Levyke

Levyke tai kalvolevy (arkikielessä myös ”disketti”) on magneettinen muistilevy, joka on kiinteässä suojakuoressa. Levykkeitä on käytetty erityisesti tietokoneiden siirrettävinä tiedontallennusvälineinä. Levykkeen kotelon sisällä on ohut rautaoksidilla pinnoitettu muovinen kiekko, joka on pakattu yleensä neliön muotoiseen suojakoteloon. 8 ja 5¼ tuuman levykkeiden (”lerppu”) kotelo on taipuisa ja 3½ tuuman levykkeiden (”korppu”) kotelo on jäykkä. Levykkeen lukemiseen ja sille tallentamiseen käytetään levykeasemaa.

Toisin kuin äänilevyllä ja CD-levyllä, tietolevykkeiden tietoa ei talleteta spiraalimuotoisesti vaan samankeskeisille renkaille, joita kutsutaan uriksi. Levykeaseman lukupää siirtyy sivusuunnassa askeleittain uralta toiselle levyn pyöriessä alla. Yksi ura on jaettu sektoreihin ja levyllä olevaan tietolohkoon viitataan sen ura- ja sektoriosoitteella. Tyypillisesti levyn alkuun (sopimuksenvarainen käsite) talletetaan käyttöjärjestelmän käyttämän tiedostojärjestelmän määrittelemällä tavalla kirjoitettu hakemisto, johon kirjataan tiedostojen nimet ja mistä sektoreista kyseessä oleva tiedosto koostuu. Tätä hakemistoa kutsutaan usein FAT-tiedostojärjestelmästä peräisin olevalla, mutta yleiskieliseksi muuttuneella nimityksellä tilanvaraustaulukko.

Nykyisin optiset levyt kuten CD-, DVD- ja Blu-ray-levyt, ulkoiset kiintolevyt sekä USB-muistit ja muistikortit ovat suurelta osin korvanneet levykkeet. Lopullisesti levykkeiden valmistus kuluttajamarkkinoille päättyi maaliskuussa 2011, kun 3½ tuuman levykkeitä viimeisenä valmistanut Sony lopetti tuotannon. Kunnostettuja kierrätyslevykkeitä myydään vielä 2020-luvullakin kuitenkin edelleen teollisuuskäyttöön. Tyypillinen käyttökohde on liikennelentokoneen kaltainen sulautettu järjestelmä.

Historiaa

Ensimmäiset levykkeet kehitti IBM:n tutkimuskeskus San Joséssa 1960-luvun lopussa. Alan Shugart antoi David L. Noblelle tehtävän johtaa kehitystä edulliseen tapaan siirtää mikrokoodipäivityksiä. Muita kehittäjiä olivat Warren L. Dalziel, Ralph Flores ja Herbert Thompson.
Levykkeet tarkoitettiin IBM S/370 -suurtietokoneiden käyttöjärjestelmäpäivitysten siirtoon tietokoneen 3330-yksikön kautta. IBM halusi jotain nopeampaa ja kevyempää kuin nauha-asemat. IBM myös osti japanilaiselta Yoshirō NakaMatsilta patentin levyketeknologiaan, jonka hän väitti kehittäneensä jo 1950-luvulla. Kahdeksantuumainen levyke tuli markkinoille 1971.

Alan Shugart siirtyi IBM:ltä Memorexille ja perusti vuonna 1973 yrityksen Shugart Associates. Vastauksena Wang Laboratoriesin pyyntöön halvemmalle tekniikalle Shugart Associates esitteli vuonna 1976 5¼-tuuman levykkeen. SA 400 "Minifloppy" oli kapasiteetiltaan 110 kilotavua. Digital Research lisäsi CP/M-käyttöjärjestelmään tuen levykkeelle. 1980-luvulla Xerox omisti Shugart Associatesin ja sopi Matsushitan kanssa asemien valmistuksesta ja myynnistä.

