Модифицированная частотная модуляция
Модифицированная частотная модуляция ( MFM ) представляет собой код с ограниченной длиной цикла ( RLL ) [ 1 ] , используемый для кодирования данных на большинстве гибких дисков . Впервые он был представлен на жестких дисках в 1970 году с IBM 3330 , а затем на гибких дисках, начиная с IBM 53FD в 1976 году.
MFM является модификацией исходного кода FM. Из-за минимального промежутка между переходами потока, что является свойством конструкции диска, головки и канала, MFM гарантирует не более одного перехода потока на бит данных, что позволяет записывать с более высокой плотностью, чем FM, для чего может потребоваться два переходов на бит.
MFM используется со скоростью передачи данных 250–500 кбит/с (500–1000 кбит/с в кодированном виде) на обычных стандартных и гибких дисках высокой плотности размером 5 1/4 и 3 1/2 дюйма. MFM также использовался в ранних конструкциях жестких дисков до появления более эффективных кодов RLL. За исключением нишевых приложений, кодирование MFM устарело в магнитной записи.
Частотная модуляция
Метод цифрового кодирования с частотной модуляцией (ЧМ), используемый в контексте магнитного хранения, имеет множество других названий, включая манчестерское дифференциальное кодирование и кодирование с задержкой . [ 2 ]
Частотная модуляция - это кодирование двоичных данных для формирования двухуровневого сигнала, где (а) «0» не вызывает никакого изменения уровня сигнала, если за ним не следует другой «0», и в этом случае переход на другой уровень в конце первого битового цикла ; и (b) «1» вызывает переход с одного уровня на другой в середине битового цикла. [ 3 ]
FM-кодирование в основном используется для кодирования сигналов, поскольку частотный спектр кодированного сигнала содержит меньше низкочастотной энергии, чем обычный сигнал без возврата к нулю (NRZ), и меньше высокочастотной энергии, чем двухфазный сигнал.
FM-кодирование — это кодирование, которое использует только половину полосы пропускания двухфазного кодирования , но имеет все его преимущества: Необходимо переписать: гарантированно будут переходы через каждые два бита, а это означает, что системы декодирования могут непрерывно настраивать порог тактовой частоты/постоянного тока . Одним из недостатков является то, что ему не хватает удобочитаемости для человека (например, на осциллографе).
Кодирование FM также известно как кодирование Миллера в честь его изобретателя Армина Миллера. [ 4 ]
Кодировка MFM
Как и в случае со схемами кодирования жесткого диска, кодирование FM и MFM создает битовый поток, закодированный NRZI при записи на диск. Бит 1 представляет собой магнитный переход, а бит 0 представляет отсутствие перехода. Кодирование данных должно уравновешивать два фактора:
- Существуют ограничения на минимальное и максимальное количество 0-битов, которые аппаратное обеспечение может обнаружить между последовательными 1-битами, и кодирование не должно превышать этот предел.
- Существуют ограничения на максимальное количество 1-битов, которые аппаратное обеспечение может обнаружить за заданный период времени. Если диск закодирован с более высоким (средним) числом магнитных переходов на бит, биты должны быть «шире» и на каждой дорожке будет меньше секторов.
Кодирование FM и MFM также можно рассматривать как наличие битов данных, разделенных тактовыми битами, но с разными правилами кодирования битов. Тем не менее, оба формата кодируют каждый бит данных как два бита на диске (из-за разделителей, необходимых в начале и в конце потока, фактическая плотность немного меньше).
Основное правило кодирования для FM состоит в том, что все тактовые биты равны 1: нули кодируются как 10, а единицы - как 11. Количество магнитных переходов на бит в среднем составляет 1,5 (50% × 1 + 50% × 2).
Основное правило кодирования для MFM заключается в том, что (x,y,z,...) кодируется как (x,x NOR y,y,y NOR z,z,z NOR...). Ноль кодируется как 10, если ему предшествует ноль, и как 00, если ему предшествует единица (каждый из этих случаев встречается в 25% случаев); один всегда кодируется как 01 (что происходит в 50% случаев); поэтому число магнитных переходов в среднем равно 0,75 (25% 10 = да + 25% 00 = нет + 50% 01 да).
| Факт | ... 0 0 ... | ... 0 1 ... | ... 1 0 ... | ... 1 1 ... |
|---|---|---|---|---|
| Тактовые биты MFM | ...? 1?... | ...? 0 0... | ...0 0 ?... | ...0 0 0... |
| MFM-кодирование | ...? 0 1 0 ?... | ...? 0 0 1 0... | ...0 1 0 0 ?... | ...0 1 0 1 0... |
Обратите внимание, что окружающие биты синхронизации иногда известны, но иногда требуется знание окружающих битов данных. Более длинный пример:
Данные: 0 0 0 1 1 0 1 1 ... FM-кодирование: 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1... Часы МФМ: ? 1 1 0 0 0 0 0 0... Кодировка MFM:? 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0...
