Достижения космической эры на вашем столе
Технология Partial Response - Maximum Likelihood (PRML), что можно перевести как "неполный отклик - максимальное подобие", была разработана для обмена информацией в сложных условиях, таких как дальние космические экспедиции.
Она стала известной благодаря отличной работе посадочного модуля "Викинг", который собирал и передавал на Землю ценную научную информацию с Марса. Использованная для обмена радиосигналами, рожденными за миллионы миль от Земли, технология космической эры PRML позволила ученым получить чистые от фоновой интерференции данные, несмотря на их долгий путь домой.
А сегодня PRML дала возможность производителям жестких дисков повысить удельную плотность хранения данных (соответственно, и емкость накопителей), поднять скорость передачи, улучшить их выдачу за счет возможности самокалибровки накопителей, а также снизить влияние дискового шума.
До недавнего времени в большинстве накопителей использовалась технология каналов чтения, называемая детектированием пиков сигнала. При ней для интерпретации считываемых с дисковых пластин данных использовались пиковые значения напряжения, генерируемого головкой чтения. Но, по мере того как биты на диски записывались все плотнее и плотнее, все труднее становилось отделить данные от фонового шума или определить отдельные пики для каждого бита.
При увеличении плотности записи проявляется так называемая межсимвольная интерференция (inter-symbol interference, ISI). Эти помехи возникают в результате взаимного наложения аналоговых сигналов, поступающих с головок чтения/записи на все большей и большей скорости. Данная проблема традиционно решается путем кодирования данных как потока "символов", в каком виде они и записываются, чтобы отделить пики друг от друга при чтении. Беда в том, что для кодирования требуется больше одного символа на бит информации, что, разумеется, негативно сказывается как на емкости, так и на производительности накопителя.
Суть технологии PRML заключается в том, что аналоговый сигнал, поступающий с головок, первым делом преобразуется в цифровой вид, и затем уже этот цифровой сигнал используется для детектирования битов данных. Принципиально PRML позволяет обрабатывать более плотно упакованные биты, чем при детектировании пиков, улучшая подавление шумов.
Каналы чтения PRML не разделяют пики сигнала на стадии чтения, используя вместо этого передовую технологию цифровой фильтрации для управления ISI. Это обеспечивает получение более высокой степени упаковки данных, позволяет записывать на диски больше информации и считывать ее с более высокой скоростью. PRML использует цифровую обработку и детектирование максимальной вероятности, чтобы определить последовательность битов, которая больше всего походит на записанную на диск.
Как следует из ее названия, технология PRML состоит из двух частей.
Частичный отклик
Это стадия преобразования поступающего от головок аналогового сигнала в цифровую форму, или дискретизации. Применять PRML предпочтительно при специфической и постоянной форме сигнала, такой, какая генерируется магниторезистивными головками.
Магниторезистивные головки соответствуют PRML, устраняя накладные затраты, связанные с необходимостью фильтрации низкоуровневых волн. Эти волны образуются на внешних краях индуктивной головки, когда она проходит над поверхностью диска во время считывания. Для применения канала PRML требуется, чтобы такие волны были убраны тем или иным способом.
Обычно для решения проблемы используются электронные эквалайзеры, но они заметно увеличивают стоимость и техническую сложность канала PRML. Сигнал, выдаваемый магниторезистивными головками, имеет неровную форму, но тем не менее легко поддается дискретизации.
Итак, совместное использование канала чтения PRML и магниторезистивных головок позволяет устранить накладные расходы, связанные с дополнительной фильтрацией.
Максимальная вероятность
Непосредственно PRML не выдает никакой пользовательской информации в форме двоичных нулей и единиц. Для этого необходимо дополнительное декодирование (Viterbi detection).
Детектирование Viterbi представляет собой алгоритм, проверяющий все возможные комбинации данных и подбирающий наилучшее совпадение (с наименьшей ошибкой) с поступившим сигналом. Образец последовательности битов, имеющий меньше отличий от входного сигнала (минимальную ошибку), чем другие комбинации, с максимальной вероятностью окажется правильным.
Как уже говорилось, наиболее существенное преимущество использования PRML заключается в ускорении передачи данных. Канал PRML способствует повышению скорости передачи за счет применяемой в нем совершенной схемы кодирования с ограничением длины записи (RLL). Это быстрый и высокоэффективный способ кодирования данных при записи на диск, при котором комбинации битов, представляющие информацию, преобразуются в коды, а не записываются в точности, бит за битом. Схема преобразования базируется на так называемой длине серии, изменение направления магнитного потока происходит в соответствии с определенным количеством нулей, следующих друг за другом.
Кодирование RLL (1, 7), используемое в традиционных каналах чтения с детектированием пиков, слишком медленное. Обозначение 1 означает, что в записываемой последовательности между каждой парой двоичных единиц должен быть хотя бы один двоичный нуль, что выливается по крайней мере в два символьных периода между каждой парой магнитных переходов на диске. Цифра 7 говорит, что между переходами не может быть свыше восьми символьных периодов. Более эффективная схема кодирования (0, k), используемая для каналов чтения PRML во многих накопителях на жестких дисках Seagate, обеспечивает более компактную пропорцию 16/17 и позволяет передавать данные со скоростью до 190 мегабит в секунду.
