Urządzenia techniki komputerowej.
1
______________________________________________________________________
URZĄDZENIA TECHNIKI
KOMPUTEROWEJ
Budowa i zasada działania FDD
Urządzenia techniki komputerowej.
1
______________________________________________________________________
URZĄDZENIA TECHNIKI
KOMPUTEROWEJ
Budowa i zasada działania FDD
2
Urządzenia techniki komputerowej.
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
I.
Zasada zapisu informacji na nośnikach
magnetycznych
Zasada zapisu informacji na nośnikach magnetycznych stosowanych w dyskietkach
i dyskach twardych jest zbliŜona do zapisu stosowanego w magnetofonach.
Wykorzystywane jest tu zjawisko powstawania pola magnetycznego wokół przewodnika,
przez który płynie prąd oraz właściwości pewnych materiałów zwanych materiałami
magnetycznie twardymi. Materiały te pod wpływem pola magnetycznego ulegają trwałemu
namagnesowaniu, i „zapamiętują” pole magnetyczne. Układ nanoszący pole magnetyczne
na nośnik magnetyczny (czyli głowica zapisująca) jest schematycznie przedstawiony na
rysunku 1.
Rysunek 1. Zasada zapisu na nośniku magnetycznym
Magnetowód wykonany z materiału magnetycznie miękkiego prowadzi w swoim
wnętrzu linie sił pola magnetycznego wytworzone przez przewodnik, przez który płynie
prąd. Szczelina w magnetowodzie powoduje powstanie „bąbelka” linii sił pola
magnetycznego, które wnika w znajdujący się pod spodem nośnik magnetyczny (materiał
magnetycznie twardy), powodując jego stałe namagnesowanie (zaznaczone w przykładzie
jako NS). Zmiana kierunku prądu (zwanego prądem magnesującym) w przewodniku
powoduje magnesowanie nośnika w kierunku przeciwnym - SN.
Zjawisko wykorzystywane przy odczycie to powstawanie siły elektromotorycznej w
przewodniku znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym. Działanie układu
odczytującego, czyli głowicy odczytującej zilustrowane jest na rysunku 2.
Urządzenia techniki komputerowej.
3
______________________________________________________________________
Rysunek 2. Zasada odczytu informacji z nośnika magnetycznego
Nośnik przesuwający się pod głowicą został namagnesowany prądem zmieniającym
kierunek tak, jak to opisaliśmy w poprzednim przykładzie. W momencie zmiany kierunku
prądu takŜe pole magnetyczne zmieniało kierunek, pomiędzy zmianami pozostając bez
zmian. JeŜeli pod głowicą przesuwa się fragment nośnika, na którym nastąpiła zmiana pola,
przewodnik nawinięty na magnetowodzie znajduje się w zmiennym polu magnetycznym,
co powoduje wyindukowanie w nim impulsu prądu. Impulsy te wytwarzane są przy kaŜdej
zmianie pola, przy czym kierunek impulsów zaleŜy od kierunku zmian pola.
W głowicach zapisujących dla dysków twardych i dyskietek kształt przebiegu prądu
jest właśnie taki, jak opisano w przykładzie. Stąd w głowicy odczytującej indukują się
impulsy prądu (w momentach zmian pola) o zmiennej polaryzacji (dodatnie i ujemne). Za
pomocą prostych układów elektronicznych moŜna te impulsy wyprostować, czyli zamienić
je na impulsy o jednakowej polaryzacji (na przykład dodatnie).
4
Urządzenia techniki komputerowej.
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
II.
Dyski elastyczne i ich interfejs
Dyski elastyczne zwane są takŜe dyskietkami i takiego właśnie określenia będę
najczęściej uŜywać. Napędem dysków elastycznych lub stacją dysków (dyskietek),
oznaczoną w skrócie jako FDD (ang. Floppy Disk Drive), nazywa się urządzenie
zawierające część mechaniczną oraz układy elektroniczne niezbędne do sterowania pracą
mechanizmów i realizacji operacji odczytu i zapisu. Stacja dyskietek współpracuje z
układem wejścia/wyjścia (będącym jej interfejsem) zwanym sterownikiem napędu dysków
elastycznych, oznaczanym skrótem FDC (ang. Floppy Disc Controller). Kolejne
podrozdziały przedstawiają budowę I działanie FDD I FDC.
