СПОСОБ ЦИФРОВОЙ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ Российский патент 1997 года по МПК G11B5/09 

Настоящее изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к цифровой магнитной записи, и может быть использовано во внешних запоминающих устройствах на подвижном магнитном носителе.

Способ цифровой магнитной записи во многом определяет такие важнейшие характеристики регистрирующей аппаратуры, как плотность записи, достоверность воспроизводимых сигналов, потребление энергии, масса, габариты, стоимость.

Известны способы цифровой магнитной записи потенциальными сигналами с насыщением носителя, обеспечивающие самосинхронизацию при воспроизведении и не требующие предварительного размагничивания носителя, например, способы записи с модифицированной частотой модуляции [1, 2] К недостаткам данных способов относятся низкая информационная емкость сигналов записи, большая избыточность, необходимая для самосинхронизации, высокая частота перемагничиваний носителя, малый допуск на фазовые искажения (окно детектирования).

Известны способы цифровой магнитной записи, включающие формирование из исходной двоичной информационной последовательности сигналов записи, длительности которых тождественны информационным символам, т.е. в этих способах различные символы информационного кода представляются временными интервалами разной длительности [3, 4]
Недостаток этих известных способов связан с использованием в них двоичной системы счисления, что определяет относительно низкую плотность записи. Двоичная система счисления при таймерном представлении информации [5] не позволяет реализовать многоинтервальный способ записи, при котором формирование сигнала записи базировалось бы на использовании трех или более различных временных интервалов между перемагничиваниями носителя, поскольку информационный код не содержит других цифр, кроме "нуля" и "единицы".

Наиболее близким к предлагаемому является способ цифровой магнитной записи, основанный на перекодировании исходных данных в последовательность чисел с заданным количеством зарядов [7] Однако данному способу присущи отмеченные выше недостатки.

Задачей изобретения является создание способа цифровой магнитной записи, свободного от недостатков известных решений. Достигаемым при этом техническим результатом является повышение плотности записи информации на подвижный магнитный носитель.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе цифровой магнитной записи, включающем формирование из исходной двоичной информационной последовательности сигналов записи, длительности которых тождественны информационным символам, согласно изобретению, исходную двоичную информационную последовательность предварительно перекодируют в последовательность чисел, представленных в системе счисления с основанием r, большим двух, при этом длительности сигналов записи выбирают тождественными информационным символам последовательности r-ичных чисел.

При этом предпочтительным является то, что при перекодировании исходной двоичной информационной последовательности выбирают основание r системы счисления, используемой для перекодирования, присваивают каждому из информационных символов r-ичного кода временной интервал t_i, где i 1, 2.r, осуществляют разбиение исходной двоичной информационной последовательности из группы двоичных символов, образующих входные кодовые слова одинаковой длины, и перекодируют входные двоичные слова и выходные кодовые слова одинаковой длины в виде группы r-ичных символов, выбираемых из множества r-ичных выходных кодовых слов как соответствующих наиболее коротким по длительности комбинациям сигналов записи, при этом необходимое для обеспечения такого выбора избыточное количество выходных r-ичных кодовых слов определяют по отношению их длины к длине входных кодовых слов.

Кроме того, предпочтительным также является то, что при перекодировании исходной двоичной информационной последовательности выбирают основание r системы счисления, используемой для перекодирования, присваивают каждому из информационных символов r-ичного кода временной интервал t_i, где i 1,2.r, осуществляют разбиение исходной двоичной информационной последовательности на группы двоичных символов, образующих входные кодовые слова различной длины, и перекодируют входные двоичные кодовые слова в выходные кодовые слова в виде групп r-ичных символов, при этом кодовым словам, имеющим небольшие вероятности появления в случайной двоичной информационной последовательности, ставят в соответствие выходные кодовые слова, выбираемые из множества r-ичных выходных кодовых слов как соответствующие наиболее коротким по длительности комбинациям сигналов записи.