5¼-asemat olivat kahdeksantuumaista halvempia ja syrjäyttivät pian kahdeksantuumaiset.
Vaikka kahdeksan tuuman levykkeet ovat vanhentunutta tekniikkaa, jotkin tahot käyttävät niitä vielä, esimerkiksi Nasan avaruussukkulan varaosien tarkistamisessa käytetyt laitteistot. Suomessa kahdeksan tuuman levykkeitä käytti ainakin IBM S/34 vielä 1980-luvulla.

Mikrotietokoneiden aikakaudella levykeasemat yleistyivät huomattavasti, etenkin CP/M-käyttöjärjestelmän yleistyessä. Vaikka levyjen fyysinen formaatti oli 5¼ tuumaa, eri valmistajien loogiset formaatit eivät olleet pääsääntöisesti yhteensopivia keskenään, mikä vaikeutti tiedon siirtoa tietokoneiden välillä.  

Harrastelija- ja kotikäyttöön levykeasema oli pitkään suhteellisen kallis lisälaite – usein kalliimpi kuin itse tietokone. Kotitietokoneet käyttivät 1980-luvulla usein vielä C-kasettia tallennusmedianaan. Muun muassa vuonna 1982 julkaistu, suuren suosion saavuttanut Commodore 64 käytti C-kasettia, mutta vaihtoehtona oli myös 5¼ tuuman levykeasema.

Ensimmäinen Sonyn kehittämää 3,5-tuuman formaattia käyttänyt tietokone oli Sony SMC-70 (1982).

Vuonna 1984 Apple valitsi Sonyn 90 × 94 millimetrin levykeformaatin käytettäväksi Macintosh-tietokoneissaan ja siten pakotti sen standardiformaatiksi Yhdysvalloissa. Formaattia oli käytetty jo Macintosia aiemmin Hewlett-Packardin HP-150:ssä (1983). Tuotetta markkinoitiin sittemmin tuumamitalla 3½, minkä oli tarkoitus painottaa levykkeen pienempää kokoa 5¼″-standardiin verrattuna. Myös IBM siirtyi 3½ tuuman levykkeisiin PS/2-tuotesarjassaan, kun IBM:n aiemmat PC ja AT-mikrotietokoneet olivat käyttäneet 5¼ tuuman levykkeitä.

Microsoftin MS-DOS-käyttöjärjestelmään tuki 3½ tuuman levykkeille tuli versiossa 3.2. 3½ tuuman levykkeistä tuli keskeinen tallennusväline 1980-luvun jälkipuoliskolla PC-tietokoneissa sekä Amigassa ja Atari ST:ssä. Se oli myös MSX-kotitietokonestandardin virallinen levykoko. Vuonna 1989 3½ tuuman levykkeitä myytiin enemmän kuin 5¼-tuumaisia.

Myöhemmin 3½ tuuman levykkeiden tallennuskapasiteetti alkoi jäädä riittämättömäksi. Esimerkiksi vuoden 1994 Microsoft Office 4.3 käsitti 31 levykettä. Myös jotkut tietokonepelit levittäytyivät yli kymmenelle levykkeelle (esim. Monkey Islandin kaltaiset, laajat pelit, vaikkakin ne saattoi usein asentaa myös kiintolevylle). Tämä oli epäkäytännöllistä. Kaikilla 16-bittisten koneiden käyttäjillä ei ollut kovalevyjä, joihin pelin olisi voinut tallentaa, minkä vuoksi monet pelit vaativat toistuvaa levykkeiden vaihtelemista. Tästä syystä esimerkiksi Amigalla lisälevyasema olikin suosittu oheislaite.

Nykyään 
Todennäköisesti puolet tämän päivän matkustajalentokoneista on yli 20 vuotta vanhoja ja niiden laitteistoissa käytetään edelleen levykkeitä tietojen tallennukseen. On olemassa myös lääkinnällisiä laitteita, jotka edelleen vaativat levykkeitä tietojen siirtoon. Kirjontaa varten on valmistettu tuhansia levykkeille tallentavia koneita, joita käytetään edelleen. Jotkut teollisuusyritykset käyttävät vieläkin levykkeille tallentavia digikameroita. Lisäksi levykkeitä kaipaavat vanhojen laitteiden harrastajat. Näihin tarkoituksiin myydään levykkeitä vanhoista varastoista. Kierrätettyjä levyjä myyvän yrittäjän mukaan vuosina 1985–2000 levykkeiden laatu oli parhaimmillaan ja jos tuolloin valmistetut levyt vain on säilytetty oikeassa lämpötilassa, ne ovat edelleen yhtä hyvässä kunnossa kuin uusina.

