مكونات مشغلات الأقراص المرنة Components of Floppy Disk Drive

 

مكونات مشغلات الأقراص المرنة

Components of Floppy Disk Drive

مقدمة :

في فترة الستينات قدم العالم آلان شوجارت "Alan Shugart" اختراع مشغل الاسطوانات المرنة ، وكان ذلك أثناء عمله في شركة IBM ، وعلي وجه التحديد قد تم انجاز هذا الاختراع في معامل شركة IBM عام 1967 عندما كان يرأس فريق مهندسي هذا المعمل ، وكان أحد مهندسي الفريق الذي يدعي دافيد نوبل "David Noble" قد قدم اقتراحاً بالمادة الوسيطة التي تستخدم لتخزين البيانات ، حيث كانت هذه المادة تتسم بالمرونة وقطر ثمانية بوصه مع غلاف واقي من الألياف الصناعية ، في عام 1969 ترك شوجارت شركة IBM وأخذ معه أكثر من مائة مهندس ليعملوا في شركة ميموركس "Memorex" في عام 1973 ترك شركة ميموركس مرة أخري ليقوم هو ومجموعة من الشركاء بتأسيسي شركة لصناعة مشغلات الأقراص المرنة ، ولازال نظام ربط مشغل الأقراص المرنة "Floppy Interface" الذي قدمه شوجارت هو الأساس في صناعة كل مشغلات الأقراص المرنة للحاسبات الشخصية حتي الآن ، وفي عام 1974 ظهر مشغلاً للأقراص المرنة ذو قطر 5.25 بوصة ليصبح هو القياسي ويحل محل النوع ذو قطر 8 بوصة.

عناصر المشغل :

تتكون عناصر مشغلات الأقراص المرنة بصرف النظر عن نوعها 5.25 بوصة أو 3.5 بوصة من عدة عناصر مشتركة بينهم ، فيما يلي شرح كل عنصر من هذه العناصر ، حيث يبين شكل 1-1 أجزاء نموذج لأحد المشغلات.

1 (1)

1- رؤوس القراءة / الكتابة Read/ Write Heads :

في النوع الحديث من الأقراص المرنة ذات الوجهين يحتوي مشغل هذه الأقراص "Double Side Drive" ،علي رأسين للقراءة / للكتابة ، حيث يخصص رأس للقراءة / للكتابة لكل وجه ، يقوم محرك كهربي بأداء الحركة الميكانيكية للرأس ويطلق علي هذا المحرك مشغل الرأس "Head Actuator" ، وتتحرك الرأس علي سطح القرص المرن في خط مستقيم لتنتقل من مسار track إلي آخر ، ولأن رأسي القمة والقاع مبنيان كجزء ميكانيكي واحد لذا فكلاهما يتحرك كوحدة واحدة ولا يمكن لأيهما أن يتحرك مستقلاً عن الآخر ، وتتكون الرأس من قبل حديدي ملفوف عليه ملف ممغنط ، يبين شكل 1-2 أجزاء رأس القراءة / الكتابة لكل من مشغل أقراص مرنه ذات وجد واحد ومشغل أقراص مرنه ذات وجهين.

1 (2)

يبين شكل 1-3 أن الرأس تحتوي علي ثلاث رؤوس فرعية مجمعة معا ، أحدهما تستخدم للتسجيل "Recording Head" والرأسين الآخريين يستخدمان للمسح ويطلق عليهما " Tunnel Erase Head" .

1 (3)

ويطلق علي طريقة التسجيل هذه المصطلح "Tunnel Erasure" أي المحو النفقي لأن عملية التسجيل يصاحبها محو وتنظيف جانبي المسار بواسطة رأسي المحو النفقي ، ويتم الحو للمحيط الخارجي للمسار أي حول نطاق منطقة تسجيل البيانات ، يتم تسجيل البيانات علي نطاق ضيق من المسار ، هذا النطاق الضيق يعتبر نفق البيانات Data Tunnel ، وميزة هذه الطريق من التسجيل Tunnel Erasure أنها تمنع أي تداخل إشارات من مسار إلي مسار آخر مجاور له.

