تعديل التردد المعدل

تُعدّ تقنية تعديل التردد المعدّل ( MFM ) رمزًا خطيًا محدود الطول (RLL) ^{[ 1 ]} يُستخدم لترميز البيانات على معظم الأقراص المرنة وبعض محركات الأقراص الصلبة . وقد طُرحت لأول مرة على الأقراص الصلبة في عام 1970 مع جهاز IBM 3330 ، ثم في محركات الأقراص المرنة بدءًا من جهاز IBM 53FD في عام 1976.

تقنية MFM هي تعديل لتقنية التشفير بتعديل التردد (FM) الأصلية، مصممة خصيصًا للاستخدام مع وحدات التخزين المغناطيسية . سمحت تقنية MFM للأجهزة بمضاعفة سرعة كتابة البيانات على الوسائط، حيث تضمن هذه التقنية تغييرًا واحدًا فقط في قطبية كل بت من البيانات المشفرة. لهذا السبب، تُعرف أقراص MFM عادةً باسم "الأقراص ذات الكثافة المزدوجة"، بينما عُرفت أقراص FM السابقة باسم "الأقراص ذات الكثافة المفردة".

تُستخدم تقنية MFM بمعدل بيانات يتراوح بين 250 و500 كيلوبت /ثانية (500-1000 كيلوبت/ثانية مُشفّرة) على أقراص مرنة قياسية في الصناعة، مقاس 5.25 بوصة و 3.5 بوصة ، عادية وعالية الكثافة. كما استُخدمت تقنية MFM في تصميمات الأقراص الصلبة المبكرة، قبل ظهور أنواع أكثر كفاءة من رموز RLL . وباستثناء تطبيقات متخصصة، أصبحت تقنية MFM قديمة في التسجيل المغناطيسي .  

لا تخزن أجهزة التخزين المغناطيسية، مثل محركات الأقراص الصلبة والأشرطة المغناطيسية ، البيانات كقيم مطلقة، بل كتغيرات في القطبية. ويعود ذلك إلى أن المجال المغناطيسي المتغير يُحفز تيارًا كهربائيًا في سلك مجاور، والعكس صحيح. وبإرسال سلسلة من التيارات المتغيرة إلى رأس القراءة/الكتابة أثناء مرور الوسائط، ينتج عن ذلك نمط من الأقطاب المغناطيسية على الوسائط، تتغير فيه قيم البيانات التي كانت "1". وتحدد طبيعة الوسائط عدد هذه التغيرات التي يمكن أن تحدث ضمن مساحة سطح معينة، وعند دمج ذلك مع السرعة الاسمية للحركة، ينتج عنه أقصى معدل لنقل البيانات في ذلك النظام.

تتعرض محركات الأقراص لتأثيرات ميكانيكية ومادية متنوعة تُسبب "تذبذبًا" في نمط البيانات الأصلي مع مرور الوقت. يحد ترميز MFM، كونه محدودًا بطول التشغيل، المسافة بين الانتقالات المسجلة، بحيث لا يتسبب التذبذب في عدم محاذاة الانتقال زمنيًا، وبالتالي تجنب حدوث خطأ في البيانات. تفرض قيود أخرى تحددها الوسائط قيودًا إضافية على طريقة تسجيل البيانات. ولهذا الغرض، طُوّرت مجموعة متنوعة من الترميزات المناسبة، والمعروفة عمومًا برموز الخطوط . وتعتمد ملاءمتها على الوسائط أو آلية النقل المستخدمة.

كان ترميز تعديل التردد (FM) أول نظام يُستخدم على نطاق واسع لتنفيذ هذه العملية على محركات الأقراص. يتضمن متحكم محرك الأقراص ساعة دقيقة تعمل بنصف معدل نقل البيانات المحدد لوسيط القرص. عند كتابة البيانات على القرص، تتداخل إشارة الساعة مع البيانات. عند القراءة، تُستخدم إشارات الساعة كمحفزات قصيرة المدى لتحديد وجود أو عدم وجود إشارة لاحقة تمثل بتات البيانات. ^{[ 2 ]}

تتمثل ميزة تقنية FM في سهولة تنفيذ دوائر الكتابة، وبساطة استعادة إشارة الساعة عند القراءة. أما عيبها، فهو استهلاكها لنصف مساحة القرص لإشارة الساعة، مما يقلل سعة التخزين الإجمالية للقرص إلى النصف. وقد أدى ذلك إلى تطوير أساليب تشفير جديدة أكثر كفاءة.

