Die in den heutigen PC's verwendete Floppy-Schnittstelle hat IBM aus der ursprünglich von der Firma Shugart entwickelten Schnittstelle SA-450 übernommen. Die ursprüngliche Schnittstelle (eingesetzt z.B. in CP/M-Systemen) konnte übrigens max. vier Floppies bedienen (damals waren noch 5,25"-Laufwerke der Standard). Auf die 8"-Floppies gehe ich hier nicht weiter ein, da diese in modernen PCs so gut wie keine Verbreitung gefunden haben und nur noch in älteren Geräten zu finden sein dürften.
Auch wenn Intel, Microsoft & Co. der Meinung sind, dass Diskettenlaufwerke veraltet und überflüssig sind und in neuen Chipsets kein Controller dafür mehr vorgesehen ist, so werden trotzdem noch Floppies in neue PCs eingebaut (und auf den Motherboards dafür extra ein eigener Controller-Chip eingebaut).
Dies hat sicherlich mehrere Gründe, wie z.B. Verfügbarkeit in jedem Betriebssystem.
Entsprechend "gewachsen" sind auch die einzelnen Diskettenformate.
Im Gegensatz zu Linux, welches über 30 verschiedene Formate direkt ansprechen kann, sind die von WinDOS ansprechbaren Formate etwas weniger.
Während die 5¼"-Disketten mittlerweile kaum mehr im Einsatz sind, hat sich insbesondere die 3½"-1.44MB-Diskette stark durchgesetzt.
Bei den 5¼"-Formaten wurden nur die 180kB-, 360kB- und 1.2MB-Formate wirklich verwendet (160kB/320kB bei DOS 1.1 und früher),
bei den 3½ das 720kB- und 1.44MB-Format.
In ab 1991 produzierten IBM-PCs wurde versucht das (damals) innovative 2.88MB-Format (Entwickler: Toshiba, 1987) durchzusetzen, jedoch ergaben sich nicht bei den Laufwerken Probleme mit der Herstellung, sondern bei den Medien (Disketten). Durch das besondere Aufzeichnungsvervahren (siehe unten) und das etwas kompliziertere Herstellungsverfahren waren die Disketten für den Nutzer zu teuer (Verhältnis ca. 1:5 gegenüber einer 1.44MB-HD-Diskette).
| gebräuchliche 3½" und 5¼" Diskettenformate | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Meist verwendete Magnetschichtmaterialien:
Ein Problem bei der Abwärtskompatibilität der Disketten tritt durch die kleinere Spurbreite der 80-Spur-Laufwerke auf, da die Spuren von mit 40-Spur-Laufwerken formatierten/beschriebenen Disketten nicht immer vollständig überschrieben werden können.
| Aufbau der 5¼" Disketten | Aufbau der 3½" Disketten | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| rot = Elemente auf der Disketten-Rückseite, blau = Teile der Magnet-Scheibe | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Das Basismaterial der Disketten-Scheibe besteht aus Mylar, einer temperaturstabilen Plaste. Die Plastikgehäuse der 5¼" Disketten besteht meist aus Polyvinylchlorid (HR = high temperature resistant, bis über 60°C formstabil). Die 3½" besthen meist aus schlagzähem Polystyrol.
Die Diskettenhüllen sind mit einem weichen Vlies ausgekleidet (bei den 3½" meist zusätzlich mit einem speziellen Andruck- und Reinigungsmechanismus), um Drop-Outs zu vermeiden und kleinere Verunreinigungen (Staub) zu entfernen.
Bei Floppy-Laufwerken unterscheidet man zwischen den veralteten Einkopf- und den modernen Doppelkopf-Laufwerken.
Im Gegensatz zu Flestplattenköpfen werden die Köpfe der Floppy-Laufwerke auf die Diskette direkt aufgesetzt (praktisch ohne Luftspalt), wobei der Gegendruck entweder durch einen auf einem beweglichen, gefederten Arm angebrachten Andruckfilz (single sided) bzw. durch den ihn ersetzenden zweiten Kopf (double Sided) erzeugt.
Damit sich die beiden Köpfe nicht gegenseitig beeinflussen sind die Luftspalten zueinander versetzt angeordnet.
Um den Verschleiss zu verringern, läuft das Laufwerk nur für die Zeit des Datentransfers (mit einer geringen Nachlaufzeit, um bei kurzzeitiger Transferpause den Stopp-/Start-Zyklus zu vermeiden). Weiterhin sind entweder die Beschichtungen selber sehr hart (Barium-Ferrit) oder es wird eine gleitfähige Schutzschicht - meist Teflon - aufgebracht.
| Einkopf-Laufwerk | Doppelkopf-Laufwerk | |
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Die ED-(/EHD-)Floppy-Laufwerke verwenden statt der "longitudinalen" (=horizontale) Aufzeichnung die sogenannte "perpendikulare" (=vertikale) Aufzeichnung:
| Longitudinal Recording | Perpendicular Recording | |
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Bei den ED-Laufwerken ergeben sich auf Grund der anderen Aufzeichnungstechnik und der verwendeten Magnetschicht, sowie der gewünschten Abwärtskompatibilität einige Besonderheiten beim Kopfaufbau.
