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ディスクの秘密: MFM エンコーディングでデータ転送速度を 2 倍にする方法
デジタル時代の到来とともに、データ保存技術も進歩しました。その中で、修正周波数変調 (MFM) コーディング技術は、データ伝送における優れた性能により、ディスク ストレージの重要な技術の 1 つとなっています。この記事では、MFM コーディングの開発と、それがどのようにしてデータ ストレージの速度を 2 倍にできるかについて説明します。
MFM は、従来の周波数変調 (FM) エンコーディングの欠点を解決することを目的とした特殊なエンコーディング方式であり、ディスクへのデータ書き込み速度を大幅に向上させることができます。
MFM は 1970 年にハードディスク ドライブに初めて導入され、その後 1976 年にフロッピー ドライブに導入されました。改良された周波数変調技術は、主に磁気記憶装置向けに設計されています。 MFM コーディングの特徴は、各入力データ ビットの極性変化が最大 1 回であることです。この機能により、データ エラーの可能性が低減されるだけでなく、書き込み速度も 2 倍になるため、MFM ディスクは「倍密度」ディスクと呼ばれることが多く、初期の FM ディスクは「単密度」ディスクと呼ばれていました。
磁気ストレージでは、データは絶対値として保存されるのではなく、極性の変化として保存されます。磁場の変化は近くの電線に電流を誘導し、逆もまた同様です。つまり、読み取り/書き込みヘッドがデータを読み取ったり書き込んだりするときに、一連の電流の変化を通じてメディア上に磁気極性のパターンを作成し、データが保存されている場所を示します。
MFM は、記録プロセス中に記録された遷移間の距離を効果的に制限し、ノイズによるデータ エラーを回避する長さ制限 (RLL) コードです。
MFM にはより正確なタイミング要件が求められたため、1970 年代後半に利用可能だった技術では、必要なアナログ コンポーネントとデジタル コンポーネントを 1 つの集積回路に統合することは経済的に不可能でした。その結果、ドライブベンダーは独自の専用クロック回復回路、つまりデータセパレーターと呼ばれるシステムを設計する必要が生じました。 MFM エンコーディングの実装には、ディスク ドライブに対するより複雑なハードウェア サポートが必要ですが、テクノロジの進歩に伴い、これらのデバイスのコストは徐々に低下しています。
MFMエンコードの基本ルールは、データストリームにおいて、前のビットがゼロの場合、入力がゼロのときは10としてエンコードされ、前のビットが1の場合は00としてエンコードされるというものです。 ; 前のビットが 1 の場合、00 としてエンコードされます。常に 01 としてエンコードされます。このエンコード方式により、エンコードされたデータ ビットごとに平均 0.75 ～ 1 個の磁気遷移が確保されます。これらの制限により、MFM コーディングは FM コーディングよりも高いデータ密度を実現できます。
データセパレーターの設計は当時、芸術となり、Western Digital FD1771 シリーズなどの初期のコントローラーが数多く誕生しました。
もちろん、MFM に加えて、クロック ビットをさらに圧縮して最大ラン レングスを長くし、(1,4) RLL エンコーディングを実現する、改良された MFM エンコーディング テクノロジ (MMFM など) もあります。コーディング方法をさらに最適化することで、MMFM は特定のシナリオで優れたパフォーマンスを発揮しますが、一般的なアプリケーションでは標準の MFM コーディングが依然として高い需要があります。
しかし、現在のデータストレージ環境では、MFM テクノロジは徐々により効率的なデータエンコード方式に置き換えられ、特定のアプリケーション向けの限界的なテクノロジになっています。ただし、この技術は後のデータ ストレージ技術への道を開いたため、この技術の歴史と使用法を理解することは依然として重要です。
デジタル化の礎となったMFMは、どのようにしてデータ保存・伝送技術の向上につながる転機となったのでしょうか。将来、どんな新しい技術が私たちの生活をより便利にするのでしょうか?
