Модифицированная частотная модуляция ( MFM ) - это схема кодирования с ограничением длины прогона (RLL) [1], используемая для кодирования фактических битов данных на большинстве гибких дисков . Впервые он был представлен в жестких дисках в 1970 году с IBM 3330, а затем в дисководах для гибких дисков, начиная с IBM 53FD в 1976 году.
MFM - это модификация исходной частотной модуляции (FM) для кодирования данных на гибких дисках с одинарной плотностью и некоторых ранних жестких дисках.
Благодаря минимальному интервалу между переходами потока, который является свойством конструкции диска, головки и канала, MFM, который гарантирует не более одного перехода потока на бит данных, может быть записан с более высокой плотностью, чем FM, что может потребовать двух переходов на данные кусочек. Он используется со скоростью передачи данных 250–500 кбит / с (500–1000 кбит / с в кодировке) на стандартных 5¼-дюймовых и 3½-дюймовых обычных дискетах и дискетах высокой плотности. MFM также использовался в ранних конструкциях жестких дисков до появления более эффективных типов кодов с ограничением длины прогона . Вне нишевых приложений кодирование MFM в магнитной записи устарело.
Частотная модуляция [ править ]
Метод цифрового кодирования «частотная модуляция» (FM), используемый в контексте магнитной памяти, имеет множество других названий, включая кодирование с задержкой и дифференциальное манчестерское кодирование . [2]
Частотная модуляция - это кодирование двоичных данных для формирования двухуровневого сигнала, где (а) «0» не вызывает изменения уровня сигнала, если за ним не следует другой «0», и в этом случае переход на другой уровень происходит на конец первого битового периода; и (b) «1» вызывает переход с одного уровня на другой в середине битового периода. [3]
FM-кодирование используется в основном для кодирования сигналов, потому что 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, использующее только половину полосы пропускания для двухфазного кодирования, но обладающее всеми преимуществами двухфазного кодирования: Чтобы переписать: Гарантируется, что переходы будут происходить через каждый второй бит, что означает, что системы декодирования могут постоянно регулировать свой порог тактовой частоты / постоянного тока . Одним из недостатков является то, что он не удобен для чтения человеком (например, на осциллографе).
Кодирование FM также известно как кодирование Миллера в честь его изобретателя Армина Миллера. [4]
Кодирование MFM [ править ]
Как обычно при обсуждении схем кодирования жесткого диска, кодирование FM и MFM создает поток битов, который при записи на диск кодируется NRZI . 1 бит представляет магнитный переход, а 0 бит - отсутствие перехода. Кодирование данных должно уравновешивать два фактора:
- существуют ограничения на минимальное и максимальное количество 0-битов, которые оборудование может обнаружить между последовательными 1-битами, и кодирование не должно превышать этот предел;
- существуют ограничения на максимальное количество 1-битов, которые оборудование может обнаружить за заданный промежуток времени. Если диск закодирован с большим (средним) числом магнитных переходов на бит, биты должны быть «шире», и на каждую дорожку умещается меньше секторов;
Кодирование как FM, так и MFM также можно рассматривать как имеющее биты данных, разделенные битами синхронизации, но с разными правилами кодирования битов. Тем не менее, оба формата кодируют каждый бит данных как два бита на диске (из-за разделителей, которые требуются в начале и конце последовательности, фактическая плотность немного ниже).
Основное правило кодирования для FM состоит в том, что все тактовые биты равны 1: нули кодируются как 10, единицы кодируются как 11. Число магнитных переходов на бит в среднем составляет 1,5 (50% × 1 + 50% × 2).
Основное правило кодирования для MFM состоит в том, что (x, y, z, ...) кодируется в (x, x NOR y, y, y NOR z, z, z NOR ...). Ноль кодируется как 10, если ему предшествует ноль, и 00, если ему предшествует единица (каждый из этих случаев встречается в 25% случаев); единица всегда кодируется как 01 (что бывает в 50% случаев); таким образом, количество магнитных переходов составляет в среднем 0,75 (25% 10 = да + 25% 00 = нет + 50% 01 = да).
| Данные | ... 0 0 ... | ... 0 1 ... | ... 1 0 ... | ... 1 1 ... |
|---|---|---|---|---|
| Биты тактовых импульсов MFM | ...? 1? ... | ...? 0 0 ... | ... 0 0? ... | ... 0 0 0 ... |
| Кодирование MFM | ...? 0 1 0 ? ... | ...? 0 0 1 0 ... | ... 0 1 0 0 ? ... | ... 0 1 0 1 0 ... |
Обратите внимание, что окружающие тактовые биты иногда известны, но иногда требуется знание соседних битов данных. Более длинный пример:
Данные: 0 0 0 1 1 0 1 1 ...Кодировка FM: 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 ...Часы MFM:? 1 1 0 0 0 0 0 0 ...MFM закодировано:? 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 ...
