Grabación codificada grupal
Métodos de codificación para la representación de datos en medios magnéticos

En informática , la grabación codificada en grupo o grabación de código de grupo ( GCR ) se refiere a varios métodos de codificación distintos pero relacionados para representar datos en medios magnéticos . El primero, utilizado en Cinta magnética de 6250  bpi desde 1973, [1] [2] es un código de corrección de errores combinado con un esquema de codificación de longitud de ejecución limitada (RLL), perteneciente al grupo de códigos de modulación. [3] Los otros son métodos de codificación similares utilizados en discos duros de mainframes o disquetes de microcomputadoras hasta fines de los años 1980. GCR es una forma modificada de un código NRZI , pero necesariamente con una densidad de transición más alta. [3]

Cinta magnética

La grabación con codificación grupal se utilizó por primera vez para el almacenamiento de datos en cinta magnética en una cinta de carrete a carrete de 9 pistas . [3] El término se acuñó durante el desarrollo de la unidad de cinta magnética IBM 3420 modelo 4/6/8 [1] y la correspondiente unidad de control de cinta 3803 modelo 2, [4] [1] ambas introducidas en 1973. [1] [5] IBM se refirió al código de corrección de errores en sí como "grabación con codificación grupal". Sin embargo, GCR ha llegado a referirse al formato de grabación de Cinta de 6250 bpi (250 bits/mm [3] ) en su conjunto, y posteriormente a formatos que utilizan códigos RLL similares sin el código de corrección de errores.

Para leer y escribir de manera confiable en cinta magnética , se deben cumplir varias restricciones en la señal que se va a escribir. La primera es que dos inversiones de flujo adyacentes deben estar separadas por una cierta distancia en el medio, definida por las propiedades magnéticas del propio medio. La segunda es que debe haber una inversión con la suficiente frecuencia para mantener el reloj del lector en fase con la señal escrita; es decir, la señal debe tener sincronización automática y, lo que es más importante, mantener la salida de reproducción lo suficientemente alta, ya que esto es proporcional a la densidad de transiciones de flujo.Cintas de 6250 bpi ,Las cintas de 1600 bpi satisfacían estas restricciones mediante una técnica llamada codificación de fase (PE), que tenía una eficiencia de solo el 50%.En las cintas GCR de 6250 bpi se utiliza un código RLL (0, 2)  , o más específicamente un ⁠4/5Código de bloque (  0, 2) [3] a veces también denominadocodificación GCR (4B-5B) . [6] Este código requiere que se escriban cinco bits por cada cuatro bits de datos. [3] El código está estructurado de modo que no puedan aparecer más de dos bits cero (que se representan por la falta de una inversión de flujo) en una fila, [3] ya sea dentro de un código o entre códigos, sin importar cuáles sean los datos. Este código RLL se aplica independientemente a los datos que van a cada una de las nueve pistas.

De los 32 patrones de cinco bits, ocho comienzan con dos bits cero consecutivos, otros seis terminan con dos bits cero consecutivos y uno más (10001) contiene tres bits cero consecutivos. Si se elimina el patrón de todos unos (11111) del resto, quedan 16 palabras de código adecuadas.

ElCódigo RLL GCR de 6250 bpi : [7] [8] [9] [6]

Valor de 4 bitsCódigo GCR [7] [8]
maleficiopapelerapapeleramaleficio
0x000001.10010x19
0x100011.10110x1B
0x200101.00100x12
0x300111.00110x13
0x401001.11010x1D
0x501011.01010x15
0x601101.01100x16
0x701111.01110x17
Valor de 4 bitsCódigo GCR [7] [8]
maleficiopapelerapapeleramaleficio
0x810001.10100x1A
0x910010,10010x09
0xA10100,10100x0A
0xB10110,10110x0B
0xC11001.11100x1E
0xD11010,11010x0D
0xE11100,11100x0E
0xF11110,11110x0F

11 de los nibbles (excepto xx00 y 0001) tienen su código formado anteponiendo el complemento del bit más significativo ; es decir, abcd se codifica como abcd . A los otros cinco valores se les asignan códigos que comienzan con 11. Los nibbles de la forma ab00 tienen códigos 11ba a , es decir, el bit inverso del código para ab11. Al código 0001 se le asigna el valor restante 11011.

