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データ ストレージの技術: 初期のディスク ドライブはどのようにして効率的な MFM エンコーディングを設計したのか?
デジタル技術の急速な発展に伴い、データの保存方法も大きく変化しました。このプロセスでは、改良された周波数変調 (MFM) エンコーディング技術がディスク ドライブの進化に重要な役割を果たしました。 1970 年に IBM 3330 ハード ドライブが初めて MFM テクノロジを採用して以来、このエンコード方式はその効率性と安定性により急速に普及しました。この記事では、MFM エンコーディングの設計原理とそれがディスク ドライブに与える影響について説明します。
磁気ストレージ技術の基礎
ハードドライブや磁気テープなどの磁気ストレージデバイスは、他の種類のストレージメディアのようにデータを絶対値で保存するのではなく、磁気極性の変化に依存します。磁場が変化すると、近くの電線に電流が誘導され、逆もまた同様です。読み取り/書き込みヘッドに一連の変化する電流を送ることで、メディアの移動に合わせてメディア上に一連の磁極パターンが形成され、これらのパターンの変化がデータの「1」を表します。
このテクノロジーにより、ディスク ドライブはストレージ メディア上のデータを効率的にエンコードおよびデコードできるようになり、データ転送速度が向上します。
周波数変調符号化の誕生
周波数変調 (FM) は、初期のディスク ドライブで一般的に使用されていたコーディング システムです。 FM エンコード ドライブ コントローラには、選択したデータ レートの半分で動作する高精度クロック信号が含まれています。データがディスクに書き込まれると、クロック信号がデータとインターリーブされ、データの読み取り時に、クロック信号がデータ ビットの有無を示す短期トリガーとして使用されます。
MFM コーディング: ストレージ密度の向上における革命
MFM コーディングは、クロック信号とデータのエンコードを「クロック ウィンドウ」に革新的に統合します。 FM とは異なり、クロック ビットは同期を維持するために必要な場合にのみ書き込まれるため、平均して FM の 2 倍の情報密度が達成されます。 MFM エンコーディング規則は 0 と 1 の出力形式を決定し、磁気変換速度を最適化し、データ エラーの可能性を減らします。
この技術は、データ保存容量を向上させただけでなく、当時のハードドライブ設計に新たな技術的可能性をもたらしました。
データ抽出の技術
MFM システムではより正確なクロック信号が必要なため、1970 年代後半に利用可能だった技術では、必要なアナログおよびデジタル コンポーネントを 1 つの集積回路に統合するのは経済的ではありませんでした。これにより、データセパレーターと呼ばれるシステムの開発が促進されました。データ スプリッターの設計は芸術であり、最も広く使用されているコントローラーの 1 つは Western Digital FD1771 シリーズです。この一連のハードウェアは、MFM エンコーディングの普及を促進する上で重要な役割を果たしました。
データのフォーマットと行のエンコード
FM および MFM 技術の適用は、生データ内の個々のビットの位置を示すことを目的としていますが、データ自体には「ファイル」などの高レベルの組織形式はありません。ディスクは通常、ファイルにリンクするための追加のヘッダー情報を持つ固定サイズのセクターにフォーマットされます。このような構造設計により、効率的なデータ管理が保証され、データの読み取り効率が向上します。
下位互換性と進化する MFM
修正周波数変調 (MMFM) コードは元の MFM 形式を簡素化しますが、新しいデータ ストレージ技術の課題に直面してその重要性は徐々に低下しています。しかし、MFM は、データ ストレージ システムに関する現在の多くの技術的議論において依然として重要な位置を占めており、初期のディスク ドライブの開発を理解するための重要な技術となっています。
MFM コーディングは現在の磁気記録では時代遅れだと考えられていますが、後のデータ ストレージ技術への道を開いたことは間違いありません。
この歴史を振り返ると、MFM コーディングの設計は技術的なブレークスルーであるだけでなく、データ管理と効率性に対する深い反映でもあります。今日のデータストレージ技術はどこに向かっているのでしょうか?
