Disketová mechanika

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 28. srpna 2018; kontroly vyžadují 18 úprav .

Disketová jednotka ( NGMD ; anglicky floppy disk drive ) je jednotka určená ke čtení a zápisu informací z diskety .

Pohony (polohování a otáčení hlavy) a systém čtení a zápisu jsou řízeny elektronickým obvodem umístěným na desce s plošnými spoji, která je umístěna uvnitř skříně pohonu. V tuzemské terminologii se řídicímu systému říkalo KNGMD - řadič disketové mechaniky.

Disketové mechaniky, stejně jako samotná média – diskety, byly masivně distribuovány od 70. do konce 90. let. V 21. století NGMD ustupují prostornějším CD , DVD a snadno použitelným flash diskům .

Historie

1967 - Alan Shugart vedl tým, který vyvinul diskové jednotky v laboratoři IBM , kde byly vytvořeny disketové jednotky. David Noble , jeden ze starších inženýrů pracujících pod jeho vedením, navrhl flexibilní disk (prototyp 8″ diskety) a ochranný kryt s látkovou podšívkou.
1971 – IBM představilo první disketu o průměru 8″ (200 mm ) s příslušnou mechanikou.
1973 – Alan Shugart zakládá vlastní společnost Shugart Associates .
1976 - Finne Conner ( eng. Finis Conner ) pozval Alana Shugarta, aby se podílel na vývoji a výrobě pevných disků o průměru 5¼″, v důsledku čehož společnost Shugart Associates vyvinula řadič a původní Shugart Associates SA -400, vydala mechaniku pro miniaturní (minidisketové) 5¼″ diskety, které rychle nahradily 8″ diskety a staly se populárními v osobních počítačích. Shugart Associates také vytvořil Shugart Associates System Interface ( SASI ), který byl po formálním schválení výborem ANSI v roce 1986 přejmenován na Small Computer System Interface ( SCSI ).
1981 – Sony uvádí na trh 3½″ ( 90 mm ) disketu. V první verzi (DD) je objem 720 kB ( 9 sektorů ). V roce 1984 Hewlett-Packard poprvé použil tento disk ve svém počítači HP-150. Pozdní verze (HD) má kapacitu 1440 kB ( 1,44 MB ; 18 sektorů ).
1984 - Apple začal používat 3½" disky v počítačích Macintosh
1987 – 3½″ HD disk se objevuje v počítačových systémech IBM PS/2 a stává se standardem pro běžné PC.
1987 – Oficiálně byly představeny diskové jednotky Toshiba s ultra vysokou hustotou ( anglicky Extra High Density, ED ), vyvinuté v 80. letech 20. století společností Toshiba , jejichž nosičem byla disketa s kapacitou 2880 kB ( 2,88 MB ; 36 sektorů ). ).

Konstrukce

Mechanika

Pro čtení z povrchu disku se motor, který pohybuje hlavami po disku ve dvou směrech s určitým přírůstkem neboli krokem, nazývá krokový motor . Motor je řízen diskovým řadičem, který nastavuje hlavy podle libovolného relativního přírůstku v mezích zdvihu akčního členu. U miniaturních 3½" pohonů jsou hlavy namontovány na šnekové převodovce poháněné přímo hřídelí krokového motoru.

Disky mají dva typy hustoty – radiální a lineární. Radiální hustota udává, kolik stop lze zaznamenat na disk, a je vyjádřena jako počet stop na palec ( angl. Track Per Inch, TPI ). Lineární hustota je schopnost jedné stopy akumulovat data a je vyjádřena počtem bitů na palec ( anglicky Bits Per Inch, BPI ). Krokové motory nemohou provádět plynulé polohování, většinou se otočí do přesně definovaného úhlu a zastaví se. Většina krokových motorů, které se nacházejí v disketových jednotkách, se pohybuje v krocích souvisejících se vzdáleností mezi stopami na disku. S výjimkou 5¼″ 360 KB disketové jednotky, která byla k dispozici pouze v hustotě 48 TPI a používala krokový motor s přírůstkem 3,6°, všechny ostatní typy pohonů (96 nebo 135 TPI) obvykle používají krokový motor s přírůstkem 0,8°. . Krokový motor se navíc pohybuje mezi pevnými dorazy a v určité poloze dorazu se musí zastavit.

Polohování hlav je operace uspořádání hlav vzhledem ke stopám na disku (úzké soustředné prstence na disku), což umožňuje začít číst nebo zapisovat informace na disk. Cylinder ( anglicky cylinder ) - počet stop, ze kterých můžete číst informace bez pohybu hlav. Prstencové stopy umístěné pod sebou na různých stranách disku tvoří pomyslný válec, odtud název. Termín se běžně používá jako synonymum pro stopu, a protože disketa má dvě strany a disketová jednotka má pouze dvě hlavy, na jeden válec jsou na disketě dvě stopy.

