СПОСОБ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1995 года по МПК G11B5/09 

Изобретение относится к запоминающим устройствам и может быть использовано в аппаратуре регистрации и обработки информации систем измерений, вычислительной техники, цифровой звуко- и видеотехники.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие сущность предлагаемого способа.

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг.1) содержит блок 1 задержки, формирователь 2 контрольных кодов, блок 3 определения типа и протяженности подпоследовательностей, формирователь 4 интервалов, блок 5 записи, блок 6 управления, формирователь 7 синхросерий для режима записи, формирователь 8 синхросерий для режима чтения, блок 9 воспроизведения и формирования импульсов, блок 10 задержки, блок 11 дешифрации маркерных интервалов и выделения подпоследовательностей, дешифратор 12 контрольных кодов, формирователь 13 контрольных кодов, блок 14 обнаружения и локализации сбоев и блок 15 коррекции сбоев и контроля достоверности выходных данных.

Блок 1, формирователь 2 и блок 3 информационными входами подключены к входу устройства, а выходами - к соответствующим входам формирователя 4 интервалов, выход которого соединен с входом блока 5 записи, подключенного выходом к выходу "На запись" устройства. Блок 6 управления включает формирователь 7 синхросерий СС1 и СС2, подключенный входом к управляющей шине "Запись", а выходами к соответствующим управляющим входам блока 1, формирователя 2, блока 3 и формирователя 4, и формирователь 8 синхросерий СС1 и СС2, подключенный первым входом к управляющей шине "Чтение". Блок 9 воспроизведения связан входом с входной шиной "С носителя", а выходом с вторым входом формирователя 8, информационным входом блока 11 дешифрации маркерных интервалов и выделения подпоследовательностей и входом блока 10 задержки, выход которого подключен к информационным входам дешифратора 12 контрольных кодов, формирователя 13 контрольных кодов, блока 14 обнаружения и локализации сбоев и блока 15 коррекции сбоев и контроля достоверности выходных данных. Выходы блока 11, дешифратора 12, формирователя 13 и блока 14 подключены к соответствующим входам блока 15, выходы которого соединены с помощью шин "Сигналы данных" и "Сигналы ошибок" с выходом устройства. Управляющие входы блоков 10, 11, 14, 15, дешифратора 12 и формирователя 13 подключены к выходам формирователя 8 синхросерий.

На фиг. 2а - исходная информационная последовательность, содержащая нулевые и единичные последовательности (выделены подчеркиванием); б - ряд контрольных кодов различной протяженности, сформированных из исходной информационной последовательности (верхняя строка - последовательность текущих значений однобитового контрольного кода, в которой рамкой отмечено значение кода , записываемое на месте единичной подпоследовательности; средняя строка - последовательность текущих значений двухбитового контрольного кода; нижняя строка - последовательность текущих значений трехбитового контрольного кода, в которой рамкой отмечено значение кода, записываемое на месте нулевой подпоследовательности); в - задержанный (на фигуре задержка не показана) относительно исходной информационной последовательности сигнал записи последовательности, в котором на месте нулевой подпоследовательности из семи нулей записано текущее значение "011" трехбитового контрольного кода, а на месте единичной подпоследовательности из семи единиц записано текущее значение "1" однобитового контрольного кода; г - последовательность сигналов первой синхросерии СС1, формируемых в начале тактовых периодов; д - последовательность сигналов второй синхросерии СС2, формируемых в середине тактовых периодов; е - последовательность воспроизведенных импульсов (зачеркнутым отмечен искаженный обоем и выпавший воспроизведенный сигнал); ж - сигналы признака искаженных сбоем разрядов воспроизведенной последовательности (первый и второй импульсы) и сигнал S₁ ошибки из-за несоответствия текущего значения суммы по модулю два воспроизведенных импульсов и полярности очередного воспроизведенного импульса (отмечен штриховкой); з - сигналы признака искаженных сбоем разрядов воспроизведенной последовательности (первый и второй импульсы) и сигнал S₂ несоответствия протяженности и местонахождения интервала протяженностью в три тактовых периода между двумя воспроизведенными импульсами, расположенными в начале тактовых периодов; и - задержанная (задержка на фигуре не показана) относительно сигнала воспроизведения информационная последовательность, полученная в результате дешифрации воспроизведенных сигналов (сбойные разряды отмечены знаком вопроса); к - значения контрольных кодов, дешифрованные (обведены рамкой) и сформированные (подчеркнуты снизу) из нулевой и единичной подпоследовательностей воспроизведенной последовательности; л - выходная информационная последовательность (скорректированные разряды подчеркнуты).

Предлагаемый способ магнитной записи цифровой информации включает операции с записью сигнала по двум уровням и осуществляется следующим образом.