يتم ضبط وضع الرأس بحيث تكون علي استقامة مع المسار الذي يتم تخزين البيانات به بواسطة عملية تسمي "Alignment" ويمكن اختبار محاذاة Aligning الرأس مع المسار بواسطة قرص مرن قياسي يعد خصيصاً كأساس للاختبار ويطلق عليه Reference- Standard Disk قد تم التسجيل عليه بواسطة آلة خاصة بضبط المحاذاة ، يمكن لمستخدمي الكمبيوتر استخدام هذا النوع من الأقراص لضبط المحاذاة بمشغلات الأقراص المرنة الخاصة بأجهزتهم.

أثناء عملية القراءة / الكتابة يقوم رأسي الوجهين بالضغط الخفيف علي سطح القرص المرن ، ونتيجة لدوران القرص بسرعة 300 لفه / دقيقة أو 360 لفه / دقيقة فإن هذا الضغط الخفيف لا يحدث أي احتكاك زائد غير مرغوب فيه ، هناك بعض الأقراص المرنة تغطي بطبقة من مادة التفلون "Teflon" لتقلل الاحتكاك بين الرأس والقرص المرن وتساعد علي انزلاق القرص المرن تحت الرأس ، أيضاً نتيجة تلامس الرأسين للقرص المرن ، تتراكم مادة أكسيديه من القرص علي الرأسين ، ويمكن إزالة المادة المتراكمة من علي الرأسين أثناء عمليات الصيانة لمشغلات الأقراص المرنة ، ولتتم عملية القراءة / الكتابة بشكل سليم يجب أن يكون التلامس بين الرأسين والمادة الوسيطة للقرص المرن مباشر دون وجود شوائب بينها ، ويجب ملاحظة أن وجود أي شوائب مثل بعض رذاذ المادة الأكسيدية أو بعض الأوساخ أو بعض الأتربة أو الأدخنة أو بصمات الأصابع أو بعض الشعيرات يمكن أن يسبب مشاكل في عمليات القراءة / الكتابة ، فقد أقرت الاختبارات التي قامت بها شركات تصنيع الأقراص المرنة ومشغلاتها بأن وجود فراغ ضئيل حتي ولو في حدود 0.000032 بوصة يمكن أن يتسبب في خطأ بعملية القراءة / الكتابة ، من هذا يتبين لنا أنه يجب التعامل مع القرص المرن بحرص ، بحيث يجب عدم ملامسة المادة الوسيطة له بأصابع اليد ، وقد تم معالجة هذا الأمر في الأقراص ذات قطر 3.5 بوصة ، إلا أنه في النوع ذو قطر 5.25 بوصة المشكلة موجودة ولابد من الحذر في هذا النوع عند إمساك أو تناول القرص المرن من هذا النوع.

2- مشغل الرأس Head Actuator :

مشغل الرأس عبارة عن محرك يقوم بتحريك الرأس علي سطح القرص في اتجاه نحو مركز القرص أو نحو الخارج في حركة مستقيمة ، وهذا المحرك الذي يقوم بهذه الحركة الميكانيكية هو أحد أنواع المحركات الكهربية الخاصة التي يطلق عليها محرك الخطوة "Stepper Motor".

