Flopiseade

Tööpõhimõte

Väike elektrimootor seadmes paneb flopi teatud kiirusega pöörlema, samal ajal kui samm-mootori juhitav mehhanism liigutab magnetilist lugemis-kirjutamispead(päid) mööda ketta pinda. Nii lugemis- kui ka kirjutamistoimingud nõuavad, et lugemis-kirjutamispea oleks füüsiliselt loetava sektori vastas.
. Andmete kirjutamiseks saadetakse vool läbi lugemis-kirjutamispeas oleva mähise samal ajal kui ketas keerleb. Pea magnetväli sunnib otse pea all asuvaid magnetilisi osakesi joonduma. Kui vool muudetakse vastupidiseks viiakse osakesed vastupidisesse suunda ja andmed kodeeritakse digitaalselt. Andmete lugemise ajal peasse voolu ei lasta, vaid kettal olevate osakeste poolt indutseeritud vool registreeritakse lugemis-kirjutamispea poolt. See signaal võimendatakse ja saadetakse kontrollerile (inglise keeles floppy disk controller ehk FDC), mis muudab võnked kettalt andmeteks, kontrollib ega lugemisel vigu ei tekkinud ja saadab andmed edasi.
Tühjal vormindamata disketil on magnetoksiidi kate, kus osakestel puudub kindel järjekord. Vormindamise ajal osakesed joondatakse, moodustades mustri magnetiseeritud radatest, millest igaüks on jagatud sektoriteks. See võimaldab kontrolleril korralikult lugeda ja kirjutada andmeid. Rajad on kontsentrilised ringid keskme ümber koos tühikutega radade vahel, kuhu ei ole andmeid kirjutatud. Lüngad on täidetud "polster" baitidega mis on esitatud sektorite vahel ja raja lõpus, et arvestada väikese kiiruse variatsiooniga flopiseadmes ja võimaldada paremat ühilduvust erinevate flopiseadmetega. Igal sektoril on oma päis, mis viitab sektori asukohale kettal. Vigade vältimiseks on kirjutatud kõigi sektorite päistesse ja ka sektoris oleva kasutaja andmete lõppu veakontroll (inglise keeles cyclic redundancy check ehk CRC). Mõned vead on lahendatavad lihtsalt uuesti lugeda proovides. Mõned vead on aga alalised ja ketta kontroller annab mitme ebaõnnestunud lugemise tulemusena operatsioonisüsteemile ebaõnnestumisest teada.
Vanematel flopiseadmetel tuli pärast disketi sisestamist seadme ees asuv hoob käega alla vajutada, et flopi kogemata välja ei tuleks. Samas lülitas see hoob tööle mootori klammerdushoova ja kahepoolsetes seadmetes teise lugemis-kirjutamispea. Osadel 5¼″ seadmetel surutakse disketti sisestades kokku väljastusvedru, mis hoova avades poolenisti flopi välja viskab. Uuematel 5¼″ ja kõikidel 3½" seadmetel toimub klammerdushoova kinnitamine ja teise pea töölepanek automaatselt ning väljastusnupu vajutamisel toimub vastupidine. Osadel Apple Macintoshi arvutitel, millel oli sisseehitatud flopiseade, oli väljastusnupp asendatud tarkvaraga, mis kontrollis väljastusmootorit. Voolukatkestuse või seadme tõrkumise korral sai sisestatud flopi eemaldada käsitsi, sisestades midagi avasse seadme esipaneelil.

