Normen bei 3,5-Zoll-Disketten

Wie erwähnt, bin ich ja gerade dabei und lese meine alten Amiga-Disketten ein, um sie in Images für Emulatoren umzuwandeln, sodass ich mein Retro-Computing-Projekt weiter verfolgen kann.

Und eigentlich ist das alles auch ganz einfach: Diskette rein, Streamfiles und Image erzeugen, fertig!
Hier und da stolpere ich dabei aber auch über ein paar exotischere Disketten, die mehr Aufmerksamkeit beim Einlesen benötigen und daher fasse ich an dieser Stelle einmal ein paar Normen von 3,5-Zoll-Disketten zusammen, um mir die Lösungssuche zu vereinfachen.

Viel Spaß beim Lesen!

Format-Fakten von 3,5-Zoll-Disketten

3,5-Zoll-Disketten haben eine Breite von etwa — Überraschung! — 3,5 Zoll, oder umgerechnet 90 mm.
Sie sind 94 mm lang und 3,3 mm hoch und haben eine Speicherkapazität — je nach Norm (siehe weiter unten) — zwischen 360 und 3.520 Kilobyte.

Die üblichen und am meisten verbreiteten Disketten haben eine reguläre Speicherkapazität von 1.440 Kilobyte.

Normen von 3,5-Zoll-Disketten

Spannend wird es nun bei den verschiedenen Normen oder Datendichten, die 3,5-Zoll-Disketten haben können.
Man unterscheidet im Allgemeinen zwischen vier Kennzahlen:

  1. zwischen einseitig oder doppelseitig beschriebenen Disketten
  2. zwischen unterschiedlichen Spurdichten
  3. zwischen unterschiedlichen Aufzeichnungsdichten
  4. und verschiedenen Aufzeichnungsverfahren

Oft finden sich auf den Disketten auch direkt die Angaben, um welchen Typen es sich handelt, wobei die Anzahl der Seiten und die Aufzeichnungsdichte in einem Rutsch angegeben werden.

Seiten

Single Sided (SS/1S/1)

Lediglich eine Seite der Magnetspeicherscheibe ist beschrieben.

Double Sided (DS/2S/2)

Sowohl die Oberseite als auch die Unterseite der Magnetspeicherscheibe sind beschrieben.


Spurdichte (tpi)

Die Spurdichte gibt die Anzahl der Datenspuren pro Zoll auf der Diskette an, also wie dicht diese beieinander liegen. Sie unterscheidet sich zumeist zusammen mit der Aufzeichnungsdichte und wird mit der Einheit tpi (tracks per inch) angegeben.

Übliche Werte sind 48, 96 oder 135 tpi (am verbreitetsten) oder bei Commodore auch 100 tpi.


Aufzeichnungsdichte

Die Aufzeichnungsdichte ist, vereinfacht gesprochen, ein Maß für die Anzahl der Daten, die auf einen Datenträger geschrieben werden können. Je höher die Dichte, desto mehr Daten können auf dem selben physikalischen Platz gespeichert werden.

Single Density (SD/1D)

Sie gibt es sowohl als SS- und DS-Variante, beide sind jedoch eher selten zu finden.
SD-Disketten werden mittels digitaler Frequenzmodulation (FM) bitweise beschrieben und verfügen über 40 Spuren mit je 9 Sektoren bei einer Spurdichte von 67,5 tpi.

Die Speicherkapazität beträgt bei der DS-Variante 360 Kilobyte.

Double Density (DD/2D)

Entspricht der ISO-Norm ISO/IEC 8860-1:1987 und sind zumeist zweiseitig beschreibbar (Kennzeichnung: 2DD). Man kann DD-Disketten sehr gut daran erkennen, dass sie im Gegensatz zu den HD-Disketten lediglich über das Loch für den Schreibschutz verfügen und das gegenüberliegende Kennloch für die HD-Kennzeichnung fehlt.
Jedoch sind, technisch gesehen, DD- und HD-Disketten gleich aufgebaut, weshalb es theoretisch möglich ist, mittels Bohrung das HD-Kennloch hinzuzufügen und diese auch als HD-Disketten zu nutzen.

DD-Disketten haben eine Spurdichte von 135 tpi bei 80 Spuren zu je 9 Sektoren und 512 Bytes pro Sektor und werden meist mit modifizierter Frequenzmodulation beschrieben.

Je nach Formatierung ergeben sich abweichende Speicherkapazitäten:

  • Amiga: 880 Kilobyte (gelegentlich auch 950 Kilobyte)
  • Apple Macintosh: 400 Kilobyte (SS)/800 Kilobyte (DS)
  • Atari ST: 720 Kilobyte (gelegentlich auch 950 Kilobyte)
  • IBM-PC: 720 Kilobyte

High Density (HD)

Entspricht der ISO-Norm ISO/IEC 9529-1:1989 und sind wohl die am meisten verbreiteten Disketten.
Lesend sind sie zu DD-Disketten abwärtskompatibel, das heißt ein DD-Laufwerk kann HD-Disketten lesen, diese jedoch nicht beschreiben. Sie verfügen zusätzlich zum Loch für den Schreibschutz auch das HD-Kennloch auf der gegenüberliegenden Seite.

