DYSK ELASTYCZNY

Zapis informacji na dysku elastycznym

Dysk elastyczny (ang. Floppy Disk) jest to krążek wykonany z giętkiego tworzywa sztucznego, pokryty warstwą materiału magnetycznego. Grubość krążka z folii jest mniejsza niż 1/10 mm, a grubość warstwy magnetycznej wynosi tylko 0,0025 mm. Zapis danych odbywa się na koncentrycznych ścieżkach, których liczba może być równa 40 lub 80. Zwykle średnice dyskietek wynoszą 5,25 lub 3,5 cala. W najbardziej rozpowszechnionych komputerach używa się dyskietek o pojemności 1.44 MB - dla dysków 3.5”.

Informacja na dyskach może być zapisywana z podwójną gęstością (ang. Double Density, DD) lub z wysoką gęstością (ang.High Density, HD). Często gęstość zapisu podawana jest w bitach na cal (ang. Bits Per Inch, BPI) i wynosi od kilku do kilkunastu tysięcy. Następnym ważnym parametrem dyskietek jest gęstość zapisu ścieżek na cal (ang. Track Per Inch, TPI); z reguły na dyskietkach 5.25” można zapisać 48 lub 96 TPI, natomiast na dyskietkach 3.5” - 135 TPI. Dyskietka 3.5” jest najpopularniejszym typem dysków elastycznych stosowanych we współczesnych komputerach; całkowicie wyparła dyski 5.25”. Dysk 3.5” w odróżnieniu od dysku 5.25” posiada sztywną osłonę z tworzywa sztucznego. Okienko dostępu głowicy jest zasłonięte ruchomą metalową przesłoną, która podczas wkładania dyskietki do napędu, automatycznie przesuwa się, odsłaniając dostęp głowicy do powierzchni magnetycznej. Dyskietka o pojemności 1.44 MB posiada po obu stronach po 80 ścieżek podzielonych na 18 sektorów o jednakowej długości - 512 bajtów. Sektor składa się z pola identyfikatora i pola danych. Pole identyfikatora zawiera: numer ścieżki, numer głowicy, numer sektora, informację o długości sektora oraz dwa bajty CRC. Blok danych zawiera dane i również dwa bajty CRC, umieszczone na końcu bloku. Bajty CRC (cyklicznej kontroli nadmiarowej) służą do kontroli poprawności zapisu i odczytu danych z dyskietki; wytwarzane są przy wpisywaniu bloków na ścieżkę.

Mechanizm napędu dysków 3.5” ilustruje rysunek RYSUNEK.2.
Silnik krokowy poprzez przekładnię ślimakową napędza karetkę z głowicami zapisu/odczytu. Włożenie dyskietki do kieszeni powoduje przesunięcie dźwigni, która przemieszcza metalową przesłonę i odsłania dostęp głowicy do powierzchni magnetycznej. Naciśnięcie przycisku wysuwu dyskietki powoduje zwolnienie blokady dźwigni i za pomocą sprężyny wypchnięcie dyskietki z kieszeni.
Sterowanie mechanizmem zawiera układy: pozycjonowania głowic, zapisu i odczytu danych, układ stabilizacji prędkości obrotowej silnika napędu dysku oraz układy formowania impulsów z czujników fotoelektrycznych.

Pamięć na dyskach elastycznych

Napęd dysków elastycznych, zawierający mechanizm oraz układy sterowania, łączony jest z szynami systemowymi poprzez kontroler dysków elastycznych (ang.Floppy Disk Controller, FCD). W starszych rozwiązaniach sterownik FCD umieszczony był na specjalnej karcie montowanej w gnieździe ISA płyty głównej. W rozwiązaniach współczesnych, kontroler FCD znajduje się na płycie głównej i tam też znajduje się 34-stykowe złącze kabla łączącego stację dysków elastycznych. RYSUNEK 3 ilustruje schemat blokowy pamięci na dyskach elastycznych.

Każda linia, w 34-stykowym złączu, posiada nadajnik oraz odbiornik interfejsu. Poziomy napięć na liniach interfejsu odpowiadają poziomom TTL. Poziomem aktywnym wszystkich sygnałów jest poziom niski.
Drugi - 4-żyłowy kabel zasilania, łączy napęd dysków z zasilaczem. RYSUNEK 4 ilustruje schemat blokowy układu sterowania mechanizmem.

