15.1: ¿Por qué digital?

Aunque muchos libros de texto ofrecen buenas introducciones a la tecnología de memoria digital, tengo la intención de hacer que este capítulo sea único al presentar tecnologías pasadas y presentes con cierto grado de detalle. Si bien muchos de estos diseños de memoria son obsoletos, sus principios fundamentales siguen siendo bastante interesantes y educativos, e incluso pueden encontrar re-aplicación en las tecnologías de memoria del futuro.

El objetivo básico de la memoria digital es proporcionar un medio para almacenar y acceder a datos binarios: secuencias de 1's y 0's El almacenamiento digital de información tiene ventajas sobre las técnicas analógicas de la misma manera que la comunicación digital de información tiene ventajas sobre la comunicación analógica. Esto no quiere decir que el almacenamiento de datos digitales sea inequívocamente superior al analógico, pero sí aborda algunos de los problemas más comunes asociados con las técnicas analógicas y por lo tanto encuentra inmensa popularidad tanto en aplicaciones de consumo como industriales. El almacenamiento de datos digitales también complementa bien la tecnología de computación digital y, por lo tanto, encuentra aplicación natural en el mundo de las computadoras.

La ventaja más evidente del almacenamiento de datos digitales es la resistencia a la corrupción. Supongamos que íbamos a almacenar un dato con respecto a la magnitud de una señal de voltaje mediante la magnetización de un pequeño trozo de material magnético. Dado que muchos materiales magnéticos conservan muy bien su fuerza de magnetización a lo largo del tiempo, este sería un medio lógico candidato para el almacenamiento a largo plazo de estos datos en particular (de hecho, así es precisamente como funciona la tecnología de cintas de audio y video: la cinta plástica delgada está impregnada con partículas de óxido de hierro material, que puede ser magnetizado o desmagnetizado mediante la aplicación de un campo magnético de una bobina de electroimán. Los datos se recuperan luego de la cinta moviendo la cinta magnetizada más allá de otra bobina de alambre, los puntos magnetizados en la cinta inducen voltaje en esa bobina, reproduciendo la forma de onda de voltaje utilizada inicialmente para magnetizar la cinta).

Si representamos una señal analógica por la fuerza de magnetización en puntos de la cinta, el almacenamiento de datos en la cinta será susceptible al menor grado de degradación de esa magnetización. A medida que la cinta envejece y la magnetización se desvanece, la magnitud de la señal analógica representada en la cinta parecerá ser menor que la que era cuando grabamos los datos por primera vez. Además, si algún campo magnético espurio sucede que altera la magnetización en la cinta, aunque sea solo en una pequeña cantidad, esa alteración de la intensidad del campo se interpretará al volver a jugar como una alteración (o corrupción) de la señal que se registró. Dado que las señales analógicas tienen una resolución infinita, el menor grado de cambio tendrá un impacto en la integridad del almacenamiento de datos.

Sin embargo, si usáramos esa misma cinta y almacenáramos los datos en formato digital binario, la fuerza de magnetización en la cinta caería en dos niveles discretos: “alto” y “bajo”, sin estados intermedios válidos. A medida que la cinta envejeciera o estaba expuesta a campos magnéticos espurios, esas mismas ubicaciones en la cinta experimentarían una ligera alteración de la intensidad del campo magnético, pero a menos que las alteraciones fueran extremas, no se produciría corrupción de datos al volver a reproducir la cinta. Al reducir la resolución de la señal impuesta en la cinta magnética, hemos obtenido una inmunidad significativa al tipo de degradación y “ruido” que suelen afectar a los datos analógicos almacenados. Por otro lado, nuestra resolución de datos se limitaría a la velocidad de escaneo y al número de bits que emite el convertidor A/D que interpretó la señal analógica original, por lo que la reproducción no necesariamente sería “mejor” que con analógica, simplemente más robusta. Sin embargo, con la tecnología avanzada de A/D modernos, la compensación es aceptable para la mayoría de las aplicaciones.

Además, al codificar diferentes tipos de datos en esquemas específicos de números binarios, el almacenamiento digital nos permite archivar una amplia variedad de información que a menudo es difícil de codificar en forma analógica. El texto, por ejemplo, se representa con bastante facilidad con el código ASCII binario, siete bits por cada carácter, incluyendo signos de puntuación, espacios y retornos de carro. Un rango más amplio de texto se codifica usando el estándar Unicode, de la misma manera. Cualquier tipo de datos numéricos se puede representar usando notación binaria en medios digitales, y cualquier tipo de información que se pueda codificar en forma numérica (¡que casi cualquier tipo puede!) también es almacenable. Técnicas como la detección de errores de paridad y suma de comprobación se pueden emplear para protegerse aún más contra la corrupción de datos, de formas a las que no se presta analógico.