Floppy disk and floppy disk drive

Tento semestr jsem měl za úkol vypracovat prezentaci na předmet Elektrotechnika pro informatiky o disketové mechanice a disketě. Jejich princip, struktura, popis částí.

Některé věty byly přímo převzaty ze zdrojů ( viz zdroje ), některé byly upraveny či transformovány. Pro podrobnější popis, nasledujte zdroje ( linky ).

Zadání práce
Floppy disk, princip, blokově základní obvody.

Co to je Floppy disk?
Floppy disk v překladu znamená pružný disk. Toto pojmenování vzniklo díky vlastnostem prvních disket, které se daly do mírně ohnout, aniž by ztratily své zaznamenávací vlastnosti.
Je to médium, které slouží k ukládání, zalohování čí přenášení dat.
Jeho velikost co se týče fyzických parametrů, ale i objemu dat které na lze zapsat, se od roku 1967, kdy ho Alan Shugart v IBM vynalezl několikrát změnila.
Z prvu byl Floppy disk pouze magnetický disk bez obalu, kvůli četným problémům byl později však disk chráněný plastickým obalem.

Podle počtu aktivních stran diskety a hustoty zápisu rozdělujeme diskety na:
jednostranné SS (single side) - pro zapis se využívá pouze jedna strana kotouče
dvojstranné DS (double side) - pro zápis využíváme obě strany kotouče
diskety s jednoduchou hustotou zápisu SD (single density)
dvojnásobnou hustotou zápisu DD (double density)
vysokou hustotou zápisu HD (high density)
dvojnásobně vysokou hustotou zápisu 2HD
zvlášť vysokou hustotou zápisu ED (extra density)

Struktura floppy disku
tenký plastiký pružný kotouč, s nanesenou magnetickou vrstvou
chráněn plastikovým pouzdrem ( čtvercové tvaru )
uvnitř pouzdra se nachází papírový kroužek, který má za úkol sbírat prach a nečistoty a tím zamezovat a snižovat tření mezi disketou a jejím obalem.
data jsou zaznamenána do stop ( kružnic ). Stopy jsou číslovány od nuly do maximálního počtu dle kapacity diskety.

Stopa:
Nultá stopa se nachází nejblíže okraje disku, je indikována speciálním čidlem. Stopa s maximálním číslem je nejblíže středu disku.
U 5,25" a u 8" disket byl v disketě vyvrtán malý otvor tzv. indexový otvor, který sloužil k určování začátku a konce stopy. Pokud byl indikován začátek stopy, přišel pod hlavu sektor s číslem nula.
Stopu dělíme dále na sektory.

Sektor:
očíslovány od nuly do maximálního počtu
je ucelený záznam dat určité délky, který je vždy čten a zapisován jeko celek.
Označení začátků sektorů je možné dvěma způsoby:
hard sektor - je v disketě kromě indexového otvoru vyvrtána i řada sektorových otvorů, které určují začátky sektorů. Tyto otvory jsou snímány čidlem a poté vyhodnoceny elektronikou.
soft sektor - začátkek a konec sektorů jsou zapsány pomocí magnetického záznamu na disketě.
Kapacita diskety závisí na velikosti speciálních značek ukazujících začátky a konce sektorů. Můžeme ji tedy rozdělit na dvě :
Neformátovaná kapacita udává, kolik informací se vejde na disketu včetně dat sektorových značek, synchronačních polí atd.
Formátovaná kapacita říká, kolik se vejde na disketu pouze dat. Disketu je nutné naformátovat. Pomocí příkazu (format ) se na disketě vytvoří potřebná struktura - sektorové značky, synchronizační pole, sektorové mezery. Do dat budou zapsány defaultní hodnoty E5h.

Části floppy disku
viz. obrázek

1.ochrana proti zápisu
2.střed ( osa )
3.posuvná krytka
4.plastikový obal
5.papírový kroužek( vláknitý )
6.magnetický disk
7.sektor

Princip záznamu floppy disku
Data jsou na disk zaznamenávána seriově jako změny magnetické vrstvy ze saturace v jednom směru do saturace ve směru druhém. Data se při záznamu na disketu zaznamenávají ve větší šířce než je šířka stopy. Stopa se ihned po záznamu zúží pomocí tunelového omazání. Omazání se provádí pomocí dvou malých omazávacích štěrbin, které omažou přečnívající záznam. Tím se vytvoří pásma bez záznamu, která jsou důležitá pro menší chybovost. Z důvodu dobrého čtení dat a menší chybovosti jsou u oboustraných mechanik posunuty hlavy přibližně o dva mm. Kdyby ležely nad sebou, tvořily by jedna druhé magnetický zkrat.
Data přichází do mechaniky jako sled impulsů. Každý impuls je zaznamenán jako změna magnetizace na disketě. Při čtení se musí z těchto změn vytvořit opět původní signál. Pro dobré uložení informací se používají různé způsoby kódování. U novějších disket je to zejména kódování MFM, u starších se používalo i kódování FM. Přenosové rychlosti dat jsou nyní běžně 500kb/s. Bližší informace o nejpoužívanějších formátech disket podává tabulka.

