La nascita del nuovo formato
Le grandi dimensioni e gli elevati costi rendono il floppy da 8” poco adatto ad applicazioni “desktop” come i sistemi di word processing e i nascenti personal computer.
La Shugart Associates, sollecitata da clienti come WANG, decide di sviluppare un drive più piccolo e definire un nuovo formato di disco, il floppy da 5-1/4”. L’iniziativa è coraggiosa, fino ad allora gli standard di mercato erano stabiliti da IBM.
Tra le richieste dei clienti vi è una sensibile riduzione dei costi, l’obbiettivo è un drive dal prezzo OEM di 100$, quando un drive da 8” costava almeno il doppio.
La riduzione dei costi viene affrontata nel progetto attraverso l’utilizzo di componentistica standard. Il motore del drive proviene da un distributore automatico ed altre parti da un drive a cassette. Questa strategia consentì anche una riduzione dei tempi di sviluppo, il primo prototipo fu pronto in solo 6 mesi.
Il floppy da 5.25" vicino al suo "fratello maggiore" - Foto Luigi Serrantoni
Sulla scelta della dimensione del disco circolano diversi aneddoti tra loro discordanti.
Una versione diffusa riporta che la dimensione venne definita misurando quella di un tovagliolo di carta che An Wang aveva indicato, in un bar di Boston, come quella ideale.
Don Massaro (presidente della società dopo che Alan Shugart, alla fine del 1974, si era dimesso) racconta di aver definito la dimensione insieme a Jimmy Adkisson durante un viaggio in auto. Ad una stazione di servizio costruirono diversi modelli del disco in cartone e scelsero quello più piccolo che non riuscivano ad infilare nelle tasche, per evitare che i clienti potessero in questo modo piegarlo.
Di certo si sa che un fattore determinante nella scelta fu la grandezza del drive, che strategicamente si scelse dovesse avere una dimensione tale da poter sostituire i lettori di nastro utilizzati ai tempi nei sistemi di word processing e data entry economici.
Per evitare di rivelare la dimensione scelta ai concorrenti, e mantenere quindi il proprio vantaggio temporale, le diverse informative divulgate ai clienti sul nuovo drive contenevano misure non corrette e diverse tra loro.
Oltre a realizzare il drive fu naturalmente necessario coinvolgere i produttori dei supporti perché producessero il nuovo formato. Questo sviluppo fu realizzato insieme a Dysan e Information Terminals Corporation (società che cambiò successivamente nome in Verbatim).
Shugart denominò inizialmente il nuovo formato “minidisketteTM” e successivamente “minifloppyTM”.
Il nuovo drive, il modello SA400, viene presentato nel Settembre 1976. E' un drive a singola faccia che utilizza 35 tracce con codifica FM, per una capacità non formattata di 109,4 kB (fino a 89,6 kB formattati).
La velocità di rotazione è di 300 rpm (ridotta rispetto ai 360 rpm dei dischi da 8"), e la velocità di trasferimento dei dati è di solo 125 kb/s (contro i 250 o 500 kb/s dei floppy da 8" con codifica FM e MFM).
Il drive Shugart SA400 - Foto Swtpc6800
La tecnologia del nuovo drive è direttamente ereditata dai modelli da 8". La principale differenza tecnica è il motore di rotazione.
L'ingombrante motore in corrente alternata dei drive da 8" è sostituito con un compatto ed economico motore in corrente continua. Questa soluzione consentì anche di evitare i disturbi emessi dal motore in AC, che interferivano con il monitor dei computer destop, e di eliminare una scomoda alimentazione alternata ad alta tensione.
L'uso del motore in DC rese necessario l'introduzione di un sistema elettronico di regolazione della velocità. Però nello stesso tempo portava al vantaggio di non dover produrre numerose versioni dipendentemente dalla tensione e dalla frequenza di alimentazione. Oltre ai diversi motori necessari, nei drive da 8" occorreva adattare la velocità del motore (che cambiava con la frequenza di alimentazione), a quella di rotazione del floppy utilizzando pulegge e cinghie di trasmissione di diverso diametro.