Достижение указанного выше технического результата объясняется тем, что системы счисления с основанием больше двух имеют большую удельную информационную плотность (количество информации, приходящееся на один символ). Одновременно с ростом основания системы счисления уменьшается частота перемагничиваний носителя, необходимая для представления информации временными интервалами определенной длительности и достаточная для обеспечения самосинхронизации при воспроизведении. Это в конечном счете ведет к повышению надежности записи и продлению срока эксплуатации запоминающего устройства.

При этом использование r-ичных кодовых слов, соответствующих лишь наиболее коротким по длительности комбинациям сигналов записи, ведет к дополнительному увеличению плотности записи. Кроме того, это приводит к улучшению самосинхронизации при воспроизведении за счет того факта, что в полученной последовательности сигналов записи преобладают более короткие по длительности сигналы.

Еще больший эффект увеличения плотности записи достигается, если ранжировать входные кодовые слова по вероятности их появления в случайной (гипотетической) двоичной последовательности и в соответствии с таким ранжированием (по мере уменьшения вероятности появления) присваивать им выходные r-ичные кодовые слова, соответствующие так же закономерно нарастающим по длительности комбинациям сигналов записи. Необходимое различие указанных вероятностей обеспечивается присутствием входных двоичных кодовых слов разной длины.

Для обоснования отличий и преимуществ изобретения проведем сравнение его отличительных признаков с признаками известного способа аналогичного назначения, в котором входную двоичную информационную последовательность преобразуют в троичную последовательность [6] При этом используется отображение входных двоичных кодовых слов длиной 4 символа в выходные троичные кодовые слова длиной 5 символов.

Использование в сравниваемых способах записи различных алгоритмов формирования сигналов записи (в предлагаемом способе путем получения сигналов, длительности которых тождественны информационным символам, и в известном способе путем представления информационных символов определенным количеством переключений тока записи, т.е. перемагничиваний носителя) обеспечило различие не только их существенных признаков, но и свойства, сравнение которых показывает преимущества предлагаемого способа записи. Так, алгоритм формирования сигналов в известном способе записи не дает возможности аналогичного представления цифр, больших двух, т.е. перекодирования с использованием системы счисления с основанием больше трех, вследствие резкого увеличения влияния межсимвольной интерференции. В то же время в способе, соответствующем изобретению, может быть достигнут переход к системе счисления с основанием больше трех (4, 5, 6 и т.д.), поскольку здесь представление информационных символов определяется только длительностью сигнала, и введение нового информационного символа (цифры) может быть достигнуто введением нового, более длительного временного интервала. При этом сохраняется минимальный временной интервал и не происходит роста влияния межсимвольной интерференции.

Для обеспечения самосинхронизации при воспроизведении предлагаемый способ, в отличие от известного способа [6] не требует предварительного группового кодирования входной информации для обеспечения определенных сочетаний нуля и единицы в получаемой последовательности. Это объясняется тем, что таймерное представление информации в заявленном способе обеспечивает регулярность перемагничиваний носителя, и следовательно, самосинхронизацию при воспроизведении.

При этом в способе, соответствующем изобретению, нет необходимости осуществлять предыскажения сигналов записи, что обычно связано с представлением информационных символов определенным количеством переключений тока записи (перемагничиваний носителя) и не требуется при использовании таймерного принципа представления информации.

Таким образом, сочетание таймерных принципов представления информации с перекодированием в системах счисления с основанием больше двух обеспечивает новые по сравнению с отдельно присущими каждому из названных принципов преимущества способа цифровой магнитной записи соответствующего изобретения. Более того, именно использование таймерного представления информации позволяет использовать в этом сочетании системы счисления с основанием выше трех.

