يعد فهم كيفية إدارة أجهزة الكمبيوتر للبيانات وتخزينها أمرًا بالغ الأهمية لكل من المستخدمين والمطورين. يغطي هذا الدرس المفاهيم الأساسية لإدارة الذاكرة والتخزين، ويفحص كيفية استخدام البرامج لهذه الموارد.
في جوهرها، ذاكرة الكمبيوتر هي المكان الذي يتم فيه تخزين البيانات مؤقتًا للوصول السريع بواسطة المعالج. الأنواع الرئيسية للذاكرة في الكمبيوتر هي ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وذاكرة القراءة فقط (ROM).
ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) متقلبة، مما يعني أنها تحتفظ بالبيانات فقط أثناء تشغيلها. ROM، من ناحية أخرى، غير متطاير، حيث يقوم بتخزين البيانات الأساسية مثل البرامج الثابتة للنظام التي لا تتغير كثيرًا.
إدارة الذاكرة هي عملية التحكم في ذاكرة الكمبيوتر وتنسيقها، وتعيين أجزاء تسمى الكتل لمختلف البرامج قيد التشغيل لتحسين الأداء العام.
هناك عدة طرق يمكن لنظام التشغيل من خلالها تخصيص الذاكرة للبرامج:
يمكن تقسيم التخصيص الديناميكي أيضًا إلى تخصيص المكدس وتخصيص الكومة. يعد تخصيص المكدس سريعًا ولكنه محدود الحجم، في حين أن تخصيص الكومة أكثر مرونة ولكنه يتطلب إدارة يدوية بلغات مثل C وC++.
الذاكرة الافتراضية هي تقنية تسمح بتنفيذ العمليات التي قد لا تكون موجودة بالكامل في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). فهو يعمل على توسيع الذاكرة المتوفرة باستخدام جزء من القرص الثابت كمخزن مؤقت أو مساحة مبادلة.
يقوم نظام التشغيل بتقسيم الذاكرة الافتراضية إلى صفحات، يمكن إدخال كل منها بشكل مستقل إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) حسب الحاجة. صيغة حساب حجم الذاكرة الافتراضية هي \( \textrm{ذاكرة افتراضية} = \textrm{حجم ذاكرة الوصول العشوائي} + \textrm{مساحة المبادلة} \) .
في لغات البرمجة مثل Java وPython، غالبًا ما تتم إدارة الذاكرة تلقائيًا من خلال عملية تسمى جمع البيانات المهملة. تقوم هذه العملية تلقائيًا باستعادة الذاكرة المخصصة للكائنات التي لم تعد قيد الاستخدام بواسطة البرنامج.
بالإضافة إلى تخزين البيانات المؤقتة في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، يلزم تخزين البيانات بشكل دائم للتطبيقات والملفات ونظام التشغيل نفسه. هناك نوعان رئيسيان من أجهزة التخزين:
تُستخدم أنظمة الملفات لإدارة وتنظيم البيانات المخزنة على هذه الأجهزة. تتضمن أنظمة الملفات الشائعة FAT32، وNTFS لنظام التشغيل Windows، وEXT4 لنظام التشغيل Linux.
يتم تنظيم البيانات في نظام الملفات في بنية هرمية، بدءًا من الدليل الجذر. يمكن أن يحتوي كل ملف أو دليل على سمات مثل الاسم والحجم والأذونات.
RAID (المصفوفة المتكررة من الأقراص المستقلة) هي تقنية تستخدم أجهزة تخزين متعددة كوحدة تخزين واحدة، مما يوفر تكرارًا للبيانات وتحسين الأداء. هناك عدة مستويات من RAID، يقدم كل منها توازنًا مختلفًا في الأداء والتكرار.
يتيح التخزين السحابي للمستخدمين تخزين البيانات على خوادم بعيدة يمكن الوصول إليها عبر الإنترنت. فهو يوفر قابلية التوسع وتكرار البيانات وسهولة الوصول من أي مكان متصل بالإنترنت.
تعد الإدارة الفعالة للذاكرة وحلول التخزين المناسبة أمرًا بالغ الأهمية للتشغيل السلس لأنظمة الكمبيوتر. بدءًا من تخزين البيانات المؤقتة في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وحتى تخزين البيانات على المدى الطويل في محركات أقراص SSD والخدمات السحابية، يعد فهم هذه المفاهيم أمرًا ضروريًا للتنقل في العالم الرقمي.