8-tollise disketi päritolu

1967. aastal andis IBM oma San Jose (California) mäluseadmete arenduskeskusele ülesande töötada välja töökindel ja odav süsteem, et laadida mikrokoode nende System/370 suurarvutitesse läbi protsessi, mida tuntakse Initial Control Program Load nime all (ICPL). System/370 oli IBM-i esimene arvutisüsteemide pere, mis ulatuslikult kasutas mikrokoodiks ebapüsivat lugemis/kirjutamis pooljuhtmälu, nii et enamiku mudelite puhul tuli alati sisselülitamisel laadida mikrokood (System/370 eelkäija, System/360 kasutas mikrokoodiks üldiselt püsivat lugemismälu). Samas tahtis IBM ka odavat meediat, mida oleks võimalik klientidele saata tarkvarauuendustega.
IBM-i üks tootejuhtidest, Alan Shugart, delegeeris selle ülesande David L. Noble’ile, kelle tiim töötas välja paindliku kirjutuskaitstud disketi (mäludisketi), mis oli 8-tollise diameetriga ja 80-kilobaidise andmemahutavusega. Algne diskett oli katmata, aga kuna mustus kujunes üsna tõsiseks probleemiks, siis suleti diskett plastümbrikusse, mis oli riidega vooderdatud, et tolmuosakesi eemaldada. IBM tutvustas disketti 1971. aastal, mil see oli lõpuks müügivalmis.
Uut seadet, mida arendati koodnime Minnow all ja tarniti kui 23FD, oli standardne osa System 370 protsessiühikutest (IBM-i siseselt oli kasutusel teine seade koodnimega Mackerel, et kirjutada turustuseks buudikettaid)). Samas kasutati seda kui programmilaadimisseadet teiste IBM-i toodete, nagu näiteks 2835 Storage Control Unit jaoks. Mõne aja pärast lahkus Alan Shugart IBM-ist ja asus tegutsema Memorexis, kus tema tiim hakkas 1972. aastal tarnima Memorex 650-t 175 kB mahtuvusega, mis oli esimene lugemis-kirjutamis disketidraiv.
1973. aastal hakkas IBM tarnima oma esimest lugemis-/kirjutamisdisketidraivi 33FD osana 3740 Data Entry Systemist koodnimega "IGAR" , mis oli loodud selleks, et otseselt välja vahetada IBM-i perfokaartidel põhinevad andmesisestusmasinad. Tähelepanuväärne oli IBM-i lugemis-kirjutamisdiskettide juures see, et kasutati teflonibaasil riidest sisekatet, et meedia eluiga pikendada. 1976. aastal suurendas tarnija Verbatim vastupidavust veelgi, kui lisati teflonkate otse magnetdiskile endale. Uus süsteem kasutas teistsugust salvestusvormingut, mis talletas kuni 250¼ kB samadele diskidele. Seda formaati toetavaid draive pakuti nii mõnegi tootja poolt ja üsna pea muutusid need väiksema infokoguse liigutamisel tavalisteks. Seda disketiformaati hakati kutsuma kui Single Sided Single Density ehk SSSD-formaadiks. See kavandati hoidma täpselt sama palju infot kui üks karp ehk 2000 perfokaarti. Disk oli jagatud 26 sektori 77 rajale, millest igaüks salvestas 128 baiti.
Kui 1970. aastatel töötati välja esimesi mikroarvuteid, siis 8-tollist flopit kasutati nende puhul kui üht vähest suure kiirusega massmäluseadet, mis oli sihtrühma jaoks (erakasutajad ja väikefirmad) vähegi taskukohasema hinnaga. Esimene mikroarvutite operatsioonisüsteem CP/M tarnis algselt 8-tolliseid diskette. Samas olid draivid siiski veel kallid, makstes alguspäevil tavaliselt rohkem kui see arvuti, mille külge nad olid pandud, niisiis enamus selle aja arvutitest kasutas siiski veel kassette.
1973. aastal asutas Shugart ka ettevõtte Shugart Associates, mis sai 8-tolliste disketidraivide domineerivaks tootjaks. Nende SA800 muutus kogu tööstuse standardiks kujutegurite ja ühilduvuse mõttes.
1976. aastal tutvustas IBM 500 kB Double Sided Single Density (DSSD) formaati ja 1977. aastal 1-1.2 MB Double Sided Double Density (DSDD) formaati. Teistel 8-tollistel diskidraividel nagu 1 MB Burroughs ei õnnestunud mingitki turuosa saavutada.

