Ejecución de longitud limitada

En una unidad de disco duro, la información se representa mediante cambios en la dirección del campo magnético en el disco, y en los soportes magnéticos; la salida de la reproducción es proporcional a la densidad de la transición de flujo. En una computadora, la información está representada por el voltaje en un cable. Ningún voltaje en el cable con relación a un nivel de tierra definido sería un cero binario, y un voltaje positivo en el cable con relación a tierra representa un uno binario. Los medios magnéticos, por otro lado, siempre llevan un flujo magnético – ya sea un polo «norte» o un polo «sur». Para convertir los campos magnéticos en datos binarios, se debe usar algún método de codificación para traducir entre estos dos.

Uno de los códigos prácticos más simples, sin retorno a cero invertido modificado (NRZI), simplemente codifica un 1 como una transición de polaridad magnética, también conocida como «inversión de flujo», y un cero sin transición. Con el disco girando a una velocidad constante, a cada bit se le asigna un período de tiempo igual, una «ventana de datos», para la señal magnética que representa ese bit, y la inversión del flujo, si la hay, ocurre al comienzo de esta ventana. (Nota: los discos duros más antiguos usaban un período de tiempo fijo como ventana de datos en todo el disco, pero los discos modernos son más complicados; para obtener más información, consulte grabación de bits por zonas).

Este método no es tan simple, ya que la salida de reproducción es proporcional a la densidad de unos, una serie larga de ceros significa que no se reproduce una salida.

En un ejemplo simple, considere el patrón binario 101 con una ventana de datos de 1 ns (un nanosegundo o una milmillonésima de segundo). Esto se almacenará en el disco como un cambio, seguido de ningún cambio y luego otro cambio. Si la polaridad magnética anterior ya era positiva, el patrón resultante podría verse así: −−+. Un valor de 255, o todos unos binarios, se escribiría como −+−+−+−+ o +−+−+−+−. Un byte cero se escribiría como ++++++++ o −−−−−−−−. Un sector de ceros de 512 bytes se escribiría como 4096 bits secuenciales con la misma polaridad.

Dado que una unidad de disco es una pieza física de hardware, la velocidad de rotación de la unidad puede cambiar ligeramente debido a un cambio en la velocidad del motor o a la expansión térmica del plato del disco. Los soporte físico de un disquete también pueden deformarse, lo que provoca mayores errores de temporización, y el circuito de temporización del propio controlador puede sufrir pequeñas variaciones de velocidad. El problema es que, con una larga cadena de ceros, no hay forma de que el controlador de la unidad de disco sepa la posición exacta del cabezal de lectura y, por lo tanto, no hay forma de saber exactamente cuántos ceros hay. Una variación de velocidad de incluso 0,1%, que es más precisa que cualquier unidad de disquete práctica, podría resultar en la adición o eliminación de 4 bits del flujo de datos de 4096 bits. Sin alguna forma de sincronización y corrección de errores, los datos se volverían completamente inutilizables.

El otro problema se debe a los límites de los soportes magnéticos en sí: solo es posible escribir tantos cambios de polaridad en una cierta cantidad de espacio, por lo que hay un límite máximo de cuántos unos se pueden escribir secuencialmente, esto depende de la velocidad lineal y del espacio del cabezal.

Para evitar este problema, los datos se codifican de tal manera que no se produzcan largas repeticiones de un único valor binario. Al limitar el número de ceros escritos consecutivamente, esto hace posible que el controlador de la unidad permanezca sincronizado. Al limitar el número de unos escritos en una fila, se reduce la frecuencia general de los cambios de polaridad, lo que permite que la unidad almacene más datos en la misma cantidad de espacio, lo que da como resultado un paquete más pequeño para la misma cantidad de datos o más almacenamiento en un paquete del mismo tamaño.

Seagate ST11R, una controladora de disco duro ISA RLL de 8 bits producida en 1990.

Todos los códigos utilizados para grabar en discos magnéticos tienen una duración limitada de las ejecuciones sin transición y, por lo tanto, pueden caracterizarse como códigos RLL. Las variantes más antiguas y simples recibieron nombres específicos, como modulación de frecuencia modificada (MFM), y el nombre «RLL» se usa comúnmente solo para las variantes más complejas que no reciben nombres tan específicos, pero el término técnicamente se aplica a todos ellos.

