Способы кодирования данных

Сложная структура жесткого диска предназначена для хранения информации, т.е. блоков двоичных чисел, под которыми поиимаюгся просто наборы единиц и ну­лей. Для считывания и записи данных эти единицы и нули, т.е. биты, должны быть закодированы как магнитные сигналы на поверхности диска. Представьте себе, что отдельные биты можно хранить один за другим вдоль дорожки, назначая каждому биту одно из двух направлений магнитных полей в зависимости от того, является бит единицей или нулем. Если такое представление возможно, для хранения каждого би­та потребуется длина одного магнитного триггера.

Если внимательно разобраться в смысле третьего физического факта, приведенного в начале, оказывается, что такой способ кодирования не работает. Чтобы на выводах обмотки появилось напряжение, магнитное поле в обмотке должно изменяться, а этого данный способ не обеспечивает при записи идентичных данных, например всех единиц или нулей. В такой ситуации сигналы при считывании не возникают.

Кроме того, если скорость диска при считывании даже незначительно отличается от скорости при записи, головка формирует биты с другой скоростью. Если было бы можно "видеть" каждый бит, такое различно в скорости можно учесть, но если "плыть" над идентичными магнитными полями и совсем не получать сигналов, то не­возможно узнать, сколько бит прошло под головкой. Чтобы накопитель мог надежно считывать информацию, требуется более сложный способ кодирования данных.

Очевидное решение состоит в том, чтобы сделать каждый бит автономным. По-видимому, проще всего для этого ввести между битами участки без намагниченности. К сожалению, осуществить такой прием не так просто. Зерна, образующие поверхность диска, сильно намагничиваются в том или ином направле­нии и можно управлять только тем, в каком направлении они намагничиваются.

Простой импульсный подход

Простое работоспособное решение состоит в том, чтобы превратить двоичную единицу в двунаправленный импульс, а каждый двоичный нуль — в отсутствие им­пульса (обратите внимание на "Предупреждение"). Кроме того, между каждой парой битов данных нужно ввести фиктивный импульс или сигнал синхронизации, анало­гичный импульсам двоичных единиц.

Если посмотреть другие книги по рассматриваемому вопросу, можно немного запутаться. Под импульсами понимаются сигналы, которые возрастают и спадают. Однако некоторые авторы говорят о записи импульсов, подразумевая фактически запись перехода маг­нитного поля от минуса к плюсу или от плюса к минусу (но без воз­вращения).

Такие записанные переходы приведут при считывании к появлению импульсов напряжения в головке считывания. Во время перехода от отрицательной намагничен­ности к положительной, напряжение быстро растет к некоторому положительному значению, а затем быстро спадает к нулю, т.е. формируется положительный им­пульс. При прохождении перехода противоположного направления напряжение в го­ловке быстро спадает до некоторого отрицательного значения, а затем возвращается к нулю, образуя отрицательный импульс.

Некоторые авторы вносят дополнительную путаницу, обозначая как биты данных 1 и 0 переход и его отсутствие, не делая четкого различия между ними. В данной книге запутаться невозможно.

Импульсы от двоичных единиц четко фикси­руются при их прохождении под головкой, а импульсы от двоичных нулей, которые не изменяют магнитное поле, нет. Импульсы синхронизации возникают всегда и по­зволяют головке обнаружить даже длинные цепочки двоичных нулей. Такой способ обеспечивает простоту операций записи и считывания данных, но недостаточно эф­фективен. Представлены следующие способы кодирования:

• Двунаправленная частотная модуляция

• Частотная модуляция без возврата к нулю (NRZ — Non Return to Zero), обычно называемая частотной модуляцией (FM — Frequency Modulation)

• Модифицированная частотная модуляция (MFM - Modified Frequency Modulation)

• Идеализированное напряжение в головке считывания при прохождении под ней набора из в)

• Кодирование с ограниченной длиной промежутка. (2,7 RLL — Run-Length Limited)