Floppy disk formats

Formát	Rok uvedení	Formátovaná kapacita
8” IBM 23FD (read-only)	1969	79.75 KB
8” Memorex 650	1972	175 KB
8” SSSD IBM 33FD / Shugart 901	1973	250.25KB
8” DSSD IBM 43FD / Shugart 850	1976	500.5KB
5¼"	1976	89.6KB
8” DSDDIBM 53FD / Shugart 850	1977	1200KB
5¼ DD	19783	60KB
3½ HP single sided	1982	280KB
3”	1982	360KB
3½” (DD at release)	1984	720KB
5¼” QD	1982	1,182,720 B
3” DD	1984	720KB
3“ Mitsumi Quick Disk	1985	128 to 256KB
2”	1985	720KB
5¼” Perpendicular	1986	100 MB
3½” HD	1987	1440 KB
3½” ED	1991	2880 KB
3½” LS-120	1996	120.375 MB
3½” LS-240	1997	240.75 MB
3½” HiFD	1998/99	150/200 MB

Floppy disk - vyhodnocení
Výhody:
nízká cena

Nevýhody:
v současnosti už nevyhovuje jejich nízká kapacita
práce počítače s disketou je velmi pomalá
data jsou poškozena pouhým přiložením magnetu

Co je to Floppy disk drive?
Je elektronické zařízení pomocí něhož lze zapisovat/číst data z floppy disku
Poprvé vyroben roku 1972 firmou Memmorex

Dělíme ho na několik základních částí:
Čtecí a zapisovací hlava - umístěny na podél obou stran diskety, pohybují se po společné ose. Hlavy nejsou umístěny přímo proti sobě, aby se nedošlo k nežádoucí interakci na bou stranách medií. Jedna hlava se používá jak pro čtení tak pro zápis dat, zatím co pro vymazávaní dat se používá šírší hlava. Při cestování na danou stopu/sektor se čtecí/zapisovací hlavy nedotýkají diskety. Elektronická optika také kontroluje, zda je uřivatelem povolen zápis na disketové mediu či nikoliv.

Hnací motor - velmi malý motor, jehož funkcí je roztočit disketu pomocí prostřední železné části na 300 až 360 otáček za minutu (RPM).

Krokový motor - tento motor provádí přesný počet kroků k přesunutí hlavy na zapis/čtení na správnou stopu. Čtecí a zapisovací hlava je rychlejší než hřídel krokového motoru.

Mechanical část - je systém páček, které otevirají ochranou posuvnou krytku diskety, aby bylo možné zapisovací/čtecí hlavě se dotknout diskety z obou stran ( pro oboustranné média ). Dále nalezneme tlačítko pomocí něhož je disketa vyjmuta z mechaniky.

Elektronika - deska s elektrickými obvody, které řídí činnost mechaniky( krokový motor, čtecí/zapisovací hlava atd ).
Systemový konektor. Pomocí něj je jednotka připojena do základního systému. Vhodným rozmístěním signálů na systémovém konektoru a překrocením připojovacího kabelu mezi signály je dosaženo toho, že k řadiči disketových jednotek lze připojit dvě floppy disk drive.

Mechanismus náhonu diskety
Liší podle rozměru diskety.
8" používá řemínkový náhon ze síťového motoru na unášecí vřeteno. Motory se točí stále, jsou velké a mějí značný příkon. Z důvodu požadavku na vysokou stabilitu otáček se používají tzv. reluktační motory s kondenzátorovým posuvem fáze. Disketa je pevně upnuta pomocí přítlačného mezikruží, ve kterém byl nasunut kalibrovaný trn. Tento trn měl průměr 1,5" a jeho excentricita nesmí překročit 10-15um.
5,25" pro náhon se používá řemínkek a komutátorový motorek s regulací otáček. Novější 5,25" mechaniky mají náhon unášecího vřetene řešen pomocí profilového bezkomutátorového plochého motorku s elektronickým řízením a tachogenerátorovou regulací. Princip tohoto motorku je takový, že se točí pouze vícepolový feritový magnet. Jeho buzení obstarávají ploché cívky na plošném spoji pod tímto magnetem. Okamžiky přepnutí buzení určují Hallovy sondy. Pod magnetem je na plošném spoji vyleptaná cívka tachogenerátoru. Pomocí této cívky jsou snímány otáčky vřetene, které jsou dále vyhodnocovány regulačními obvody. Stabilita otáček je tudíž vysoká.
3,5" náhon unášecího vřetene je proveden pomocí plochého komutátorového motorku. Upnutí diskety je provedeno pomocí excentricky umístěnéhon obdélníkového trnu se západkou. Trn se při vkládání diskety do mechaniky otočí až zapadne do otvoru ve středu diskety, ale disketou neprojde.

