Disquete

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Los disquetes para computadora son quizá uno de los componentes cuyo diseño original se mantuvo vigente hasta su desplazamiento con la aparición de tarjetas de memoria flash, que a más de superar la máxima capacidad de almacenamiento de los disquetes, también mejoraron la velocidad de transferencia.

Historia

La historia del disquete comienza a la par del disco duro, con Alan Shugart en los laboratorios de IBM en San José, California, quien lidereaba el equipo de desarrollo de la platina de disco, en 1967. Uno de los ingenieros de Shugart, David Noble, fue quien propuso el medio flexible de 8", así como la camisa protectora con el forro en tela. Estos discos recibían el nombre de flopi (floppy) por su flexibilidad.

Los primeros discos flexibles fueron utilizados en IBM para cargar microcódigos en el controlador del paquete de discos Merlín, el IBM3330, que era un dispositivo de almacenamiento de 100MB de capacidad.

Shugart dejó IBM en 1969 y se llevó consigo más de 100 ingenieros de IBM con el a Memorex. Debido a la exhibición de lealtad por parte de sus colegas y subordinados, Shugart recibió el sobrenombre de "El flautista" (The Pied Piper).

En 1971, IBM introdujo al mercado el primer "disco de memoria" (memory disk), como fue llamado el disco flexible  en aquel entonces. Este era un flopi de 8", que estaba conformado por un disco de material plástico flexible, cubierto por una capa de óxido de fierro, envuelto en una camisa protectora y forro de tela. Los datos eran escritos y leídos de la superficie magnética del disco. El flopi fue considerado un dispositivo revolucionario en su momento, por su portabilidad, que proveía de una nueva y fácil manera de transporte físico de datos.

Shugart dejó en 1973 Memorex, igualmente llevándose a un gran número de asociados, e inició Shugart Associates para desarrollar y fabricar platinas de disco flexible. La interfaz desarrollada por Shugart sigue siendo la base de todas las platinas de disco flopi. IBM utilizó esta interfaz en su PC, habilitando el uso de platinas de terceros en vez de crear soluciones propietarias.

Shugart deseaba incorporar procesadores y platinas de flopis en sistemas completos de microcomputadoras de aquel entonces, pero los socios capitalistas de Shugart Associates deseaban que se concentrara exclusivamente en platinas de flopi. Aunque no es claro si Shugart fue despedido, renunció o fue obligado a renunciar, el se separó de Shugart Associates en 1974, justo antes de que introdujeran la platina de miniflopi de 5 ¼", que había sido solicitada por Wang Laboratories para sus equipos de cómputo de sobremesa, y que eventualmente se convertiría en el estándar para las computadoras personales, reemplazando rápidamente las platinas de 8". Shugart demandó a Shugart Associates para que quitaran su apellido del nombre de la compañía, pero perdió. La compañía eventualmente se convertiría en Shugart Corporation.

Para 1978 ya existían más de 10 fabricantes de platinas de disco flexible de 5 ¼".

Desde su salida de Shugart Associates, Shugart tomó un tiempo de descanso, dirigió un bar y realizó algunas incursiones en la pesca comercial, sin embargo, en 1979, Finis Conner se le acercó para proponerle la creación de una empresa para la fabricación y comercialización de platinas de 5 ¼". Fundaron Seagate Technology y para el final de 1979 ya anunciaban el ST-506, una unidad de disco duro de 6MB sin formato y 5 MB formateado, junto con su interfaz de comunicación.

En 1981, Sony presenta la primera platina para discos de 3½", así como los disquetes, similares a los flopis, pero con la camisa protectora de un material más duro, así como un mecanismo de protección para la ventana de lectura de datos. Este disco es aceptado inicialmente por Apple y eventualmente por IBM y HP, lo que le dio popularidad y se convirtió en el nuevo estándar.

Tipos de disquetes

En 1971 IBM introduce al mercado el "memory disk" o "floppy disk", un disco suave de 8 pulgadas echo de plástico y cubierto con óxido de fierro en una de sus caras. La platina para este disco únicamente podía leerlos. Fue un desarrollo de Alan Shugart para resolver el problema de reprogramación de computadoras centrales que requerían de constante actualización. Desde ese momento nació el concepto básico que perduraría durante décadas: El disco recubierto de material ferromagnético, la cubierta de material resistente, el sistema de limpieza y suspensión en tela entre la cubierta y el disco.

