Накопители на гибком диске

В первых РС не было накопителей на жестких дисках (Hard Disk Drive - HDD), а для хранения данных применялись гибкие диски (floppy disks). Появление жестких дисков отодвинуло гибкие диски на "вторые роли". Однако накопители на гибком диске (Floppy Disk Drive - FDD) применяются до сих пор, практически не изменившись за последние 15 лет. Благодаря своей универсальности FDD 3.5" 1.44 МБ имеется в любом РС.

Гибкие диски играют важную роль в следующих областях:

• Перенос данных: Гибкий диск до сих пор остается универсальным средством переноса файлов с одного РС на другой. Благодаря утилитам сжатия данных на стандартный диск 1.44 МБ можно записать значительный объем информации. Гибкие диски могут считывать компьютеры всех платформ.
• Хранение и резервирование небольших файлов: Гибкие диски до сих пор применяются для хранения и резервирования небольших объемов данных.
• Распространение программного обеспечения и драйверов: Иногда гибкие диски применяются для распространения программного обеспечения и драйверов, когда объемы их невелики.

Конечно, несмотря на полезную роль гибких дисков в современных РС, их значение снижается и пользователи обращают мало внимания на производительность FDD и выбор модели накопителя. В этом разделе рассмотрены конструкция и работа FDD. Эти сведения потребуются при изучении HDD, так как логическая организация обоих типов накопителей имеет много общего.

Конструкция и работа FDD

Несмотря на то, что FDD имеют разные размеры и используют разные форматы данных, их внутреннее устройство практически одинаково. По конструкции и работе они напоминают HDD, но значительно проще. В FDD применяется сменный магнитный носитель. Далее рассматриваются основные компоненты FDD и принципы его работы.

Головки считывания-записи

Головки считывания-записи (read/write heads) применяются для преобразования двоичных данных в электромагнитные импульсы при записи на диск и для обратного преобразования при считывании с диска. Такие же функции выполняют головки считывания-записи и в HDD.

Головки считывания-записи FDD и HDD имеют несколько важных отличий. Головки для FDD больше и "грубее", так как плотность дорожек (track density) гибких дисков намного меньше, чем жестких дисков. На жестких дисках плотность составляет несколько тысяч дорожек на дюйм, а на гибких дисках - всего 135 дорожек на дюйм (Tracks Per Inch - TPI).

В FDD до сих пор используются ферритовые головки, которые применялись в первых HDD. Головка представляет собой железный сердечник с обмоткой, образующий управляемый электромагнит. В FDD применяется технология контактной записи, т.е. головка прямо контактирует с носителем, а не "летает" над поверхностью диска как в HDD. Контактная запись обеспечивает более надежную передачу данных в этой более простой технологии; для гибких дисков невозможно поддерживать постоянный зазор между головкой и носителем.

Так как гибкие диски вращаются с намного меньшей скоростью (обычно от 300 до 360 об/мин), чем жесткие диски (минимум 3600 об/мин), головки могут контактировать с носителем, не вызывая износа магнитного покрытия диска. Однако со временем износ происходит и частицы оксида железа и пыль попадает на головки, поэтому их необходимо периодически чистить. В общем, FDD намного менее надежны, чем HDD.

В FDD в дополнение к обычной головке считывания-записи имеются две головки стирания. Они называются головками туннельного стирания (tunnel-erase heads) и располагаются позади с каждой стороны головки считывания-записи. Функция головок стирания заключается в том, чтобы в процессе операции записи стирать всю паразитную магнитную информацию, которую головка считывания-записи записала вне отведенной дорожки. Благодаря этому каждая дорожка четко определена и отделена от других. В противном случае между дорожками неизбежна интерференция.

Все современные гибкие диски двухсторонние и в FDD имеются две головки считывания-записи по одной для каждой стороны (side) диска. Головки для разных FDD несколько варьируются в зависимости от формата накопителя и плотности.

