Модуляция и кодирование при записи/чтении информации в HDD

При выполнении записи цифровая информация, поступающая в устройство специальным образом, кодируется.

Когда меняется полярность записываемого сигнала, происходит изменение полярности магнитных доменов. Если во время воспроизведения головка регистрирует группу магнитных доменов одинаковой полярности, она не генерирует никаких сигналов.

Генерация сигналов происходит только тогда, когда головка обнаруживает изменение полярности. Эти моменты изменения полярности называются сменой знака. Каждая смена знака приводит к тому, что считывающая головка выдает импульс напряжения и именно эти импульсы устройство регистрирует во время чтения данных.

Первой наиболее используемой системой кодирования информации для магнитных носителей была частотная модуляция, или FM.

FM кодирование

Принцип модуляции был предельно прост: 1 кодировалась двумя последовательными сменами полярности, в то время как 0 кодировался одной сменой полярности и оставлением ее неизменной. Таким образом, в начале каждого бита информации мы наблюдали смену полярности и таким образом мы всегда могли восстановить синхронизацию битов.

Частотная модуляция была очень расточительной: каждый бит информации требовал два "магнитика". По сравнению с более продвинутыми методами кодирования, у FM-кодирования каждый бит сопровождался информацией о синхронизации (клоковой — каждый бит данных в цифровых системах обычно сопровождается синхроимпульсом, называемым клоком), в то время как сама задача кодирования и состоит в уменьшении информации о синхронизации на один и тот же удельный объем данных.

На рисунке представлена кодированная форма записи байта "10001111".

MFM-кодирование (Modified Frequency Modulation).

MFM-кодирование было лучше чем FM-кодирование в смысле уменьшения магнитных переходов полярности, используемых для синхронизации (клоковых). Вместо вставки клоковой информации на каждый бит, она вставлялась только в случае двух последовательных нулей. Ведь, когда пишется 1, у нас и так есть смена полярности (в середине бита), так что нет необходимости в дополнительной смене полярности в целях правильного восстановления синхронизации. Когда 0 следует после единицы, у нас уже недавно (во время 1) была клоковая информация, и мы можем отталкиваться от нее. Так что смена полярности нам в данном случае не нужна, а требуется она только тогда, когда мы имеем последовательно два 0.

Для жестких дисков вскоре был изобретен более эффективный метод кодирования информации: RLL. RLL — run length limited или кодирование с ограничением длины поля записи. Этот тип кодирования был более сложным, и, строго говоря, это было семейство схем кодирования. У RLL-кодирования было два параметра, описывающих данный метод кодирования и в связи с этим было именно семейство схем кодирования, а не один метод кодирования.

Этот метод кодирования рассматривает группы из нескольких бит, вместо рассмотрения одного бита в один промежуток времени. Идея кодирования состоит в том, чтобы смешивать клоковые смены полярности и смены полярности данных, чтобы допустить более плотную запись на поверхность магнитной пластины. Два параметра, описывающих RLL есть run length и run limit (отсюда и следует имя данного семейства кодирующих схем). Слово run здесь относится к последовательности записываемой информации без смены полярности. Параметр run length — это минимальная длина между двумя сменами полярности, в то время как run limit — это максимальная длина без смены полярности. Как и было сказано ранее, длина между двумя сменами полярности не может быть слишком длинной, иначе у нас потеряется синхронизация бит.

Поиск по сайту: