Urządzenia techniki komputerowej

Pamięci dyskowe

Cz. 1

Budowa i zasada

działania napędu

dysków elastycznych

Napęd dyskietek lub stacja dyskietek

(ang. Floppy Disk Drive)

to miejsce zapisu i odczytu danych z wymiennych dyskietek

elastycznych za pomocą magnetycznej głowicy

odczytująco-zapisującej.

W pierwszym etapie istnienia komputerów były one

wyposażane w duże i mało wydajne stacje 8 – calowych

dyskietek, w miarę rozwoju technologicznego zastąpiono

je stacjami 5.25 cala , a obecnie największą popularnością

cieszą się z kolei stacje 3.5 calowe, które wprawdzie również,

nie są już w stanie sprostać dzisiejszym multimedialnym

wymaganiom i coraz częściej zastępowane są przez inne

napędy wymienne, takie jak np. ZIP, ale w przypadku

przenoszenia niewielkich porcji informacji z komputera

na komputer wciąż są bardzo wygodne.

Stacja dyskietek wyposażona jest w dwie głowice

zapisująco-odczytujące (jedna z każdej strony dysku).

Są to małe elektromagnesy wykonane jako zespół trzech

głowic. Głowica zapisująca jest umocowana pomiędzy

głowicami kasującymi. Umożliwia to dobre izolowanie

od siebie ścieżek danych. Dyski wirują ze stałą

prędkością 360 obr/min (możliwa jest też prędkość

300 obr/min). Ze względu na małą prędkość wirowania

i specyfikę budowy, czas dostępu do danych

w porównaniu z dyskiem stałym jest dość duży

i wynosi od 60 do 100 ms.

Na rynku znajdują się napędy kilku firm, nie ma między

nimi większych różnic. Najtańsze są napędy firm Panasonic,

Mitsumi i NEC, droższe i trochę lepsze (mała różnica)

firmy TEAC. Firma TEAC wypuściła na rynek także

napęd 3.5” o pojemności 2.88 MB. Do tego napędu

jest sprzedawany odrębny sterownik. Nowy sterownik

poza obsługą dwóch napędów 2.88 MB, może również

obsługiwać dwa tradycyjne napędy (razem jednocześnie

cztery napędy dysków elastycznych).

Kontroler FDC (Floppy Disk Controler) umożliwiający

zamontowanie i używanie stacji dyskietek (najwyżej dwóch),

montowany jest w gnieździe na płycie głównej.

Połączony jest z napędem kablem 34-żyłowym.

Zasilanie podawane jest do napędu jednym z kabli

z zasilacza zamontowanego w obudowie.

Przy czym stacja 3.5” zasilana jest kablem o małym,

wtyku, tak ukształtowanym, by nie można było

podłączyć go odwrotnie. Stacja 5.25” (starsze modele)

jest podłączana poprzez kabel takim samym wtykiem

jak dyski twarde i napędy CD-ROM.

Rysunek przedstawiający budowę napędu

dysków elastycznych 3.5”.

Rozwiązania konstrukcyjne napędów dyskietek różnią się

głównie sposobem przesuwu głowic. We wszystkich

rozwiązaniach zastosowano optyczne wykrywanie

otworu indeksowego (czujnik INDEX).

Dodatkowy czujnik optyczny rozpoznaje,

czy głowica osiągnęła ścieżkę 0 (czujnik TRACK 00).

Istnieje też inny czujnik optyczny, badający stan wycięcia

zabezpieczającego przed zapisem,

umieszczonego na krawędzi obudowy dyskietki

(czujnik WRITE PROTECT).

Najczęściej głowice przesuwane są za pomocą taśmy

stalowej nawiniętej na wale silnika krokowego i końcami

przymocowanej do karetki (ruchome podłoże, na którym

umieszczana jest dyskietka). W starszych typach stacji

dyskowych linią Head Load uaktywniany był

elektromagnes docisku głowicy (po włączeniu),

który zapewniał kontakt fizyczny głowicy z dyskiem.

Aby dokonać wymiany dyskietki, należy otworzyć

kieszeń pamięci dyskowej, wyjąć dyskietkę

i włożyć nową. Fakt ten jest rejestrowany sygnałem

pojawiającym się na 34 lini interfejsu FDD

o nazwie Change Disk (pochodzący

z mikroprzełącznika „zamiana dyskietki”.

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 układem

zawiera układy: pozycjonowania głowic, zapisu

i odczytu danych, układu stabilizacji prędkości

obrotowej silnika napędu dysku oraz układu

formatowania impulsów z czujników fotoelektrycznych.

Schemat blokowy sterowania mechanizmem napędu:

•DRIVE SELECT 0, 1, 2, 3-wybór mechanizmu nr.0, 1, 2, 3

•DIRECTION SEL - wybór kierunku przesuwu głowicy

•STEP - krok (impuls przesuwający głowicę o jedną ścieżkę)

•SIDE SEL - wybór głowicy

•WRITE GATE – zapis

•WRITE DATA - dane zapisywane

•DISK CHANGE/READY - zmiana dysku/gotowość mechanizmu

•HEAD LOAD - docisk głowicy do dyskietki

•WRITE PROTECT - zapis wzbroniony

•TRACK 00 - głowica na ścieżce zerowej

•INDEX - impuls indeksowy (początek ścieżki)

•READ DATA - dane odczytane

•MOTOR ON - włączenie silnika napędu

Rodzaje dyskietek

i napędów dysków

elastycznych.