(Выделенные жирным шрифтом биты - это биты данных, остальные - биты часов.)
При кодировании FM количество 0-битов, которые могут появляться между последовательными 1-битами, равно 0 или 1. При кодировании MFM между соседними единицами существует минимум 1 нулевой бит (никогда не бывает двух смежных единичных битов), и максимальное количество нулей в строке - 3. Таким образом, FM - это код (0,1) RLL , а MFM - код (1,3).
Специальная «метка синхронизации» используется, чтобы позволить контроллеру диска определить, где начинаются данные. Эта метка синхронизации должна следовать за кодом RLL, чтобы контроллер мог ее распознать, но она не следует правилам FM и MFM для битов синхронизации. Таким образом, это никогда не произойдет ни в одной битовой позиции в любом потоке закодированных данных. Самая короткая возможная комбинация битов синхронизации, которая следует правилам кодирования (1,3) RLL, но не может быть получена с помощью обычного кодирования MFM, - это 100010010001 . Фактически, метка синхронизации, которая обычно используется при кодировании MFM, начинается с этих двенадцати битов; он называется «синхронизацией A1», поскольку биты данных образуют начало шестнадцатеричного значения A1 (10100001), но пятый бит синхронизации отличается от обычного кодирования байта A1.
Данные: 1 0 1 0 0 0 0 1Часы: 0 0 0 1 1 1 0Закодировано: 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 Синхронизация: 0 0 0 1 0 1 0Метка синхронизации: 100010010 0 01001 ^ Отсутствует бит часов
MMFM [ править ]
MMFM (Modified Modified Frequency Modulation), также сокращенно M²FM или M2FM , аналогичен MFM, но подавляет дополнительные тактовые биты, обеспечивая большую максимальную длину цикла (код (1,4) RLL). В частности, тактовый импульс вставляется между парой соседних 0-битов только в том случае, если перед первым битом пары не вставлен тактовый импульс. [5] В приведенном ниже примере биты синхронизации, которые присутствовали бы 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 1Часы: 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0Закодированные: 010100010010010010 0 0010010 0 010010010 0 010 0 001
В этой системе метки синхронизации создаются путем вставки дополнительных тактовых импульсов между соседними нулевыми битами (в соответствии с правилом MFM), где они обычно опускаются. В частности, битовая комбинация данных "100001" имеет тактовый импульс, вставленный в середину, где он обычно опускается:
Данные: 1 0 0 0 0 1Нормальный: 0 1 0 1 0Синхронизация: 0 1 1 1 0
См. Также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Кеес Схаухамеры Имминк (декабрь 1990). «Последовательности с ограниченной длиной выполнения» . Труды IEEE . 78 (11): 1745–1759. DOI : 10.1109 / 5.63306 .
Дается подробное описание ограничивающих свойств последовательностей с ограниченной длиной серии.
- Перейти ↑ Hoagland, Al (1963). Цифровая магнитная запись . Джон Вили и сыновья. п. 127.
Следующий метод двоичного кодирования, который будет описан, по-разному называется методом фазовой модуляции, методом частотной модуляции ... и некоторыми другими, более часто используемыми терминами.
- ^ «Модуляция задержки» . Труды IEEE . IEEE. 57 (7). Июль 1969 г.
- ↑ Патент США. # 3,108,261
- ^ Корпорация Intel (1977). Справочное руководство по аппаратному обеспечению контроллера дискет двойной плотности SBC 202 (PDF) . С. 4–26. Архивировано (PDF) из оригинала 18.06.2017.
Эта статья основана на материалах, взятых из Free On-line Dictionary of Computing до 1 ноября 2008 г. и включенных в соответствии с условиями «перелицензирования» GFDL версии 1.3 или новее. 
Эта статья включает материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Управления общих служб : «Федеральный стандарт 1037C» .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Савард, Джон Дж. Г. (2018) [2006]. «Цифровая запись на магнитную ленту» . квадиблок . Архивировано из оригинала на 2018-07-02 . Проверено 16 июля 2018 .
Внешние ссылки [ править ]
- Джонсон, Герберт Р. (2016-07-06). «Формат дискеты M2FM или MMFM» . Архивировано 18 июня 2017 года . Проверено 19 июня 2017 .
- Руководство для ПК: частотная модуляция
