GŁOWICE ZAPISUJĄCO - ODCZYTUJĄCE

Każdy z dysków elastycznych w komputerach osobistych klasy PC ma dwie głowice zapisujaco - odczytujące. Stacje jednostronne, montowane w pierwszych egzemlarzach komputerów PC, należą dzis do historii. Głowice poruszane są przez silnik mechanizmu pozycjonowania głowic (head actuator) i umocowane są do wspólnego stojaka, mogą poruszać się tylko synchronicznie. Głowice wykonane są z ferrytów magnetycznie miękkich z cewką elektromagnetyczną i są kompozytem dwóch głowic kasujących, położonych skrajnie i jednej zapisującej, położonej centralnie.

Metodą zapisu jest metoda z tzw. tunelowym kasowaniem, ponieważ w chwili zapisu głowice kasujace usuwają zewnętrzne fragmenty scieżki. Powoduje to, że dane zapisane są w precyzyjnie wyznaczonych "tunelach" każdej ze ścieżek. Zapewnia to większą izolację pomiędzy ścieżkami. Precyzyjne ustawienie głowic względem ścieżek wykonywane jest na podstawie dysku wzorcowego i prawie zawsze wykonywane jest tylko raz - u producenta.

Głowice znajdują się pod napięciem sprężyny i nie wywierają dużego nacisku na powierzchnię dysku. Ponieważ dysk wiruje z niewielką prędkością, zwykle 360 albo 300 obr/min, zatem tarcie nie jest poważnym problemem. Jednakże ze względu na fizyczny kontakt pomiędzy głowicami a powierzchnią dysku, z biegiem czasu głowice pokrywają się płaszczem substancji zrywanej z powierzchni dysków.

UKŁAD POZYCJONOWANIA GŁOWICY

Głowice przesuwane są nad powierzchnią dysku za pomoca silnika krokowego. Silnik krokowy wykonuje ściśle określony kąt obrotu pod wpływem jednego lub kilku impulsów sterujących. Obrotowi o określony kąt odpowiada przesunięcie głowicy o jedną ścieżkę. Oś silnika krokowego połączona jest ze stojakiem głowic za pomocą metalowej taśmy. Taśma ta zwija się i rozwija wokół trzpienia obrotowego silnika, zamieniając ruch obrotowy na liniowy. Czas przesuwu pomiędzy położeniami ekstremalnymi wynosi około 1/5 sekundy. Zwykle za czas średniego dostępu przyjmowana jest 1/2 lub 1/3 tego czasu. Średni czas dostępu jest to uśredniony czas, jaki głowice potrzebują na przesunięcie pomiędzy ścieżkami.

SILNIK NAPĘDU DYSKU

Normalna szybkość wirowania wynosi 360 lub 300 obr/min, zależnie od rodzaju dysku. W starszych stacjach stosowano pasek klinowy do przeniesienia napędu pomiędzy trzpieniem obrotowym silnika a trzpieniem dysku. Obecnie stosowany jest napęd bezposredni jako bardziej niezawodny, tańszy i umożliwiający większą miniaturyzację. Większość stacji stosuje automatyczną kompensację momentu obrotowego, dostosowując się do dysków "klejących się" i tych "bardziej śliskich". Dyski wyposażone w stroboskopowy układ ręcznej regulacji szybkości obrotowej należą do rzadkości. Większość stosuje automatyczną kontrolę tachometryczną, co eliminuje konieczność okresowej regulacji.

PAKIET UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH

Pakiet zawiera układy przeznaczone do sterowania i kontroli mechanizmu pozycjonowania głowicy, głowic zapisująco - odczytujących, silnika napędu dysku, sensorów dysku i innych komponentów. Pakiet zawiera również interfejs umożliwiajacy komunikowanie sie z kontrolerem. Standardowym interfejsem, używanym w komputerach klasy PC, jest interfejs Shugart Associates SA-450 opracowany już w 1970 roku i będacy standardem przemysłowym.

ZŁĄCZA

Wszystkie napędy mają co najmniej dwa złącza - jedno do zasilania i drugie do sygnałów kontrolnych oraz danych. Złącza te są standaryzowane. Złącze zasilania jest 4-stykowe, złącze kontrolno/dane jest 34-stykowe. Dyski 3 1/2 calowe używają miniaturowej wersji styku zasilania.

