… für mich! Eingehend beschrieben wurden die Formate der Atari Disketten und der DOS’e schon oft. Sei es in zeitgenössischen Büchern oder hier und da im WWW. Ausschlaggebend für mich diesen Artikel zu schreiben war, dass ich zwar viel über das Thema gelesen habe, bis jetzt aber nicht in der Lage war das ganze zusammenhängend, kurz und knackig wiederzugeben. Diesen Versuch will ich jetzt einmal wagen……

Grundlagen

Das erste weit verbreitete DOS für die Atari Computer war nach DOS 1.0 die Version 2.0. Diese DOS– Version war auch bekannt unter der Bezeichnung DOS 2.0s. Das ’s‘ steht für Single Density. Dos 2.0 – bzw. DOS 2.0s ist der kleinste gemeinsame Nenner für alle DOS 2.x  Versionen und ist vollkommen aufwärtskompatibel, zum Beispiel zu DOS 2.5.

DOS- System Disk, Dateien:
DOS.SYS: Das Dateiverwaltungssystem und der Gerätetreiber (‚D:‘) der das Laufwerk von Atari- Basic aus ansprechbar macht. Das Dateiverwaltungssystem (FMS= Filemanagementsystem) aktuallisiert das Inhaltsverzeichniss beim Speichern und dem Löschen von Dateien. Es markiert die zur Datei gehörenden Sektoren als belegt oder frei und berechnet den belegten/ freien Speicherplatz auf der Diskette.

DUP.SYS: Disketten Hilfsprogramm (Disk Utility Package). Ein Menü geführtes Programm mit dem sich Dateien  Löschen, umbenenen, schütze lassen und das weitere Funktionn bietet, die vom Atari- Basic aus nicht zugänglich sind.

Lesen, Schreiben und Löschen sind im Kern Aufgaben die das FMS des DOS ausführt. Im Folgenden wird FMS als Synonym für „…das FMS des DOS…“ verwendet. Wenn im Folgenden vom DOS oder dem FMS gesprochen wird, dann sind damit alle DOS 2.x Versionen gemeint. Die konkrete Verison wird nur dort genannt, wo die Unterscheidung wichtig wird.

 

 

Ein kurzer Hinweis zu DOS 1.0: Es bestand nur aus der DOS.SYS. Darin enthalten waren das das Disk- Utility- Package und der Gerätetreiber ‚D:‘. Beides wurde permanent im Speicher gehalten. Basic Programme bleiben beim Aufruf des DOS erhalten.

Physische Disketten- Formate

Das Physische Disketten Format meint die tatsächlich von der Hardware des Laufwerkes produzierte Einteilung der Diskette. Die Einteilung schaut grundsätzlich so aus:

Dabei bezieht sich die schon erwähnte density (Schreibdichte)  auf die Anzahl der Bytes die man in einen Sektor packen kann. Die Bezeichnung ist im Grunde eine Relativ Angabe. So ergibt sich eine „doppelte Schreibdichte“, wenn man zwei Formate, nennen sie A und B , miteinander vergleicht und dabei die Anzahl der Tracks und die der Sektoren je Track gleich lässt, dem Format B aber die doppelte Anzahl Bytes je Sektor spendiert. Für die Laufwerke der Firma Atari werden drei Schreibdichten unterschieden:

• Single Density (einfache Schreibdichte)
• Enhanched Density (erweiterte Schreibdichte)
• Double Density (Doppelte Schreibdichte)

Das erste für den Atari Computer verfügbar Laufwerk war die 810. Das konnte Disketten mit einfacher Schreibdichte formatieren, lesen und beschreiben. Die Disketten hatten rund 90 kB Speicherkapazität.

Der Nachfolger, die 1050 konnte zusätzlich Diskette mit erweiterter Schreibdichte formatieren. Damit hatte ein Diskette rund 130 kB Speicherkapazität. Der Begriff der Erweiterten Schreibdichte wurde verwendet, weil man hier einfach die Anzahl der Sektoren verdoppelt hat, die Menge der Bytes je Sektor aber die Selbe blieb wie bei den Disketten mit einfacher Schreibdichte.

Das letzte von der Firma Atari für ihre 8- Bit Computer gelieferte Laufwerk war die XF551. Dieses Laufwerk konnte Disketten in Double Density formatieren. Dabei konnten beide Seiten der Diskette genutzt werden (ohne die Diskette zu drehen), je Seite waren rund 180 kB Speicherkapazität, insgesamt also 360 kB möglich. Man  spricht bei diesem Format auch von „echter doppelter Schreibdichte“ weil hier im Vergleich zur einfachen Schreibdichte 256 Bytes je Sektor geschrieben werden und die Anzahl der Sektoren identisch mit der einfachen Schreibdichte ist.

