O tema deste artigo é um dos componentes mais famosos da informática: o disquete!
Como ele funciona? Que capacidades possuem? Quais as peças do FDD? Todas estas perguntas e muitas outras respondidas aqui, no Hardware Central!
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O disquete foi criado em 1967 por Alan Shugart, engenheiro da IBM. O primeiro modelo de disquete possuía um disco de oito polegadas. Algum tempo depois os discos começaram a ter 5,25 polegadas e capacidade de 360 kiloBytes!
Era muito para a época! Estes discos de 5,25 polegadas foram lançados na mesma época do IBM PC, um computador pessoal criado e lançado pela IBM em Agosto de 1981. A superfície destes disquetes ficava exposta e podia ser contaminada com impressões digitais e poeira de forma muito fácil, fazendo com que no processo de leitura e gravação dos dados pudessem ocorrer erros e a vida útil do componente fosse reduzida.
O nome "disquete" pegou, pois a embalagem destes discos era um plástico flexível, e não o plástico rígido utilizado nos modelos de 3,5 polegadas que vieram por volta de 1987, junto do lançamento do IBM PS/2 (outro modelo de computador da IBM).
Nos anos 1990 o disquete de 5,25 polegadas perdeu popularidade, pois os de 3,5 polegadas eram mais compactos, tinham o dobro de capacidade e também mais proteção para o disco. Uma tampa metálica foi adicionada sobre a abertura do invólucro plástico para proteger a superfície do disco. Esta tampa era aberta pelo sistema mecânico do drive. Pra quem nunca viu um disquete (coisa que acho muito difícil), veja imagem abaixo:
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O disquete é similar a uma fita cassete. Uma fina chapa de plástico flexível de BOPET (sigla para Tereftalato de Polietileno Orientado Biaxialmente, cujo nome comercial é Mylar, registrado pela DuPont) e, sobre esta chapa uma película de óxido de ferro (ferrugem, para os mais leigos). Para saber mais sobre o BOPET e outros polímeros CLIQUE AQUI e veja o Capítulo 1 sobre resinas, fibras, plásticos e borrachas.
Esta fina chapa de plástico com óxido de ferro está disposta em forma de disco. As moléculas de óxido de ferro não são dispostos de qualquer forma no disco, mas sim de forma organizada, formando trilhas, como você verá mais abaixo. O disquete pode ser chamado de "irmão miserável do HD", pois possui os mesmos princípios de funcionamento, isto é, um disco magnético com cabeças de leitura e gravação, mas com capacidades muito inferiores!
Pra você ter uma ideia, os primeiros HDs comerciais tinham capacidades em torno de 5 MegaBytes, enquanto os disquetes mais modernos apenas 360 kiloBytes! Lembre-se que 1 MegaByte é 1.024 kiloBytes! A velocidade de rotação dos disquetes mais modernos é em torno de 300 RPM, enquanto os HDs chegam a 5.400 RPM no mínimo!
O disquete, assim como o HD, é dividido em trilhas e setores. Como assim? Veja a imagem abaixo:
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Os trechos em marrom são as trilhas e o trecho em amarelo é um dos setores do disco. Diferente dos HDs, o disquete não possui a tecnologia Zoned Bit Recording, isto significa que eles possuem o mesmo número de setores em cada trilha. Cada setor possui 512 Bytes (1 Byte é igual a 8 bits). Um disquete de 1.44 MB de capacidade possui 135 trilhas e 18 setores por trilha. São aproveitados apenas 80 trilhas, que começam a ser contadas a partir da borda do disco. Os disquetes possuem trilhas dos dois lados.
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CURIOSIDADE: Note a presença de um papel branco por dentro da capinha de plástico que envolve o disco. É realmente um papel, ao estilo 'guardanapo', feito para absorver umidade e prolongar a vida do disquete.
Nas fitas cassete era necessário perder tempo rebobinando a fita, perder tempo para selecionar uma faixa de áudio, pois era uma tira plástica magnetizada e a leitura era sequencial. Já no disquete não: qualquer setor do disco pode ser acessado a qualquer momento e de forma eletromecânica, sem a necessidade de movimentar algo manualmente.
