Die Floppy Disk

Über Zwanzig Jahre lang war die Floppy Disk der Standard Speicher für Heimcomputer, dabei liegen ihre Wurzeln bei IBM als Medium um neue Softwareversionen für das System 370 einzuspielen. IBM brachte für dieses Großcomputersystem 1969 die 8 Zoll große erste Floppy Disk auf den Markt. Sie bestand aus einer Schiebe aus Kunststoff, mit einer dünnen Beschichtung aus Eisenoxid. Sie war in einer flexiblen Plastikhülle eingeschlossen, Zugriff auf die Oberfläche war nur an einer Stelle möglich, wo der Schreib/Lesekopf die Daten auslesen konnte.

Da die damaligen Disketten, wie auch noch die folgende Generation biegsam waren, bekam das Medium die Bezeichnung „Floppy Disk“ also „weiche Scheibe“. An dem Prinzip der Aufzeichnung änderte sich nichts: Ein Schreib/Lesekopf unterteilte die Oberfläche radial in Spuren und entlang einer Spur in Sektoren gleicher Größe, zwischen denen es eine Lücke gab. Die seltenen, hardsektorierten Disketten hatten pro Sektor ein Indexloch, anhand durch das durchgeleitete Licht einer LED, der Sektoranfang festgestellt werden konnte. Hier lag die Kapazität fest. Üblich waren dagegen die softsektorierten Disketten, bei denen die Größe des Sektors und die Anzahl frei wählbar waren. Die Kapazität wurde bei verkauften Disketten lange Zeit immer unformatiert angegeben, weil die Aufteilung der Oberfläche in Sektoren von Hersteller zu Hersteller variieren können. Die Nettokapazität betrug üblicherweise 60-75% der Bruttokapazität, weil man hinter jeden Sektor ein Stück nicht nutzen konnte. Je kleiner die Sektoren desto kleiner die nutzbare Nettokapazität.

Üblich waren Sektoren mit 256 Bytes (üblicherweise 16 Stück pro Spur), 512 Bytes (8 oder 9 pro Spur) oder 1024 Bytes (5 pro Spur). Standardisiert waren die Spuren. Es gab Disketten mit 40 oder 80 Spuren pro Oberfläche und einer oder zwei Oberflächen (single oder double density, single oder double sided). Die Unterscheidung erfolgte zumeist durch zusätzliche Indexlöcher. So gab es nicht wenige Tipps & Tricks indem man Indexlöcher stanzte oder zuklebte man Disketten mit mehr Daten beschreiben konnte, z.B. die Rückseite nutzen oder eine höhere Datendichte. Das war zumindest wenn man die höhere Datendichte nahm, natürlich riskant, denn ausgelegt waren die Disks nicht für diesen Einsatz. Relativ harmlos war es dagegen nicht nur 40 sondern 41-43 Spuren zu benutzen. Üblicherweise gab es noch den Platz dafür. Da die Formate nicht standardisiert waren, reichte es bei vielen CP/M Rechnern einfach die Anzahl der Spuren, der Sektoren und ihre Nummerierung/Größe dem Betriebssystem mitzuteilen und nach Neuformatierung konnte man dann mehr Daten auf die Disk packen.

Unformatiert entsprachen die Kapazitäten 125, 25ß0, 500 und 1000 Kilobyte pro Disk. Formatierte Kapazitäten lagen zwischen 89 und 800 Kilobyte.

1972 führte Memorex eine beschreibbare Version der 8″ Diskette ein. Vorher waren sie nur als Read-Only Medium für das Verteilen von Software genutzt worden. Diese erste Version hatte eine Kapazität von 80 KByte, das entsprach 1000 der damals noch üblichen Lochkarten bei IBM.

Diese 8 Zoll Disketten waren noch nicht sehr verbreitet. Als der Altair aufkam, gab es erst nach zwei Jahren eine Diskettenstation mit 8 Zoll Laufwerken sowie eine BASIC Version die sie unterstützte. Sie war auch dann noch sehr teuer und nur wenige Käufer eines Altairs kauften sich ein Diskettenlaufwerk .8 Zoll Disketten hatten typischerweise 77 Spuren.

Den Durchbruch für die Technologie brachte die von Alan Shugart 1976 auf den Markt gebrachte „Mini“ Floppy mit 5,25 Zoll Seitenlänge. Ihr Laufwerk war mit 500 Dollar dreimal billiger als ein 8″ Laufwerk und auch viel handlicher. Gary Kildall schrieb CP/M als Betriebssystem weil er die Software benötigte, um für sein von Intel zur Verfügung gestelltes Entwicklungssystem eine Shugart-Floppy nutzbar machen zu können. Der Bedarf nach einem Betriebssystem, das Floppys und ihren Speicherplatz programmübergreifend verwalten konnte war so groß, das Gary Kildall seine eigene Firma gründete und Digital Research zu einer umsatzstärksten Softwarefirma der siebziger Jahre wurde. Die ersten 5,25 Disks hatten 35 Spuren, später folgten 40 und 80 Spurlaufwerke.

