Количество статей в журналах
"Радиолюбитель", "Радиолюбитель.
Ваш компьютер" за 1993...1997 годы,
посвященных схемотехнике контрол-
леров дисководов [1,2], явно снижа-
ется (рис.1).
Однако тема гибких магнитных
дисков (ГМД) еще не закрыта. Дис-
ководы или накопители на гибких
магнитных дисках (НГМД) входят в
состав как бытовых, так и мощных
профессиональных компьютеров.
Помочь разобраться в тонкостях
работы основных узлов контролле-
ров НГМД, отвечающих за запись-
воспроизведение информации, при-
звана эта статья.
Изложение материала построено
по принципу "логической цепочки"
— из предыдущего вытекает после-
дующее. Некоторые тезисы для луч-
шего понимания освещаются в упро-
щенном виде.
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КОНТ-
РОЛЛЕРА НГМД
На рис.2 приведена обобщен-
ная структурная схема контроллера
НГМД, в которой особо выделены
интересующие нас цепи записи и
чтения информации.
Компьютер (CPU) сообщается с
контроллером, как правило, через
специальный системный разъем.
Для сопряжения используются сиг-
налы шины адреса (ША), шины дан-
ных (ШД) и шины управления (ШУ).
Количество упомянутых сигналов
и их конфигурация зависят от типа
компьютера.
Функционально контроллер НГМД
можно рассматривать как взаимо-
связанную систему параллельного
(байтного) и последовательного (би-
тового) специализированных про-
цессоров [3].
Байтный процессор реализует
функцию сопряжения с CPU, органи-
зует командный режим управления
накопителем, анализирует состоя-
ние НГМД и контроллера. Схемная
реализация байтного процессора ва-
рьируется в зависимости от компью-
терной платформы.
Более того, даже внутри однотип-
ной платформы "ZX-SPECTRUM" из-
вестно по крайней мере четыре раз-
личных дисковых интерфейса: "Beta
128 Disk Interface", "Disciple", "Delta
Disk Interface", "Discovery 1". Каждый
интерфейс предполагает в первую
очередь отличия в байтном процес-
соре.
Функции битового процессора за-
ключаются в организации последо-
вательно-параллельного преобразо-
вания, кодировании записываемой
информации, синхронизации, деко-
дировании данных, обнаружении и
коррекции ошибок обмена с накопи-
телем. Битовый процессор сообща-
ется через внутреннюю шину дан-
ных (ВШД) с байтным процессором.
Схемотехника битового процессора
в достаточной мере упорядочена и
унифицирована.
Узлы записи и чтения являются
передаточным звеном между бито-
вым процессором и дисковым нако-
пителем. Весь набор интерфейсных
линий связи удобно представить в
виде глобальной двунаправленной
магистрали сигналов управления
(СУ), а также сигналов данных запи-
си (ДЗП) и данных воспроизведения
(ДВС).
Для того чтобы более четко пред-
ставлять взаимодействие узлов за-
писи и чтения с остальными элемен-
тами схемы, рассмотрим основные
направления в схемотехнике конт-
роллеров НГМД.
С.РЮМИК,
250033, г.Чернигов, а/я 1772.
КОНТРОЛЛЕР ДИСКОВОДОВ.
КАНАЛ ЗАПИСИ (10/98)
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ
КОНТРОЛЛЕРОВ НГМД
При разработке контроллеров
дисководов специалисты руководс-
твуются следующими принципами:
- доступность элементной
базы;
простота конструкции;
- оригинальность техническо-
го решения.
По мере накопления опыта элек-
трические схемы совершенствуются
и оптимизируются.
Одна из самых простых для пов-
торения схем контроллера НГМД
была предложена для домашнего
компьютера "Специалист" [4]. Реше-
ние задачи на основе
последовательного пор-
та КР580ВВ51А привело
к нестандартной форме
записи и низкой инфор-
мационной емкости дис-
кеты — всего лишь 144
Кб.
Более удачной оказалась попытка
использования логических элемен-
тов низкой и средней степени интег-
рации в контроллере для компью-
тера "Радио-86РК" [5]. В результате
появилось технически оригинальное,
грамотное, но специализированное
решение. Емкость дискеты не пре-
вышала 400 Кб.
Качественный скачок произошел
с началом массового выпуска и при-
менения БИС контроллера НГМД
КР1818ВГ93 (в дальнейшем по текс-
ту — ВГ93). Большинство существу-
ющих схем любительских контролле-
ров дисководов базируется именно
на ВГ93, позволяющей размещать
на двусторонней дискете до 800 Кб
полезной информации.
Схема применения БИС, предло-
женная разработчиками в 1986 году
[6], стала основой для дальнейших
модификаций. Владельцы само-
дельных "ZX-SPECTRUM" в 1989 г.
имели возможность собрать одно-
платный вариант компьютера "ПЕН-
ТАГОН-48" со встроенным контрол-
лером НГМД на базе ВГ93.
ТРИ ПОКОЛЕНИЯ БИС КОНТ-
РОЛЛЕРОВ
Как известно, ВГ93 была создана
по образу и подобию БИС WD1793
фирмы Western Digital [3]. Обе эти
микросхемы можно условно отнести
к первому поколению БИС (табл.1).
"Прародителем" БИС контролле-
ров дисководов следует признать
микросхему ^PD765 японской фир-
мы NEC (Nippon Electric Co.), раз-
работанную в конце 70-х годов. Ее
применение уменьшило число при-
меняемых микросхем в контроллере
НГМД в 20 раз!
"Вторым" поставщиком БИС стала
американская (Intel Corp., объявив-
шая в 1980 году о начале выпуска
функционально совместимого ана-
лога |PD765 — микросхемы i8272.
