आंशिक-प्रतिक्रिया अधिकतम-संभावना: Difference between revisions

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[[कंप्यूटर डेटा भंडारण]] में, आंशिक-प्रतिक्रिया अधिकतम-संभावना (पीआरएमएल) एक विधि है जो चुंबकीय [[हार्ड डिस्क ड्राइव]] या टेप ड्राइव के हेड द्वारा उठाए गए कमजोर एनालॉग रीड-बैक सिग्नल से [[डिजिटल सिग्नल (इलेक्ट्रॉनिक्स)]] को पुनर्प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है। पीआरएमएल को पहले की सरल योजनाओं जैसे पीक-डिटेक्शन की समानता में डेटा को अधिक मज़बूती से या अधिक एरिया-डेंसिटी पर पुनर्प्राप्त करने के लिए प्रस्तुतकिया गया था।<ref>G. Fisher, W. Abbott, J. Sonntag, R. Nesin, "[https://ieeexplore.ieee.org/document/542278 PRML detection boosts hard-disk drive capacity]", IEEE Spectrum, Vol. 33, No. 11, pp. 70-76, Nov. 1996</ref> ये प्रगति महत्वपूर्ण इसलिए होता हैं क्योंकि दुनिया में अधिकांश डिजिटल डेटा हार्ड डिस्क ड्राइव या टेप ड्राइव पर [[चुंबकीय भंडारण]] का उपयोग करके संग्रहीत किया जाता है।
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एम्पेक्स ने 1984 में टेप ड्राइव में पीआरएमएल को प्रस्तुतकिया था। आईबीएम ने 1990 में डिस्क ड्राइव में पीआरएमएल को प्रस्तुतकिया और पीआरएमएल का संक्षिप्त नाम भी दिया। प्रारंभिक पेशकश के बाद से कई उन्नतियां हुई हैं। हाल के पढ़ने/लिखने वाले चैनल बहुत अधिक डेटा-दरों पर संचालित होते हैं, पूरी तरह से अनुकूली होते हैं, और विशेष रूप से, गैर-रैखिक सिग्नल विरूपण और गैर-स्थिर, रंगीन, डेटा-निर्भर शोर (शोर-भविष्यवाणी अधिकतम-संभावना पहचान) को संभालने की क्षमता सम्मलित करते हैं। .
एम्पेक्स ने 1984 में टेप ड्राइव में पीआरएमएल को प्रस्तुतकिया था। आईबीएम ने 1990 में डिस्क ड्राइव में पीआरएमएल को प्रस्तुतकिया और पीआरएमएल का संक्षिप्त नाम भी दिया। प्रारंभिक पेशकश के बाद से कई उन्नतियां हुई हैं। हाल के पढ़ने/लिखने वाले चैनल बहुत अधिक डेटा-दरों पर संचालित होते हैं, पूरी तरह से अनुकूली होते हैं, और विशेष रूप से, गैर-रैखिक सिग्नल विरूपण और गैर-स्थिर, रंगीन, डेटा-निर्भर शोर (शोर-भविष्यवाणी अधिकतम-संभावना पहचान) को संभालने की क्षमता सम्मलित करते हैं। .

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कंप्यूटर डेटा भंडारण में, आंशिक-प्रतिक्रिया अधिकतम-संभावना (पीआरएमएल) एक विधि है जो चुंबकीय हार्ड डिस्क ड्राइव या टेप ड्राइव के हेड द्वारा उठाए गए कमजोर एनालॉग रीड-बैक सिग्नल से डिजिटल सिग्नल (इलेक्ट्रॉनिक्स) को पुनर्प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है। पीआरएमएल को पहले की सरल योजनाओं जैसे पीक-डिटेक्शन की समानता में डेटा को अधिक मज़बूती से या अधिक एरिया-डेंसिटी पर पुनर्प्राप्त करने के लिए प्रस्तुतकिया गया था।[1] ये प्रगति महत्वपूर्ण इसलिए होता हैं क्योंकि दुनिया में अधिकांश डिजिटल डेटा हार्ड डिस्क ड्राइव या टेप ड्राइव पर चुंबकीय भंडारण का उपयोग करके संग्रहीत किया जाता है।

एम्पेक्स ने 1984 में टेप ड्राइव में पीआरएमएल को प्रस्तुतकिया था। आईबीएम ने 1990 में डिस्क ड्राइव में पीआरएमएल को प्रस्तुतकिया और पीआरएमएल का संक्षिप्त नाम भी दिया। प्रारंभिक पेशकश के बाद से कई उन्नतियां हुई हैं। हाल के पढ़ने/लिखने वाले चैनल बहुत अधिक डेटा-दरों पर संचालित होते हैं, पूरी तरह से अनुकूली होते हैं, और विशेष रूप से, गैर-रैखिक सिग्नल विरूपण और गैर-स्थिर, रंगीन, डेटा-निर्भर शोर (शोर-भविष्यवाणी अधिकतम-संभावना पहचान) को संभालने की क्षमता सम्मलित करते हैं। .

आंशिक प्रतिक्रिया इस तथ्य से संबंधित होती है कि एक व्यक्तिगत बिट के प्रतिक्रिया का हिस्सा एक नमूना तत्काल पर हो सकता है जबकि अन्य भाग को अन्य नमूना उदाहरणों में आते हैं। मैक्सिमम-लिकलीहुड डिटेक्टर बैक-पढ़ने वाले लेखन-वाले आवेश के लिए जिम्मेदार होने वाले संभवता सबसे ज्यादा बिट-पैटर्न का पता लगाने के लिए होता है।

सैद्धांतिक विकास

निरंतर-समय आंशिक-प्रतिक्रिया (कक्षा 4) और संबंधित 'आंख पैटर्न'

आंशिक-प्रतिक्रिया का पहली बार 1963 में एडम लेंडर द्वारा प्रस्तावित किया गया थी।[2] इस विधि को 1966 में क्रेट्जमर ने सामान्य बनाया। क्रेट्जमर ने भिन्न-भिन्न संभवित प्रतिक्रियाओं का वर्गीकरण भी किया,[3] उदाहरण के लिए, PR1 डुओबाइनरी है और PR4 प्रसिद्ध पीआरएमएल में उपयोग की जाने वाली प्रतिक्रिया है। 1970 में, कोबायाशी और टैंग ने चुंबकीय रिकॉर्डिंग चैनल के लिए PR4 की महत्व को स्वीकार किया।[4]

विटरबी एल्गोरिथ्म का उपयोग करके अधिकतम-संभावना डिकोडिंग को 1967 में एंड्रयू विटर्बी द्वारा दृढ़ कोड को डिकोड करने के साधन के रूप में प्रस्तावित किया गया था।[5]

1971 तक, आईबीएम में हिसाशी कोबायाशी ने स्पष्ट किया था कि विटरबी एल्गोरिदम को अंतर-प्रतीक हस्तक्षेप वाले एनालॉग चैनलों और विशेष रूप से चुंबकीय रिकॉर्डिंग के संदर्भ में PR4 के उपयोग के लिए लागू किया जा सकता है।[6] (बाद में पीआरएमएल कहा जाता है)। (डेव फ़ॉर्नी द्वारा समीक्षा पत्र में विटरबी एल्गोरिदम के अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला उपयोग का विस्तार से वर्णन किया गया है।[7]) प्रारंभिक कार्यान्वयन में अंतर मीट्रिक पर आधारित एक सरल एल्गोरिद्म का उपयोग किया गया था। यह बेल लैब्स में फर्ग्यूसन के द्वारा किया गया था।[8]


उत्पादों में कार्यान्वयन

फ़ाइल: पीआरएमएल कालक्रम 1994 (1 नवंबर, 2019 को स्कैन किया गया)। पीडीएफ|अंगूठा|प्रारंभिक पीआरएमएल कालक्रम (1994 के आसपास बनाया गया)