Was allerdings von CP/M nicht standardisiert wurde, war das Format der Disketten. So gab es für CP/M Rechner sehr viele unterschiedliche Formate. Viele Hersteller kochten hier ein eigenes Süppchen. Allerdings gab es sehr oft die Möglichkeit ein Standardformat, so das IBM-Format mit 8 Sektoren pro Spur und 40 Spuren zu je 512 Byte zu lesen um Software auszutauschen. Andererseits konnte so ein preiswerter Rechner wie ein Heimcomputer ein einfaches und preiswertes Laufwerk mit nur einem Schreib/Lesekopf und nur der Fähigkeit 40 Spuren abzutasten einsetzen, während ein anderes Modell für den Firmeneinsatz beide Seiten nutzte und 80 Spuren unterstützte. Manche Firmen hatten beides im Angebot. So gab es bei Commodore die CBM Serie mit 500 KByte pro Disk und zwei Laufwerken pro Station, während der C64 nur ein Laufwerk unterstützte, das 170 KByte speicherte.

Auch die ersten Diskettenlaufwerke für die IBM-PC waren vom 5,25″ Standard. Sie fassten anfangs 160 KByte , später 180 KByte und mit einem Patch zum Schreiben der Rückseiten auch 320/360 KByte. Sie wurden bald zum Standard auch bei Rechnern die nach anderen Hardwarestandards gebaut wurden.

1985 führte der IBM AT Diskettenlaufwerke mit hoher Dichte ein, (DS/HD) die nach wie vor 80 Spuren verwandten, aber 15 Sektoren pro Spur.  Noch immer hielt IBM am 5,25″ Format fest. Für tragbare Computer hatte IBM aber schon die kleineren 3,5 Zoll Disketten eingesetzt, die Sony 1981 eingeführt hatte. Sie waren nicht nur handlicher, sondern durch eine starre Kunststoffhülle auch robuster. Es gab dann auch einige Spezialformate die sich jedoch nie breit durchsetzen konnten. So setzte die in Europa sehr erfolgreiche Firma Amstrad auf den noch kleineren 3″ Standard und einige Rechner hatten sogar 2,5″ und 2,8″ Disks. Diese Speziallösungen hatten aber den Nachteil, dass Anwender ein vielfaches für eine Diskette bezahlen mussten. Die erste Disketten im 3″ Format, die der Autor für seinen Rechner der Firma Amstrad brauchte, wurden nicht im Zehnerpack verkauft, sondern kosteten 17,98 DM pro Diskette. Dagegen kosteten zum gleichen Zeitpunkt 10 Disketten im 5,25 Format nur rund 40-50 DM.

1987 führte IBM dann die 3,5″ Diskette beim System PS/2 ein, ebenfalls in hoher Dichte mit 18 Sektoren pro Spur. Es war das letzte standardisierte Format, und bis zum Jahr 2003 war ein Laufwerk dieses Typs Standard in einem PC. Die nachfolgenden Typen konnten sich aus verschiedenen Gründen nicht durchsetzen. Das 2.880 KB Laufwerk (DS/ED) von IBM, weil es wie andere Erfindungen einer neuen Computergeneration patentrechtlich geschützt war. Später erschienen Alternativen wie magnetooptischen Disketten von 10 oder 21 MByte Kapazität anfangs der Neunziger Jahre. Zu diesem Zeitpunkt war es aber schon so, dass die meisten Rechner über eine Festplatte verfügten und die Laufwerke nur für das aufspielen von Software oder die Installation benötigt wurden, aber die tägliche Arbeit und die benutzten Programme auf der Festplatte lagerten. Es gab das Henne-Ei Problem, nur wenige Hersteller bauten die Laufwerke ein, weshalb sie teuer blieben und weil sie kaum eingesetzt wurden eine Nischenlösung. Später gab es noch von Iomega die Zip Laufwerke, die durch einen hermetischen Schutz der Platte, der erst im Laufwerk geöffnet wurde eine noch höhere Datenmenge von 100 Mbyte erreichten. Doch zum selben Zeitpunkt begannen CD-Brenner sehr billig zu werden und eine gebrannte CD konnte zwar nur einmal verwendet werden, aber sie war viel billiger als ein Zip Medium.

