Por que digital?

Embora muitos livros-texto forneçam boas introduções à tecnologia de memória digital, pretendo tornar este capítulo único ao apresentar as tecnologias do passado e do presente com algum grau de detalhe. Embora muitos desses projetos de memória estejam obsoletos, seus princípios básicos ainda são bastante interessantes e educacionais, e podem até ser reaplicados nas tecnologias de memória do futuro.

O objetivo básico da memória digital é fornecer um meio de armazenar e acessar dados binários:sequências de 1 e 0. O armazenamento digital de informações tem vantagens sobre as técnicas analógicas, da mesma forma que a comunicação digital de informações tem vantagens sobre a comunicação analógica.

Isso não quer dizer que o armazenamento de dados digitais seja inequivocamente superior ao analógico, mas trata de alguns dos problemas mais comuns associados às técnicas analógicas e, portanto, encontra imensa popularidade em aplicações de consumo e industriais. O armazenamento digital de dados também complementa bem a tecnologia de computação digital e, portanto, encontra uma aplicação natural no mundo dos computadores.

A vantagem mais evidente do armazenamento digital de dados é a resistência à corrupção. Suponha que vamos armazenar um dado referente à magnitude de um sinal de voltagem por meio da magnetização de um pequeno pedaço de material magnético. Uma vez que muitos materiais magnéticos retêm sua força de magnetização muito bem ao longo do tempo, este seria um candidato lógico de mídia para o armazenamento de longo prazo desses dados em particular (na verdade, é exatamente assim que a tecnologia de fita de áudio e vídeo funciona:uma fita plástica fina é impregnada com partículas de material de óxido de ferro, que podem ser magnetizadas ou desmagnetizadas por meio da aplicação de um campo magnético de uma bobina eletromagnética.

Os dados são então recuperados da fita movendo a fita magnetizada além de outra bobina de fio, os pontos magnetizados na fita induzindo tensão nessa bobina, reproduzindo a forma de onda de tensão inicialmente usada para magnetizar a fita).

Se representarmos um sinal analógico pela força de magnetização em pontos da fita, o armazenamento de dados na fita será suscetível ao menor grau de degradação dessa magnetização. À medida que a fita envelhece e a magnetização diminui, a magnitude do sinal analógico representado na fita parece ser menor do que era quando registramos os dados pela primeira vez.

Além disso, se qualquer campo magnético espúrio alterar a magnetização na fita, mesmo que seja apenas por uma pequena quantidade, essa alteração da intensidade do campo será interpretada na reprodução como uma alteração (ou corrupção) do sinal que foi gravado . Como os sinais analógicos têm resolução infinita, o menor grau de alteração terá um impacto na integridade do armazenamento de dados.

Se fôssemos usar a mesma fita e armazenar os dados na forma digital binária, no entanto, a força da magnetização na fita cairia em dois níveis discretos:“alto” e “baixo”, sem estados intermediários válidos. Conforme a fita envelheceu ou foi exposta a campos magnéticos espúrios, esses mesmos locais na fita sofreram ligeira alteração na força do campo magnético, mas a menos que as alterações fossem extremas , nenhuma corrupção de dados ocorreria após a reprodução da fita.

Ao reduzir a resolução do sinal impresso na fita magnética, ganhamos imunidade significativa ao tipo de degradação e "ruído" que normalmente assola os dados analógicos armazenados. Por outro lado, nossa resolução de dados seria limitada à taxa de varredura e ao número de bits de saída do conversor A / D que interpretou o sinal analógico original, de modo que a reprodução não seria necessariamente "melhor" do que com analógico, apenas mais robusto. Com a tecnologia avançada de A / Ds modernos, porém, a compensação é aceitável para a maioria das aplicações.

Além disso, ao codificar diferentes tipos de dados em esquemas de números binários específicos, o armazenamento digital nos permite arquivar uma ampla variedade de informações que muitas vezes são difíceis de codificar na forma analógica. O texto, por exemplo, é representado facilmente com o código ASCII binário, sete bits para cada caractere, incluindo sinais de pontuação, espaços e retornos de carro. Uma gama mais ampla de texto é codificada usando o padrão Unicode, da mesma maneira.

Qualquer tipo de dado numérico pode ser representado usando notação binária em mídia digital, e qualquer tipo de informação que possa ser codificada na forma numérica (que quase qualquer tipo pode!) Também pode ser armazenada. Técnicas como detecção de erro de paridade e soma de verificação podem ser empregadas para proteger ainda mais contra a corrupção de dados, de maneiras que o analógico não se presta a ele.