Modulație de frecvență modificată - Modified frequency modulation

Modulația de frecvență modificată ( MFM ) este un cod de linie limitat la lungime de rulare (RLL) utilizat pentru a codifica date pe majoritatea dischetelor . A fost introdus pentru prima dată în unitățile de hard disk în 1970 cu IBM 3330 și apoi în unitățile de dischetă începând cu IBM 53FD în 1976.

MFM este o modificare a codului original de modulare a frecvenței (FM). Datorită spațierii minime între tranzițiile de flux care este o proprietate a designului discului, capului și canalului, MFM, care garantează cel mult o tranziție de flux pe fiecare bit de date, poate fi scris la o densitate mai mare decât FM, care poate necesita două tranziții pe date pic.

MFM este utilizat cu o rată de date de 250-500  kbit / s (500-1000 kbit / s codificat) pe standardul industrial 5+1 ⁄ 4- inch și 3+1 ⁄ 2- inch dischete obișnuite și de înaltă densitate. MFM a fost, de asemenea, utilizat în primelemodele de hard disk , înainte de apariția unor tipuri mai eficiente de coduri RLL. În afara aplicațiilor de nișă, codificarea MFM este învechită în înregistrarea magnetică.

Modulația de frecvență

Modulația de frecvență a metodei de codare digitală (FM), așa cum este utilizată în contextul stocării magnetice, are o varietate de alte nume, inclusiv codarea cu întârziere și codificarea diferențială Manchester .

Modulația de frecvență este codarea datelor binare pentru a forma un semnal pe două niveluri în care (a) un „0” nu provoacă nicio modificare a nivelului semnalului decât dacă este urmat de un alt „0”, caz în care are loc o tranziție la celălalt nivel la sfârșitul primei perioade bit ; și (b) un „1” determină o tranziție de la un nivel la altul la mijlocul perioadei de biți.

Codificarea FM este utilizat în principal pentru codarea semnalelor deoarece frecventa spectrul semnalului codificat conține mai puțină energie de joasă frecvență decât o construcție convențională non-return-to-zero , semnalul (NRZ) și mai puțină energie de înaltă frecvență decât un semnal bifazic.

Codificarea FM este o codificare care utilizează doar jumătate din lățimea de bandă pentru codificarea bifazată, dar prezintă toate avantajele codificării bifazate: Pentru a fi rescrisă: este garantat să aibă tranziții la fiecare alt bit, ceea ce înseamnă că sistemele de decodare își pot regla continuu pragul de ceas / CC . Un dezavantaj este că lipsește lizibilitatea umană ușoară (de exemplu, pe un osciloscop).

Codificarea FM este cunoscută și sub numele de codare Miller după Armin Miller, inventatorul său.

Codificare MFM

Image
Un octet codat folosind FM (mai sus) și MFM (mai jos). Linia albastră întreruptă indică pulsul ceasului (modificarea nivelului semnalului din acesta este ignorată) și linia roșie întreruptă, impulsul datelor (schimbarea nivelului semnalului codifică 1 și absența acestuia, 0).

Așa cum este standard atunci când se discută schemele de codificare a hard disk-ului, codificările FM și MFM produc un flux de biți care este codat NRZI atunci când este scris pe disc. Un 1-bit reprezintă o tranziție magnetică și un 0-bit fără tranziție. Codificarea datelor trebuie să echilibreze doi factori:

  • există limite pentru numărul minim și maxim de 0-biți pe care hardware-ul îi poate detecta între 1-biți consecutivi, iar codificarea nu trebuie să depășească această limită;
  • există limite pentru numărul maxim de 1-biți pe care hardware-ul îl poate detecta într-un anumit timp. Dacă un disc este codificat cu un număr mai mare (mediu) de tranziții magnetice pe bit, biții vor trebui să fie „mai largi” și mai puține sectoare se vor potrivi fiecărei piste;

Atât codurile FM, cât și MFM pot fi, de asemenea, considerate ca având biți de date separați de biți de ceas, dar cu reguli diferite pentru codificarea biților. Totuși, ambele formate codifică fiecare bit de date ca doi biți pe disc (din cauza delimitatorilor care sunt necesari la începutul și la sfârșitul unei secvențe, densitatea reală este puțin mai mică).

Regula de codare de bază pentru FM este că toți biții de ceas sunt 1: zerourile sunt codificate ca 10, unele sunt codificate ca 11. Numărul de tranziții magnetice pe bit este în medie de 1,5 (50% × 1 + 50% × 2).

