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Grabación codificada por grupos

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...

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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 finales de la década de 1980. GCR es una forma modificada de un código NRZI , pero necesariamente con una mayor densidad de transición. [ 3 ]

Cinta magnética

La grabación codificada en grupo se utilizó por primera vez para el almacenamiento de datos en cinta magnética en 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 refería al código de corrección de errores en sí mismo como "grabación codificada en grupo". 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 forma fiable en cinta magnética , deben cumplirse varias restricciones sobre la señal 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 frecuencia suficiente para mantener el reloj del lector en fase con la señal escrita; es decir, la señal debe ser autosincronizada y, lo que es más importante, para mantener la salida de reproducción lo suficientemente alta, ya que esta es proporcional a la densidad de transiciones de flujo.Cintas de 6250  bpi ,Las cintas de 1600  bpi satisfacían estas restricciones utilizando una técnica llamada codificación de fase (PE), que solo tenía una eficiencia del 50%. Para En las cintas GCR de 6250 bpi , se utiliza un código RLL (0,  2) , o más específicamente un código de bloque 4/5 ( 0, 2) [ 3 ] , a veces también denominado codificación GCR (4B-5B) [ 6 ] . Este código requiere que se escriban cinco bits por cada cuatro bits de datos [ 3 ] . El código está estructurado de manera que no pueden aparecer más de dos bits cero (que se representan por la falta de inversión de flujo) en una fila [ 3 ] , ya sea dentro de un código o entre códigos, independientemente de los datos. Este código RLL se aplica de forma independiente 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. Al eliminar el patrón de todos unos (11111) del resto, quedan 16 palabras clave adecuadas.

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

Once 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 el código 11ba a , es decir, el bit inverso del código para ab11. Al código 0001 se le asigna el valor restante 11011.

Dado que el código de todos unos no se utiliza en los datos normales, como máximo pueden aparecer 8 bits de uno en una fila. Las secuencias de 9 o más bits de uno (en la práctica se utilizaron 14 códigos de todos unos, o 70 bits de uno) se utilizan como patrón de sincronización .

Debido a la densidad extremadamente alta (para la época) deEn cintas de 6250  bpi , el código RLL no es suficiente para garantizar un almacenamiento de datos fiable. Además del 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 combina mediante OR exclusivo con el contenido de la pista de paridad, y se calcula el código de verificación polinomial y se combina mediante OR exclusivo 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 enviarlos al host. El código de corrección de errores es capaz de corregir cualquier número de errores en una sola pista, o en dos pistas cualesquiera si las pistas erróneas pueden identificarse por otros medios.

En las unidades de cinta de 18 pistas de media pulgada más nuevas de IBM, la grabación se realiza en El GCR de 24 000 bpi , 4/5 ( 0, 2) fue reemplazado por un código de modulación más eficiente de 8/9 ( 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 capacidad para el negocio de las computadoras centrales 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 de un bit).

Micropolis

Ofreciendo unidades de disquete y controladores de disquete compatibles con GCR (como el 100163-51-8 y el 100163-52-6 [ 12 ] ), Micropolis respaldó la codificación de datos con grabación codificada en 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 ]

Micro periféricos

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 (introducido en septiembre de 1978 [ 20 ] [ 21 ] ) utilizaba  unidades de disquete de una sola cara de 5¼ pulgadas y 100 tpi 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 antiguo 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 del Apple II , Steve Wozniak inventó un controlador de disquete que (junto con la propia unidad Disk II ) imponía dos restricciones:

  • Entre dos bits cualesquiera de tipo 1, puede haber un máximo de un bit de tipo 0.
  • Cada byte de 8 bits debe comenzar con un bit uno.

El método más sencillo para garantizar el cumplimiento de estos límites consiste en registrar una transición de "reloj" adicional antes de cada bit de datos, según la codificación diferencial Manchester o FM (modulación de frecuencia) digital. Conocida como codificación 4-and-4 , la implementación resultante de Apple permitía grabar solo diez sectores de 256 bytes por pista en un disquete de 5¼ pulgadas de densidad simple. Utiliza dos bytes por cada byte.

