stringtranslate.com

Контроллер гибких дисков

Плата FDC от IBM 5150 . NEC D765AC FDC IC представляет собой большой двухрядный корпус сверху.

Контроллер гибких дисков ( FDC ) превратился из дискретного набора компонентов на одной или нескольких платах в интегральную схему специального назначения (ИС или «чип») или ее компонент. FDC направляет и контролирует чтение и запись на дисковод гибких дисков компьютера (FDD). FDC отвечает за чтение данных, представленных с главного компьютера, и преобразование их в формат диска с использованием одной из нескольких схем кодирования, таких как кодирование FM (одинарная плотность) или кодирование MFM (двойная плотность), а также чтение этих форматов. и возвращаем его к исходным двоичным значениям.

В зависимости от платформы передача данных между контроллером и главным компьютером будет контролироваться собственным микропроцессором компьютера или недорогим специализированным микропроцессором, таким как MOS 6507 или Zilog Z80 . Ранним контроллерам требовалась дополнительная схема для выполнения определенных задач, таких как подача тактовых сигналов и настройка различных параметров. Более поздние разработки включали в контроллер больше этих функций и уменьшали сложность внешней схемы; к концу 1980-х годов однокристальные решения стали обычным явлением.

К 1990-м годам дискеты все больше уступали место жестким дискам , для которых требовались аналогичные контроллеры. В этих системах контроллер также часто сочетал в себе микроконтроллер для передачи данных через стандартизированные разъемы, такие как SCSI и IDE , которые можно было использовать с любым компьютером. В более современных системах FDC, если он вообще присутствует, обычно является частью множества функций, обеспечиваемых одной микросхемой суперввода-вывода .

История

Первый контроллер дисковода гибких дисков (FDC), как и первый дисковод гибких дисков (IBM 23FD), был поставлен в 1971 году в качестве компонента модуля управления хранилищем IBM 2385 для накопителя с фиксированной головкой IBM 2305 [1] и System 370. Модели 155 и 165 . IBM 3830 Storage Control Unit, современный и очень похожий контроллер, использует свой внутренний процессор для управления 23FD. [2] Полученный FDC представляет собой простую реализацию гибридных схем MST компании IBM на нескольких печатных платах. [2] Дисковод, FDC и носители были собственностью IBM, и хотя другие производители поставляли первые FDD до 1973 года, стандартов для FDC, приводов или носителей не существовало.

Внедрение IBM в 1973 году системы ввода данных 3740 создало базовый стандарт носителя для 8-дюймовых односторонних дискет, дискет IBM «Тип 1» , что в сочетании с быстро растущими требованиями к недорогим съемным запоминающим устройствам с прямым доступом для многих небольших приложений вызвало резкий рост поставок приводов и контроллеров. [3]

До появления версий интегральных схем специального назначения большинство FDC состояли как минимум из одной печатной схемы, реализованной с 40 или более микросхемами. [4] Примеры таких FDC включают:

Первым FDC, реализованным в виде интегральной схемы специального назначения, является Western Digital FD1771 [14], анонсированный 19 июля 1976 года. [15] Первоначальная конструкция поддерживала один формат и требовала дополнительных схем, но со временем, как семейство, конструкция стала создан из нескольких источников и развит для поддержки многих форматов и минимизации внешних схем.

NEC µPD765 был анонсирован в 1978 году [16] , а в 1979 году NEC представила µPD72068, который был программно совместим с µPD765 и включал цифровую систему ФАПЧ . [17] µPD765 стал квазиотраслевым стандартом, когда он был принят в оригинальном IBM PC (1981); FDC физически располагался на собственной плате адаптера вместе со вспомогательными схемами. Другие поставщики, такие как Intel, производили совместимые детали. Эта конструкция со временем превратилась в семейство, предлагающее почти полный FDC на кристалле. [18]

По состоянию на март 1986 года Sharp выпустила на рынок FDC LH0110. [19]