В режиме "запись" исходная информационная последовательность (фиг.2а) подается на вход устройства и далее на входы блока 1 задержки, формирователя 2 контрольных кодов и блока 3 определения типа и протяженности подпоследовательностей. По сигналам СС1 (фиг.2г) первой и СС2 (фиг.2д) второй синхросерий, порождаемых формирователем 7 и поступающих с его выходов на управляющие входы указанных блоков, в блоке 1 производится задержка входной последовательности, в формирователе 2 непрерывно образуется ряд контрольных кодов КК₁, ..., КК_макс, а в блоке 3 определяются тип встречающихся подпоследовательностей - нулевой или единичный и протяженность подпоследовательности n(0) или n(1), по которым формируются соответствующие сигналы признаков нулевых П(0) и единичных П(1) текущих подпоследовательностей и сигналы признаков П(КК₁), ..., П(КК_макс) тех текущих кодов, которые по протяженности подходят для записи на месте встречающихся подпоследовательностей. Блоком 1 задерживается исходная информационная последовательность на число периодов, не меньшее числа n_зад = 6 + КК_макс, что является достаточным для выработки в блоке 3 признака типа подпоследовательности и признака соответствующего контрольного кода с обусловленной заранее максимальной протяженностью в случае единичной подпоследовательности. Формирователем 2 непрерывно формируется из исходной информационной последовательности ряд контрольных кодов, тип которых выбирается заранее. На фиг.2б представлен пример формирования трех контрольных кодов, значения первого из которых получают путем суммирования по модулю два значений всех нечетных разрядов последовательности (на фиг.2б верхняя строка), значения второго - путем поразрядного суммирования по модулю два каждых очередных двух разрядов последовательности (на фиг.2б средняя строка), значения третьего - путем поразрядного суммирования по модулю два каждых очередных трехбитовых групп последовательности (на фиг.2б нижний ряд). В блоке 3 формируются признак (П(КК₁) однобитового контрольного кода при протяженности нулевой подпоследовательности четыре тактовых периода, т.е. при n(0) = 3 + KK₁ = 4, либо при протяженности единичной подпоследовательности семь тактовых периодов, т.е. при n(1) = 6 + KK₁ = 7, признак П(КК₂) двухбитового контрольного кода соответственно при n(0) = 3 + KK₂ = 5 либо n(1) = 6 + KK₂ = 8 и т.д., признак П(КК_макс) при значениях n(0) = 3 + KK_макс либо n(1) = 6 + KK_макс. Когда протяженность встретившейся подпоследовательности превышает значения n(0) = 3 + KK_макс или n(1) = 6 + KK_макс, формируется сначала признак П(КК_макс), а с оставшейся частью подпоследовательности осуществляются заново такие же действия.

В формирователе 4 интервалов по значениям разрядов задержанной блоком 1 исходной информационной последовательности формируются интервалы между перепадами сигнала по двум уровням по следующим правилам: между двумя смежными единицами интервал в один период Т записи (фиг.2в - первый, четвертый, седьмой, десятый, одиннадцатый, тринадцатый, четырнадцатый и пятнадцатый интервалы); между двумя единицами, разделенными одним нулем, интервал 2Т; между двумя единицами, разделенными двумя нулями, два интервала 1,5Т (фиг.2в - второй и третий интервалы); между двумя единицами, разделенными тремя нулями, первый 1,5Т и второй 2,5Т маркерные интервалы, являющиеся отличительными признаками нулевых подпоследовательностей протяженностью три и более двоичных разряда (фиг.2в - пятый и шестой интервалы). По признакам П(0) и П(КК), поступающим в формирователь 4 с выхода блока 3 в случае нулевой подпоследовательности протяженностью четыре и более нуля, формируются на месте нулевой подпоследовательности сперва первый маркерный интервал 1,5Т, затем интервалы в соответствии с текущими значениями разрядов контрольного кода и после этого второй маркерный интервал 2,5Т. На фиг.2в на месте такой нулевой подпоследовательности, состоящей из семи нулей, (на фиг. 2а третья из подчеркнутых нулевых подпоследовательностей) показаны первый маркерный интервал 1,5Т (восьмой от начала), начинающийся всегда в начале периода, т.е. по синхросигналам СС1; последовательность интервалов протяженностью 2Т, Т и Т, соответствующих текущему значению "011" трехбитового контрольного кода и начинающихся всегда в середине периодов, т.е. по синхросигналам СС2 (девятый, десятый и одиннадцатый интервалы); второй маркерный интервал 2,5Т (двенадцатый интервал), всегда начинающийся в середине периода, т.е. по синхросигналам СС2. По признакам П(1) и соответствующему П(КК), также поступающим в формирователь 4 с выходов блока 3 в случае единичной подпоследовательности, формируются на месте единичной подпоследовательности сперва первый маркерный интервал, но протяженностью 2,5Т, затем интервалы в соответствии с текущим значением контрольного кода и после этого второй маркерный интервал 1,5Т. На фиг.2в на месте такой единичной подпоследовательности, состоящей из семи единиц, представлены первый маркерный интервал 2,5Т (четырнадцатый от начала), начинающийся всегда в начале периодов, т.е. по синхросигналам СС1; два интервала 1Т, соответствующие текущему значению "1" однобитового контрольного кода и начинающиеся всегда в середине периодов, т.е. по синхросигналам СС2 (пятнадцатый и шестнадцатый интервалы); второй маркерный интервал 1,5Т (семнадцатый интервал), заканчивающийся всегда по синхросигналам СС1. Сформированные формирователем 4 интервалы между перепадами сигнала по двум уровням подаются в блок 5 записи, который формирует сигнал записи на носитель исходной последовательности в виде, представленном на фиг.2в.