Como el código de todos los unos no se utiliza en los datos normales, pueden aparecer como máximo 8 bits de uno seguidos. Se utilizan secuencias de 9 o más bits de uno (en la práctica se utilizaban 14 códigos de todos los unos, o 70 bits de uno) como patrón de sincronización .

Debido a la densidad extremadamente alta (para la época) deEn una cinta de 6250 bpi , el código RLL no es suficiente para garantizar un almacenamiento de datos confiable. Sobre el código RLL, se aplica un código de corrección de errores llamado Código Rectangular Óptimo (ORC). [10] Este código es una combinación de una pista de paridad y un código polinomial similar a un CRC , pero estructurado para la corrección de errores en lugar de la detección de errores. Por cada siete bytes escritos en la cinta (antes de la codificación RLL), se calcula un octavo byte de verificación y se escribe en la cinta. Al leer, se calcula la paridad en cada byte y se aplica una OR exclusiva con el contenido de la pista de paridad, y se calcula el código de verificación polinomial y se aplica una OR exclusiva con el código de verificación recibido, lo que da como resultado dos palabras de síndrome de 8 bits. Si ambas son cero, los datos están libres de errores. De lo contrario, la lógica de corrección de errores en el controlador de cinta corrige los datos antes de que se envíen al host. El código de corrección de errores puede corregir cualquier cantidad de errores en una sola pista o en dos pistas si las pistas erróneas se pueden identificar por otros medios.

En las unidades de cinta IBM de 18 pistas y media pulgada más nuevas, la grabación en24 000  ppp , ⁠4/5⁠  (0, 2) El GCR fue reemplazado por un modelo más eficiente .8/9Código de  modulación (0, 3), que asigna ocho bits a nueve bits. [3]

Discos duros

A mediados de la década de 1970, Sperry Univac , División ISS, estaba trabajando en discos duros de gran tamaño para el negocio de mainframes utilizando codificación de grupo. [11]

Disquetes

Al igual que las unidades de cinta magnética, las unidades de disquete tienen límites físicos en el espaciado de las inversiones de flujo (también llamadas transiciones, representadas por bits uno).

Micropolis

Al ofrecer unidades de disquete compatibles con GCR y controladores de disquete (como el 100163-51-8 y el 100163-52-6 [12] ), Micropolis respaldó la codificación de datos con grabación codificada por grupo [13] en unidades de disquete de 5¼ pulgadas, 100 tpi y 77 pistas para almacenar doce sectores de 512 bytes por pista desde 1977 o 1978. [14] [15] [16] [17]

Microperiféricos

Micro Peripherals, Inc. (MPI) comercializó unidades de disco de 5¼ pulgadas de doble densidad (como las unidades B51 de una cara y B52 de doble cara) y una solución de controlador que implementaba GCR desde principios de 1978. [18] [19]

Durango

El Durango Systems F-85 (presentado en septiembre de 1978 [20] [21] ) utilizaba unidades de disquete de 5¼ pulgadas y 100 tpi de una sola cara que proporcionaban 480 KB utilizando una codificación de grupo 4/5 de alta densidad patentada. La máquina utilizaba un controlador de disquete Western Digital FD1781 , diseñado por un ex ingeniero de Sperry ISS, [17] con unidades Micropolis de 77 pistas. [22] En modelos posteriores, como la serie Durango 800 [23], esto se amplió a una opción de doble cara para 960 KB (946 KB formateados [23] [nb 1] ) por disquete. [21] [24] [22] [14]

Manzana

Para la unidad de disquete Apple II , Steve Wozniak inventó un controlador de disquete que (junto con la propia unidad de disquete II ) impuso dos restricciones:

  • Entre dos bits uno, puede haber un máximo de un bit cero.
  • Cada byte de 8 bits debe comenzar con un bit.