पहले दो कार्यान्वयन टेप (ऐम्पेक्स - 1984) और फिर हार्ड डिस्क ड्राइव (आईबीएम - 1990) में किए गए थे। दोनों डिजिटल इंस्ट्रूमेंटेशन रिकॉर्डर के लिए बहुत उच्च डेटा-दर पर केंद्रित ऐम्पेक्स कार्यान्वयन के साथ महत्वपूर्ण मील के पत्थर हैं और आईबीएम बड़े पैमाने पर बाजार एचडीडी के लिए उच्च स्तर के एकीकरण और कम बिजली की खपत पर केंद्रित है। दोनों ही स्थितियों में, PR4 प्रतिक्रिया के लिए प्रारंभिक समीकरण एनालॉग सर्किटरी के साथ किया गया था लेकिन विटरबी एल्गोरिथ्म को डिजिटल लॉजिक के साथ प्रदर्शित किया गया था। टेप एप्लिकेशन में, पीआरएमएल ने 'फ्लैट इक्वलाइज़ेशन' को प्रतिस्थापित किया। HDD एप्लिकेशन में, पीआरएमएल ने 'पीक डिटेक्शन' के साथ रन-लम्बाई सीमित कोड को स्थानांतरित कर दिया।

टेप रिकॉर्डिंग

पीआरएमएल का पहला कार्यान्वयन 1984 में एम्पेक्स डिजिटल कैसेट रिकॉर्डिंग सिस्टम (डीसीआरएस) में किया गया था। डीसीआरएस के मुख्य अभियंता चार्ल्स कोलमैन (इंजीनियर) थे। मशीन 6-हेड, अनुप्रस्थ-स्कैन, डिजिटल वीडियो टेप रिकॉर्डर से विकसित हुई थी। DCRS कैसेट-आधारित, डिजिटल, इंस्ट्रूमेंटेशन रिकॉर्डर था जो बहुत उच्च डेटा-दर पर विस्तारित प्ले टाइम में सक्षम था।[9] यह एम्पेक्स का सबसे सफल डिजिटल उत्पाद बन गया।[10]

हेड और रीड/राइट चैनल 117 Mbit/s के (तब) उल्लेखनीय रूप से उच्च डेटा-दर पर चलता था।[11] पीआरएमएल इलेक्ट्रॉनिक्स को चार 4-बिट, प्लेसी एनॉलॉग से डिजिटल परिवर्तित करने वाला उपकरण (A/D) और 100k ECL लॉजिक के साथ लागू किया गया था।[12] पीआरएमएल चैनल ने नल-ज़ोन डिटेक्शन के आधार पर प्रतिस्पर्धी कार्यान्वयन को बेहतर प्रदर्शन किया।[13] एक प्रोटोटाइप पीआरएमएल चैनल पहले 20 Mbit/s पर एक प्रोटोटाइप 8-इंच HDD पर लागू किया गया था,[14] लेकिन एम्पेक्स 1985 में HDD व्यवसाय से बाहर हो गया। इन कार्यान्वयनों और उनके संचालन के तरीके का सबसे अच्छा वर्णन वुड और पीटरसन के एक पेपर में किया गया है।[15] पीटरसन को पीआरएमएल चैनल पर एक पेटेंट दिया गया था लेकिन एम्पेक्स द्वारा इसका कभी लाभ नहीं उठाया गया।[16]


हार्ड डिस्क ड्राइव

1990 में, आईबीएम ने आईबीएम चुंबकीय डिस्क ड्राइव के इतिहास में एक HDD में पहला पीआरएमएल चैनल भेजा आईबीएम 0681 यह 130 मिमी डिस्क के 12 तक पूर्ण-ऊंचाई 5¼-इंच फॉर्म-फैक्टर था और इसकी अधिकतम क्षमता 857 MB थी।

आईबीएम 0681 के लिए पीआरएमएल चैनल को आईबीएम रोचेस्टर लैब में विकसित किया गया था। इसका समर्थन [17] आईबीएम ज्यूरिख रिसर्च लैब के समर्थन मिला था। स्विट्ज़रलैंड में।[18] आईबीएम सैन जोस में एक समानांतर आर एंड डी प्रयास सीधे उत्पाद तक नहीं पहुंचा।[19] उस समय एक प्रतिस्पर्धी तकनीक 17ML थी[20] जो एक फाइनाइट-डेप्थ ट्री-सर्च (FDTS) का एक उदाहरण था।[21][22]

