Controlador de disquetes

Un controlador de disquete ( FDC ) es un componente de hardware que dirige y controla la lectura y escritura en la unidad de disquete (FDD) de un ordenador. Ha evolucionado desde un conjunto discreto de componentes en una o más placas de circuito impreso hasta un circuito integrado (CI o "chip") de propósito especial o un componente del mismo. Un FDC se encarga de leer los datos que recibe del ordenador y convertirlos al formato de disco de la unidad mediante uno de varios esquemas de codificación, como la codificación FM (densidad simple) o la codificación MFM (doble densidad), y de leer dichos formatos y devolverlos a sus valores binarios originales.

Dependiendo de la plataforma, la transferencia de datos entre el controlador y el ordenador anfitrión se controlaba mediante el microprocesador del propio ordenador o mediante un microprocesador dedicado de bajo coste como el MOS 6507 o el Zilog Z80 . Los primeros controladores requerían circuitos adicionales para realizar tareas específicas, como proporcionar señales de reloj y configurar diversas opciones. Los diseños posteriores incorporaron más de estas funcionalidades en el controlador y redujeron la complejidad de los circuitos externos; las soluciones de un solo chip se hicieron comunes a finales de la década de 1980.

En la década de 1990, el disquete fue cediendo terreno a los discos duros , que requerían controladores similares. En estos sistemas, el controlador también solía combinar un microcontrolador para gestionar la transferencia de datos mediante conectores estandarizados como SCSI e IDE , compatibles con cualquier ordenador. En los sistemas más modernos, el controlador de disquetes (FDC), si está presente, suele formar parte de las múltiples funciones que ofrece un único chip de E/S .

El primer controlador de unidad de disquete (FDC), como la primera unidad de disquete (la IBM 23FD), se envió en 1971 como un componente de la unidad de control de almacenamiento IBM 2385 para la unidad de disco de cabezal fijo IBM 2305 , ^{[ 1 ]} y de los modelos 155 y 165 del Sistema 370. La unidad de control de almacenamiento IBM 3830, un controlador contemporáneo y bastante similar, utiliza su procesador interno para controlar una 23FD. ^{[ 2 ]} El FDC resultante es una implementación simple en los circuitos híbridos MST de IBM en unas pocas tarjetas de circuito impreso. ^{[ 2 ]} La unidad, el FDC y los soportes eran propiedad de IBM y, aunque otros fabricantes proporcionaron FDD tempranas antes de 1973, no había estándares para FDC, unidades o soportes.

La introducción por parte de IBM del sistema de entrada de datos 3740 en 1973 creó el estándar básico de medios para el disquete de una sola cara de 8 pulgadas, el disquete "Tipo 1" de IBM , lo que, junto con los requisitos cada vez mayores de almacenamiento de acceso directo extraíble y económico para muchas aplicaciones pequeñas, provocó un crecimiento espectacular en los envíos de unidades y controladores. ^{[ 3 ]}

Antes de la introducción de versiones de circuitos integrados de propósito especial, la mayoría de los FDC consistían en al menos un circuito impreso implementado con 40 o más circuitos integrados. ^{[ 4 ]} Algunos ejemplos de dichos FDC son:

