الذي يذكره مخطط الدرجات.
- تأخذ هذه الدرس واحدًا تلو الآخر: الأنواع الثلاثة للتخزين، ثم الأجهزة الطرفية.
القرص الصلب المغناطيسي
- يخزن القرص الصلب المغناطيسي (HDD) البيانات كمناطق مغناطيسية على أقراص دوارة مطلية بمادة مغناطيسية.
- تنقسم كل سطح إلى مسارات متحدة المركز، وكل مسار إلى قطاعات. رأس قراءة/كتابة على ذراع مشغّل يتحرك عبر القرص الدوار إلى المسار الصحيح وينتظر مرور القطاع تحته.
- رخيص لكل جيجابايت وكبير الحجم، لكن الأجزاء المتحركة تجعله أبطأ، وأكثر ضوضاء، وأسهل في التلف عند الصدم.
يدور الذراع المشغّل رأس القراءة/كتابة عبر القرص الدوار
*يخزن القرص البيانات في مسارات متحدة المركز، مقسمة كل منها إلى قطاعات
ضع خطوات قراءة قطاع من القرص الصلب بالترتيب.
الدوران، البحث عن المسار، انتظار القطاع، قراءة المغناطيسية: سبب بطء القرص الصلب مقارنة بقرص SSD هو وجود مرحلتي انتظار هاتين العمليتين.
ذاكرة الحالة الصلبة (الفلاش)
- يخزن محرك الحالة الصلبة (SSD) البيانات كشحنة كهربائية محبوسة في ترانزستورات بوابة عائمة داخل شرائح فلاش NAND. بدون أجزاء متحركة.
- لذا فهو أسرع في الوصول، صامت، يستهلك طاقة أقل ويتحمل السقوط. تكلفته أعلى لكل جيجابايت، ويمكن إعادة كتابة كل خلية عدد محدود من المرات فقط.
- نفس ذاكرة الفلاش موجودة في الفلاشات وبطاقات الذاكرة.
*داخل محرك الحالة الصلبة: صفوف من شرائح الفلاش ومتحكم، لا يوجد شيء يتحرك
كيف يختلف قرص SSD عن القرص الصلب المغناطيسي؟
تخزن وحدات SSD الشحنة في ترانزستورات الفلاش — لا توجد أجزاء متحركة، أسرع وأكثر صلابة، لكن أغلى ثمناً لكل جيجابايت وتتلف خلاياها بمرور الوقت.
قارئ وناشر الأقراص الضوئية
- تخزن الأقراص الضوئية (CD، DVD، Blu-ray) البيانات على طول مسار حلزوني طويل على شكل ثقب وأرضيات. يسلط ليزر على المسار ويقيس الحساس مقدار الضوء المنعكس: التغير في الانعكاس يُقرأ كبت.
- يستخدم الناشر ليزر أقوى لتغيير السطح، حرق طبقة صبغة أو تغيير طبقة تغير الطور، بحيث يتم إنشاء نمط الانعكاس.
- تستخدم Blu-ray ليزر أقصر موجة من DVD، لذا فإن ثقوبها أصغر وتحتوي على سعة أكبر.
*يقوم الليزر بقراءة الثقوب والأرضيات للمسار الحلزوني
كيف تخزن وتقرأ الأقراص البصرية (CD/DVD) البيانات؟
يقرأ الليزر نمط الحفرات؛ الكتابة تستخدم ليزر أقوى لتغيير الانعكاسية.
صل كل نوع من أنواع التخزين الثانوي بكيفية تخزينه للبيانات.
تختلف تقنيات التخزين الثلاث — المغناطيسية، صلبة الحالة والبصرية — في الفيزياء المستخدمة لحفظ بت واحد.
مثال محلول: اختيار جهاز تخزين
- أعطِ دائمًا الجهاز و السبب المناسب للسيناريو.
- حاسوب محمول لطالب: محرك الحالة الصلبة، لأنه لا يحتوي على أجزاء متحركة، لذا يتحمل الحمل، يبدأ بسرعة ويستهلك القليل من الطاقة من البطارية.
- أرشيف صور وفيديو لعائلة: قرص صلب مغناطيسي، لأنه الأرخص لكل جيجابايت لعدة تيرابايت تُقرأ فقط بشكل متقطع.
- فيلم مباع في المتاجر: قرص ضوئي، لأن الأقراص رخيصة في الضغط بكميات كبيرة ولا يمكن للعميل الكتابة فوقها.
صل كل سيناريو بأفضل جهاز تخزين له.
الجهاز هو نصف الإجابة؛ السبب المناسب للسيناريو هو النصف الآخر.
