X31ELI Elektrotechnika pro informatiky Floppy disk Martin Mizera mizerm1.

Prezentace na téma: "X31ELI Elektrotechnika pro informatiky Floppy disk Martin Mizera mizerm1."— Transkript prezentace:

1 X31ELI Elektrotechnika pro informatiky Floppy disk Martin Mizera mizerm1

2 Zadání práce Floppy disk, princip, blokově základní obvody Floppy disk, princip, blokově základní obvody

3 Co to je Floppy disk? Floppy disk v překladu znamená pružný disk. Toto pojmenování vzniklo díky vlastnostem prvních disket, které se daly do mírně ohnout, aniž by ztratily své zaznamenávací vlastnosti. Floppy disk v překladu znamená pružný disk. Toto pojmenování vzniklo díky vlastnostem prvních disket, které se daly do mírně ohnout, aniž by ztratily své zaznamenávací vlastnosti. Je to médium, které slouží k ukládání, zalohování čí přenášení dat. Je to médium, které slouží k ukládání, zalohování čí přenášení dat. Jeho velikost co se týče fyzických parametrů, ale i objemu dat které na lze zapsat, se od roku 1967, kdy ho Alan Shugart v IBM vynalezl několikrát změnila. Jeho velikost co se týče fyzických parametrů, ale i objemu dat které na lze zapsat, se od roku 1967, kdy ho Alan Shugart v IBM vynalezl několikrát změnila. Z prvu byl Floppy disk pouze magnetický disk bez obalu, kvůli četným problémům byl později však disk chráněný plastickým obalem. Z prvu byl Floppy disk pouze magnetický disk bez obalu, kvůli četným problémům byl později však disk chráněný plastickým obalem. Podle počtu aktivních stran diskety a hustoty zápisu rozdělujeme diskety na: Podle počtu aktivních stran diskety a hustoty zápisu rozdělujeme diskety na: jednostranné SS (single side) - pro zapis se využívá pouze jedna strana kotouče jednostranné SS (single side) - pro zapis se využívá pouze jedna strana kotouče dvojstranné DS (double side) - pro zápis využíváme obě strany kotouče dvojstranné DS (double side) - pro zápis využíváme obě strany kotouče diskety s jednoduchou hustotou zápisu SD (single density) diskety s jednoduchou hustotou zápisu SD (single density) dvojnásobnou hustotou zápisu DD (double density) dvojnásobnou hustotou zápisu DD (double density) vysokou hustotou zápisu HD (high density) vysokou hustotou zápisu HD (high density) dvojnásobně vysokou hustotou zápisu 2HD dvojnásobně vysokou hustotou zápisu 2HD zvlášť vysokou hustotou zápisu ED (extra density) zvlášť vysokou hustotou zápisu ED (extra density)

4 Struktura floppy disku  tenký plastiký pružný kotouč, s nanesenou magnetickou vrstvou  chráněn plastikovým pouzdrem ( čtvercové tvaru )  uvnitř pouzdra se nachází papírový kroužek, který má za úkol sbírat prach a nečistoty a tím zamezovat a snižovat tření mezi disketou a jejím obalem.  data jsou zaznamenána do stop ( kružnic ). Stopy jsou číslovány od nuly do maximálního počtu dle kapacity diskety.  Stopa: Nultá stopa se nachází nejblíže okraje disku, je indikována speciálním čidlem. Stopa s maximálním číslem je nejblíže středu disku. Nultá stopa se nachází nejblíže okraje disku, je indikována speciálním čidlem. Stopa s maximálním číslem je nejblíže středu disku. U 5,25" a u 8" disket byl v disketě vyvrtán malý otvor tzv. indexový otvor, který sloužil k určování začátku a konce stopy. Pokud byl indikován začátek stopy, přišel pod hlavu sektor s číslem nula. U 5,25" a u 8" disket byl v disketě vyvrtán malý otvor tzv. indexový otvor, který sloužil k určování začátku a konce stopy. Pokud byl indikován začátek stopy, přišel pod hlavu sektor s číslem nula. Stopu dělíme dále na sektory. Stopu dělíme dále na sektory.