Casi un mes antes del envío 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 en el disco contuviera cinco bits de datos útiles en lugar de cuatro. Esto se debe a que hay 34 bytes que tienen el bit superior activado y no hay dos bits cero seguidos. Este esquema de codificación se conoció como codificación 5-and-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 : [ 27 ]

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

Wozniak calificó el sistema como "mi experiencia más increíble en Apple y el mejor trabajo que he hecho". [ 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-and-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 el 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 de 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 codificada en grupo para su unidad de disquete Commodore 2040 (lanzada en la primavera de 1979). Las restricciones relevantes en la unidad 2040 eran que no podían aparecer más de dos bits cero seguidos; la unidad no imponía ninguna restricción especial al primer bit de un byte. Esto permitió el uso de un esquema similar al utilizado enUnidades de cinta de 6250  bpi . Cada cuatro bits de datos se traducen en 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:

Al igual que en el código de IBM, son posibles como máximo ocho bits uno seguidos, por lo que Commodore utilizó secuencias de diez o más bits uno seguidos 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 velocidad del reloj ( velocidad angular constante de zona , ZCAV) y el almacenamiento de más sectores físicos en las pistas exteriores que en las interiores ( grabación de bits de zona , ZBR), permitió a Commodore ajustarse170  KiB en un disquete estándar de una sola cara y una sola densidad de 5,25 pulgadas, donde Apple encaja140  KiB (con codificación 6-and-2) o114  KiB (con codificación 5 y 3) y un disquete codificado en FM contenían solo88  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 la unidad para las pistas exteriores en nueve zonas, mientras aumentaban el número de sectores por pista [ 33 ] para lograr capacidades formateadas de606  KiB (una sola cara) /1188  KiB (doble cara) en un medio de 96 tpi . [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] El código GCR es idéntico al de Commodore. [ 38 ]

Hermano

A partir de 1985, Brother introdujo una familia de máquinas de escribir dedicadas al procesamiento de textos con unidad de disquete integrada de 3,5 pulgadas y 38 pistas [ nb 2 ] . Los primeros modelos de las series WP y LW utilizaban un esquema de grabación codificado por grupos específico de Brother con doce sectores de 256 bytes para almacenar hasta 120 KB [ nb 3 ] en disquetes de una sola cara y hasta 240 KB [ nb 3 ] en disquetes de doble cara de doble densidad (DD). [ 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 ; basada internamente en el chasis FDU-250; soporte: CE-1650F ) para su serie de computadoras de bolsillo con una capacidad formateada de62 464 bytes por cara (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 GCR para un posible uso en esquemas de codificación de códigos de barras (eficiencia de empaquetamiento, 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 " formateadade 1,892 MB para las unidades de disquete. Sin embargo, el sistema venía equipado de fábrica con dos unidades de disquete Micropolis de 5¼ pulgadas , 100 tpi y 77 pistas, y 1,892 MB es aproximadamente el doble de la capacidad física de la unidad documentada en otras fuentes (480 KB por cara). Por lo tanto, con "capacidad en línea" debían referirse a la capacidad de almacenamiento disponible para los usuarios con la combinación de las dos unidades.
  2. ↑ Las fuentes proporcionan 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. 1 2 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