Estos primeros discos podían almacenar 100KB, cantidad más que suficiente en ese momento. Con el tiempo, se mejoró la técnica para poder escribir también.

En Agosto de 1976 iCOM anuncia el "Frugal Floppy" en la revista BYTE, una platina de disquete de 8", en US$ 1,200.00.

Estos discos medían 8 pulgadas de diámetro y tenían una capacidad de 200K. Debido a que eran muy grandes fueron divididos en 4 particiones, cada una de las cuales era tratada como un dispositivo independiente, de manera similar a como se hacía con las platinas de casete, que era el otro medio de almacenamiento magnético.

A lo largo de la historia de la computación han existido 8 tipos de disquetes con relativo uso cotidiano como se muestra en la siguiente tabla:

Tamaño del disco en pulgadas 3.5 3.5 3.5 5.25 5.25 5.25 5.25 5.25 8"
Capacidad en kilobytes 2,880 1,440 720 1,200 360 320 180 160 100
Byte descriptor del medio F0h F0h F9h F9h FDh FFh FCh FEh  
Lados (Cabezas) 2 2 2 2 2 2 1 1 1
Pistas por lado 80 80 80 80 40 40 40 40  
Sectores por pista 36 18 9 15 9 8 9 8  
Bytes por sector 512 512 512 512 512 512 512 512  
Sectores por grupo 2 1 2 1 2 2 1 1  
Longitud de FAT (Sectores) 9 9 3 7 2 1 2 1  
Cantidad de FATs 2 2 2 2 2 2 2 2  
Longitud de directorio raíz (Sectores) 15 14 7 14 7 7 4 4  
Máximo de entradas en raíz 240 224 112 224 112 112 64 64  
Sectores totales por disco 5,760 2,880 1,440 2,400 720 640 360 320  
Sectores totales disponibles 5,726 2,847 1,426 2,371 708 630 351 313  
Grupos disponibles totales 2,863 2,847 713 2,371 354 315 351 313  

La mayoría de las platinas pueden formatear en diversos formatos, siempre y cuando sea del disco que le queda. Esto es aplicable para las platinas de mayor capacidad que los discos. Las platinas que pueden formatear discos de 3.5" pulgadas a 1.44MB, también pueden formatear a cualquier capacidad inferior cualquier otro tipo de disco de 3.5", incluyendo de lado simple.

Como se puede observar en la tabla anterior, las diversas capacidades de los discos están determinadas por varios parámetros, algunos de los cuales parecieran ser constantes en todos los modelos, mientras que otros cambian de uno a otro modelo. Por ejemplo, todos los discos tienen sectores físicos de 512 bytes, lo que también se mantiene constante para los discos duros. De cualquier forma es de notar que DOS trata el tamaño del sector como un parámetro variable mientras que el BIOS del equipo no

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El disco de 5.25 pulgadas

Los discos de 5.25 pulgadas tienen su origen en Diciembre de 1976, cuando Shugart Associates anuncia su platina de disco "minifloppy" modelo SA4005, de 5.25" y capacidad de 110KB, por US$ 390.00. El tamaño del disco es, a solicitud de un cliente, basado en el de una servilleta de papel, en vez del tamaño usual de 8 pulgadas.

Este miniflopi utilizaba codificación de Modulación de Frecuencia, conocido por las siglas FM de Frecuency Modulation. Este tipo de disquete fue utilizado en el nacimiento de las computadoras personales, como en la computadora portable Osborne I original.

Dado que en un inicio los discos y las platinas eran de un solo lado, o lado simple, al salir al mercado los discos de doble lado era necesario sacar el disco, voltearlo y reinsertarlo, con la finalidad de utilizar el segundo lado.

Como anécdota, para los discos de 5.25" de lado simple, dado que eran muy caros, hubo quien observó que la unidad los diferenciaba por una muesca en el lomo, por lo que para hacerlo de doble lado le recortaban con tijeras la segunda muesca en el lomo contrario para poder así utilizar ambas caras del disco, aún con el riesgo de perder su información.