Znaczenie sygnałów na poszczególnych liniach interfejsu FDD jest następujące:

- DRIVE 2 INSTALLED - zainstalowana druga stacja dysków elastycznych.
- DRIVE SELECT 0, 1 - wybór mechanizmu nr 0, 1 (dwie linie).
- MOTOR ON 0, 1 - włącz silnik nr 0, 1 (dwie linie).
- DIRECTION SELECT -wybór kierunku przesuwu głowic.
- STEP - krok (impuls przesuwający głowicę o jedną ścieżkę).
- SIDE SELECT nr. 1 - wybór głowice nr
-WRITE GATE - bramka zapisu.
- WRITE DATA - dane zapisywane.
- DISK CHANGE - zmiana dyskietki.
- WRITE PROTECT - blokada zapisu.
- TRACK 0 - głowica na ścieżce zerowej.
- INDEX - impuls indeksowy (początek ścieżki).
- READ DATA - dane odczytane.
- HIGH DENSITY SELECT - wybór wysokiej gęstości zapisu.
Linia MOTOR ON powoduje włączenie silnika napędu dysku, który uzyskuje nominalną prędkość obrotową po ok. 0,5 sekundy.
Operację zapisu i odczytu można rozpocząć po 15 ms od ostatniego impulsu STEP.
Operacja zapisu jest możliwa przy wysokim poziomie sygnału WRITE GATE oraz niskim poziomie sygnału WRITE PROTECT

Sterownik dysków elastycznych (FCD).

Sterownik ten zapewnia współpracę napędu dysków z systemem i zawiera przeważnie specjalizowany układ scalony, realizujący wszystkie funkcje kontrolne i sterujące napędem dysków elastycznych. Schemat blokowy kontrolera dysków elastycznych przedstawia RYSUNEK 5

Zawiera on następujące elementy i układy:

- programowalny sterownik FCD, kompatybilny programowo z ukł. 8272 A firmy INTEL,
- separator danych z pętlą PLL,
- układ prekompensacji zapisu,
- bufor danych,
- dekoder adresów,
dekoder wyboru napędu,
- nadajniki oraz odbiorniki interfejsu.

Kontroler FCD współpracuje z systemem mikroprocesorowym poprzez magistralę ISA, wykorzystując następujące linie:

- D0 - D7 - dwukierunkowa szyna danych,
- AEN - Adres Enable - sygnał pochodzący z kontrolera DMA; linia aktywna (niski poziom) oznacza pracę w trybie DMA,
- A9 - A0 - 10-bitowa szyna adresowa,
- RESET - ustawia kontroler FCD w stan jałowy,
- DRQ - żądanie transmisji danych w trybie DMA.
- IOW - sygnał sterujący transmisją danych z procesora do kontrolera FCD,
- IOR - sygnał sterujący transmisją danych z kontrolera FCD do procesora,
- IRQ - Interrupt - żądanie obsługi przerwania,
- DACK - niski poziom sygnalizuje o pracy w trybie DMA,
- TC - wysoki poziom sygnalizuje koniec transmisji.

Transmisja danych między sterownikiem a pamięcią komputera może odbywać się w trybie DMA. Sterownik wysyła sygnał żądania obsługi - DRQ; układ DMA potwierdza przyjęcie żądania, sygnałem DACK. Powyższa sekwencja czynności powtarza się dla każdego przesłanego bajtu danych. Po przesłaniu zaprogramowanej liczby bajtów, układ DMA wysyła do sterownika sygnał TC, oznaczający koniec transmisji. Powoduje to zaprzestanie wysyłania sygnałów żądania obsługi - DRQ przez sterownik scalony oraz zgłoszenie przerwania IRQ6, oznaczającego koniec transmisji.
Zadaniem separatora danych, jest wydzielenie danych (zapisanych na dysku metodą MFM), z ciągu impulsów Read Data, odczytanych z dysku.
Układ prekompensacji stosuje się w celu opóźnienia zapisu bitu o różne odcinki czasu, w zależności od kombinacji aktualnie zapisywanych bitów. Jest to konieczne, gdyż zmiany częstotliwości zapisywanych danych prowadzą do nierównomiernego oddziaływania wzajemnego SEM, podczas operacji odczytu. Objawia się to przesunięciem wierzchołków sił elektromotorycznych w czasie odczytu (tzw. efekt„PeakShift”), co powoduje, że impulsy bitów danych (lub zegarowych) pojawiają się za szybko lub za późno.
Prekompensacja więc, jako środek zaradczy, polega na tym, że przy zapisie, impulsy danych są przesunięte w kierunku przeciwnym do przesunięcia spowodowanego efektem„PeakShift”, tak że przy odczycie znajdują się one na właściwych miejscach.

