Equipamiento especial con memoria “dura”: versatilidad, calidad, fiabilidad..

Equipo especial con memoria “dura”: versatilidad, calidad , confiabilidad..

EQUIPO ESPECIAL CON “MEMORIA SÓLIDA: UNIVERSALIDAD, CALIDAD, FIABILIDAD  

Los últimos logros de la microelectrónica moderna han mejorado significativamente las características básicas de los elementos base, en particular, los procesadores y los chips de memoria, lo que a su vez ha permitido mejorar significativamente las características operativas y técnicas de los medios técnicos especiales para almacenar y procesar información. El artículo examina el estado y las tendencias de desarrollo de las nuevas tecnologías para la creación de equipos especiales, en particular, dispositivos integrados de almacenamiento de información y medios.

Se sabe que las características operativas y técnicas de los equipos dependen, en primer lugar, de las características y características del elemento base utilizado. Esto quedó especialmente demostrado por el desarrollo de medios técnicos de almacenamiento de información utilizados para resolver problemas como la vigilancia encubierta de audio y video, la seguridad de la información, la transmisión de información especial a través de canales de comunicación, etc. Un análisis del desarrollo de la microelectrónica moderna muestra que actualmente el ciclo de creación de nuevos equipos y tecnologías es de solo 2…3 años, lo que se ve facilitado por los avances en el campo de la creación de una base de microelementos, principalmente en el campo de chips de memoria y microprocesadores.

Estado y perspectivas de desarrollo de la base de elementos microelectrónicos

Si evaluamos integralmente los logros de la microelectrónica moderna en el campo de la creación de elementos básicos, entonces pueden describirse mediante solo dos parámetros tecnológicos principales:

• espesor de las líneas aislantes de las puertas del microprocesador (a) ;
• tamaño de medio paso de los elementos de los dispositivos RAM (b).

El proceso de cambio de estos parámetros a lo largo del tiempo, teniendo en cuenta el pronóstico, se presenta en Higo. 1.

Fig. 1. Dinámica de cambios en los principales parámetros tecnológicos de los microcircuitos

Análisis de las principales características tecnológicas presentadas en la Fig. 1 muestra que en los últimos 20 años, su cambio en el tiempo se aproxima bastante a la ley de Moore establecida experimentalmente: cada 1,5 años, los valores de las características mejoran, en promedio, en un factor de dos. Naturalmente, de estos parámetros tecnológicos dependen las principales características técnicas de los microcircuitos, como la capacidad de la memoria y la complejidad del procesador. En la figura. La Figura 2 muestra la dinámica de desarrollo de las principales características de los chips de memoria DRAM (memorias dinámicas de acceso aleatorio), en particular, el número de celdas de memoria en un chip.

Fig. 2. Dinámica de desarrollo de chips de memoria DOS

Un pronóstico similar se utilizó, en particular, en el desarrollo del programa de desarrollo de microelectrónica de la Asociación de la Industria de Semiconductores de EE. UU. (SIA), cuyas principales disposiciones se detallan en la tabla. 1 y que puede utilizarse para predecir las capacidades de la microelectrónica moderna en el campo de los chips de memoria.

Tabla 1. Perspectivas de desarrollo de los principales parámetros de la base de elementos moderna