Standardowy komputer PC może być wyposażony w dwie

stacje dyskietek, są to: stacja zazwyczaj oznaczana jako A

mająca 3,5 cala oraz mniej spotykana B – 5,25 cala.

Dyskietka jest to krążek wykonany z giętkiego tworzywa

sztucznego, pokryty warstwą materiału magnetycznego.

Grubość krążka z folii jest mniejsza niż 0,1 mm,

a grubość warstwy magnetycznej wynosi 2,5m.

Dyskietka jest nośnikiem służącym do zapisu lub odczytu

informacji. Dyski o średnicy 3,5 cala mają twardą obudowę,

są trwalsze i pojemniejsze od wcześniej używanych

dysków 5.25 cala i tych 8 calowych.

Pojemność dyskietek używanych w komputerach IBM PC

to odpowiednio: 5,25 cala (DD – 360 kB, HD – 1,2 MB)

i 3,5 cala (DD – 720 kB, HD – 1,44 MB).

•fizycznej wielkości – 8, 5.25 i 3.5 cala,

•pojemności – od kilku kB do kilku MB zależnie od rodzaju
i zastosowanej kompresji danych,

•gęstości zapisu – pojedynczej (SD – Single Density),
podwójnej (2D lub DD – Double Density), wysokiej lub poczwórnej
(4D lub HD – High Density) i zwiększonej (ED – Enhanced Density),

•zapisywanych stron – jednostronna SS (Single Sided)
i obustronna DS (Double Sided),

•gęstości 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.

Dyskietki można rozróżniać w następujących kategoriach:

Pierwsze stosowane dyskietki opracowane przez firmę IBM

na początku lat 70-tych, miały średnicę 8 cali i pojemność

około 0,4 ~ 1,6 MB. Po niej przyjął się standard dyskietek

5,25 calowych, o pojemności 1,2 MB, opracowanych przez

firmę Shugart, które dominowały na rynku aż do 1987 r.,

kiedy to firma Sony opracowała dyskietki o średnicy 3,5 cala,

które modyfikowane i udoskonalane używane są do dzisiejszych czasów.

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 (cyklicznej kontroli

nadmiarowej). Blok danych zawiera dane i również dwa bajty CRC,

umieszczone na końcu bloku. Bajty CRC służą do kontroli poprawności

zapisu i odczytu danych z dyskietki; wytwarzane są przy wpisywaniu

bloków na ścieżkę.

sektor

przykładowa

ścieżka

pole
danych

pole

identyfikato

ra

Wszystkie typy pamięci na warstwach magnetycznych działają na tej

samej zasadzie; na poruszającej się warstwie magnetycznej

dokonywany jest zapis informacji polegający na odpowiednim

przemagnesowaniu pól nośnika informacji. Zapis i odczyt dokonywany

jest za pomocą głowicy. Głowicą nazywamy rdzeń z nawiniętą

na nią cewką i niewielką szczeliną miedzy biegunami.

Zapis informacji sprowadza się do namagnesowania poruszającego

się nośnika. Pole magnetyczne wytworzone w szczelinie magnesuje

nośnik tak długo, jak długo płynie prąd w cewce głowicy.

Namagnesowany odcinek nośnika zachowuje się jak zwykły magnes,

wytwarzając własne pole magnetyczne.

Budowa napędu dysków elastycznych 5,25 cala jest bardzo podobna

do budowy napędu dyskietek 3,5 cala. Różnica polega na tym,

że w stacji 5,25-calowej nie ma mechanizmu wysuwania dyskietki

(wyjmuje się ją ręcznie po uprzednim zwolnieniu dźwigni

dociskającej dyskietkę).

Pracą napędu dysków elastycznych zarządza kontroler FDC

(ang. Floppy Drive Controller),

który pośredniczy między magistralami systemowymi

a maksymalnie czterema napędami dysków elastycznych.

Dawniej był on umieszczany na karcie w jednym

z gniazd rozszerzeń, a obecnie jest zintegrowany

z płytą główną przez co ma bezpośredni dostęp

do magistral systemowych.

Kontroler napędu dysków elastycznych

Stacja dysków elastycznych łączona jest ze sterownikiem FDC

za pomocą 34-żyłowego kabla sygnałów kontrolnych i danych.

Drugi - 4-żyłowy kabel zasilania łączy stację dysków z zasilaczem.

Przyporządkowanie sygnałów kolejnym stykom złącza jest następujące:

Styk Opis Styk Opis
2

Zarezerwowany 20

Krok

4

Opuszczenie głowicy

22

Dane

zapisywane
6

Wybór stacji nr 3 24

Bramka zapisu

8

Index 26 Ścieżka zerowa

10 Wybór stacji nr 0 28

Blokada zapisu

12 Wybór stacji nr 1 30

Dane odczytane

14 Wybór stacji nr 2 32

Wybór strony

16 Włączenie silnika 34

Zmiana

dysku/Gotowość
18 Wybór kierunku

Wszystkie styki o numerach nieparzystych są zwarte do masy.

Poziomem aktywnym wszystkich sygnałów jest poziom niski.