Diskettenlaufwerk

Ein Diskettenlaufwerk (oder kurz FDD für engl. „floppy disk drive“) wurde zur Speicherung von Daten verwendet. Es gab interne, die in ein Rechnergehäuse integriert wurden; heutige Laufwerke sind extern und meist mittels USB an den Rechner angeschlossen. Den zugehörigen Datenträger bezeichnet man als Diskette (engl. auch „floppy disk“). Hierbei handelt es sich um einen magnetischen Datenspeicher in Form einer metallbeschichteten flexiblen Kunststoffscheibe, die in einer Schutzhülle steckt.

Geschichte

Mit der Entwicklung der Heimrechner (engl. „Homecomputer“) wie C64 und Einzelplatzrechner (engl. „Personal Computer“), kurz PC, trat die Diskette ihren Siegeszug als Speichermedium an. Bei den heute anfallenden riesigen Datenmengen (insbesondere bei Bild- und Videodaten, und den immer größer werdenden Programmen) ist die vergleichsweise niedrige Speicherkapazität von max. 2,88 MB allerdings ein Grund, dass Disketten zur Datenspeicherung etwa seit dem Jahr 2003 kaum noch verwendet werden. Daten wurden nach und nach auf CD-ROM, Bandlaufwerke, Zip-Drive, heute auf USB-Massenspeicher, externe Festplattenlaufwerke oder gleich dezentral in der Cloud gespeichert. Die heute noch benutzten Diskettenlaufwerke sind in der Regel keine Einbaugeräte mehr, sondern werden als externes Gerät per USB-Anschluss mit dem Computer verbunden.

Funktion

Die wesentlichen mechanischen Elemente eines Diskettenlaufwerks sind immer gleichartig: Ein Mechanismus spannt und zentriert die Diskette an die Drehachse und dient auch zum Auswerfen der Diskette. Der Mechanismus hebt/senkt zugleich den oberen und unteren Schreibkopf bzw. bei einseitigen Laufwerken statt des unteren Lesekopfs den Andruckfilz. Der Mechanismus arbeitet meist rein manuell, nur bei einigen Geräten von Apple und Sun war er motorisiert. Weitere Bauteile sind ein geschwindigkeitsgeregelter Motor zum gleichmäßigen Drehen der Diskette (üblich sind Riemen- sowie Direktantrieb), und auf Metallschienen ein oder zwei in einer Richtung motorisch verschiebbarer kombinierter Schreib- und Lesekopf mit gegenüberliegendem Andruckfilz bzw. bei doppelseitigen Laufwerken ein Kopfpaar, sowie ein Schrittmotor zum Verschieben des Kopfes, wodurch die einzelnen Spuren angefahren werden. Dafür notwendig ist die Elektronik, die die Motoren betreibt und regelt, die Schreib- und Lesesignale auf die richtige Feldstärke bringt, und die Lesesignale verstärkt und digitalisiert. Die weitere Verarbeitung findet in einem Floppy-Disk-Controller statt, der sich oft außerhalb des eigentlichen Laufwerks befindet, z. B. auf der Hauptplatine eines PCs.

Während 8″-Laufwerke meistens nach dem Einschalten pausenlos laufen und bei Nichtgebrauch die Schreib-Lese-Köpfe zur Schonung von der Diskette abheben, schalten die kleineren Varianten den Motor nur bei Bedarf an; die Köpfe können daher immer auf der Diskettenoberfläche verbleiben, ohne dass die Köpfe und die Diskettenoberfläche übermäßig verschleißen.

Um beim Lesen den Beginn einer Datenspur, die Synchronisation, leichter erkennen zu können, sind die Disketten mit einem Indexloch versehen, das normalerweise nahe dem Innenrand liegt. Im Laufwerk ist eine Lichtschranke eingebaut, die ein Signal abgibt, wenn dieses Loch bei der Rotation an der Lichtschranke vorbeikommt. Die meisten Disketten haben nur ein solches Indexloch; die Einteilung einer einzelnen Datenspur in eine Anzahl von Sektoren muss durch Software in der Firmware des Kontrollers oder durch die Rechner-CPU erfolgen, man spricht daher in diesem Fall von „sanft-sektorierten“ Disketten. Das Gegenteil sind „hart-sektorierte“ Disketten, die für jeden Datensektor ein eigenes Indexloch aufweisen, also einen ganzen Kranz davon. Die frühen Apple-Rechner verwendeten dieses ansonsten eher ungebräuchliche Verfahren. Das etwas exotischere Format der Amiga-Rechner ignorierte das Indexloch komplett und führte die Spuranfangserkennung ausschließlich in Software durch.

