Archivierung – Diskettenformate

Formfaktoren und Aufzeichnungsformate von Disketten

Was die Formfaktoren betrifft müssen wir uns natürlich nicht nur mit den bekannten und weitverbreiteten 5.25″ und 3.5″ Disketten befassen, die ohne größeren Aufwand mit einem IBM PC recht einfach lesbar sind. Es gibt auch einiges an Software, die vor 1980 auf 8″ Disketten gespeichert wurde. Und natürlich auch auf Magnetbändern in allen möglichen Formen, und über Lochkarten- und Lochstreifen. Bei den Disketten muß man sich auch mit speziellen Laufwerke und Aufzeichnungsfverfahren auseinandersetzen, die es für PC’s (IBM, DEC, Victor/Sirius) sowie für die verschiedenen Homecomputern gibt (Atari, Commodore, Apple, Sinclair und Amstrad u.s.w.). Ein spezielles Problem mit den Homcomputern wird weiter unten genauer ausgeführt. In den 80iger Jahren gibt es bei Disketten mit FM (“Frequency Modulation”, Atari), MFM (“Modified Frequency Modulation”, IBM) und GCR (“Group Coded Recording”, Commodore, Apple) mindestens drei verschiedene Kodierungs- bzw. Aufzeichnungverfahren, die zur Anwendung kamen.

Unabhängig vom Formfaktor der Diskette (8″, 5,25″, 3,5″) , der Anzahl der möglichen Spuren (tpi) und der Anzahl der Seiten, die beschrieben werden können ist die grundsätzliche Struktur des Formats, mit der ein Computersystem eine Diskette für die Verwendung mit einem Diskettenlaufwerk vorbereitet (Formatieren), immer gleich. Was passiert beim “Formatieren”? In der Schutzhülle der Diskette befindet sich der eigentliche Datenträger in Form einer mangnetisierbaren Scheibe. Das Diskettenlaufwerk des jeweiligen Computers dreht diese Scheibe mit 250 bis 360 Umdrehungen pro Minute und steuert den Schreib-/Lesekopf beim Formatierungsvorgang so, das eine bestimmte Anzahl konzentrischer Spuren (Zylinder) auf dieser Scheibe erzeugt werden. Dies geschieht, in dem der Schreib-/Lesekopf die darunter befindliche Fläche magnetisiert. Gleichzeitig wird jede Spur bzw. Zylinder in mehrere Sektoren mit Anfangs- und Endemarkierungen aufgeteilt. Ist eine Spur mit den darin liegenden Sektoren vollständig geschrieben, wird der Schreib-/Lesekopf durch einen Steppermotor auf die nächste Spur gesetzt und der Vorgang wiederholt sich, bis alle Spuren und Sektoren entsprechend des spezifischen Formats erzeugt sind. Grundsätzlich gilt: je höher der tpi-Wert einer Diskette (“tracks per inch” = Density) der Diskette, desto mehr Zylinder und Sektoren und sind theoretisch möglich. Die Speicherdichte auf auf der Diskette erhöht sich, und damit auch die Speicherkapazität.

Eine Übersicht über die möglichen Formate unter DOS/Windows:

Quelle: Personal-Computer, Technisches Lehrheft, www.controllersandpcs.de

In obiger Tabelle kann man sehen, das 5,25“ HD Disketten (96tpi) mit 80 Spuren formatiert werden, DD Disketten (48tpi) mit 40 (siehe Tabelle oben). Um die doppelte Anzahl Spuren auf gleicher Fläche unterzubringen, muss nicht nur die Diskettenoberfläche hochwertiger und dichter mit magnetisierbaren Teilchen beschichtet werden, zudem muss ein HD-Laufwerk einen Schreib-Lesekopf besitzen, der die Spuren schmaler schreiben kann. Die Krux bei 5,25″ – Laufwerken ist: das HD Laufwerk schreibt die Spuren auch so schmal, wenn es DD Disketten mit nur 40 Spuren formatiert. Beim Schreiben eines DD Images zurück auf DD Diskette werden diese bei der Benutzung auf 5,25″ DD-Laufwerken quasi zu “read only”, können nicht also mehr beschrieben werden. Bei 3,5″ Laufwerken gibt es dieses Problem zwischen DD- und HD-Laufwerken nicht mehr, da das Standard-Format bei diesen immer 80 Spuren hat. Um alle Formate unter DOS/Windows schreiben und wiederherstellen zu können, wird daher neben einem 3,5″ HD und einem 5,25″ HD zusätzlich noch ein drittes Laufwerk für das 5,25“ DD-Format benötigt.