Привод головок

Привод головки (head actuator) - это устройство, которое физически позиционирует головки считывания-записи на нужную дорожку поверхности гибкого диска. Обычно на каждой стороне гибкого диска имеется 80 дорожек. Приводом управляет шаговый двигатель (stepper motor). При вращении шаговый двигатель проходит через различные позиции останова и при этом перемещает головки вне или наружу на одну или несколько позиций. Каждая из этих позиций определяет дорожку на поверхности диска.

Шаговые двигатели вначале применялись и в HDD, но были заменены более надежными и быстрыми приводами со звуковой катушкой (Voice Coil Actuator - VCA). Поскольку шаговый двигатель рассчитан на предопределенное размещение дорожек, тепловое расширение дисков в старых HDD вызывало появление ошибок. Для FDD этой проблемы не существует из-за намного меньшей плотности дорожек.

Однако со временем могут возникнуть трудности, если в приводе появляется люфт и позиционирование дорожек оказывается нарушенным, - возникает проблема выравнивания головки (head alignment). Когда головки оказываются невыровненными, можно заметить, что диски, которые правильно форматируются, записываются и считываются в одном FDD, не считываются в других FDD. Это объясняется тем, что места размещения данных определяются форматированием (formatting) гибкого диска. Раньше, когда FDD стоили 500 долл, были разработаны процедуры выравнивания головок, но сейчас с этим никто не связывается, так как стоимость выравнивания больше стоимости нового накопителя.

Привод головок в FDD очень медленный, поэтому время поиска (seek time) оказывается значительным. Если в HDD привод может переместить головки с внутренней дорожки на внешнюю (full-stroke seek) примерно за 20 мс, то в FDD эта операция длится в 10 и более раз дольше.

Шпиндельный двигатель

Шпиндельный двигатель (spindle motor) в FDD вращает гибкий диск. Когда диск вставляется в накопитель, его захватывают зажимы, которые связаны со шпиндельным двигателем. Скорость шпиндельного двигателя зависит от типа FDD:

Малая скорость вращения шпинделя объясняет низкую производительность FDD, так как она определяет запаздывание (latency) и скорость передачи данных (Data Transfer Rate - DTR). Однако такая малая скорость позволяет использовать в FDD контактную запись. Шпиндельный двигатель имеет ничтожную мощность и выделяет при работе очень мало тепла.

Датчик смены диска

В современных FDD имеется специальный датчик и проводник в кабеле, которые сообщают контроллеру, когда диск вынимается и вставляется новый. Этот сигнал применяется для улучшения производительности, поскольку отсутствие сигнала смены диска означает, что диск не сменялся. В этом случае система не должна постоянно проверять при обращении к FDD, что в накопителе находится прежний диск. В противном случае при каждом обращении к FDD необходимо считывать служебные структуры диска, что снижает производительность.

Иногда датчик смены диска или схемы выходят из строя, что вызывает появление странных проблем. В этом случае при смене диска система не распознает этого и считает, что в FDD находится старый диск. Поэтому при попытке обратиться к файлу, который имеется на новом диске, система сообщает о том, что файл не найден. Фактически система даже не ищет файл, а просто проверяет содержание последнего диска, которое все еще находится в памяти. Попытка записать на новый диск приводит к искажению его содержания, так как контроллер полагает, что запись производится на старый диск.

Разъемы и перемычки

Для подключения FDD к компьютеру предусмотрены два основных разъема. Имеются также перемычки, которые используются для конфигурирования FDD, но на практике их обычно не трогают. Перемычка выбора накопителя (drive select - DS) применяется для выбора того, какой FDD - А: или В: - имеется в РС, но обычно для управления тем, какой FDD является накопителем А:, а какой накопителем В:, используется кабель. Почти все FDD конфигурированы как накопитель "B" и кабель (а не перемычки) определяет, какой будет "виден" как накопитель an "A". Некоторые типы FDD имеют перемычки для управления их работой, но они почти всегда остаются в состоянии по умолчанию.

Примечание: В некоторых РС применяются гибкие диски с интерфейсом SCSI, которые имеют другие перемычки.

Один из разъемов для подключения FDD - разъем питания одного из двух типов. В старых 5.25" FDD применяются такие же 4-проводные разъемы, как для HDD, CD-ROM и других устройств. В большинстве 3.5" FDD используется меньший по размеру мини-разъем. Все современные блоки питания имеют этот мини-разъем для подачи питания на FDD.

