77721

Кодирование данных с ограничением длины поля записи

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Для жестких дисков вскоре был изобретен более эффективный метод кодирования информации: RLL. В случае с гибкими дисками новые методы уже не использовались в силу отсутствия необходимости в переносе больших объемов данных на гибких дисках это было бы достаточно не надежно а также в случае с гибкими дисками требуется совместимость новых стандартов кодирования и старых: любой современный дисковод может читать как FM так и MFMкодированные диски в то время как принцип RLLкодирования принципиально отличается от двух предыдущих. Этот тип...

Русский

2015-02-05

64.5 KB

1 чел.

Кодирование данных с ограничением длины поля записи

RLL-кодирование

MFM-кодирование использовалось в ранних винчестерах, а также в флоппи-дисководах. Т.к. MFM-кодирование в два раза поднимало объем записываемой информации, такие гибкие диски назывались "double density". MFM-кодирование до сих пор используется в дисководах на магнитных дисках. Для жестких дисков, вскоре, был изобретен более эффективный метод кодирования информации: RLL. В случае с гибкими дисками, новые методы уже не использовались, в силу отсутствия необходимости в переносе больших объемов данных на гибких дисках (это было бы достаточно не надежно), а также, в случае с гибкими дисками требуется совместимость новых стандартов кодирования и старых: любой современный дисковод может читать как FM-, так и MFM-кодированные диски, в то время как принцип RLL-кодирования принципиально отличается от двух предыдущих.

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.

FM-кодирование имеет простое соотношение между кодируемым битом и методом записи на диск. Требуется только знать текущий бит данных. MFM-кодирование улучшило эффективность по сравнению с FM-кодированием с помощью более умной схемы, которая следила за предыдущим записанным битом и клоковой информацией.

RLL-кодирование было шагом вперед по сравнению с MFM-кодированием. 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.

Конкретная схема кодирования пишется как RLL(x,y) или x,y RLL, где x это run length, а y это run limit. Наиболее часто встречающаяся схема кодирования информации на накопителях это RLL(1,7) и RLL(2,7). Для того чтобы произвести кодирование, нужно иметь некий словарь, ставящий в соответствие входные данные выходным, давайте посмотрим на данный словарь в случае 2,7 RLL:

Битовая последовательность

Кодированная последовательность

Количество смен полярности на бит

Вероятность встречи в случайном потоке данных

11

RNNN

1/2

25%

10

NRNN

1/2

25%

011

NNRNNN

1/3

12.5%

010

RNNRNN

2/3

12.5%

000

NNNRNN

1/3

12.5%

0010

NNRNNRNN

2/4

6.25%

0011

NNNNRNNN

1/4

6.25%

Взвешенное среднее

0.4635

100%

Для примера, возьмем следующую последовательность бит: 10001111 (0х8Fh), эта последовательность будет представлена контроллером, как 10-0011011 и закодирована как NRNN-NNNNRNNN-RNNN. Следует заметить, что в данной схеме кодирования, каждая кодируемая последовательность из словаря оканчивается как NN, отсюда и видно, что минимальная длина между двумя сменами полярности равна 2. Максимальная длина, равная 7, будет достигаться в случае кодирования двух последовательностей 0011-0011.

Сравнивая эту таблицу с такими же для FM и MFM, можно увидеть несколько интересных вещей. Наблюдается увеличивающаяся сложность кодирования: используется 7 различных последовательностей, и одновременно рассматривается до 4 бит. Среднее количество смен полярности на один бит равно 0.4635 или примерно 0.5. Это примерно одна треть от FM и примерно две трети от MFM. Так что, по сравнению с FM-кодированием, мы можем записать втрое больше информации на один и тот же участок поверхности.

На рисунке представлено кодированная форма записи байта "10001111" в случае FM, MFM и RLL 2,7 кодирования.

PRML-кодирование

Стандартные схемы чтения работают, используя определение смены полярности и представления их в соответствии с кодирующей схемой, которая была использована при записи информации. Сигнал читается с диска, используя головку и усилитель, после чего он подается на схему улавливания и декодирования. Контроллер переводит сигнал в цифровую форму, постоянно следя за сигналом с головок, синхронно с внутренним клоком и определяя маленькие всплески напряжения, которые означают смену полярности. Традиционный метод чтения и представления читаемой информации называется методом детектирования пиков.

Этот метод прекрасно работает, пока всплески напряжения достаточно большие, чтобы отличить их от шума. В то время как плотность записи растет, сигнал становится все сложнее и сложнее распознавать: амплитуда пиков падает, а также начинаются явления интерференции между двумя соседними всплесками. Получается интересная зависимость: для того, чтобы снизить интерференцию, надо уменьшить амплитуду записываемых данных, в то время как снижая амплитуду, мы уменьшаем помехозащищенность. При увеличении плотности записи, происходит увеличение интерференции. Следовательно, нужно снижать амплитуду записи, что приводит к более низкой помехозащищенности, и как следствие — к удорожанию и усложнению головок и схемы распознавания и декодирования.

