Modulace dat při záznamu na magnetická média

Data se na magnetická média ukládají pomocí změn magnetického toku. Tato změna může nastat z kladného toku na záporný nebo naopak ze záporného na kladný. Každá takováto změna se při čtení projeví jako impuls. K reprezentaci dat na magnetickém médiu se tedy používá přítomnosti nebo nepřítomnosti impulsu (mezera).

Například posloupnost bitů 10101110 by byla zakódována jako PNPNPPPN, kde P značí impuls a N značí mezeru.

Bylo by tedy teoreticky možné data zaznamenávat na médium tak, že bit 1 by byl zaznamenán jako impuls a bit 0 jako mezera. Tato představa je ovšem pouze teoretická a v praxi by nikdy nepracovala. V okamžiku, kdy by následovala delší posloupnost nul, která by byla zaznamenána jako dlouhá posloupnost mezer bez jakýchkoliv impulsů, by došlo ke ztrátě synchronizace řadiče pevného disku a nebylo by možné přesně určit, kolik mezer (nul) bylo přečteno. Impulsy totiž pomáhají vzájemně synchronizovat čtená data a řadič disku.

Z předchozího vyplývá, že data musí být na disk zaznamenávána tak, aby nikdy nedošlo k dlouhé posloupnosti mezer. V rozporu s tímto požadavkem je ovšem požadavek, který říká, že na magnetické médium se vejde větší počet mezer a impulsů, je-li počet impulsů menší. Je tedy nutné zvolit vhodný kompromis, aby při čtení dat nedošlo ke ztrátě synchronizace a zároveň, aby vlivem přehnaně velkého počtu impulsů nedocházelo k plýtvání médiem a tím k jeho menší kapacitě.

V praxi je tento problém řešen některým z následujících způsobů:

• FM modulace: v případě FM (Frequency Modulation) se jednotlivé bity zakódují následovně:

  Bit	Zakódování
  0	PN
  1	PP

  Například: 101101101 se zakóduje jako PPPNPPPPPNPPPPPNPP.

  To znamená, že jednička je kódována jako dva impulsy a nula jako impuls následovaný mezerou. Při tomto kódování je bezpečně zaručeno, že nikdy nenastane příliš dlouhá posloupnost mezer. Bohužel je zde příliš vysoký počet impulsů, který způsobuje, že na médium je možné zaznamenat menší počet informací. Tento způsob kódování je dnes již poměrně zastaralý a nepoužívá se.

• MFM modulace: u MFM(Modified Frequency Modulation) je snaha zmenšit počet impulsů, takže bity jsou kódovány podle těchto pravidel.

  Bit	Zakódování
  0	PN jestliže je v řetězci 00 NN jestliže je v řetězci 10
  1	NP

  Například mějme vzorek 101100, který bude pro porovnání zakódován pomocí MFM i FM.

  Vzorek	MFM	Počet impulsů	FM	Počet impulsů
  101100	NPNNNPNPNNPN	4	PPPNPPPPPNPN	9

  Je zřejmé, že při MFM modulaci dojde k úspoře média, protože celkový počet impulsů je menší než u FM modulace a také celkový počet po sobě následujících mezer nikdy nebude příliš vysoký, protože po sobě mohou následovat nejvýše 3 mezery. Díky těmto vlastnostem je MFM modulace asi o 20% úspornější než FM modulace.

  MFM modulace se používala u prvních pevných disků a dodnes se používá při záznamu na pružné disky.

• RLL modulace: modulace 2,7 RLL používá pro kódování následující schéma, pomocí něhož kóduje dvojice až čtveřice bitů:

  Vzorek	RLL	Počet impulsů	MFM	Počet impulsů
  00	PNNN	1	PNPN	2
  01	NPNN	1	PNNP	2
  100	NNPNNN	1	NPNNPN	2
  101	PNNPNN	2	NPNNNP	2
  1100	NNNNPNNN	1	NPNPNNPN	3
  1101	NNPNNPNN	2	NPNPNNNP	3
  111	NNNPNN	1	NPNPNP	3

  Jednotlivé vzorky a jejich zakódování jsou voleny tak, aby mezi dvěma impulsy byly minimálně dvě a maximálně 7 mezer. Toto kódování je asi o 50% úspornější než MFM kódování a bylo používáno u starších pevných disků.

• moderní pevné disky používají většinou nějakou modifikaci 2,7 RLL kódování, označovanou např. ARLL, ERLL apod., která poskytuje ještě větší úsporu a tím umožňuje záznam většího objemu dat na médium.

Modulace dat při záznamu: strana 1