Почему цифровой?

Хотя многие учебники дают хорошее введение в технологию цифровой памяти, я намерен сделать эту главу уникальной, так как в ней с некоторой степенью детализации представлены как прошлые, так и настоящие технологии. Хотя многие из этих конструкций памяти устарели, их основополагающие принципы все еще довольно интересны и поучительны и могут даже найти повторное применение в технологиях памяти будущего.

Основная цель цифровой памяти - предоставить средства для хранения и доступа к двоичным данным:последовательностям единиц и нулей. Цифровое хранение информации имеет преимущества по сравнению с аналоговыми методами, так же как цифровая передача информации имеет преимущества перед аналоговой связью.

Это не означает, что хранение цифровых данных однозначно превосходит аналоговое, но оно решает некоторые из наиболее распространенных проблем, связанных с аналоговыми технологиями, и, таким образом, находит огромную популярность как в потребительских, так и в промышленных приложениях. Цифровое хранилище данных также хорошо дополняет технологию цифровых вычислений и, таким образом, находит естественное применение в мире компьютеров.

Самым очевидным преимуществом хранения цифровых данных является устойчивость к коррупции. Предположим, что мы собирались сохранить данные, касающиеся величины сигнала напряжения, посредством намагничивания небольшого куска магнитного материала. Поскольку многие магнитные материалы очень хорошо сохраняют свою силу намагничивания с течением времени, это было бы логическим кандидатом на носитель для длительного хранения этих конкретных данных (на самом деле, именно так работает технология аудио- и видеоленты:тонкая пластиковая лента пропитана с частицами материала из оксида железа, которые можно намагничивать или размагничивать с помощью приложения магнитного поля от катушки электромагнита.

Затем данные извлекаются с ленты, перемещая намагниченную ленту мимо другой катушки с проволокой, при этом намагниченные точки на ленте вызывают напряжение в этой катушке, воспроизводя форму волны напряжения, первоначально использовавшуюся для намагничивания ленты).

Если мы представим аналоговый сигнал силой намагничивания на участках ленты, хранение данных на ленте будет подвержено наименьшей степени деградации этой намагниченности. По мере того как лента стареет и намагниченность исчезает, величина аналогового сигнала, представленная на ленте, будет казаться меньше той, которая была при первой записи данных.

Кроме того, если какие-либо паразитные магнитные поля изменяют намагниченность на ленте, даже если это только небольшая величина, это изменение напряженности поля будет интерпретировано при повторном воспроизведении как изменение (или искажение) записанного сигнала. . Поскольку аналоговые сигналы имеют бесконечное разрешение, малейшее изменение повлияет на целостность хранилища данных.

Однако, если бы мы использовали ту же ленту и сохраняли данные в двоично-цифровой форме, сила намагничивания на ленте распадалась бы на два дискретных уровня:«высокий» и «низкий», без каких-либо допустимых промежуточных состояний. Поскольку лента стареет или подвергается воздействию паразитных магнитных полей, в тех же местах на ленте будет наблюдаться небольшое изменение напряженности магнитного поля, но если изменения не были экстремальными , при повторном воспроизведении ленты повреждение данных не произойдет.

За счет уменьшения разрешения сигнала, записываемого на магнитную ленту, мы получили значительную невосприимчивость к видам ухудшения качества и «шуму», характерным для хранимых аналоговых данных. С другой стороны, наше разрешение данных будет ограничено скоростью сканирования и количеством битов, выводимых аналого-цифровым преобразователем, интерпретирующим исходный аналоговый сигнал, поэтому воспроизведение не обязательно будет «лучше», чем с аналоговым, просто более прочный. Однако с использованием передовых технологий современных аналогово-цифровых преобразователей такой компромисс приемлем для большинства приложений.

Кроме того, путем кодирования различных типов данных в конкретные схемы двоичных чисел, цифровое хранилище позволяет нам архивировать широкий спектр информации, которую часто трудно закодировать в аналоговой форме. Текст, например, довольно легко представляется двоичным кодом ASCII, по семь бит для каждого символа, включая знаки препинания, пробелы и символы возврата каретки. Аналогичным образом с использованием стандарта Unicode кодируется более широкий диапазон текста.

Любые числовые данные могут быть представлены с использованием двоичной записи на цифровых носителях, и любая информация, которая может быть закодирована в числовой форме (а это почти любой вид!), Также может быть сохранена. Такие методы, как обнаружение ошибок четности и контрольной суммы, могут использоваться для дополнительной защиты от повреждения данных способами, недоступными для аналогов.