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Grabación codificada grupal

En informática , la grabación codificada en grupo o grabación de código de grupo ( GCR ) se refiere a varios métodos de codificación distintos pero relacionados para representar datos en medios magnéticos . El primero, utilizado en Cinta magnética de 6250  bpi desde 1973, [1] [2] es un código de corrección de errores combinado con un esquema de codificación de longitud de ejecución limitada (RLL), perteneciente al grupo de códigos de modulación. [3] Los otros son métodos de codificación similares utilizados en discos duros de mainframes o disquetes de microcomputadoras hasta fines de los años 1980. GCR es una forma modificada de un código NRZI , pero necesariamente con una densidad de transición más alta. [3]

Cinta magnética

La grabación con codificación grupal se utilizó por primera vez para el almacenamiento de datos en cinta magnética en una cinta de carrete a carrete de 9 pistas . [3] El término se acuñó durante el desarrollo de la unidad de cinta magnética IBM 3420 modelo 4/6/8 [1] y la correspondiente unidad de control de cinta 3803 modelo 2, [4] [1] ambas introducidas en 1973. [1] [5] IBM se refirió al código de corrección de errores en sí como "grabación con codificación grupal". Sin embargo, GCR ha llegado a referirse al formato de grabación de Cinta de 6250 bpi (250 bits/mm [3] ) en su conjunto, y posteriormente a formatos que utilizan códigos RLL similares sin el código de corrección de errores.

Para leer y escribir de manera confiable en cinta magnética , se deben cumplir varias restricciones en la señal que se va a escribir. La primera es que dos inversiones de flujo adyacentes deben estar separadas por una cierta distancia en el medio, definida por las propiedades magnéticas del propio medio. La segunda es que debe haber una inversión con la suficiente frecuencia para mantener el reloj del lector en fase con la señal escrita; es decir, la señal debe tener sincronización automática y, lo que es más importante, mantener la salida de reproducción lo suficientemente alta, ya que esto es proporcional a la densidad de transiciones de flujo.Cintas de 6250 bpi ,Las cintas de 1600 bpi satisfacían estas restricciones mediante una técnica llamada codificación de fase (PE), que tenía una eficiencia de solo el 50%.En las cintas GCR de 6250 bpi se utiliza un código RLL (0, 2)  , o más específicamente un 4/5Código de bloque (  0, 2) [3] a veces también denominadocodificación GCR (4B-5B) . [6] Este código requiere que se escriban cinco bits por cada cuatro bits de datos. [3] El código está estructurado de modo que no puedan aparecer más de dos bits cero (que se representan por la falta de una inversión de flujo) en una fila, [3] ya sea dentro de un código o entre códigos, sin importar cuáles sean los datos. Este código RLL se aplica independientemente a los datos que van a cada una de las nueve pistas.

De los 32 patrones de cinco bits, ocho comienzan con dos bits cero consecutivos, otros seis terminan con dos bits cero consecutivos y uno más (10001) contiene tres bits cero consecutivos. Si se elimina el patrón de todos unos (11111) del resto, quedan 16 palabras de código adecuadas.

ElCódigo RLL GCR de 6250 bpi : [7] [8] [9] [6]

11 de los nibbles (excepto xx00 y 0001) tienen su código formado anteponiendo el complemento del bit más significativo ; es decir, abcd se codifica como abcd . A los otros cinco valores se les asignan códigos que comienzan con 11. Los nibbles de la forma ab00 tienen códigos 11ba a , es decir, el bit inverso del código para ab11. Al código 0001 se le asigna el valor restante 11011.

Como el código de todos los unos no se utiliza en los datos normales, pueden aparecer como máximo 8 bits de uno seguidos. Se utilizan secuencias de 9 o más bits de uno (en la práctica se utilizaban 14 códigos de todos los unos, o 70 bits de uno) como patrón de sincronización .

Debido a la densidad extremadamente alta (para la época) deEn una cinta de 6250 bpi , el código RLL no es suficiente para garantizar un almacenamiento de datos confiable. Sobre el código RLL, se aplica un código de corrección de errores llamado Código Rectangular Óptimo (ORC). [10] Este código es una combinación de una pista de paridad y un código polinomial similar a un CRC , pero estructurado para la corrección de errores en lugar de la detección de errores. Por cada siete bytes escritos en la cinta (antes de la codificación RLL), se calcula un octavo byte de verificación y se escribe en la cinta. Al leer, se calcula la paridad en cada byte y se aplica una OR exclusiva con el contenido de la pista de paridad, y se calcula el código de verificación polinomial y se aplica una OR exclusiva con el código de verificación recibido, lo que da como resultado dos palabras de síndrome de 8 bits. Si ambas son cero, los datos están libres de errores. De lo contrario, la lógica de corrección de errores en el controlador de cinta corrige los datos antes de que se envíen al host. El código de corrección de errores puede corregir cualquier cantidad de errores en una sola pista o en dos pistas si las pistas erróneas se pueden identificar por otros medios.

