Formfaktoren und Aufzeichnungsformate von Disketten

Was die Formfaktoren betrifft m√ľssen wir uns nat√ľrlich nicht nur mit den bekannten und weitverbreiteten 5.25″ und 3.5″ Disketten befassen, die ohne gr√∂√üeren Aufwand mit einem IBM PC recht einfach lesbar sind. Es gibt auch einiges an Software, die vor 1980 auf 8″ Disketten gespeichert wurde. Und nat√ľrlich auch auf Magnetb√§ndern in allen m√∂glichen Formen, und √ľber Lochkarten- und Lochstreifen. Bei den Disketten mu√ü man sich auch mit speziellen Laufwerke und Aufzeichnungsfverfahren auseinandersetzen, die es f√ľr PC’s (IBM, DEC, Victor/Sirius) sowie f√ľr die verschiedenen Homecomputern gibt (Atari, Commodore, Apple, Sinclair und Amstrad u.s.w.). Ein spezielles Problem mit den Homcomputern wird weiter unten genauer ausgef√ľhrt. 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.

Schematische Darstellung des Diskettenformats

Unabh√§ngig vom Formfaktor der Diskette (8″, 5,25″, 3,5″) , der Anzahl der m√∂glichen Spuren (tpi) und der Anzahl der Seiten, die beschrieben werden k√∂nnen ist die grunds√§tzliche Struktur des Formats, mit der ein Computersystem eine Diskette f√ľr die Verwendung mit einem Diskettenlaufwerk vorbereitet (Formatieren), immer gleich. Was passiert beim “Formatieren”? In der Schutzh√ľlle der Diskette befindet sich der eigentliche Datentr√§ger 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 Fl√§che magnetisiert. Gleichzeitig wird jede Spur bzw. Zylinder in mehrere Sektoren mit Anfangs- und Endemarkierungen aufgeteilt. Ist eine Spur mit den darin liegenden Sektoren vollst√§ndig geschrieben, wird der Schreib-/Lesekopf durch einen Steppermotor auf die n√§chste Spur gesetzt und der Vorgang wiederholt sich, bis alle Spuren und Sektoren entsprechend des spezifischen Formats erzeugt sind. Grunds√§tzlich gilt: je h√∂her der tpi-Wert einer Diskette (“tracks per inch” = Density) der Diskette, desto mehr Zylinder und Sektoren und sind theoretisch m√∂glich. Die Speicherdichte auf auf der Diskette erh√∂ht sich, und damit auch die Speicherkapazit√§t.

Disketten verschiedener Größen und Dichten

Eine √úbersicht √ľber die m√∂glichen Formate unter DOS/Windows:

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

In obiger Tabelle kann man sehen, das 5,25‚Äú HD Disketten (96tpi) mit 80 Spuren formatiert werden, DD Disketten (48tpi) mit 40 (siehe Tabelle oben). Um die doppelte Anzahl Spuren auf gleicher Fl√§che unterzubringen, muss nicht nur die Diskettenoberfl√§che 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 zur√ľck auf DD Diskette werden diese bei der Benutzung auf 5,25″ DD-Laufwerken quasi zu “read only”, k√∂nnen 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 k√∂nnen, wird daher neben einem 3,5″ HD und einem 5,25″ HD zus√§tzlich noch ein drittes Laufwerk f√ľr das 5,25‚Äú DD-Format ben√∂tigt.

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-Unterst√ľtzung mit handesl√ľblichen Laufwerken/Controllern unter DOS/Windows nicht lesen und/oder schreiben. Um hier vom PC aus Images zu ziehen k√∂nnen die Hardware-Erweiterungen Kryoflux oder Supercard Pro verwendet werden. Dazu weiter unten mehr. Alternativ w√§re in diesem Bereich noch der frei programmierbare Diskettencontroller catweazle (individual Computer) zu nennen. Dessen Verf√ľgbarkeit ist allerdings sehr schlecht. Apple II, Apple Macintosh und Commodore-Formate (GCR-kodiert)¬† lassen sich am PC auch mit der zeitgen√∂ssischen, aber nat√ľrlich ebenfalls nicht mehr erh√§ltlichen Hardware Option Board Deluxe (Central Point Software) bew√§ltigen.

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 gr√∂√üeres Problem dar. Auch die Disk-Image Programme TELEDISK (Sydex) und IMAGEDISK (Dunfield) k√∂nnen nicht nur DOS-, sondern auch CP/M- und RX50-Formate verarbeiten. Zudem gibt es einige CP/M Emulatoren f√ľr 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

√Ąltere 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 j√ľngeren Datums mit soft sectoring. Beim hard sectoring¬†mu√ü auf dem Medium der Beginn und das Ende eines Sektors innerhalb einer Diskettenspur mit einem eingestanzten Loch markiert sein. Zus√§tzlich ist eine Markierung des Index notwendig, um den Beginn einer Sektorspur zu definieren. Wird diese Markierung durch einen Sensor im Laufwerk erkannt, wird ein Z√§hler f√ľr die Sektoren zur√ľckgesetzt. Jeder danach gefundene Sektor inkrementiert den Z√§hler 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 ben√∂tigt. Fazit: weder die Laufwerke noch die Medien sind miteinander kompatibel. Weitere Info dazu.

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

Von diesen Disketten (Northstar Horizon, MITS Altar u.a.) k√∂nnen wir (noch) keine Images erstellen. Es gibt eigentlich nur die M√∂glichkeit, die Diskettendaten √ľber eine vorhandene serielle Schnittstellen zu sichern.^

Das Flippy Disk-Problem

Viele √§ltere Computer bzw. die darin verbauten Laufwerke haben nur einen Schreib-/Lesekopf und k√∂nnen 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 zus√§tzlichen 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 k√∂nnen. 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 √ľber eine Lichtschranke und dem Indexloch u.a. fest, ob bzw. wie schnell die Diskette sich dreht.

Ein PC-Laufwerk mu√ü eine flippy Disk im Falle der Archivierung auch einseitig lesen. Mu√ü 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 br√§uchten 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 L√∂sung zum Umgehen dieses Problems w√§re zuerst mal die erste Seite der Diskette zu Kopieren. Dann m√ľsste man die Diskette √∂ffnen, die Magnetscheibe herausnehmen und umgedreht wieder einsetzen. Jetzt k√∂nnte man die zweite Seite kopieren. Leider scheidet diese Methode bei wertvollen Originalen nat√ľrlich aus, aber es w√§re eine M√∂glichkeit. Ansonsten bleibt nur der Weg einer aufw√§ndigen Modifikation eines PC-Diskettenlaufwerks.