Budowa mechaniczna napędu dysku elastycznego
Podstawowe części mechaniczno-elektryczne tworzące napęd dysku elastycznego
przedstawione są na rysunku 3. Napęd zawiera dwa silniki. Pierwszy z nich napędza krąŜek
pokryty ferromagnetykiem, będący nośnikiem informacji. Szybkość obrotowa tego silnika
dla dyskietek 3,5” wynosi 360 obr/min (300 dla dyskietek 360 KB 5,25”). Drugi z silników,
zwany silnikiem krokowym, zapewnia liniowy ruch głowicy zapisująco-odczytującej,
przesuwającej się drobnymi skokami wzdłuŜ promienia krąŜka magnetycznego (od tych
drobnych skoków pochodzi jego nazwa). Zadaniem tego silnika jest precyzyjne ustawienie
głowicy nad określonym obszarem krąŜka. Informacja jest zapisywana (a więc i
odczytywana) na dyskietce w postaci koncentrycznych okręgów zwanych ścieŜkami (ang.
track), gdyŜ w trakcie zapisu jednej ścieŜki głowica pozostaje nieruchoma. Po zapełnieniu
całej ścieŜki, głowicę naleŜy przesunąć o pewien odcinek i zacząć zapisywać na następnej
ś
cieŜce. Najbardziej zewnętrzną ścieŜkę nazywamy ścieŜką zerową (ang. track zero).
PoniewaŜ pełni ona pewne wyróŜnione role, istnieje w napędzie czujnik sygnalizujący
ustawienie głowicy nad ścieŜką zerową. Między innymi właśnie z tego miejsca rozpoczyna
pracę głowica po uruchomieniu napędu.
Innym czujnikiem występującym w mechanizmie napędu dyskietki jest czujnik
blokady zapisu. Blokada ta jest blokadą sprzętową i (na szczęście) nie da jej się w Ŝaden
sposób programowo ominąć. Stąd nad tak zabezpieczoną dyskietkę nie mogą się przedostać
wirusy komputerowe (co innego z wirusami grypy).
Ostatnim czujnikiem, nie pokazanym na rysunku 3, jest czujnik pierwszego sektora
ś
cieŜki. Sygnalizuje on, aczkolwiek w sposób niezbyt precyzyjny, zbliŜanie się do głowicy
pierwszego sektora ścieŜki.
Urządzenia techniki komputerowej.
5
______________________________________________________________________
Rysunek 3. Budowa mechaniczna napędu dysku elastycznego
ERRATA:
Zamiast „Silnik korkowy” powinno by
ć
„silnik krokowy”
6
Urządzenia techniki komputerowej.
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Interfejs dysków elastycznych
Interfejs dysków elastycznych składa się z kontrolera napędu dyskowego FDC oraz
okablowania w postaci tak zwanego pasma łączącego FCD z FDD. Interfejs ten został
opracowany przez firmę Shugart Associates i następnie zakupiony na własność przez firmę
IBM. Nosi on oznaczenie S.A.-450. Schemat blokowy FDC wraz z dołączonymi napędami
dyskowymi pokazany jest na rysunku 4.
Rysunek 4. Schemat blokowy FDC standardu S.A.-450
Zadaniem tego interfejsu jest przesyłanie pomiędzy FDC i FDD danych
zapisywanych i odczytywanych (szeregowo) oraz dostarczenie wszystkich sygnałów
sterujących niezbędnych do działania FDD (pełny zestaw sygnałów pomiędzy FDC i FDD
przedstawiony jest na rysunku 5). Sygnały te wytwarzane są przy współpracy
mikroprocesora zawartego w FDC współpracujące ze specjalizowanym układem scalonym
oznaczonym na schemacie jako sterownik. Układy logiczne CRC dostarczają dodatkowych
danych słuŜących do kontroli poprawności odczytywanej informacji (w stosunku do
zapisu). Separator danych rozdziela danych rozdziela odczytane impulsy na impulsy danych
i impulsy synchronizujące. Interfejs magistrali zapewnia równoległą komunikację z
systemem.
Interfejs S.A.-450 umoŜliwia podłączenie 4 napędów dyskowych, jednak IBM
wykorzystał tylko jedno złącze do podłączenia do dwóch napędów, za pomocą
pojedynczego pasma (taśmy). W celu rozróŜnienia pomiędzy obydwoma napędami w
paśmie występuje tak zwany przelot. Polega on na zamianie miejscami niektórych
sygnałów dla złączy umieszczonych na paśmie, obsługujących kaŜdy z napędów.