В начале 1987 года компания Intel представила высокоинтегрированный контроллер гибких дисков 82072 CHMOS для использования в стандартных компьютерах ПК. [20] [21]

В конечном итоге в большинстве компьютерных систем FDC стал частью чипа Super I/O или чипа южного моста . [18] [22] [23]

Обзор

Дискета хранит двоичные данные не как серию значений, а как серию изменений значений. Каждое из этих изменений, записанное в полярности носителя магнитной записи, вызывает индуцирование напряжения в головке привода , когда поверхность диска вращается мимо нее. Именно время этих изменений поляризации и возникающие в результате всплески напряжения кодируют единицы и нули исходных данных. Одна из функций контроллера — превратить исходные данные в правильный шаблон поляризации во время записи, а затем воссоздать его во время чтения.

Поскольку хранение данных основано на синхронизации, а на это время легко влияют механические и электрические помехи, для точного считывания данных требуется некий опорный сигнал — часы . Поскольку синхронизация на диске постоянно меняется, тактовый сигнал должен обеспечиваться самим диском. Для этого исходные данные изменяются с помощью дополнительных переходов, позволяющих закодировать тактовый сигнал в данных, а затем использовать восстановление тактового сигнала во время чтения для воссоздания исходного сигнала. Некоторые контроллеры требуют, чтобы это кодирование выполнялось извне, но большинство проектов предоставляют стандартные кодировки, такие как FM и MFM .

Контроллер также предоставляет ряд других сервисов для управления самим механизмом привода. Обычно они включают в себя перемещение головки привода по центру отдельных дорожек на диске, отслеживание местоположения головки и возврат ее к нулю, а иногда и функциональное форматирование диска на основе простых входных данных, таких как количество дорожек, секторов на диск. дорожка и количество байтов на сектор.

Для создания полноценной системы контроллер необходимо объединить с дополнительной схемой или программным обеспечением, которое действует как мост между контроллером и хост-системой. В некоторых системах, таких как Apple II и IBM PC , это контролируется программным обеспечением, работающим на главном микропроцессоре компьютера , а интерфейс накопителя подключается непосредственно к процессору с помощью карты расширения . В других системах, таких как Commodore 64 и 8-битное семейство Atari , нет прямого пути от контроллера к центральному процессору, и для этой цели внутри накопителя используется второй процессор, такой как MOS 6507 или Zilog Z80 .

Оригинальный контроллер Apple II представлял собой вставную карту на главном компьютере. Он мог поддерживать два привода, и эти приводы исключали большую часть обычной встроенной схемы. Это позволило Apple заключить сделку с Shugart Associates на поставку упрощенного привода, в котором отсутствовала большая часть обычной схемы. [4] Это означало, что совокупная стоимость одного диска и карты контроллера была примерно такой же, как и в других системах, но второй диск можно было подключить за меньшие дополнительные затраты. [ нужна цитата ]

IBM PC использовала более традиционный подход: их карта адаптера могла поддерживать до четырех дисков; на ПК прямой доступ к памяти (DMA) к дискам осуществлялся с использованием канала DMA 2 и IRQ 6. На схеме ниже показан обычный контроллер гибких дисков, который взаимодействует с ЦП через шину промышленной стандартной архитектуры (ISA) или аналогичную шину и передает данные с дисководом гибких дисков с помощью 34-контактного ленточного кабеля. Альтернативная схема, более распространенная в последних разработках, включает в себя FDC, включенный в микросхему суперввода-вывода , которая обменивается данными через шину с малым количеством выводов (LPC).

Блок-схема, показывающая связь FDC с ЦП и FDD.

Большинство функций контроллера гибких дисков (FDC) выполняются интегральной схемой , но некоторые выполняются внешними аппаратными схемами. Список функций, выполняемых каждым, приведен ниже.

Функции контроллера гибких дисков (FDC)

Внешние аппаратные функции

Порты ввода/вывода для обычного контроллера x86-ПК

FDC имеет три порта ввода-вывода . Это:

Первые два находятся внутри микросхемы FDC, а порт управления — на внешнем оборудовании. Адреса этих трех портов следующие.