Inne rodzaje dysków elastycznych

PAMIĘCI ZIP

Pierwsze napędy Zip pojawiły się na rynku kilka lat temu. Już wtedy przewidywano, że zastąpią one tradycyjne dyskietki 3,5''. Do dziś sprzedano wiele takich napędów, a najwięksi producenci montują je w swoich komputerach. O takim powodzeniu nośnika - dysku Zip zadecydowało przede wszystkim jego pojemność wynosząca 100 MB. W dobie coraz powszechniej używanych aplikacji multimedialnych zawierających olbrzymie ilości grafiki, plików dźwiękowych czy wideo, pojemność 1,44 MB oferowana przez dyskietki zmusza użytkowników do kompresowania danych i dzielenia ich na stosunkowo małe kawałki. Tymczasem niewielki Zip (6x101x101 mm) - poręczny i przyjazny w obsłudze - ma pojemność 70 razy większą, przy niższej cenie za 1MB. Również dostęp do danych jest znacznie lepszy - średni czas dostępu to ok. 29 milisekund, a ciągły transfer sięga 11,2 Mb/s.

Popularność ZIP-a

Napędy ZIP stanowią alternatywne rozwiązanie dla dyskietki 1,44 MB, głównie ze względu na podobną wielkość i znacznie większą pojemność 100, a nawet 250 MB. Jest to również konkurencyjna technologia dla bardziej trwałych napędów magnetooptycznych i zapisywalnych płyt CD-R (CD-RW). Relatywnie niska cena (napęd kosztuje ok. 300-600 zł, nośnik 40-60 zł) pozwala na względnie tanie rozwiązanie problemu archiwizacji danych, fizycznego przenoszenia dużych zbiorów lub rozszerzenia pamięci systemu. Małe rozmiary urządzenia gwarantują łatwe "przemieszczanie" go między komputerami, tym bardziej że oprogramowanie napędu ma funkcję, umożliwiającą "chwilowe" podłączenie napędu (bez trwałej instalacji programu obsługi) w celu kopiowania plików lub programów z komputera, który z ZIP-a będzie korzystał okazjonalnie. Instalacja napędu odbywa się bez problemów i zwykle zajmuje 5-10 minut. Podczas uruchamiania systemu napędowi przydzielana jest osobna litera. Na poziomie użytkownika jest on widoczny jako kolejny dysk o pojemności 100-250 MB. Wadą popularnych ZIP-ów jest niezbyt przyjazne rozwiązanie problemu podczas uruchamiania. Przy podłączeniu go do portu drukarki należy wyłączyć komputer, a przy uruchamianiu trzeba pamiętać, aby włączyć ZIP-a równolegle lub nawet przed uruchomieniem komputera. Problemem wielu napędów jest brak wyłącznika sieciowego, co zmusza użytkownika do manipulacji wtyczką zasilacza przy każdorazowym korzystaniu z napędu magnetycznego. Pewnym rozwiązaniem może być użycie listwy sieciowej z głównym włącznikiem. Inną wadą tego rozwiązania jest konieczność wkładania i wyjmowania dyskietki tylko przy włączonym zasilaniu. W dobie królującej techniki plug-and-play zbytnio nie zachęca to do korzystania z ZIP-a. W najnowszych napędach problemy te wprawdzie zostały przynajmniej częściowo rozwiązane, to jednak w przypadku starszych urządzeń należy liczyć się z trudnościami w obsłudze nośnika. Użytkownik, korzystający z "wędrownego" ZIP-a, musi pamiętać, że oprócz napędu musi także zabrać zasilacz.