طابعة ليزر
- تعمل الطابعة الليزرية حسب الخطوات التي يدرجها مخطط الدرجات. تنتقل بيانات الصفحة إلى ذاكرة التخزين المؤقت للطابعة. يتم إعطاء الأسطوانة شحنة كهروستاتيكية موحدة.
- يقوم ليزر، منعكس عن مرآة دوارة، بفحص الصورة على الأسطوانة وإزالة الشحنة حيث يضربها، sehingga الشحنة المتبقية تطابق الصفحة.
- الحبر الجاف، وهو مسحوق مشحون، يجذب فقط إلى الأجزاء المشحونة من الأسطوانة. يتم إعطاء الورق الشحنة المعاكسة وينتقل الحبر الجاف إليها.
- الجهاز الثابت، وهو زوج من البكرات الساخنة، يذيب الحبر الجاف في الورق. يتم تفريغ الأسطوانة وتنظيفها للصفحة التالية.
*طابعة ليزر: شحنة، ليزر، حبر جاف، نقل، تثبيت
كيف يطبع الطابعة الليزر صفحة
مرر عبر المراحل الخمس بالترتيب الذي تدرجه خطة التصحيح — الشحن، الليزر، الحبر الجاف، النقل، التثبيت.
ضع مراحل الطباعة بالليزر بالترتيب.
الشحن، الليزر، الحبر الجاف، النقل، التثبيت. خطة التصحيح تقدم الخطوات بهذا الترتيج، لذا يجب عليك فعل ذلك أيضًا.
طابعة 3D ثلاثية الأبعاد
- طابعة 3D ثلاثية الأبعاد 3D تبني جسمًا صلبًا طبقة تلو الأخرى من نموذج رقمي.
- يتم تصميم النموذج في برامج CAD أو فحصه؛ تقوم برامج التقطيع بتقسيمه إلى طبقات أفقية رفيعة وإنتاج تعليمات لكل منها.
- تذيب طابعة FDM بلاستيك خيط وتضعه عبر فوهة متحركة؛ تعالج طابعة الراتنج راتنجًا سائلًا بالضوء فوق البنفسجي؛ تلحم طابعة المسحوق المسحوق بالليزر. ترتبط كل طبقة بالطريقة التي تحتها.
- الاستخدامات: نماذج أولية، أجزاء طبية مخصصة مثل الأطراف الاصطناعية، قطع غيار مصنوعة حسب الطلب.
تذوب طابعة FDM 3D ثلاثية الأبعاد خيط البلاستيك وتبني الجسم طبقة تلو الأخرى
طابعة 3D تبني جسمًا طبقة ____ واحدة تلو الأخرى، حيث ترتبط كل طبقة بالطبقة التي تحتها مباشرةً.
يقوم برنامج التقطيع بقص النموذج إلى طبقات أفقية رفيعة؛ تقوم الطابعة بوضع أو curing أو تلحم طبقة واحدة في كل مرة.
الميكروفون والمكبرات الصوتية
- في الميكروفون، تجعل موجات الصوت الغشاء تهتز. يحرك الغشاء ملفًا في مجال مغناطيسي (أو يغير فجوة مكثف)، مما ينتج إشارة كهربائية متغيرة.
- تلك الإشارة تناظرية، لذا يقوم محول T/A (التناظري إلى الرقمي) بعيناتها وتحويلها إلى ثنائي قبل تخزينها.
- يعمل المكبر العكسي للعملية: ينتج DAC تيارًا متغيرًا، يجعل التيار في الملف يتحرك في مجال مغناطيسي، ويدفع المخروط المرفق الهواء لإنتاج الصوت.
*داخل الميكروفون: اهتزاز الصوت للغشاء والملف لإنتاج تيار
*المكبر هو ميكروفون عكسي: التيار يحرك الملف، يحرك المخروط الهواء
يجب أن يمر الإشارة التناظرية للميكروفون عبر أي مكون لتخزينها رقميًا؟
يحول ADC الإشارة التناظرية المستمرة إلى عينات رقمية يمكن للكمبيوتر تخزينها.
ضع خطوات تسجيل الصوت رقميًا بالترتيب.
الميكروفون هو محول (صوت ← جهد)، ثم يحول ADC تلك الإشارة التناظرية إلى عينات رقمية قابلة للتخزين.
الشاشة اللمسية
- الشاشة اللمسية هي جهاز إدخال وجهاز إخراج معًا.