Cuando los fabricantes comenzaron a utilizar codificación de Modulación de Frecuencia Modificada, conocida como MFM por su nombre en inglés Modified Frecuency Modulation, comenzaron a utilizar el término "doble densidad" para diferenciar las unidades MFM de las FM, además de que con esta nueva codificación la capacidad total de almacenamiento alcanzó casi el doble.

 El disco de 5.25 pulgadas, 360KB

Disquete de 5.25 pulgadas doble densidadLa platina de disco flexible de 360Kilobytes es una unidad de doble densidad cuyos discos giran a 300RPM, o lo que es lo mismo 5 revoluciones por minuto o 200ms por revolución. Todos los controladores estándar de flopi soportan una entrelazado de 1:1, en el que cada sector en una pista específica es numerado y leído de manera consecutiva. Para leer y escribir en un disco a toda velocidad, el controlador envía los datos a una velocidad de 250 Kbps (250,000 bits por segundo). Debido a que todos los controladores de doble densidad soportan esta tasa de transferencia, virtualmente cualquier controlador soporta este tipo de platina, dependiendo del código del BIOS.

En general, las únicas unidades de disquete de este tipo que requieren de un controlador específico son aquellas para sistemas PS/2 de IBM que no fueron fabricadas por IBM, ya que las unidades de IBM utilizan soporte integrado en ROM para habilitar estas unidades.

La platina de 5.25 pulgadas, 1.2MB

Disquete de 5.25 pulgadasLa primera platina de 5.25 pulgadas de alta densidad aparecieron en el sistema IBM AT introducido al mercado en Agosto de 1984. La unidad también requería de un nuevo tipo de disco para alcanzar la capacidad de 1.2MB después del formato manteniendo la capacidad de lectura y escritura para los discos de 360KB de doble densidad, compatibilidad que no era muy confiable.

Esta platina normalmente grababa 80 cilindros de dos pistas cada uno, comenzando con el cilindro 0, en la parte periférica del disco. Esta situación difiere de los discos de doble densidad, en su capacidad de grabar el doble de cilindros en aproximadamente el mismo espacio físico del disco. Esta capacidad por sí misma sugiere que la capacidad de grabación  de un disco podría duplicarse, sin embargo, también cada pista normalmente es grabada con 15 sectores de 512 bytes cada uno, aumentando la capacidad de almacenamiento. Estos discos almacenan casi 4 veces lo que los de 360KB. El aumento en la densidad para cada pista requiere el uso de discos especiales con un medio modificado diseñado para manipular este tipo de grabación.

Debido a que estos discos en un principio eran caros y difíciles de obtener, muchos usuarios intentaron utilizar discos de doble densidad en las platinas de 1.2MB formateándolos a la máxima capacidad de la unidad, lo que resultaba en pérdida de datos.

El problema de compatibilidad entre las platinas de 360KB y las de 1.2MB emerge de la capacidad de la unidad de 1.2MB de escribir el doble de cilindros en el mismo espacio que ocupan los 360KB de las anteriores. Las platinas de 1.2MB posicionan los cabezales de lectoescritura sobre el mismo espacio de posiciones de 40 cilindros utilizados por las platinas de 360KB, utilizando un esquema de doble paso, que es un procedimiento a través del cual las cabezas tienen un corrimiento de cada tercer cilindro (uno sí y otro no) para llegar a las posiciones correctas para leer y escribir las mismas posiciones de los 40 cilindros de los discos de 360KB, sin embargo, dado que las unidades de 1.2MB deben de escribir 80 cilindros en el mismo espacio de los 40 de los discos de 360KB, los cabezales de lectoescritura de las platinas de alta capacidad deben de ser de dimensiones menores, lo que provoca que tengan problemas al sobreescribir pistas producidas por un cabezal de mayor tamaño dado que no cubren la misma superficie escrita por los cabezales de 360KB.