Hier noch eine kleine Übersicht der vorgenannten Homecomputer, ohne Anspruch auf Vollständigkeit, es gibt noch weit mehr.

Hersteller	Diskettenformat	Seiten	Density	Kapazität in KiB
Amstrad / Schneider CPC	3″	1	Single	170
Amstrad /Schneider PCW/Joyce	3″	1	Double	170-720
Apple //e (DOS 3.22)	5,25″	1	Single	114
Apple //e (DOS 3.3)	5,25″	1	Single	140
Apple Mac	3,5″	1	Double	400
Apple Mac	3,5″	2	Double	800
Acorn Archimedes	3,5″	2	Double	800
Atari ST	3,5″	2	Double	720
Atari TT, Falcon	3,5″	2	High	1440
BBC Micro	5,25″	1	Single/Double	100/200
BBC Micro	5,25″	2	Single/Double	200/400
Commodore 64 (1541)	5,25″	1	Single	170
Commodore 64/128 (1571)	5,25″	2	Single	340
Commodore 8050	5,25″	1	Double	500
Commodore 8250, SFD 1001	5,25″	2	Double	1024
Commodore Amiga 500/1000/2000	3,5″	2	Double	800
Commodore Amiga HD	3,5″	2	Double	1760
TI 99/4a	5,25″	1	Single	90K
Tandy TRS 80	5,25″	1	Single	90
Tandy TRS 80 (MultiDOS)	5,25″	1	Single	170

Einige dieser Formate stellen an einem DOS/Windows PC kein Problem dar, weitere lassen sich mit Programmen wie OMNIDISK/OMNIFLOP bearbeiten. Allerdings ist der Umgang mit Kommandozeilen-Tools wie dem Vorgenannten nicht jedermanns Sache. Andere Formate lassen sich ohne Hardware-Unterstützung mit handeslüblichen Laufwerken/Controllern unter DOS/Windows nicht lesen und/oder schreiben. Um hier vom PC aus Images zu ziehen können die Hardware-Erweiterungen Kryoflux oder Supercard Pro verwendet werden. Dazu weiter unten mehr. Alternativ wäre in diesem Bereich noch der frei programmierbare Diskettencontroller catweazle (individual Computer) zu nennen. Dessen Verfügbarkeit ist allerdings sehr schlecht. Apple II, Apple Macintosh und Commodore-Formate (GCR-kodiert)  lassen sich am PC auch mit der zeitgenössischen, aber natürlich ebenfalls nicht mehr erhältlichen Hardware Option Board Deluxe (Central Point Software) bewältigen.

Jetzt fehlen noch ca. 30-40 Formate des Betriebssystems CP/M, die sich allerdings manchmal nur im Bootsektor unterscheiden. Einen Eindruck von den existierenden CP/M-Diskettenformaten bekommen Sie, wenn Sie sich z.B. die Software 22DISK (Sydex) herunterladen und dort die Formatauswahl aufrufen. Durch 22DISK in Kombination mit einem toleranten Floppy-Controller (z.B. Adaptec 1542B) stellt das Lesen/Schreiben der meisten CP/M Formate – mit ein paar Ausnahmen – kein größeres Problem dar. Auch die Disk-Image Programme TELEDISK (Sydex) und IMAGEDISK (Dunfield) können nicht nur DOS-, sondern auch CP/M- und RX50-Formate verarbeiten. Zudem gibt es einige CP/M Emulatoren für IBM-PC-Kompatible wie z.B. “Myz80”, “22Nice” oder “ZRun”. Die meisten der vorgenannten Tools finden Sie auf www.gaby.de/downl.htm.

