グループコード化録音

コンピュータサイエンスにおいて、グループ符号化記録またはグループコード記録（GCR ）とは、磁気媒体上にデータを表現するための、複数の異なるが関連のある符号化方式を指します。最初のものは、 1973年以来、6250  bpiの磁気テープで使用されている[1] [2]誤り訂正符号は、ランレングス制限（RLL）符号化方式と組み合わせたものであり、変調符号のグループに属します。[3]その他の符号は、1980年代後半までメインフレームの ハードディスクやマイクロコンピュータの フロッピーディスクで使用されていた同様の符号化方式です。GCRはNRZI符号の改良版ですが、必然的に遷移密度が高くなります。[3]

磁気テープ

グループ符号化記録は、9トラックのオープンリール式磁気テープに磁気テープデータを記録する方式として初めて採用されました。[3]この用語は、 1973年に発表されたIBM 3420モデル4/6/8磁気テープ装置[1]と、それに対応する3803モデル2テープ制御装置[4] [1]の開発中に造られました。[1] [5] IBMは誤り訂正符号自体を「グループ符号化記録」と呼んでいました。しかし、GCRは、 6250 bpi（250ビット/mm [3]）テープ全体を使用し、後にエラー訂正コードなしで同様のRLLコードを使用するフォーマットに移行しました。

磁気テープへの確実な読み書きを行うためには、書き込まれる信号に関するいくつかの制約を満たす必要があります。まず、隣接する2つの磁束反転は、媒体自体の磁気特性によって定義される一定の距離だけ離していなければなりません。次に、読み取りクロックを書き込まれた信号と同位相に保つために十分な頻度で反転が起こらなければなりません。つまり、信号は自己クロッキングであり、そして最も重要なのは、磁束遷移の密度に比例する再生出力を十分に高く保つことです。6250 bpiテープ、1600 bpiのテープは位相符号化（PE）と呼ばれる技術を使用してこれらの制約を満たしましたが、その効率はわずか50%でした。6250 bpi GCRテープでは、(0, 2)  RLLコードが使用され、より具体的には⁠4/5⁠  (0, 2)ブロックコード[3]は、 GCR(4B-5B)符号化とも呼ばれます。 [6]このコードでは、4ビットのデータごとに5ビットの書き込みが必要です。 [3]このコードは、データの種類に関係なく、コード内またはコード間で2つ以上のゼロビット（磁束反転がないことで表されます）が連続して出現しないように構成されています。 [3]このRLLコードは、9つのトラックそれぞれに送られるデータに独立して適用されます。

32個の5ビットパターンのうち、8個は2つの連続する0で始まり、6個は2つの連続する0で終わり、さらに1個（10001）は3つの連続する0を含みます。残りからすべて1のパターン（11111）を除くと、16個の適切なコードワードが残ります。

その6250 bpi GCR RLLコード: [7] [8] [9] [6]

4ビットの値GCRコード[7] [8]
六角形ビンビン六角形
0x000001.10010x19
0x100011.10110x1B
0x200101.00100x12
0x300111.00110x13
0x401001.11010x1D
0x501011.01010x15
0x601101.01100x16
0x701111.01110x17
4ビットの値GCRコード[7] [8]
六角形ビンビン六角形
0x810001.10100x1A
0x910010.10010x09
0xA10100.10100x0A
0xB10110.10110x0B
0xC11001.11100x1E
0xD11010.11010x0D
0xE11100.11100x0E
0xF11110.11110x0F

11ニブル（ xx00と0001を除く）は、最上位ビットの補数を先頭に付加することでコードが形成されます。例えば、abcdはa abcdとしてエンコードされます。残りの5つの値には、11から始まるコードが割り当てられます。ab00形式のニブルには11ba aというコードが割り当てられます。これはab11のコードのビット反転です。コード0001には、残りの値11011が割り当てられます。

通常のデータではオール1コードは使用されないため、1ビットが連続して出現できるのは最大8個です。9個以上の1ビットのシーケンス（実際には14個のオール1コード、つまり70個の1ビットが使用されました）は同期パターンとして使用されます。

当時としては極めて高い密度のため、6250 bpi のテープでは、RLL コードだけでは信頼性の高いデータ保存を確保できません。RLL コードに加えて、最適矩形コード(ORC)と呼ばれるエラー訂正コードが適用されます。[10]このコードは、 CRCに似たパリティトラックと多項式コードの組み合わせですが、エラー検出ではなくエラー訂正用に構造化されています。テープに書き込まれる 7 バイトごとに (RLL エンコード前に)、8 番目のチェック バイトが計算され、テープに書き込まれます。読み取り時には、各バイトでパリティが計算され、パリティ トラックの内容と排他的論理和が取られ、多項式チェック コードが計算され、受信したチェック コードと排他的論理和が取られて、2 つの 8 ビット シンドローム ワードが生成されます。これらが両方とも 0 の場合、データにエラーはありません。それ以外の場合は、テープ コントローラのエラー訂正ロジックが、データがホストに転送される前にデータを訂正します。エラー訂正コードは、単一のトラック内の任意の数のエラーを訂正できます。また、エラーのあるトラックを他の手段で識別できる場合は、任意の 2 つのトラック内のエラーを訂正できます。

