Как цифровая информация физически записывается на носитель

Информация – это всё, что нас окружает. По некоторым сведениям даже мы с вами являемся информацией. Но нас интересует сейчас именно та часть информации, с которой мы постоянно работаем. Это и документы, и музыка, и фильмы, и видеоигры да и всё, что угодно. Для того, чтобы обрабатывать и использовать эту информацию её нужно как-то хранить.

Когда-то люди хранили информацию в наскальных рисунках и записях. Потом стали записывать всё на глиняных табличках или папирусе, потом на бумаге, ну а дальше это стали печатать на самых разных носителях. Но современные варианты хранения информации – это цифровые носители, а сама информация будет оцифрованной. 

Оцифровать информацию – это значит превратить её в массив данных, который сможет читать любой компьютер. Всё это можно куда-то записать и цифровая информация может храниться или на аналоговых носителях, или на цифровых. Аналоговые носители сегодня постепенно вымирают, но про них сейчас тоже скажем пару слов, поскольку благодаря этому станет более понятна общая логика.

Вопрос же обычного читателя часто звучит таким образом: куда в итоге записывается информация, как это происходит и что на физическом уровне случается, когда информация записывается на носитель. 

Во что нужно превратить информацию, чтобы считать её цифровой?

Чтобы информация являлась цифровой, нам нужно перевести её из понятного нам формата в понятный для компьютера формат. Это как перевести текст на английском языке на русский язык, который будет понятен для нас с вами. Языком компьютера является двоичный код. На сей счёт есть множество таблиц перекодирования. 

Это набор единичек и ноликов, который сопоставляется системе есть ток/нет тока на сканируемых точках подключения. Штука эта, по сути дела, повторяет логику механических вычислительных центров, в которых логическая цепь обрабатывалась механическим циклом.

В единички и нолики можно превратить и текст, и музыку, и видеоролик. Любая информация может быть записана в двоичном коде. Ну а двоичный код уже можно записать на носитель, только как?

Будет интересно прочитать: Какие “органы чувств” есть у системы автоматизации?

Физический принцип записи на аналоговый носитель

Если мы работаем с аналоговым носителем, то здесь возможен ряд подходов. Рассмотрим более современные носители такого типа, ведь устаревшие варианты были совсем сложными. Скажем, были такие варианты хранения информации, как запись звука определённого типа на аудиокассету и считывание его с помощью дешифратора. Вспомним модем и старый добрый ZX-спектрум.

Но поговорим о таких носителях, как CD-ROM, правда это не совсем-таки и аналоговый формат, но и не полностью цифровой.  

Итак, есть у нас массив данных, превращенный в единички и нолики. Скажем, слово ПРИВЕТ, будет выглядеть как 111001010111111110010110101010101010101000. Отлично!

Самый простой способ обработать это – сделать дорожку для считывания, по которой мы бегаем лазером и ищем метки. Если метка есть – единичка. Метки нет – нолик. Длина питы (дорожки) соответствует количеству ноликов и единичек. Вот и всё! Так и работает запись на диск. Дальше с помощью самого обычного лазера считываем эти дорожки и прямо на лету создаем цифровой массив данных.

Принцип записи на цифровой носитель

Теперь поговорим о различного рода флэш-картах. Итак, есть у нас тот самый массив из 111101101010101010111110101001010111. Нужно как-то это сохранить.

Возьмем транзистор. Это полупроводник, состоящий из n-p-n пар. Но это уже долгая история, поэтому выделим самое важное. У транзистора есть три контакта.  Один вход, второй выход, третий – управление. 

Чтобы электрический ток прошел через транзистор, нужно чтобы средний слой, представленный проводником p-типа, был “открыт”. Для управления этим процессом используется подача напряжения на этот слой. Просто подавая напряжение на эту зону мы можем разрешить току пройти через транзистор, а можем запретить. Получается элементарная ячейка памяти. 

Она может быть открыта и пропускать ток, что соответствует нолику в нашем массиве, а может быть закрыта, что соответствует единичке в массиве. Так можно записать один бит информации.

И всё бы хорошо, но для этого всегда нужно иметь напряжение на управляющем контакте. Схема прекрасно подойдет для работы оперативки. Но на флэшке будет каждый раз стираться при выключении компьютера и это не очень хорошо подходит для наших целей.

Тут на помощь приходят так называемые транзисторы с плавающим затвором. Это относительно новое изобретение, где существует сохранение состояния затвора даже при отключении питания в цепи. Подаем питание на управляющий контакт и открываем транзистор. Подаем повторно – закрываем. И сам по себе транзистор не откроется и не закроется.

Теперь объединим множество таких ячеек памяти в одном устройстве и получим флэшкарту! Благодаря разветвленной цепи ячеек, которые открыты или закрыты, что эквивалентно 1 и 0, мы получаем некоторый ключ. Вставляем флэшку в компьютер, он опрашивает контакты где “открыто” и где “закрыто”, и восстанавливает в своей голове список нулей и единичек. Примерно так и работает любая цифровая память. Это главный физический принцип функционирования всех таких устройств.