HD-Disketten haben eine Spurdichte von 135 tpi bei 80 Spuren zu je 18 Sektoren und 512 Bytes pro Sektor und werden meist mit modifizierter Frequenzmodulation beschrieben.

Die Speicherkapazität beträgt 1.440 Kilobyte.

Überformatierung

Aus zwei Gründen wurden HD-Disketten in der Vergangenheit oft überformatiert:

  1. Erhöhung der Speicherkapazität
  2. einfacher Kopierschutz

Der schwache Kopierschutz kommt dadurch zustande, dass die meisten Standard-Kopierprogramme lediglich 80 Spuren mit je 18 Sektoren kopieren konnten und die Programme aufgrund der fehlenden Daten nicht lauffähig waren.
Übliche Überformatierungen waren 82 Spuren zu je 21 Sektoren (Kapazität: 1.722 Kilobyte) oder 80 Spuren zu je 22 Sektoren (Kapazität von 1.760 Kilobyte) — theoretisch möglich wäre eine Überformatierung mit maximal 82 Spuren zu je 22 Sektoren.

Die Kombination von 80 Spuren zu je 22 Sektoren wird bei AmigaOS sogar als Standard genutzt, sodass es mit einem gewöhnlichen PC-Floppycontroller unter Windows nicht möglich ist, die Disketten einfach zu kopieren/einzulesen.
Überformatierte Disketten können im Zweifel nicht von allen Laufwerken gelesen werden, da diese ja auf die zusätzlichen Spuren zugreifen können müssen.

Extra-high Density (ED)

Entspricht der ISO-Norm ISO/IEC 10994-1:1992 und verfügen über eine Speicherkapazität von 2.880 Kilobyte.


Aufzeichnungsverfahren

Digitale Frequenzmodulation (FM)

Die Frequenzmodulation bildet die einzelnen Bits direkt durch ihren Zustand (geladen/nicht geladen) auf dem magnetischen Datenträger ab. Weitere Informationen.

modifizierte Frequenzmodulation (MFM)

Die modifizierte Frequenzmodulation ist eine Verbesserung der normalen Frequenzmodulation und arbeitet im Gegensatz zur bitweisen Abbildung mit Polaritätswechsel und zusätzlichen Taktbits. Weitere Informationen.

Gruppenkodierte Aufzeichnung/Gruppenwechselschrift (GRC)

Hierbei wird ein Daten-Byte mit zehn oder mehr Bit so kodiert, dass nie mehr als zwei Null-Bits aufeinanderfolgen. Eins-Bits werden durch einen Polaritätswechsel der magnetischen Datenträgeroberfläche dargestellt, Null-Bits durch keinen Polaritätswechsel innerhalb einer bestimmten Zeitperiode.

Dieses Verfahren kam ausschließlich (in zwei Ausprägungen) bei Apple und Commodore bei 5¼-Zoll-Disketten zum Einsatz. Weitere Informationen.

Die Kreativität der damaligen Zeit

Um das vorhandene Medium der 3,5-Zoll-Disketten bestmöglich ausnutzen zu können, sind einige Hersteller sehr kreativ geworden und haben die technischen Gegebenheiten aufgebohrt, um mehr Daten auf den Disketten speichern zu können. Und das ist genau der Punkt, wo es als Archivar dann kompliziert wird:

Während man beim Überformatieren mehr Sektoren auf eine Spur bringt, haben einige Hersteller die Idee verfolgt je Spur eine variable Anzahl an Sektoren zu schreiben. Da die Magnetscheibe einer Diskette im äußeren Bereich schneller dreht, als im inneren Bereich, gab es jedoch Probleme beim verlässlichen Schreiben/Lesen der Daten. Deshalb variierten Apple und Victor/Sirius die Umdrehungsgeschwindigkeit des Laufwerks (Standard: ca. 300 Umdrehungen pro Minute) und Commodore entschied sich dazu, die Datenrate abhängig von der Kopfposition anzupassen.
Durch diese kreativen Anpassungen waren die Disketten in Laufwerken anderer Hersteller jedoch nicht mehr lesbar, was die spätere Archivierung natürlich enorm erschwert.

Um die Zugriffsgeschwindigkeit auf die Daten der Diskette zu erhöhen, wurden die Daten auf der Diskette fragmentiert im sogenannten Interleaving gespeichert. Hierbei werden die Sektoren nicht numerisch aufsteigend, sondern in anderer Reihenfolge auf eine Spur aufgezeichnet.

Und dann gab es noch die tolle Idee, den logisch ersten Sektor einer Spur etwas versetzt gegenüber den benachbarten Spuren anzuordnen, so dass beim Lesen aufeinanderfolgender Spuren nach einem Spurwechsel, in dessen Verlauf sich die Diskette ja etwas weiterdreht, dieser Sektor gerade unter dem Lesekopf ankommt, so dass gleich weiter gelesen werden kann.

All diese kreativen Lösungen stellen mich gerade beim Einlesen von alten Disketten vor enorme Herausforderungen. Diese Zusammenstellung soll mir erstmal nur bei der Suche nach der Herausforderung helfen. Wenn ich diese identifiziert habe, muss ich schauen, welcher Hack mein altes Mitstumi-Laufwerk dazu bewegt, die Daten doch richtig einzulesen.

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