Mechanismus mechanismus vystavení hlav
využívá vždy krokového motorku. Při posunu motorku o jeden krok je posunuta hlava pomocí mechanického převodu o jednu stopu. Mechanický převod převádí kruhový pohyb motorku na posuvný pohyb hlavy. Tento pohyb proveden buď šroubovnicí, Y páskem nebo spirálovým kolem.
Přesto, že je mechanismus vystavení hlav bez zpětné vazby (pouze na stopě nula vydá zvláštní čidlo signál) a řadič musí neustále počítat na které stopě se hlava nachází, jsou na mechanismus vystavení hlav kladeny značné nároky. Jde zejména o velkou rychlost přesunu hlav, vysokou přesnost polohy bez hysterze (odchylka u starších mechanik maximálně 20um) a úhlovou chybu záznamové štěrbiny, která smí maximálně činit +-18'.
U starších mechanik 5,25" a u mechanik 8" byl mechanismus přítlaku hlavy k záznamovému médiu řešen pomocí elektromagnetu. Ten přitlačil médium ke čtecí hlavě pomocí polštářku (u jednostraných mechanik - SS) nebo pomocí druhé hlavy (u oboustraných mechanik - DS). U novějších mechanik 5,25" a u všech menších mechanik je hlava přitlačena k médiu trvale. Hlava se však neotírá, protože disketa v klidu stojí.

Rozměry
bývají unifikovány, např. u prvních 5,25" mechanik platilo, že čelní panel měl šířku 146mm a výšku 83mm. Později se vyráběly jednotky s výškou 54mm a nyní se setkáme jen s jednotkami, které mají výšku 41,5mm nebo výšku 27mm

Napájení
K napájení je použito napětí +5V a +12V( podle typu mechaniky ) U starých 8" mechanik musel být napájen motor pro unášení vřetene ze sítě 220V a navíc elektronika vyžadovala stejnosměrných +5V, +24V a některé i -5V. Novější mechaniky ( 3,5” ) vyžadují již jen 5V.

Postup při zápisu na floppy disk
Operační systém odešle instrukci na hardware, aby zapsal daná data na floppy disk.
Hardware počítače a floppy disk drive controller spustí motorek v disketové mechanice, který roztočí disketu.
Druhý motor ( krokový ) pootočí disketu a odkrokuje na správnou stopu, na kterou máji být data zapsána. Čas, který tato operace zabere se nazývá přístupový čas. Touto akcí se také nastaví hlavy pro čtení a zápis.
Čtecí/zapisovací hlava se zastaví na daném sektoru. Čtecí hlava zkontroluje zapsanou adresu (na zformatované disketě), aby se ujistila že se používá správná strana diskety a že jde o správnou stopu. Tato operace je velmi podobná tomu, jak přehrávač (gramofon) automaticky skočí na danou drážku u vinilové desky.
Předtím než jsou data z programu zapsána na disketu, vymazávací cívka ( která je umístěna stejně jako čtecí/zapisovací hlava ) je vybídnuta, aby smazala daný sektor dat. Smazaný sektor je širší než zapisovací sektor - tímto způsobem žádný sousední sektor nebude iteragovat se sektorem, který je momentálně zapisován.
Zapisovací hlava zapíše data na disketu pomocí přesného zmagnetizování kousku železa, bar-magnetu, které jsou na povrch diskety. To je velmi podobné principu, který se používá na magnetickém pásku zadni strany kreditní karty. Zmagnetizované častice mají jejich severní a jižní póly orientované takovým způsoben, aby mohl být detekován a přečten při následujícím čtení.
Disketa se přestane točit. Disketová mechanika je připravena pro další příkaz (intrukci).

Závěr
Závěrem snad jen říci již zřejmý fakt - Floppy disk a Flopy disk drive pravděpodobně již mají svůji vrcholnou dobu dávno za sebou
Při vypracovávání práce jsem si nebyl zcela jist zda jsem správně pochopil zadání. Floppy disk znamená totiž pružný disk = disketa, zadání mělo být formulováno pravděpodobně asi Floppy disk drive

Stáhnout prezentaci v OpenOffice

---

Zdroje (linky)
www.wikipedia.org
www.howstuffworks.com
www.pf.jcu.cz
www.pcmech.com
www.simandl.cz
www.teaser.fr
www.ewa.cz
maben.homeip.net
nicolas.marchildon.net
members.tripod.com/~piters/zx.htm

Komentáře (0)

   -     Nový Komentář