ويدور هذا المحرك في اتجاهين وبقدر محدد ثابت يمكن أن يكون أقل من دورة كاملة ، ولا يدور هذا النوع من المحركات دوران مستمر ولكن عندما تصله إشارة كهربية يدور جزء من الدورة الكاملة يتم تحديده مسبقاً ثم يتوقف ، يطلق علي جزء الدورة الذي يدوره المحرك بالخطوة ، ويمكن أن تكون الخطوة في أي من الاتجاهين ، والخطوة التي بتحركها هذا المحرك تمكن الرأس من الانتقال من مسار إلي المسار التالي أو السابق ، ويمكن أن تكون إشارة المحرك بحيث تجعله يدور عدة خطوات لكي تنتقل الرأس إلي مسار معين ، يقوم بإعطاء إشارة الأمر للمحرك حاكم القرص Disk Controller فمثلاً عندما يراد انتقال الرأس إلي المسار الخامس والعشرين فإن حاكم القرص يعطي أمراً للمحرك يجعله يتحرك إزاحة دورانية قيمتها 25 خطوة "Detent" ، وحيث أن حركة المحرك دورانية ولكن مطلوب أن تكون حركة الرأس خطيه لذلك يتم تحويل الحركة الدورانية للمحرك إلي حركة خطية وذلك عن طريق عربه تحمل الرأس وتتحرك علي دليلين عبارة عن قضيبين من الصلب ، ويقوم بدفع العربة عمود مقلوظ مثبت في محور محرك الخطوة ، في مشغلات الأقراص المرنة ذات 48 مسار لكل بوصة (48 TPI) يكون محرك الخطوة ذو خطوة زاوية قدرها 3.6 درجة ،تنتقل رأس القراءة / الكتابة من مسار إلي المسار التالي ، بينما بالنسبة لمشغلات الأقراص المرنة ذات 96 TPI أو ذات 135 TPI فإن الخطوة الزاوية للمحرك هي 1.8 درجة أي نصف خطو النوع 48 TPI ، إذا ألقينا نظرة علي البيانات الموجودة علي مشغل القرص المرن 5.25 بوصة 360 كيلو بايت سنجد أن محرك الرأس من النوع 48 TPI بخطوة 3.6 درجة بينما في الأنواع الأخري من مشغلات الأقراص المرنة تكون الخطوة 1.8 درجة ، ومحرك الخطوة هو محرك اسطواني الشكل صغير الحجم ويثبت في أحد أركان مشغل الأقراص المرنة ، ويستغرق المشوار الكامل للمحرك وقتا قدره 0.2 ثانية أي 200 مللي ثانية ويطلق علي هذا الزمن زمن المشوار Stroke Time ، وعلي هذا الأساس فإن زمن نصف المشوار هو 100 مللي ثانية ، وزمن ثلث المشوار 66 مللي ثانية ، وتستخدم أزمنة نصف المشوار وثلث المشوار في تحديد زمن الوصول المتوسط لمشغل الأقراص المرنة "Average access time" ، وزمن الوصول المتوسط هو المن الذي تستغرق الرأس للانتقال من مسار إلي آخر.

3- محرك الدوران Spindle Motor:

يقوم هذا المحرك بدوران القرص المرن بسرعه 300 لفة / دقيقه أو بسرعه 360 لفة / دقيقه ، هذا يتوقف على نوع المشغل . ويعتبر المحرك الوحيد الذى يدور بسرعه 300 لفة / دقيقه هو الخاص بمشغل الأقراص المرنه قطر 5,25 بوصة ذو السعة العالية ( (HDبينما محركات المشغلات الأخرى منها 5.25 بوصة ذو السعة المزدوجة (DD) و 3.5 بوصة ذو السعة المزدوجة (DD) و 3.5 بوصة ذو السعة العالية(HD) و 3.5 بوصة ذو السعة العالية الزائده (ED) Extra- High Density فهي تدور بسرعة 360 لفة/ دقيقه. في المشغلات القديمة كانت تنتقل الحركة من المحرك إلي محور القرص المرن عن طريق سير , لكن فى المشغلات الحديثه تنتقل الحركة مباشرة من محور المحرك إلى محور القرص المرن . وهذا النظام الميكانيكىفى المشغلات الحديثة يعد أفضل لأنه يتفادي الفقد فى العزم نتيجة نسبة الانزلاق فى السير الذى استخدم فى المشغلات القديمة.