Las platinas de disco de 5.25 pulgadas y 1.2MB giran los discos a 360 RPM, seis revoluciones por segundo o 166.67ms por revolución, sin importar el tipo de disco que tenga insertado, ya sea de doble o alta densidad. Para enviar o recibir 15 sectores, además de su sobrecarga, seis veces por segundo, el controlador debe de soportar una tasa de transferencia de datos de 500,000 bps, 500KHz.

El soporte para estas unidades depende del BIOS en este modo u operación. Cuando un disco estándar de 360KB es utilizado en una unidad de alta densidad, también gira a 360 RPM, con lo cual se requiere de una tasa de transferencia de 300,000 bps (300KHz) para su operación correcta.

Todos los controladores AT y de alta densidad soportan las tasas de transferencia a 250KHz, 300KHz y 500KHz. La tasa de 300KHz es utilizada únicamente por las platinas de alta densidad leyendo y/o escribiendo discos de 360KB. 

El disco de 3.5 pulgadas

En 1977 durante una reunión de ejecutivos en Apple Computer su Presidente Mike Markkula coloca la platina de disquete como el objetivo principal de la compañía y Steve Wozniak comienza a escribir el software para el controlador de la platina de disquete para la Apple II.

En 1981 Sony introduce al mercado el disquete de 3.5 pulgadas. La primera empresa en adoptarlo sería Hewlett Packard en 1982, seguido por Apple en 1984, lo que le sirvió para afianzar su presencia en el mercado sobre otras propuestas de 2.0, 2.5, 2.8, 3.0, 3.25 y 4.0 pulgadas. Con el tiempo los disquetes de 3.5 pulgadas se consolidaron como el estándar de facto por sus características y buena relación en tamaño, capacidad y desempeño.

Enero de 1984 Apple presenta el Macintosh, "el ordenador para el resto del mundo", el cual contaba con una unidad de disquetes de 3.5" y 400KB de capacidad, y para Enero de 1986 introduce al mercado la computadora personal Apple Mac Plus, con una unidad de disquete de 3.5" y 800KB de capacidad. En este mismo año IBM introduce al mercado el sistema convertible laptop con las mismas características de disquete.

El disco de 3.5 pulgadas y 720KB

Disquete 3.5" 2S2D (doble lado, doble densidad)Los discos de doble densidad y 3.5 pulgadas con 720KB de capacidad aparecieron en el mercado de las computadoras personales en el sistema laptop Convertible de IBM en 1986, y son la evolución de los introducidos por Sony en las Macintosh en 1984, los cuales eran de 400KB, 320KB después del formato.

Estos discos tienen una capacidad total de 1MB. Normalmente graba 80 cilindros de dos pistas cada uno con 9 sectores por pista, resultando en la capacidad formateada de 720KB para DOS y 800KB para Macintosh.

Resulta interesante notar que la capacidad se reduce después del formato. La diferencia en la capacidad de almacenamiento reside en el espacio para las cabeceras y remolques de cada sector, los espacios entre los sectores y el espacio del índice al principio de cada pista antes del primer sector. Estos espacios no son útiles para el almacenamiento de datos y es la diferencia entre las capacidades. Los fabricantes anuncian la capacidad sin formato debido a que la capacidad de almacenamiento útil dependerá del formato que reciba el disco, ya que por ejemplo, este mismo disco puede almacenar 800KB al ser formateado en un equipo Macintosh. Para el caso de DOS falta mencionar que este formato no incluye las áreas que DOS reserva para la administración del disco, tales como el sector de arranque, la tabla de asignación de archivos, directores, etc., lo que usualmente resulta en 713KB de almacenamiento útil de datos.

Estas platinas operan con cualquier controlador para baja densidad. El disco gira a 300 RPM y requiere de una tasa de transferencia de datos de 250KHz, que es la misma que los discos de 5.25 pulgadas con capacidad de 360KB, por lo cual un controlador que soporte estos discos también soportará los de 3.5 pulgadas con doble densidad.

La única situación a considerar al instalar una platina de 3.5/720KB es si el BIOS lo soporta, lo cual sucede si tiene una fecha de fabricación, o firma de versión según el caso, posterior al 10/06/1985, o utilizar el controlador de dispositivo DRIVER.SYS en DOS versión 3.2 o posterior, junto con el parámetro DRIVPARM en el CONFIG.SYS. Claro que la mejor alternativa es actualizar el BIOS.