5 Struktura floppy disku  Sektor: očíslovány od nuly do maximálního počtu očíslovány od nuly do maximálního počtu je ucelený záznam dat určité délky, který je vždy čten a zapisován jeko celek. je ucelený záznam dat určité délky, který je vždy čten a zapisován jeko celek. Označení začátků sektorů je možné dvěma způsoby: Označení začátků sektorů je možné dvěma způsoby: hard sektor - je v disketě kromě indexového otvoru vyvrtána i řada sektorových otvorů, které určují začátky sektorů. Tyto otvory jsou snímány čidlem a poté vyhodnoceny elektronikou. hard sektor - je v disketě kromě indexového otvoru vyvrtána i řada sektorových otvorů, které určují začátky sektorů. Tyto otvory jsou snímány čidlem a poté vyhodnoceny elektronikou. soft sektor - začátkek a konec sektorů jsou zapsány pomocí magnetického záznamu na disketě. soft sektor - začátkek a konec sektorů jsou zapsány pomocí magnetického záznamu na disketě. Kapacita diskety závisí na velikosti speciálních značek ukazujících začátky a konce sektorů. Můžeme ji tedy rozdělit na dvě : Kapacita diskety závisí na velikosti speciálních značek ukazujících začátky a konce sektorů. Můžeme ji tedy rozdělit na dvě : Neformátovaná kapacita udává, kolik informací se vejde na disketu včetně dat sektorových značek, synchronačních polí atd. Neformátovaná kapacita udává, kolik informací se vejde na disketu včetně dat sektorových značek, synchronačních polí atd. Formátovaná kapacita říká, kolik se vejde na disketu pouze dat. Disketu je nutné naformátovat. Pomocí příkazu (format ) se na disketě vytvoří potřebná struktura - sektorové značky, synchronizační pole, sektorové mezery. Do dat budou zapsány defaultní hodnoty E5h. Formátovaná kapacita říká, kolik se vejde na disketu pouze dat. Disketu je nutné naformátovat. Pomocí příkazu (format ) se na disketě vytvoří potřebná struktura - sektorové značky, synchronizační pole, sektorové mezery. Do dat budou zapsány defaultní hodnoty E5h.

6 Struktura floppy disku(2) 1. ochrana proti zápisu 1. ochrana proti zápisu 2. střed ( osa ) 2. střed ( osa ) 3.posuvná krytka 3.posuvná krytka 4.plastikový obal 4.plastikový obal 5.papírový kroužek( vláknitý ) 5.papírový kroužek( vláknitý ) 6.magnetický disk 6.magnetický disk 7.sektor 7.sektor

7 Princip záznamu floppy disku  Data jsou na disk zaznamenávána seriově jako změny magnetické vrstvy ze saturace v jednom směru do saturace ve směru druhém. Data se při záznamu na disketu zaznamenávají ve větší šířce než je šířka stopy. Stopa se ihned po záznamu zúží pomocí tunelového omazání. Omazání se provádí pomocí dvou malých omazávacích štěrbin, které omažou přečnívající záznam. Tím se vytvoří pásma bez záznamu, která jsou důležitá pro menší chybovost. Z důvodu dobrého čtení dat a menší chybovosti jsou u oboustraných mechanik posunuty hlavy přibližně o dva mm. Kdyby ležely nad sebou, tvořily by jedna druhé magnetický zkrat. Data přichází do mechaniky jako sled impulsů. Každý impuls je zaznamenán jako změna magnetizace na disketě. Při čtení se musí z těchto změn vytvořit opět původní signál. Pro dobré uložení informací se používají různé způsoby kódování. U novějších disket je to zejména kódování MFM, u starších se používalo i kódování FM. Přenosové rychlosti dat jsou nyní běžně 500kb/s. Bližší informace o nejpoužívanějších formátech disket podává tabulka. Data přichází do mechaniky jako sled impulsů. Každý impuls je zaznamenán jako změna magnetizace na disketě. Při čtení se musí z těchto změn vytvořit opět původní signál. Pro dobré uložení informací se používají různé způsoby kódování. U novějších disket je to zejména kódování MFM, u starších se používalo i kódování FM. Přenosové rychlosti dat jsou nyní běžně 500kb/s. Bližší informace o nejpoužívanějších formátech disket podává tabulka.