- السعوية: يحمل الزجاج طبقة تخزن الشحنة. يغير إصبع يلمسها الشحنة عند تلك النقطة، وتحسب المستشعرات الموجودة في الزوايا الإحداثيات. دقيقة، مشرقة، تدعم اللمس المتعدد، لكنها تتطلب لمسًا موصلًا للكهرباء
- مقاومة: طبقتان مرصوفتان تفصل بينهما مسافة ضيقة. عند الضغط عليهما معاً، يكتمل الدائرة عند نقطة اللمس وتوفر الجهد إحداثياتها. تعمل مع قلم أو يد مغطاة بقفاز، لكنها أضعف إضاءة ولا تدعم اللمس المتعدد.
تستجيب شاشات اللمس السعوية لشحنة طرف الإصبع
شاشة لمس سعوية تدعم اللمس المتعدد وتستجيب لإصبع موصل للكهرباء، بينما الشاشة المقاومة تحتاج إلى ضغط فيزيائي.
الشاشات السعوية تستشعر إصبعًا يعطل مجال الشحنة (متعدد اللمس، دقيق)؛ تعمل الشاشات المقاومة عن طريق الضغط لطبقتين معًا.
نظارة الواقع الافتراضي
- تعرض نظارة الواقع الافتراضي لكل عين صورة مختلفة قليلاً على شاشة خاصة بها (أو نصف شاشة واحدة)، مما يجعل الدماغ يرى العمق.
- حساس الجيروسكوب والمسرّع يحددان اتجاه دوران الرأس وميله؛ يتم إعادة رسم الصور عدة مرات في الثانية لمطابقة الحركة، بحيث يبدو المشهد ثابتاً بينما ينظر المستخدم إلى حوليه.
- توفر سماعات الأذن صوتاً يتغير مع وضع الرأس، وقد تتتبع الكاميرات الخارجية أو مستشعرات الأشعة تحت الحمراء موقع وقوف المستخدم.
نظارة VR: صورتان، مستشعرات حركة وصوت يتتبع الرأس
أي من هذه الخيارات هي ميزات لنظارة الواقع الافتراضي؟ حدد كل ما ينطبق.
صورة مزدوجة تعطي عمقًا، مستشعرات الحركة تبقي المشهد ثابتًا عند دوران الرأس، والصوت يتبع. الحفرات والمناطق المسطحة تخص الأقراص البصرية.
مثال محلول: "وصف العملية الأساسية"
- المهمة: صف كيف يخزن قرص صلب مغناطيسي البيانات ويقرأها. [4]
- الأقراص المدهونة بمادة مغناطيسية تدور بسرعة عالية. مقسوم السطح إلى مسارات وقطاعات. رأس قراءة/كتابة على ذراع محرك يتحرك إلى المسار الصحيح. تُخزن البيانات كمناطق ممغنطة تمثل 1s و 0s، ويكتشف الرأس المغناطيسية عندما يمر القطاع تحته.
- أربع خطوات منفصلة، بالترتيب، كل منها يذكر جزءاً. هكذا تُمنح العلامات الأربع.
علامات ضائعة
- عبارة "SSD أسرع" ليست عملية. قل ما الذي يخزن البيانات (الشحنة في الترانزستورات) ولماذا هي سريعة (لا أجزاء متحركة).
- يلتصق المسحوق بـ المُشحَن من أجزاء الأسطوانة، ويذوبه الـ الفايرزر. إغفال الشحنة أو الحرارة يفقد التسلسل.
- يحتاج الميكروفون إلى ADC قبل تخزين الصوت؛ يحتاج السماعة إلى DAC. سمِّ المحول.
- Capacitive و resistive ليسا كلمتين لشيء واحد. Capcitve يكشف عن تغير في الشحنة؛ Resistive يكشف عن طبقتين مضغوطتين معاً.
لقد فهمت الأمر
- HDD: مناطق ممغنطة على أقراص دوارة، مسارات وقطاعات، رأس متحرك؛ SSD: شحنة في ترانزستورات الفلاش، لا أجزاء متحركة؛ بصري: الليزر يقرأ الحفر والسطوح
- طابعة ليزر: شحن الأسطوانة ← الليزر يرسم الصفحة ← المسحوق يلتصق بالشحنة ← يُنقل للورق ← الفايرزر يذوبه
- طابعة 3D ثلاثية الأبعاد تبني طبقة تلو الأخرى من نموذج مقسم؛ غشاء الميكروفون + ملف + محول تناظري-رقمي؛ السماعة هي العكس
- شاشة لمس: سعوية (شحنة، لمس متعدد) أو مقاومة (طبقات مضغوطة)؛ نظارة VR: صورتان، مستشعرات حركة، صوت يتتبع الرأس