Модифицированный вариант этой
БИС (i8272A, отечественный ана-
лог — КР1810ВГ72) стал базовой
моделью схем первого поколения и
установил стандарт "де-факто" на
управление НГМД в компьютерах
IBM PC XT/AT. В радиолюбительской
практике данный тип контроллера
был успешно применен в блочно-мо-
дульной микроЭВМ, разработанной
на базе схемы "Микро-80" [2].
В обрамление БИС первого поко-
ления обычно входит дополнительно
до двух десятков корпусов логичес-
ких схем.
Микросхема ВГ93 совместима с
i8272A по программно-аппаратно-
му интерфейсу, но имеет более уп-
рощенную структуру и пониженную
тактовую частоту. Кроме того, для ее
питания требуется два, а не один ис-
точник напряжения.
В контроллерах второго поколе-
ния используются СБИС типа Intel
i82072, NEC |jPD76062, NSDP8473
в комплекте с 3...8 дополнительны-
ми микросхемами. Эти контроллеры
имеют расширенный набор команд,
обеспечивающий совместимость с
i8272A, a также встроенный буфер
FIFO (First Input — First Output), под-
держку страничной организации до-
рожек и т.д. Упомянутые новшества
помогают реализовать сопряжение
с высокоскоростными шинами типа
EISA, MCA (Micro ChAnnel).
На современных системных
платах компьютеров, подобных
"PENTIUM", контроллеры НГМД вхо-
дят составной частью внутрь СБИС-
чипов. Это уже техника третьего по-
коления. Если в схемы контроллеров
НГМД первых двух поколений радио-
любитель с паяльником в руках еще
может попытаться внести какие-то
усовершенствования, то в СБИС-
чипах это сделать принципиально
невозможно.
Итак, вернемся к контроллерам
первого поколения. Узлы записи и
чтения являются внешними по отно-
шению к БИС. С точки зрения работы
канала записи представляется важ-
ным тот факт, что БИС первого поко-
ления позволяют осуществлять два
метода кодирования — ЧМ и МЧМ.
Какой же из методов лучше?
СПОСОБЫ ЗАПИСИ ИНФОРМА-
ЦИИ НА МАГНИТНЫЙ НОСИТЕЛЬ
При магнитной записи в качестве
физического носителя информации
используется остаточная намагни-
ченность ферроматериала. С помо-
щью магнитной головки феррома-
териал может намагничиваться до
насыщения в одном из двух направ-
лений: ток записи одного направле-
ния условно принимается за "+J",
ток противоположного направления
— за "-J", размагниченное состояние
принимается за "0".
Способы записи информации под-
разделяются на двухуровневые ("+J",
"-J") и трехуровневые ("+J", "0", "-J").
Существуют также двухчастотные,
Табл.1
трехчастотные и многочастотные
способы записи. И наконец, различа-
ют способы записи с целочисленной
кратностью временных интервалов
(например 1:2:3) и со смешанной
кратностью (например 1:1,5:2).
Для разных типов физических
носителей (магнитная лента, гибкий
диск, жесткий диск) существуют свои
оптимальные методы кодирования.
В накопителях с гибкими магнитны-
ми дисками применяют два основных
метода, частотную модуляцию (ЧМ)
и модифицированную частотную мо-
дуляцию (МЧМ). Они, по сравнению
с другими, более просты в аппарат-
ной реализации, а также обладают
важным свойством самосинхрониза-
ции.
На рис 3 приведены временные
диаграммы формирования сигналов
В зарубежной литературе метод
ЧМ называют "манчестерским" или
FM (Frequency Modulation)
Судя по рис.3, способ ЧМ можно
классифицировать как двухуровне-
вый, двухчастотный (0,5Т; Т), с цело-
численной кратностью интервалов 1
2.
Способ записи МЧМ (другие на-
звания — "код Миллера", MFM) поя-
вился позже, чем ЧМ — в конце 70-х
годов. Способ МЧМ классифициру-
ется как двухуровневый, трехчастот-
ный (Т; 1,5Т; 2Т), со смешанной крат-
ностью интервалов 1:1,5:2
При МЧМ на дискете можно раз-
местить при прочих равных условиях
вдвое больше цифровой информа-
ции, чем при ЧМ.
Сказанное требует пояснения.
На рис.3 количество импульсов сиг-
нала МЧМ ровно в 2 раза меньше,
чем ЧМ. Если количество импульсов
мысленно уравнять, то окажется, что
МЧМ-сигнал позволяет переносить
удвоенное количество битов данных.
Метод ЧМ относят к способам запи-
си с одинарной плотностью (SD —
Single Density), а МЧМ — с двойной
плотностью (DD — Double Density)
Для того чтобы реализовать вы-
сокие потенциальные возможности
кода МЧМ, требуется выйти на опре-
деленный уровень технологии маг-
нитной записи. Поэтому исторически
сложилось так, что в БИС первого
поколения были предусмотрены оба
режима работы — как МЧМ, так и
ЧМ.
В отечественной БИС ВГ93 ме-
тод ЧМ остался для совместимости
с ранними моделями персональных
компьютеров. Не надо забывать, что
первые IBM PC работали под MS
DOS 1.0 и позволяли размещать 160
Кбайт данных на односторонней дис-
кете при ЧМ-способе записи.
В дальнейшем все выкладки бу-
дут проводиться только для МЧМ-
сигналов, что характерно для подав-
ляющего большинства домашних
компьютеров
(Продолжение следует)
ЧМ и МЧМ из исходной цифровой
последовательности.