8 Floppy disk formats FormátRok uvedení Formátovaná kapacita 8” IBM 23FD (read-only) 1969 79.75 KB 8” Memorex 650 1972 175 KB 8” SSSD IBM 33FD / Shugart 9011973 250.25KB 8” DSSD IBM 43FD / Shugart 8501976 500.5KB 5¼ “1976 89.6KB 8” DSDDIBM 53FD / Shugart 8501977 1200 KB 5¼DD 1978 360KB 3½HP single sided 1982 280KB 3”1982 360KB 3½”(DD at release) 1984 720KB 5¼”QD 1982 1,182,720 B 3”DD 1984720KB 3“Mitsumi Quick Disk 1985 128 to 256KB 2”1985 720KB 5¼”Perpendicular 1986 100 MB 3½”HD 1987 1440 KB 3½”ED 1991 2880 KB 3½”LS-120 1996 120.375 MB 3½”LS-240 1997 240.75 MB 3½”HiFD 1998/99 150/200 MB

9 Floppy disk  Výhody: nízká cena nízká cena  Nevýhody: v současnosti už nevyhovuje jejich nízká kapacita v současnosti už nevyhovuje jejich nízká kapacita práce počítače s disketou je velmi pomalá práce počítače s disketou je velmi pomalá data jsou poškozena pouhým přiložením magnetu data jsou poškozena pouhým přiložením magnetu

10 Co je to Floppy disk drive? Je elektronické zařízení pomocí něhož lze zapisovat/číst data z floppy disku Je elektronické zařízení pomocí něhož lze zapisovat/číst data z floppy disku Poprvé vyroben roku 1972 firmou Memmorex Poprvé vyroben roku 1972 firmou Memmorex Dělíme ho na několik základních částí: Dělíme ho na několik základních částí:  Čtecí a zapisovací hlava - umístěny na podél obou stran diskety, pohybují se po společné ose. Hlavy nejsou umístěny přímo proti sobě, aby se nedošlo k nežádoucí interakci na bou stranách medií. Jedna hlava se používá jak pro čtení tak pro zápis dat, zatím co pro vymazávaní dat se používá šírší hlava. Při cestování na danou stopu/sektor se čtecí/zapisovací hlavy nedotýkají diskety. Elektronická optika také kontroluje, zda je uřivatelem povolen zápis na disketové mediu či nikoliv.  Hnací motor - velmi malý motor, jehož funkcí je roztočit disketu pomocí prostřední železné části na 300 až 360 otáček za minutu (RPM).  Krokový motor - tento motor provádí přesný počet kroků k přesunutí hlavy na zapis/čtení na správnou stopu. Čtecí a zapisovací hlava je rychlejší než hřídel krokového motoru.

11 Co je to Floppy disk drive?(2)  Mechanical část - je systém páček, které otevirají ochranou posuvnou krytku diskety, aby bylo možné zapisovací/čtecí hlavě se dotknout diskety z obou stran ( pro oboustranné média ). Dále nalezneme tlačítko pomocí něhož je disketa vyjmuta z mechaniky.  Elektronika - deska s elektrickými obvody, které řídí činnost mechaniky( krokový motor, čtecí/zapisovací hlava atd ). Systemový konektor. Pomocí něj je jednotka připojena do základního systému. Vhodným rozmístěním signálů na systémovém konektoru a překrocením připojovacího kabelu mezi signály je dosaženo toho, že k řadiči disketových jednotek lze připojit dvě floppy disk drive. Systemový konektor. Pomocí něj je jednotka připojena do základního systému. Vhodným rozmístěním signálů na systémovém konektoru a překrocením připojovacího kabelu mezi signály je dosaženo toho, že k řadiči disketových jednotek lze připojit dvě floppy disk drive.