A vida útil de um disquete é de aproximadamente cinco anos. Um disquete velho pode começar a soltar fragmentos da camada magnética e estes fragmentos podem "grudar" nas cabeças de leitura, dificultando o funcionamento do drive. Para consertar isso há um "disquete especial" que deve ser inserido na drive afim de limpar as heads.
CURIOSIDADE: Antes da popularização da internet, os disquetes eram o principal meio de propagação de vírus. O Stoned, Ping-Pong, Jerusalém e Sexta-Feira 13 são exemplos de vírus que se disseminavam através de disquetes.
Cada setor do disco possui um endereço para que o sistema consiga o localizar. Os arquivos gravados são associados aos respectivos setores utilizados, fazendo com que o arquivo consiga ser buscado pelo sistema! Desta forma também funcionam os HDs!
O processo de leitura e gravação é magnético. Como assim, magnético?
As moléculas de óxido de ferro formam microímãs que tem seus polos norte e sul orientados de acordo com o campo elétrico aplicado no cabeçote de leitura e gravação do drive. No processo de leitura ocorre o inverso: através de indução eletromagnética a orientação dos polos norte e sul, isto é, o campo magnético dos polos norte e sul de cada um dos microímãs é detectada, e assim os dados são lidos pela cabeça de leitura e gravação.
Imagem 5 - Utilizo o diagrama de uma cabeça de leitura e gravação de disco rígido para mostrar o processo de leitura e gravação do disquete!
O diagrama acima mostra o posicionamento dos microímãs de óxido de ferro e o mecanismo de leitura e gravação.
Imagem 6 - As duas cabeças de leitura e gravação são idênticas e fazem tanto o processo de leitura quanto o de gravação
São duas pequenas bobinas dentro da cabeça. Veja com mais detalhes o circuito presente na cabeça de leitura e gravação do disquete:
Imagem 7 - Cabeça de leitura de um drive de disquete aberta
O disquete também utiliza do processo de gravação longitudinal, onde os microímãs estão em paralelo a superfície, outra característica de HDs antigos.
O posicionamento das heads (são duas cabeças - uma para cada lado do disco) sobre as trilhas do disco é feita por um motor-de-passo e um eixo helicoidal.
O motor-de-passo possui este nome pois ele funciona à base de pulsos elétricos e se movimentando sempre com um determinado ângulo fixo. Por exemplo: o motor recebe um pulso e da um giro completo, recebe o segundo pulso e dá mais um giro completo. O motor de passo para o drive de disquete já é projetado para tal função: ele é calculado para receber uma determinada quantidade de energia e girar em um determinado grau. Este movimento tem que deslocar as cabeças de leitura para a trilha seguinte ou a trilha anterior do disco. Este movimento deve ser preciso para que não haja falha no posicionamento.
Lembrando que head significa "cabeça".
Imagem 8 - O motor de passo é visível na parte de trás do drive
Nos primeiros HDs, o sistema de movimentação das heads também era com um motor-de-passo e eixo helicoidal, no entanto, com o aumento da densidade dos discos e os problemas com desalinhamento do posicionamento da cabeça em cima da trilha, passaram a utilizar o Voice Coil, um conjunto de bobinas que movimentam um ou mais braços com a cabeça de leitura e gravação. Praticamente todo o disco rígido acima de 80 MB de capacidade de armazenamento possui Voice Coil. Os disquetes pararam no tempo!
A movimentação do disco a 360 RPM é feita a partir de um motor DC Brushless. Este motor também é chamado de "Spindle". Veja a imagem do motor desmontado:
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CURIOSIDADE: Caso queira entender melhor como funcionam os motores DC Brushless, bem como vários outros tipos de motores para diversas aplicações, CLIQUE AQUI!
O Spindle possui um sensor de rotação conhecido como "sensor Hall". Ele também será explicado em um artigo dedicado para entendermos seu funcionamento e aplicações. O motivo deste motor trabalhar com uma rotação tão baixa é que o disquete é muito frágil e poderia sofrer danos sob altas rotações.
Todo este conjunto mecânico é controlado por uma placa lógica de arquitetura muito simples!