Levykkeen fyysinen rakenne
Levyke koostuu magneettisesti herkästä levypinnasta ja suojakotelosta. Levykkeen pyöreä tallennuspinta pyörii suorakaiteen muotoisessa suojakuoressa keskiakselinsa ympäri. Suojakuori suojaa vain kosketukselta; voimakkaita magneettikenttiä vastaan se ei suojaa. 

8 ja 5¼ tuuman levykkeissä kuori on taipuisa. Taipuisuudesta johtuu levykkeen lempinimi ”lerppu” (engl. floppy disk). 3½ tuuman levykkeissä suojakuori on kova ja taipumaton, mistä johtuu tällaisen levykkeen lempinimi ”korppu”.

Levykkeiden tyyppejä

Levykkeet luokiteltiin usein nelikirjaimisella merkinnällä, esimerkiksi DSDD. Merkinnän kaksi ensimmäistä kirjainta kertovat, onko levy tarkoitettu yksi- (SS, single side) vai kaksipuoliseen (DS, double side) tallennukseen. Kaksi viimeistä kirjainta kertovat tallennustiheyden: yksinkertainen (SD, single density), korkea (HD, high density), nelinkertainen (QD, quad density) tai ekstra (ED, extra density).

Myöhemmin kaikki levykkeet olivat kaksipuolisia. Levykkeissä luki DS-merkinnän sijaan usein esimerkiksi MFHD (micro floppy high density).

8 ja 5¼ tuuman levykkeet
Lerpun eli 8″:n tai 5¼″:n levykkeen pehmeässä kuoressa on aukko, joka paljastaa levyn pinnan lukupäätä varten.

Kuoressa on myös pieni reikä levyn indeksointia varten, ja levykkeessä vastaavasti reikä (tai useampia). Levyasema voi käyttää tätä reikää kohdistamaan lukemisen tiettyyn kohtaan levyä. Kaikki järjestelmät eivät käyttäneet tätä ominaisuutta, vaan lukivat dataa levyltä kunnes synkronoituivat bittivirtaan (pehmeä sektorointi).

Kuoren reunassa on kolo, joka toimii kirjoittamisen sallivana merkkinä. Levykkeen pystyy kirjoitussuojaamaan peittämällä tämän kolon teipinpalalla. Tyypillisesti levykepakkauksessa on otsikointitarrojen lisäksi kirjoitussuojateippejä. Johtuen valmistusprosessista myös yksipuolisina myydyissä levykkeissä on yleensä magneettinen media molemmilla puolilla. Leikkaamalla levyyn kirjoituskolo myös toiselle puolelle voidaan levykkeen kääntöpuoli hyödyntää yksipuolisessa pehmeää sektorointia käyttävässä levykeasemassa. Tämä oli yleistä 1980-luvulla.

Alla mainitut kapasiteetit ovat levykkeen vapaa tallennustila formatoinnin jälkeen.

8 tuuman levyke (1971)

 Kirjoitussuojalovi levykkeen alareunassa
 Erillinen paperinen suojatasku
 Käytössä monissa CP/M-käyttöjärjestelmällä varustetuissa tietokoneissa
 Kapasiteetti:
 SSSD: 256 kt
 SSDD: 500 kt
 DSDD: 1,2 Mt

5¼ tuuman levyke (1976)