Una comparación de los parámetros previstos y reales alcanzados actualmente muestra que el pronóstico coincide bastante bien con la práctica. Por supuesto, hay que tener en cuenta que el pronóstico presentado refleja las capacidades de los países avanzados en el campo de la microelectrónica. Por ejemplo, Samsung Electronics se convirtió en la primera empresa del mundo en completar el desarrollo de un chip DRAM (DRAM) utilizando tecnología Rambus (RDRAM) con una capacidad de 288 Mbit y, sobre esta base, crear un módulo de memoria RIMM Module (Rambus Módulo de Memoria en Línea) con una capacidad de 576 MB ( !). Para producir este chip altamente integrado de 288 Mbit, que es dos veces más productivo que la versión anterior de alta velocidad de 144 Mbit, se utilizó la tecnología de 0,17 micrones, que mejoró la velocidad de procesamiento por ciclo de reloj a 800 Mbit por segundo. Así, el nuevo dispositivo es capaz de procesar información equivalente a, por ejemplo, 6.550 páginas de periódico por segundo (!). Sony rápidamente utilizó módulos RDRAM de doble canal que funcionan a una frecuencia de reloj de 1,6 GHz. Desde el año 2000, se han instalado chips similares en televisores digitales, grabadoras y decodificadores para realizar una decodificación más rápida del formato MPEG-2 utilizado para la compresión de información. Actualmente se han completado todos los procesos tecnológicos para la producción de un chip de 4 Gb utilizando tecnología de 0,13 micras. Los cinco principales fabricantes de chips — Hyundai Electronics Industries, Infineon Technologies, Micron Technology, NEC y Samsung Electronics — anunció su intención de comenzar a trabajar con Intel en la creación de la próxima generación de módulos DRAM de alto rendimiento. Se sabe que la tecnología que se está creando está destinada a aplicaciones que aparecerán después de 2003 y probablemente se utilizará por primera vez con el lanzamiento de módulos DRAM de 1 GB. A modo de comparación, cabe señalar que actualmente, por ejemplo, las grabadoras de voz estáticas utilizan chips SRAM (memoria estática) producidos comercialmente con una capacidad de 256 MB.

Grabadoras de voz estáticas y dispositivos de almacenamiento de información

Los avances modernos en el campo de la base elemental, en particular la memoria digital, han supuesto una especie de revolución en el campo de los equipos especiales en miniatura, especialmente en el campo de la creación de dispositivos digitales no cinemáticos (o, como a veces se les llama, estáticos). grabadoras de cinta. Aunque, para ser precisos, ya no es correcto aplicar a esta técnica la conocida palabra grabadora, ya que el soporte de información utilizado en ella ya no es magnético. Además, es necesario tener en cuenta una característica de los dispositivos modernos de almacenamiento de información como su versatilidad e indiferencia (indiferencia) hacia el tipo de información que se registra. En particular, las tecnologías modernas permiten crear dispositivos de memoria integrados que pueden grabar y almacenar a largo plazo casi cualquier información, incluido audio, texto, gráficos, etc.

Características distintivas y La clasificación de dispositivos especiales de almacenamiento de información se muestra en la Fig. 3.

Fig. 3. Características distintivas y clasificación de los dispositivos especiales de almacenamiento de información

Como se puede ver en la Figura 3, actualmente existe una gran selección de dispositivos de almacenamiento de información que se diferencian entre sí tanto en principios de funcionamiento como en el tipo de señal de entrada, medios, información grabada, preprocesamiento, diseño, etc. Una de las opciones para implementar un dispositivo de almacenamiento de información integrado se muestra en la Fig. 4.

LPF &# 8212; filtro de paso bajo;
SZO — circuito de almacenamiento de lecturas;
SS — esquema de comparación;
RPA — registro de almacenamiento de aproximación;
CAD — convertidor de digital a analógico;
MPS — sistema de microprocesador

Fig. 4. Diagrama funcional de un sistema integrado de procesamiento y almacenamiento de información (opción de utilizar memoria flash extraíble y códec PCM)

Hoy en día, ha aparecido en el mercado de la seguridad una gran cantidad de dispositivos portátiles de grabación de audio digital. Entre ellos se encuentran dispositivos como una grabadora de voz en forma de bolígrafo (SVR-P700), en forma de barra (SVR-240), en forma de bloque (SEL DR-01), etc. En la tabla se muestran las principales características comparativas de las grabadoras de voz estáticas digitales y los dispositivos de almacenamiento de estado sólido, los más prometedores para su uso en la resolución de problemas prácticos y presentados hoy en el mercado ruso. 2.