Порт данных

Этот порт используется программным обеспечением для трех различных целей:

Главный регистр состояния (MSR)

Этот порт используется программным обеспечением для чтения общей информации о состоянии микросхемы FDC и FDD. Перед началом операции с дискетой программное обеспечение считывает этот порт, чтобы подтвердить состояние готовности FDC и дисководов для проверки статуса ранее инициированной команды. Различные биты этого регистра представляют:

 

Порт цифрового управления

Этот порт используется программным обеспечением для управления некоторыми функциями FDD и FDC IC. Назначение битов этого порта:

Интерфейс к дисководу гибких дисков

Контроллер подключается к одному или нескольким дискам с помощью плоского ленточного кабеля: 50 проводов для 8-дюймовых дисков и 34 провода для 3,5-дюймовых и 5,25-дюймовых дисков. «Универсальный кабель» имеет четыре разъема для дисков, по два для 3,5-дюймовых и 5,25-дюймовых дисков. [24] В семействе IBM PC и совместимых компьютерах скрутка кабеля используется для различения дисковых накопителей по разъему, к которому они подключены.Все диски устанавливаются с одинаковым набором адресов выбора диска, а скрутка кабеля меняет местами линии выбора привода в разъеме. На приводе, находящемся на дальнем конце кабеля, также будет установлен согласующий резистор для поддержания качества сигнала. [25]

Более подробные описания сигналов интерфейса, включая альтернативные значения, содержатся в спецификациях производителей приводов или хост-контроллеров.

Когда контроллер и дисковод собраны как одно устройство, как в случае с некоторыми внешними дисководами, например, Commodore 1540 и USB-дисководами, [26] внутренний дисковод и его интерфейс не изменяются, в то время как Собранное устройство имеет другой интерфейс, например IEEE-488 , параллельный порт или USB .

Форматировать данные

Возможны многие взаимно несовместимые форматы дискет; Помимо физического формата диска, возможны также несовместимые файловые системы.

[37]

Стороны:

Плотность:

3-режимный флоппи-дисковод

Установочный диск японского Microsoft Office 4.3 в формате 3,5 дюйма, 1,2 МБ и 1440 КБ.

