Hardware


FDD - Floppy Disk Drive

Kto nie słyszał o słynnych dyskietkach 3,5" niech się wstydzi... Był to standard używany nie tylko w komputerach PC, ale i Apple, Amiga oraz innych... Obecnie standard ten "wypadł" z rynku. Został wyparty przede wszystkim przez wprowadzenie na rynek nagrywarek CD-R/RW oraz później DVD...

Napędy i dyskietki typu FDD towarzyszyły komputerom bardzo długo. Najpopularniejszym formatem był słynny 1,44 MB (1MB - 1000KB), którego popyt skończył się jakoś w 2004 roku - od tej pory coraz rzadziej się sprzedaje je w nowych komputerach.

Mimo wszystko 1,44 stosowano niemal wszędzie - dyskietki można było przynosić z pracy do domu i odwrotnie.

Artykuł ten poświecony jest właśnie FDD i zasadzie działania. Skupię się głównie na napędach i dyskietkach 3,5".

Floppy / Flexible disk - dyskietka

Jest to przenośny nośnik danych. Składa się z plastikowej obudowy z metalową blaszką. W środku znajduje się krążek ze specjalnego tworzywa. Z obu stron krążek pokryto cienką warstwą magnetyczną (konkretnie ferromagnetyczną - tlenek chromu lub tlenek żelaza).

Charakterystyczną cechą dyskietek o średnicy 3,5" jest grubsza plastikowa obudowa z małym ścięciem górnego prawego rogu. Dodatkowo w górnej części dyskietki znajduje się metalowa blaszka odsuwana automatycznie po włożeniu. Taka konstrukcja miała zapewnić dobrą odporność na uszkodzenia mechaniczne.

Trochę historii

Konstruktorem pierwszej dyskietki był dr Yoshiro Nakamatsu. Pracował na Uniwersytecie Cesarskim w Tokio i pierwszy napęd oraz dyskietkę do niego zaprojektował w 1950 roku. Dyskietka wydawała się dosyć poręczna - miała zaledwie 8 cali średnicy krążka oraz mogła pomieścić 1KB. Prawie natychmiast zainteresowała się tym firma International Business Machines Corporation. Koncern IBM wykupił wszystkie prawa odnośnie tego wynalazku. Firma zdecydowała się opublikować go dopiero 21 lat później - napęd nosił nazwę 23FD Minnow. Dyskietki początkowo miały status Read-Only - tylko do odczytu...

dr Yoshiro Nakamatsu - konstruktor
dr Y. Nakamatsu

Dyskietki 8 i 5,25" nie wiele różniły się wyglądem. Dosyć ciekawym rodzajem były dyskietki 3 calowe z 1984 roku. Był to podobno drogi nośnik produkowany, w solidnej obudowie, przez firmę Hitachi Maxell. Ich pojemność wynosiła 320 KB. Dyskietkami tymi zainteresowała się później firma Amstard, która podobno wykupiła w Azji dosyć dużą serię produkcyjną tanich napędów. Napęd był montowany w ZX Spectrum 128+3. Niestety ani nośnik, ani komputer-konsola nie odniósł oczekiwanego sukcesu.

Wróćmy jednak do tematu - dyskietki 3,5"...

Zapis i odczyt informacji w floppy 3,5"

W napędzie umożliwiającym zapis i odczyt dyskietek 3,5" umieszczono dwie głowice umożliwiające odczyt dyskietki z dwóch stron. Głowice podczas zapisu są nieruchome, obraca się natomiast dyskietka (krążek). Odczyt / zapis wykonuje się po ścieżkach. Kolejne ścieżki mogą zostać zapisane lub odczytane dzięki przemieszczaniu się głowicy w poprzek krążka (prostopadle do ścieżek).

Ścieżki numerowane są od 0 - n. Każda ścieżka podzielona jest na sektory. Sektory również są numerowane od 0 - N. Strony dyskietki mają numery głowic (0, 1). Dzięki takiemu podziałowi możliwe jest dotarcie do konkretnego miejsca (sektora) na dyskietce zawierającego odpowiednie dane.