Tabla 2. Características comparativas de las unidades de almacenamiento de estado sólido

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La ausencia de piezas móviles y el uso de carcasas totalmente metálicas mejoran significativamente el rendimiento de los accionamientos estáticos. Por lo tanto, la principal característica distintiva de los dispositivos considerados es la capacidad de proporcionar una supresión profunda de radiaciones espurias e interferencias, lo que mejora significativamente sus características operativas y técnicas, en particular, en términos de indicadores tales como el cumplimiento de los requisitos de PEMIN y la protección contra el exterior. Influencias electromagnéticas. Además, la segunda característica distintiva de la mayoría de las unidades modernas es su invariancia (indiferencia) ante el tipo de información que se graba, ya sea audio, texto o gráficos.

Como regla general, para grabar información analógica, por ejemplo, desde la salida de micrófonos, las unidades digitales tienen convertidores de analógico a digital en la entrada (Fig.4), lo que, de hecho, los convierte en dispositivos universales para grabar y almacenar información. . El uso de una base de elementos discretos garantiza características de alto rendimiento (en términos de confiabilidad, calidad de la señal, vida útil, etc.). Una de las características operativas y técnicas más importantes de los dispositivos especiales de almacenamiento de información es el tiempo máximo posible de grabación/reproducción, según el cual, como primera aproximación, se puede realizar un análisis comparativo de los dispositivos de almacenamiento. En la figura. La Figura 5 muestra las características comparativas de la dependencia del tiempo máximo de grabación/reproducción del volumen de memoria flash de los dispositivos de almacenamiento de información y, a modo de comparación, la línea continua muestra las características máximas de grabación sin compresión de información en el código de pulso PCM-64. modo de modulación (8 kHz, 8 bits) a una velocidad de 64 kbit/s.

• Escala — logarítmico.
• La línea de puntos muestra las características de diferentes cantidades de memoria flash.

Arroz. 5. Características comparativas de la dependencia del tiempo máximo posible de grabación/reproducción del volumen de las unidades de memoria flash

Cabe señalar que al comparar la calidad de varios tipos de almacenamiento de información dispositivos no es una tarea trivial y requiere más atención.

En primer lugar, porque la calidad de la información grabada y el rango de frecuencias grabadas requieren un aumento proporcional de la capacidad de la memoria (cuanto más, mejor). Por tanto, en la Fig. La Figura 5 muestra características comparativas reducidas al máximo tiempo de grabación/reproducción posible para una unidad determinada.

En segundo lugar, es necesario tener en cuenta que el principio fundamental para reducir la cantidad de memoria requerida en la actualidad es el uso de varios métodos de compresión de información grabada, en particular, codificadores de voz LPC para información de voz o el algoritmo de compresión MPEG para información de video. . Por ejemplo, en el producto Sputnik-1200 se utilizan tres algoritmos de compresión según la banda de frecuencia requerida y la calidad de grabación: vocoder-6400 (densidad de grabación 6,4 kbit/s), PCM-8 kHz (densidad de grabación 64 kbit/s), PCM-16 kHz (densidad de grabación 128 kHz).

En tercer lugar, las características operativas y técnicas de los dispositivos modernos de almacenamiento de información dependen en gran medida de capacidades de servicio adicionales, como, por ejemplo, las funciones VOR” (Voice Operating Record), “Repeat” (one, file, all), “VOX”, “SCVA (compresión del tiempo de silencio), “Index”, “Hold”, la presencia de un panel de control portátil encubierto, comunicación con una computadora personal externa, etc.

Análisis del Materiales presentados en la tabla. 2 muestra que entre los medios técnicos de los equipos especiales los soportes de información desempeñan un papel especial, que determinan las principales características operativas y técnicas de las grabadoras de voz y los dispositivos de almacenamiento de información.