В основном в Японии существуют 3,5-дюймовые флоппи-дисководы высокой плотности, поддерживающие три режима форматирования дисков вместо обычных двух — 1440 КБ (2 МБ неформатированные), 1,2 МБ (1,6 МБ неформатированные) и 720 КБ (1 МБ неформатированные). Первоначально Режимы высокой плотности для 3,5-дюймовых дисководов в Японии поддерживали только емкость 1,2 МБ вместо емкости 1440 КБ, которая использовалась в других странах. [38] В то время как более распространенный формат 1440 КБ вращался со скоростью 300 об/мин, форматы 1,2 МБ вместо этого вращались со скоростью 360 об/мин, тем самым очень напоминая геометрию эфира формата 1,2 МБ с 80 дорожками, 15 секторами на дорожку и 512 байтами на сектор. ранее встречавшийся на 5,25-дюймовых дискетах высокой плотности или формат 1,2 МБ с 77 дорожками, 8 секторами на дорожку и 1024 байта на сектор, ранее встречавшийся на 8-дюймовых дискетах двойной плотности. Более поздние японские дисководы для гибких дисков стали поддерживать оба формата высокой плотности (а также формат двойной плотности), отсюда и название «3-режимный». В некоторых BIOS есть настройка конфигурации, позволяющая включить этот режим для поддерживающих его дисководов. [39]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Справочное руководство IBM 2835 Storage Control и модуля хранения с фиксированной головкой IBM 2305» (PDF) . Октябрь 1983 года . Проверено 22 июля 2022 г. Блок управления содержит миниатюрное устройство прямого доступа, которое обеспечивает постоянное хранилище для резервного копирования логики управления и хранения нерезидентной микродиагностики. Носителем записи является недорогой дисковый картридж с майларовым покрытием.
  2. ^ ab «Библиотека обслуживания IBM — Управление хранилищем, модель 2, том 2» (PDF) . 04.06.1973. стр. МПЛ 25А, МПЛ 200, МПЛ 245, МПЛ 260 . Проверено 29 июля 2022 г. Аппаратно уже добавлено 64 слова (дорожка 0, сектор 0) и эта микропрограмма загрузит оставшуюся часть управляющей памяти.
  3. ^ Портер, Джеймс Н. (август 1977 г.). ОТЧЕТ О ДИСКЕ/ТЕНДЕНЦИЯХ 1977 Г. – ГИБКИЕ ДИСКОВЫЕ НАКОПИТЕЛИ (Отчет). п. 26.
  4. ^ abc Грегг, Уильямс; Мур, Роб, ред. (1984). «ЯБЛОЧНАЯ ИСТОРИЯ, ЧАСТЬ 2. Интервью со Стивом Возняком». Байт . Проверено 6 августа 2022 г. В то время все существующие контроллеры гибких дисков состояли из 40 или 50 микросхем…
  5. ^ 3741 Станция обработки данных, Теория-Техническое обслуживание. ИБМ. 15 мая 1974 г. стр. 14-2.14-15 (488/599) . Проверено 9 августа 2022 г.
  6. ^ «Первое периферийное устройство для гибких дисков, созданное для микрокомпьютеров» . Электронный дизайн . 27 сентября 1974 г. п. 138 . Проверено 11 августа 2022 г.
  7. ^ «Контроллер гибких дисков CF 360» (PDF) . iCOM Микропериферия . Проверено 19 августа 2022 г. Контроллер полностью совместим с IBM 3740 и 3540, при этом все форматирование и деформатирование выполняется автоматически внутри контроллера.
  8. ^ СХЕМАТИЧЕСКИЕ И ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ МОДЕЛЬ FD360 (PDF) (Отчет). iCOM Микропериферия. Март 1976. С. 8, 34 . Проверено 11 августа 2022 г.
  9. ^ «Диски». ВОЗРАСТ ИНТЕРФЕЙСА . Ноябрь 1976 г., стр. 65–66 . Проверено 24 июля 2022 г.
  10. ^ «Контроллер гибких дисков FD0300» (PDF) . 1976 год . Проверено 24 июля 2022 г. Также предусмотрен хост-интерфейс общего назначения для простого интерфейса с хост-системами, такими как миникомпьютер, шины ввода-вывода микропроцессора, ЭЛТ-терминалы, приборы, микропроцессоры TTL/MSI, промышленные контроллеры и другие байт-ориентированные системы.
  11. ^ «Современная дисковая технология» (PDF) . Байт . Декабрь 1976 года . Проверено 1 сентября 2022 г.
