フロッピーディスクとは？夜眠れないのでアナログとデジタルとをぼんやりと考えてみたら迷走した！（６５）
●フロッピーディスクとは？夜眠れないのでアナログとデジタルとをぼんやりと考えてみたら迷走した！（６５）ーＦＤ５
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今回はフロッピーディスク（ＦＤ）の細かい話です。（６１）から細かい話を取り除いて、ここに集めました。
ＦＤとＦＤＤの細かい仕様をしつこく確認していきます。ええ、どこかにアナログ的な要素が隠れているかも知れませんからね！
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例えばフロッピーディスク（ＦＤ）。ここでは一般的な３．５インチの２ＨＤのＦＤについて説明します。
３．５インチのＦＤはＪＩＳ Ｘ ６２２３で規格化されています。以下、ＪＩＳで規定された値を参照します。
ケース（シェルとも言う）のサイズは、タテヨコ 94±0.3mm x 90mm で、厚さが 3.3±0.2mm です。
ケース中の円盤は、直径 85.8±0.2mm で、厚さは 0.080mm（80μm） です。ペラペラしています。
円盤はポリエステルのフィルムでその両面に磁性体が塗布されています。磁性体の厚さは約 0.9μm（２ＤＤは 1.9μm でした。５．２５インチでは 1.2μm や 2.5μm）。
円盤の中央にあるメタル製のハブは直径 25mm です。
磁気記録できる有効範囲は円盤の中心から 20.6〜42.0mm です。この範囲で 80 本のトラックが作られます。ＣＤのトラックは渦巻き状の１本ですが、ＦＤのトラックは円形です。外側のトラックを 0 番、内側を 79 番とします。
トラックピッチは 0.1875mm です。間隔ではなくてトラック密度（TPI）で表現することもあります。１インチあたり 25.4/0.1875 = 135.466 本のトラックで、135 TPI。このように TPI は算出するので、およその値です。正確にはトラックピッチの値で規定されています。
表側（ラベルを貼れる側）のトラックの n 番の位置は、中心から 38.0 - 0.1875*n となります。裏面（ハブが露出している側）は、39.5 - 0.1875*n です。表側と裏側でトラック 8 本分（39.5-38.0 = 1.5mm = 0.1875*8）ずれているのは、磁気ヘッドの作りの都合のようです。
80 トラックで 0.1875 * 80 = 15.0mm なので、表側なら 23.1875〜38mm の範囲を、裏側なら 24.6875〜39.5mm を使用することになります。磁気記録の有効範囲と比べると内外に 2.5mm 程の余裕があります。
トラック幅は 0.115±0.008mm です。トラック幅はトラックピッチの約 60% で、残りの約 40% はガードバンドと言います。トラックの左右に 20% の空きができます。
トラックは、言わば何もない草原に作った道路で、しかも書き込む度に磁気ヘッドの位置には誤差が発生しますからトラックの両端には余裕が必要なのです。
トラックの位置精度は ±0.020mm と規定されています。トラックピッチの約 10% です。ガードバンドがトラックの左右に約 20% あるので、両隣のトラックが共に近付く方向でずれても干渉しないように設計されているのですね。ガードバンドなら全て重なっても問題ないから！（...、これ誤解でした。後述します）
円盤の回転速度は 300±3rpm です。１分で 300 回転ですから、１回転で 200ms（= 200,000μs）です。１ビット分で 2μs と規定されているので、１トラックで 200,000 / 2 = 100,000 ビットになります。ＦＤ全体では 100,000 * 80 * 2 / 8 = 2,000,000 バイト（2MB）です。