| konventioneller Tunnel-Löschkopf |
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| (nicht maßstabsgerecht !) |
Der konventionelle Tunnel-(Erase-)Kopf arbeitet mit relativ hohen Strömen und kann die Magnetschicht direkt ummagnetisieren. Der "nachlaufende" Löschkopf löscht zum Einen noch bestehende Reste der vorherigen Aufzeichnung (die z.B. durch einen leichten Spurversatz entstehen) und schafft zum Anderen einen ausreichenden Abstand zur Nachbarspur.
| Pre-Erase Löschkopf |
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| (nicht maßstabsgerecht !) |
Für hohe Aufzeichnungsdichten ist das konventionelle Verfahren dagegen nicht mehr geeignet.
Für eine vertikale Aufzeichnung würde man normalerweise einen Uni-Pol-Kopf verwenden, bei dem der innere Teil der Magnetschicht durch ihren speziellen Aufbau im Prinzip den zweiten Pol bildet.
Um die Kompatibilität zu den Vorgängern zu ermöglichen ist ein etwas anderer Kopfaufbau, sowie ein etwas abgewandeltes Aufzeichnungsverfahren notwendig.
Der Schreib-/Lese-Kopf hat eine sehr kleine Spaltbreite und darf deshalb nicht mit allzuhohen Strömen arbeiten, um nicht in die Sättigung zu gehen.
Da dadurch auch das Magnetfeld nicht komplett in die Tiefe der Magnetschicht eindringen kann, wird ähnlich wie beim Unipol-Kopf ein Teil der Magnetschicht wie ein Gegenpol verwendet und somit die vertikale Aufzeichnung realisiert.
Da der Schreib-/Lese-Kopf kein genügend grosses Magnetfeld aufbauen kann, um die Magnetschicht direkt umzumagnetisieren (wegen des geringen Kopfspaltes) muß deshalb der zu beschreibende Sektor zuvor durch einen Löschkopf gelöscht (entmagnetisiert) werden.
Deshalb ist der Löschkopf vor dem Schreib-/Lese-Kopf angebracht und sorgt so für eine ausreichende Löschung, bevor die neuen Daten aufgezeichnet werden.
Weiter will ich hier aber nicht in die Tiefe gehen, da die genauen Zusammenhänge ein ganzes Buch füllen würden (Mechanik und Elektronik stellen besondere Ansprüche, Diskette und Laufwerk bilden stets eine konstruktive Einheit)...
Eigentlich ist das Floppy-Kabel ähnlich wie die Kabel für IDE/SCSI ein durchgehendes Flachbandkabel vom Floppy-Controller (FDC) zu den einzelnen Laufwerken A bzw. B (FDD A / FDD B). Das war früher auch so üblich und die Auswahl, welches Laufwerk A und welches B ist wurde durch Jumper auf den Floppy-Drives festgelegt: DS0 für Laufwerk A und DS1 für Laufwerk B (auf älteren Laufwerken zum Teil auch noch DS2 und DS3, diese dürfen im PC-System aber nicht gejumpert werden,
da die dort anliegenden Signale hier eine andere Funktion ausüben als im SA-450-System; es kann aber nichts kaputt gehen).
Wer sich nun aber in einem heutigen PC sein Floppy-Kabel anschaut wird erschreckt feststellen, das da jemand seinem armen Kabel ein paar Leitungen verdreht hat. Das hat man deshalb gemacht, um zum einen den Anschluß zu vereinfachen, da kein Jumper mehr umgesteckt werden muß und zum anderen, um diesen nicht mehr benötigten Jumper einzusparen. Welcher Jumper das ist? Die Laufwerke von heute werden als Laufwerk B (DS1 gejumpert !) vorkonfiguriert, d.h. wenn keine Jumper vorhanden sind, ist es als Laufwerk
B voreingestellt (von einigen Ausnahmen einmal abgesehen). Nun wird auch klar, warum das Kabel ein paar gedrehte Leitungen aufweist: die Signale für Drive A werden auf die Signale für Drive B gedreht, da es ja nur mit diesen Signalen sich angesprochen fühlt. Damit wird auch klar, das Laufwerk A hinter der Drehung (vom Controller aus gesehen) anzuschließen ist, eine Sache, die Unkundige schnell mal vergessen und sich dann wundern warum die Floppy nicht will.