5¼-tolline flopiseade

1976. aasta Wang Laboratoriese juhtkonna koosolekul otsustati, et 8-tolline flopiseade oli lihtsalt liiga suur arvutite jaoks mida nad sel ajal arendasid. Shugart Associates otsustas arendada 5¼-tollise flopiseadme, mis mahutas algselt 98,5 kB, kuid hiljem suurendati 110 kB-ni, lisades 5 rada. 
5¼-tolline flopiseade oli tunduvalt odavam kui IBM-i 8-tolline seade, seetõttu hakkasid ka teised arvutitootjad ja -kasutajad väiksemat flopiseadet kasutama. Aastaks 1978 oli üle 10 tootja, kes valmistasid 5¼-tolliseid diskette.
Esimestel aastatel lugesid seadmed ainult ühte disketi poolt. Sealt arenes välja populaarne komme teise kirjutamist lubava augu lõikamiseks. See lasi flopit ümber pöörata ja kasutada kahepoolsena (flippy disk). Osad pidasid seda üpriski riskantseks kuna tootja garanteeris flopi töökorra ainult disketi ühe poolse kasutuse puhul. Teiseks põhjuseks oli, et ümber keeratud flopi keerles oma paberist katte sees teistpidi, nii et osa tolmust, mis oli eelmistel kasutuskordadel kogunenud riidest puhastuslapi taha, võis disketiga haakuda ja sattuda lugemis-kirjutamispea peale ja selle rikkuda. Kuna osadel flopiseadmetel asus kirjutamis-lugemispea üleval ja teistel all, siis otsustasid disketitootjad lubada ka kahepoolset kasutust.
Enamikule koduarvutitele aastatest 1970–1980 oli flopiseade põhiline andmesalvestusseade. Kuna masinatel puudus kõvaketas, laaditi operatsioonisüsteem harilikult disketilt, mis eemaldati ja vahetati siis teise vastu, kuhu oli salvestatud soovitud rakendus. Mõnel arvutil oli kaks flopiseadet, mis lubas kasutajal jätta OS flopi paigale ja lihtsalt vahetada programme sisaldavaid kettaid. 1980. aastate alguses ilmusid seadmed, mis tõstsid mahutavuse 720 kB-le.
Aastal 1984 tulid koos IBM-i PC/AT-iga turule ka kõrgtihedusega disketid, mis kasutasid 96 rada tolli kohta, suutes mahutada 1200 kB. Kuna sel ajal mahutas tavaline kõvaketas 10–20 MB, peeti sellist suurust üsnagi mahukaks. Kuna kõrgtihedusega seadmed suutsid kirjutada ka kahepoolsetele diskettidele, siis oli ka uuenduste loomine üpris kerge.
Kui silt välja jätta, olid 5¼-tollised disketid väliselt identsed kahepoolsete teisikutega. See viis kummalise situatsioonini, kus seade ise ei saanud aru, kui suur diskett sisestati, enne kui oli sealt andmed maha lugenud. Tänu sellele oli võimalik kõrgtihedust lugeva seadmega võimalik kirjutada kahepoolne flopi ümber kõrgtiheduse omaks. See harilikult töötas. Probleem oli selles, et kõrgtihedusega disketid olid tehtud teisest materjalist. Kui kirjutati kõrgtihedusega flopile, siis lülitati lugemis-kirjutamispea teisele seadistusele, mis kasutas tugevamat magnetvälja. Kahepoolse flopi vanem materjal ei olnud mõeldud kannatama nii võimsat magnetvälja, seega võis juhtuda, et uus tugevam magnetväli kustutas andmed disketilt. Uutele 3½-tollistele flopidele lisati auk ketta kestale, mis võimaldas flopiseadmel ära tunda, kas tegu on kõrgtihedusdiskettiga.
1980. aastate lõpuks oli suurem turuosa juba uutel 3½-tollistel flopidel. Sel ajal olid veel saadaval 5¼-tollised disketid ja flopiseadmed. 1990. aastate alguses kasutasid 5¼-tolliseid kettaid ainult need kellel olid vanema ajastu arvutid. Kõik uuemad arvutid tulid juba 3½-tolliste seadmetega. Kui Windows 95 turule jõudis, oli see saadaval ainult 3½-tollistel flopidel, kuid et seda saada 5¼-tollistel flopidel, tuli see eraldi tellida.

3½-tolline flopiseade

1980. aastate alguses hakkas kujunema väga selge arusaam 5¼-tolliste flopide puudustest. Algselt disainitud, et olla väiksem ja praktilisem kui 8-tolline diskett, muutusid 5¼-tolliste seadmed, kirjutamis kvaliteedi paranedes, mis lubas sama andmemahu panna väiksema ala peale, liiga suureks.
Teine probleem oli, et 5¼-tollised flopid olid lihtsalt väiksemaks tehtud 8-tollised disketid, mis ei olnud kunagi mõeldud tavakasutseks. Õhuke plastpakend ei kaitsnud disketti murdumise eest ja avaus lasi tolmul floppi sisse minna.
Välja töötati suur hulk seadmeid alates 2½- kuni 3½-tollisteni. Kõigil neil suurustel oli vanemate versioonidega võrreldes palju eeliseid. Kuna 5¼-tollised flopid olid muutunud peaaegu universaalseteks andmekandijateks, oli uutel formaatidel väga keeruline suurt turuosa haarata.
Kõik 3-tollised flopid olid kahepoolsed ja ka enamus seadmed võimaldasid lugemist mõlemalt poolt, kui see võimalus puudus tuli lihtsalt diskett teist pidi sisestada. Disketid ise ei mahutanud rohkem kui populaarsem ja odavam 5¼-tolline alternatiiv, samas oli ta töökindlam. Põhiliseks probleemiks oligi tema suur maksumus. 3½-tolline seade muutus standardiks, kui Sony suutis veenda Apple'it kasutama nende seadet oma uues Macintosh 128K arvutis.