Nei "mini floppy" il motore di rotazione si ferma quando il drive non è utilizzato (sui modelli da 8" il disco ruotava sempre) e le testine rimangono sempre a contatto con il supporto (mentre nei drive da 8" venivano "caricate" quando necessario).
Altro importante vantaggio è la riduzione dei consumi e conseguentemente delle potenze dissipate. Il nuovo drive consumava circa 15 W, contro i 70W del coetaneo SA800.
La capacità e le prestazioni sono notevolmente inferiori a quelle del disco da 8", ma il prezzo ridotto e le dimensioni saranno fattori che ne determineranno un ampio successo, soprattutto grazie al largo utilizzo che ne sarà fatto nei personal computer.
Il drive diventa subito un modello di riferimento. Il suo sistema di interfacciamento a 34 piedini (derivato dall'SA800-2), successivamente perfezionato nel modello SA450, diventerà uno standard di fatto.
Lo stesso avvenne anche per le dimensioni dei drive; tutti i prodotti successivi, inclusi i drive dei PC IBM prodotti da Tandon, avranno questa dimensione.
Shugart brevettò il nuovo floppy drive (brevetto US 4,040,106), ma anche il suo design (US Des. 249,346) ed addirittura il design del pannello frontale (US Des. 249,343).
Disegno del drive Shugart nel brevetto US 4,040,106
In una delle prime foto dell'SA400 fornite da Shugart alla stampa è presente il floppy da 5.25". Ho notato che curiosamente questo floppy presenta il foro di indice e la tacca di protezione alla scrittura in posizione diversa rispetto ai dischi che tutti conosciamo.
Foto dei drive SA400 e SA800 con i relativi supporti.
Su questa differenza posso formulare due ipotesi. La più semplice e spontanea è che il floppy della foto sia un primo prototipo che ha subito modifiche tecniche successive. Però queste foto erano inviate alla stampa alla presentazione del prodotto (avvenuta a settembre 1976); è inverosimile che il drive, che è realizzato con costosi stampi che richiedono lunghi tempi di costruzione, fosse stato modificato all'ultimo momento.
L'ipotesi più audace, ma plausibile, è che si tratti di un ulteriore "depistaggio" messo in opera per ingannare e rallentare la concorrenza. L'annuncio del prodotto, per il quale le foto erano necessarie, anticipava magari di qualche mese la reale commercializzazione. Nascondere per questo periodo il reale aspetto del prodotto era senz'altro auspicabile.
A conferma della mia tesi ho trovato che nel brevetto del floppy i sensori per il foro indice e la protezione della scrittura sono in posizione corretta. Questo documento fu presentato all'ufficio brevetti il 4 giugno 1976 (3 mesi prima della presentazione), quindi a quella data, probabilmente di molto anteriore alla realizzazione delle foto, il prodotto era già ben definito.
Ricordo che i brevetti rimangono riservati per un lungo periodo dopo la loro presentazione, per cui non sussisteva il rischio di una "fuga di notizie" da quel documento.
Uno dei principali clienti di Shugart fu la Apple che lo utilizzò nei suoi primi "Disk II".
Nell'Aprile del 1977 l'azienda di Cupertino aveva presentato il suo Apple II che utilizzava come supporto per i dati le audiocassette. Ma questo sistema di memorizzazione era scomodo e lento, l'esigenza di un floppy era in cima alla lista delle priorità.
George Sollman, product manager alla Shugart, racconta che un giorno entrò nel suo ufficio Don Massaro, l'allora presidente dell'azienda, e gli disse che si doveva occupare di un barbone che si trovava nella hall. Il "barbone" era un ragazzo coi buchi nei pantaloni di nome Steve Jobs, che bussava alla porta dell'azienda per ottenere i drive per il suo computer.
Jobs acquistò da Shugart i drive senza la scheda elettronica, perché troppo costosa e complicata da adattare al computer. Wozniak realizzò un ingegnoso sistema che utilizzava la CPU per compiere numerose funzioni normalmente demandate al controller ed alla scheda elettronica del drive, riducendo l'hardware di quest'ultima a soli 5 integrati.