(Биты, выделенные жирным шрифтом, — это биты данных, остальные — биты синхронизации.)
В кодировании FM количество нулевых битов, которые могут появляться между последовательными битами 1, равно 0 или 1. В кодировании MFM между соседними битами есть минимум один нулевой бит (никогда не бывает двух соседних битов 1), а максимальное количество из 0 подряд это три. Следовательно, FM — это код RLL (0,1), а MFM — код (1,3).
Специальная «метка синхронизации» используется для того, чтобы контроллер диска мог определить, где начинаются данные. Эта временная метка должна следовать за кодом RLL, чтобы драйвер мог ее распознать, но она не соответствует правилам FM и MFM для тактовых битов. Таким образом, это никогда не произойдет в любой позиции бита в любом закодированном потоке данных. Кратчайший возможный шаблон битов синхронизации, который соответствует правилам кодирования RLL(1,3), но не может быть получен при обычном кодировании MFM, равен 100010010001 . Фактически, метка синхронизации, обычно используемая в кодировании MFM, начинается с этих двенадцати битов; это называется «синхронизацией A1», поскольку биты данных начинаются с шестнадцатеричного значения A1 (10100001), но пятый тактовый бит отличается от обычного кодирования байта A1.
Данные: 1 0 1 0 0 0 0 1
Часы: 0 0 0 1 1 1 0
Кодирование: 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1
Часы синхронизации: 0 0 0 1 0 1 0
Метка синхронизации: 100010010 0 01001
^ отсутствует тактовый бит
ММЖМ
MMFM ( модифицированная модифицированная частотная модуляция , или также двойная модифицированная частотная модуляция), также сокращенно M²FM или M2FM , похожа на MFM, но подавляет дополнительные тактовые биты, что приводит к увеличению максимальной продолжительности выполнения. код). В частности, тактовый импульс вставляется только между парой соседних нулевых битов, если перед первым битом пары не был вставлен тактовый импульс. [ 5 ] В следующем примере тактовые биты, которые должны были бы присутствовать в MFM, выделены жирным шрифтом:
Данные: 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 Часы: 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 Код : 010100010010010010 0 0010010 0 010010010 0 010 0 001
В этой системе временные метки создаются путем вставки дополнительных тактовых импульсов между соседними нулевыми битами (в соответствии с правилом MFM), где они обычно пропускаются. В частности, битовая комбинация данных «100001» имеет тактовый импульс, вставленный в середину, где он обычно пропускается:
Данные: 1 0 0 0 0 1 Нормальный: 0 1 0 1 0 Синхронизация: 0 1 1 1 0
Смотрите также
Ссылки
- ↑ Кес Шухамер Имминк (декабрь 1990 г.). «Последовательности ограниченной длины» . Труды IEEE 78 (11): 1745-1759. дои : 10.1109/5.63306 . «Дано подробное описание лимитирующих свойств последовательностей ограниченной длины. »
- ↑ Хоугланд, Эл (1963). Цифровая магнитная запись . Джон Уайли и сыновья. п. 127. «Следующий метод двоичного кодирования, который будет описан, известен как метод фазовой модуляции, метод частотной модуляции... и некоторые другие более часто используемые термины. »
- ↑ Хехт, М.; Гуида, А. (июль 1969 г.). «Модуляция задержки» . Труды IEEE (IEEE) 57 (7): 1314-1316. doi : 10.1109/PROC.1969.7249 .
- ↑ USпат. № 3 108 261
- ↑ Корпорация Intel (1977). Справочное руководство по аппаратному обеспечению контроллера дисковых накопителей двойной плотности SBC 202 . стр. 4-26. Архивировано из оригинала 18 июня 2017 года.
Дальнейшее чтение
- Савард, Джон Дж. Г. (2018). «Цифровая запись на магнитную ленту» . квадиблок . Архивировано из оригинала 2 июля 2018 года . Проверено 16 июля 2018 г. .
Внешние ссылки
- Джонсон, Герберт Р. (6 июля 2016 г.). "Формат дискеты M2FM или MMFM" . Архивировано из оригинала 18 июня 2017 года . Проверено 19 июня 2017 г. .
- Частотная модуляция PC Guide
- Эта работа содержит производный перевод « Modified Frequency Modulation » из английской Википедии, выпущенный ее издателями под лицензией GNU Free Documentation License и лицензией Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License .