Konstrukce pohonu
Výkresy z patentů IBM
Čtecí/zapisovací hlavy 3½″ disketová mechanika

Elektronika

Konstrukce pohonu
Shugart SA 400 Minifloppy - 5¼″ disketová mechanika s rozhraním Shugart SA400 .
Shugart SA 400 Minifloppy - pohled zezadu.
Řadič disketové jednotky (KNGMD) IBM PC/XT pro připojení interní a externí jednotky.

Připojení

Pro připojení disku slouží dva konektory: jeden pro elektrické napájení a druhý pro datové a řídicí signály. Tyto konektory jsou standardizovány v počítačovém průmyslu: pro připojení napájení je použit čtyřpinový lineární konektor AMP Mate-N-Lock velkých a malých rozměrů, pro signál jsou použity 34pinové konektory. 5¼″ disky obvykle používají velký napájecí konektor, zatímco většina 3½″ disků používá menší napájecí konektor.

"Podivnost" signálového kabelu je v tom, že vedení 10-16 jsou přeříznuta a přeskupena (zkroucena) mezi konektory měniče. Toto otočení obrátí první a druhou polohu propojky volby měniče a signálů aktivace motoru, a proto změní nastavení signálu DS pro měnič za otočením. V souladu s tím mají všechny disky v počítači s tímto typem kabelu propojky nainstalované stejným způsobem a nastavení a instalace disků (místo prvního a druhého jsou v systému označovány jako A a B) je zjednodušené. Základní deska zpravidla obsahuje integrovaný řadič disků (stejně jako dříve existující samostatná řadič), zajišťující instalaci dvojice disků.

Při připojování kabelů je nutné vzít v úvahu jejich orientaci, pokud není signálový kabel zapojen správně, rozsvítí se kontrolka na předním panelu pohonu ihned po připojení napájení. V případě nesprávné orientace napájecího kabelu je do obvodu elektroniky pohonu přivedeno místo 5 V napětí 12 V, což zaručeně povede k jeho poruše. Vzhledem k tomu, že náklady na opravu kusu desky převyšují velkoobchodní náklady na samotný disk, není oprava disku obvykle ekonomicky rentabilní.

Elektrické připojení pohonů
Rozhraní pro připojení 3½″ disketové jednotky: malý napájecí konektor a konektor pro připojení 34kolíkového signálového kabelu.
Kabely: vlevo napájení, vpravo signál.
"Podivný" kroucený signální kabel.
Podložky pro připojení 5¼″ (na fotografii vlevo) a 3½″ (vpravo) disků se liší. Pro připojení 3½″ disku k 5¼″ pozici na kabelu lze použít speciální adaptér.

Programování regulátoru

Disketový řadič vypadá z pohledu moderního programování dosti primitivně - registry, které mají bytovou organizaci, jsou zredukovány na blok osmi za sebou uspořádaných buněk (skutečně je využita jen část z nich).

Adresa	Označení	Číst psát	Účel
3F0 16	-	-	Nepoužívá
3F1 16	-	-	Nepoužívá
3F2 16	DOR	Číst psát	Digitální výstupní registr
3F3 16	TSR	Číst psát	Registr páskové jednotky
3F4 16	MSR	Čtení	Hlavní stavový registr
3F4 16	DSR	Záznam	Přenosová rychlost Vyberte Registrovat
3F5 16	FIFO	Číst psát	Registr datové vyrovnávací paměti
3F6 16	-	-	Nepoužívá
3F7 16	DIR	Čtení	Digitální vstupní registr
3F7 16	CCR	Záznam	Řídicí registr konfigurace

Digitální výstupní registr ( DOR )

bity 0 a 1 (DS0 a DS1) - binární kódování zvolené jednotky (jeden ze čtyř),
bit 2 (nRES) - povolit ovladač (1) / resetovat ovladač (0),
bit 3 (DMAE) - řízení činnosti obvodu regenerace signálu přerušení a přímý přístup do paměti (0 - povoleno, 1 - zakázáno),
bit 4 (ME0), 5 (ME1), 6 (ME2) a 7 (ME3), - ovládání motoru otáčení disku 0, 1, 2 a 3 (1 - motor je zapnutý).

Tape Drive Register ( TDR )

Navrženo pro obsluhu páskové jednotky , proto používá volné číslice (od třetí do osmé), ale nemá jediný standard.

Hlavní stavový registr ( MSR )

K dispozici pouze pro záznam. Odpovídající bit je nastaven na "1" v případě následující podmínky:

bit 0 (D0B) - jednotka 0 je ve stavu vyhledávání,
bit 1 (D1B) - jednotka 1 je ve stavu vyhledávání,
bit 2 (D2B) - jednotka 2 je ve stavu vyhledávání,
bit 3 (D3B) - jednotka 3 je ve stavu vyhledávání,
bit 4 (CB) - ovladač je zaneprázdněn prováděním příkazu,
bit 5 (NDMA) - operace prováděná řadičem nepoužívá DMA (NonDMA),
bit 6 (DIO) - aktuální směr přenosu dat z procesoru do řadiče (0) nebo z řadiče do procesoru (1),
bit 7 (RQM) - Datový registr FIFO je připraven k výměně s procesorem.