Areng

Ka 3½-tolline diskett käis sarnaselt 5¼-tollisega läbi arengutee. Kui Apple tutvustas 1984. aastal Macintoshi, kasutati seal ühepoolseid 3½-tolliseid diskidraive, mille mahtuvuseks reklaamiti 400 kB. Nende draivide poolt kasutatavat kodeerimistehnikat kutsuti GCR-ks, teisisõnu Group Code Recording (sarnaseid salvestamismeetodeid kasutas Commodore oma 5¼-tollistel draividel ja Sirius Computer oma Victor 9000 PC-mitteühilduvas MS-Dos arvutis). Mõni aeg hiljem hakati PC-ühilduvate masinate puhul kasutama ühepoolseid 3½-tolliseid diske, mille mahtuvuseks kuulutati 360 kB (sama, mis kahepoolse 5¼-tollise diski puhul), ja teistsugust, mitteühilduvat salvestusvormingut MFM (Modified Frequency Modulation). GCR ja MFM seadmed (ja nende vormindatud diskid) olid mitteühilduvad, kuigi füüsiliselt olid diskid samad. 1986. aastal tutvustas Apple kahepoolseid 800 kB diske, mis endiselt kasutasid GCR-i. Üsna pea hakkas IBM kasutama 720 kB kahepoolseid topelttihedusega MFM diske arvutites nagu IBM PC Convertible. Ka IBM PC ühilduvad arvutid võtsid need diskid kasutusele, samas kui Amiga kasutas MFM kodeerimist samadel diskidel, et jõuda 880 kB mahtuvuseni.
Uuem ja parem, MFM-l baseeruv "kõrgtihe" formaat, mille diskidel oli eksponeeritud "HD", tuli välja 1987. aastal ja mahutas 1440 kB andmeid. IBM kasutas seda formaati oma PS/2 sarjas, mida tuvustati samuti 1987. aastal. Apple hakkas HD-d kasutama 1988. aastal Macintosh llx peal ja üsna pea muutus HD disketidraiv Macontoshi ja PC riistvara puhul praktiliselt universaalseks. Apple’i FDHD (Floppy Disk High Density) draiv oli suuteline lugema ja kirjutama nii GCR kui MFM vormindatud diske, nii et failide vahetamine PC kasutajate vahel muutus üsna lihtsaks. Hiljem turundas Apple seda draivi SuperDrive'i nime all. Samas hakkas Apple SuperDrive brändinime uuesti kasutama 2001. aastal, nüüd tähistati selle nimega aga oma igaformaadilist CD/DVD-lugejat/kirjutit.
Sony kõrval oli Apple esimene suurem tootja, kes hakkas müüma 3½-tolliste diskidraividega arvuteid ja samas lõpetas nende tarnimise esimesena 1998. aastal, kui kasutusele tuli iMac.
Järjekordne edusamm oksiidkatete osas viis uue "suurendatud tihedusega" ("ED" ehk "extra-high-density") formaadini 2880 kB mahtuvusega, mis tuli kasutusele NeXTcube'i ja NeXTstationi puhul 1991. aastal. Samal aastal võeti see kasutusele ka IBM-i PS/2 mudel 57-l, aga see ei muutunud kunagi eriti laialdaselt kasutatavaks, sest selleks ajaks, kui mudel muutus kättesaadavaks, oli see juba mahutavuselt liiga väike, et võistelda HD formaadiga. 3½-tollised draivid, mida müüdi veel kümnendki hiljem, kasutasid endiselt sedasama 1,44 MB HD formaati, mis standardiseeriti 1989. aastal ISO 9529-1,2-ga.