  1. 1 2 3 4 Personal de CW (14 de marzo de 1973). "6250 bytes/pulg. Densidad: el almacenamiento del IBM 3420 se triplicó con creces" . Computerworld . VII (11). White Plains, Nueva York, EE. UU.: 1–2 . Recuperado el 23 de marzo de 2017. IBM añadió tres nuevos modelos al sistema de cinta magnética 3420 que pueden grabar datos con la "capacidad de grabación más densa ofrecida hasta ahora", según la compañía. Utilizando un nuevo método llamado Grabación Codificada de Grupo (GCR), las unidades de IBM pueden manejar cintas que contienen una densidad de datos de 6250 bytes/pulg. en comparación con los 1600 bytes/pulg. de los modelos anteriores del 3420. [...] También se anunció una unidad de control mejorada, el modelo 3803 2, que funciona con las unidades de cinta 3420 anteriores y más recientes. El modelo 2 incluye la capacidad de corregir errores en una o dos pistas "simultáneamente mientras la cinta está en movimiento", según IBM. [...] El método GCR segmenta los datos grabados en la cinta en grupos de caracteres a los que se añade un carácter de codificación especial. La mayor densidad se basa en una combinación de un esquema de codificación modificado, un espacio entre registros más pequeño (denominado espacio entre bloques) y componentes electrónicos y electromecánicos modificados, según IBM. Los sistemas de cinta 3803/3420 instalados pueden convertirse a las densidades más altas en campo. [...]
  2. ↑ FIPS PUB 50/ANSI X3.54-1976: Cinta magnética grabada para intercambio de información (6250 CPI, grabación codificada por grupos) (PDF) (Estándar Nacional Estadounidense). ANSI . 1976. Consultado el 19 de julio de 2024 .
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  4. ↑ "La galería del hierro antiguo" . 2004. Archivado del original el 25/12/2008. [...] Me mudé al laboratorio de Poughkeepsie en 1958 [...] Posteriormente fui diseñador y arquitecto principal de la unidad de control de cinta 2802 y, unos años después, diseñador y arquitecto principal de la 3803 , que fue una modificación muy importante basada en la 2802. Tres de nosotros compartimos un premio corporativo por la 3803 y yo, junto con el planificador Charlie Von Reyn, propusimos el nombre " Grabación codificada en grupo (GCR)" para el método de grabación. [...](Nota: Comentario anónimo de uno de los desarrolladores sobre el origen del nombre "Group Coded Recording".)
  5. ↑ Harris, John P.; Phillips, William B.; Wells, Jack F.; Winger, Wayne D. (septiembre de 1981). "Innovaciones en el diseño de subsistemas de cinta magnética". IBM Journal of Research and Development . 25 (5). International Business Machines Corporation : 691–700 . CiteSeerX 10.1.1.83.2700 . doi : 10.1147/rd.255.0691 . 
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  14. 1 2 "NCC Preview: OEMs en NCC – Micropolis Corp" . Computerworld . XII (22). CW Communications, Inc .: P/50. 1978-05-28 . Recuperado el 2017-06-12 . [...] Micropolis ha ampliado la capacidad de los subsistemas de disquetes de 5,25 pulgadas mediante modelos de doble cara con almacenamiento de archivos formateados de hasta casi 2 millones de bytes [...] La serie Megafloppy también cuenta con un controlador inteligente que facilita la interconexión de cuatro subsistemas a una interfaz de host común para una capacidad total de almacenamiento en línea de más de 15 M bytes [...] Las versiones de doble cara de la línea de productos se implementarán primero en dos series OEM : el modelo 1015 y el modelo 1055 [...] El modelo 1015 es una unidad sin empaquetar diseñada para el fabricante que integra el almacenamiento de disquetes en su propia carcasa de sistema. Hay disponible una gama de capacidades de almacenamiento de 143.000 a 630.000 bytes por unidad [...] Los clientes del modelo 1015 tienen la opción de usar el controlador inteligente Micropolis y el método de grabación de código de grupo (GCR) para ampliar aún más el espacio de archivo hasta 946.000 bytes [...] Ofreciendo GCR y un controlador basado en microprocesador como características estándar, el disquete de 5,25 pulgadas del modelo 1055 tiene cuatro formatos de sector suave para cada una de sus 77 pistas, lo que produce una capacidad máxima de 1.892.000 bytes de espacio de archivo en su versión de doble cara [...] Un módulo adicional disponible para el 1055 se compone de dos cabezales de lectura/escritura y dos unidades, que comparten un controlador común. La capacidad del subsistema (formateada) con el módulo es de 3.784.000 bytes [...] Se pueden conectar en cadena hasta cuatro unidades 1055, cada una con un módulo adicional, a un host común para obtener una capacidad máxima de almacenamiento en línea de más de 15 millones de bytes [...]