Eine weitere Synchronisation betrifft die Position des Schreibkopfes, damit er korrekt die erste und alle weiteren Spuren trifft. Bei den Laufwerken zu den 8-Bit-Rechnern von Commodore wurde der Schreibkopf dazu bei der Initialisierung oder nach erkannten Lesefehlern fünfmal absichtlich gegen den inneren Anschlag gefahren, was ein charakteristisches Rattergeräusch produzierte.

Die Kommunikation zwischen Laufwerk und Rechner kann auf unterschiedlichen Ebenen realisiert werden. Besonders in der Frühzeit der Mikrorechner gab es viele Varianten: Während bei den Geräten der Firma Apple die Kommunikation auf der untersten Bitstrom-Ebene stattfand, geschah sie bei den frühen Atari-Heimrechnern auf der höheren Datenblock-Ebene und bei den 8-Bit-Rechnern von Commodore auf der noch höheren Datei-Ebene. Bei heutigen Geräten hat sich ein Standard herausgebildet: Interne Diskettenlaufwerke für PCs (mit klassischem Flachbandkabel-Anschluss) kommunizieren auf Bitstrom-Ebene, alle anderen Geräte, z. B. USB-Diskettenlaufwerke, auf Datenblockebene.

• Bauelemente eines 3,5-Zoll-Diskettenlaufwerkes
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  Chassis mit Einspannmechanismus
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  Disketten-Antriebsmotor
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  Schreib-/Lesekopf
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  Schrittmotor mit Gewindespindel für den Magnetkopf
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  Controllerplatine

Auswirkungen auf Betriebssysteme

Bei den ersten 5.25" Diskettenlaufwerken des IBM PC mit einer vollen Bauhöhe gab es keine Vorkehrung dem Nutzer zu signalisieren, dass die Diskette aus dem Laufwerk genommen werden kann. Da der Lesezugriff auf Disketten ohne Cache aber sehr langsam ist und daher aus Geschwindigkeitsgründen nötig war, entschied man sich bei Microsoft für MS-DOS 2.0 die minimale Zeit zu messen, die ein Nutzer benötigt, um die Disketten zu wechseln, um so eine nutzbare Dauer zu bestimmen, in dem ein Lesecache gültig sein darf. Mark Zbikowski, der damals das MS-DOS 2.0 Projekt leitete, führte daher Tests mit einer Stoppuhr durch und Aaron Reynolds und Chris Peters versuchten währenddessen die Disketten so schnell wie möglich zu wechseln. Da keiner den Diskettenwechsel schneller als unter 2 Sekunden schaffte, legte man die Dauer, in der ein Lesecache gültig ist für MS-DOS auf 2 Sekunden fest.

Bauformen

Die Bauformen entsprechen denen der Disketten: 200 mm (8″) das ursprüngliche Diskettenformat von IBM als Ersatz für die vorher notwendigen Stapel von Lochkarten, 130 mm (5 ¹⁄₄″), 90 mm (3 ¹⁄₂″) und 75 mm (3″) auf Schneider CPC, das sich nicht durchgesetzt hat. Auch 2" wie bei Zenith minisPORT fand kaum Verbreitung. Größere Verbreitung des Formates 2" erfolgte als Video Floppy eingeführt mit der Sony Mavica.