Pasmo łączące napęd z kontrolerem ma zaznaczoną (najczęściej kolorem
czerwonym) pierwszą Ŝyłę (Ŝyłę numer 1). Złącze powinno być podłączone zarówno do
kontrolera, jak i do napędu, tak aby pierwsza Ŝyła została dołączona do pierwszego pinu
złącza. Na kontrolerze (umieszczonym najczęściej na płycie głównej) naleŜy odczytać,
który pin ma numer 1. W napędzie pierwszym pin jest umieszczony zwykle od strony
złącza zasilającego. Na szczęście nieprawidłowe dołączenie pasma nie powoduje
uszkodzenia napędu ani kontrolera i jest łatwo rozpoznawalne - pali się na stałe dioda
kontrolna na napędzie.
Urządzenia techniki komputerowej.
7
______________________________________________________________________
III.
Fizyczna struktura zapisu na dyskietce
Jak juŜ wspomniałem, informacja na dyskietce zapisywana jest na ścieŜkach
będących koncentrycznymi okręgami. ŚcieŜki dzielone są na mniejsze fragmenty zwane
sektorami. Sektor jest najmniejszą porcją informacji, jaką potrafi przeczytać z dysku
kontroler. Przykładowo w komputerach PC sektor ma rozmiar 512 B, jednak odczyt
pojedynczych bajtów nie jest moŜliwy. Stąd mówimy, Ŝe urządzenia typu napędów
dyskowych są ukierunkowane na transmisję blokową. JeŜeli przypomnimy sobie
wiadomości z pierwszej części niniejszej serii, stwierdzimy, Ŝe do obsługi tego typu
transmisji predystynowana jest operacja wejścia/wyjścia zwana DMA.
Podział dyskietki na sektory przedstawiony jest na rysunku 5. Zilustrowane jest na
nim takŜe pojęcie numeru strony (ang. side) lub głowicy (ang. head). Związane jest to z
faktem, Ŝe wykorzystujemy obydwie strony krąŜka magnetycznego.
Rysunek 5. Podział dyskietki na ścieŜki i sektory
Z takim podziałem i sposobem zapisu i odczytu wiąŜe się pojęcie adresu fizycznego
na dysku twardym lub dyskietce. Aby zlokalizować szukany sektor (odczytujemy bądź
zapisujemy całe sektory), musimy podać numer strony lub głowicy, numer ścieŜki i numer
sektora. Dla dysków twardych zamiast numeru ścieŜki wprowadzono numer tak zwanego
cylindra. Koncepcję cylindra ilustruje rysunek 6.
8
Urządzenia techniki komputerowej.
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Rysunek 6. Ilustracja koncepcji cylindra
Cylindrem jest zbiór wszystkich ścieŜek na wszystkich talerzach dysku mających
ten sam promień (czyli wyznaczonych przez przecięcie z cylindrem o tym promieniu - stąd
nazwa). Adres fizyczny na dysku moŜna określić jako adres CHS (ang. Cylinder Head
Sector). Podając numer cylindra, wybieramy wszystkie ścieŜki o tych samych numerach,
lecz na róŜnych powierzchniach. Numer głowicy identyfikuje konkretną ścieŜkę, z której
wybieramy sektor o podanym numerze.
Na dyskietce prócz danych zapisywana jest informacja niezbędna do poprawnego
funkcjonowania napędu i jego kontrolera. Informacja ta obejmuje impulsy synchronizujące
oraz informację o tym, który fragment dyskietki jest odczytywany, jaki jest jego rozmiar
itp. Dodawana jest teŜ informacja pozwalająca na kontrolę poprawności odczytu w
stosunku do zapisu w postaci dodatkowych bajtów zwanych bajtami CRC (ang. Cyclic
Redundancy Check).
Urządzenia techniki komputerowej.
9
______________________________________________________________________
SPIS TREŚCI
I.
Zasada zapisu informacji na nośnikach magnetycznych ................................................ 2
II. Dyski elastyczne i ich interfejs ....................................................................................... 4
Budowa mechaniczna napędu dysku elastycznego............................................................. 4
Interfejs dysków elastycznych ............................................................................................ 6
III.
Fizyczna struktura zapisu na dyskietce....................................................................... 7