  15. ↑ Manual de mantenimiento del subsistema de disquetes de Micropolis (PDF) (revisión 1, 1.ª ed.). Micropolis Corporation . Febrero de 1979. 1082-04. Archivado (PDF) del original el 12 de junio de 2017. Consultado el 12 de junio de 2017 . (Nota: Micropolis 100163-51-8 y 100163-52-6 se basan en GCR).
  16. ↑ "InfoNews/Hardware: Hardware/Briefs" . InfoWorld . 2 (2): 19. 1980-03-03 . Recuperado el 2017-06-12 . [...] Se han añadido cuatro nuevos productos de 96 pistas por pulgada a la línea actual de disquetes de 100 tpi de una y dos caras de Micropolis . Las unidades de 96 tpi ofrecen 70 pistas por cara, en comparación con las 77 que ofrece la línea MegaFloppy . Los cuatro modelos son: 1) El 1015-V: 436 KB, sin formato, grabación FM/MFM [...] 2) El 1016-V: 532 KB sin formato, grabación codificada en grupo (GCR) [...] 3) El 1015-VI: una versión de dos cabezales de la unidad MFM, 872 KB [...] 4) El 1016-VI: también una unidad de dos cabezales, 1,064 MB, codificación GCR [...]   
  17. 1 2 3 Guzis, Charles "Chuck" P. (2015-09-20). "Formato de distribución multiplataforma" . Sydex. Archivado del original el 14-06-2017 . Recuperado el 14-06-2017 . [...] Al mismo tiempo, Micropolis estaba trabajando en una unidad de 5,25" que podía almacenar aproximadamente tanto como una de 8", utilizando algunos trucos. La unidad de Micropolis era de 100 tpi, 77 pistas y, mediante el uso de GCR, podía almacenar 12 sectores de 512 bytes por pista. Eso son 462 KiB. Esto fue alrededor de 1977-78. [...] La [...] implementación de la unidad y el controlador (la nuestra la hizo un tipo que habíamos reclutado de Sperry ISS) era [...] compleja y costosa [...] Los discos Brother WP [...] son ​​de 38 pistas, de una sola cara, GCR codificado por Brother que almacenan [...] 120K en disquetes 2D. [...] 
  18. ↑ Allen, David (febrero de 1978). "Una interfaz de miniflop" (PDF) . BYTE . 3 (2). Kansas City, EE. UU.: 114, 116–118 , 120, 122, 134–125 . Archivado del original (PDF) el 14 de junio de 2017. Recuperado el 14 de junio de 2017. [...] De los códigos alternativos utilizados para lograr la doble densidad, GCR (Grabación Codificada de Grupo) parece bastante atractivo. Micro Peripherals Inc. ha implementado la doble densidad utilizando GCR en un sistema de controlador y disquete de tamaño completo que actualmente se comercializa. [...] GCR no es más que el antiguo NRZ de siempre con sus ventajas inherentes, pero, dado que el NRZ ordinario no tiene información de reloj y un contenido de CC potencialmente alto durante largas cadenas de unos o ceros, los datos se reformatean para eliminar las cadenas largas. El reformateo convierte cada grupo de cuatro bits de datos originales en cinco bits de datos codificados en grupo; los cinco bits de la versión codificada siempre tendrán una mezcla de unos y ceros, incluso si los datos reales están todos en un solo estado. El reformateo en GCR se puede realizar mediante software, a diferencia de MFM, etc., que casi inevitablemente deben codificarse y decodificarse mediante hardware. Por lo tanto, GCR tiene buenas posibilidades como un esquema de bajo costo y alta confiabilidad para lograr el doble de densidad. [...]
  19. ↑ "Los disquetes prometen un rendimiento mejorado" . Computerworld . XIII (7). CW Communications, Inc .: 90. 12 de febrero de 1979. Consultado el 14 de junio de 2017 .
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Lecturas adicionales

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