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Il segreto dei dischi: come la codifica MFM raddoppia la velocità di trasferimento dei dati
Con l'avvento dell'era digitale, anche la tecnologia di archiviazione dei dati ha fatto progressi. Tra queste, la tecnologia di codifica a modulazione di frequenza modificata (MFM) è diventata una delle tecnologie chiave per l'archiviazione su disco grazie alle sue prestazioni superiori nella trasmissione dei dati. Questo articolo esplorerà lo sviluppo della codifica MFM e come questa possa raddoppiare la velocità di archiviazione dei dati.
MFM è uno speciale metodo di codifica che mira a colmare le carenze della tradizionale codifica a modulazione di frequenza (FM), consentendo di aumentare significativamente la velocità di scrittura dei dati sul disco.
La tecnologia MFM è stata introdotta per la prima volta nei dischi rigidi nel 1970 e successivamente nei floppy disk nel 1976. La tecnologia di modulazione di frequenza migliorata è progettata principalmente per i dispositivi di memorizzazione magnetica. La caratteristica della codifica MFM è che ogni bit di dati in ingresso presenta al massimo un cambio di polarità. Questa caratteristica non solo riduce la probabilità di errori nei dati, ma raddoppia anche la velocità di scrittura, per cui i dischi MFM sono spesso chiamati dischi a "doppia densità", mentre i primi dischi FM sono chiamati a "densità singola".
Nella memorizzazione magnetica, i dati non vengono memorizzati come valori assoluti, ma piuttosto come cambiamenti di polarità. Le variazioni del campo magnetico inducono correnti elettriche nei fili vicini e viceversa. Ciò significa che quando la testina di lettura/scrittura legge o scrive dati, crea uno schema di polarità magnetica sul supporto attraverso una serie di variazioni di corrente elettrica, che indica dove sono memorizzati i dati.
MFM è un codice a lunghezza limitata (RLL) che limita efficacemente la distanza tra le transizioni registrate durante il processo di registrazione per evitare errori nei dati dovuti al rumore.
A causa dei requisiti di temporizzazione più precisi richiesti per MFM, non era economicamente fattibile combinare i componenti analogici e digitali richiesti in un singolo circuito integrato con la tecnologia disponibile alla fine degli anni '70. Ciò ha reso necessario per i produttori di unità progettare circuiti dedicati al recupero del clock, un sistema denominato separatore di dati. L'implementazione della codifica MFM richiede un supporto hardware più complesso per le unità disco, ma il costo di questi dispositivi sta gradualmente diminuendo con il progresso della tecnologia.
La regola di base della codifica MFM è che in un flusso di dati, se il bit precedente è zero, allora quando l'input è zero, verrà codificato come 10; se il bit precedente è uno, verrà codificato come 00 ; e se il bit precedente è uno, verrà codificato come 00. È sempre codificato come 01. Questo metodo di codifica garantisce che vi siano in media da 0,75 a 1 transizioni magnetiche per bit di dati codificati. A causa di queste limitazioni, la codifica MFM può raggiungere una densità di dati maggiore rispetto alla codifica FM.
A quel tempo la progettazione di separatori di dati divenne un'arte e nacquero molti dei primi controller, come la serie Western Digital FD1771.
Naturalmente, oltre alla MFM, esistono anche tecnologie di codifica MFM migliorate (come la MMFM), che comprimono ulteriormente i bit di clock, ottenendo così una lunghezza di esecuzione massima maggiore, diventando la codifica (1,4) RLL. Ottimizzando ulteriormente il metodo di codifica, la codifica MMFM funziona bene in scenari specifici, sebbene la codifica MFM standard sia ancora molto richiesta nelle applicazioni generali.
Tuttavia, nell'attuale contesto di archiviazione dei dati, la tecnologia MFM è stata gradualmente sostituita da metodi di codifica dei dati più efficienti ed è diventata una tecnologia all'avanguardia per applicazioni specifiche. Tuttavia, è comunque importante comprendere la storia e l'utilizzo di questa tecnologia, perché ha aperto la strada alle successive tecnologie di archiviazione dei dati.
Come pietra angolare della digitalizzazione, in che modo l'MFM è diventato un punto di svolta che ci ha consentito di migliorare la tecnologia di archiviazione e trasmissione dei dati? Quali nuove tecnologie renderanno la nostra vita più comoda in futuro?