Второй разъем служит интерфейсным кабелем данных. Во всех FDD применяется стандартный интерфейс со специальным 34-контактным разъемом. Кабель имеет важное значение, так как позволяет управлять буквой накопителя.

На корпусе 5.25" FDD имеется краевой разъем, а на корпусе 3.5" FDD есть набор из 34 штырьков, аналогичный разъему внутреннего HDD, но меньшего размера. Такой разъем не имеет ключа и кабель по ошибке можно подключить неправильно. В этом случае FDD не работает, а его индикатор активности постоянно включен. Для устранения неисправности достаточно просто правильно подключить кабель данных.

Логическая плата

FDD имеет встроенную логическую плату, которая действует как контроллер накопителя. На ней содержатся электронные схемы, которые управляют головками считывания-записи, шпиндельным двигателем, приводом головок и другими компонентами. Схемная плата очень редко вызывает проблемы; теоретически плату можно снять и заменить, но этого никто не делает, а заменяют весь FDD.

Корпус, размеры и монтирование

Почти все FDD являются внутренними накопителями и имеют лицевую панель для доступа к дверце. Размер лицевой панели определяет, какой отсек накопителя (drive bay) требуется для накопителя, причем FDD 3.5" могут размещаться в обоих типах отсеков: 3.5" или 5.25". В последнем случае требуется специальный адаптер.

Высота FDD 3.5" составляет один дюйм, соответствуя высоте жестких дисков, которые часто вставляются в такие же отсеки. Старые FDD 5.25" имели высоту 3.5" (full-height), а для новых стандартной стала высота 1.75" (half-height).

В FDD 5.25" имеется поворотный рычажок, который прижимает головки считывания-записи к поверхности носителя. В FDD 3.5" происходит автоматический захват диска при вставке, а для извлечения диска применяется кнопка.

Большинство FDD имеют винтовые отверстия по бокам и/или внизу для простой установки накопителей. В старых РС применялись направляющие для механического "вдвигания" накопителя в отсек. В новых РС накопители крепятся непосредственно в отсеках.

Поскольку при считывании диск удерживается механизмом зажима, ориентация накопителей не вызывает никаких проблем. Более того, во многих настольных корпусах отсек накопителя 3.5" ориентирован вертикально.

Носитель и структуры данных низкого уровня

В отличие от жестких дисков, в которых носитель встроен в сам накопитель (поэтому жесткие диски иногда называются фиксированными дисками - fixed disks), носитель FDD является сменным (removable). Далее подробно рассмотрен носитель гибкого диска и использование его в накопителе FDD.

Носитель 5.25"

Первые гибкие диски имели диаметр 8", а мини-диск 5.25" имеет много схожего с первыми гибкими дисками, имея меньшие размеры. Диск 5.25" состоит из двух основных компонентов: собственно носитель и защитный чехол. Диск сделан из тонкого пластика (майлара - mylar) и покрыт тонким слоем магнитного материала. В центре имеет большое отверстие, которое захватывает зажим и вращает диск внутри чехла. В чехле имеется вырез для головок считывания-записи. Небольшой вырез сбоку чехла предназначен для управления защитой от записи; если заклеить этот вырез, то записать на диск в стандартном накопителе невозможно.

Диски требуют аккуратного и осторожного обращения. Окно считывания-записи открыто, поэтому диск можно легко повредить, если не хранить его в защитном бумажном конверте. Кроме того, нельзя писать на конверте шариковой ручкой.

Носитель 3.5"

Гибкие диски 3.5" ("микро-диски") похожи на диски 5.25", но имеют несколько достоинств, обеспечивающих их большую долговечность. Во-первых, чехлы сделаны из жесткого пластика. Во-вторых, окно считывания-записи самого диска защищено скользящей металлической крышкой, которая отодвигается, когда диск вставляется в накопитель. Наконец, сам диск меньше, что делает его более прочным.

