Накопители на гибких дисках

Около 10 лет назад трудно было представить компьютер без накопителя на гибких магнитных дисках. Привод флоппи-дисков (FDD) формата 3,5 дюйма (а еще 10 годами ранее – 5,25 дюйма) долгое время был самым массовым устройством для сменных носителей. По некоторым оценкам, еще недавно продавалось около 100 миллионов штук флоппи-дисков ежегодно. Даже сейчас дисководы для 3,5-дюймовых гибких дисков стоят на многих компьютерах (хотя в новые компьютеры их уже не ставят). Их емкость (1,44 Мбайт) по современным меркам просто не стоит упоминания, а скорость обмена данными не удовлетворяет самым минимальным требованиям.

Для более ранних систем, которые не поддерживают загрузку с компакт-диска, гибкие диски являются единственной возможностью загрузки операционной системы или запуска самозагружаемых диагностических средств. Более современные системы, поддерживающие спецификацию El Torito (загрузочные компакт-диски), не требуют использования накопителей на гибких магнитных дисках, так как позволяют загружать операционные системы и диагностические программы непосредственно с компакт-диска.

Начиная с 2002 года многие компании стали продавать компьютеры без дисководов на гибких дисках. Развитие этого направления началось с портативных компьютеров, где внутренние накопители были заменены их внешними аналогами (как правило, с интерфейсом USB). В итоге большинство портативных компьютеров продаются без дисководов на гибких дисках, которые предлагаются лишь в качестве внешних USB-версий за отдельную плату

В 2003 году многие производители настольных систем также отказались от подобных накопителей. В марте 2003 года компания Dell оставила дисковод лишь в одной модели продаваемых компьютеров, предлагая дополнительно приобрести накопитель за отдельную цену.

Дисководы Zip и LS_120 (SuperDisk), предлагаемые в качестве замены накопителей на гибких магнитных дисках в современных ПК, не имели решающего успеха на компьютерном рынке. К счастью, новый стандарт, получивший название Mt. Rainier, позволяет с успехом использовать дисковод CD_RW вместо накопителей на гибких дисках. До появления этого стандарта накопителям CD_RW не хватало системы обработки программных ошибок, а также поддержки определенной операционной системы

История создания дисковода

Работая в IBM, Алан Шугарт (Alan Shugart) в конце 1960-х годов изобрел накопитель на гибких дисках. В 1967 году он возглавлял команду, которая разрабатывала дисководы в лаборатории IBM. Именно здесь были созданы накопители на гибких дисках. Дэвид Нобль (David Noble), один из старших инженеров, работающих под руководством Шугарта, предложил гибкий диск (прообраз дискеты диаметром 8 дюймов) и защитный кожух с тканевой прокладкой. В 1969 году Шугарт и вместе с ним более ста инженеров покинули IBM, и в 1976 году его компания Shugart Associates представила дисковод для миниатюрных (mini_floppy) гибких дисков на 5,25 дюйма, который стал стандартом, используемым в персональных компьютерах, быстро вытеснив дисководы для дисков диаметром 8 дюймов. Компания Shugart Associates также представила интерфейс Shugart Associates System Interface (SASI), который после формального одобрения комитетом ANSI в 1986 году был переименован в Small Computer System Interface (SCSI).

В 1983 году Sony впервые представила компьютерному сообществу накопитель и дискету диаметром 3,5 дюйма. В 1984 году Hewlett Packard впервые использовала в своем компьютере HP-150 этот накопитель. В этом же году Apple стала использовать накопители 3,5 дюйма в компьютерах Macintosh, а в 1986 году этот накопитель появился в компьютерных системах IBM.

Нужно признать, что Алан Шугарт внес огромный вклад в индустрию персональных компьютеров. Его компанией созданы гибкие и жесткие диски, накопитель SCSI и интерфейсы контроллеров, которые используются по сей день. Все дисководы для гибких дисков в компьютерах PC основаны на оригинальных разработках Шугарта (или совместимы с ними).

Устройство дисковода

Дисковод, как правило, имеет две головки для чтения и записи данных, т.е. является двусторонним. Для каждой стороны диска предназначено по одной головке; обе головки используются для чтения и записи на соответствующих поверхностях диска. Когда-то в персональных компьютерах устанавливались односторонние дисководы, но сегодня они вышли из употребления.

Рис. 3.17. Конструкция 3,5-дюймового дисковода

Рис. 3.18. Блок головок двустороннего накопителя

Головки приводятся в движение устройством, которое называется приводом головок. Они могут перемещаться по прямой линии и устанавливаться над различными дорожками. Головки двигаются по касательной к дорожкам, которые они записывают на диск. Поскольку верхняя и нижняя головки монтируются на одном держателе (или механизме), они двигаются одновременно и не могут перемещаться независимо друг от друга. Головки представляют со бой электромагнитные катушки с сердечниками из мягкого сплава железа. Каждая головка является сложным устройством, в котором головка чтения/записи расположена между двумя стирающими головками в одном физическом устройстве.

Метод записи называется туннельной подчисткой. При нанесении дорожек дополнительные головки стирают внешние границы, аккуратно подравнивая их на диске. Эти головки следят, чтобы данные находились только в пределах определенного узкого “туннеля” на каждой дорожке. Это препятствует искажению сигнала одной дорожки сигналами с соседних дорожек. Если сигнал “съедет” в сторону, то могут возникнуть проблемы. Дополнительное выравнивание дорожек исключает такую возможность. Позиционирование — это расположение головок относительно дорожек, которые используются ими для чтения и записи. Позиционирование головок можно проверить, сравнив его с установкой головок эталонного диска, записанного на особо точном дисководе. Эталонные диски раньше в продаже, и можно было использовать их для проверки установки головок в дисководе.

Головки снабжены пружинами и прижимаются к диску под небольшим давлением. Это означает, что они находятся в непосредственном контакте с поверхностью диска во время чтения и записи. Поскольку дисководы для гибких дисков в персональных компьютерах имеют скорость вращения всего 300 или 360 об/мин, это давление не вызывает особых проблем, связанных с трением. Диски покрываются специальными составами для уменьшения трения и повышения скольжения. В результате контакта между головками и диском на головках постепенно образуется налет оксидного материала диска. Этот слой должен периодически счищаться с головок во время профилактического ремонта или обычного обслуживания.

Для того чтобы информация была считана и записана правильно, головки должны находиться в непосредственном контакте с записывающей средой. Очень маленькие частицы отколовшегося оксида, грязь, пыль, дым и отпечатки пальцев могут вызвать проблемы при чтении и записи данных. Исследования производителей дисков и драйверов показали, что зазор величиной 0,000 032 дюйма между головками и записывающей средой может вызывать ошибки чтения/записи. Вот почему с дискетами нужно обращаться аккуратно и избегать загрязнения поверхности диска. Жесткая оболочка и защитная заслонка на окне для доступа головок на дискетах диаметром 3,5 дюйма предотвращают загрязнение поверхности.

Дискеты диаметром 5,25 дюйма в свое время не имели таких защитных элементов, поэтому с ними нужно было обращаться аккуратнее.

В дисководе всегда есть одна или несколько плат управления, или логических плат, на которых расположены схемы управления приводом головок, головками чтения/записи, вращающимся двигателем, датчиками диска и другими компонентами дисковода. Логическая плата осуществляет взаимодействие дисковода и платы контроллера в компьютере.