トラックの長さは、表面の内側が最小で 2*pi*23.1875mm = 145.691mm です。１トラックは 100,000 ビットですから、１ビット分の長さは 145.691mm / 100,000 = 0.00145691mm（= 1.45691μm）です。インチ当たりでは、25.4 / 0.00145691 = 17434.158 ビットとなります。
これが線記録密度（BPI）です。ビット密度とも言います。BPI も TPI と同じく、計算した値です。記録密度（TPI と BPI）で表現するのは、８インチＦＤと３．５インチＦＤなどと大きさが違う場合に密度で考えたい場合があるのでしょうね。
円盤上の密度が最大となる部分の値なので、17434 BPI は最大線記録密度とも言います。２ＤＤの線記録密度は 8717 BPIでしたから２倍になってますね。５．２５インチの２ＨＤ（1.6M）の線記録密度は 9646 BPI でしたので相当に頑張っています。
１ビット分の長さ 1.45691μm を 0.7μm の隙間を持ったＲＷヘッドが 2μs の時間で走ります。磁気ヘッドが走るのでなくて円盤が回転するのですけど。重要なのはパルスの間隔ですがＭＦＭなので最短のパルス幅も 2μs です。
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無駄に詳しく調べるのが楽しくて、ごめんよー 文献を何度も繰り返し読んでいると最初は意図が分からなかった部分が鮮明になって、あ！っと分かるときがあります。すると無性に説明したくなるのさ。基本、駄文だからねー 許してね。
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ＦＤにデータを記録するのが磁気ヘッドです。磁気ヘッドは大変小さな電磁石からなり、リング状のコア（フェライト）にコイルを備えたものです。コイルに電流を流すことでコアに磁界を発生させます。
磁気ヘッドには２種類のコアがあります。ＦＤＤ製品によって異なりますが良くある例で説明します。
１つはＲ／Ｗコアと言い、データの読み書きに使います。コアの幅は 0.131mm で、リングの一部に 0.0007mm のギャップ（隙間）があります。このギャップがＦＤに接触する部分で、ここから磁気がＦＤに伝わります。
横からみたＲ／Ｗコアです。図には描かれていない奥行きがコアの幅です。
｜ ｜ ■ ：コア
■｜｜｜｜■■ ｜ ：コイルが巻き付いた部分
■ ■ ＊ ：ギャップ
■■■■＊■■ ￣ ：円盤の表面
￣￣￣￣￣￣＃＃＃＃＃￣ ＃ ：磁化された部分
円盤の回転方向： →
コイルに電流が流れるとコアに磁界が発生しますがフェライトは磁性体なので（ギャップの部分を除き）磁力線は外には溢れません。ギャップの部分では磁界は外側にも膨らみ、ここに円盤の磁性体が接触すると磁性体が磁化されます。
Ｒ／Ｗコアの（円盤の回転方向での）後方には、２つのコアが 0.117mm の間を空けて配置されていて、トラック幅（0.115mm）より外側の部分を消磁します。このコアはイレーズコアと言います。イレーズコアの幅は 0.071mm で、ギャップは 0.0025mm とかです。
三輪車の前輪で 0.131mm の幅で道路を舗装してから、後ろの２輪で両端の余分な部分を元に戻す感じでしょうか。
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0.071+0.117+0.071 = 0.259mm。あれ？ トラックピッチ（0.1875mm）より広い。約 40% も広い。ちゃんと計算してみると、イレーズコアは両隣のトラックのガードバンドの分まで消磁していることになります。
Ｎ＋１ トラックＮ Ｎ−１
■■■ＧＧＧＧ■■■■■■ＧＧＧＧ■■■（■：トラック 60%）
■■■ＧＧＧＧ■■■■■■ＧＧＧＧ■■■（Ｇ：ガード 20% x2）
■■■ＧＧＧＧ■■■■■■ＧＧＧＧ■■■
＊＊＊＊＊＊＊ （ＲＷコア 70%）
＊＊＊＊ ＊＊＊＊ （イレーズコア 20% x2）
↓円盤の回転方向
％表示の数値はトラックピッチとの比です。コア自体は縦長で、「＊＊＊」とあるのはコアのギャップ部分になります。