新しいIBMのハーフインチ18トラックテープドライブでは、24,000  bpi、⁠​4/5⁠  (0, 2) GCRはより効率的な ⁠ に置き換えられました8/9⁠  (0, 3)変調コード、8ビットを9ビットにマッピングする。 [3]

ハードディスク

1970年代半ば、スペリー・ユニバック社のISS部門は、グループコーディングを用いたメインフレーム事業向けの大容量ハードドライブの開発に取り組んでいました。[11]

フロッピーディスク

磁気テープ ドライブと同様に、フロッピー ディスクドライブには磁束反転 (遷移とも呼ばれ、1 ビットで表されます) の間隔に物理的な制限があります。

ミクロポリス

Micropolisは、 GCR互換のディスケットドライブとフロッピーディスクコントローラ（100163-51-8や100163-52-6 [12]など）を提供し、 1977年または1978年以来、5¼インチ100 tpi 77トラックディスケットドライブでグループコード記録[13]によるデータエンコーディングを推奨し、 1トラックあたり12個の512バイトセクターを保存しました。[14] [15] [16 ] [17]

マイクロ周辺機器

Micro Peripherals, Inc. (MPI)は、1978年初頭から、倍密度5¼インチディスクドライブ（片面B51ドライブや両面B52ドライブなど）とGCRを実装したコントローラソリューションを販売していました。[18] [19]

デュランゴ

デュランゴ・システムズ F-85（1978年9月発売[20] [21]）は、片面5¼インチ、100tpiのフロッピーディスクドライブを搭載し、独自の高密度4/5グループ符号化方式を用いて480KBの容量を実現しました。このマシンは、元スペリーISSエンジニアが設計したウエスタンデジタルFD1781フロッピーディスクコントローラ[17]と77トラックのMicropolisドライブを搭載していました[22] 。デュランゴ800 [23]シリーズなどの後期モデルでは、両面オプションが拡張され、フロッピーディスク1枚あたり960KB（フォーマット時は946KB [23] [注1]）の容量を実現しました[21] [24] [22] [14]

りんご

Apple IIフロッピー ドライブ用に、 Steve Wozniak がフロッピー コントローラを発明しましたが、このコントローラは ( Disk IIドライブ自体とともに) 次の 2 つの制約を課しました。

  • 任意の 2 つの 1 ビットの間には、最大 1 つの 0 ビットが存在する場合があります。
  • 各 8 ビット バイトは 1 ビットで始まる必要があります。

これらの制限を遵守するための最も単純な方法は、差動マンチェスター符号化、または（デジタル）FM（周波数変調）方式に従って、各データビットの前に追加の「クロック」遷移を記録することです。4-and-4符号化として知られるこの方式によって、Appleの実装では、単密度5¼インチフロッピーディスクに、1トラックあたり256バイトのセクターを10個しか記録できませんでした。この方式では、1バイトあたり2バイトが使用されます。

1978年春のディスクドライブ出荷の約1か月前、[26]にウォズニアックは、より複雑な符号化方式を用いることで、ディスク上の8ビットバイト1バイトあたり4ビットではなく5ビットの有用なデータを格納できることに気付きました。これは、最上位ビットがセットされ、2ビット連続してゼロが存在しないバイトが34バイトあるためです。この符号化方式は5-3符号化として知られるようになり、1トラックあたり13セクターを許容しました。この符号化方式はApple DOS 3.1、3.2、3.2.1 、そして初期のApple CP/M  (de)で使用されました。[27]

予約済みのGCRコード：0xAAと0xD5。[27]

ウォズニアックはこのシステムを「アップルでの最も素晴らしい経験であり、私が成し遂げた最高の仕事」と呼んだ。[26]

その後、フロッピーディスクドライブのコントローラの設計が変更され、ディスク上の1バイトに連続する0ビットのペアを最大1組まで格納できるようになりました。これにより、8ビットの各バイトに6ビットの有効なデータを保持できるようになり、トラックあたり16セクターが可能になりました。この方式は6-and-2エンコーディングとして知られ、[27] Apple Pascal、Apple DOS 3.3 [27]、ProDOS [29]で使用され、後にApple LisaのApple FileWareドライブ、 MacintoshおよびApple IIの400Kおよび800K 3.5インチディスクでも使用されました。[30] [31] Appleは当初この方式を「GCR」とは呼んでいませんでしたが、後にMFMエンコーディング方式を使用していたIBM PCフロッピーディスクと区別するためにこの用語が使用されるようになりました。 [ 31 ]

予約済みのGCRコード: 0xAAと0xD5。[27] [29]

コモドール

コモドール・ビジネス・マシーンズ（CBM）は、コモドール2040フロッピーディスクドライブ（1979年春発売）向けにグループ符号化記録方式を独自に開発しました。2040ドライブの制約は、連続するゼロビットが2つまでというものでした。ドライブはバイトの最初のビットに特別な制約を設けていませんでした。これにより、6250 bpiテープドライブ。ディスク上の4ビットのデータは、IBMと同じ5ビットコードを使用して5ビットに変換されます。これにより、連続するゼロビットが2つ以上にならないようにしますが、順序は異なります。