На фиг.2а, б, в представлен возможный на практике случай, когда за нулевой подпоследовательностью протяженностью n(0)≥3 сразу же следует единичная подпоследовательность протяженностью n(1) ≥ 7 или наоборот. В таких случаях вторые маркерные интервалы одной подпоследовательности и первые маркерные интервалы второй подпоследовательности совпадают, что при возникновении сбоев чревато порождением дополнительных ошибок дешифрации. Для исключения таких ситуаций рекомендуется между совпадающим вторым и первым маркерными интервалами двух подпоследовательностей оставлять одну или несколько единиц, не включая их в состав единичной подпоследовательности (в примере на фиг. 2в такая единица одна, девятнадцатая от начала исходной последовательности).

В режиме "чтение" воспроизведенные с носителя сигналы (фиг.2е) поступают в блок 9 воспроизведения, с выхода которого усиленные и нормализованные по амплитуде импульсы поступают в формирователь 8 первой СС1 (фиг.2г) и второй СС2 (фиг. 2д) синхросерий для режима чтения, в блок 10 задержки и блок 11 дешифрации маркерных интервалов и выделения подпоследовательностей. Блоком 10 задерживается воспроизведенная последовательность импульсов на такое же число периодов, например n_зад = 6 + КК_макс, что и при записи, достаточное для дешифрации в блоке 11 маркерных интервалов и формирования на входе блока 11 сигналов начала и конца подпоследовательностей и признака типа подпоследовательности - нулевой или единичной, которые с выхода блока 11 поступают на соответствующие управляющие входы дешифратора 12 контрольных кодов, формирователя 13 контрольных кодов и блока 15 коррекции сбоев и контроля достоверности выходных данных. С помощью упомянутых сигналов с выхода блока 11 в блоке 14 осуществляется формирование сигнала S₁ ошибок (фиг.2ж) по несоответствию текущего значения суммы по модулю два воспроизведенных импульсов и полярности очередного воспроизведенного импульса, как это показано на примере обнаружения выпавшего импульса воспроизведения (на фиг.2е отмечен зачернением), когда сумма по модулю два, равная нулю и соответствующая в норме отрицательной полярности очередного импульса, сопоставляется с положительной полярностью следующего за выпавшим импульса; формирование сигналов (фиг. 2к - первые два импульса) признаков искажений сбоем разрядов в начале каждого из периодов, расположенных между последним безошибочным импульсом и сигналом S₁ ошибки; формирование сигнала S₂ несоответствия протяженности или местоположения интервалов между воспроизведенными импульсами, например несоответствия протяженности, равной 3Т, интервала, начинающегося и кончающегося по синхросигналам СС1 (фиг.2е - второй интервал), так как по условию такие интервалы могут иметь одну из следующих разрешенных длительностей: T, 1,5T, 2T и 2,5T. Аналогично формируется сигнал несоответствия в случаях, когда местоположение кодовых интервалов в промежутках между маркерными интервалами не соответствует синхросигналам СС2, а их протяженность не равна целому числу периодов Т. В этом случае аналогично формируются сигналы признаков искаженных сбоями разрядов в начале каждого из периодов, расположенных между последним правильным импульсом и сигналом S₂ несоответствия. Дешифратор 12 определяет значения контрольного кода, записанного между маркерными интервалами, а формирователь 13 непрерывно образует из воспроизведенной последовательности такие же контрольные коды, что и при записи. Например, на фиг.2и показаны значения дешифрованного из сигналов на месте нулевой подпоследовательности контрольного кода 011 и сформированного по значениям разрядов всей предыдущей воспроизведенной части последовательности контрольного кода "011", а также значения дешифрованного из сигналов на месте единичной подпоследовательности контрольного кода 1 и сформированного по значениям нечетных разрядов всей предшествующей воспроизведенной части последовательности контрольного кода "1". В блоке 15 формируется промежуточная выходная последовательность вида на фиг. 2и с обнаруженными и локализованными сбойными разрядами (отмечены знаками вопроса) и осуществляется коррекция сбойных разрядов по сформированным из воспроизведенных импульсов или дешифрованным из сигналов воспроизведения подпоследовательностей значениям контрольных кодов соответствующей протяженности путем, например, поразрядного сложения по модулю два дешифрованных значений трехбитовых групп воспроизведенной последовательности и дешифрованного значения контрольного кода. Например, для коррекции приведенного на фиг.2и двухразрядного сбоя подходит протяженность контрольного кода, равная двум, трем, четырем и т.д. двоичным разрядам. В рассматриваемом примере ближайшим к сбою контрольным кодом подходящей протяженности "оказалось" записанное на месте нулевой семибитовой подпоследовательности значение трехбитового контрольного кода 011. В этом случае операцию коррекции осуществляют в соответствии с выражением

