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數據儲存的藝術：早期磁碟驅動器是如何設計出高效的MFM編碼？
隨著數字技術的迅猛發展，數據儲存的方式也經歷了許多變革。在這個過程中，改良的頻率調變（MFM）編碼技術在磁碟驅動器的演進中扮演了至關重要的角色。自1970年IBM 3330硬碟首次採用MFM技術以來，這一編碼方案因其高效性和穩定性而迅速獲得了廣泛應用。本文將探討MFM編碼的設計原理及其在磁碟驅動器中帶來的影響。
磁性儲存技術的基礎
磁性儲存設備，例如硬碟和磁帶，並不像其他類型的儲存媒介那樣以絕對值來儲存數據，而是依賴磁極的變化。當磁場發生變化時，會在附近的導線中誘導出電流，反之亦然。藉由向讀寫頭發送一系列變化的電流，當媒介移動時，將會在媒介上形成一系列的磁極模式，這些模式的變化代表了數據的“1”。
這一技術使得磁碟驅動器能夠有效地在存儲媒介上編碼和解碼數據，從而達到更高的數據傳輸率。
頻率調變編碼的誕生
頻率調變編碼（FM）是早期磁碟驅動器普遍使用的一種編碼系統。FM編碼的驅動控制器包含以選擇的數據速率的一半運行的精確時鐘信號。在數據寫入磁碟時，時鐘信號與數據交織在一起，以便在讀取時使用時鐘信號作為短期觸發器，呈現數據位的存在或缺失。
MFM編碼：提高存儲密度的革命
MFM編碼創新性地將時鐘信號和數據的編碼整合在一個“時鐘窗口”中。與FM不同，只有在需要保持同步時才寫入時鐘位，這樣平均可達到FM的兩倍信息密度。MFM的編碼規則確定了0和1的產出格式，使得磁性轉換的數量率達到最佳化，降低了數據錯誤的可能性。
這種技巧不僅提高了數據的存儲能力，也為當時的硬碟設計開啟了新的工藝可能性。
數據分離器的藝術
MFM系統需要更精確的時鐘信號，因此在1970年代末期的技術水平下，將所需的模擬和數字元件整合到單一集成電路中並不經濟。這驅動了一種被稱為數據分離器的系統的發展。數據分離器設計是一門藝術，其中最廣泛使用的控制器之一是Western Digital FD1771系列。這一系列的硬體在推動MFM編碼普及中起到了重要的作用。
數據格式化與行編碼
FM和MFM技術的應用，旨在指示原始數據中各個位元的位置，但數據本身並不具備更高級的組織形式，如“文件”。磁碟通常格式化為固定大小的扇區，其中包含額外的標頭信息，以便將其鏈接回文件。這樣的結構性設計保證了數據的高效管理，並且能夠提高數據讀取的效率。
向後兼容與發展中的MFM
雖然改良版的頻率調變編碼（MMFM）簡化了原有的MFM格式，但在面對新的數據儲存技術挑戰時，其重要性逐漸減弱。然而，MFM依然在當前許多資料存儲系統的技術探討中佔據一席之地，成為理解早期磁碟驅動器發展的關鍵技術。
雖然MFM編碼在目前的磁記錄中已被認為是過時的，但它無疑為後來的數據儲存技術鋪平了道路。
當我們回顧這一段歷史，MFM編碼的設計不僅是技術的突破，也是對於數據管理與效率思考的一次深刻反省。今天的數據儲存技術又會走向何方呢？