Вырез защиты от записи заменен отверстием с подвижным кусочком пластика; когда отверстие открыто, диск защищен от записи. Большое отверстие в центре заменено на небольшой металлический диск с индексным отверстием, что также способствует большей долговечности. Отметим, что для дисков 3.5" не требуется защитный чехол.

Плотность носителя

Плотность (density) поверхности диска показывает, какой объем данных можно сохранить на единице площади. Она зависит от того, сколько дорожек можно образовать на диске (плотность дорожек - track density), и сколько битов можно разместить на каждой дорожке (битовая плотность - bit density). Произведение этих двух величин называется поверхностной плотностью (areal density), которая обычно применяется для описания емкости жестких дисков; для гибких дисков принято указывать две величины: плотность дорожек - число дорожек на дюйм (Tracks Per Inch - TPI) битовая плотность (Bits Per Inch - BPI).

Плотности гибких дисков стандартизованы: есть два стандарта для дисков 5.25" и три стандарта для дисков 3.5". Для каждой плотности имеется свое название. В таблице слева приведены типы плотностей и их характеристики.

В таблице нетрудно заметить несколько особенностей. Во-первых, для дисков с наименьшей плотностью используется название "двойная плотность". Это объясняется тем, что раньше выпускались диски с еще меньшей плотностью. Во-вторых, несмотря на то, что для дисков 3.5" и 5.25" имеются названия "двойная плотность" и "высокая плотность", они соответствуют разным характеристикам плотности. Наконец, некоторые плотности отличаются от других плотностью дорожек, другие - битовой плотностью, а третьи - обоими параметрами. В частности, у всех дисков 3.5" плотность дорожек одинакова и равна 135 TPI. На чехлах дисков двойной плотности часто напечатаны слова "двойная плотность" (Double Density - DD), а на дисках высокой плотности - логотип "HD".

Носители высокой плотности и двойной плотности не являются взаимозаменяемыми. Диски высокой плотности следует всегда использовать в соответствующих накопителях. Для форматирования дисков необходимо пользоваться командой FORMAT с правильными параметрами. Ввод команды "FORMAT /?" покажет возможности команды.

Кодирование и декодирование данных

Кодирование данных (data encoding) - это процесс преобразования двоичной информации (программ и данных) в магнитные импульсы, которые можно сохранить на магнитной поверхности диска. Имеется несколько способов кодирования данных. В первых накопителях на гибких дисках использовалась частотная модуляция (Frequency Modulation - FM), но вскоре она была заменена кодированием с модифицированной частотной модуляцией (Modified Frequency Modulation - MFM), которое применялось в старых жестких дисках.

Форматирование низкого и высокого уровней

Форматирование магнитного носителя, например гибких и жестких дисков, состоит из двух этапов. Первый этап состоит в создании фактических структур на поверхности носителя, которые используются для хранения данных. Для этого необходимо записать дорожки и отметить начало каждого сектора на каждой дорожке - произвести форматирование низкого уровня (Low-Level Formatting - LLF).

Второй этап - это форматирование высокого уровня (High-Level Formatting - HLL), в процессе которого на диске создаются такие логические структуры, как таблица размещения файлов (File Allocation Table - FAT) и корневой каталог (root directory). HLL-форматирование использует созданные LLF-форматированием структуры для подготовки диска к хранению файлов с учетом особенностей выбранной файловой системы.

Для жестких дисков между двумя этапами форматирования решается задача организации разделов (partitioning). С учетом этого обстоятельства, а также сложности современных жестких дисков форматирование низкого уровня выполняет производитель, а для форматирования высокого уровня привлекается команда DOS FORMAT (или ее эквивалент). Благодаря относительной простоте гибких дисков оба этапа форматирования LLF и HLL выполняются одновременно командой FORMAT.

После производства LLF-форматирования на диске в определенных местах появились дорожки. Так как в FDD для управления приводом головок применяется шаговый двигатель, для считывания дорожек накопитель должен быть правильно выровнен. Иногда в конкретном накопителе первоначальное выравнивание головок нарушается; в этом случае диск правильно работает в данном накопителе, но не читается в других, и наоборот.