磁気ヘッドが 10% ずれたら隣のトラックのデータ部分が 10% 削れますし、両方のトラックが共に近づいたら 20% ですけど。トラックは 60% の幅なので３分の１が削れていいのかな？
ガードバンドの消磁を優先させるのは何故でしょうか。考察が足りていませんね。
可能性として、２ＨＤのＦＤＤで２ＤのＦＤを読み書きする場合を考慮したのかも。下位互換性のために。トラック密度が半分だとイレーズしないとＳ／Ｎ的にヤバイのかも知れない。どうでしょうか？
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倍密度（ＭＦＭ）と高密度について補足します。
ＭＦＭはＦＭの改良でした。ＦＭのクロック用のパルスを適時省略したのです。ＦＭは本シリーズの（６１）で説明しています。
ＦＭのクロック用のパルスを全て無くしてしまうと、１セクタで５１２バイトが全て０だった場合、512 * 8 * 4μs = 8192μs の時間が残留磁気が未変化のままとなります。これだと読み取り時に困ることになります。円盤の回転速度は厳密に一定とはならず多少の誤差（最大１％）があるからです。8192μs の時間が１％もずれたら、8192μs * 0.01 / 4μs = 20.48 ビットも違います。
それでＦＭではデータの０・１に関わらず全てのビットにクロック用のパルスを入れています。この場合（１ビット分を 4μs として）、パルスの間隔は最小 2μs で、最大 4μs となります。
で、ですね、１ビットに付き１クロックが必要という程ではないので、削れるなら削ろうと検討した結果がＭＦＭです。
ＭＦＭでは、前のビットが０で今のビットが０のときにクロック用のパルスを入れ、それ以外はクロック用のパルスは省きます。
するとパルスの間隔は（１ビット分を 2μs として）、最小で 2μs、最大で 4μs となります。3μs の場合も発生します。
0 0 0 0 の場合： x0 10 10 10 ... 2μs
0 0 0 1 の場合： x0 10 10 01 ... 3μs
0 0 1 0 の場合： x0 10 01 00 ... 3μs
0 0 1 1 の場合： x0 10 01 01 ... 3μs
0 1 0 0 の場合： x0 01 00 10 ... 3μs
0 1 0 1 の場合： x0 01 00 01 ... 4μs <--- max
0 1 1 0 の場合： x0 01 01 00 ... 2μs
0 1 1 1 の場合： x0 01 01 01 ... 2μs
このようにして、パルスの間隔の最小は同じままで倍の記録密度が可能となりました。これが倍密度の仕組みです。
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高密度化（２ＤＤから２ＨＤへ）は、磁気ヘッドと円盤の磁性体の改良によって実現されました。
具体的には、磁気ヘッドのＲＷギャップを 1.7μm から 0.7μm にしました。磁性体は、抵磁力を 625 Oe から 720 Oeにアップし、塗布厚を 1.9μm から 0.9μm に変更しています（残留磁束密度もアップ）。更に磁性体の塗膜強度を上げる硬化剤の割合を調整したり。じみーな努力は日本人は好きですね。
２ＨＤのＦＤＤで、２ＤＤのＦＤも読み書きしたい（２ＤＤと２ＨＤの兼用ＦＤＤを！）との要望が強くあり、２ＨＤの磁気ヘッドの開発では苦労したそうです。
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ＦＤ（とＦＤＤ）は８インチから始まり、５．２５インチと３．５インチが開発されました。それと共に、片面・単密度から始まって、両面・単密度、両面・倍密度、両面・高密度と開発されてきました。他にもありますが省略します。
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２ＤＤや２ＨＤとかの記号の意味を解説します。