 Markkinoitiin yleensä nimellä Mini Floppy Disc
 Teknisesti ja ulkonäöltään 8 tuuman levykkeen kaltainen, kirjoitussuojalovi levykkeen oikeassa reunassa
 Erillinen paperinen suojatasku
 Kapasiteetti:
 SSSD: 160 kt
 SSDD: 180 kt
 DSDD: 360 kt (40 uraa, 9 sektoria/ura)
 DSQD (DSHD): 1200 kt (80 uraa, 15 sektoria/ura)
 Commodore 64/128-tietokoneissa 170 kt (35 uraa) ja 340 kt (70 uraa)

3½ tuuman levyke (1984)
Korpun eli 3½ tuuman levykkeen kovassa suojakuoressa on metallinen tai muovinen kirjoituspinnan suoja. Suoja siirtyy sivuun, kun levyke asetetaan levykeasemaan. Suojaan kiinnitetty pieni jousi palauttaa suojan takaisin paikoilleen, kun levyke poistetaan asemasta.

Levykkeen suojakuoren etikettipuolelta katsoen oikeassa yläkulmassa on aukko, jossa on pieni liikkuva muovinpala. Kun aukko on peitetty muovinpalalla, levykkeelle voi kirjoittaa. Kirjoitussuoja otetaan käyttöön avaamalla aukko. Myös vasemmassa yläkulmassa voi olla vastaava aukko, jossa ei kuitenkaan ole liikkuvaa muovinpalaa. Aukko merkitsee, että levyke on suuritiheyksinen (HD, High Density) ja siten kapasiteetiltaan suurempi. Puuttuva aukko merkitsee normaalitiheyksistä (DD, Double Density) levyä. 

 Markkinoitiin yleensä nimellä Micro Floppy Disc
 Levy koostuu sylintereistä. Yhdellä sylinterillä on yksi ura kumpaakin levyn puolta kohden. Tavallisesti levyt ovat kaksipuolisia, mutta yksipuolisiakin voitaisiin käyttää. Uralla on tietty määrä sektoreita, joka riippuu levyn tallennustiheydestä. Sektori on 512 tavua. Tämän perusteella kaksipuolisen levyn tallennuskapasiteetiksi saadaan 2 × C × S × 512 tavua, missä C on sylintereiden määrä ja S on sektoreiden määrä uraa kohden.
 Kapasiteetti:
 SSDD: 360 kt
 DSDD: 720 kt (160 uraa, 9 sektoria/ura)
 Amiga-tietokoneissa 880 kt (160 uraa, 11 sektoria/ura)
 DSHD: 1440 kt (160 uraa, 18 sektoria/ura)
 DSED: 2880 kt

Muut levyketyypit
Edellä mainituista kolmesta merkittävimmästä koosta on myös olemassa paranneltuja versioita. Lisäksi on ollut käytössä erikoisempia levykekokoja, kuten Oricissa ja Amstrad CPC:ssä käytetyt 3 tuuman levykkeet.

Mitsumin Quick Disk -formaatti oli käytössä useissa MIDI-yhteensopivissa laitteissa sekä Nintendon Famicom Disk System -laajennuksessa. Formaatti oli muokattavissa ja sitä oli eri kokoja niin fyysisesti kuin tallennuskapasiteetiltaan.

Suurikapasiteettiset levykejärjestelmät

Iomegan suuremman tallennuskapasiteetin levykkeet Zip 100 ja 250 olivat jossain määrin menestyksekkäitä 1990-luvun lopulla. Samoihin aikoihin esitelty kilpaileva tuote, Imationin LS-120 -levykejärjestelmä (”Superdisk”) ei koskaan yleistynyt siitäkään huolimatta, että sen lukuasema oli alaspäin yhteensopiva 3½-tuumaisten 1,44 Mt:n levykkeiden kanssa.

Sony kehitti MiniDisc-levyistä tietokonekäyttöön soveltuvan MD Data -levyn (kapasiteetti 140 Mt), joita on käytetty tietokoneissa siirrettävinä tallennusvälineinä.

Katso myös
 Massamuisti
 Reikänauha
 Reikäkorttikone

Lähteet

Aiheesta muualla

Tallennusvälineet
Seulonnan keskeiset artikkelit
1900-luvun sähkötekniikan keksinnöt