En las unidades de cinta IBM de 18 pistas y media pulgada más nuevas, la grabación en24 000  ppp , 4/5  (0, 2) El GCR fue reemplazado por un modelo más eficiente .8/9Código de  modulación (0, 3), que asigna ocho bits a nueve bits. [3]

Discos duros

A mediados de la década de 1970, Sperry Univac , División ISS, estaba trabajando en discos duros de gran tamaño para el negocio de mainframes utilizando codificación de grupo. [11]

Disquetes

Al igual que las unidades de cinta magnética, las unidades de disquete tienen límites físicos en el espaciado de las inversiones de flujo (también llamadas transiciones, representadas por bits uno).

Micropolis

Al ofrecer unidades de disquete compatibles con GCR y controladores de disquete (como el 100163-51-8 y el 100163-52-6 [12] ), Micropolis respaldó la codificación de datos con grabación codificada por grupo [13] en unidades de disquete de 5¼ pulgadas, 100 tpi y 77 pistas para almacenar doce sectores de 512 bytes por pista desde 1977 o 1978. [14] [15] [16] [17]

Microperiféricos

Micro Peripherals, Inc. (MPI) comercializó unidades de disco de 5¼ pulgadas de doble densidad (como las unidades B51 de una cara y B52 de doble cara) y una solución de controlador que implementaba GCR desde principios de 1978. [18] [19]

Durango

El Durango Systems F-85 (presentado en septiembre de 1978 [20] [21] ) utilizaba unidades de disquete de 5¼ pulgadas y 100 tpi de una sola cara que proporcionaban 480 KB utilizando una codificación de grupo 4/5 de alta densidad patentada. La máquina utilizaba un controlador de disquete Western Digital FD1781 , diseñado por un ex ingeniero de Sperry ISS, [17] con unidades Micropolis de 77 pistas. [22] En modelos posteriores, como la serie Durango 800 [23], esto se amplió a una opción de doble cara para 960 KB (946 KB formateados [23] [nb 1] ) por disquete. [21] [24] [22] [14]

Manzana

Para la unidad de disquete Apple II , Steve Wozniak inventó un controlador de disquete que (junto con la propia unidad de disquete II ) impuso dos restricciones:

El esquema más simple para garantizar el cumplimiento de estos límites es grabar una transición de "reloj" adicional antes de cada bit de datos según la codificación Manchester diferencial o FM (modulación de frecuencia) (digital). Conocida como codificación 4 y 4 , la implementación resultante de Apple permitió que solo se grabaran diez sectores de 256 bytes por pista en un disquete de 5¼ pulgadas de densidad única. Utiliza dos bytes para cada byte.

Casi un mes antes del lanzamiento de la unidad de disco en la primavera de 1978, [26] Wozniak se dio cuenta de que un esquema de codificación más complejo permitiría que cada byte de ocho bits del disco contuviera cinco bits de datos útiles en lugar de cuatro bits. Esto se debe a que hay 34 bytes que tienen el bit superior establecido y no hay dos bits cero seguidos. Este esquema de codificación se conoció como codificación 5 y 3 y permitía 13 sectores por pista; se utilizó para Apple DOS 3.1, 3.2 y 3.2.1 , así como para la primera versión de Apple CP/M  [de] : [27]

Códigos GCR reservados: 0xAA y 0xD5. [27]

Wozniak calificó el sistema como "mi experiencia más increíble en Apple y el mejor trabajo que hice". [26]

Más tarde, el diseño del controlador de la unidad de disquete se modificó para permitir que un byte en el disco contuviera hasta un par de bits cero en una fila. Esto permitió que cada byte de ocho bits contuviera seis bits de datos útiles y permitió 16 sectores por pista. Este esquema se conoce como codificación 6 y 2 , [27] y se utilizó en Apple Pascal , Apple DOS 3.3 [27] y ProDOS , [29] y más tarde con las unidades Apple FileWare en el Apple Lisa y los discos de 3½ pulgadas de 400K y 800K en Macintosh y Apple II. [30] [31] Apple originalmente no llamó a este esquema "GCR", pero el término se le aplicó más tarde [31] para distinguirlo de los disquetes IBM PC que usaban el esquema de codificación MFM .