Как видно из сравнения двух указанных решений, известный способ записи не предусматривает выбора выходных кодовых слов, обеспечивающих наибольшую плотность записи. Более того, примененный в нем алгоритм формирования сигналов записи использует выходные кодовые слова, соответствующие одинаковым по длительности сигналам записи, чем исключается сама возможность выбора. В способе, соответствующем изобретению, благодаря таймерному представлению информации, обеспечивается возможность указанного выбора выходных кодовых слов, соответствующих наиболее коротким по длительности комбинациям сигналов записи, что и обеспечивает увеличение плотности записи.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его осуществления, отражающих использование троичной системы счисления.

На предлагаемом чертеже представлены временные диаграммы сигналов записи по предлагаемому способу в сравнении со способом записи с модифицированной частотной модуляцией.

Согласно изобретению исходную информацию в виде двоичной информационной последовательности А с длительностью бит-интервала Т (см. чертеж) разбивают на группы из трех двоичных символов входных кодовых слов. Каждую такую группу заменяют группой из двух троичных символов (C) выходных кодовых слов. Используемая при этом таблица кодирования (табл. 1) представляет собой отображение входных двоичных кодовых слов длиной 3 символа в выходные троичные кодовые слова длиной 2 символа. С одной стороны, задаваемое таблицей 1 отображение есть отображение входных двоичных кодовых слов в выходные троичные кодовые слова, соответствующие наиболее коротким по длительности комбинациям сигналов записи, поскольку избыточная троичная комбинация 22, определяемая выбором соотношения длин двоичного и троичного кодовых слов 3:2 и соответствующая наиболее длительной комбинации сигналов записи, не используется. С другой стороны, соответствующие двоичные и троичные кодовые слова в таблице кодирования являются представлениями одного и того же целого неотрицательного числа в двоичной и троичной системах счисления соответственно. Благодаря последнему обеспечивается простота реализации блока кодирования и декодирования запоминающего устройства.

Каждый троичный символ выходного кодового слова регистрируется на магнитном носителе потенциальным сигналом тока записи в течение интервала времени, равного, например, 1T для нуля, 1,5T для единицы и 2T для двойки (D). Таким образом, общий сигнал записи является трехинтегральным, содержащим три различные временные интервала между переключениями тока записи (1T, 1,5T, 2T), причем каждое переключение обязательно совпадает с границей или серединой такта T.

При воспроизводстве информации, записанной предлагаемым способом, образуется непрерывный сигнал. Его модуляция включает пиковое детектирование путем дифференцирования сигнала с последующим симметричным ограничением в компараторе с нулевым порогом переключения. Дифференцирование обеспечивает получение перехода через нуль в соответствии с пиком импульса. Окончательное восстановление троичной последовательности производится путем измерения интервалов времени между последовательными переходами через нуль. Исходную двоичную последовательность получают путем обратного преобразования по указанной таблице после предварительного разбиения троичной последовательности на группы из двух символов.

Описанный способ записи можно сравнить с широко используемым в накопителях на гибких магнитных дисках ЭВМ способом записи с модифицированной частотной модуляцией, также трехинтервальным, допускающим использование лишь трех временных интервалов между переключениями тока записи длительностью 1T, 1,5T и 2T (B). При условии записи случайной двоичной информации предложенным способом относительное увеличение плотности записи составляет величину порядка 5% при этом частота перемагничиваний носителя уменьшается на величину порядка 8%
Соответствующий изобретению способ записи, предусматривающий видоизмененную процедуру перекодирования, охарактеризованную в пункте 3 формулы изобретения, может быть реализован следующим образом.

Исходная двоичная информационная последовательность (А) образуется в троичную последовательность (E) путем адаптивного перекодирования в соответствии с таблице (табл. 2), представляющей собой отображение входных двоичных кодовых слов переменной длины (2,3 или 4 символа) в выходные троичные кодовые слова также переменной длины (1 или 2 символа). В основу таблицы кодирования положен принцип отображения, при котором входные кодовые слова, имеющие наибольшую вероятность появления в случайной информационной последовательности (т.е. такой, в которой нули и единицы появляются независимо и с одинаковыми вероятностями, равными 0,5), отображаются в выходные кодовые слова, соответствующие наиболее коротким по длительности комбинациям сигналов записи. Для указанного перекодирования в исходной двоичной последовательности анализируются группы из двух, трех или четырех двоичных символов.

Дальнейшее формирование сигналов записи (Г), а также обработка сигналов воспроизведения аналогичны вышеописанному примеру осуществления изобретения.

Восстановление исходной двоичной информации производится путем обратного перекодирования по той же таблице (табл. 2), для чего анализируются один или два символа в троичной последовательности, считываемой с магнитного носителя.

По сравнению со способом записи с модифицированной частотой модуляции, данный способ записи с адаптивным кодированием, при условии регистрации случайной двоичной информации, обеспечивает относительное увеличение плотности записи более чем на 10% а также уменьшение частоты перемагничиваний носителя.

Наиболее эффективно настоящее изобретение может быть использовано во внешних запоминающих устройствах ЭВМ, в частности в накопителях на магнитных дисках.

Использование: относится к области вычислительной техники, в частности к цифровой магнитной записи, и может быть использовано во внешних запоминающих устройствах на подвижном магнитном носителе. Сущность изобретения: повышение плотности записи информации в способе цифровой магнитной записи, включающем формирование из исходной двоичной информационной последовательности сигналов записи, длительности которых тождественны информационным символам, достигается тем, что исходную двоичную информационную последовательность предварительно перекодируют в последовательность чисел, представленных в системе счисления с основанием r, больше двух, при этом длительности сигналов записи выбирают тождественными информационным символам последовательности r-ичных чисел. При перекодировании исходной последовательности осуществляют ее разбиение из группы двоичных символов, образующих входные кодовые слова одинаковой длины, и перекодируют их в выходные r-ичные слова, соответствующие наиболее коротким по длительности комбинациям сигналов записи. При этом необходимое избыточное количество выходных r-ичных кодовых слов определяют выбором соотношения длин входного и выходного слов. Дополнительное увеличение плотности записи может быть достигнуто, если при перекодировании исходной двоичной информационной последовательности входные кодовые слова различной длины, имеющие наибольшую вероятность появления в случайной последовательности, перекодируют в выходные кодовые слова, соответствующие наиболее коротким по длительности комбинациям сигналов записи. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. ,2 табл.

1. Способ цифровой магнитной записи, заключающийся в предварительном перекодировании исходной двоичной информационной последовательности в последовательность чисел с заданным количеством разрядов, формировании из полученной последовательности сигналов записи с длительностью, тождественной информационным символам последовательности, и в записи полученных сигналов, отличающийся тем, что при предварительном перекодировании последовательность чисел представляют в системе с основанием r, большим двух, а длительности сигналов записи выбирают тождественными информационным символам последовательности r-ичных чисел. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при перекодировании исходной двоичной информационной последовательности устанавливают для каждого информационного символа r-ичного кода временной интервал t_i, где i 1, 2 r, разделяют исходную двоичную информационную последовательность на группы двоичных символов в виде входных кодовых слоев одинаковой длины, которые перекодируют в выходные кодовые слова одинаковой длины в виде групп r-ичных символов, выбираемых из множества r-ичных выходных кодовых слов, как соответствующих наиболее коротким по длительности комбинациям сигналов записи, при этом необходимое для обеспечения такого выбора избыточное количество выходных r-ичных кодовых слов определяют по отношению их длины к длине входных двоичных кодовых слов. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при перекодировании исходной двоичной информационной последовательности устанавливают для каждого информационного символа r-ичного кода временной интервал t_i, где i 1,2 r, разделяют исходную двоичную информационную последовательность на группы двоичных символов в виде кодовых слов различной длины, которые перекодируют в выходные кодовые слова в виде групп r-ичных символов, при этом входным двоичным кодовым словам, имеющим наибольшие вероятности появления в случайной двоичной информационной последовательности, присваивают выходные кодовые слова, выбираемые из множества r-ичных выходных кодовых слов как соответствующие наиболее коротким по длительности комбинациям сигналов записи.