Waarom digitaal?

Hoewel veel studieboeken goede introducties bieden tot digitale geheugentechnologie, ben ik van plan dit hoofdstuk uniek te maken door zowel vroegere als huidige technologieën tot op zekere hoogte gedetailleerd weer te geven. Hoewel veel van deze geheugenontwerpen achterhaald zijn, zijn hun fundamentele principes nog steeds behoorlijk interessant en leerzaam, en kunnen ze zelfs opnieuw worden toegepast in de geheugentechnologieën van de toekomst.

Het basisdoel van digitaal geheugen is om een ​​middel te bieden om binaire gegevens op te slaan en te openen:reeksen van enen en nullen. De digitale opslag van informatie heeft voordelen ten opzichte van analoge technieken, net zoals digitale communicatie van informatie voordelen biedt ten opzichte van analoge communicatie.

Dit wil niet zeggen dat digitale gegevensopslag onmiskenbaar superieur is aan analoog, maar het lost wel enkele van de meest voorkomende problemen op die verband houden met analoge technieken en is daarom enorm populair bij zowel consumenten- als industriële toepassingen. Digitale gegevensopslag is ook een goede aanvulling op de digitale rekentechnologie en vindt dus een natuurlijke toepassing in de wereld van computers.

Het meest voor de hand liggende voordeel van digitale gegevensopslag is de weerstand tegen corruptie. Stel dat we een stukje data over de grootte van een spanningssignaal zouden gaan opslaan door middel van het magnetiseren van een klein brokje magnetisch materiaal. Aangezien veel magnetische materialen hun magnetiseringssterkte in de loop van de tijd zeer goed behouden, zou dit een logische mediakandidaat zijn voor langdurige opslag van deze specifieke gegevens (in feite is dit precies hoe audio- en videobandtechnologie werkt:dunne plastic tape is geïmpregneerd met deeltjes ijzeroxide materiaal, die kunnen worden gemagnetiseerd of gedemagnetiseerd via het aanleggen van een magnetisch veld van een elektromagneetspoel.

De gegevens worden vervolgens van de band gehaald door de gemagnetiseerde band langs een andere draadspoel te bewegen, waarbij de gemagnetiseerde plekken op de band spanning in die spoel induceren, waardoor de spanningsgolfvorm wordt gereproduceerd die aanvankelijk werd gebruikt om de band te magnetiseren).

Als we een analoog signaal weergeven door de sterkte van de magnetisatie op plekken van de band, zal de opslag van gegevens op de band gevoelig zijn voor de kleinste mate van degradatie van die magnetisatie. Naarmate de band ouder wordt en de magnetisatie vervaagt, zal de op de band weergegeven analoge signaalsterkte kleiner lijken dan toen we de gegevens voor het eerst opnamen.

Ook als een vals magnetisch veld de magnetisatie op de band verandert, zelfs als het maar een kleine hoeveelheid is, zal die verandering van veldsterkte bij opnieuw afspelen worden geïnterpreteerd als een verandering (of beschadiging) van het signaal dat werd opgenomen . Aangezien analoge signalen een oneindige resolutie hebben, zal de kleinste mate van verandering een impact hebben op de integriteit van de gegevensopslag.

Als we echter dezelfde band zouden gebruiken en de gegevens in binaire digitale vorm zouden opslaan, zou de magnetisatiesterkte op de band in twee afzonderlijke niveaus vallen:"hoog" en "laag", zonder geldige tussentoestanden. Naarmate de band ouder werd of werd blootgesteld aan valse magnetische velden, zouden diezelfde locaties op de band een kleine verandering in de magnetische veldsterkte ervaren, maar tenzij de veranderingen extreem waren , zou er geen gegevensbeschadiging optreden bij het opnieuw afspelen van de band.

Door de resolutie van het signaal dat op de magneetband wordt gedrukt te verminderen, hebben we aanzienlijke immuniteit gekregen tegen het soort degradatie en "ruis" die typisch opgeslagen analoge gegevens teistert. Aan de andere kant zou onze dataresolutie beperkt zijn tot de scansnelheid en het aantal bits dat wordt uitgevoerd door de A/D-converter die het originele analoge signaal interpreteerde, dus de reproductie zou niet noodzakelijk "beter" zijn dan bij analoog, alleen robuuster. Met de geavanceerde technologie van moderne A/D's is de afweging echter acceptabel voor de meeste toepassingen.

Door verschillende soorten gegevens te coderen in specifieke binaire getalschema's, stelt digitale opslag ons ook in staat een grote verscheidenheid aan informatie te archiveren die vaak moeilijk in analoge vorm te coderen is. Tekst wordt bijvoorbeeld vrij gemakkelijk weergegeven met de binaire ASCII-code, zeven bits voor elk teken, inclusief leestekens, spaties en regelterugloop. Een breder scala aan tekst wordt op dezelfde manier gecodeerd met behulp van de Unicode-standaard.

Elke vorm van numerieke gegevens kan worden weergegeven met behulp van binaire notatie op digitale media, en elke vorm van informatie die in numerieke vorm kan worden gecodeerd (wat bijna elke soort kan!) kan ook worden opgeslagen. Technieken zoals pariteits- en controlesomfoutdetectie kunnen worden gebruikt om verder te beschermen tegen gegevenscorruptie, op manieren waar analoog zich niet voor leent.