El esquema más simple para garantizar el cumplimiento de estos límites es grabar una transición de "reloj" adicional antes de cada bit de datos según la codificación Manchester diferencial o FM (modulación de frecuencia) (digital). Conocida como codificación 4 y 4 , la implementación resultante de Apple permitió que solo se grabaran diez sectores de 256 bytes por pista en un disquete de 5¼ pulgadas de densidad única. Utiliza dos bytes para cada byte.

Casi un mes antes del lanzamiento de la unidad de disco en la primavera de 1978, [26] Wozniak se dio cuenta de que un esquema de codificación más complejo permitiría que cada byte de ocho bits del disco contuviera cinco bits de datos útiles en lugar de cuatro bits. Esto se debe a que hay 34 bytes que tienen el bit superior establecido y no hay dos bits cero seguidos. Este esquema de codificación se conoció como codificación 5 y 3 y permitía 13 sectores por pista; se utilizó para Apple DOS 3.1, 3.2 y 3.2.1 , así como para la primera versión de Apple CP/M  [de] : [27]

Códigos GCR reservados: 0xAA y 0xD5. [27]

Wozniak calificó el sistema como "mi experiencia más increíble en Apple y el mejor trabajo que hice". [26]

Más tarde, el diseño del controlador de la unidad de disquete se modificó para permitir que un byte en el disco contuviera hasta un par de bits cero en una fila. Esto permitió que cada byte de ocho bits contuviera seis bits de datos útiles y permitió 16 sectores por pista. Este esquema se conoce como codificación 6 y 2 , [27] y se utilizó en Apple Pascal , Apple DOS 3.3 [27] y ProDOS , [29] y más tarde con las unidades Apple FileWare en el Apple Lisa y los discos de 3½ pulgadas de 400K y 800K en Macintosh y Apple II. [30] [31] Apple no llamó originalmente a este esquema "GCR", pero el término se le aplicó más tarde [31] para distinguirlo de los disquetes IBM PC que usaban el esquema de codificación MFM .

Códigos GCR reservados: 0xAA y 0xD5. [27] [29]

Comodoro

De forma independiente, Commodore Business Machines (CBM) creó un esquema de grabación codificado por grupos para su unidad de disquete Commodore 2040 (lanzada en la primavera de 1979). Las restricciones relevantes de la unidad 2040 eran que no podían aparecer más de dos bits cero seguidos; la unidad no imponía ninguna restricción especial sobre el primer bit de un byte. Esto permitía el uso de un esquema similar al utilizado enUnidades de cinta de 6250 bpi . Cada cuatro bits de datos se traducen a cinco bits en el disco, utilizando los mismos códigos de 5 bits que IBM para garantizar que nunca haya más de dos bits cero seguidos, pero en un orden diferente:

Valor de 4 bitsCódigo GCR [32]
maleficiopapelerapapeleramaleficio
0x000000,10100x0A
0x100010,10110x0B
0x200101.00100x12
0x300111.00110x13
0x401000,11100x0E
0x501010,11110x0F
0x601101.01100x16
0x701111.01110x17
Valor de 4 bitsCódigo GCR [32]
maleficiopapelerapapeleramaleficio
0x810000,10010x09
0x910011.10010x19
0xA10101.10100x1A
0xB10111.10110x1B
0xC11000,11010x0D
0xD11011.11010x1D
0xE11101.11100x1E
0xF11111.01010x15

Al igual que el código de IBM, son posibles como máximo ocho bits uno en fila, por lo que Commodore utilizó secuencias de diez o más bits uno en fila como secuencia de sincronización .

Este esquema GCR más eficiente, combinado con un enfoque de grabación de densidad de bits constante mediante el aumento gradual de la frecuencia de reloj ( velocidad angular constante de zona , ZCAV) y el almacenamiento de más sectores físicos en las pistas externas que en las internas ( grabación de bits de zona , ZBR), permitió a Commodore adaptarse170 KiB en un disquete estándar de una sola cara y densidad simple de 5,25 pulgadas, donde Apple lo colocó140 KiB (con codificación 6 y 2) o114 KiB (con codificación 5 y 3) y un disquete codificado en FM que solo se puede guardar88 KiB .