ZASADA DZIAŁANIA STACJI

Fizyczna strona działania stacji jest bardzo prosta. Dysk wiruje z prędkością 360 lub 300 obr/min, w zależności od gęstości zapisu. Większa szybkość zarezerwowana dla dysków o większej pojemności. W czasie gdy dysk obraca się, głowice mogą poruszać sie do środka i na zewenątrz dysku na odcinku 1 cala, ok.2.54 cm, zapisując 40 albo 80 ścieżek. Ścieżki zapisywane są po obu stronach dysku i dwie ścieżki położone jedna nad drugą nazywane cylindrem. Ścieżki zapisywane są metodą tunelowego kasowania, w trakcie którego w celu uniknięcia interferencji krawędzie ścieżek są usuwane przez głowice kasujące. Ścieżki są zapisywane z rożną szerokością w zależności od typu dysku. W tabeli podano szerokości ścieżek dla każdego z czterech typów dysków spotykanych w systemach PC:

Różna szerokość ścieżek może powodować trudności z wymiennością dysków w różnych typach stacji. Przykładem jest dysk 5 1/4 calowy, w którym przy wysokiej gęstości zapisu ścieżki są dwukrotnie węższe niż przy podwójnej gęstości zapisu. Problem powstaje w chwili, kiedy stacja wysokiej gęstości musi zmienic dane zapisane poprzednio z podwójną gęstością. Dysk wysokiej gęstości nie jest w stanie zapisać całej szerokości ścieżki, jaka pozostała po zapisie w stacji 40-ścieżkowej. Kiedy taki dysk zostanie ponownie włożony do stacji 360 k, wówczas może się zdarzyć, że dysk "zobaczy" dane otoczone przez pozostałości starego zapisu. Pojawi się komunikat o błedzie ABORT, RETRY, IGNORE. Metodą uniknięcia podobnych problemów jest sformatowanie całkowicie dyskietki.

Kolejnym zagadnieniem związanym z fizyczną zasadą działania jest różny poziom zapisu w zależnosci od typu stacji. Stacje wysokiej gęstości zapisu mają dużą koercyjność, tzn. wymagają większej siły pola magnetycznego. Natężenie pola magnetycznego mierzone jest w oerstedach (1 Oe=1000 A/m). Dysk 360 k wymaga natężenia pola 300 Oe, zaś dysk 1.2 M dwukrotnie większego, 600 Oe. Wynika stąd wniosek, że nie należy formatować dysków wysokiej gęstości jako podwójnej i na odwrót.

Stacja dysków elastycznych

TABLICA FORMATÓW DYSKIETEK DLA STACJI 3 1/2"

Ścieżka położona najbliżej zewnętrznej krawędzi dysku ma numer 0 i jest w całości przeznaczona na struktury systemu operacyjnego. Ścieżka nr 0, sektor nr 1 zawiera tzw.boot sector blok ładujący, umożliwiający załadowanie systemu operacyjnego do pamięci w czasie startu systemu. Kilka nastepnych sektorów zawiera tablicę alokacji zbiorów ( File Allocation Table) FAT, w której umieszczona jest informacja o wolnych i zajętych przez dane fragmentach dysku. Następnych kilka sektorów zawiera katalog, czyli informację o plikach. Dalsze sektory zawierają pliki użytkowe. W tablicy pokazano rozmieszczenie struktur w adresacji względnej dla dyskietki 360 K.

CYLINDRY

Termin cylindry jest czasem stosowany wymiennie z terminem ścieżka. Mowiąc bardziej dokładnie, są to wszystkie ścieżki znajdujące się pod głowicami w tej samej chwili. W stacjach dysków elastycznych dyski nie mogą mieć więcej niż dwie strony i stacja ma maksymalnie dwie głowice, co daje dwie ścieżki na jeden cylinder.

