Введение

Код линии, используемый в раннем магнитном хранении данных. Модифицированная частотная модуляция (MFM) — это код линии с ограниченной длиной серии (RLL), используемый для кодирования данных на большинстве дискет и некоторых жестких дисках. Он был впервые представлен на жестких дисках в 1970 году с IBM 3330, а затем в дискетах, начиная с IBM 53FD в 1976 году. MFM является модификацией исходного кода частотной модуляции (FM), разработанной специально для использования с магнитными накопителями. MFM позволял устройствам удвоить скорость записи данных на носитель, поскольку код гарантировал не более одного изменения полярности на закодированный бит данных. По этой причине диски MFM обычно называют дисками "удвоенной плотности", а более ранние FM — дисками "одинарной плотности". MFM использовался при скорости передачи данных 250–500 кбит/с (500–1000 кбит/с в кодированном виде) на стандартных 5 1/4-дюймовых и 3 1/2-дюймовых дискетах обычной и высокой плотности. MFM также применялся в ранних конструкциях жестких дисков до появления более эффективных типов кодов RLL. В настоящее время кодирование MFM устарело в магнитной записи, за исключением узкоспециализированных применений.

Магнитное хранение

Магнитные устройства хранения, такие как жесткие диски и магнитная лента, хранят данные не в виде абсолютных значений, а в изменениях полярности. Это обусловлено тем, что изменяющееся магнитное поле индуцирует электрический ток в расположенном рядом проводнике, и наоборот. Отправляя серию изменяющихся токов на головку чтения/записи во время движения носителя информации, на носителе формируется паттерн магнитных полярностей, изменяющийся в тех местах, где данные равны "1". Конкретные свойства носителя определяют, сколько таких изменений может быть зафиксировано на единице площади поверхности, а в сочетании с номинальной скоростью движения это определяет максимальную скорость передачи данных для данной системы. Жесткие диски подвержены различным механическим и материальным эффектам, вызывающим временное "смещение" исходного паттерна данных. Если на диск отправляется длинная последовательность "0", то нет способа определить, к какому биту относится следующий "1", поскольку из-за эффекта джиттера он может быть смещен во времени. Для восстановления синхронизации сигналов на диске с отдельными битами данных необходимо кодировать временные метки на диск вместе с данными. Для этой цели разработан широкий спектр подходящих кодировок, обычно называемых кодами линий. Их применимость зависит от используемого носителя информации или канала передачи.

Модуляция частоты

Кодирование частотной модуляции (FM) было первой широко используемой системой для выполнения этой операции. Контроллер диска содержит точный генератор тактовых импульсов, работающий на половине выбранной скорости передачи данных носителя. При записи данных на диск, тактовый сигнал переплетается с данными. При чтении тактовые сигналы используются как кратковременные метки времени для определения момента появления или отсутствия следующего сигнала, представляющего биты данных. Преимущество подхода FM заключается в простоте реализации схемы записи, а также в относительной простоте восстановления тактовой частоты при чтении. Недостатком является то, что половина поверхности диска используется для тактового сигнала, что вдвое уменьшает общий объем хранимых данных. Это привело к разработке новых, более эффективных методов кодирования.

Разделитель данных

Поскольку система MFM требовала более точной синхронизации тактового сигнала, экономически было невозможно изготовить необходимые аналоговые и цифровые компоненты на одном интегральном чипе, используя технологии конца 1970-х годов. Вместо этого, драйверы MFM требовали от производителя накопителей разработки собственной схемы восстановления тактовой частоты, системы, известной как разделитель данных. Проектирование разделителя данных было своего рода искусством. Среди наиболее широко используемых контроллеров того времени была серия Western Digital FD1771. Изначальный FD1771 поддерживал только FM, но вскоре он был дополнен FD1781 и FD1791, которые выполняли MFM на основе внешне подаваемого тактового сигнала. Для реализации поддержки MFM с этими драйверами требовался внешний разделитель данных. Быстрое развитие производства интегральных схем в конце 1970-х и начале 1980-х годов привело к появлению первых недорогих драйверов MFM "все в одном" в начале 1980-х годов. WD2791 стал первым, который непосредственно поддерживал MFM, используя внутреннюю аналоговую фазовую автоподстройку частоты (ФАПЧ), но для реализации полной системы требовался ряд простых внешних компонентов. WD1770 стал первым, кто реализовал полноценное решение MFM в одном чипе.

ММФМ

MMFM (Modified Modified Frequency Modulation), также сокращенно M²FM или M2FM, аналогичен MFM, но подавляет дополнительные тактовые биты, что обеспечивает большую максимальную длину серии (код RLL (1,4)). В частности, тактовый импульс вставляется между парой соседних битов 0 только в том случае, если перед первым битом этой пары не был вставлен тактовый импульс.