La modulación de frecuencia modificada ( MFM ) es un código de línea de longitud de ejecución limitada (RLL) [1] que se utiliza para codificar datos en la mayoría de los disquetes y algunas unidades de disco duro . Se introdujo por primera vez en discos duros en 1970 con el IBM 3330 y luego en unidades de disquete a partir del IBM 53FD en 1976.
MFM es una modificación del código de codificación de modulación de frecuencia (FM) original específicamente para su uso con almacenamiento magnético . MFM permitió a los dispositivos duplicar la velocidad de escritura de datos en los medios, ya que el código garantizaba solo un cambio de polaridad por bit de datos codificados. Por esta razón, los discos MFM se conocen normalmente como "doble densidad", mientras que el FM anterior pasó a conocerse como "densidad única".
MFM se utiliza con una velocidad de datos de 250 a 500 kbit/s (500 a 1000 kbit/s codificados) en el estándar industrial 5+1 ⁄ 4 pulgadas y 3+Disquetes flexibles ordinarios y de alta densidad de 1 ⁄ 2 pulgadas. MFM también se utilizó en los primeros diseños de discos duros, antes de la llegada de tipos más eficientes de códigos RLL. Fuera de las aplicaciones específicas, la codificación MFM está obsoleta en la grabación magnética.
Los dispositivos de almacenamiento magnético, como los discos duros y las cintas magnéticas , almacenan datos no como valores absolutos, sino en cambios de polaridad. Esto se debe a que un campo magnético cambiante inducirá una corriente eléctrica en un cable cercano y viceversa. Al enviar una serie de corrientes cambiantes al cabezal de lectura/escritura mientras el medio pasa por él, el resultado será un patrón de polaridades magnéticas en el medio que cambia donde los datos eran un "1". La naturaleza exacta de los medios determina cuántos de estos cambios pueden ocurrir dentro de un área de superficie determinada, y cuando esto se combina con la velocidad nominal de movimiento, produce la velocidad de datos máxima para ese sistema.
Las unidades de disco están sujetas a una variedad de efectos mecánicos y materiales que causan que el patrón original de datos "vibra" con el tiempo. Si se envía una larga cadena de "0" al disco, no hay nada que indique a qué bit podría pertenecer el siguiente "1"; debido a los efectos de la fluctuación, puede perderse en el tiempo. Realinear las señales en el disco con bits de datos individuales requiere algún tipo de sincronización codificada en el disco junto con los datos.
Para este fin se ha desarrollado una amplia gama de codificaciones adecuadas, conocidas generalmente como códigos de línea . Su idoneidad depende del medio o mecanismo de transmisión que se utilice.
La codificación por modulación de frecuencia (FM) fue el primer sistema ampliamente utilizado para realizar esta operación. El controlador de la unidad incluye un reloj preciso que funciona a la mitad de la velocidad de datos seleccionada del medio de disco. Cuando se escriben datos en el disco, la señal del reloj se entrelaza con los datos. En la lectura, las señales de reloj se utilizan como disparadores a corto plazo para cronometrar la presencia o ausencia de una señal siguiente que represente los bits de datos. [2]
La ventaja del enfoque FM es que es extremadamente fácil implementar el circuito de escritura y la recuperación del reloj al leer también es relativamente simple. La desventaja es que utiliza la mitad de la superficie del disco para la señal de reloj, reduciendo así a la mitad la cantidad total de datos que el disco puede almacenar. Esto condujo a nuevas formas de codificación que eran más eficientes.
La modulación de frecuencia modificada codifica la señal del reloj y los datos en una única "ventana de reloj". A diferencia de FM, un bit de reloj solo se escribe cuando es necesario para lograr la sincronización cuando los bits de datos actuales y anteriores no están configurados. En promedio, MFM logra el doble de densidad de información que FM. [3]
La regla de codificación básica para MFM es que (x, y, z,...) codifica como (x, x NOR y, y, y NOR z, z, z NOR...). Un bit cero se codifica como 10 si está precedido por un bit cero en el flujo de entrada, y 00 si está precedido por uno; un bit siempre se codifica como 01 . El número de transiciones magnéticas por bit de datos codificados es en promedio de 0,75 a 1. [4]
Tenga en cuenta que los bits de reloj circundantes a veces se conocen, pero a veces requieren conocimiento de los bits de datos adyacentes. [ cita necesaria ] Un ejemplo más largo:
Datos: 0 0 0 1 1 0 1 1 ...FM codificado: 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1...Reloj MFM: ? 1 1 0 0 0 0 0 0...Codificado MFM: ? 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0...