KLASTERY

Klaster, inaczej jednostka alokacji, jest najmniejszą jednostką dysku, którą system może przydzielić plikowi. Klaster może być wielokrotnością sektora. Większa liczba sektorów w klasterze redukuje rozmiar tablicy alokacji i umożliwia szybszą pracę systemu operacyjnego. Wadą tego rozwiazania jest nieoszczędne gospodarowanie pamiecią. Ponieważ system rozpoznaje jednostki z dokładnością do wielkości jednego klastera, zatem każdy plik musi mieć swój rzeczywisty rozmiar zaokrąglony w górę do wielokrotności klastera. W przypadku dużej liczby bardzo małych plików marnotrawstwo pamięci jest najbardziej widoczne. W tablicy przedstawiono rozmiary klasterów dla róznych formatów dysków.

KONSTRUKCJA DYSKIETEK

Proces technologiczny produkcji dyskietek można skrótowo i w wielkim uproszczeniu przedstawić w dziesięciu punktach:

• wytwarzanie tlenku żelaza oraz specjalnego lakieru,
• zmieszanie lakieru z tlenkiem żelaza,
• czyści folii nośnej,
• bezpyłowe powlekanie nośnika warstwą magnetycznie czułą,
• suszenie z odzyskiem rozpuszczalników,
• prasowanie powierzchni magnetycznej,
• wycinanie krążków,
• polerowanie,
• zgrzewanie osłony,
• testowanie powierzchni

Magnetyczny krążek dyskietki zamknięty jest w kwadratowej osłonie z tworzywa, która wyłożona jest od wewnątrz przekładką dla zmniejszenia tarcia pomiędzy krążkiem a osłoną oraz zbierania pojawiajacych na krążku zanieczyszczeń, tzw.efekt samoczyszczenia. W niektórych dyskietkach krawędź otworu napędowego wzmacniana jest w procesie produkcji przez doklejenie wąskiego pierścienia, który usztywnia tę krawędź, czyniąc ją bardziej odporną mechanicznie. Do uporządkowanego przechowywania danych system komputerowy dzieli powierzchnię dyskietek na odpowiednią liczbę ścieżek, a te z kolei na sektory. Podział na sektory jest całkowicie zależny od systemu komputerowego. Rozróżniamy sektorowanie miękkie (ang. soft sectors), które dokonywane jest programowo przez zapis magnetyczny na ścieżce dyskietki oraz dawniej stosowane sektorowanie twarde (ang. hard sectors), które definiowane jest w procesie produkcji przez wykonanie odpowiedniej ilości otworów sektorowych wokół centralnego otworu dyskietki. W najbardziej popularnych napędach dyskietek stosowane jest optyczne rozróżnienie początku ścieżki jednym otworem indeksowym.

W kopercie dyskietki 5 1/4 calowej znajduje się wycięcie dla ochrony zapisu. Zapis na dyskietce jest "chroniony", tzn. możliwy jest tylko odczyt informacji, wówczas gdy wycięcie jest zaklejone. Dodatkowo koperta posiada dwa półkoliste nacięcia odprężające. Dyskietki 3 1/2 calowe, w odróżnieniu od dyskietek 5 1/4 cala, posiadają sztywną osłonę z tworzywa, nazywaną kasetą (ang. catridge). Okienko dostępu głowicy jest zasłonięte ruchomą metalową przesłoną (ang. shutter), która podczas wkładania dyskietki do napędu automatycznie przesuwa się, odsłaniając dostęp głowicy do powierzchni magnetyczej. Na stronie tylnej kasety znajduje się otwór centralny z widocznym metalowym rdzeniem (ang. central core), posiadającym dwa otwory: centrujący i napędowy. Na stronie tylnej znajduje się również otwór ochrony zapisu z elementem przesuwnym.

GĘSTOŚĆ ZAPISU INFORMACJI

Gęstość jest miarą ilości informacji, jaka może zostać niezawodnie upakowana w określonym obszarze nośnika. W dyskach rozróżniane są dwa rodzaje gęstości: wzdłużna, inaczej gęstość ścieżek i liniowa, inaczej gęstość zapisu. Gęstość wzdłużna (ang. longitudinal denisity) wskazuje, ile ścieżek może zostać zapisanych na dysku. Ten rodzaj gęstości jest podawany w jednostkach TPI - tracks per inch, liczba ścieżek na cal. Gęstość liniowa jest miarą ilości informacji zapisanej na jednej ścieżce i podawana jest w jednostkach BPI - bytes per inch, liczba bajtów na cal. W tablicy przedstawiono gestości dla najpopularniejszych dyskietek.