Sposób fizycznego adresowania danych na FD nosi nazwę CHS (ang. Cylinder Head Sector - Cylinder Głowica Sektor).

Zapis MFM (ang. Modified Frequency Modulation)

Informacje na dyskietce są zapisywane metodą MFM (ang. Modified Frequency Modulation - modulacja o zmodyfikowanej częstotliwości).

Zasada działania systemu MFM
Rys. 1 Zasada działania MFM

Z Rysunku można wywnioskować, że dla systemu MFM zmiana namagnesowania następuje wtedy, gdy bit poprzedzający i bieżący jest 0. Dodatkowe namagnesowanie występuje dla stanu 1.

System ten stosowany jest wyłącznie przy zapisie na dyskietkę. Nie posiada informacji o zegarze. Dla synchronizacji zegara używa się ciągu kolejnych zer. Są one umieszczane na początku sektora.

Sektory dyskietki

Na początku sektora umieszczane są wspomniane wyżej bajty zerowe (synchronizacja zegara). Kolejna jest identyfikacja sektora, a konkretniej numery: ścieżki, sektora oraz głowicy. Blok danych wynosi 512 bajtów. Na końcu sektora umieszczone są bajty kontrolne wymagane do sprawdzenia poprawności odczytu. Jeden sektor to 600 bajtów.

Przed użyciem dyskietka musi zostać przygotowana do pracy. Proces ten nazywa się formatowaniem i zapisywane są podczas niego ścieżki oraz sektory. Formatowanie zmniejsza pojemność dyskietki. Liczba sektorów na dyskietce nie ulega zmianie i pomimo, że sektory wewnętrzne są krótsze od zewnętrznych - zapisywana jest na nich ta sama ilość informacji.

Możemy wyróżnić dwa dobrze znane typy dyskietek 3,5". Są to 2DD (ang. Double Density - podwójna gęstość) oraz 2HD (ang. High Density - wysoka gęstość). Oba typy posiadają po 80 zapisywalnych ścieżek na stronę. Typ 2DD posiada 9 sektorów na ścieżce, a jego pojemność to 720KB. Typ 2HD posiada 2 razy więcej sektorów - 18, a pojemność takiej dyskietki to 1,44MB (nie jest to dokładna miara, gdyż przyjęto 1000 KB jako 1MB - [przyp. autor]). Dyskietka posiada specjalny otwór (z suwakiem) zabezpieczający przed utratą (nadpisaniem) informacji.

Istnieją dwa określenia gęstości zapisu (ang. Density). Pierwsza, wyrażona w liczbie ścieżek na 1 cal [tpi - ang. track per inch], dotyczy maksymalnej liczby ścieżek. W dyskietce 3,5" wynosi ona 135 tpi (w rzeczywistości zależy od możliwości ustawienia głowic). Drugą określa się gęstość zapisu wzdłuż ścieżki i wyraża się w bitach na 1 cal [bpi - ang. bit per inch].

Warto wspomnieć, iż największa gęstość zapisu to 17 400 bpi - występuje na wewnętrznej ścieżce.

Floppy Disk Drive - napęd dyskietek

FDD - Floppy Disc Drive
Rys. 2 Stacja - Floppy Disk Drive (góra/przód)

FDD posiada dwa silniki. Prędkość obrotowa pierwszego jest stabilizowana (360/300 obr/min). Silnik ten służy do bezpośredniego obracania dyskietki. Drugi silnik (krokowy) służy do przemieszczenia głowicy na określoną ścieżkę. Zastosowano w nim przekładnię ślimakową służącą do zmiany ruchu obrotowego na ruch liniowy. Głowice cały czas stykają się z powierzchnią krążka.

Napęd dyskietek posiada 5 czujników:

  • obecności dyskietki w napędzie,
  • gęstości zapisu,
  • zabezpieczenia przed zapisem,
  • sektora zerowego oznaczającego początek ścieżki,
  • ścieżki zerowej.

Czujniki: gęstości, obecności dyskietki i zabezpieczenia przed zapisem, wykorzystują mikroprzełączniki. Czujnik sektora zerowego natomiast wykorzystuje hallotron, który jest włączany magnesem na wirniku silnika. Czujnik sektora zerowego to czujnik optyczny i jest uaktywniany przez przesłonę przy napędzie głowic.