 

 

 

Bei der Angabe der Speicherkapazität ist es wichtig zwischen der formatierten und der unformatieren Speichekapazität zu unterscheiden. Die oben angebenden Kapazitäten beziehen sich auf das was die Hardware des Laufwerkes, theoretisch zulässt. Wenn man Dateien geordnet ablegen möchte, dann muss man die, ganz ähnlich wie in einer Datenbank, organisieren. Ein Dateiverzeichniss wird benötigt damit man seine Daten wieder findet (das Directory). Dann mus dafür gesorgt werden das beim ablegen von neuen Daten die bereits vorhandenen nicht einfach überschrieben werden und,  sollte es nicht möglich sein größere Dateien an einem Stück, in aufeinanderfolgenden Sektoren, abzulegen, dann müssen die Sektoren miteinander verkettet werden.

Das Dateiverzeichniss, die Belegung der Sektoren, die Zuordnung der Sektoren zu den Dateien und die Information wie die Sektoren miteinander verkettet sind,  müssen als Information auf der Diskette gespeichert werden. Das benötigt Speicherplatz der den Nutzbaren Platz reduziert.

Details zum Aufbau des Atari DOS finden sich hier: Inside Atari DOS.

Wenn im Folgenden vom Roh- Format geschrieben wird, dann ist die unformatierte Diskette, ohne DOS gemeint.

Roh- Formate

Alle folgenden Angaben zur Speicherkapazität beziehen sich auf das Roh- Format (ohne Dos).

Single density
40 Tracks, 18 Sektoren je Track mit 128 Bytes/ Sektor. => 92.160 Bytes Speicherkapazität

Enhanched Density
40 Tracks, 26 Sektoren je Track mit 128 Bytes/ Sektor => 133.120 Bytes Speicherkapazität

Double Density
40 Tracks, 18 Sektoren je Track mit 256 Bytes/ Sektor => 184.320 Bytes Speicherkapazität

Ein (unter Umständen nützlicher) Fehler

Ein dokumentierter Fehler im FMS (File Management System) des DOS 2.0, führt dazu, dass Sektor 720 vom FMS nicht beschrieben werden Kann. Grund:

• Das Laufwerk nummeriert die Sektoren so: 1 bis 720
• Das FMS nummeriert die Sektoren so: 0 bis 719

Für das Lauwerk ist Sektor 0 nicht vorhanden. Er wird vom FMS deshalb als belegt markiert. Sektor 720 gibt es für das FMS nicht. Er kann deshalb vom FMS nicht beschrieben werden. Physisch ist dieser Sektor aber da  und man könnte ihn für eigene Zwecke nutzen.

Bei der Entwicklung des DOS 2.5 hat man diesen Fehler ganz bewusst nicht behoben, weil man verhindern wollte, dass alte Disketten, auf denen der Sektor 720 von findigen Nutzern für Erweiterungen genutzt wurde, unbrauchbar werden.

Formate im Detail

Das FMS des DOS 2.0 organisiert die Disketten so:

• Sektor    0
  Für das Laufwerk nicht ansprechbar, wird als belegt gekennzeichnet.
• Sektor    1 – 3
  Boot- Sektoren.
• Sektor    360
  VTOC= Volume Tabel of Contents
• Sektoren  361 – 368
  Dateiverzeichnis
• Sektor    720
  Für das FMS nicht ansprechbar und deshalb nich existent.

Das FMS des DOS 2.5 macht das so:

• Sektor    0
  Für das Laufwerk nicht ansprechbar, wird als belegt gekennzeichnet.
• Sektor    1 – 3
  Boot- Sektoren.
• Sektor    360
  VTOC= Volume Tabel of Contents
• Sektoren  361 – 368
  Dateiverzeichnis
• Sektor    720
  Wird vom FMS als belegt gekennzeichnet (Atari hat vielleicht vermutet, das dieser Sektor von Anwendern genutzt wurde und man wollte zur Wahrung der Kompatipilität verhindern, dass DOS 2.5 den überschreibt).
• Sektoren  721 – 1023
  Zusätzliche Daten- Sektoren
• Sektor    1024
  VTOC2
• Sektoren  1025 – 1040
  Vom FMS nicht addressierbar wegen der Beschränkung der Sektornummer auf 10 Bit.

Die Strukturen der Boot- Sektoren und der Sektoren für das Dateiverzeichniss werden hier nicht weiter berachtet.

Den Aufbau eines Datensektors muss man zum weiteren Verständnis der sogenannten VTOC  kennen:

• Bytes    0 – 124
  Datenbytes
• Byte     125
  Die 6 oberen Bits enthalten die Dateinummer (Zahlenbereich 0 bis 64).
  Die Folgendne 2 Bits sind die Oberen Bits für die Nummer des folgenden Sektors.
• Byte     126
  Die unteren 8 Bit der Nummer des folgenden Sektors.
• Byte     127
  Anzahl der Datenbytes im Sektor. Normalerweise 125. Wenn es der letzte Sektor einer Datei ist, dann 0.