Sirio/Víctor

De manera similar, las unidades de disquete de 5,25 pulgadas del Victor 9000, también conocido como Sirius 1 , diseñado por Chuck Peddle en 1981/1982, utilizaban una combinación de GCR y grabación de bits de zona disminuyendo gradualmente la velocidad de rotación de una unidad para las pistas externas en nueve zonas mientras aumentaba el número de sectores por pista [33] para lograr capacidades formateadas de606 KiB (una cara) /1188 KiB (doble cara) en un medio de 96 tpi . [34] [35] [36] [37] El código GCR es idéntico al del Commodore. [38]

Hermano

A partir de 1985, Brother presentó una familia de máquinas de escribir dedicadas al procesamiento de textos con una unidad de disquete integrada de 3,5 pulgadas y 38 pistas [nb 2] . Los primeros modelos de las series WP y LW  [de] utilizaban un esquema de grabación de codificación grupal específico de Brother con doce sectores de 256 bytes para almacenar hasta 120 KB [nb 3] en disquetes de una cara y hasta 240 KB [nb 3] en disquetes de doble densidad (DD) de doble cara. [17] [39] [40] [41] Según se informa, ya se mostraron prototipos en la Internationale Funkausstellung 1979 (IFA) en Berlín.

Afilado

En 1986, Sharp presentó una solución de unidad de disco de bolsillo giratoria de 2,5 pulgadas (unidades: CE-1600F , CE-140F; internamente basadas en el chasis FDU-250; medio: CE-1650F ) para su serie de computadoras de bolsillo con una capacidad formateada de62 464 bytes por lado (2× 64 kB nominales, 16 pistas, 8 sectores/pista, 512 bytes por sector, 48 tpi , 250 kbit/s, 270 rpm) con grabación GCR (4/5). [42] [43]

Otros usos

También se evaluó el GCR para un posible uso en esquemas de codificación de códigos de barras (eficiencia de empaquetado, tolerancias de tiempo, cantidad de bytes de almacenamiento para información de tiempo y nivel de salida de CC ). [44]

Véase también

Notas

  1. ^ El folleto del producto de la serie Durango 800 documenta una "capacidad en línea" formateada de 1,892 MB para las unidades de disquete. Sin embargo, el sistema estaba equipado con dos unidades de disquete Micropolis de 5¼ pulgadas , 100 tpi y 77 pistas de manera predeterminada, y 1,892 MB es aproximadamente el doble de la capacidad física de la unidad documentada en varias otras fuentes (480 KB por lado); por lo tanto, por "capacidad en línea" deben haberse referido a la capacidad de almacenamiento disponible para los usuarios para la combinación de dos unidades.
  2. ^ Las fuentes dan parámetros ligeramente contradictorios con respecto a los formatos de disquetes Brother . 12 sectores de 256 bytes darían 120 KB por lado en una unidad de 40 pistas, pero una fuente afirma que las unidades eran solo de 38 pistas.
  3. ^ ab Se sabe que los siguientes modelos Brother admiten un formato de disquete de 120 KB (lista incompleta): WP-1 (1985/1987), WP-5 (1987/1989), WP-6 (1989), WP-55 (1987/1989), WP-500 (1987/1989). Se sabe que los siguientes modelos admiten un formato de 240 KB (lista incompleta): WP-70, WP-75 (1989), WP-80 (1985/1989), WP-3400, WP-3410, WP-3550, WP-3650D, WP-760D, WP-760D+, LW-1 (1989), LW-20, LW-30, LW-100, LW-400.

Referencias

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  4. ^ "La galería del hierro viejo". 2004. Archivado desde el original el 25 de diciembre de 2008. [...] Me mudé al laboratorio de Poughkeepsie en 1958 [...] Más tarde fui el diseñador principal y arquitecto de la unidad de control de cinta 2802 y unos años después, el diseñador principal y arquitecto de la 3803, que fue una modificación muy grande basada en la 2802. Tres de nosotros compartimos un premio corporativo por la 3803 y yo, junto con el planificador Charlie Von Reyn, se nos ocurrió el nombre " Grabación codificada en grupo (GCR)" como el nombre del método de grabación. [...](NB. Un comentario anónimo de uno de los desarrolladores sobre el origen del nombre "Group Coded Recording".)
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Lectura adicional

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