Рекомендуется всегда форматировать диск в том накопителе, в котором он будет использоваться чаще всего. Иногда диск, форматированный в другом накопителе и не считываемый в данном накопителе, можно "оживить", производя реформатирование.

Совет: Сейчас предформатированные гибкие диски продаются по той же цене, что и неформатированные, и приобретение таких дисков экономит много времени.

Геометрия гибкого диска

Термин геометрия (geometry) описывает организацию структур данных диска. Для жестких дисков это понятие довольно сложно, так как для них имеет смысл физическая, логическая и преобразованная геометрия. Для гибких дисков ситуация намного проще: геометрия показывает число поверхностей (оно равно числу головок считывания-записи), число дорожек на поверхности и число секторов на дорожке. Во всех гибких дисках на каждой дорожке имеется одно и то же число секторов несмотря на то, что внутренние дорожки меньше внешних.

Поскольку во всех современных гибких дисках используются обе поверхности и они всегда имеют две поверхности и две головки, важными параметрами оказываются только число дорожек (их иногда называют цилиндрами) и число секторов. Так как гибкие диски всегда имеют две поверхности, цилиндр #N просто означает дорожку #N на обеих сторонах диска. В таблице приведены спецификации геометрии для разных форматов.

Во всех гибких дисках используются секторы емкостью 512 байтов, что является стандартом для гибких и жестких дисков. Отметим, что не все секторы, указанные в общем числе секторов, применяются для хранения данных пользователя, так как часть из них занята файловой структурой (FAT, корневой каталог и др.).

Форматы и логические структуры гибкого диска

Для платформы РС разработано несколько дисковых форматов. Правда, сейчас на практике широко применяется только один формат - накопитель 1.44 МБ 3.5", выпущенный компанией IBM в 1987 г. для семейства компьютеров PS/2. После этого такие накопители стали применяться почти во всех РС и превратились в стандарт de facto. Стоимость этих накопителей невелика из-за их массового производства. Для диска 1.44 МБ требуется контроллер, который поддерживает скорость передачи данных 500 Кб/с; все современные контроллеры обеспечивают передачу данных с такой скоростью.

Гибкий диск 2.88 МБ 3.5"

Такие диски были выпущены компанией Toshiba в конце 80-х годов прошлого века. Повышение емкости достигнуто за счет специального носителя и специального способа записи. Однако эти диски не получили широкого распространения и сейчас почти не встречаются.

Файловая система и структуры гибкого диска

В общем, для гибких дисков применяется файловая система FAT, на которую ориентированы операционные системы DOS, Windows 3.x, Windows 95 и (необязательно) Windows NT. Подробно файловая система FAT рассмотрена в материале по жестким дискам, а далее приведены только ее особенности применительно к гибким дискам.

Гибкие диски используют те же самые основные структуры, что и жесткие диски, но они более простые. Например, на гибких дисках нельзя организовать разделы, поэтому здесь нет таблицы разделов (partition table) и главной загрузочной записи (Master Boot Record - MBR). В общем, гибкий диск имеет те же структуры, как и один том жесткого диска. Диск имеет один загрузочный сектор тома, который используется при загрузке с гибкого диска.

Все гибкие диски форматируются в версии FAT12 файловой системы; это самая старая разновидность FAT, но ее достаточно для гибких дисков малой емкости. Кластер состоит из одного или двух секторов в зависимости от типа диска, что обеспечивает эффективное использование поверхности диска.

На гибких дисках ограничено число элементов корневого каталога, которое зависит от типа диска:

Форматированная и неформатированная емкость

Для гибких дисков часто указываются форматированная емкость (formatted capacity) и неформатированная емкость (unformatted capacity). Так как неформатированный диск бесполезен, неформатированная емкость на практике бесполезна, а форматированная емкость означает максимальную емкость диска. Обычно форматированная емкость составляет примерно 2/3 неформатированной емкости.

Однако и форматированная емкость не показывает истинного объема пространства, доступного для файлов пользователя, так как некоторый объем расходуется на служебные структуры. Пространство, остающееся после размещения на диске этих структур, представляет полезную емкость гибкого диска.