Nuevo tecnologías y medios técnicos de registro y almacenamiento de información

Cabe señalar que las grabadoras de voz estáticas, aunque son uno de los primeros dispositivos que utilizan eficazmente los logros de la microelectrónica moderna, no son los únicos. Las características de la memoria electrónica alcanzadas hoy permitieron lograr un gran avance en la dirección de crear dispositivos para grabar y almacenar diversos tipos de información (voz, música, gráficos, video).

Entonces Toshiba lanzó su primer reproductor de audio digital portátil. El dispositivo no sólo soporta el formato MP3, sino también SolidAudio, desarrollado por Kobe Steel, y viene con una colección de grabaciones favoritas. Precio aproximado del modelo diGO que mide 8,6 x 5,4 x1 cm y pesa 52 g — 300 dólares. El dispositivo utiliza módulos de memoria SmartMedia.

Una tendencia similar en la introducción de nuevas tecnologías se observa en el campo de la grabación de vídeo — Los grabadores de vídeo digitales se están apoderando del mercado. Un ejemplo ilustrativo de la influencia de la base de elementos en el mercado de los medios técnicos modernos para almacenar y procesar información es la difusión activa de nuevas tecnologías para grabar y almacenar información en video — Reproductores de DVD, desarrollados en 1996 y que hoy se introducen activamente en el mercado ruso. Actualmente existen 25 marcas de reproductores de DVD en el mercado. Se prevé que en 2001 su coste aumentará de 435 dólares. bajará a $250. Teniendo esto en cuenta, así como el pronóstico presentado en la Fig. 2, se puede sacar una conclusión muy importante de que en total En 3 o 4 años, los reproductores de DVD y las grabadoras de estado sólido comenzarán a desplazar a las grabadoras de vídeo tradicionales, de forma similar a cómo las grabadoras de voz tradicionales están siendo reemplazadas por otras no cinemáticas con chips de memoria. La confirmación de esto, como se muestra arriba, es el hecho de su lanzamiento en 1999-2000. al mercado ruso de equipos especiales una gran cantidad de grabadoras de voz estáticas y dispositivos de almacenamiento de información con una duración de grabación de más de 1 hora El aumento adicional del tiempo de grabación está determinado por la aparición de los chips de memoria correspondientes.

Varias empresas involucradas en el desarrollo de DVD (Hewlett Packard, Sony, Mitsubishi, Richon y Yamaha) han prometido introducir pronto nuevos desarrollos — Unidad de grabación DVD+RW (regrabable). La unidad se basará en una tecnología similar a la CD-RW y utilizará discos de una sola cara, de 3 GB de capacidad y 120 mm de diámetro (como un CD normal). Esta tecnología probablemente ocupará el mismo lugar que ocupa actualmente el CD.

Hoy se ha desarrollado una especificación nueva y más compacta para tarjetas de expansión para dispositivos portátiles. Las tarjetas Panasonic Mini Media Storage Device se pueden utilizar en computadoras de mano y portátiles, cámaras fotográficas y de vídeo digitales, PDA y dispositivos electrónicos de grabación de audio debido a características casi idénticas a las de las tarjetas PCMCIA convencionales. La memoria flash lineal está disponible en dos configuraciones: — 4 y 8 MB. Además, se han desarrollado tarjetas flash ATA (AT Application) con capacidades de 4, 8, 16, 24, 32 y 48 MB. Se utiliza un adaptador PCMCIA para conectarlos. Entre esta clase de tarjetas de memoria, también cabe destacar el último desarrollo de Sony: tarjetas de memoria universales del tipo Memory Stick, diseñadas para almacenar información en ordenadores, secretarias electrónicas, cámaras fotográficas y de vídeo digitales, dispositivos de almacenamiento electrónico, etc.

Otro producto nuevo y prometedor — Modelos de Dispositivos de Almacenamiento ATA Flash Mega con capacidades de 80 y 160 MB. Se logró aumentar la velocidad de grabación de datos en un 40% (0,65 MB/s), lo que supera significativamente los parámetros de dispositivos similares. Más — Bajo consumo de energía, resistencia a vibraciones y golpes.