最初の数字の「２」は両面です。片面なら「１」になります。２文字目の「Ｄ」と「Ｈ」は「倍密度」と「高密度」です。「単密度」なら「Ｓ」で表します。３文字目の「Ｄ」は「倍トラック」です。標準の場合は文字なしです。
組合せると 2*3*2 = 12 ですが、実際に見かけるのは次の７個です。
：8___：5.25：3.5_：
１Ｓ ：400k：125k：____：片面・単密度 ：８ ５
２Ｓ ：800k：250k：____：両面・単密度 ：８ ・
１Ｄ ：____：250k：250k：片面・倍密度 ： ５ ・
２Ｄ ：1.6M：500k：500k：両面・倍密度 ：８ ５ ・
１ＤＤ：____：500k：500k：片面・倍密度・倍トラック ： ５ ３
２ＤＤ：____：1.0M：1.0M：両面・倍密度・倍トラック ： ５ ３
２ＨＤ：____：1.6M：2.0M：両面・高密度・倍トラック ： ５ ３
片面・両面はイメージの通りです。両面ならＦＤの容量が２倍になります。
単密度と倍密度はＦＭかＭＦＭかで、倍密度なら容量が２倍です。
高密度は磁気ヘッドや磁性体などを頑張って密度を 1.6〜2 倍に上げてます。５．２５インチは 1.6M が主流で、３．５インチは 2.0M になりました。
倍トラックはトラック数あるいはトラック密度が２倍であることを意味して、容量も２倍です。
２Ｓと１Ｄ、それから２Ｄと１ＤＤは同じ容量です。ＦＤＤのヘッドが１個でよいから１Ｄがあれば２Ｓは不要と思いますが、倍密度ができる前は単密度しかなくて、２Ｓが作られたのでしょうね。
８インチのサイズで２ＤＤや２ＨＤを作れば 3.2M や 6.4M ができたのに、どうして作らなかったのでしょうね。ちょっと謎だなと思います。
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８インチＦＤは、１Ｓ、２Ｓ、２Ｄの３種類でした。容量は未フォーマット時で、400k、800k、1.6M です。
８インチＦＤは「標準サイズ」とか言われていて大型のコンピュータで使用されたイメージがありますがパソコンでも使用されてます。
日本だと、ｉｆ８００モデル３０（１９８１年、沖電気社）、ＭＵＬＴＩ１６（１９８２年、三菱電機社）などで８インチＦＤＤを内蔵したモデルがあります。
ベーシックマスターレベル３（１９８０年、日立）とＢＵＢＣＯＭ８０（１９８１年、富士通）の８インチは外付けでした。
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５．２５インチＦＤは、１Ｓ（125k）、１Ｄ（250k）、２Ｄ（500k）、１ＤＤ（500k）、２ＤＤ（1000k）、２ＨＤ（1.6M）がありました。２Ｓ（250k）も存在はしたけど少数だったとか。
５．２５インチＦＤを最初に開発したシュガード社の１Ｓはトラック数や線記録密度が他の規格とは異なり 109.4k だったそうです。後にトラック数を増やしたりして、１Ｓは 125k となりました。
２Ｄは、ＩＢＭ社のパソコンで採用されて世界的に普及しました。１９８１年８月発売のＩＢＭ ＰＣは最初は１Ｄだったのですが、１９８２年に２Ｄが採用。
ＭＳＤＯＳ（ＩＢＭ製品ではＰＣＤＯＳ）はここから始まりました。
世界的には２Ｄが多数派だそうです。でも日本では２ＤＤが多いとか。ＰＣ９８か？
２ＨＤは８インチの２Ｄ（1.6M）をそっくり５．２５インチで再現することを目的として１９８１年に日本の電電公社（現ＮＴＴ）とワイ・イー・データ社が開発したものですって。電電公社からＩＳＯに提案して規格化（ホントかな？）。
１９８４年８月発売のＩＢＭ社のＰＣ／ＡＴに採用され普及しました。
...。だが、２ＨＤのＦＤＤは２ＤＤのＦＤと２ＨＤのＦＤとを識別できないことから、利用者が間違ってフォーマットする問題（２ＤＤのＦＤを２ＨＤとしてフォーマットすると直後は使用できるが徐々にエラーが発生する）があり、市場での混乱が発生したそうです。...、と文献には指摘がありますがどれ程の混乱だったのですかね？ ＶＨＳとベータくらいか？
それから、２ＨＤは国産パソコンのＰＣ９８でも採用されたのですが（物理）フォーマットがＩＢＭ ＰＣと違っていて、後にＤＯＳＶ機に遭遇した日本ユーザは困惑した次第。