• 1973: El FDC en el IBM 3741 es un tipo de microcontrolador que acepta comandos del microprocesador del sistema ("MPU" en la terminología de IBM) y los ejecuta en el 33FD conectado de la manera más independiente posible. Acepta y ejecuta los siguientes comandos: seleccionar/detener, verificar escritura, buscar inferior, buscar superior, leer datos, leer ID, escribir datos, escribir control, escribir ID, establecer listo, reiniciar contador de acceso y nada (no-op). Se implementó utilizando los circuitos híbridos MST de IBM en la placa base más una PCB de separador de datos (VFO) separada. ^{[ 5 ]} Este FDC de IBM estableció el disquete IBM Tipo 1 como el primer medio de disquete estándar de la industria, pero ni su interfaz con el microprocesador host ni su interfaz con el 33FD fueron adoptadas como estándares de la industria.
• 1974: El FD360 de iCOM contenía un FDC primitivo, el CF 360, que generaba medios estándar de la industria, se conectaba a buses host estándar de la industria y admitía FDD estándar de la industria. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Su FDC se implementó en una PCB de aproximadamente 12x9 pulgadas como una máquina de estados que utilizaba 30 circuitos integrados. ^{[ 8 ]}
• 1976: El FD0300 FDC de Scientific Micro Systems ^{[ 9 ]} construido sobre una placa de circuito de 8 pulgadas por 12 pulgadas contiene un microprocesador y aproximadamente 50 circuitos integrados y está diseñado para proporcionar una fácil conexión a varios buses anfitriones. ^{[ 10 ]}
• 1976: Shugart Associates presentó la primera unidad de disquete de 5¼ pulgadas junto con una FDC asociada y la primera para este factor de forma, la SA4400. ^{[ 11 ]} La SA4400 realiza funciones de control para transferir datos entre un sistema host y hasta 3 unidades de disco utilizando una interfaz host de propósito general de 8 bits que formatea los discos de acuerdo con una especificación de formato de medios tipo IBM 3740 modificada. La FDC está controlada por microprocesador e implementada en una PCB de 5,75 por 9,50 pulgadas con 45 circuitos integrados. ^{[ 12 ]} La interfaz de la unidad y los factores de forma de los medios se convirtieron en estándares de la industria y los medios evolucionaron con el tiempo para admitir una serie de formatos diferentes .
• 1977: La unidad de disquete Apple Disc II, conocida como "Woz Machine" , se construyó con tan solo 8 circuitos integrados. ^{[ 4 ] [ 13 ]} Al igual que la anterior IBM 3830, logró la reducción de componentes mediante el uso del procesador anfitrión y el firmware. Su interfaz con el sistema anfitrión de Apple, así como su interfaz con la unidad de disquete de 5¼ pulgadas de Apple, es única y no se adoptó como estándar de la industria.

El primer FDC implementado como un circuito integrado de propósito especial es el Western Digital FD1771 ^{[ 14 ]} anunciado el 19 de julio de 1976. ^{[ 15 ]} El diseño inicial admitía un solo formato y requería circuitos adicionales, pero con el tiempo, como familia, el diseño se volvió de múltiples proveedores y evolucionó para admitir muchos formatos y minimizar los circuitos externos.

ElEl NEC μPD765 se anunció en 1978 ^{[ 16 ]} y en 1979 NEC introdujo elμPD72068 , que era compatible por software con el μPD765, incorporaba un PLL digital . ^{[ 17 ]} El μPD765 se convirtió en un estándar casi industrial cuando se adoptó en el IBM PC original (1981); el FDC estaba ubicado físicamente en su propia tarjeta adaptadora junto con circuitos de soporte. Otros proveedores, como Intel, produjeron piezas compatibles. Este diseño evolucionó con el tiempo hasta convertirse en una familia que ofrecía un FDC casi completo en un chip. ^{[ 18 ]}

En marzo de 1986, Sharp había comercializado el FDC LH0110. ^{[ 19 ]}

A principios de 1987, Intel presentó el controlador de disquete altamente integrado CHMOS 82072 para su uso en computadoras PC estándar de la industria. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

El controlador de disquete Intel serie 82078 es compatible con el controlador de disquete estándar de la industria serie 82077AA/SL. Estaban disponibles a un precio de entre 4 y 6 dólares estadounidenses por unidad en cantidades de 1000 unidades, dependiendo de la versión. ^{[ 22 ]}

• El modelo 82078-1 cuenta con encapsulados QFP de 44 y 64 pines . Esto permite velocidades de transferencia de datos de hasta 2 Mbyte/seg.
• El modelo 82078SL cuenta con encapsulados QFP de 44 y 64 pines. Ofrece soporte para 3,3 voltios y una gestión de energía mejorada que permite un consumo inferior a 50 microamperios.

Finalmente, en la mayoría de los sistemas informáticos, el FDC pasó a formar parte de un chip Super I/O o un chip Southbridge . ^{[ 18 ] [ 23 ] [ 24 ]} Sin embargo, en placas base posteriores, a medida que los usuarios de ordenadores personales dejaron de usar disquetes, esta interfaz se eliminó. Algunos fabricantes desarrollaron controladores de disquetes basados ​​en USB . ^{[ 25 ]}

Un disquete almacena datos binarios no como una serie de valores, sino como una serie de cambios de valor. Cada uno de estos cambios, registrado en la polaridad del soporte de grabación magnética, induce un voltaje en el cabezal de lectura/escritura a medida que la superficie del disco gira. La sincronización de estos cambios de polarización y los picos de voltaje resultantes codifican los unos y ceros de los datos originales. Una de las funciones del controlador es convertir los datos originales al patrón de polarizaciones adecuado durante la escritura y, posteriormente, recrearlo durante la lectura.