Отметим, что при измерении емкости дисков необходимо помнить о десятичной и двоичной системах. Например, гибкий диск 1.44 МБ получил свое название из того факта, что на диске имеется 2880 секторов, а каждый сектор содержит 0.5 КБ; при умножении 0.5 на 2880 получается 1440, поэтому число 1.44 считается десятичным. Но фактически каждый сектор содержит 512, поэтому 0.5 КБ есть двоичный показатель. В результате "1.44" представляет собой смешанный показатель; истинная сырая форматированная емкость равна либо 1.41 МБ (двоичная), либо 1.47 МБ (десятичная), а не 1.44 МБ!

Приведем показатели емкости для разных типов дисков:

Сводка типов и спецификаций гибких дисков

В следующей таблице приведена сводка спецификаций для каждого из пяти основных типов гибких дисков:

Интерфейс и конфигурирование гибкого диска

Контроллер гибкого диска - это схемы, которые обеспечивают интерфейс FDD с остальными компонентами РС. Он управляет потоком информации по интерфейсу, передавая считанные с гибкого диска данные в процессор и память и наоборот. Далее рассмотрены вопросы интерфейса и конфигурирования FDD.

Интерфейс SCSI накопителей на гибком диске

Имеются специальные гибкие диски, которые подключаются с помощью шины SCSI. Такие диски редко применяются в РС, но иногда встречаются в промышленных применениях. FDD подключается к хост-адаптеру SCSI с помощью специального кабеля. Конечно, для этого требуется хост-адаптер, который поддерживает гибкие диски.

В современных РС накопители на гибком диске с интерфейсом SCSI не применяются, даже если этот интерфейс применяется для жестких дисков и других периферийных устройств. Так как гибкий диск не является основным носителем, то гораздо экономичнее использовать дешевый обычный FDD, а не приобретать более дорогой SCSI-накопитель. Кроме того, контроллер FDD всегда встроен в материнскую плату.

Интерфейс гибкого диска

Обычные гибкие диски используют свой собственный интерфейс, называемый интерфейсом гибкого диска (floppy disk interface) по вполне очевидной причине - интерфейс гибкого диска довольно простой. В отличие от жестких дисков, где имеется множество проблем совместимости и производительности, с гибкими дисками все проще: он либо работает, либо не работает, причем обычно накопитель работает.

Со временем интерфейс гибкого диска был адаптирован и для других устройств, например ленточных накопителей.

Реализация контроллера FDD

В первых РС контроллер FDD был специализированной картой, которая вставлялась в слот расширения на материнской плате. Через некоторое время контроллер был встроен в карты многофункциональных контроллеров, которые поддерживали также интерфейс жесткого диска IDE/ATA и последовательные и параллельные порты. Такие карты были широко распространены в РС с шинами ISA и VLB, которые выпускались с 1990 г. по 1994 г.

Поскольку контроллеры FDD практически не изменялись, стало возможным стандартизовать и миниатюризировать их. Начиная с материнских плат с процессором Pentium и шиной PCI, контроллеры FDD встроены прямо в плату. Такую поддержку обычно обеспечивает микросхема Super I/O.

Быстродействие контроллера FDD

Контроллер FDD в новых РС поддерживает все типы гибких дисков. Однако более старые контроллеры не работают с новыми накопителями. Обычно ограничивающим фактором оказывается способность контроллера работать с достаточно высокой скоростью. Несмотря на то, что интерфейс FDD намного медленнее интерфейса жесткого диска, имеются разные понимания "медленности".

Требуемая скорость контроллера прямо связана с плотностью носителя гибкого диска, в частности, с битовой плотностью на дорожке. Чем выше эта плотность, тем выше требуемая скорость передачи данных. Сейчас для контроллеров различают три скорости:

• 250 Кбит/с: Самый медленный контроллер, обеспечивающий поддержку накопителей 360 КБ 5.25" и 720 КБ 3.5". Такие контроллеры полностью устарели.
• 500 Кбит/с: Контроллер с такой скоростью поддерживает все диски кроме 2.88 МБ 3.5". Такие контроллеры использовались многие годы, но в последнее время заменены контроллерами со скоростью 1 Мбит/с.
• 1 Мбит/с: Это самый современный тип контроллера, который поддерживает все форматы гибких дисков.