Для борьбы с этой проблемой был предложен новый метод распознавания данных. Эта технология, называемая PRML (partial response, maximum likelihood) — частичный ответ, максимальное правдоподобие, которая в корне меняет принцип чтения и декодирования данных, полученных с поверхности накопителя. Вместо того чтобы пытаться отличать индивидуальные всплески, контроллер, использующий PRML, применяет большую тактовую частоту дискретизации при переводе аналогового сигнала в цифровой, восстанавливая структуру считанного сигнала в цифровой форме, фильтруя его и используя различные методы цифровой обработки сигналов. Рассматривает не один всплеск, а целый временной интервал, описывающий считанный сигнал. Далее контроллер сравнивает полученные результаты и подбирает наиболее похожий набор данных. Т.е. в данном методе не обязательно даже считать сигнал целиком, достаточно считать только его часть, после чего контроллер определит, на что именно похожа эта часть, и декодирует информацию.

Этот метод считывания и декодирования информации позволил поднять поверхностную плотность записи на 30-40% по сравнению со старой схемой, использовавшей детектирование всплесков.

EPRML

Революционным шагом явилось создание технологии EPRML — улучшенного варианта PRML. Сам принцип работы остался тем же, но были улучшены алгоритмы работы анализирующих схем. Это дало увеличение поверхностной плотности записи до 70% по сравнению со стандартным PRML методом.

Во всех современных винчестерах используются различные вариации именно EPRML метода при считывании информации. Таким образом, в любом современном винчестере происходит вероятностное считывание: информация никогда не считывается полностью, считывается только ее часть, и именно по части восстанавливается оригинальный битовый набор.

На верхнем рисунке представлен принцип перевода аналогового сигнала в цифровой в случае пикового детектирования, на нижнем — в случае PRML метода считывания информации.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1352. Проектирование полносборного жилого дома 332 KB
  Строительная система, конструктивная система и конструктивная схема здания. Выполнение требований пожарной безопасности. Пути эвакуации. Санитарно-техническое оборудование. Расчет сопротивления теплопередаче наружной стены. Расчет звукоизоляции межквартирных стен.
1353. Медицинское обеспечение мероприятий гражданской обороны 14.64 MB
  В учебном пособии рассматриваются основные вопросы медицинского обеспечения мероприятий гражданской обороны. Учебное пособие подготовлено преподавателями кафедры экстремальной и военной медицины Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения и социального развития России» и рассчитано для обучения студентов медицинского вуза и может быть полезным для подготовки интернов, ординаторов и врачей.
1354. Процес естетичного виховання дошкільників засобами природи 313 KB
  Аналіз психолого-педагогічної літератури з проблеми естетичного виховання дітей дошкільного вiку. Природа як засіб естетичного виховання дітей дошкільного віку.
1356. Великие географические открытия и начало борьбы за колонии между европейскими державами. Государства Азии в эпоху европейского Нового времени 450.5 KB
  Выявить и описать наступление эпохи Великих Географических открытий, а так же объяснить причины этого явления. Выяснить ход и причины борьбы за колонии между европейскими государствами. Рассмотреть ход развития государств Азии в эпоху европейского Нового времени. Познакомиться с учёными, изучающими данный вопрос.
1357. Теория государства и права, ответы на билеты к экзамену 783 KB
  Понятие, признаки и виды законов. Тгп в системе гуманитарных наук. История, цель и составляющие элементы принципа разделения властей. Социальный аспект правотворческой деятельности. Порядок принятия, опубликования и вступления в силу нормативных правовых актов современной России. Власть в первобытных обществах и ее отличия от государственной власти.
1358. Актерский грим 335 KB
  Грим - искусство изменения внешности актёра, преимущественно его лица, с помощью гримировальных красок, пластических и волосяных наклеек, парика, причёски и др. Характер грима в театре зависит от художественных особенностей пьесы, замысла актёра, режиссёрской концепции и стиля оформления спектакля.
1359. Стилистические приемы композиции отрезков высказывания 232.5 KB
  В составе высказывания имеются иногда значительно более сложные отрезки, чем предложение или два предложения, соединенные между собой. Обратный параллелизм (хиазм). Присоединение (Cumulation). Повторы, основанные на многозначности.
1360. Розробка проекту кінотеатру та підвищення можоливостей доступу до нього місцевого населення 261 KB
  Норми первинних засобів гасіння пожежі для приміщень кінотеатрів і кіноустановок. Вимоги пожежної безпеки до приміщень кіноапаратного комплексу. Меблі та обладнання кінотеатру. Стильове та кольорове рішення кінотеатру. Акустичні вимоги до залів і сертифікація кінозалів.