Die VTOC (Volume Table of Contents)

Frei übersetzt  heist VTOC in etwa „Belegungs Tabelle der Inhalte“. Das funktioniert so: Wenn eine Datei geschrieben wird, dann werden ihre Daten auf Sektoren verteilt. Jeder Datensektor zeigt auf den nächsten. Wenn der nächste Sektor 0 ist, dann ist das Dateiende erreicht. Der Name der Datei und der erste Sektor werden – ergänzt um einige Statusinformationen – im Dateiverzeichniss abgelegt. Die Sektoren, die durch die Datei belegt werden, werden in der VTOC gekennzeichnet und der übrig gebliebene Speicherplatz auf der Diskette dort aktuallisiert und gespeichert. Jedes mal wenn eine Neue Datei abgelegt wird, prüft das FMS anhand der VTOC ob noch Platz ist und sucht sich dort die freien Sektoren heraus. Wenn Dateien gelöscht werden, dann werden die dazu gehörenden Sektoren in der VTOC als frei gekennzeichnet und der Speicheplatz entsprechend aktuallisiert. Die Daten in den Sektoren der gelöschten Datei bleiben beim Löschvorgang erhalten. Die werden erst bei einem erneuten Schreibvorgang zerstört, wenn der Sektor benötigt wird.

In der VTOC wird jeder Sektor durch ein  Bit repräsentiert. Ein gesetztes Bit heist, der Sektor ist frei, ein gelöschtes Bit, der Sektor ist belegt und kann nicht überschrieben werden. Der Vorteil dieser Methode ist, dass nicht jedes Mal die ganze Diskette nach freien Sektoren durchsucht werden muss, sondern nur in der VTOC nachgeschaut werden muss, das geht schneller.

Die Struktur der VTOC einer Diskette in einfacher Schreibdichte schaut so aus:

• Byte        0
  =2 Wenn Dos 2.0.
• Bytes       1 – 2
  Anzahl der ursprünglich freien Sektoren in der VTOC. Rechnet die durch das FMS belegte Sektoren heraus. Sollte also 707 Sektoren für Disketten in einfacher Schreibdichte sein (719 – 3 x Boot Sektoren – 8 x Directory Sektoren – 1 x Sektor für VTOC ).
• Bytes       3 – 4
  Anzahl der aktuell freien Sektoren.
• Bytes       5 – 9
  Unbenutzt
• Bytes       10 – 99
  Belegungstabelle der Sektoren 0 bis 719. 90 Bytes. 90 x 8 Bit/ Byte ergeben 720 Sektoren. Bit 0= Belegt, Bit=1 Frei.
• Bytes       100 – 127
  Unbenutzt

Disketten die in erweiterter Schreibdichte haben 26 Sektoren je Track. Die Anzahl der Bytes je Sektor bleibt unverändert. Insgesammt gibt es jetzt aber (theoretisch) 1040 Sektoren. Tatsächich vom FMS ansprechbar sind aber nur 1024 Sektoren. Der Grund ist, dass für die Angabe der Sektornummer (nächster Sektor einer Datei) nur 10 Bit zur Verfügung stehen. Damit lässt sich eben nur der Zahlenbereich von 0 bis 1024 abbilden. Weil man den oben beschriebenen Fehler nun mitgeschleppt hat, läuft es mit der Nummerierung, und damit dem Verlust eines Daten- Sektors so:

• Das Laufwerk nummeriert so: 1 bis 1024
• Das FMS so: 0 bis 1023

Damit ist Sektor 0 für das Laufwerk ebenfalls nicht vorhanden und Sektor 1024 nicht ansprechbar. Der mitgeschleppte Fehler erweist sich hier aber als nützlich, weil man den Sektor 1024 nun zur Erweiterung der VTOC benutzen konnte.

Struktur der VTOC2 einer in erweiterter Schreibdichte formatierten Diskette

• Bytes 0 – 83
  Wiederholt die Belegung der Sektoren 48 – 719
• Bytes 84 – 121
  Belegung für die Sektoren 720 bis 1023
• Bytes 122 – 123
  Anzahl der aktuell freien Sektoren über Sektor 719. Sollte 303 sein. Sektor 720 ist standartmäsig als belegt gekennzeichnet.
• Bytes 124 – 127
  Unbenutzt

Weiterführendes, Quellen

• A Usefull Bug, Auszug aus „Inside Atari Dos“
  Beschreibung des „Sektor- Fehlers“ von den Machern des Atari DOS.
• Eine kurze Geschichte der Dateisyseme
  Eine (nicht so kurze) Abhandlung zur Entwicklung der Dateisysteme (nich Atari spezifisch). Das Buch Inside Atari DOS verlinkt. Link zur Beschreibung des DOS 2.x File Formats.
• Zusammenfassung aller Artikel zur Atari Disk in diesem Blog.