Il drive Disk II - Foto All About Apple
I componenti per costruire il drive Disk II, compresa la sua scheda elettronica, costavano ad Apple solo 140 $. Il prodotto era venduto al pubblico a 495 $, un prezzo estremamente competitivo che diede ad Apple un enorme vantaggio sulla concorrenza ed elevati guadagni. Il floppy drive dell'Apple II è da molti considerato un fattore determinate del successo della macchina, in quanto trasformò un giocattolo per hobbisti in un prodotto adatto ad un uso diffuso.
L'evoluzione della specie
Il successo del prodotto e l'espansione del mercato fecero nascere numerosi costruttori che, nella competizione tecnica e commerciale, e in assenza di standard di riferimento, realizzano numerose versioni "migliorate" del drive, ma tra loro spesso incompatibili.
Il perfezionamento delle tecnologie consentì di aumentare la capacità non formattata a 125 kB incrementando le originali 35 tracce a 40. Le tracce vennero aggiunte nella parte centrale del disco dove la densità di scrittura è maggiore a causa del ridotto diametro della traccia. Fu necessario allungare la finestra di lettura nel supporto magnetico da 1,210" a 1,370".
Il primo drive di mia conoscenza ad implementare questa tecnica fu il Model 82 della Wangco, presentato nel 1977. Un altro drive analogo fu il Pertec FD200, sempre del 1977.
Confronto tra il floppy da 35 e quello da 40 tracce - Foto Swtpc6800
Questo "miglioramento" provocò però dei problemi di compatibilità quando in un drive da 40 tracce veniva inavvertitamente inserito un disco da 35. La finestra di lettura era troppo corta e la testina sbatteva sull'involucro del floppy. Questo, oltre ad impedire il corretto funzionamento, poteva provocare guasti meccanici.
Un ulteriore aumento di capacità venne presto ottenuto con l'utilizzo della codifica di registrazione MFM. I drive della Wangco e della Pertec prima indicati raggiungevano in questo modo una capacità di memorizzazione di 250 kB non formattati. Inoltre la velocità di trasferimento ne risultava raddoppiata.
La naturale successiva evoluzione, analogamente a quanto era avvenuto nei drive da 8", era la versione a doppia faccia. Sia Tandon che Shugart presentarono il loro drive "double side" nel 1978.
La Tandon era una società di Sirjang Tandon, altro ex dipendente Memorex, che dopo essere passato dalla Pertec aveva fondato, nel 1975, la sua azienda. Aveva cominciato a costruire testine magnetiche per floppy disk nella sua cucina, fino ad arrivare a produrre drive completi.
Il drive a doppia faccia di Tandon utilizzava la tecnica delle testine asimmetriche sviluppata l'anno precedente per il drive da 8" di Calcomp. La capacità non formattata era di 250 kB con codifica di registrazione FM. Con la codifica MFM si raggiungevano i 500 kB non formattati.
E' importante notare come la densità delle tracce del formato a 35/40 tracce fosse già la stessa di quella del disco da 8". Nel floppy da 5.25" fu possibile aumentarla proprio grazie alle ridotte dimensioni che consentivano una maggior stabilità termica del supporto.
Per poter raddoppiare le tracce ne fu dimezzata la larghezza. Per garantire l'affidabilità i supporti dovevano essere di elevata qualità, i costruttori marcavano i dischi adatti a questi drive con l'identificativo "96 tpi" (tracks per inch).
Non bisogna però confondere questi floppy con i successivi dischi HD da 1.2 MB (di cui parlerò in seguito), anch'essi marcati "96 tpi", ma che utilizzavano un materiale magnetico diverso.
Poiché le tracce pari dei drive a 96 tpi corrispondevano a quelle dei drive a 48 tpi era possibile leggere con i nuovi drive i floppy a 40 tracce, gestendo via software il doppio salto di traccia. Questo formato, usualmente chiamato a "quadrupla densità", è stato poco utilizzato.