Abaixo, a placa lógica de um drive de disquete:
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Os quadros amarelos estão todos numerados. Veja só:
→ 1. Conector do motor de passo;
→ 2. Conector de alimentação;
→ 3. conector para interface com a controladora (pode ser a placa-mãe de um desktop);
→ 4. Circuito integrado responsável por controlar os motores, o disco e gravar e ler dados.
→ 5. Controlador do motor.
O diagrama de blocos da placa do disquete é mostrada abaixo:
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Veja o que já foi numerado de 1 a 5.
Perceba que há:
→ Um LED (abreviado com a letra "L"): Mostra a atividade do drive;
→ Dois conectores (abreviados com os nomes "C1" e "C2"): Os conectores dos dois cabos flat. Cada um deles vai ligado a uma cabeça de leitura e gravação;
→ Três botões (abreviados com os nomes "B1", "B2" e "B3"): O botão que fica sempre sozinho de um lado da placa (neste caso o B3) identifica o tipo de disquete conectado. Os outros dois botões, um é o "sensor de presença" do disquete. Quando o disquete é inserido, o botão fica pressionado dentro do drive, indicando ao controlador que há um disquete inserido. O outro botão sensora se o disco é protegido contra escrita. Veja a imagem abaixo:
Imagem 12 - Circulado em amarelo está o interruptor de plástico que bloqueia a gravação.
Ao pressionar este interruptor para baixo e tapar o buraquinho, o botão ficará pressionado quando o disquete for inserido no drive, isto porque esta parte do disquete fica posicionada exatamente em cima do botão da placa do drive! Ao movimentar o interruptor e destapar o buraquinho, o botão não ficará pressionado com a inserção do disquete no drive e a mídia estará bloqueada contra gravação.
Este é um sistema de detecção muito rudimentar, pois os botões são mecânicos, e com o "coloca e tira" dos disquetes no drive e com o passar do tempo eles podem ser danificados.
O controlador do drive de disquete também é muito rudimentar, pois ele só faz o "trabalho sujo" de controlar todo o sistema mecânico. O mapeamento dos setores do drive, o envio de comandos, dos dados, detecção de erros, enfim, toda a parte de controle de informação é feita pelo controlador de disquete presente no Super I/O da placa-mãe!
O controlador presente no Super I/O também é chamado de FDC, sigla para "Floppy Disk Controller", ou em português "Controlador de Disquete". O drive de disquete é completamente dependente ao dispositivo em que ele está conectado.
A interface utilizada para a comunicação entre o Super I/O e o controlador do drive é feito através da interface FDD (Floppy Disk Drive). O conector e a pinagem dele são mostrados abaixo.
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A pinagem do conector:
Tabela 1
→ Pino 2: Seleção da densidade do disquete, isto é, a sua capacidade formatada;
→ Pino 4: Não tem função;
→ Pino 6: Não tem função;
→ Pino 8: Informa a aplicação dos pulsos no motor de passo;
→ Pino 10: Motor ligado (Drive A);
→ Pino 12: Seleção de drive (Drive B);
→ Pino 14: Seleção de drive (Drive A);
→ Pino 16: Motor ligado (Drive B);
→ Pino 18: Direção que o motor de passo deve tomar (direita ou esquerda);
→ Pino 20: Pulso para movimentar o eixo helicoidal do motor de passo;
→ Pino 22: Envio de dados para a escrita no disco;
→ Pino 24: Gravação ativada;
→ Pino 26: Indica ao FDC do Super I/O a faixa 0 do disco;
→ Pino 28: Indica ao FDC do Super I/O se o disco está bloqueado contra gravação;
→ Pino 30: Envio de dados do drive para o controlador Floppy do Super I/O;
→ Pino 32: Seleciona a cabeça de leitura e gravação (são duas heads por drive);
→ Pino 34: Indica a troca do disquete.