Совет: Обычно можно узнать, какие типы FDD поддерживает РС, по элементам списка в параметрах настройки BIOS.

Использование ресурсов контроллером FDD

Гибкие диски настолько универсальны, что использование ими ресурсов практически стандартизовано. На практике большинство периферийных устройств даже не позволяют выбирать ресурсы, которые обычно использует контроллер FDD, зная, что в любом РС эти ресурсы недоступны.

Контроллер FDD в стандартном РС использует следующие ресурсы:

• Линия запроса прерывания (IRQ): Стандартной для контроллера FDD линией является IRQ 6. Почти все остальные периферийные устройства не претендуют на IRQ 6.
• Канал DMA: Стандартным для контроллера FDD каналом прямого доступа к памяти (Direct Memory Access - DMA) является канал 2.
• Адреса ввода-вывода: Стандартным для контроллера FDD диапазоном адресов ввода-вывода являются адреса 3F0h-3F7h. Как ни странно, но этот диапазон перекрывается со стандартным адресом ввода-вывода ведомого устройства в первичном канале IDE. Однако в этом случае конфликта ресурсов не происходит, так как перекрытие не действует в течение продолжительного времени.

Интерфейсный кабель FDD
В интерфейсе FDD применяется несколько необычный кабель. Он похож на стандартный кабель IDE тем, что представляет собой плоский серый кабель, а необычен числом разъемов и использованием его для конфигурирования настройки гибких дисков РС.

Кабель FDD имеет 34 проводника. Обычно он содержит пять разъемов, но иногда их только три. Они сгруппированы в три "набора"; одиночный разъем и две пары по два разъема (в стандартном кабеле с пятью разъемами) или три одиночных разъема. Вот для чего используются разъемы:

• Разъем контроллера: Одиночный разъем на одном конце кабеля предназначен для подключения к контроллеру FDD, который находится на карте контроллера или на материнской плате.
• Разъемы накопителя A: Пара разъемов (или один разъем в кабеле с тремя разъемами) с противоположного конца кабеля предназначена для накопителя А: (подробнее см. далее).
• Разъемы накопителя B: Пара разъемов (или один разъем в кабеле с тремя разъемами) в середине кабеля предназначена для накопителя В:

Причина использования в стандартном кабеле пар разъемов для накопителей объясняется обеспечением совместимости с различными типами накопителей. Накопители 3.5" обычно используют разъем в виде группы штырьков, а накопители 5.25" - краевой разъем. Поэтому в каждой позиции А и В есть два разъема, что допускает подключение к накопителю любого типа. Должен использоваться только один разъем в паре (они расположены очень близко и другое подключение просто невозможно). Кабели с тремя разъемами уменьшают гибкость настройки и при необходимости их можно заменить на кабель с пятью разъемами.

В кабеле имеется странное "перекручивание" между двумя парами разъемов, предназначенными для накопителей. Такое "перекручивание" характерно именно для стандартного кабеля. Перекручивание изменяет соединение накопителя после перекручивания, чтобы оно отличалось от соединения накопителя до перекручивания.

В результате накопитель в конце кабеля оказывается для системы накопителем А:, а накопитель в середине кабеля - накопителем В:.

Традиционно в FDD для конфигурирования накопителя как А: или В: применялась перемычка выбора накопителя (Drive Select - DS). Кроме того, в интерфейсе использовались специальные сигналы, указывающие, с каким накопителем взаимодействует контроллер в любой момент времени. Проводники, которые перекручиваются, являются сигналами 10 - 16 (семь проводников). Из них проводники 11, 13 и 15 служат землей, поэтому перекручивание изменяет только четыре сигнала. Именно они управляют в интерфейсе выбором накопителя. Происходящее при использовании кабеля с перекручиванием показано в таблице.

Поскольку сигналы изменены, накопитель после перекручивания реагирует на команды по-другому; если его перемычки выбора накопителя установлены так, что он является устройством А:, он реагирует на команды В: и наоборот.