Trzeba zwrócić uwagę, że nazwa nośnika nie odzwierciedla rzeczywistej gęstości. Przykładowo, dysk z poczwórną gęstością różni się od dysku podwójnej gęstości jedynie gęstością ścieżek, zaś pomiędzy dyskiem wysokiej gęstości a poczwórnej jest różnica tylko w gęstości zapisu. Dyski poczwórnej gęstosci nie sa stosowane w komputerach PC.

ZASADY UŻYWANIA DYSKIETEK

Przy prawidłowym posługiwaniu się i dbałosci dyskietki mogą służyć przez wiele lat. Najmniejsze zabrudzenie lub mechaniczne zanieczyszczenie mogą prowadzić do utraty danych. Aby uniknąć strat, każda dyskietka powinna być chroniona przede wszystkim przeciw:

• wpływom magnetycznym,
• zabrudzeniom,
• uszkodzeniom.

ZANIECZYSZCZENIA

Stałe i płynne materiały mogą powodować zanieczyszczenia. Dla utrzymania normalnej pracy dyskietka wyposażona jest w przekładkę wewnątrz osłony, która zapewnia stały efekt czyszczenia powierzchni roboczych. Każde ciało obce pomiedzy głowicą a powierzchnią dyskietki prowadzi do zaniku napięcia odczytu na głowicy. Powstaje wówczas tzw. drop-out. W celu zapewnienia szczelnej osłony przeciwkurzowej, każdą dyskietkę należy chować do pojemników na dyskietki.

WPŁYWY MAGNETYCZNE

Ponieważ dane zapisywane są na dyskietce magnetycznie, mogą też być magnetycznie usunięte. Proces taki zachodzi każdorazowo podczas dokonywania nowego zapisu, podczas przemagnesowania ścieżki ze starym zapisem. Każde dostatecznia silne pole magnetyczne znajdujące się w pobliżu dyskietki może zmienić zapis na dyskietce lub go skasować. Jednakowo niebezpieczne sa pola pochodzące od elektromagnesów, jak też pola pochodzące od magnesów stałych. Elektromagnesy występują w urządzeniach powszechnego uzytku, poczynając od słuchawki telefonicznej, lampy neonowej, telewizora, monitora, zasilacza itp. W celu bezpiecznego przechowywania dyskietek należy zachwać 50 cm odstęp od wszystkich urządzeń i materiałów wytwarzających pole magnetyczne.

USZKODZENIA

Rozrózniane sa trzy typy uszkodzeń:

• mechaniczne,
• termiczne,
• chemiczne

Uszkodzenia mechaniczne

W celu zapewnienia maksymalnie równomiernego obracania sie krążka w osłonie, osłona dyskietki wykonana jest z dokładnością do tysięcznych części milimetra. Kazde zginanie dyskietki lub inne oddziaływanie mechaniczne, np. obciążanie dyskietki ciężkimi przedmiotami, jak książki, aparat telefoniczny itp., mogą powodować uszkodzenia lub zniekształcenia osłony krążka magnetycznego. Może to wpływać na równomierność obrotów i tym samym na zapis i odczyt z dyskietki.

Uszkodzenia termiczne

Uszkodzenia tego typu mogą wystąpić, gdy dyskietki poddane zostaną wpływom skrajnie wysokich lub niskich temperatur. Typowy zakres temperatur pracy dyskietek 10-55°C, przechowywania 4-5 °C.

Uszkodzenia chemiczne

Odsłonięte w otworze centralnym i otworze dostępu głowicy części krążka magnetycznego dyskietki nie mogą być poddawane czyszczeniu środkami chemicznymi, np. rozpuszczalnikami.

KONSERWACJA STACJI

Malejące ceny napędów dysków elastycznych powodują, że stacji nie warto naprawiać (przynajmniej we własnym zakresie). Konserwacja stacji sprowadza się do czyszczenia napędu, głowic oraz ewentualnego smarowania elementów mechanicznych.

DYSKIETKI CZYSZCZĄCE

Dyskietki czyszczące są dwojakiego rodzaju: nasączane środkiem czyszczącym i suche z materiałem ściernym. Dyskietki "mokre" są bezpieczniejsze, gdyż suche mogą uszkodzić głowicę, zwłaszcza stosowane nieprawidłowo lub zbyt często.