No diagrama de blocos do disquete não incluímos uma pequena peça essencial para dizer ao FDC que a cabeça está posicionada na trilha zero do disco. Esta peça é mostrada abaixo:
Imagem 14 - Sensor de trilha 0
Este componente é uma espécie de sensor que detecta se as cabeças de leitura estão na faixa zero. Ele é ligado ao controlador do drive por um cabo flat com normalmente três trilhas. Como você pode ver, o bloco plástico onde as cabeças estão instaladas e que está preso ao eixo helicoidal possui um pequeno braço que fica posicionado no sensor quando a cabeça de leitura e gravação está sobre a trilha zero. Ao movimentar o bloco e posicionar as cabeças nas trilhas seguintes, o braço é deslocado junto e não não fica mais sobre o sensor.
Abaixo você vê o esquema elétrico necessário entre os pinos do Super I/O e o conector do Floppy Disk Drive:
Esquema elétrico da Gigabyte GA-6OXT Rev. 1.0
Esquema elétrico da placa-mãe Foxconn 748A01 Rev. 1.0
Perceba que todos os pinos deste conector que não foram detalhados na tabela acima são ligados direto ao polo negativo.
Abaixo, você vê o cabo flat para drives de disquete:
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Como você pode ver na pinagem do conector, é possível identificar dois drives de disquete no mesmo cabo: o drive A e o drive B. Existem os cabos comuns com dois conectores FDD fêmea e os cabos com três conectores fêmea.
Se você trabalha com manutenção e montagem de computadores já deve ter notado que uma das extremidades do cabo flat há um feixe de fios invertidos. Estes fios são o 10, 11, 12, 13, 14, 15 e 16. O 11, 13 e 15 são aterramento, não acontece nada se inverte-los. Já o 10, 12, 14 e 16 são os que identificam a unidade de disquete.
Para que as duas unidades possam ser reconhecidas normalmente a extremidade com os fios invertidos deve ser conectada no drive A, o conector presente no meio do cabo flat deve ser conectada no drive B e o conector da outra extremidade deve ser plugado na placa-mãe. Para os cabos que possuem apenas dois conectores, há a possibilidade de conectar apenas um drive, o drive A, que vai na extremidade com fios invertidos. Se a extremidade com fios invertidos for conectada a placa-mãe, nada acontecerá e o LED de atividade de cada drive conectado ao cabo permanecerá acesso até que o cabo seja encaixado da forma correta.
O conector de alimentação elétrica do drive de disquete também não é muito sofisticado. Veja a pinagem dele abaixo:
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Este conector é chamado de Berg e possui 4 pinos: os dois fios centrais são de cor preta (polo negativo). O fio vermelho é de +5 Volts e o fio amarelo é de +12 Volts.
Este conector, apesar de ter uma posição definida no encaixe do drive de disquete, poderia ser encaixado de forma invertida sem muitos esforços. Graças ao sistema de segurança, quando o conector Berg é encaixado invertido, o LED de atividade do drive fica constantemente aceso, indicando o problema na alimentação elétrica.
Quando um disquete era inserido no drive e o FDC do Super I/O necessitava acessar uma trilha deste disco, o drive retornava pelo fio 26 (/TRK00) da interface FDD e o FDC respondia pelo fio 18 (/DIR) e começava a mandar a sequência de pulsos pelo fio 20 (STEP) para fazer o motor de passo movimentar o eixo helicoidal e posicionar a cabeça de leitura selecionada sobre a trilha do disco. Por exemplo, se o FDC precisasse acessar a trilha 50, ele mandaria 50 pulsos pelo fio 20. O tempo de enviar os pulsos e posicionar a cabeça em cima da trilha era considerado o tempo de acesso ao disco.
Os dados eram mandados do FDC para o drive e vice-versa através de uma conexão serial em forma de barramento, isto é, havia apenas uma linha para envio e outra para recebimento de dados, e estas duas eram compartilhadas por até dois drives de disquete.
Para retirar o disquete do drive era só apertar no único botão presente na frente do equipamento. Era um sistema mecânico arriscado de apertar, pois caso o disquete fosse ejetado do drive enquanto estivesse sendo gravado ou lido, se corria o risco de perder todos os dados.
CURIOSIDADE: Nas unidades de leitura dos computadores Macintosh, a ejeção do disquete é comandada pelo sistema operacional e realizada através de um motor interno.