Códigos GCR reservados: 0xAA y 0xD5. [27] [29]

Comodoro

De forma independiente, Commodore Business Machines (CBM) creó un esquema de grabación codificado por grupos para su unidad de disquete Commodore 2040 (lanzada en la primavera de 1979). Las restricciones relevantes de la unidad 2040 eran que no podían aparecer más de dos bits cero seguidos; la unidad no imponía ninguna restricción especial sobre el primer bit de un byte. Esto permitía el uso de un esquema similar al utilizado enUnidades de cinta de 6250 bpi . Cada cuatro bits de datos se traducen a cinco bits en el disco, utilizando los mismos códigos de 5 bits que IBM para garantizar que nunca haya más de dos bits cero seguidos, pero en un orden diferente:

Al igual que el código de IBM, son posibles como máximo ocho bits uno en fila, por lo que Commodore utilizó secuencias de diez o más bits uno en fila como secuencia de sincronización .

Este esquema GCR más eficiente, combinado con un enfoque de grabación de densidad de bits constante mediante el aumento gradual de la frecuencia de reloj ( velocidad angular constante de zona , ZCAV) y el almacenamiento de más sectores físicos en las pistas externas que en las internas ( grabación de bits de zona , ZBR), permitió a Commodore adaptarse170 KiB en un disquete estándar de una sola cara y densidad simple de 5,25 pulgadas, donde Apple lo colocó140 KiB (con codificación 6 y 2) o114 KiB (con codificación 5 y 3) y un disquete codificado en FM que solo se puede guardar88 KiB .

Sirio/Víctor

De manera similar, las unidades de disquete de 5,25 pulgadas del Victor 9000, también conocido como Sirius 1 , diseñado por Chuck Peddle en 1981/1982, utilizaban una combinación de GCR y grabación de bits de zona disminuyendo gradualmente la velocidad de rotación de una unidad para las pistas externas en nueve zonas mientras aumentaba el número de sectores por pista [33] para lograr capacidades formateadas de606 KiB (una cara) /1188 KiB (doble cara) en un medio de 96 tpi . [34] [35] [36] [37] El código GCR es idéntico al del Commodore. [38]

Hermano

A partir de 1985, Brother presentó una familia de máquinas de escribir dedicadas al procesamiento de textos con una unidad de disquete integrada de 3,5 pulgadas y 38 pistas [nb 2] . Los primeros modelos de las series WP y LW  [de] utilizaban un esquema de grabación de codificación grupal específico de Brother con doce sectores de 256 bytes para almacenar hasta 120 KB [nb 3] en disquetes de una cara y hasta 240 KB [nb 3] en disquetes de doble densidad (DD) de doble cara. [17] [39] [40] [41] Según se informa, ya se mostraron prototipos en la Internationale Funkausstellung 1979 (IFA) en Berlín.

Afilado

En 1986, Sharp presentó una solución de unidad de disco de bolsillo giratoria de 2,5 pulgadas (unidades: CE-1600F , CE-140F; internamente basadas en el chasis FDU-250; medio: CE-1650F ) para su serie de computadoras de bolsillo con una capacidad formateada de62 464 bytes por lado (2× 64 kB nominales, 16 pistas, 8 sectores/pista, 512 bytes por sector, 48 tpi , 250 kbit/s, 270 rpm) con grabación GCR (4/5). [42] [43]

Otros usos

También se evaluó el GCR para un posible uso en esquemas de codificación de códigos de barras (eficiencia de empaquetado, tolerancias de tiempo, cantidad de bytes de almacenamiento para información de tiempo y nivel de salida de CC ). [44]

Véase también

Notas

  1. ^ El folleto del producto de la serie Durango 800 documenta una "capacidad en línea" formateada de 1,892 MB para las unidades de disquete. Sin embargo, el sistema estaba equipado con dos unidades de disquete Micropolis de 5¼ pulgadas , 100 tpi y 77 pistas de manera predeterminada, y 1,892 MB es aproximadamente el doble de la capacidad física de la unidad documentada en varias otras fuentes (480 KB por lado); por lo tanto, por "capacidad en línea" deben haberse referido a la capacidad de almacenamiento disponible para los usuarios para la combinación de dos unidades.
  2. ^ Las fuentes dan parámetros ligeramente contradictorios con respecto a los formatos de disquetes Brother . 12 sectores de 256 bytes darían 120 KB por lado en una unidad de 40 pistas, pero una fuente afirma que las unidades eran solo de 38 pistas.
  3. ^ ab Se sabe que los siguientes modelos Brother admiten un formato de disquete de 120 KB (lista incompleta): WP-1 (1985/1987), WP-5 (1987/1989), WP-6 (1989), WP-55 (1987/1989), WP-500 (1987/1989). Se sabe que los siguientes modelos admiten un formato de 240 KB (lista incompleta): WP-70, WP-75 (1989), WP-80 (1985/1989), WP-3400, WP-3410, WP-3550, WP-3650D, WP-760D, WP-760D+, LW-1 (1989), LW-20, LW-30, LW-100, LW-400.