(Los bits en negrita son los bits de datos, los demás son los bits de reloj).
En la codificación FM, el número de bits 0 que pueden aparecer entre bits 1 consecutivos es 0 o 1. En la codificación MFM hay un mínimo de 1 bit cero entre bits adyacentes (nunca hay dos bits uno adyacentes) y el El número máximo de ceros seguidos es 3. [ cita necesaria ] Por lo tanto, FM es un código RLL (0,1), mientras que MFM es un código (1,3).
Debido a que el sistema MFM requiere una sincronización más precisa de la señal del reloj, no era posible construir económicamente los componentes analógicos y digitales necesarios en un solo circuito integrado utilizando tecnología de finales de los años 1970. En cambio, los controladores MFM exigían que el proveedor de la unidad diseñara su propio circuito de recuperación de reloj , un sistema conocido como separador de datos . El diseño del separador de datos era una forma de arte en sí misma. [5]
Entre los controladores más utilizados de la época se encontraba la serie Western Digital FD1771 . El FD1771 original solo admitía FM, pero rápidamente se emparejó con el FD1781 y el FD1791, que realizaban MFM basándose en una señal de reloj proporcionada externamente. La implementación del soporte MFM con estos controladores requirió un separador de datos externo. La rápida mejora en la fabricación de circuitos integrados a finales de los años 1970 y principios de los 1980 condujo a los primeros controladores MFM todo en uno de bajo costo a principios de los años 1980. El WD2791 fue el primero en admitir directamente MFM mediante un bucle de bloqueo de fase analógico interno , pero requirió una serie de componentes externos simples para implementar un sistema completo. El WD1770 fue el primero en implementar una solución MFM completa en un solo chip.
FM y MFM se utilizan para indicar la posición de bits individuales en los datos originales, pero los datos en sí no tienen ningún nivel superior de organización como "archivos". Este es el propósito del formato del disco. Los discos suelen formatearse en sectores de tamaño fijo que contienen información de encabezado adicional para vincularlos a los archivos.
En los formatos de IBM, el inicio de la información del encabezado de un sector y el inicio de los datos en sí se indican con una "marca de sincronización" especial, un patrón de 0 y 1 que no puede aparecer en los datos en sí. Esto se logra al no codificar estos datos utilizando la codificación FM o MFM, lo que facilita que el conductor los detecte. La marca de sincronización que se usa comúnmente en la codificación MFM se conoce como "sincronización A1", ya que los bits de datos forman el inicio del valor hexadecimal A1 (10100001), pero el quinto bit de reloj es diferente de la codificación normal del byte A1.
Datos: 1 0 1 0 0 0 0 1Reloj: 0 0 0 1 1 1 0Codificado: 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 Reloj de sincronización : 0 0 0 1 0 1 0Marca de sincronización: 100010010 0 01001 ^ Falta un bit de reloj
MMFM , (Modulación de frecuencia modificada), también abreviado M²FM , o M2FM , es similar a MFM, pero suprime bits de reloj adicionales, lo que produce una longitud de ejecución máxima más larga (un código RLL (1,4). En particular, solo se inserta un pulso de reloj entre un par de bits 0 adyacentes si el primer bit del par no tenía un pulso de reloj insertado antes. [6] En el siguiente ejemplo, los bits de reloj que habrían estado presentes en MFM se indican en negrita:
Datos: 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1Reloj: 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0Codificado: 010100010010010010 0 0010010 0 010010010 0 010 0 001
En este sistema, las marcas de sincronización se crean insertando pulsos de reloj adicionales entre bits cero adyacentes (siguiendo la regla MFM) donde normalmente se omitirían. En particular, el patrón de bits de datos "100001" tiene un pulso de reloj insertado en el medio, donde normalmente se omitiría:
Datos: 1 0 0 0 0 1Normal: 0 1 0 1 0Sincronización: 0 1 1 1 0
Se proporciona una descripción detallada de las propiedades limitantes de secuencias de longitud limitada.
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