El disco de 3.5 pulgadas y 1.44MB

Disquete de 3.5" Alta densidad (2SHD)El disquete de alta densidad de 3.5 pulgadas y capacidad de 1.44MB apareció por primera vez en la familia PS/2 de IBM en 1987.

La platina graba 80 cilindros de dos pistas cada uno, con 18 sectores por pista, resultando en la capacidad formateada de 1.44 MB. La capacidad total de almacenamiento de estos discos es de 2MB, sin embargo la capacidad de almacenamiento útil se reduce debido a la metodología de almacenamiento, tal y como sucede con los discos de 720KB.

Estos discos giran a 300RPM para alcanzar la tasa de transferencia de 500KHz. Aunque pareciere irónico, estos discos giran a una velocidad menor que sus antecesores de 5.25 pulgadas para poder alcanzar los 18 sectores por pista. Estos disquetes almacenan 1.2 veces la cantidad de datos de su equivalente de alta densidad en 5.25 pulgadas, y estos a su vez giran 1.2 veces más rápido que sus sucesores de 3.5 pulgadas. La tasa de transferencia para ambas platinas de alta densidad es la misma y son compatibles con los mismos controladores, de hecho, debido a que los disquetes de 3.5 pulgadas pueden alcanzar la tasa de transferencia de 500KHz, un controlador que soporte este formato tiene la capacidad de controlar cualquier formato de disquete de alta y doble densidad.

Resulta interesante observar que estos disquetes, siendo la tecnología más popular para este formato de almacenamiento, funciona con la misma tecnología básica de la segunda generación de platinas de 8 pulgadas.

La unidad de 3.5 pulgadas y 2.88MB

La platina de 2.88MB para discos de  3.5 pulgadas fue desarrollada por Toshiba Corporation a mediados de la década de 1980 y fue anunciada oficialmente en 1987. Toshiba comenzó a fabricar las platinas y discos en 1989 y las empresas comenzaron a ofrecerlos como mejoras a sus sistemas preexistentes.

IBM adoptó esta tecnología como estándar para sus sistemas PS/2 a partir de 1991 hasta la salida del mercado de esta familia. Estas platinas pueden leer y escribir los discos de 3.5" de alta y doble densidad teniendo como único requerimiento el DOS versión 5.0 o superior.

Aún cuando esta tecnología ofrece el doble de almacenamiento sobre sus predecesores y varios fabricantes como Toshiba, Mitsubishi, Sony y Panasonic la fabricaron y además todos los fabricantes de controladores le dieron soporte, no tuvo éxito en el mercado debido a los altos costos de los discos.

Estas platinas utilizan una técnica llamada grabación vertical para alcanzar la alta densidad linear de 36 sectores por pista. Esta técnica incrementa la densidad magnetizando los dominios perpendiculares a la superficie de grabación, esencialmente ubicando los dominios magnéticos en los extremos y almacenándolos lado a lado incrementando enormemente la densidad de almacenamiento.

La tecnología para producir cabezales que puedan realizar una grabación vertical o perpendicular es conocida y de hecho no está en los cabezales o en las platinas mismas que representan este gran avance en la tecnología, sino en el medio mismo.

Los discos magnéticos comunes tienen partículas magnéticas en forma de aguja sobre la superficie, mientras que estos tienen estas partículas aciculares orientadas de manera perpendicular para habilitar la grabación perpendicular, lo que resulta bastante complejo. Las partículas en un disquete de bario-ferrita tienen forma de platos hexagonales planos que pueden ser arreglados fácilmente para tener sus ejes de magnetización perpendicular al plano de grabación. Aún cuando el bario ferrita ha sido utilizado como material en la construcción de magnetos permanentes, todavía no se ha podido reducir el tamaño de su grano al de los cristales hexagonales de los disquetes de alta densidad.

Toshiba perfeccionó un proceso de cristalización de vidrio para fabricar estos cristales ultrafinos utilizados en la cubierta de los discos de bario ferrita. Esta tecnología, patentada por Toshiba, fue licenciada a otros fabricantes que utilizaron este mismo proceso para la fabricación de disquetes. Toshiba también realizó algunas adecuaciones al diseño de los cabezales estándar de lectoescritura para habilitar la lectoescritura de estos discos de bario ferrita, así como el estándar de cobalto o ferrita. Esta tecnología también comenzó a esparcirse a formatos de cinta.

Estos discos son llamados 4M en referencia su capacidad total sin formato. La capacidad formateada es de 2,880KB, o 2.88MB debido al espacio perdido en el proceso de formateo, además del ocupado por el volumen, sector de arranque, tablas de asignación de archivos y el directorio raíz, con lo cual el espacio útil de almacenamiento es de 2,863KB.

Para soportar las platinas de 2.88MB la circuitería del controlador de disco requirió de algunas modificaciones debido a que los discos giran a la misma velocidad de 300 RPM pero tienen 26 sectores por pista. Debido a que todos los disquetes están formateados con sectores numerados consecutivamente a razón de 1:1, estos 36 sectores deben de ser leídos y escritos en el mismo tiempo que toma esta tarea con su predecesor de 1.44 MB y 18 sectores por pista, lo que requirió que el controlador soportara una tasa de transferencia de datos de 1MHz ( un millón de bits por segundo), lo que es el doble del estándar anterior. Igualmente el BIOS de la tarjeta principal debió de ser mejorado para soportar esta nueva tecnología.

Empresas como Phoenix, AMI y Award dieron soporte a esta tecnología, sin embargo, debido a que ya existía una base instalada muy grande no compatible, algunos fabricantes comenzaron a ofrecer platinas compatibles con la tecnología preexistente.

Aún cuando las platinas para discos de 2.88 MB no tenían un costo muy superior a aquellas de 1.44 MB, los disquetes para esta nueva tecnología tenían un costo, en general, con relación de 4:1, mientras que un disquete de 1.44 MB costaba US$0.50, los de 2.88 MB valían US$2.0 o más, situación que limitó su ampliación en el mercado, además de que en general no resolvía el problema de almacenamiento portable, por lo cual tuvo que ceder a otras tecnologías como los discos LS-120, Zip, Jazz, etc., y eventualmente a otras tecnologías de almacenamiento portable como las palancas de almacenamiento para USB.

Especificaciones técnicas

Cada señal es identificada por su número de poste en el cable utilizado para conectar la platina de disquete al adaptador de su controlador, es necesario observar que los conectores son distintos para las platinas de 3.5" y 5.25", aún cuando las asignaciones de poste son las mismas para las platinas y cables.


En esta imagen se puede apreciar una torcedura en el cable que se realiza para identificar la platina A de la B. La platina A es la que va directa al controlador.

3.5 Floppy Connectors conector525_60.jpg (2441 bytes)

Poste No. Nombre de la Señal
1 Tierra
2 Densidad 1=Baja/0=Alta
3 Tierra
4 N/C
5 Tierra
6 N/C
7 Tierra
8 0=índice
9 Tierra
10 0=Habilitar Motor Platina 0
11 Tierra
12 0=Selecciona Platina 1
13 Tierra
14 0=Selecciona Platina 0
15 Tierra
16 0=Habilitar Motor Platina 1
17 Tierra
18 0=Selecciona Dirección
19 Tierra
20 0=Paso Cabezal
21 Tierra
22 Escribir Datos
23 Tierra
24 0=Portal de Escritura
25 Tierra
26 0=Pista 00
27 Tierra
28 0=Protección De Escritura
29 Tierra
30 Leer Datos
31 Tierra
32 0=Seleccionar Cabezal
33 Tierra
34 1=Cambio de Disco /0=Listo

Notas del investigador:

Las investigaciones realizadas presentan las siguientes inconsistencias:

La introducción del flopi de 5¼" se referencía en 1974 y 1976, falta investigar más para esclarecer la fecha real.

En 1976 Alan Shugart ya no trabajaba para Shugart Associates y existe documentación que lo referencía como creador de la platina y discos de 5¼" para Wang Laboratories.


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