4ビットの値GCRコード[32]
六角形ビンビン六角形
0x000000.10100x0A
0x100010.10110x0B
0x200101.00100x12
0x300111.00110x13
0x401000.11100x0E
0x501010.11110x0F
0x601101.01100x16
0x701111.01110x17
4ビットの値GCRコード[32]
六角形ビンビン六角形
0x810000.10010x09
0x910011.10010x19
0xA10101.10100x1A
0xB10111.10110x1B
0xC11000.11010x0D
0xD11011.11010x1D
0xE11101.11100x1E
0xF11111.01010x15

IBM コードと同様に、連続する 1 のビットは最大 8 個まで可能なので、コモドールは同期シーケンスとして連続する 1 のビットのシーケンスを 10 個以上使用しました。

このより効率的なGCR方式は、クロックレートを徐々に増加させること（ゾーン一定角速度、ZCAV）と、内側のトラックよりも外側のトラックに多くの物理セクターを格納すること（ゾーンビット記録、ZBR）による一定ビット密度記録のアプローチと組み合わされ、コモドールは標準的な片面単密度5.25インチフロッピーディスクに170 KiBの容量があり、Appleは140 KiB（6-and-2エンコード）または114 KiB（5-and-3エンコード）とFMエンコードフロッピーディスクのみ88 KB .

シリウス/ビクター

同様に、1981年から1982年にかけてチャック・ペドルが設計したビクター9000（別名シリウス1）の5.25インチフロッピードライブは、GCRとゾーンビット記録の組み合わせを使用して、9つのゾーンの外側のトラックのドライブの回転速度を徐々に下げながら、トラックあたりのセクター数を増やすことで、フォーマットされた容量を606 KiB（片面）/96 tpiメディアに1188 KiB（両面）。[34] [35] [36] [37] GCRコードはコモドールのものと同一である。[38]

兄弟

ブラザーは1985年頃から、 3.5インチ38トラック[注2]のディスケットドライブを内蔵した専用ワードプロセッサタイプライターシリーズを発売した。WPシリーズとLWシリーズの初期モデル （de）は、ブラザー独自のグループコード化記録方式を採用し、12個の256バイトセクターで構成され、片面印刷で最大120KB [注3] 、両面印刷の倍密度（DD）ディスケットで最大240KB [注3]のデータを記録できた。 [17] [39] [40] [41]伝えられるところによると、プロトタイプは既にベルリンで開催された1979年の国際印刷見本市（IFA）で発表されていた。

シャープ

1986年、シャープは、フォーマット済み容量が128GBのポケットコンピュータシリーズ向けに、回転可能な2.5インチポケットディスクドライブソリューション（ドライブ：CE -1600F、CE-140F、内部はFDU-250シャーシベース、メディア：CE-1650F）を導入しました。片面62,464バイト（2×64kB公称値、16トラック、8セクター/トラック、セクターあたり512バイト、48tpi、250kbit/s、270rpm）、GCR（4/5）記録。[42] [43]

その他の用途

GCRはバーコード符号化方式（パッキング効率、タイミング許容値、タイミング情報の記憶バイト数、DC出力レベル）での使用可能性についても評価された。 [44]

参照

注記

  1. ^ Durango 800シリーズの製品パンフレットには、フロッピーディスクドライブのフォーマット済み「オンライン容量」が1.892MBと記載されています。しかし、このシステムにはデフォルトで5.25インチMicropolis 100 tpi 77トラックフロッピードライブが2台搭載されており、1.892MBは他の様々な資料に記載されている物理ドライブ容量（片面480KB）の約2倍です。したがって、「オンライン容量」とは、2台のドライブを組み合わせた場合にユーザーが利用できるストレージ容量を指していたと考えられます。
  2. ^ 情報源によると、ブラザーのディスケット形式に関するパラメータは若干矛盾している。12 セクター = 256 バイトで、40 トラックのドライブでは片面あたり 120 KB となるが、ある情報源では、ドライブは 38 トラックのみであると主張している。
  3. ^ ab 以下のブラザーモデルは120KBのディスケットフォーマットをサポートすることが知られています（不完全なリスト）：WP-1（1985/1987）、WP-5（1987/1989）、WP-6（1989）、WP-55（1987/1989）、WP-500（1987/1989）。以下のモデルは240KBフォーマットをサポートすることが知られています（不完全なリスト）：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。

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さらに読む

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  • ANSI INCITS 54-1986 (R2002) 情報交換用記録磁気テープ (6250 bpi、GCR)
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  • US 4210959、Wozniak, Stephen G.、「磁気ディスク、レコーダー等のコントローラ」、1980年7月1日公開、Apple Computer, Inc. に譲渡（注：出願番号：US 5/904420）
  • US 4564941、Woolley, Richard N.、Glover, Neal & Williams, Richard、「エラー検出システム」、1986年1月14日公開、Apple Computer, Inc. に譲渡（注：出願番号：US 06/559210。参照：CA1208794A、CA1208794A1、DE3443272A1、DE3443272C2）
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