आईबीएम 0681 रीड/राइट चैनल 24 Mbit/s की डेटा-दर पर चलता था, लेकिन यह पूरी तरह से एकल 68-पिन वाले प्लास्टिक लीड चिप वाहक एकीकृत परिपथ था जो केवल 5 वोल्ट की आपूर्ति से संचालित होता था। साथ ही, निश्चित एनालॉग तुल्यकारक, चैनल ने एक साधारण अनुकूली डिजिटल कोसाइन तुल्यकारक का दावा किया[23] ए/डी के बाद त्रिज्या में परिवर्तन और/या चुंबकीय घटकों में परिवर्तन के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए था।

प्रीकंपेंसेशन लिखें

1979 में उच्च घनत्व और/या उच्च डेटा-दर पर गैर वापसी करने वाली शून्य रिकॉर्डिंग पर नॉनलाइनियर ट्रांजिशन-शिफ्ट (एनएलटीएस) विरूपण की उपस्थिति को मान्यता दी गई थी।[24] एनएलटीएस के परिमाण और स्रोतों की पहचान 'एक्सट्रैक्टेड डिपल्स' तकनीक का उपयोग करके की जा सकती है।[25][26]

एम्पेक्स, पीआर4 पर एनएलटीएस के प्रभाव को पहचानने वाला पहला था।[27] और सबसे पहले पीआरएमएल NRZ रिकॉर्डिंग के पूर्व मुआवजा लिखें को लागू किया था।'प्री-कंपेंसेशन' बड़े हिसाब से NLTS के प्रभाव को समाप्त करता है।[14]प्री-कंपेंसेशन को पीआरएमएल सिस्टम के लिए एक आवश्यकता के रूप में देखा जाता है और यह BIOS HDD सेटअप में प्रदर्शित होने के लिए पर्याप्त महत्वपूर्ण है[28] यद्यपि अब यह HDD द्वारा स्वचालित रूप से नियंत्रित किया जाता है।

आगे के घटनाक्रम

सामान्यीकृत पीआरएमएल

PR4 को बिट-रिस्पॉन्स सैंपल वैल्यू में इक्वलाइज़ेशन टारगेट (+1, 0, -1) या पॉलीनोमियल रूपांतरण में (1-D)(1+D) द्वारा दर्शाया गया है (यहाँ, D एक सैंपल डिले का संदर्भ देने वाला डिले ऑपरेटर है ). लक्ष्य (+1, +1, -1, -1) या (1-D)(1+D)^2 को विस्तारित पीआरएमएल (या Eपीआरएमएल) कहा जाता है। पूरे परिवार, (1-D)(1+D)^n, की जांच थापर और पटेल द्वारा की गई थी।[29] n मान वाले लक्ष्य खराब उच्च-आवृत्ति प्रतिक्रिया वाले चैनलों के लिए अधिक अनुकूल होते हैं। लक्ष्यों की इस श्रृंखला में पूर्णांक नमूना मान हैं और एक ओपन आई पैटर्न बनाते हैं। आई-पैटर्न (जैसे PR4 एक त्रिगुट आंख बनाता है)। सामान्य तौर पर, हालांकि, लक्ष्य में आसानी से गैर-पूर्णांक मान हो सकते हैं। प्रतिच्छेदन हस्तक्षेप (ISI) वाले चैनल पर अधिकतम-संभावना का पता लगाने के लिए शास्त्रीय दृष्टिकोण एक न्यूनतम-चरण, श्वेत, मिलान-फ़िल्टर लक्ष्य के बराबर है।[30] बाद के विटरबी डिटेक्टर की जटिलता लक्ष्य लंबाई के साथ तेजी से बढ़ती है - लक्ष्य लंबाई में प्रत्येक 1-नमूना वृद्धि के लिए राज्यों की संख्या दोगुनी हो जाती है।