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  5 ¹⁄₄ Zoll, 1,2 MB
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  5 ¹⁄₄ Zoll, 1,2 MB und 3½ Zoll, 2,88 MB
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  3½ Zoll, 2,88 MB

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  8″-Disketten­lauf­werk (Ein­bau­ver­sion)
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  5 ¹⁄₄″-Disketten­lauf­werk (Ein­bau­ver­sion)
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  Doppel­lauf­werk für 5 ¹⁄₄″- und 3 ¹⁄₂″-Disketten (Ein­bau­ver­sion)
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  3 ¹⁄₂″-Disketten­lauf­werk (Ein­bau­ver­sion)
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  3 ¹⁄₂″-Disketten­lauf­werk mit USB-An­schluss (für ex­ter­nen Be­trieb)
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  3 ¹⁄₂″-Diskettenlaufwerk mit integrierten Kartenleser und USB-Anschluss von TEAC (Ein­bau­ver­sion)
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  3″-Disketten­lauf­werk (Ein­bau­ver­sion)
• 
  Externes 3,5 Zoll Laufwerk für den IEC-625-Bus

Anbindung (Bus)

• (IBM-)PC-Laufwerk, 5,25″ oder 3,5″
  Interne Floppy-Laufwerke werden mit dem Kontroller über ein 34-poliges Flachbandkabel (Daten, Steuerung) verbunden. Zusätzlich besitzen sie einen 4-poligen Stromanschluss zum Netzteil. Stecker und Buchse der Datenverbindung ähneln in Art und Größe dem 44-poligen ATA-Anschluss von Notebook-Festplatten, sind aber schon allein durch die unterschiedliche Pinanzahl nicht damit kompatibel.
  Extra-flache 3,5″-Floppys, die ursprünglich für den Einbau in einen Laptop entwickelt wurden und heute (Stand 2016) weit verbreitet in USB-angebundenen externen Geräten sind, sind mit einem 26-poligen Flachbandkabel angebunden (an den USB-Adapterchip), das auch die Stromversorgung enthält.
• Shugart-Bus war zeitweise ein De-facto-Standard für Diskettenlaufwerke, entwickelt von Shugart Associates. Der Anschluss erfolgte bei 8″-Laufwerken mittels 50-poliger Schnittstelle, bei 5 ¹⁄₄-Zoll-, 3 ¹⁄₂-Zoll- und 3-Zoll-Laufwerken dagegen mittels 34-poliger Schnittstelle, wobei sich die Pinbelegung ähnelte.

Pflege

Der Schreibkopf muss von Zeit zu Zeit vorsichtig gereinigt werden, da sich Eisenoxidreste und Bindematerialreste darauf ablagern. Früher waren Reinigungsdisketten erhältlich, schonender ist es jedoch, das Laufwerk zu öffnen und den bzw. die Köpfe sanft mit einem in Isopropanol getränkten fusselfreien Tuch abzuwischen, bis die bräunlichen Oxidreste entfernt sind. Ein Schmieren der Mechanik ist nicht empfehlenswert, außer wenn diese offensichtlich verklemmt ist. Bei Bedarf kann bei vielen Laufwerken auch die Drehgeschwindigkeit der Diskette und die Spurlage des Schrittmotors nachjustiert werden, dies ist jedoch nur bei entsprechenden Kenntnissen empfehlenswert, da man sonst das Laufwerk leicht unbrauchbar machen kann.

Literatur

• Klaus Dembowski: PC-Werkstatt. Hardware konfigurieren, optimieren und reparieren, Markt + Technik Verlag, München 2008, ISBN 978-3-8272-4371-3.
• Klaus Dembowski: BIOS und Troubleshooting. Markt + Technik Verlag, München 2004, ISBN 3-8272-6547-9.
• Hans-Peter Messmer, Klaus Dembowski: PC-Hardwarebuch. Aufbau, Funktionsweise, Programmierung, 7. Auflage, Addison-Wesley, München, ISBN 3-8273-2014-3.

Siehe auch

• Festplattenlaufwerk
• Speicherkarte

Weblinks

Wiktionary: Diskettenlaufwerk – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Diskettenlaufwerk einbauen (abgerufen am 26. Februar 2016)
• TEC FB-50x series - Technical manual – Technisches Handbuch (engl.) zur Funktionsweise eines Diskettenlaufwerks der Firma TEC.

Einzelnachweise

1. ↑ https://devblogs.microsoft.com/oldnewthing/20190924-00/?p=102915
2. ↑ https://devblogs.microsoft.com/oldnewthing/20191001-00/?p=102946