Накопитель на гибких дисках

Накопитель на гибких дисках (англ. floppy disk drive) — дисковод предназначенный для считывания и записи информации с дискеты — портативного носителя информации представляющей собой помещённый в защитный пластиковый корпус гибкий магнитный диск диаметром 8″, 5¼″ или 3½ ″, покрытый ферромагнитным слоем, с отверстием в центре.

Приводы (позиционирования головок и вращения) и система считывания-записи управляется электронной схемой, размещённой на печатной плате, которая находится внутри корпуса дисковода. В отечественной терминологии система управления называлась КНГМД — контроллер накопителя на гибких магнитных дисках.

Накопители гибких дисков, равно как и сами носители — дискеты, были массово распространены с 1970-х и до конца 1990-х годов. В XXI веке НГМД всё сильнее уступают более ёмким CD, DVD и удобным в использовании флеш-накопителям.

• 1967 — Алан Шугарт возглавлял команду, которая разрабатывала дисководы в лаборатории фирмы IBM, где были созданы накопители на гибких дисках. Дэвид Нобль (англ. David Noble), один из старших инженеров, работающих под его руководством, предложил гибкий диск (прообраз дискеты диаметром 8″) и защитный кожух с тканевой прокладкой.

• 1971 — фирмой IBM была представлена первая дискета диаметром в 8″ (200 мм) с соответствующим дисководом.

• 1973 — Алан Шугарт основывает собственную фирму Shugart Associates.

• 1976 — Финне Коннер (англ. Finis Conner) пригласил Алана Шугарта принять участие в разработке и выпуске дисководов с жёсткими дисками диаметром 5¼″, в результате чего фирма Shugart Associates, разработав контроллер и оригинальный интерфейс Shugart Associates SA-400, выпустила дисковод для миниатюрных (mini-floppy) гибких дисков на 5¼″, который, быстро вытеснив дисководы для дисков 8″, стал популярным в персональных компьютерах. Компания Shugart Associates также создала интерфейс Shugart Associates System Interface (SASI), который после формального одобрения комитетом ANSI в 1986 году был переименован в Small Computer System Interface (SCSI).

• 1981 — Sony выводит на рынок дискету диаметром 3½″ (90 мм). В первой версии (DD) объём составляет 720 килобайт (9 секторов). В 1984 году фирма Hewlett-Packard впервые использовала этот накопитель в своем компьютере HP-150. Поздняя версия (HD) имеет объём 1440 килобайт или 1,44 мегабайт (18 секторов).

• 1984 год — фирма Apple стала использовать накопители 3½″ в компьютерах Macintosh

• 1987 год — 3½″ HD накопитель появился в компьютерных системах PS/2 фирмы IBM и становится стандартом для массовых ПК.

• 1987 год — официально представлены разработанные в 1980-х годах фирмой Toshiba Corporation дисководы сверхвысокой плотности (англ. Extra High Density, ED) носителем для которых служила дискета ёмкостью 2880 килобайт или 2,88 мегабайт (36 секторов).

Конструкция

Для считывания (и записи) информации, записанной на диске, дисковод оснащён установленной на приводе головок парой магнитных головок, представляющих собой электромагнитные катушки с сердечниками из мягкого сплава железа, снабженных пружинами и под небольшим давлением прижимающихся к поверхности диска. Двигатель, который осуществляет перемещения головок по диску в двух направлениях с определенным приращением, или шагом, называется шаговым двигателем. Двигатель управляется контроллером диска, который устанавливает головки в соответствии с любым относительным приращением в пределах границ перемещения привода головок. В миниатюрных дисководах на 3½″ головки монтируются на червячной передаче, приводимой в движение непосредственно валом шагового двигателя.

Диски имеют два типа плотности — радиальную и линейную. Радиальная плотность указывает, сколько дорожек может быть записано на диске, и выражается в количестве дорожек на дюйм (англ. Track Per Inch, TPI). Линейная плотность — это способность отдельной дорожки накапливать данные и выражается в количестве битов на дюйм (англ. Bits Per Inch, BPI). Шаговые двигатели не могут осуществлять непрерывное позиционирование, обычно он поворачивается на точно определенный угол и останавливается. Большинство шаговых двигателей, установленных в дисководах гибких дисков, осуществляют перемещение с определенным шагом, связанным с расстоянием между дорожками на диске. За исключением дисковода гибких дисков диаметром 5¼″ ёмкостью 360 Кбайт, которые выпускались только с плотностью 48 TPI и в которых использовался шаговый двигатель с приращением 3,6°, во всех остальных типах дисководов (96 или 135 TPI) обычно используется шаговый двигатель с приращением 1,8°. Кроме того, шаговый двигатель выполняет перемещение между фиксированными ограничителями и должен останавливаться при определенном положении ограничителя.

