Электроника:Цифровая электроника/Цифровое хранилище (память)/Почему «цифровое»?

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Почему «цифровое»?[1]

Хотя большинство учебников содержат хорошее введение в технологию цифровой памяти, я намерен сделать эту главу уникальной, представляя как прошлые, так и современные технологии с некоторой степенью детализации. Хотя многие из них устарели, их основополагающие принципы по-прежнему весьма 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 перед аналоговыми методами, аналогично тому, как цифровая передача информации имеет преимущества перед аналоговой связью.

Сие не означает, что цифровое хранилище данных однозначно превосходит аналоговое, но оно действительно решает некоторые из наиболее распространённых проблем, связанных с аналоговыми технологиями, и поэтому находит огромную популярность как в потребительском, так и в промышленном применении. Цифровое хранение данных также хорошо дополняет технологию цифровых вычислений и, таким образом, находит естественное применение в мире компьютеров.

Наиболее очевидным преимуществом хранения цифровых данных является устойчивость к искажению. Предположим, что собираемся сохранить часть данных о величине сигнала напряжения посредством намагничивания небольшого куска магнитного материала. Поскольку многие магнитные материалы очень хорошо сохраняют свою силу намагничивания с течением времени, это было бы логичным кандидатом на носители для долговременного хранения конкретных этих данных (собственно, именно так работает технология аудио- и видеопленки: тонкая пластиковая лента пропитывается с частицами материала оксида железа, которые могут быть намагничены или размагничены посредством приложения магнитного поля от катушки электромагнита.

Затем данные извлекаются с ленты путём перемещения намагниченной ленты мимо другой катушки провода, намагниченные точки на ленте индуцируют напряжение в этой катушке, воспроизводя форму волны напряжения, первоначально использовавшуюся для намагничивания ленты).

Если мы представим аналоговый сигнал силой намагниченности в точках ленты, хранение данных на ленте будет подвержено наименьшей степени деградации этой намагниченности. По мере старения ленты и ослабления намагниченности величина аналогового сигнала, представленная на ленте, будет казаться меньше той, которая была при первой записи данных.

Кроме того, если какие-либо посторонние магнитные поля изменяют намагниченность ленты, даже если только на небольшую величину, это изменение напряжённости поля будет интерпретироваться при повторном воспроизведении как изменение (или искажение) записанного сигнала. Поскольку аналоговые сигналы имеют бесконечное разрешение, малейшая степень изменения повлияет на целостность хранилища данных.

Однако если бы мы использовали ту же ленту и сохранили данные в двоичной цифровой форме, сила намагниченности на ленте разделилась бы на два дискретных уровня: «высокий» и «низкий», без допустимых промежуточных состояний. По мере старения ленты или воздействия посторонних магнитных полей в тех же местах на ленте будет наблюдаться небольшое изменение напряжённости магнитного поля, но если изменения не будут экстремальными, при повторном воспроизведении ленты не произойдёт искажения данных.

Уменьшив разрешение сигнала, отпечатанного на магнитной ленте, мы получили значительный иммунитет к ухудшению качества и «шуму», обычно сопровождающему сохраняемые аналоговые данные. С другой стороны, разрешение наших данных будет ограничено скоростью сканирования и количеством битов, выдаваемых аналого-цифровым преобразователем, который интерпретирует исходный аналоговый сигнал, поэтому воспроизведение не обязательно будет «лучше», чем с аналоговым, просто более надёжным. Однако с передовой технологией современных аналого-цифровых преобразователей компромисс приемлем для большинства приложений.

Кроме того, кодируя различные типы данных в определённые схемы двоичных чисел, цифровое хранилище позволяет нам архивировать широкий спектр информации, которую часто трудно закодировать в аналоговой форме. Текст, например, довольно легко представляется с помощью двоичного кода ASCII, по семь битов на каждый символ, включая знаки препинания, пробелы и возврат каретки. Более широкий диапазон текста кодируется с использованием стандарта «Юникод» аналогичным образом.

Любые числовые данные могут быть представлены с использованием двоичной записи на цифровых носителях, и любая информация, которая может быть закодирована в числовой форме (а почти любая может!) также может быть сохранена. Такие методы, как обнаружение ошибок чётности и контрольной суммы, могут использоваться для дополнительной защиты от повреждения данных способами, для которых аналоговые методы не подходят.

См.также

Внешние ссылки