Le numerose versioni di drive portarono a numerose versioni di supporti. Oltre alle versioni a 35 o 40 tracce i floppy si differenziavano per la densità di scrittura (48 o 96 tpi) e per il sistema utilizzato per il riconoscimento dei settori.
Oltre ai classici dischi con un solo foro indice esistevano infatti dischi con 11 o 17 fori per i sistemi che utilizzavano l'hard sectoring (10 o 16 fori per indicare i settori oltre al foro di indice principale).
Il support magnetico di un floppy hard sectored a 17 fori - Foto Tom Sanderson
Una ulteriore versione speciale del drive fu costruito da Micropolis e Tandon. Utilizzava una densità di scrittura di 100 tpi rendendo i floppy scritti con questi drive completamente illeggibili con quelli a 96 tpi. Questi drive furono utilizzati sui computer Vector Graphic e sulle unità floppy Commodore 8050 e 8250.
Il disco ad alta densità (HD)
Nel 1981 fu sviluppata una nuova versione del floppy che raggiungeva la capacità del disco da 8" a doppia faccia/doppia densità (1604 kB non formattati) e ne consentiva una facile sostituzione.
Il risultato fu ottenuto incrementando la densità di scrittura grazie all'uso di un rivestimento magnetico di spessore ridotto e realizzato con un nuovo materiale al cobalto. Altre modifiche rilevanti furono la velocità di rotazione (aumentata da 300 a 360 rpm) e la velocità di trasferimento (aumentata da 250 a 500 kb/s), entrambe portate agli stessi valori dei drive da 8".
Il drive poteva essere impostato in modalità compatibile con i floppy standard (cambiando la velocità di rotazione e le correnti utilizzate per pilotare la testina).
Questo formato, denominato ad "alta densità" (HD), ebbe inizialmente una scarsa diffusione, per poi affermarsi quando IBM lo utilizzò nel suo modello PC AT nel 1984. Questo floppy viene spesso identificato come "1.2 MB", ovvero la sua capacità formattata sul PC AT, per distinguerlo dal disco originale del PC che veniva denominato "360 kB".
L'implementazione del nuovo disco poneva però a IBM un problema tecnico non irrilevante. I diversi valori di velocità di rotazione e di trasferimento rendevano impossibile leggere i dischi a doppia densità sui drive ad alta densità, a meno di non intervenire manualmente sui jumper del drive per modificare i settaggi.
IBM risolse genialmente il problema eseguendo la lettura dei floppy da 360 kB alla stessa velocità di rotazione di quelli HD (360 rpm) modificando il controller in modo che potesse leggere i dati "velocizzati del 20%" che ne risultavano, ovvero con un datarate di 300 kbps invece di 250 kbps.
Per poter correttamente scrivere entrambi i tipi di floppy era necessario utilizzare due diverse correnti di pilotaggio delle testine in quanto i supporti avevano diversi valori di coercività (600 oersted per gli HD, 300 oersted per gli altri).
Per ovviare a questo problema IBM dotò i drive HD della possibilità di selezionare tramite una linea dell'interfaccia (il pin 2, raramente usato nei drive a doppia densità) il tipo di supporto utilizzato, andando a regolare di conseguenza la corrente di scrittura. Ovviamente anche il controller prevedeva questo segnale di controllo. Nei drive utilizzati dai cloni questo segnale fu spesso impiegato per cambiare anche la velocità di rotazione.
Non mancarono comunque problemi tecnici nella condivisione dei due formati sullo stesso drive.
Andando a scrivere dei dati con un drive ad alta densità (1.2 MB) su un disco normale (360 kB) che era stato precedentemente formattato o scritto da un drive da 360 kB, questo non poteva più essere letto dal drive normale. Il problema non era risolvibile in quanto a causa del differente spessore della traccia tra i due drive, la testina del drive da 1.2 MB non era in grado di cancellare tutti i dati precedentemente scritti sul floppy.