  12. ^ «Контроллер дисковода гибких дисков SA4400 ministriker» (PDF) . 1977 год . Проверено 1 сентября 2022 г.
  13. ^ Крейг, Дэвид Т. (апрель 1978 г.). «Информация о семействе компьютеров Apple II, схема: интерфейсная карта диска 2» (PDF) . Проверено 6 августа 2022 г.
  14. ^ Джо, Яворски (1985). «Контроллеры гибких дисков». Концепции контроллера 1985 г. - Том 1 (PDF) (Технический отчет). п. ПОЛУ-1 (67/160) . Проверено 9 сентября 2022 г. Пионером в этой области стала компания Western Digital Corporation, которая в 1976 году начала создавать образцы первого контроллера гибких дисков LSI — FD1771.
  15. ^ «Недавние объявления IC» . Компьютер . IEEE. 1976 год . Проверено 6 августа 2022 г.
  16. ^ «Контроллер гибких дисков µPD765 ОДИНАРНОЙ/ДВОЙНОЙ ПЛОТНОСТИ» (PDF) . НЭК. Декабрь 1978 года . Проверено 9 сентября 2022 г.
  17. ^ «Контроллер гибких дисков NEC Electronics Inc. μPD72068» (PDF) . Проверено 24 января 2024 г.
  18. ^ Аб Некасек, Михал (26 мая 2011 г.). «Эволюция контроллера гибких дисков» . Проверено 2 сентября 2022 г.
  19. ^ "Справочник по полупроводникам Sharp 1986 года" (PDF) . п. 279–295 . Проверено 14 января 2024 г.
  20. ^ Корпорация Intel, «Компоненты, ориентированные на новые продукты: однокристальный дисковый контроллер: больше в меньшее», Solutions, январь/февраль 1987 г., стр. 14
  21. ^ Кернс, Патрик, Бегур, Шридхар и Фишер, Стив, «Высокоинтеграционная/высокопроизводительная подсистема контроллера гибких дисков с 82072», корпорация Intel, Microcomputer Solutions, ноябрь/декабрь 1987 г., стр. 20
  22. ^ Мюллер, Скотт (2005). «Компоненты материнской платы». Скотт Мюллерс «Модернизация и ремонт ноутбуков», второе издание . Проверено 05 сентября 2022 г.
  23. ^ «Контроллер гибких дисков FDC37C78» (PDF) . СМСЦ. 2007. Архивировано из оригинала (PDF) 13 декабря 2007 г. Проверено 9 сентября 2022 г. Лицензированный контроллер гибких дисков CMOS 765B
  24. ^ Дэвис, Ларри (13 июня 2015 г.). «Распиновка флоппи-дисковода, названия сигналов, описание распиновки и скрутка кабеля». www.interfacebus.com . Проверено 29 января 2019 г.
  25. ^ Скотт Мюллер, Модернизация и ремонт компьютеров, второе издание , Que, 1992, ISBN 0-88022-856-3 , стр. 487 
  26. ^ Фишер, Тим (18 января 2022 г.). «Что такое дисковод гибких дисков?» . Проверено 20 сентября 2022 г.
  27. ^ Эйблеман, Генна (2005). Элерт, Гленн (ред.). «Угловая скорость дискеты». Справочник по физике . Проверено 25 января 2022 г.
  28. ^ «Мастерская C 64 / C = 8 бит и периферийные устройства» . 19 мая 1998 г. Проверено 18 апреля 2016 г.
  29. ^ abcdef "unifr.ch – sys/src/kernel/floppy.c". Архивировано из оригинала 19 июля 2011 года . Проверено 5 мая 2011 г.
  30. ^ «Спецификация продукта гибкий диск TM100-4 96, tpi» (PDF) . Проверено 8 января 2022 г.
  31. ^ ab iesleonardo.info - В этом руководстве по работе с дискетами представлена ​​техническая информация о дискетах.
  32. ^ ab oldskool.org - Пусть 5,25-дюймовые FDD HD работают со скоростью 300 об / мин вместо 360 об / мин.
  33. ^ ab intel.com - Intel 82077SL для сверхплотных дискет. Архивировано 8 октября 2012 г. на Wayback Machine.
  34. ^ Джонсон, Герберт Р. (22 декабря 2016 г.). «Техническая информация о дисководах» . Проверено 14 января 2017 г.
  35. ^ yi.org - Дискеты высокой плотности Mf2hd Disk 3 5 1 Pk [ постоянная мертвая ссылка ]
  36. ^ mcamafia.de - IBM Personal system/2, 3,5-дюймовые дисководы для дискет, Технический справочник
  37. ^ "Linux-2.6.17/drivers/block/floppy.c". Архивировано из оригинала 23 августа 2008 г.090504 gelato.unsw.edu.au
  38. ^ book.google.com - Почините свой компьютер, Кори Сэндлер.
  39. ^ rojakpot.com - поддержка 3-режимных дискет

дальнейшее чтение

Внешние ссылки