Роман Соболенко,по материалам Seagate
Она стала известной благодаря отличной работе посадочного модуля "Викинг", который собирал и передавал на Землю ценную научную информацию с Марса. Использованная для обмена радиосигналами, рожденными за миллионы миль от Земли, технология космической эры PRML позволила ученым получить чистые от фоновой интерференции данные, несмотря на их долгий путь домой.
А сегодня PRML дала возможность производителям жестких дисков повысить удельную плотность хранения данных (соответственно, и емкость накопителей), поднять скорость передачи, улучшить их выдачу за счет возможности самокалибровки накопителей, а также снизить влияние дискового шума.
До недавнего времени в большинстве накопителей использовалась технология каналов чтения, называемая детектированием пиков сигнала. При ней для интерпретации считываемых с дисковых пластин данных использовались пиковые значения напряжения, генерируемого головкой чтения. Но, по мере того как биты на диски записывались все плотнее и плотнее, все труднее становилось отделить данные от фонового шума или определить отдельные пики для каждого бита.
При увеличении плотности записи проявляется так называемая межсимвольная интерференция (inter-symbol interference, ISI). Эти помехи возникают в результате взаимного наложения аналоговых сигналов, поступающих с головок чтения/записи на все большей и большей скорости. Данная проблема традиционно решается путем кодирования данных как потока "символов", в каком виде они и записываются, чтобы отделить пики друг от друга при чтении. Беда в том, что для кодирования требуется больше одного символа на бит информации, что, разумеется, негативно сказывается как на емкости, так и на производительности накопителя.
Суть технологии PRML заключается в том, что аналоговый сигнал, поступающий с головок, первым делом преобразуется в цифровой вид, и затем уже этот цифровой сигнал используется для детектирования битов данных. Принципиально PRML позволяет обрабатывать более плотно упакованные биты, чем при детектировании пиков, улучшая подавление шумов.
Каналы чтения PRML не разделяют пики сигнала на стадии чтения, используя вместо этого передовую технологию цифровой фильтрации для управления ISI. Это обеспечивает получение более высокой степени упаковки данных, позволяет записывать на диски больше информации и считывать ее с более высокой скоростью. PRML использует цифровую обработку и детектирование максимальной вероятности, чтобы определить последовательность битов, которая больше всего походит на записанную на диск.
Как следует из ее названия, технология PRML состоит из двух частей.
Частичный отклик
Это стадия преобразования поступающего от головок аналогового сигнала в цифровую форму, или дискретизации. Применять PRML предпочтительно при специфической и постоянной форме сигнала, такой, какая генерируется магниторезистивными головками.
Магниторезистивные головки соответствуют PRML, устраняя накладные затраты, связанные с необходимостью фильтрации низкоуровневых волн. Эти волны образуются на внешних краях индуктивной головки, когда она проходит над поверхностью диска во время считывания. Для применения канала PRML требуется, чтобы такие волны были убраны тем или иным способом.
Обычно для решения проблемы используются электронные эквалайзеры, но они заметно увеличивают стоимость и техническую сложность канала PRML. Сигнал, выдаваемый магниторезистивными головками, имеет неровную форму, но тем не менее легко поддается дискретизации.
Итак, совместное использование канала чтения PRML и магниторезистивных головок позволяет устранить накладные расходы, связанные с дополнительной фильтрацией.
Максимальная вероятность
Непосредственно PRML не выдает никакой пользовательской информации в форме двоичных нулей и единиц. Для этого необходимо дополнительное декодирование (Viterbi detection).
Детектирование Viterbi представляет собой алгоритм, проверяющий все возможные комбинации данных и подбирающий наилучшее совпадение (с наименьшей ошибкой) с поступившим сигналом. Образец последовательности битов, имеющий меньше отличий от входного сигнала (минимальную ошибку), чем другие комбинации, с максимальной вероятностью окажется правильным.
Как уже говорилось, наиболее существенное преимущество использования PRML заключается в ускорении передачи данных. Канал PRML способствует повышению скорости передачи за счет применяемой в нем совершенной схемы кодирования с ограничением длины записи (RLL). Это быстрый и высокоэффективный способ кодирования данных при записи на диск, при котором комбинации битов, представляющие информацию, преобразуются в коды, а не записываются в точности, бит за битом. Схема преобразования базируется на так называемой длине серии, изменение направления магнитного потока происходит в соответствии с определенным количеством нулей, следующих друг за другом.
Кодирование RLL (1, 7), используемое в традиционных каналах чтения с детектированием пиков, слишком медленное. Обозначение 1 означает, что в записываемой последовательности между каждой парой двоичных единиц должен быть хотя бы один двоичный нуль, что выливается по крайней мере в два символьных периода между каждой парой магнитных переходов на диске. Цифра 7 говорит, что между переходами не может быть свыше восьми символьных периодов. Более эффективная схема кодирования (0, k), используемая для каналов чтения PRML во многих накопителях на жестких дисках Seagate, обеспечивает более компактную пропорцию 16/17 и позволяет передавать данные со скоростью до 190 мегабит в секунду.
Роман Соболенко,по материалам Seagate
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 38 за 1997 год в рубрике hard :: hdd