IBM ovviamente era conscia di questa limitazione, nel comunicato di presentazione del modello AT scrisse:
"The drive uses the new 96-TPI, high density media. In addition, it will read or write 48-TPI, single- or dual-sided media written for the IBM PCjr, IBM Personal Computer, IBM Personal Computer XT, and IBM Portable Personal Computer, giving a high level of compatibility with existing applications. However, once the 48-TPI media has been written in this drive, it may only be readable on a high capacity diskette drive."
Per la portabilità dei dati con altri PC della linea era comunque disponibile un disco a doppia densità opzionale.
Le aziende e i mercati
Il successo del floppy drive da 5.25" spinse numerosi costruttori in tutto il mondo ad entrare in questo mercato.
In Europa si dedicarono ai drive la Basf e l'Olivetti. Basf presentò il suo primo drive a singola faccia, il 6106, già all'NCC show di Dallas a Giugno 1977.
La casa italiana produceva i floppy drive nella consociata Olivetti Peripheral Equipment (O.P.E) di S. Bernardo d'Ivrea, la stessa azienda dove venivano prodotte le stampanti. Oltre alle versioni a 40 tracce a singola faccia (FD 501) e doppia faccia (FD 502) realizzò anche le versioni ad 80 tracce (modelli FD 591 e FD 592).
I floppy drive della OPE da pubblicità dell'epoca
In Giappone uno dei primi costruttori fu ALPS Electric, una multinazionale nel settore della componentistica elettromeccanica, come pulsanti per tastiere e micro-stampanti. ALPS iniziò a produrre i drive nel Maggio 1980. Apple si rivolse ad ALPS per ottenerne una alternativa economica ai drive Shugart che utilizzava nel suo Disk II, abbattendo così i già bassi costi di produzione.
Altri principali produttori giapponesi furono TEAC, Mitsubishi, YE-Data e Matsushita.
Negli USA la Shugart era diventata il principale costruttore grazie all'elevata qualità del prodotto, ma cominciò a perdere quote a favore dei concorrenti. Tandon iniziò ad erodere il suo mercato grazie a prezzi estremamente competitivi, alle elevate capacità produttive, e al possesso della tecnologia vincente per i drive a doppia faccia. In breve tempo Tandon scalzò Shugart dalla prima posizione.
Tandon poteva contare su prezzi estremamente competitivi grazie alla produzione all'estero, prevalentemente in India, dei componenti dei drive o addirittura di drive completi. Sirjang Tandon era indiano e le aziende che costruivano componenti o drive in India erano tutte possedute o controllate dalla famiglia del fratello Manohar.
Shugart invece aveva mantenuto la produzione negli USA, anche perchè la Xerox, che aveva comprato l'azienda alla fine del 1977, aveva costituito una joint-venture con la giapponese Fuji che prevedeva una loro approvazione per l'apertura di fabbriche in quella parte del mondo; autorizzazione che non fu mai concessa.
Anche se i due costruttori statunitensi erano affiancati da numerosi concorrenti in ogni angolo del globo, insieme detenevano la leadership mondiale.
I primi segni di cedimento cominciarono a manifestarsi con l'avvento dei drive a mezza altezza.
Questo tipo di drive era stato sviluppato in Giappone, dove numerosi costruttori ne avevano iniziato la produzione spinti dalle alte richieste interne. Il drive a mezza altezza consentiva di ospitare, nello stesso spazio di un drive standard, 2 drive o un drive e un hard disk, che a quei tempi cominciavano ad essere utilizzati sui personal computer.
Nel 1982 i costruttori statunitensi cominciarono a reagire. Shugart fu la prima a presentare questo prodotto alla fiera NCC di Houston a Giugno, seguita a ruota dai prodotti Tandon e CDC presentati al Comdex di Las Vegas di Novembre.
Tandon aveva presentato due diversi modelli, entrambi con trascinamento a cinghia. Il TM50 era un prodotto con basse prestazioni ma dal prezzo molto competitivo, destinato al mercato degli home computer. Il TM55 era la versione con prestazioni migliori per i personal computer.