Почему же был выбран такой необычный способ? В основном, потому, что он экономил время при настройке в те времена, когда почти все РС имели два FDD. Без перекручивания кабеля один из них должен быть с помощью перемычек определен как А:, а второй как В:. Благодаря перекручиванию можно оставить их оба настроенными как В: и тогда накопитель после перекручивания окажется накопителем А:, так как линии управления изменены. Для того, чтобы накопителем А: стал другой накопитель, нужно просто переключить кабель.

Чтобы эта система работала, оба FDD должны быть с помощью перемычек настроены как накопители В:. Поскольку кабель с перекручиванием стал стандартным, такое включение перемычек также стало стандартным.

Совет: В новых BIOS введен параметр, который изменяет сигналы А: и В: в самом контроллере. В этом случаем можно изменить назначения накопителей, даже не открывая корпус. Однако этот прием совместим не со всеми операционными системами; в частности, Windows NT и Linux могут действовать неправильно. Причина в том, что параметр обмена влияет только на BIOS и запутывает операционную систему, которая обращается непосредственно к аппаратным средствам.

Параметры BIOS

Почти все РС поддерживают два FDD с помощью стандартной настройки BIOS. Экран стандартной настройки BIOS предоставляет доступ к двум параметрам настройки, где системе сообщается, какие типы FDD имеются в системе. Поддержка разнотипных накопителей обычно опирается на поддержку контролера и параметры BIOS организованы так, что пользователь может выбирать только накопители, которые поддерживает контроллер.

Кроме того, имеются другие параметры BIOS, которые прямо относятся к накопителям на гибком диске:

• Последовательность загрузки: Этот параметр управляет порядком, в каком BIOS попытается загрузить систему.
• Поиск FDD: Некоторые BIOS позволяют запретить поиск, который система выполняет для проверки наличия FDD во время загрузки.
• Обмен FDD: Этот параметр переключает, какой FDD считается накопителем А:, а какой - накопителем В:.

Конфигурирование FDD

Конфигурирование FDD, которые используют стандартный интерфейс, выполняется очень просто. Так как может быть только один интерфейс гибкого диска и к нему можно подключить только два накопителя, конфигурирование сводится к проверке надежного подключения кабеля питания и кабеля данных к каждому устройству. Многие проблемы FDD вызываются ненадежными контактами в кабелях и неправильным подключением кабеля. Если кабель подключен "наоборот", накопитель не работает, а светодиод индикатора активности всегда светится.

Надежность гибких дисков

Собственно накопители на гибком диске довольно надежны, но сам носитель не очень надежен. Конечно, на надежность влияет и сам накопитель; старый загрязненный накопитель с невыровненными дорожками может вызвать много проблем. Для периодической чистки накопителей примерно раз в полгода выпускаются специальные комплекты. Обычно со временем на гибком диске появляются дефектные секторы, которые нельзя использовать для хранения данных.

Имеется несколько причин меньшей надежности гибких дисков по сравнению, например, с жесткими дисками. Здесь можно отметить массовое производство накопителей, стоимость которых невелика. Трудно ожидать высокой надежности от устройства, которое стоит всего 15-20 долл. Сам гибкий диск имеет незначительную стоимость.

В FDD применяется сменный носитель, причем головки и сам носитель подвержены внешнему загрязнению, которое может повредить носитель, что приводит к потере данных. Кроме того, данные могут испортиться под воздействием внешних магнитных полей.

В общем, гибкие диски рекомендуется применять только для кратковременного хранения данных и переноса данных с одного РС на другой. При этом целесообразно делать две копии данных на двух гибких дисках. В качестве архивного носителя ценных данных гибкие диски не годятся.

Другие устройства с интерфейсом FDD

Благодаря своей универсальности интерфейс FDD в прошлом использовался и для других периферийных устройств. Однако из-за невысокой скорости интерфейса число таких устройств невелико.

Наиболее широко интерфейс FDD применяется для ленточных накопителей, в частности, накопителей QIC и Travan. Эти дешевые накопители используются для резервирования и для них не требуется высокая скорость передачи данных. Для большинства новых ленточных накопителей необходим контроллер со скоростью передачи данных 1 Мб/с.