4- لوحات الدوائر الالكترونية:

يشتمل مشغل الأقراص المرنة على لوحة أو أكثر للدوائر المنطقيه والالكترونية التي تقوم بالتحكم فى مشغل الرؤوس والتحكم في رؤوس القراءة / الكتابة والتحكم في محرك دوران القرص Spindle Motor والتحكم في حـساسات القرص ’’ disk sensors ‘‘. تعتبر لوحة الدوائر المنطقية دائرة ربط المشغل بلوحة التحكم Controller board الموجودة بوحدة النظام . وتستخدم ميع مشغلات الأقراص المرنة لوحة التحكم القياسية (SA- 400) Shugart associates . حيث لازلت نظم الربط القياسية التى اخترعها شوجارت عام 1970 هى الأساس في نظم الربطبين مشغلات الأقراص ونظام الكمبيوتر . فى الفصل الثانى سوف نقوم بشرح نظرية عمل هذه الدوائر.

5- واجهة المشغل Face Plate:

وهى لوحة من البلاستيك تختلف من مشغل لآخر من حيث اللون أو المواصفات.

6- فيش التوصيل: Connectors

يشتمل مشغل الأقراص المرنة على فيشتين للتوصيل أحدهما للتغذية الكهربية Power Connector والأخرى خاصة بإشارات التحكم والبيانات Data-Connector . وتعد هذه الفيش قياسية بمعنى أنها واحدة فى جميع المشغلات، فبالنسبه لفيشة التغذية فهى ذات أربعة أطراف فى صف واحد ( أنظر شكل 1-4).

1 (4)

أما بالنسبة لفيشة التوصيل الخاصة بالبيانات وإشارات التحكم فهى تشتمل على 34 طرف موزعه فى صفين. ويلاحظ أن حجم فيشة التوصيل سواء الخاصة بالتغذية أو الخاصة بالبيانات فى المشغلات الـ5.25 بوصة يكون حجمها أكبر من الموجوده بالمشغلات الـ 3.5 بوصة برغم نفس عدد الأطراف ووظائفها متماثل فى الحالتين (3.5 بوصة والـ 2.5 بوصة ) . وتعتبر فيش التغذية بالمشغلات سواء النوع صغير الحجم أو النوع كبير الحجم هي فيش ذات أطراف ذكر ( أطراف مدببه ) بينما فيش كابلات وحدة التغذية التي توصل بفيش المشغلات فهي ذات أطراف من النوع الأنثى (ذات الثقوب). الجدول الآتى يبين وظائف أطراف فيش التغذية للنوع ذو الحجم الصغير وللنوع ذو الحجم الكبير.

Wire Color

Signal

Small Power Connector

Large Power Connector

Yellow

+12 Vdc

Pin 4

Pin 1

Black

Ground

Pin 3

Pin 2

Black

Ground

Pin 2

Pin 3

Red

-5 Vdc

Pin 1

Pin 4

يوجد بعض مشغلات الأقراص المرنة خصوص ببعض نظم الـ IBM-PS/2 ذات فيشة توصيل واحده تؤدى وظيفة التغذية ووظيفةنقل البيانات وإشارات التحكم، هذه الفيشة تشتمل على 40 طرف.

Possibly Related Posts:


كتب في نفس المجال او من نفس الفئة

About farahat 1475 Articles
الــبــاجور - المـنـوفـيـة - جمهورية مصر العربية 0106331333 مهندس /احمد فرحات درس هندسه و علوم النظم و الحاسبات و له خيرة 18 عام في المجالات الهندسية المتعلقه بالنظم الهندسية كافة سواء كانت نظم لها علاقة بالعتاد (كهربيه - الكترونية - ميكانيكية) او نظم لها علاقة بالبرمجيات و قد حصل علي دبلومة مابعد التخرج في هندسه و علم الحاسب

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*