Referencias

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  35. ^ "Material de referencia técnica suplementario". Revisión 0 (1.ª edición). Scotts Valley, CA, EE. UU.: Victor Publications . 23 de marzo de 1983. Nota de aplicación: 002. [...] La unidad de disquete de una sola cara ofrece 80 pistas a 96 TPI [...] La unidad de disquete de doble cara ofrece 160 pistas a 96 TPI [...] Las unidades de disquete tienen sectores de 512 bytes; utilizan una técnica de grabación GCR de 10 bits. [...] Aunque el Victor 9000 utiliza minifloppies de 5 1/4 pulgadas de un tipo similar a los utilizados en otras computadoras, los disquetes en sí no son legibles en otras máquinas, ni el Victor 9000 puede leer un disco de la máquina de otro fabricante. El Victor 9000 utiliza un método de grabación único para permitir que los datos se empaqueten con una densidad de hasta 600 kbytes en un minifloppy de una sola cara y densidad simple; Este método de grabación implica la regulación de la velocidad a la que gira el disquete, lo que explica el hecho de que el ruido de la unidad a veces cambie de frecuencia.
  36. ^ "Capítulo 7. Ensamblaje de la unidad de disco". Manual de referencia técnica de Victor 9000 (PDF) . Victor Business Products, Inc. Junio ​​de 1982. págs. 7–1..7–9. 710620. Archivado (PDF) desde el original el 23 de marzo de 2017 . Consultado el 23 de marzo de 2017 . [...] La densidad de pistas es de 96 pistas por pulgada y la densidad de grabación se mantiene en aproximadamente 8000 bits por pulgada en todas las pistas. [...] El VICTOR 9000 utiliza una técnica de codificación llamada grabación de código de grupo (GCR) para convertir los datos de la representación interna a una forma aceptable. GCR convierte cada nibble (de 4 bits) en un código de 5 bits que garantiza un patrón de grabación que nunca tiene más de dos ceros juntos. Luego, los datos se graban en el disco provocando una inversión de flujo para cada bit "uno" y ninguna inversión de flujo para cada bit "cero". [...]
  37. ^ Sargento III., Murray; Zapatero, Richard L.; Stelzer, Ernst HK (1988). Assemblersprache und Hardware des IBM PC/XT/AT (en alemán) (1 ed.). Addison-Wesley Verlag (Deutschland) GmbH / Addison-Wesley Publishing Company . ISBN 3-89319-110-0. . VVA-Nr. 563-00110-4.
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  40. ^ French, Mick (13 de septiembre de 2002). "Brother WP-6". Archivado desde el original el 22 de noviembre de 2017. Consultado el 14 de junio de 2017. [...] La unidad de disco de 3,5" y 240 Kb es una unidad Brother de un solo cabezal, número de pieza 13194989, y está conectada con una cinta de 15 pines. [...] inicializa (formatea) el disco a una capacidad de 236,5 Kb. [...]
  41. ^ Cotgrove, Michael S. (26 de febrero de 2009). "Archaic Floppy Disc Format" (formato de disquete arcaico) . Consultado el 14 de junio de 2017. [...] Había varios discos Brother de 3,5" que no eran estándar en absoluto . [...] Uno tenía sectores de 1296 bytes y otro tenía 12 sectores GCR de 256 bytes [...]
  42. ^ "Modelo CE-1600F". Manual de servicio de Sharp PC-1600 (PDF) . Yamatokoriyama, Japón: Sharp Corporation , Information Systems Group, Quality & Reliability Control Center. Julio de 1986. págs. 98–104. Archivado (PDF) desde el original el 2017-05-07 . Consultado el 2017-03-23 ​​. GCR es una abreviatura de Group Coded Recording (Grabación codificada por grupo ). Un solo byte, 8 bits, de datos se divide en dos datos de 4 bits que también se convierten en datos de 5 bits. Por lo tanto, un solo byte (8 bits) se graba en el medio como datos de 10 bits.
  43. ^ Manual de servicio Sharp Modelo CE-140F Unidad de disco de bolsillo (PDF) . Sharp Corporation . 00ZCE140F/SME. Archivado (PDF) del original el 2017-03-11 . Consultado el 2017-03-11 .
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