El primer código «RLL» utilizado en discos duros fue el RLL (2,7), desarrollado por ingenieros de IBM y utilizado comercialmente por primera vez en 1979 en el DASD IBM 3370,[1][2][3] para usar con la computadora central de la serie 4300. A fines de la década de 1980, los discos duros de PC comenzaron a usar el RLL propiamente dicho (es decir, variantes más complejas que las que habían recibido sus propios nombres, como MFM). Los códigos RLL han encontrado una aplicación casi universal en la grabación de discos ópticos desde 1980. En la electrónica de consumo, los RLL como el código EFM (índice = 8/17, d = 2, k = 10) se emplean en el disco compacto (CD) y Minidisc (MD), y el código EFMPlus (índice = 8/16, d = 2, k = 10) es utilizado en el DVD. Los parámetros d y k son las longitudes de ejecución mínimas y máximas permitidas. Para obtener más cobertura sobre las tecnologías de almacenamiento, las referencias citadas en este artículo son útiles.[4][5]

Generalmente, la «longitud de ejecución» es el número de bits durante los cuales la señal permanece sin cambios. Una longitud de ejecución de 3 para el bit 1 representa una secuencia 111. Por ejemplo, el patrón de polarizaciones magnéticas en el disco podría ser +−−−−++−−−++++++, con ejecuciones de longitud 1, 4, 2, 3 y 6. Sin embargo, la terminología de codificación de ejecución de longitud limitada asume la codificación NRZI, por lo que los bit 1 indican cambios y los bits 0 indican ausencia de cambio, la secuencia anterior se expresaría como 11000101001000001, y solo ejecuciones de bits cero se cuentan.

De manera un tanto confusa, la ejecución de longitud es el número de ceros (0, 3, 1, 2 y 5 en el anterior) entre los adyacentes, que es uno menos que el número de veces que la señal permanece sin cambios. Las secuencias de ejecución limitada se caracterizan por dos parámetros, «d» y «k», que estipulan la longitud mínima y máxima de ejecución de bits cero que puede ocurrir en la secuencia. Por lo tanto, los códigos RLL generalmente se especifican como RLL (d,k), por ejemplo: RLL (1,3).

En el formato codificado, un bit "1" indica una transición de flujo, mientras que un "0" indica que el campo magnético del disco no cambia durante ese intervalo de tiempo.

 Datos:       0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0
 Codificado: 1010111011111011101010111110
 Reloj:      1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Datos:       0010 1101 0001 1000
Codificado: 10010011011101111010

 Datos:       0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0
 Codificado: x010010001010001001010010100
 Reloj:      x 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0

Datos:      0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0
Codificado: 101 001 010 100 100 000 001

 Datos:      1 1  0 1 1  0 0 1 1
 Codificado: 1000 001000 00001000

 Datos:      0 1 0 0 1 1 0 1 0 1
 Codificado: 010 101 000 000 010

Por ejemplo, codifiquemos la secuencia de bits 10110010 con diferentes codificaciones:

Suponga que una cinta magnética puede contener hasta 3200 inversiones de flujo por pulgada. Una modulación de frecuencia modificada, o codificación RLL (1,3), almacena cada bit de datos como dos bits en la cinta, pero dado que se garantiza que habrá un bit cero (sin inversión de flujo) entre bits unos cualquiera (inversión de flujo), entonces es posible almacenar 6400 bits codificados por pulgada en la cinta, o 3200 bits de datos por pulgada. Una codificación RLL (1,7) también puede almacenar 6400 bits codificados por pulgada en la cinta, pero dado que solo se necesitan 3 bits codificados para almacenar 2 bits de datos, esto es 4267 bits de datos por pulgada. Una codificación RLL (2,7) requiere 2 bits codificados para almacenar cada bit de datos, pero dado que se garantiza que habrá dos bits 0 entre cualquier bit 1, entonces es posible almacenar 9600 bits codificados por pulgada en la cinta, o 4800 bits de datos por pulgada.

Las densidades de inversión de flujo en los discos duros son significativamente mayores, pero se observan las mismas mejoras en la densidad de almacenamiento al usar diferentes sistemas de codificación.

• Codificación 8b/10b
• Bit slip
• Eight-to-fourteen Modulation y EFMplus son códigos RLL (2,10) sin DC que se utilizan en los CD y DVD, respectivamente.
• Código de corrección de errores
• Códigos en línea
• Modulación (telecomunicación)
• Capa física
• PRML
• Run-length encoding
• Self-synchronizing code y bit de sincronización.
• Compresión de datos

• Digital Magnetic Tape Recording (en inglés)

• Esta obra contiene una traducción derivada de «Run-length limited» de Wikipedia en inglés, publicada por sus editores bajo la Licencia de documentación libre de GNU y la Licencia Creative Commons Atribución-CompartirIgual 4.0 Internacional.