Data Rate Select Register ( DSR )

bity 0 a 1 (DRATE) - kódují rychlost přenosu dat:

Význam bitů DRATE		Přenosová rychlost
Bit 1	Bit 0	Režim FM	Režim MFM
0	0	250 kb/s	500 kb/s
0	jeden	150 kb/s	300 kb/s
jeden	0	125 kb/s	250 kb/s
jeden	jeden	-	1 Mb/s

bity 2, 3 a 4 (PRECOMP) - kódují parametr zpoždění předkompenzace:

Význam PRECOMP bitů			Předkompenzační zpoždění, ns
Bit 4	Bit 3	Bit 2	Předkompenzační zpoždění, ns
0	0	0	"Výchozí"
0	0	jeden	41,67
0	jeden	0	83,34
0	jeden	jeden	125,00
jeden	0	0	166,67
jeden	0	jeden	208,33
jeden	jeden	0	250,00
jeden	jeden	jeden	0 (žádná předkomprese)

bit 5 se nepoužívá, musí být 1,
bit 6 (Power Down) - pokud je 1, pak ovladač přejde do režimu nízké spotřeby, k ukončení se použije softwarový nebo hardwarový reset,
bit 7 (S/W Reset) - Nastavením tohoto bitu na 1 se ovladač resetuje. Na konci operace se automaticky resetuje.

Data Buffer Register ( eng. DATA nebo eng. FIFO )

Účastní se všech operací čtení a zápisu na disk. Kapacita - 16 bajtů.

vstupní registr upravit _

Pouze ke čtení. Nejvýznamnější bit ( angl. Disk CHange, DCH ) zobrazuje signál změny disku, zbytek je vyhrazen.

Configuration Control Register ( CCR )

K dispozici pouze pro záznam. Dva nejméně významné bity duplikují funkce registru DSR z hlediska úlohy rychlosti přenosu dat, zbývající bity jsou rezervovány.

Informace o stavu ovladače ST0-ST3

Informace o stavu regulátoru jsou uloženy v registrech, které nemají vlastní adresy, a proto jsou nepřístupné.

Formáty

8″

První mechaniky byly navrženy pro práci s 8″ disketami, které mohly pojmout 80, 256 nebo 800 KB informací.

5¼″

Dalším hromadným formátem byly 5¼″ diskety; distribuce s nimi přijaté a odpovídající pohony.

První masově vyráběný osobní počítač , IBM PC , vydaný v roce 1981 IBM , měl používat jednu nebo dvě 5¼-palcové disketové jednotky jako trvalé paměťové zařízení .

Výška 5¼palcové disketové jednotky je 1 U a šířka je téměř trojnásobkem její výšky. To bylo někdy používáno výrobci počítačových skříní , kde se tři zařízení umístěná ve čtvercovém „koši“ mohla spolu s ním přeorientovat z horizontálního na vertikální uspořádání.

3½″

3½″ diskové jednotky s vysokou hustotou (neformátovaná kapacita diskety, určená hustotou záznamu a plochou média, je 2 MB ) se poprvé objevily v počítačích IBM PS / 2 v roce 1987. Tyto jednotky zapisují vzor: Počet cylindrů s 18 sektory na stopu, což má za následek kapacitu 1,44 MB , mají rychlost otáčení 300 ot./min a zapisují 1,2krát více dat než disky formátu 5¼″ při 1,2 MB (rychlost přenosu dat v těchto vysokých jednotky hustoty jsou stejné a jsou kompatibilní se stejnými řídicími jednotkami s vysokou a nízkou hustotou). Aby bylo možné použít maximální rychlost přenosu dat 500 000 bps pro většinu standardních řadičů jednotek s vysokou a nízkou hustotou , musí mít tyto jednotky rychlost 300 ot./min . Pokud jednotka otáčí disketou rychlostí 360 otáček za minutu (jako 5¼″ jednotka), musí být počet sektorů na stopu snížen na 15, jinak kontrolér nestihne signály zpracovat.

Toshiba zahájila komerční výrobu ultravysokokapacitních 2,88 MB disků v roce 1989. V roce 1991 IBM oficiálně přijala tyto jednotky pro instalaci do počítačů PS/2 a prakticky všechny od té doby vydané PS/2 tyto jednotky zahrnují jako standardní vybavení. Tyto jednotky vyžadují instalaci systému MS -DOS verze 5.0 nebo novější.

Jednotka 2,88 MB vyžaduje upgrade řadiče disku, aby správně fungovala , protože tyto jednotky mají stejnou rychlost 300 otáček za minutu , ale zápis 36 namísto 18 sektorů na stopu. Na rozdíl od předchozích řadičů formátovacích jednotek, které mají maximální rychlost přenosu dat 500 000 bps , aby bylo možné těchto 36 sektorů přečíst nebo zapsat za stejnou dobu, potřebuje 1,44 MB disk k přečtení a zápisu 18 sektorů , řadič vyžaduje hodně vyšší datová rychlost, 1 000 000 bps .