Sin dall'inizio si presentarono problemi produttivi, il drive era di bassa qualità e i resi dai clienti elevati. Allo stesso tempo il mercato cominciava a chiedere drive con motori ad azionamento diretto (che sostituivano il trascinamento a cinghia), sotto la spinta dei numerosi prodotti giapponesi.
Tandon decise di sviluppare subito un drive con questa nuova tecnologia e ne promise la disponibilità per la primavera del 1983. La nuova versione fu disponibile solo a Settembre 1983 ma problemi di produzione continuavano e Tandon non riusciva a costruirli in quantità sufficiente da soddisfare le richieste dei clienti.
Il metodo produttivo di Tandon, basato sul basso costo della manodopera indiana, mostrava i suoi limiti rispetto alla produzione automatizzata dei concorrenti giapponesi, che potevano garantire i quantitativi e qualità richieste.
Solo a metà del 1984 Tandon fu in grado di raggiungere elevate quantità di questo tipo di drive con il nuovo modello TM65. La vicenda aveva però danneggiato la sua reputazione, il prodotto Tandon era ritenuto di scarsa qualità ed i clienti non avevano fiducia nella capacità dell'azienda di reagire alle richieste tecniche e produttive del mercato. Mentre Tandon restava forte sui drive a piena altezza (che però era già un prodotto in declino), nei drive a mezza altezza le quote di mercato furono acquisite dai costruttori giapponesi.
Shugart, vista l'impossibilità di produrre in casa un drive a mezza altezza competitivo, nel 1983 strinse un accordo con Matsushita per farsi produrre questa versione.
L'operazione fu attuabile grazie a particolari clausole dell'accordo di licenza con Tandon che prevedevano anche questa possibilità.
Nonostante questo Shugart non riusciva ad essere competitiva con i sempre più agguerriti e numerosi costruttori giapponesi che dovevano fronteggiare una forte concorrenza interna e problemi di sovraproduzione. A Gennaio 1985 Xerox annunciò il disimpegno dal settore dei drive da 5-1/4 e 3-1/2, e cedette il business dei drive da 5-1/4 alla Matsushita il mese seguente. La produzione dei drive da 3-1/2 fu a breve terminata.
Le quantità richieste dal mercato aumentavano vorticosamente ma la pesante guerra dei prezzi portò a ridurre i margini dei costruttori. Anche gli altri produttori americani dovettero adeguarsi alla nuova situazione del mercato, dominato dai costruttori giapponesi. CDC spostò la produzione nei paesi asiatici. Tandon cercò di diversificare investendo nel settore dei personal computer completi.
Conclusioni
Grazie ai costi contenuti il floppy 5-1/4 è stato uno degli artefici della rivoluzione del personal computer.
La veloce affermazione del PC fu determinata da un costante aumento delle prestazioni ed una contemporanea riduzione dei prezzi, caratteristiche che ritroviamo nella storia parallela del floppy da 5.25".
Il numeri di questa evoluzione sono impressionanti, la vendita di floppy drive da 5.25" passò dai 1000 pezzi del 1976, ai 44000 del 1977, fino ai 15 milioni del 1984.
Il prezzo originale dell'SA400 nel 1976 era di 425 $, nel 1984 si potevano acquistare drive a mezza altezza a 165 $.
Quando Shugart presentò il drive il costo di un floppy era di 4,5 $, nel 1984 se ne potevano acquistare per 1 $.
Altro parallelo storico tra il PC ed i floppy drive è la dinamica delle aziende. Come nei PC, nel mercato dei floppy drive nacquero numerose aziende, ma solo una piccola minoranza sono sopravissute in questo ambiente estremamente competitivo.
Il formato da 5.25", che aveva basato la sua fortuna sulla riduzione delle dimensioni, dovette soccombere per le stesse ragioni pochi anni dopo. L'introduzione del più pratico formato da 3,5 pollici darà inizio ad un lento ma inarrestabile processo di estinzione.
Bibliografia
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