После выполнения операции коррекции осуществляется проверка достоверности дешифрации воспроизведенных сигналов и достоверности коррекции сбойных разрядов на данном участке последовательности путем сравнения сформированных (с учетом ранее скорректированных сбойных разрядов) значений и дешифрованных значений других контрольных кодов, не участвовавших в указанной коррекции. В рассматриваемом примере следом за трехбитовым контрольным кодом идет однобитовый контрольный код, являющийся проверочным для всей предшествующей ему части дешифрованной подпоследовательности. Так как сформированное и дешифрованное значения однобитового контрольного кода в данном примере совпадают, то на выходе блока 15 формируется откорректированная выходная последовательность (фиг.2л) и не формируется сигнал ошибки.

Проведенные многочисленные эксперименты по реализации способа на реальных массивах данных, формируемых во внешних ЗУ ЭВМ, показали, что, например, при стандартной длине последовательностей 1024 бита (размер сектора на диске) число "вшитых" в нее контрольных кодов колеблется в пределах 10-60, а протяженность контрольных кодов может достигать несколько десятков битов, что позволяет обеспечить исправление групповых сбоев практически любой протяженности. Многократный контроль последовательности позволяет достичь исключительно высокой достоверности выходных данных. При этом вводимая контрольная информация не увеличивает протяженность исходных информационных последовательностей и, следовательно, не приводит к снижению информационной плотности записи на носитель. Кроме того, сигнал записи обладает свойством самосинхронизации по степени самосинхронизации, он эквивалентен МФМ-сигналам, широко распространенным в компьютерных внешних ЗУ.

Таким образом, предлагаемый способ магнитной записи цифровой информации обеспечивает существенное повышение эффективности контроля, выражающееся в достижении максимальной точности и оперативности обнаружения и коррекции практически любых сбоев без снижения плотности записи цифровой информации и без потребности во внешней синхронизации при воспроизведении информации.

Изобретение относится к области накопления информации и может использоваться в аппаратуре регистрации и накопления цифровой информации систем вычислительной техники, измерения и управления. Способ основан на формиировании в процессе записи информационной последовательности ряда контрольных кодов различной протяженности и записи на месте встречающихся нулевых или единичных подпоследовательностей текущих значений контрольных кодов соответствующей протяженности, а также на обнаружении и локализации сбоев в процессе воспроизведения последовательности, их коррекции по значениям одних сформированных или дешифрованных контрольных кодов и проверке достоверности выходных данных по значениям других сформированных и дешифрованных контрольных кодов. 2 ил.

СПОСОБ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ, основанный на воздействии на носитель импульсом, равным по амплитуде сумме по модулю два значений воспроизведенных сигналов, формировании сигнала ошибки, отличающийся тем, что при записи сигналов исходной информационной последовательности непрерывно формируют сигналы ряда контрольных импульсов, текущие значения которых записываются на месте встречающихся нулевых или единичных подпоследовательностей импульсов, формируют в сигнале записи соответствующие началу и концу подпоследовательности импульсов маркерные интервалы, а при воспроизведении формируют из воспроизведенных импульсов ряд контрольных сигналов, обнаруживают и локализуют по сигналу ошибки, сигналу несоответствия протяженности или местоположения интервалов между воспроизведенными импульсами обойные сигналы, корректируют сбои по сформированным или дешифрованным значениям одних контрольных сигналов и проверяют достоверность дешифрации сигналов и коррекции сбоев по сформированным и дешифрированным значениям других контрольных сигналов.