Floppy Disk mit hard sectoring

Ältere Diskettenlaufwerke mit 8″ – und auch mit 5.25″ – Formatfaktor arbeiten mit hard sectoring. Sie verwenden zwar das gleiche Prinzip, Daten durch Magnetisierung zu speichern, in einem wichtigen Punkt unterscheiden sie sich aber von Laufwerken jüngeren Datums mit soft sectoring. Beim hard sectoring muß auf dem Medium der Beginn und das Ende eines Sektors innerhalb einer Diskettenspur mit einem eingestanzten Loch markiert sein. Zusätzlich ist eine Markierung des Index notwendig, um den Beginn einer Sektorspur zu definieren. Wird diese Markierung durch einen Sensor im Laufwerk erkannt, wird ein Zähler für die Sektoren zurückgesetzt. Jeder danach gefundene Sektor inkrementiert den Zähler wieder um eins. Modernere Diskettenlaufwerke, die mit soft sectoring arbeiten erzeugen diese Markierungen beim Formatieren durch bestimmte Bitmuster. Das Indexloch ist zwar auch bei soft sectoring vorhanden, um den Anfang der Sektoren einer Spur zu finden. Weitere Einstanzungen werden aber nicht mehr benötigt. Fazit: weder die Laufwerke noch die Medien sind miteinander kompatibel. Weitere Info dazu.

Die nachfolgende Abbildung zeigt eine Diskette sowie das darin enthaltene Medium für den Northstar Horizon mit 10 Sektoren/Spur.

Von diesen Disketten (Northstar Horizon, MITS Altar u.a.) können wir (noch) keine Images erstellen. Es gibt eigentlich nur die Möglichkeit, die Diskettendaten über eine vorhandene serielle Schnittstellen zu sichern.^

Das Flippy Disk-Problem

Viele ältere Computer bzw. die darin verbauten Laufwerke haben nur einen Schreib-/Lesekopf und können daher auch nur eine Seite der Diskette beschreiben. Da die meisten Disketten Mitte der 1980iger aber bereits doppelseitig beschreibbar waren (Double Sided), konnte man diese Disketten bei der Verwendung mit einseitigen Laufwerken mit einer zusätzlichen Schreibschutzkerbe (Disketten-Locher) versehen und die Diskette umgedreht ebenfalls nutzen. Das haben nicht nur private Benutzer gemacht sondern auch kommerzielle Software-Hersteller. Z.B. um verschiedene Versionen einer Software mit nur einer Diskette ausliefern zu können. Solche Disketten werden als flippy Disks bezeichnet. Das Problem im Zusammenhang mir deren Archivierung ist, das 5,25″ Disketten auch ein sogenanntes Indexloch (Index Sync) besitzen. Laufwerke in IBM-kompatiblen PC’s stellen über eine Lichtschranke und dem Indexloch u.a. fest, ob bzw. wie schnell die Diskette sich dreht.

Ein PC-Laufwerk muß eine flippy Disk im Falle der Archivierung auch einseitig lesen. Muß die zweite Seite einer so genutzten Diskette gelesen werden, kann das Laufwerk das Indexloch nicht finden, da es dann ja auf der anderen Seite liegt. Die originalen Laufwerke (z.B. das Laufwerk 1541 des Commodore 64 oder das Laufwerk eines Apple II) besitzen keine Indexloch-Lichtschranken und bräuchten das Indexloch eigentlich nicht. Aber alle bekannten PC-Diskettenlaufwerke verweigern ohne Indexloch die Zusammenarbeit mit dieser Diskette. Das erschwert die Archivierung solcher Disketten mit modernen PC’s erheblich.

Eine logische Lösung zum Umgehen dieses Problems wäre zuerst mal die erste Seite der Diskette zu Kopieren. Dann müsste man die Diskette öffnen, die Magnetscheibe herausnehmen und umgedreht wieder einsetzen. Jetzt könnte man die zweite Seite kopieren. Leider scheidet diese Methode bei wertvollen Originalen natürlich aus, aber es wäre eine Möglichkeit. Ansonsten bleibt nur der Weg einer aufwändigen Modifikation eines PC-Diskettenlaufwerks.