American Computer Company anunció una nueva unidad de estado sólido que ha desarrollado. La capacidad de la nueva unidad es de 90 GB y el tiempo necesario para leer un megabyte de información es de 10 ns (es decir, la velocidad de lectura es de 103 TB/s (!)). El consumo de energía del nuevo disco es «insignificante». Se creó un prototipo de PC sin RAM. Está previsto utilizar la unidad 090b8 con el sistema operativo Windows NT grabado en ordenadores basados ​​en uno o más procesadores Pentium II. Para el comprador masivo, el 090b8 está disponible desde el año 2000. El precio aproximado del disco es $895.

Castlewood Systems fabrica unidades ORB de repuesto. La capacidad del disco extraíble es de 2,16 GB, la velocidad de transferencia de datos es de 12,2 MB/s, el precio de la unidad junto con el disco es de 200 dólares, el precio del disco extraíble es de 30 dólares. En términos de velocidad, el disco es casi tan bueno como los discos duros y supera a todos los demás medios extraíbles: magnetoópticos, disquetes de alta densidad, DVD y cintas.

Una de las tendencias distintivas de los últimos tiempos ha sido la integración, en particular, la fusión (convergencia) de tecnologías informáticas con receptores de televisión, teléfonos, equipos de vídeo y diversos decodificadores. La gran capacidad y la alta velocidad de acceso permiten utilizar discos ORB para grabar vídeo digital. Utilizando el algoritmo de compresión MPEG-2, 2,16 GB pueden acomodar 133 minutos de vídeo con calidad S-VHS. En equivalente de sonido, la capacidad del disco será de 204 minutos de audio con calidad CD (44,1 kHz, 16 bits).

Reproductor de MP3 — menos que un disquete de tres pulgadas (91x70x16,5 mm) y el peso, sin incluir dos baterías estándar, es de solo 65 gramos. Dispone de 16 megas de memoria y un decodificador MPEG-3. Se admiten sonido tridimensional y megagraves. La memoria se puede ampliar hasta 64 megabytes — y esto hará que el tiempo de reproducción sea incluso mayor que el de un CD.

El kit incluye una estación de acoplamiento en la que se inserta el reproductor para cargar las baterías y cargar música desde la computadora. Interfaz — puerto paralelo (no debería tomar más de un minuto recibir los 16 megabytes). El programa de descarga le permite transferir cualquier archivo entre la memoria del reproductor y la computadora en ambas direcciones, independientemente de su contenido, por lo que mp-man (llamado así por el reproductor de audio Walkman) puede usarse para transferir y almacenar datos arbitrarios. Los archivos de música también se pueden descargar a través de Internet.

El Media Lab del Instituto Tecnológico de Massachusetts anunció la finalización del desarrollo de una parte clave del futuro estándar de presentación de datos de audio y vídeo MPEG-4. Este desarrollo, como se destaca en el mensaje, tiene como objetivo, en primer lugar, aumentar el nivel de calidad de la tecnología de audio digital, permitiendo que el sonido estéreo, ejecutado por procesadores a partir de un archivo comprimido o transmitido a través de canales de comunicación digitales, alcance la calidad de un CD.

En la promoción del nuevo estándar, el nuevo desarrollo de Media Lab en el campo del procesamiento de audio debería desempeñar un papel importante: Audio estructurado, que es un conjunto de especificaciones para definir y transmitir información de audio. En los estándares de audio actuales, el audio normalmente se representa como un flujo de bits, pero en el audio estructurado, el contenido es esencialmente un programa que se traduce a audio en la computadora del usuario. Este es un método muy eficaz que permite aumentar radicalmente la velocidad de transmisión (o el volumen de grabación en la unidad) de datos de audio y al mismo tiempo aumentar la calidad.

Así, la nueva microelectrónica y las tecnologías de la información hoy en día permiten mejorar significativamente las características técnicas operativas de los medios técnicos especiales, en particular, los dispositivos digitales integrados para almacenar y procesar información especial.