Napęd zasilany jest napięciem +5 i +12 V.

Interfejs FDD i sterowanie

Sterownikiem dysków elastycznych jest FDC (ang. Flexy / Floppy Disk Controller - kontroler dysków elastycznych). Jest on zawarty w chipsecie płyty głównej (sterownik we/wy).

Interfejs FDD używa kabla, który ma 34 przewody. Warto przy tym dodać, że przewody o numeracji nieparzystej to przewody masy, natomiast przewody parzyste to przeprowadzają sygnały. Obecnie możliwe jest podłączenie dwóch napędów do jednego komputera - napęd A i B.

Sygnały dzielą się na trzy grupy: dane, sterowanie zapis/odczyt, sterowanie silnikiem i napędem.

Do napędu, dane, które mają zostać zapisane (ang. Write Data) wprowadzane są w postaci szeregowej. Podobnie dzieje się z danymi do odczytu - z napędu do sterownika - (ang. Read Data). Transfer maksymalny osiąga około 500 KB/s.

Sterowanie odczytem i zapisem związane jest z: przesuwaniem głowic (wybór silnika krokowego), wyborem głowicy, blokadą zapisu i sygnałami pochodzącymi z czujników.

Dane

Dane do zapisu są uprzednio zamieniane z postaci równoległej na szeregową (z komputera). Następuje grupowanie w sektory oraz nadanie dodatkowych informacji.

Aby zapobiec powstaniu błędów odczytu stosuje się tzw. prekompensację zapisu. Zabieg ten polega na przesunięciu zapisywanych sygnałów dla sektorów wewnętrznych w kierunku przeciwnym do przesunięcia, które powstaje przy ich odczycie.

Dane odczytane, w postaci wzmocnionych i jednokierunkowych "pików", doprowadzane są do separatora danych, który na podstawie impulsów synchronizacji odtwarza sygnał zegarowy. Sygnał zegarowy jest podstawą do określenia tzw. okna odczytu - odcinka bitowego. Pik znajdujący się w środku odcinka bitowego podlega zamianie na bit o wartości logicznej 1. W ten sposób uzyskuje się dane szeregowe, a po sprawdzeniu poprawności zamienia się je na dane równoległe i wysyła liniami danych do pamięci operacyjnej.

W tym wypadku stosowana jest transmisja DMA. Przesłanie każdego bajtu poprzedzane jest sygnałem DRQ (ang. Data ReQuest - żądanie danych) i potwierdzane sygnałem potwierdzającym. Na koniec wysyłane jest żądanie przerwania IRQ6 (ang. Interrupt Request). W ten sposób szybkość transmisji utrzymuje się na poziomie 40 KB/s.

Podsumowanie

Stacje dyskietek i dyskietki Floppy / Flexy to urządzenia już przestarzałe. Charakteryzują się powolną pracą i długim czasem dostępu do danych. Najpopularniejszymi dyskietkami były 3,5" 2HD określane jako 1,44MB. Były one bardzo poręczne, odporne, a stacje do nich znajdywały się w każdym komputerze (nie tylko PC).

Epoka floppy trwała dosyć długo, ale się skończyła. Nagrywarki CD/DVD oraz rozwój sieci całkowicie wypchnęły dyskietki 3,5" z rynku. Nawet próba reanimacji FDD napędami ZIP nic nie wskórała. Najprawdopodobniej to już koniec napędów tego typu.

Dodał: Paweł​Dzedzej
Dział: Hardware


 

ComputerSun.pl na FaceBooku
Polecamy lekturę:

PowerPoint 2007 PL. Pierwsza pomoc
# MAGAZYNY

Tańsze e-wydania:

e-prasa: PC World Zoom

Zobacz wszystkie:
e-wydania: Internet i komputery




X

Zapisz się na biuletyn serwisu ComputerSun.pl, aby otrzymać poradnik:

Zabezpieczanie sieci bezprzewodowych. Przydatne wskazówki jak chronić sieć domową przed intruzami

Imię:  
Email:
Tak, akceptuję Politykę Prywatności