Dado que el almacenamiento se basa en la sincronización, y esta se ve fácilmente afectada por perturbaciones mecánicas y eléctricas, la lectura precisa de los datos requiere una señal de referencia: el reloj . Como la sincronización en el disco cambia constantemente, la señal de reloj debe ser proporcionada por el propio disco. Para ello, los datos originales se modifican con transiciones adicionales que permiten codificar la señal de reloj en ellos y, posteriormente, se utiliza la recuperación del reloj durante las lecturas para recrear la señal original. Algunos controladores requieren que esta codificación se realice externamente, pero la mayoría de los diseños ofrecen codificaciones estándar como FM y MFM .

El controlador también proporciona otros servicios para controlar el mecanismo de la unidad. Estos servicios suelen incluir el movimiento del cabezal de lectura/escritura para centrarlo sobre las distintas pistas del disco, el seguimiento de la posición del cabezal y su retorno a cero, y, en ocasiones, el formateo del disco a partir de parámetros sencillos como el número de pistas, los sectores por pista y el número de bytes por sector.

Para crear un sistema completo, el controlador debe combinarse con circuitos o software adicionales que actúen como puente entre el controlador y el sistema anfitrión. En algunos sistemas, como el Apple II y el IBM PC , esto se controla mediante software que se ejecuta en el microprocesador anfitrión del ordenador , y la interfaz de la unidad se conecta directamente al procesador mediante una tarjeta de expansión . En otros sistemas, como el Commodore 64 y los ordenadores Atari de 8 bits , no existe una ruta directa desde el controlador a la CPU anfitriona, y se utiliza un segundo procesador, como el MOS 6507 o el Zilog Z80, dentro de la unidad para este fin.

El controlador original del Apple II era una tarjeta que se conectaba al ordenador anfitrión. Admitía dos unidades de disco, y estas eliminaban la mayor parte de los circuitos integrados habituales. Esto permitió a Apple llegar a un acuerdo con Shugart Associates para obtener una unidad simplificada que carecía de la mayor parte de sus circuitos habituales. ^{[ 4 ]} Esto significaba que el coste combinado de una sola unidad y la tarjeta controladora era prácticamente el mismo que en otros sistemas, pero se podía conectar una segunda unidad por un coste adicional menor.

El IBM PC adoptó un enfoque más convencional; su tarjeta adaptadora podía admitir hasta cuatro unidades. En el PC, el acceso directo a memoria (DMA) a las unidades se realizaba mediante el canal DMA 2 y la IRQ 6. El diagrama a continuación muestra un controlador de disquete convencional que se comunica con la CPU a través de un bus ISA ( Industry Standard Architecture ) o similar, y con la unidad de disquete mediante un cable plano de 34 pines. Una configuración alternativa, más común en diseños recientes, integra el controlador de disquete en un chip de E/S avanzado que se comunica mediante un bus LPC ( Low Pin Count ).

La mayoría de las funciones del controlador de disquete (FDC) las realiza el circuito integrado , pero algunas las realizan circuitos de hardware externos. A continuación se muestra la lista de funciones que realiza cada uno.

El FDC tiene tres puertos de E/S . Estos son:

• puerto de datos
• Registro de estado principal (MSR)
• Puerto de control digital

Los dos primeros se encuentran dentro del circuito integrado FDC, mientras que el puerto de control está en el hardware externo. Las direcciones de estos tres puertos son las siguientes.