Позиционирование головок — это операция расположения головок относительно дорожек на диске (узкие концентрические кольца на диске), позволяет приступить к чтению или записи информации на диск. Цилиндр (англ. cylinder) — количество дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок. Термин обычно используется как синоним дорожки, а поскольку гибкий диск в дискете имеет две стороны, а дисковод для гибких дисков — только две головки, в гибком диске на один цилиндр приходится две дорожки.

• Конструкция дисководов

• 

• 

Конструкция 3½″ дисковода гибких дисков.

• 

Головки чтения/записи 3½″ дисковода гибких дисков.

Подключение

Для подключения дисковода имеются два разъема: один для электрического питания, а другой для передачи данных и сигналов управления. Эти разъемы в компьютерной промышленности стандартизованы: для подключения питания используется четырехконтактный линейный разъем Mate-N-Lock фирмы AMP большого и малого размеров, сигнальный — 34-контактные разъемы. В дисководах формата 5¼″ обычно используется большой разъем для питания, в то время как в большинстве дисководов формата 3½″ для питания используется разъем меньшего размера.

«Странность» сигнального кабеля заключается в том, что линии 10—16 разрезаны и переставлены (перекручены) между разъемами дисководов. Это перекручивание переставляет первое и второе положения перемычки выбора дисковода и сигналы включения двигателя, а следовательно, меняет на противоположные установки сигнала «DS» для дисковода, находящегося за перекручиванием. Соответственно все дисководы в компьютере с этим типом кабеля имеют перемычки, установленные одинаково, а настройка и установка дисководов (вместо первый и второй, они обозначаются в системе как A и B) упрощается. Как правило, материнская плата содержит интегрированный контроллер дисководов (равно как и отдельная плата контроллера, существовавшая в раннее), обеспечивающий установку пары дисководов.

При подключении кабелей необходимо учитывать их ориентацию, в случае если неправильно подключен сигнальный кабель, лампочка на лицевой панели дисковода будет светиться сразу после подачи питания. В случае же неправильной ориентации кабеля питания на электронную схему управления дисководом вместо 5 В подается питание 12 В, что гарантированно приводит к выходу её из строя. Учитывая, что стоимость ремонта штучной платы превышает оптовую стоимость самого дисковода, ремонт дисковода, как правило, экономически не целесообразен.

• 

Колодки для подключения 5¼″ (слева на фото) и 3½″ (справа) дисководов различны. Для подключения на кабеле 3½″ дисковода к колодке для 5¼″ дисковода, мог быть использован специальный переходник.

Дисководы формата 3½″ высокой плотности (неформатированная ёмкость дискеты, определяемая плотностью записи и площадью носителя, составляет 2 Мб) впервые появились в компьютерах IBM PS/2 в 1987 году. Эти дисководы записывают 80 цилиндров с 18 секторами на дорожке, создавая в результате емкость 1,44 Мб, имеют скорость вращения 300 об/мин и записывают в 1,2 раза больше данных, чем дисководы формата 5¼″ на 1,2 Мб (скорость передачи данных в этих дисководах высокой плотности одинакова, и они совместимы с одними и теми же контроллерами высокой и низкой плотности). Для того, чтобы использовать максимальную для большинства стандартных контроллеров дисководов высокой и низкой плотности скорость передачи данных 500 000 бит/с, эти дисководы должны иметь скорость 300 об/мин. Если дисковод будет вращать дискету со скоростью 360 об/мин (как дисковод формата 5¼″) число секторов на дорожку должно быть уменьшено до 15, иначе контроллер не будет успевать обрабатывать сигналы.

Промышленный выпуск дисководов сверхвысокой ёмкости на 2,88 Мбайт Toshiba начала 1989 году. В 1991 году IBM официально приняла эти дисководы для установки в компьютерах PS/2, и практически все PS/2, выпущенные с тех пор, содержат эти дисководы как стандартное оборудование. Для работы с такими дисководами требуется установленная ОС MS-DOS версии 5.0 или старше.

Для правильной работы дисковода на 2,88 Мб необходимо обновление дискового контроллера, так как эти дисководы имеют ту же скорость вращения 300 об/мин, но записывают 36, а не 18 секторов на одной дорожке. В отличие от контроллеров дисководов предыдущих форматов, максимальная скорость передачи данных которых составляет 500 000 бит/с, для того что бы эти 36 секторов были считаны или записаны за то же время, которое требуется дисководу на 1,44 Мбайт для чтения и записи 18 секторов, от контроллера требуется гораздо более высокой скорости передачи данных, 1 000 000 бит/с.