تُشفّر تقنية تعديل التردد المُعدَّل إشارة الساعة والبيانات في "نافذة ساعة" واحدة. على عكس تقنية تعديل التردد، لا تُكتب بتة الساعة إلا عند الحاجة لتحقيق التزامن عندما لا تكون بتات البيانات الحالية والسابقة مُفعّلة. في المتوسط، تُحقق تقنية تعديل التردد المُعدَّل ضعف كثافة المعلومات التي تُحققها تقنية تعديل التردد. ^{[ 3 ]}

تنص قاعدة التشفير الأساسية لتقنية MFM على أن (x, y, z, ...) تُشفّر إلى (x, x NOR y, y, y NOR z, z, z NOR ...). يُشفّر البت الصفري كـ 10 إذا سبقه بت صفري في دفق الإدخال، و 00 إذا سبقه بت واحد؛ أما البت الواحد فيُشفّر دائمًا كـ 01. يتراوح عدد الانتقالات المغناطيسية لكل بت واحد من البيانات المُشفّرة بين 0.75 و1 في المتوسط. ^{[ 4 ]}

لاحظ أن بتات الساعة المحيطة تكون معروفة أحيانًا، ولكنها تتطلب أحيانًا معرفة بتات البيانات المجاورة. مثال أطول:

البيانات: 0 0 0 1 1 0 1 1 ... مُشفّر بتقنية FM: 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1... ساعة MFM: ؟ 1 1 0 0 0 0 0 0... مشفر بنظام MFM: ؟ 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 ...

(الأجزاء المكتوبة بخط غامق هي بتات البيانات، أما الأجزاء الأخرى فهي بتات الساعة.)

في ترميز FM، يكون عدد البتات الصفرية التي يمكن أن تظهر بين بتات 1 متتالية إما 0 أو 1. أما في ترميز MFM، فيوجد حد أدنى من بت صفري واحد بين بتات 1 متجاورة (لا يوجد بتان 1 متجاوران أبدًا)، والحد الأقصى لعدد الأصفار في صف واحد هو 3. وبالتالي، فإن FM هو رمز RLL من النوع (0,1)، بينما MFM هو رمز من النوع (1,3).

نظرًا لأن نظام MFM يتطلب توقيتًا أكثر دقة لإشارة الساعة، لم يكن من الممكن اقتصاديًا بناء المكونات التناظرية والرقمية المطلوبة على دائرة متكاملة واحدة باستخدام تقنية أواخر السبعينيات. بدلًا من ذلك، تطلبت مشغلات MFM من مُصنِّع المشغل تصميم دائرة استعادة الساعة الخاصة به ، وهو نظام يُعرف باسم فاصل البيانات . كان تصميم فاصل البيانات فنًا قائمًا بذاته. ^{[ 5 ]}

كانت سلسلة Western Digital FD1771 من بين أكثر وحدات التحكم استخدامًا في تلك الحقبة . دعمت وحدة FD1771 الأصلية تقنية التضمين الترددي (FM) فقط، ولكن سرعان ما تم دمجها مع وحدتي FD1781 وFD1791 اللتين نفذتا تقنية التضمين الترددي متعدد التردد (MFM) بناءً على إشارة ساعة خارجية. تطلب تنفيذ دعم MFM مع هذه الوحدات فاصل بيانات خارجي. أدى التحسن السريع في تصنيع الدوائر المتكاملة في أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات إلى ظهور أولى وحدات MFM المتكاملة منخفضة التكلفة في أوائل الثمانينيات. كانت وحدة WD2791 أول وحدة تدعم MFM مباشرةً باستخدام حلقة قفل الطور التناظرية الداخلية ، ولكنها تطلبت عددًا من المكونات الخارجية البسيطة لتنفيذ نظام كامل. أما وحدة WD1770 فكانت أول وحدة تُنفذ حل MFM كاملًا في شريحة واحدة.