Un controlador se conecta a una o más unidades mediante un cable plano de cinta, de 50 hilos para unidades de 8" y de 34 hilos para unidades de 3,5" y 5,25". Un "cable universal" tiene cuatro conectores de unidad, dos para unidades de 3,5" y dos para unidades de 5,25". ^{[ 26 ]} En la familia de PC IBM y compatibles, se utiliza una torsión en el cable para distinguir las unidades de disco según el zócalo al que están conectadas. Todas las unidades se instalan con la misma dirección de selección de unidad, y la torsión en el cable intercambia las líneas de selección de unidad en el zócalo. La unidad que se encuentra en el extremo opuesto del cable también tendría una resistencia de terminación instalada para mantener la calidad de la señal. ^{[ 27 ]}

En las especificaciones del fabricante de los variadores o controladores principales se incluyen descripciones más detalladas de las señales de interfaz, incluidos sus significados alternativos.

Cuando el controlador y la unidad de disco se ensamblan como un solo dispositivo, como es el caso de algunas unidades de disquete externas, por ejemplo, las unidades de disquete Commodore 1540 y USB, ^{[ 28 ]} la unidad de disquete interna y su interfaz no cambian, mientras que el dispositivo ensamblado presenta una interfaz diferente, como IEEE-488 , puerto paralelo o USB .

Existen muchos formatos de disquete mutuamente incompatibles; además del formato físico del disco, también son posibles los sistemas de archivos incompatibles.

^{[ 39 ]}

Acompañamientos:

• SS (o 1S) – Una sola cara
• DS (o 2S) – Doble cara

Densidad:

• SD (o 1D) – Densidad única ( FM )
• DD (o 2D) – Doble densidad (generalmente MFM )
• QD (o 4D) – Densidad cuádruple
• HD – Alta densidad
• ED – Densidad extra alta
• TD – Triple densidad

Principalmente en Japón, existen disqueteras de alta densidad de 3,5" que admiten tres formatos de disco en lugar de los dos habituales: 1440  KB (2  MB sin formato), 1,2  MB (1,6  MB sin formato) y 720  KB (1  MB sin formato). Originalmente, los modos de alta densidad para disqueteras de 3,5" en Japón solo admitían una capacidad de 1,2  MB, en lugar de los 1440  KB que se utilizaban en otros lugares. ^{[ 40 ]} Mientras que el formato más común de 1440  KB giraba a 300  rpm, los  formatos de 1,2 MB giraban a 360  rpm, asemejándose así a las geometrías del  formato de 1,2 MB con 80 pistas, 15 sectores por pista y 512 bytes por sector que se encontraban anteriormente en los disquetes de alta densidad de 5,25", o al  formato de 1,2 MB con 77 pistas, 8 sectores por pista y 1024 bytes por sector que se encontraban anteriormente en los disquetes de doble densidad de 8". Las unidades de disquete japonesas posteriores incorporaron soporte para ambos formatos de alta densidad (así como para el formato de doble densidad), de ahí el nombre de modo 3. Algunas BIOS tienen una configuración para habilitar este modo para las unidades de disquete que lo admiten. ^{[ 41 ]}

• Western Digital FD1771
• Máquina Woz Integrada (IWM)
• Paula (controladora de Amiga)
• Interfaz de unidad de disquete
• Lista de formatos de disquete

• de Boyne Pollard, Jonathan (2003). "No existe tal cosa como un disquete de 3,5 pulgadas" . Respuestas frecuentes .
• ISO/IEC 8860-1:1987 Doble densidad (DD)
• ISO/IEC 9529-1:1989 Alta densidad (HD)
• ISO 10994-1:1992 Densidad extra alta (ED)
• ECMA-147
• Especificación del controlador de disquete NEC μPD72070, versión 2.0 (PDF) . Versión preliminar 2.0. NEC Corporation . Octubre de 1991. Archivado del original (PDF) el 20 de marzo de 2017. Consultado el 20 de marzo de 2017 .
• Shah, Katen A. (1996) [septiembre de 1992, abril de 1992]. Intel 82077SL para disquetes de alta densidad (PDF) (Nota de aplicación) (2.ª  ed.). Intel Corporation, IMD Marketing. AP-358, 292093-002. Archivado del original (PDF) el 19 de junio de 2017. Recuperado el 19 de junio de 2017 .
• Johnson, Herb (2009). "¿El primer controlador de disquetes para CP/M y S-100?" . Recuperado el 9 de septiembre de 2022 .

• viralpatel.net Tutorial sobre programación de controladores de disquetes
• isdaman.com Programación de controladores de disquetes