Regula de codare de bază pentru MFM este că (x, y, z, ...) codifică la (x, x NOR y, y, y NOR z, z, z NOR ...). Un zero este codificat ca 10 dacă este precedat de un zero și 00 dacă este precedat de unul (fiecare dintre aceste cazuri apare 25% din timp); unul este întotdeauna codificat ca 01 (ceea ce se întâmplă 50% din timp); astfel numărul tranzițiilor magnetice este în medie 0,75 (25%  10  = da + 25%  00  = nu + 50%  01  = da).

Date ... 0 0 ... ... 0 1 ... ... 1 0 ... ... 1 1 ...
Biti de ceas MFM ...? 1? ... ...? 0 0 ... ... 0 0? ... ... 0 0 0 ...
Codificare MFM ...? 0 1 0 ? ... ...? 0 0 1 0 ... ... 0 1 0 0 ? ... ... 0 1 0 1 0 ...

Rețineți că biții de ceas din jur sunt uneori cunoscuți, dar uneori necesită cunoașterea biților de date adiacenți. Un exemplu mai lung: 

Data:          0 0 0 1 1 0 1 1 ...
FM encoded:   10101011111011111...
MFM clock:    ? 1 1 0 0 0 0 0 0...
MFM encoded:  ?0101001010001010...

(Biții îndrăzneți sunt biții de date, ceilalți sunt biții de ceas.)

În codificarea FM, numărul de 0-biți care pot apărea între 1-biți consecutivi este fie 0, fie în 1. În codificarea MFM există un minim de 1 bit zero între cei adiacenți (nu există niciodată doi biți adiacenți) și numărul maxim de zerouri pe rând este 3. Astfel, FM este un cod RLL (0,1), în timp ce MFM este un cod (1,3).

Se utilizează un „semn de sincronizare” special pentru a permite controlerului de disc să afle de unde încep datele. Această marcă de sincronizare trebuie să urmeze codul RLL, astfel încât controlerul să îl poată recunoaște, dar nu respectă regulile FM și MFM pentru biții de ceas. În acest fel, nu va apărea niciodată în nicio poziție de biți în niciun flux de date codificat. Cel mai scurt model de biți de sincronizare posibil, care respectă regulile de codare (1,3) RLL, dar nu poate fi produs prin codarea MFM normală, este 100010010001 . De fapt, marca de sincronizare care este utilizată în mod obișnuit în codificarea MFM începe cu acești doisprezece biți; se numește „sincronizare A1”, deoarece biții de date formează începutul valorii hexazecimale A1 (10100001), dar al cincilea bit de ceas este diferit de codificarea normală a octetului A1. 

Data:      1 0 1 0 0 0 0 1
Clock:      0 0 0 1 1 1 0
Encoded:   100010010101001
Sync clock: 0 0 0 1 0 1 0
Sync Mark: 100010010001001
                    ^ Missing clock bit

MMFM

MMFM , (Modified Modified Frequency Modulation), prescurtat și M²FM sau M2FM , este similar cu MFM, dar suprima biți de ceas suplimentari, producând o lungime maximă mai lungă de rulare (un cod RLL (1,4)). În special, un impuls de ceas este introdus numai între o pereche de 0 biți adiacenți, dacă primul bit al perechii nu a avut un impuls de ceas inserat înaintea sa. În exemplul de mai jos, biții de ceas care ar fi fost prezenți în MFM sunt notați cu caractere aldine: 

Data:     1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1
Clock:   0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0
Encoded: 01010001001001001000010010001001001000100001

În acest sistem, semnele de sincronizare sunt făcute prin inserarea de impulsuri de ceas suplimentare între biții zero adiacenți (urmând regula MFM) unde ar fi omiși în mod normal. În special, modelul de biți de date „100001” are un impuls de ceas inserat în mijloc, unde ar fi omis în mod normal: 

Data:  1 0 0 0 0 1
Normal: 0 1 0 1 0
Sync:   0 1 1 1 0

Vezi si

Referințe

Acest articol se bazează pe material preluat din Free On-line Dictionary of Computing înainte de 1 noiembrie 2008 și încorporat în termenii „relicențiere” din GFDL , versiunea 1.3 sau ulterioară.
Domeniu public Acest articol încorporează  materiale din domeniul public din documentul Administrării serviciilor generale : „Standardul federal 1037C” .

Lecturi suplimentare

linkuri externe