12 Mechanismus náhonu diskety Liší podle rozměru diskety. Liší podle rozměru diskety. 8" používá řemínkový náhon ze síťového motoru na unášecí vřeteno. Motory se točí stále, jsou velké a mějí značný příkon. Z důvodu požadavku na vysokou stabilitu otáček se používají tzv. reluktační motory s kondenzátorovým posuvem fáze. Disketa je pevně upnuta pomocí přítlačného mezikruží, ve kterém byl nasunut kalibrovaný trn. Tento trn měl průměr 1,5" a jeho excentricita nesmí překročit 10-15um. 8" používá řemínkový náhon ze síťového motoru na unášecí vřeteno. Motory se točí stále, jsou velké a mějí značný příkon. Z důvodu požadavku na vysokou stabilitu otáček se používají tzv. reluktační motory s kondenzátorovým posuvem fáze. Disketa je pevně upnuta pomocí přítlačného mezikruží, ve kterém byl nasunut kalibrovaný trn. Tento trn měl průměr 1,5" a jeho excentricita nesmí překročit 10-15um. 5,25" pro náhon se používá řemínkek a komutátorový motorek s regulací otáček. Novější 5,25" mechaniky mají náhon unášecího vřetene řešen pomocí profilového bezkomutátorového plochého motorku s elektronickým řízením a tachogenerátorovou regulací. Princip tohoto motorku je takový, že se točí pouze vícepolový feritový magnet. Jeho buzení obstarávají ploché cívky na plošném spoji pod tímto magnetem. Okamžiky přepnutí buzení určují Hallovy sondy. Pod magnetem je na plošném spoji vyleptaná cívka tachogenerátoru. Pomocí této cívky jsou snímány otáčky vřetene, které jsou dále vyhodnocovány regulačními obvody. Stabilita otáček je tudíž vysoká. 5,25" pro náhon se používá řemínkek a komutátorový motorek s regulací otáček. Novější 5,25" mechaniky mají náhon unášecího vřetene řešen pomocí profilového bezkomutátorového plochého motorku s elektronickým řízením a tachogenerátorovou regulací. Princip tohoto motorku je takový, že se točí pouze vícepolový feritový magnet. Jeho buzení obstarávají ploché cívky na plošném spoji pod tímto magnetem. Okamžiky přepnutí buzení určují Hallovy sondy. Pod magnetem je na plošném spoji vyleptaná cívka tachogenerátoru. Pomocí této cívky jsou snímány otáčky vřetene, které jsou dále vyhodnocovány regulačními obvody. Stabilita otáček je tudíž vysoká. 3,5" náhon unášecího vřetene je proveden pomocí plochého komutátorového motorku. Upnutí diskety je provedeno pomocí excentricky umístěnéhon obdélníkového trnu se západkou. Trn se při vkládání diskety do mechaniky otočí až zapadne do otvoru ve středu diskety, ale disketou neprojde. 3,5" náhon unášecího vřetene je proveden pomocí plochého komutátorového motorku. Upnutí diskety je provedeno pomocí excentricky umístěnéhon obdélníkového trnu se západkou. Trn se při vkládání diskety do mechaniky otočí až zapadne do otvoru ve středu diskety, ale disketou neprojde.

13 Mechanismus mechanismus vystavení hlav využívá vždy krokového motorku. Při posunu motorku o jeden krok je posunuta hlava pomocí mechanického převodu o jednu stopu. Mechanický převod převádí kruhový pohyb motorku na posuvný pohyb hlavy. Tento pohyb proveden buď šroubovnicí, Y páskem nebo spirálovým kolem. využívá vždy krokového motorku. Při posunu motorku o jeden krok je posunuta hlava pomocí mechanického převodu o jednu stopu. Mechanický převod převádí kruhový pohyb motorku na posuvný pohyb hlavy. Tento pohyb proveden buď šroubovnicí, Y páskem nebo spirálovým kolem. Přesto, že je mechanismus vystavení hlav bez zpětné vazby (pouze na stopě nula vydá zvláštní čidlo signál) a řadič musí neustále počítat na které stopě se hlava nachází, jsou na mechanismus vystavení hlav kladeny značné nároky. Jde zejména o velkou rychlost přesunu hlav, vysokou přesnost polohy bez hysterze (odchylka u starších mechanik maximálně 20um) a úhlovou chybu záznamové štěrbiny, která smí maximálně činit +-18'. Přesto, že je mechanismus vystavení hlav bez zpětné vazby (pouze na stopě nula vydá zvláštní čidlo signál) a řadič musí neustále počítat na které stopě se hlava nachází, jsou na mechanismus vystavení hlav kladeny značné nároky. Jde zejména o velkou rychlost přesunu hlav, vysokou přesnost polohy bez hysterze (odchylka u starších mechanik maximálně 20um) a úhlovou chybu záznamové štěrbiny, která smí maximálně činit +-18'. U starších mechanik 5,25" a u mechanik 8" byl mechanismus přítlaku hlavy k záznamovému médiu řešen pomocí elektromagnetu. Ten přitlačil médium ke čtecí hlavě pomocí polštářku (u jednostraných mechanik - SS) nebo pomocí druhé hlavy (u oboustraných mechanik - DS). U novějších mechanik 5,25" a u všech menších mechanik je hlava přitlačena k médiu trvale. Hlava se však neotírá, protože disketa v klidu stojí. U starších mechanik 5,25" a u mechanik 8" byl mechanismus přítlaku hlavy k záznamovému médiu řešen pomocí elektromagnetu. Ten přitlačil médium ke čtecí hlavě pomocí polštářku (u jednostraných mechanik - SS) nebo pomocí druhé hlavy (u oboustraných mechanik - DS). U novějších mechanik 5,25" a u všech menších mechanik je hlava přitlačena k médiu trvale. Hlava se však neotírá, protože disketa v klidu stojí. Rozměry Rozměry bývají unifikovány, např. u prvních 5,25" mechanik platilo, že čelní panel měl šířku 146mm a výšku 83mm. Později se vyráběly jednotky s výškou 54mm a nyní se setkáme jen s jednotkami, které mají výšku 41,5mm nebo výšku 27mm bývají unifikovány, např. u prvních 5,25" mechanik platilo, že čelní panel měl šířku 146mm a výšku 83mm. Později se vyráběly jednotky s výškou 54mm a nyní se setkáme jen s jednotkami, které mají výšku 41,5mm nebo výšku 27mm Napájení Napájení K napájení je použito napětí +5V a +12V( podle typu mechaniky ) U starých 8" mechanik musel být napájen motor pro unášení vřetene ze sítě 220V a navíc elektronika vyžadovala stejnosměrných +5V, +24V a některé i -5V. Novější mechaniky ( 3,5” ) vyžadují již jen 5V. K napájení je použito napětí +5V a +12V( podle typu mechaniky ) U starých 8" mechanik musel být napájen motor pro unášení vřetene ze sítě 220V a navíc elektronika vyžadovala stejnosměrných +5V, +24V a některé i -5V. Novější mechaniky ( 3,5” ) vyžadují již jen 5V.