पोस्ट-प्रोसेसर आर्किटेक्चर

लंबे लक्ष्यों के साथ जटिलता में तेजी से वृद्धि को देखते हुए, पहले ईपीआरएमएल के लिए एक पोस्ट-प्रोसेसर आर्किटेक्चर प्रस्तावित किया गया था।[31] इस दृष्टिकोण के साथ एक अपेक्षाकृत सरल डिटेक्टर (जैसे पीआरएमएल) के बाद एक पोस्ट-प्रोसेसर होता है जो अवशिष्ट तरंग त्रुटि की जांच करता है और संभावित बिट पैटर्न त्रुटियों की घटना की तलाश करता है। यह दृष्टिकोण मूल्यवान पाया गया था जब इसे एक साधारण समता जाँच को नियोजित करने वाली प्रणालियों तक बढ़ाया गया था[32][33][34]

गैर-रैखिकता और सिग्नल-निर्भर शोर के साथ पीआरएमएल

जैसे-जैसे डेटा डिटेक्टर अधिकविकसित हुए, पाया गया कि, किसी भी अवशिष्ट संकेत गैर-रैखिकताओं के साथ-साथ पैटर्न-निर्भर शोर (बिट्स के बीच चुंबकीय संक्रमण होने पर शोर सबसे बड़ा होता है) से निपटने के लिए महत्वपूर्ण पाया गया, जिसमें डेटा-पैटर्न के साथ शोर-स्पेक्ट्रम में परिवर्तन सम्मलित हैं। इसके लिए, विटर्बी डिटेक्टर को इस तरह से संशोधित किया गया था कि यह प्रत्येक बिट-पैटर्न से जुड़े अपेक्षित सिग्नल-स्तर और अपेक्षित शोर भिन्नता को पहचानता है। अंतिम चरण के रूप में, डिटेक्टरों को एक 'शोर पूर्वसूचक फिल्टर' सम्मलित करने के लिए संशोधित किया गया था, जिससे प्रत्येक पैटर्न को एक अलग शोर-स्पेक्ट्रम की अनुमति मिलती है। ऐसे डिटेक्टरों को पैटर्न-डिपेंडेंट नॉइज़-प्रीडिक्शन (PDNP) डिटेक्टर कहा जाता है[35] या शोर-भविष्यवाणी अधिकतम-संभावना पहचान शोर-भविष्यवाणी अधिकतम-संभावना डिटेक्टर (एनपीएमएल) कहा जाता है।[36] ऐसी तकनीकों को हाल ही में डिजिटल टेप रिकॉर्डर पर लागू किया गया है।[37]


आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स

हालांकि पीआरएमएल परिवर्णी शब्द अभी भी कभी-कभी उपयोग किया जाता है,लेकिन उन्नत डिटेक्टर अधिक जटिल हैं और उच्च डेटा दरों पर काम करते हैं। एनालॉग फ्रंट-एंड में सामान्यतः ऑटोमैटिक_गेन_कंट्रोल, नॉनलाइनियर रीड-एलिमेंट रिस्पॉन्स के लिए सुधार, और उच्च-आवृत्ति बूस्ट या कट पर नियंत्रण के साथ एक लो-पास फिल्टर सम्मलित होता है। डिजिटल फिल्टर के लिए के साथ एडीसी के बाद समानता की जाती है। (द्वि-आयामी चुंबकीय रिकॉर्डिंग 2-इनपुट, 1-आउटपुट तुल्यकारक का उपयोग किया जाता है।) डिटेक्टर पीडीएनपी/एनपीएमएल दृष्टिकोण का उपयोग करता है लेकिन हार्ड-डिसीजन विटरबी एल्गोरिदम को सॉफ्ट-आउटपुट प्रदान करने वाले डिटेक्टर से बदल दिया जाता है (प्रत्येक की विश्वसनीयता के बारे में अतिरिक्त जानकारी) अंश)। सॉफ्ट विटरबी एल्गोरिथम या बीसीजेआर एल्गोरिदम का उपयोग करने वाले ऐसे डिटेक्टर आधुनिक एचडीडी में उपयोग किए जाने वाले कम-घनत्व समता-जांच कोड को पुनरावृत्त रूप से डिकोड करने के लिए आवश्यक हैं। एक एकीकृत सर्किट में संपूर्ण पढ़ने और लिखने वाले चैनल (पुनरावृत्त डिकोडर सहित) के साथ-साथ सभी डिस्क नियंत्रण और इंटरफ़ेस फ़ंक्शंस सम्मलित हैं। वर्तमान में दो आपूर्तिकर्ता हैं: ब्रॉडकॉम और मार्वल टेक्नोलॉजी ग्रुप ।[38]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ G. Fisher, W. Abbott, J. Sonntag, R. Nesin, "PRML detection boosts hard-disk drive capacity", IEEE Spectrum, Vol. 33, No. 11, pp. 70-76, Nov. 1996
  2. ↑ A. Lender, "The duobinary technique for high-speed data transmission", Trans. AIEE, Part I: Communication and Electronics, Vol. 82 , No. 2 , pp. 214-218, May 1963
  3. ↑ E. Kretzmer, "Generalization of a Technique for Binary Data Communication", IEEE Trans. Comm., Vol. 14, No. 1, pp. 67-68 Feb. 1966
  4. ↑ H. Kobayashi and D. Tang, "Application of Partial-response Channel Coding to Magnetic Recording Systems", IBM J. Res. Dev., Vol, 14, No. 4, pp. 368-375, July 1970
  5. ↑ A. Viterbi, "Error bounds for convolutional codes and an asymptotically optimum decoding algorithm", IEEE Trans. Info. Theory, Vol. 13, No. 2, pp. 260-269, Apr. 1967
  6. ↑ H. Kobayashi, "Correlative level coding and maximum-likelihood decoding", IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-17, PP. 586-594, Sept. 1971
  7. ↑ D. Forney, “The Viterbi Algorithm”, Proc. IEEE, Vol. 61, No. 3, pp. 268-278, Mar. 1973
  8. ↑ M. Ferguson, ”Optimal reception for binary partial response channels” Bell Syst. Tech. J., vol. 51, pp. 493-505, Feb. 1972
  9. ↑ T. Wood, "Ampex Digital Cassette Recording System (DCRS)", THIC meeting, Ellicott City, MD, 16 Oct., 1996 (PDF)
  10. ↑ R. Wood, K. Hallamasek, "Overview of the prototype of the first commercial PRML channel", Computer History Museum, #102788145, Mar. 26, 2009
  11. ↑ C. Coleman, D. Lindholm, D. Petersen, and R. Wood, "High Data Rate Magnetic Recording in a Single Channel", J. IERE, Vol., 55, No. 6, pp. 229-236, June 1985. (invited) (Charles Babbage Award for Best Paper)
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  15. ↑ R. Wood and D. Petersen, "Viterbi Detection of Class IV Partial Response on a Magnetic Recording Channel", IEEE Trans. Comm., Vol., COM-34, No. 5, pp. 454-461, May 1986 (invited)
  16. ↑ D. Petersen, "Digital maximum likelihood detector for class IV partial response", US Patent 4504872, filed Feb. 8, 1983
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  20. ↑ A. Patel, "Performance Data for a Six-Sample Look-Ahead 17ML Detection Channel", IEEE Trans. Magn., Vol. 29, No. 6, pp. 4012-4014, Dec. 1993
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  22. ↑ R. Wood, "New Detector for 1,k Codes Equalized to Class II Partial Response", IEEE Trans. Magn., Vol. MAG-25, No. 5, pp. 4075-4077, Sept. 1989
  23. ↑ T. Kameyama, S. Takanami, R. Arai, "Improvement of recording density by means of cosine equalizer", IEEE Trans. Magn., Vol. 12, No. 6, pp. 746-748, Nov. 1976
  24. ↑ R. Wood, R. Donaldson, "The Helical-Scan Magnetic Tape Recorder as a Digital Communication Channel", IEEE Trans. Mag. vol. MAG-15, no. 2, pp. 935-943, March 1979
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  38. ↑ "Marvell 88i9422 Soleil SATA HDD Controller" (PDF). September 2015. Archived from the original (PDF) on 2016-12-13. Retrieved 2019-10-09.


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