تُستخدم FM وMFM للإشارة إلى موضع البتات الفردية في البيانات الأصلية، لكن البيانات بحد ذاتها لا تمتلك أي مستوى تنظيم أعلى مثل "الملفات". هذا هو الغرض من تنسيق القرص. تُنسق الأقراص عادةً إلى قطاعات ذات حجم ثابت تحتوي على معلومات رأسية إضافية لربطها بالملفات.

في تنسيقات IBM، يُشار إلى بداية معلومات رأس القطاع وبداية البيانات نفسها بعلامة تزامن خاصة، وهي نمط من الأصفار والآحاد لا يمكن أن يظهر في البيانات نفسها (ترميز غير قانوني). ويتحقق ذلك بعدم ترميز هذه البيانات باستخدام ترميز FM أو MFM، مما يُسهّل على برنامج التشغيل اكتشافها. تُعرف علامة التزامن الشائعة الاستخدام في ترميز MFM باسم "تزامن A1" لأن بتات البيانات تُشكّل بداية القيمة السداسية العشرية A1 (10100001)، لكن بت الساعة الخامس يختلف عن الترميز العادي لبايت A1.

البيانات: 1 0 1 0 0 0 0 1 الساعة: 0 0 0 1 1 1 0 مُشفّر: 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 تزامن الساعة: 0 0 0 1 0 1 0 علامة التزامن: 100010010 0 01001 ^ بت الساعة مفقود

في بعض تنسيقات الأقراص القديمة، تم حل هذه المشكلة نفسها باستخدام فتحة فهرسة، حيث وُجدت واحدة لكل قطاع، جميعها تقع على نفس نصف القطر (على "مسار" واحد) خلف مسار البيانات الداخلي. وكان من الممكن توليد إشارة عبر ترانزستور ضوئي عندما يمر بداية كل قطاع أسفل رأس القراءة. وبالتالي، لم تكن هناك حاجة إلى ترميز غير قانوني لتمييز البيانات عن كلمة التزامن. لاحقًا، صُنعت الأقراص المرنة بفتحة فهرسة واحدة تكفي للإشارة إلى قطاع معين، ولكن تم تجاهلها في الغالب، حيث أصبح رقم القطاع جزءًا من رأس القطاع.

تُشبه تقنية MMFM (تعديل التردد المُعدَّل)، والتي تُختصر أيضًا إلى M²FM أو M2FM ، تقنية MFM، ولكنها تُزيل بتات الساعة الإضافية، مما يُنتج طول تشغيل أقصى أطول (رمز RLL من النوع (1,4)). وبالتحديد، لا تُضاف نبضة ساعة بين زوج من البتات الصفرية المتجاورة إلا إذا لم تكن البتة الأولى من الزوج قد أُضيفت إليها نبضة ساعة من قبل. ^{[ 6 ]} في المثال أدناه، تم تمييز بتات الساعة التي كانت ستكون موجودة في تقنية MFM بخط عريض.

البيانات: 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 الساعة: 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 مُشفّر: 010100010010010010 0 0010010 0 010010010 0 010 0 001

في هذا النظام، تُنشأ علامات التزامن بإدخال نبضات ساعة إضافية بين بتات الصفر المتجاورة (وفقًا لقاعدة MFM) حيث تُحذف عادةً. على وجه الخصوص، يحتوي نمط بت البيانات "100001" على نبضة ساعة مُدخلة في المنتصف، حيث تُحذف عادةً.

البيانات: 1 0 0 0 0 1 عادي: 0 1 0 1 0 التزامن: 0 1 1 1 0

• التسجيل المشفر للمجموعات (GCR)

 تتضمن هذه المقالة موادًا متاحة للعموم من المعيار الفيدرالي 1037C ، إدارة الخدمات العامة . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 22 يناير 2022.

• سافارد، جون جي جي (2018) [2006]. "التسجيل الرقمي على الشريط المغناطيسي" . كوادريبلوك . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2018-07-02 . تم الاسترجاع بتاريخ 2018-07-16 .

• جونسون، هربرت ر. (2016-07-06). "تنسيق قرص M2FM أو MMFM" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2017-06-18 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2017-06-19 .
• دليل الكمبيوتر الشخصي: تعديل التردد