14 Postup při zápisu na floppy disk   Operační systém odešle instrukci na hardware, aby zapsal daná data na floppy disk.   Hardware počítače a floppy disk drive controller spustí motorek v disketové mechanice, který roztočí disketu.   Druhý motor ( krokový ) pootočí disketu a odkrokuje na správnou stopu, na kterou máji být data zapsána. Čas, který tato operace zabere se nazývá přístupový čas. Touto akcí se také nastaví hlavy pro čtení a zápis.   Čtecí/zapisovací hlava se zastaví na daném sektoru. Čtecí hlava zkontroluje zapsanou adresu (na zformatované disketě), aby se ujistila že se používá správná strana diskety a že jde o správnou stopu. Tato operace je velmi podobná tomu, jak přehrávač (gramofon) automaticky skočí na danou drážku u vinilové desky.   Předtím než jsou data z programu zapsána na disketu, vymazávací cívka ( která je umístěna stejně jako čtecí/zapisovací hlava ) je vybídnuta, aby smazala daný sektor dat. Smazaný sektor je širší než zapisovací sektor - tímto způsobem žádný sousední sektor nebude iteragovat se sektorem, který je momentálně zapisován.   Zapisovací hlava zapíše data na disketu pomocí přesného zmagnetizování kousku železa, bar-magnetu, které jsou na povrch diskety. To je velmi podobné principu, který se používá na magnetickém pásku zadni strany kreditní karty. Zmagnetizované častice mají jejich severní a jižní póly orientované takovým způsoben, aby mohl být detekován a přečten při následujícím čtení.   Disketa se přestane točit. Disketová mechanika je připravena pro další příkaz (intrukci).

15 Blokové schéma

16 Závěr Závěrem snad jen říci již zřejmý fakt - Floppy disk a Flopy disk drive pravděpodobně již mají svůji vrcholnou dobu dávno za sebou Při vypracovávání práce jsem si nebyl zcela jist zda jsem správně pochopil zadání. Floppy disk znamená totiž pružný disk = disketa, zadání mělo být formulováno pravděpodobně asi Floppy disk drive Při vypracovávání práce jsem si nebyl zcela jist zda jsem správně pochopil zadání. Floppy disk znamená totiž pružný disk = disketa, zadání mělo být formulováno pravděpodobně asi Floppy disk drive Odkazy na použité zdroje: www.wikipedia.org www.howstuffworks.com www.pf.jcu.cz www.pcmech.com www.simandl.cz www.teaser.fr www.ewa.cz maben.homeip.netnicolas.marchildon.netmembers.tripod.com/~piters/zx.htm

17 Děkuji za pozornost