TECHNOLOGIA FLOPTICAL

Technologia Floptical jest próbą powiększenia pojemności klasycznej dyskietki 3,5calowe. Pojemność dysku powiększono przez zwiększenie liczby ścieżek do 755 (27 sektorów na ścieżce) i zastosowanie głowicy pozycjonowanej z użyciem wiązki lasera. Dyskietka ta z zewnątrz nie różni się od zwykłej dyskietki 1,44 MB, ma jednak cieniutkie prześwity między nieprzejrzystymi ścieżkami, przeznaczone dla pozycjonującego lasera. Można zapisać na tej dyskietce 20 MB danych. Stacje dysków Floptical potrafią czytać i zapisywać zwykłe dyskietki 3,5calowe.

Innym rozwiązaniem w tej technologii jest dysk LS-120 (Laser Sesvo 120)

LS-120 NAJNOWSZĄ SUPERDYSKIETKĄ

Na 3,5'' dyskietce napędu LS-120 mieści się 120 MB informacji - 83 razy więcej niż na tradycyjnej dyskietce 3,5calowej. Tak wysoka gęstość zapisu wymaga zastosowania bardzo złożonego systemu
Napęd, który na pierwszy rzut oka niewiele różni się od zwykłej stacji dysków, potrafi również odczytywać i zapisywać popularne dyskietki 720 KB i 1,44 MB.

ZASADA DZIAŁANIA

Aby uzyskać tak dużą pojemność, LS-120 musi zapisywać dane znacznie gęściej niż tradycyjne napędy. Wykorzystanie głowicy z podwójną szczeliną (dual gap head ) pozwala uzyskać gęstość 2490 tpi (track per inch - ścieżek na cal). Dla porównania: tradycyjne dyskietki mieszczą jedynie 135 ścieżek na cal.
We wnętrzu dyskietki LS-120 wiruje tarcza z tworzywa sztucznego, na której naniesione są dwie warstwy metalicznego nośnika magnetycznego zapewniającego dużą gęstość zapisu. Nośnik o grubości 0,0025 cala jest nieco cieńszy niż tarcza tradycyjnej dyskietki, dzięki czemu głowica ma lepszy kontakt z podłożem Pomiędzy dwiema ścieżkami optycznymi oddalonymi od siebie o 20,4 m. ułożone są dwa ślady magnetyczne. Wzór optyczny wykorzystywany jest przez układ pozycjonowania głowic, natomiast właściwe informacje zapisywane są w nośniku magnetycznym.
W napędzie LS-120 nośnik wiruje z dużo większą prędkością. Czas dostępu do danych w dyskietkach LS-120 jest pięciokrotnie większy niż w zwykłych napędach, nawet tradycyjne dyskietki odczytywane są trzykrotnie szybciej. Napęd LS-120 zawiera mniej elementów mechanicznych niż normalna stacja dyskietek.

DYSKI BERNOULLIEGO

Kaseta dysku Bernoulliego zawiera dwa równoległe, elastyczne krążki podobne do dyskietek. Wirując blisko pary głowic, krążki wywołują szybki ruch powietrza, który (zgodnie z prawem Bernoulliego) powoduje spadek ciśnienia i miejscowe odkształcenie obydwu krążków w stronę odpowiadających im głowic. W technologii tej nie występuje niebezpieczeństwo uszkodzenia zapisu lub głowic. Podczas wyłączania, gdy zmniejsza się prędkość obrotowa, nośnik prostuje się i zwiększa odległość od głowicy. Dyski te są odporne na wstrząsy. Przykładowe parametry to: średni czas dostępu 18 ms, szybkość transmisji 1,93 MB/s

DYSKI SyQuest

Dyski te są zbliżone konstrukcyjnie do dysków twardych. W komputerze jest umieszczony napęd dysku twardego, natomiast pojedynczy talerz znajduje się w wymiennej kasecie. Dyski te mają typowe pojemności 44, 88, 200 MB (5,25calowej) oraz 105, 270 MB (3,5). Nie mają zabezpieczenia przed różnicami ciśnień i zmianami temperatury podczas pracy. Dyski te stały się wyposażeniem DTP (komputerowego składu drukarskiego) naświetlarni i drukarni.