| Kabel für zwei 3,5"-Laufwerke (5,25"-Laufwerke benutzen einen Direktsteckverbinder mit der gleichen Kontaktanordnung) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Anmerkung: Im Allgemeinen wird aus fertigungstechnischen Gründen das komplette Kabelstück Ader 10..16 (in einigen Fällen auch 9..17) gedreht. Auf die Funktion hat dies keine Auswirkungen, da die "zusätzlichen" Adern alles Masse-Signale sind. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Übrigens wird das Signal auf Pin 34 (in älteren Floppies) auch gerne einmal auf Jumper ("RDY" oder "DC" - oder so ähnlich bezeichnet, je nach Funktion) gelegt: es soll einen Diskettenwechsel dem System anzeigen. Auf älteren Systemen war es aber anders belegt ("READY"-Signal, d.h. es signalisierte eine ordnungsgemäß ausgeführte Funktion), was auf neuzeitliches Systemen zu einigen Problemen führte. Wenn nach einem Diskettenwechsel und anschließendem Schreiben auf der neuen Disk nur noch Chaos vorherrscht, ist dieses Signal inaktiv. Man sollte also versuchen den Jumper zu finden und zu setzen oder man wechselt das Floppy-Drive aus oder man aktualisiert nach jedem Diskwechsel das Verzeichnissystem von Hand: unter WIN95 im Explorer mit "F5"-Taste unter DOS am besten mit Befehl "DIR" (unter CP/M mit "CTRL-C" ;-).
Da in den heutigen PC's meist nur noch ein einzelnes Floppy-Drive (3,5") eingesetzt wird, hat man sich noch eine weitere bösliche Vereinfachung einfallen lassen, über die auch schon mal erfahrene Leute stolpern können. Man läßt einfach das Kabelstück mit der Drehung weg und hat somit ein einfach zu produzierendes gerade durchgehendes Kabel vom Controller zum Disk-Drive. Das Laufwerk müßte jetzt eigentlich als Laufwerk B im Setup eingetragen werden. Normalerweise gibt es damit auch keine Schwierigkeiten, aber einige Programme weigern sich entweder generell von Laufwerk B irgendetwas zu lesen oder es gibt solche, die ohne Laufwerk A auch kein Laufwerk B erkennen. Darum hat man im BIOS-Setup eine Funktion eingebaut die da lautet: "SWAP B to A" (oder "SWAP Floppy Drive". Mit dieser Funktion werden im BIOS softwaremäßig die Laufwerksbuchstaben gedreht (das Laufwerk ist dann im Setup als Laufwerk A einzutragen !). Manchmal macht leider WINDOOFS 94,8 Schwierigkeiten, wenn es mit dem BIOS-Eintrag nicht so richtig etwas anfangen kann (WIN umgeht das BIOS beim Arbeiten!)
Eine Spezialität unter den Floppy-Laufwerken bilden die in IBM PS/2-Systemen eingesetzten 2.88MB-Laufwerke (EHD-Floppy).
Erkennbar sind diese Laufwerke von aussen zum Einen an der 2.88-Kennzeichnung an der Vorderseite des (blauen) Auswurf-Knopfes und zum Anderen am fehlenden Stromversorgungsstecker der "normalen" Laufwerke.
Die EHD-Floppy-Laufwerke verwenden statt der "longitudinalen" (=horizontale) Aufzeichnung die sogenannte "perpendikulare" (=vertikale) Aufzeichnung.
| Kabel für 2.88MB-Floppy-Laufwerke | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Achtung: 2.88MB-IBM-Diskettenlaufwerke niemals mit einem "normalen" PC-Disketten-Kabel an einen "normalen" Disketten-Controller-Anschluss anschliessen, da dadurch Laufwerk und Motherboard zerstört werden. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Anmerkung: Unbedingt die etwas unterschiedliche Belegung von "Media Sense" und "Non-Media Sense" Laufwerken beachten, da beide Typen einen anderen Controller-Chip verlangen (siehe unten). In der Tabelle rot gekennzeichnet sind die Stromversorgungsanschlüsse, blau die gegenüber dem "normalen" Laufwerk geänderten Pin-Belegungen, gelb ein nicht mehr benutzter Anschluss, braun bzw. violett sind die zusätzlichen Pins am Controller-Anschluss (Pins 35..39 und 40..44), welche auf die jeweiligen Pins (12..16) der einzelnen Laufwerke gehen. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Anmerkungen:
Wie im PC üblich werden an dieses Kabel auch nur max. 2 Floppy-Laufwerke angeschlossen ("Type-3-Floppy" - das BIOS unterstützt auch hier weiterhin nur zwei). Der dritte Anschluss ist für eine ITBU (Internal Tape Backup Unit - ein modifizierter 120MB IRWIN-Tape-Streamer) vorgesehen.
Eine Besonderheit sind die sogenannten "EE"-Floppies (EE = Electronic Eject), welche sowohl elektronisch verriegelt und passwortgeschützt werden können und bei denen die Medien (Disketten) auch elektronisch ausgeworfen werden können.
ACHTUNG!
Einige Anschluss-Signale sind anders - z.T. auch invertiert belegt wie bei dem Standard-PC-Floppy-Controller.
Um ein 2.88MB-Floppy-Laufwerk auch an einem "normalen" PC anschliessen zu können müssen ein paar Voraussetzungen erfüllt sein:
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