ＰＣＡＴは、2 面、80 トラック、15 セクタ、512 バイトで、2*80*15*512/1024 = 1200 キロバイト。
ＰＣ９８は、2 面、77 トラック、8 セクタ、1024 バイトで、2*77*8*1024/1024 = 1232 キロバイトでした。
２ＤＤでも 640K と 720K の２種類があるもの似たような話かも。format /9 とか。
Wiki によると、2 面、77 トラック、26 セクタ、256 バイトのフォーマットを電電公社フォーマットと言うらしい。８インチの２Ｄと同じにしたのね。ＰＣＡＴでは（２ＨＤは採用されたのに）このフォーマットが採用されていないのは皮肉な結果。
いずれにしてもフォーマットが違うだけなので、困惑したと言っても何とかなったのでしょう。
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３．５インチは１ＤＤ（500k）と２ＤＤ（1M）、２ＨＤ（1.6Mと2.0M）の他に、１Ｄ（250k）と２Ｄ（500k）があったそうです。
１Ｄと２Ｄは３．５インチＦＤの規格で（一応）制定されていて、量産もされたが直ぐに消えたとか。１ＤＤも少数らしい。普通にあるのは２ＤＤと２ＨＤだよー
３．５インチに２ＤＤと２ＨＤの識別用の穴があるのが、実はステキな仕様なのでした。
１９８７年のＰＳ／２で２ＨＤ（2.0M）が採用された話は前述しましたね。５．２５インチの２ＨＤは 1.6M なのに３．５インチで 2.0M が選択されたのは意外かも知れませんが、ＦＤの規格を一覧表にして眺めてみると 2.0M が選択されたのは良かったと感じます。
世界的には３．５インチの２ＨＤは 2.0M（フォーマット時で 1.44M）。これが世界の常識。
ところが昔の日本ではＰＣ９８が 1.6M を採用していました（１９８６年７月発売のＰＣ９８０１ＵＶ２）。１９８５年７月発売のＰＣ９８０１ＶＭ２が５．２５インチの２ＨＤ（1.6M）を搭載していて、３．５インチでも同じ容量にすると都合がよかったのでしょう、日本国内だけなら。
後にＤＯＳＶに遭遇した時にＦＤに互換性が無くて大いに狼狽えたようです。
具体的には、円盤の回転数（300 rpm と 360 rpm）とトラック数（160 本と 154 本）、線記録密度（17434 BPI と 14184 BPI）が違うのです。
ＦＤ自体は 1.6M 用と 2.0 用の兼用タイプがありましたが、ＦＤＤが困りました。
それで登場したのが「３モードＦＤＤ」。これが１９９０年前後の頃のこと。たぶん日本だけで必要となったＦＤＤです。
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雑感ですけど。
ＦＤについて調べていて、サイズが８インチから５．２５インチ、３．５インチと小型化されたのは自然な流れと感じました。それと言及していませんがＦＤＤの高さも徐々に薄型が開発されてます。イイですね。
でも密度については。
１Ｓから２ＤＤまでの進展は合理的な改善と感じましたが、２ＨＤの仕様に何か理不尽なものを感じました。２ＨＤは日本の提案で、５インチＦＤでも３．５インチＦＤでも相当な苦労をして開発したものでしょうけれど。
３．５インチ２ＨＤができた１９８５年には垂直記録方式という線記録密度を 34,868 BPI に向上できる技術がありました。従来の面内記録方式の２倍で、記憶容量も 4.0MB が可能なのです。
市場には２ＥＤとして１９８８年から提供されましたが、１９８７年にはＨＤＤの普及が始まっていて、ＦＤに大容量を求める必要性は薄れて、２ＥＤは忘れ去れたとのことです。
歴史にＩＦを問うてもですが、２ＨＤで良かったのかなと。
ＺｉｐとＳｕｐｅｒＤｉｓｋ？ そんなのもありましたね。
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2024.8.17 推敲
2024.8.25 ダイエット
2024.11.17 推敲