Em toda a sua longa existência, o disquete teve 5 gerações:
→ 360 KB (5 ,25”);
→ 1,2 MB (5,25”);
→ 720 KB (3,5”);
→ 1,44 MB (3,5”);
→ 2,88 MB (3,5”).
Havia também uma versão de 3,5" e 5,76 MB de capacidade pouco popular.
Surgiram variações que não ficaram muito famosas, pois na época já havia o CD, com muito mais capacidade. O LS120, com capacidade de 120 MB, e o ZipDrive, com capacidade de 100 MB, até chegaram a ser vendidos em papelarias, mas encalhavam devido ao preço mais alto. Eles necessitavam de drives específicos com maior precisão, já que eram discos com mais densidade de memória, e consequentemente mais trilhas. Em compensação, os drives para LS120 conseguiam trabalhar com os antigos disquetes de 2.88 MB e inferiores.
Para o LS120 e ZipDrive surgiram leitores com interface IDE, portanto eles eram controlados pela mesma interface utilizada por HDs e leitores de CD / DVD antigos. Tanto para o ZipDrive quanto para o LS120 existiam leitores com suporte a interface paralela (a ultrapassada porta LPT utilizada por impressoras, principalmente). Os drives com interface LPT possuíam várias limitações de acesso. Se você leu o artigo sobre porta paralela viu os problemas que esta interface oferece.
Os ZipDrives trabalham com interface SCSI (Small Computer Systems Interface) que é muito mais rápida que as outras (naquela época da interface IDE, LPT, lá nos anos 1990) e mais presente em servidores, portanto, há a necessidade de um chip conversor para a interface paralela ou para a interface IDE, ou então, se necessitava de um adaptador ISA, ou PCI ou outro compatível com a placa-mãe.
Veja a imagem abaixo:
Imagem 17 - Placa SCSI Zip Zoom com interface ISA
A placa acima é o modelo original fabricado pela criadora do ZipDrive, uma empresa chamada Iomega.
As versões com interface IDE e SCSI com a placa adaptadora eram mais velozes. O drive para LS120 possui um motor que trabalha a 720 RPM, enquanto o ZipDrive, um motor a 2941 RPM. Apesar de ser mais "veloz" nas gravações e nas leituras, o ZipDrive e o LS120 perdiam feio para os HDs mais comunzões da época. Eles só eram melhores se comparados com os disquetes antigos.
A principal deficiência do ZipDrive era não suportar disquetes de 2.88 MB e inferiores.
Os LS120 utilizam a tecnologia opto-magnética, uma mistura da tecnologia utilizada em drives em drives de CD / DVD e o método de gravação e leitura magnético comum. Esta tecnologia opto-magnética pode ser explicada futuramente quando já tivermos feito um artigo sobre leitores de CD / DVD / BluRay.
CURIOSIDADE: Se você utiliza ou já utilizou Windows, é comum notar que as unidades de armazenamento recebem uma letra de identificação ao serem conectadas e formatadas no sistema. A Microsoft copiou o sistema de letras de unidades de armazenamento dos sistemas operacionais da IBM e aplicou no MS-DOS. Nesta época, disquetes de 5,25" eram muito populares e foram marcados no sistema como "unidade A". Com o tempo, passou-se a utilizar 2 drives de disquete numa máquina e a "unidade B" foi atribuída ao segundo drive. Com a chegada dos HDs nos anos 1980 e a popularização deles nos anos 1990, surgiu a necessidade de aplicar a letra "C".
Até hoje, em pleno 2020, com a utilização do Windows 10, o hardware de armazenamento onde está instalado o sistema operacional recebe a letra "C" como identificação.
Mesmo sendo um padrão, o MS-DOS nem sempre utilizou "A" e "B" para disquetes, como é o caso do Apricot PC, de 1983.
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FONTES e CRÉDITOS
Texto, imagens e tabelas: Leonardo Ritter
Fontes: Clube do Hardware; Hardware.com.br; HowStuffWorks; MPM Electónica; ptcomputador; Wikipedia (somete artigos com fontes verificadas!); Engenharia reversa feita pelo autor do texto em alguns drives de disquete; Gizmodo.
Última atualização: 14 de Abril de 2024.