Die Diskette war ein Medium, dass gut zu den Heimcomputern passte. Wer einen Rechner mit 64 KByte Arbeitsspeicher hatte, wie dies bei der 8 Bit Generation wie dem Apple II, C64 oder den Tandy TRS-80 der Fall war, für den war eine Diskette mit 170 Kb Kapazität riesig. Das war etwa viermal mehr Kapazität als der nutzbare Arbeitsspeicher und da man damals nur Texte verfasste, passte neben der Textverarbeitung auch noch rund 60 Seiten Text auf eine Diskette. Dabei war ein Diskettenlaufwerk finanzierbar. 1982 kostete eines typischerweise etwa 1000 DM mit Controller und 800 ohne (für das zweite Laufwerk). Festplatten waren Anfang der achtziger Jahre noch extrem teuer. IBM’s erste Festplatte von 20 MB Kapazität war teurer als der PC mit Diskettenlaufwerken und kostete über 10.000 DM. Bei geschäftlich genutzten Rechnern wurden meist zwei Diskettenlaufwerke eingesetzt. Eines auf dem das Betriebssystem und die Programme waren, ein zweites auf dem die Daten abgelegt wurden. Bei Heimcomputern gab es meist nur ein Diskettenlaufwerk, auch da das Betriebssystem hier in ROM-Chips im Rechner steckte. Dafür musste man, um eine Diskette zu kopieren, jeweils einen Teil der Diskette in den Arbeitsspeicher einlesen, dann die Zieldiskette einlegen und dies je nach Typ typischerweise fünfmal wiederholen. Legte man aus versehen die falsche Disk ein, so waren die Daten futsch. Für diese Vorgehensweise bürgerte sich bald der Ausdruck „Disc-Jockey“ ein.

Es war auch für die Rechner angemessen, denn ein 8-Bit Rechner war noch so langsam, dass er eine Diskette nicht in einer Umdrehung des Laufwerks lesen konnte. Nachdem die Daten gelesen waren, musste eine Prüfsumme berechnet und vergleichen werden, die Daten schließlich noch mindestens im Speicher umkopiert werden um den Puffer wieder freizugeben. Dauerte dies länger als die Zeit zwischen zwei Sektoren zur Verfügung stand (bei 300 U/min und 512 Byte Sektoren maximal 5 ms) so war der nächste Sektoranfang schon unter dem Schreib/Lesekopf vorbeigezogen und man musste eine Umdrehung (eine Fünftel Sekunde) warten bis er wieder unter dem Schreib/Lesekopf vorbeizog. Daher wurden oft die Sektoren mit einem Interleave, einem Versatz formatiert. Bei meinem System war ein Interleave von 5 vorgesehen, das sah in Sektornummern so aus: 41,43,45,47,49,42,44,46,48.

40 war ein Offset für das Format. 1 die Nummer des ersten Sektors. Der nächste (die 42) kam erst nach vier Sektoren also einer halben Spur. Maximal konnte so das Laufwerk pro Umdrehung (5 Umdrehungen/s) zwei Sektoren lesen oder eine Spur in 4,5 Sekunden. Es zeigte sich, dass man den Interleave, je nachdem welche Software man einsetzte, auch auf 3 oder gar 2 drücken konnte, womit man pro Sekunde drei oder viereinhalb Spuren einlesen konnte.

Wenn allerdings schon eine Floppy schneller als der Rechner ist, dann ist eine Festplatte, die noch schneller ist, auch noch zu schnell für den Rechner. Die ersten IBM AT hatten Festplatten mit einem Interleave von 6, sprich brauchte 6 Umdrehungen um eine Spur einzulesen, selbst beim IBM AT war der Interleave trotz zweieinhalbmal schnellerem Prozessor bei 3.

Das änderte sich im Laufe der achtziger. 1986 rutschte der Preis von Festplatten unter 2000 DM, damit waren sie zwar immer noch die teuerste Einzelkomponente eines Rechners, aber Rechner mit einem Verkaufspreis von 5000 DM und höher hatten dann nur noch ein Diskettenlaufwerk und eine Festplatte. Ab 1989 steckte eine Festplatte in fast jedem neuen IBM-kompatiblen Rechner und das Diskettenlaufwerk diente nur noch zum Installieren von Software. Auch wurde es immer weniger nützlich, weil Geschwindigkeit und Kapazität kaum ansteigen. Beim ersten IBM kompatiblen Rechner des Autors brauchte man 25 Disketten und eine Stunde Zeit um ein Backup der Festplatte anzufertigen. Beim letzten, der noch ein Diskettenlaufwerk hatte, wären es über 100.000 Stück gewesen.

Was überlebt hat ist der Formfaktor. Da in den Gehäusen Aussparungen für die Laufwerke und die Schrauben (Laufwerkskäfige) vorgesehen waren, wurden Festplatten mit denselben Gehäuseabmessungen wie Diskettenlaufwerke gefertigt. Die ersten Festplatten hatten dann auch das 5,25 Zoll Format. In den neunziger Jahren setzte sich bei den Festplatten das kleinere 3,5 Zoll Format durch und ist bis heute für Desktop Rechner die Standardgröße geblieben. Auch CD-Brenner und DVD-Brenner haben das 5,25 Format, hier bei der CD aber eher durch Zufall, denn diese wurde nicht als Speichermedium für Computer sondern für Musik erfunden.