lection 11 (Презентации лекций)

Лекция 11. Связь ЭВМ с внешней средойСвязь ЭВМ с внешней средой: ввод и вывод информацииВвод и вывод цифровой и аналоговой информации:Цифро-аналоговое преобразование (ЦАП). Погрешности ЦАП.Аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Погрешности АЦП.Понятие о цифровом методе хранения и передачи аналоговой информации.Ввод оптического изображения в ЭВМ, приборы с зарядовой связью (ПЗС). ПЗСкамера (CCD).Принципы отображения информации на твердом носителе - принтеры и плоттеры:Алфавитно-цифровые и графические принтеры.Матричные, струйные, лазерные и светодиодные принтеры.Цветная печать.Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11. Связь ЭВМ с внешней средойСИГНАЛЫ ВОВРЕМЕННОЙ И ЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТЯХВРЕМЕННАЯ ОБЛАСТЬЗНАЧЕНИЕСИГНАЛАЧАСТОТНАЯ ОБЛАСТЬАМПЛИТУДАT1=1/f1ВРЕМЯЗНАЧЕНИЕСИГНАЛААМПЛИТУДАT2=1/f2ВРЕМЯT = периодЧАСТОТАf1f2ЧАСТОТАf = частотаФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11. Связь ЭВМ с внешней средойРЕАЛЬНЫЕ СИГНАЛЫЗНАЧЕНИЕСИГНАЛАВРЕМЯ РЕАЛЬНО СУЩЕСТВУЮЩИЕ СИГНАЛЫПРЕДСТАВЛЯЮТ СОБОЙ КОМБИНАЦИЮМНОГИХ ЧАСТОТ ОНИ ИМЕЮТ ШИРИНУ ПОЛОСЫ 2f m ЧАСТОТНЫЙ СПЕКТР =ЧАСТОТНОМУ СОСТАВУ|A|fm-fmЧАСТОТА2fmФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11. Связь ЭВМ с внешней средойДИСКРЕТИЗАЦИЯЦЕНЫАКЦИЙ21.81.61.41.210.80.60.40.20БЕРЕМ СОВОКУПНОСТЬ МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙНЕПРЕРЫВНО ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ДАННЫХПЕРИОД ДИСКРЕТИЗАЦИИ ФИКСИРУЕТСЯЭТО ДЕЛАЕТ ИНФОРМАЦИЮ ПОНЯТНОЙЦЕНА АКЦИИ УПАЛА ДО МИНИМУМАНА 4 НЕДЕЛЕЦЕНА АКЦИИ ПОДНЯЛАСЬ ДО СВОЕГО ПИКА1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14ВРЕМЯ (В НЕДЕЛЯХ)ПЕРИОДДИСКРЕТИЗАЦИИНА 9 НЕДЕЛЕРАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ОТСЧЕТАМИВРЕМЯ ДИСКРЕТИЗАЦИИ (МГНОВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ)ВРЕМЯ, ВЫБИРАЕМОЕ ДЛЯ ФИКСАЦИИ ОТСЧЕТАФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11.

Связь ЭВМ с внешней средойДискретизацияДискретизация во времени - преобразованиенепрерывного аналогового сигнала x(t) в дискретныйсигнал x(tk), где tk= t – kDt.Дискретизация сигналаПри дискретизации, непрерывный аналоговый сигналзаменяется последовательностью отсчѐтов, величинакоторых равна значению сигнала в данный моментвремени. Возможность точного воспроизведениятакого представления зависит от интервала временимежду отсчѐтами DtЧастота дискретизации (семплирования) - частота выборки отсчетов FDнепрерывного аналогового сигнала x(t) при его дискретизации АЦП (аналоговоцифровым преобразователем)Этот же термин используется при обратном цифро-аналоговом преобразовании(ЦАП) - при восстановлении исходного сигналаФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11. Связь ЭВМ с внешней средойПРОПУСК ИНФОРМАЦИИЦЕНЫ1.41.210.80.60.40.20 НЕПЕРЕОДИЧЕСКИЕ МГНОВЕННЫЕЗНАЧЕНИЯPПРОДАЖИ ПАДЕНИЕ ЦЕНЫ МЕЖДУ Т3 И Т4ПРОХОДИТ НЕЗАМЕЧЕННЫМВРЕМЯT1 T2ЦЕНЫ МОЖНО ПРОПУСТИТЬ ИНФОРМАЦИЮT3T4 T5 T61.41.210.80.60.40.20 ИНФОРМАЦИЯ НЕ МОЖЕТ БЫТЬЛЕГКО ИНТЕРПРЕТИРОВАНА ПЕРИОДИЧЕСКИЕ МГНОВЕННЫЕЗНАЧЕНИЯPПРОДАЖИ ЛЕГКО ИНТЕРПРЕТИРОВАТЬ МОЖНО ПРОПУСТИТЬ ИНФОРМАЦИЮВРЕМЯT1T2T3T4 КЛЮЧОМ ЯВЛЯЕТСЯ ЧАСТОТАДИСКРЕТИЗАЦИИФактическое изменениеПредполагаемая криваяФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11.

Связь ЭВМ с внешней средойЧастоты дискретизацииЧастоты дискретизации при передаче звука:8 000 Гц - телефонная связь (речь)11 025 ГцДискретизация сигнала22 050 Гц - радио44 100 Гц - Audio CD48 000 Гц - DVD, DAT96 000 Гц - DVD-Audio (MLP 5.1)192 000 Гц - DVD-Audio (MLP 2.0)2 822 400 Гц - SACD (Super Audio CD 5.1, max на 2008 г.)Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11.

Связь ЭВМ с внешней средойДискретизация: теорема КотельниковаТеорема Котельникова (Найквиста-Шеннона):если сигнал x(t) имеет ограниченный спектр, то он можетбыть восстановлен однозначно и без потерь по отсчетам(tk = t – kDt), взятым с частотой FD, большей удвоенноймаксимальной частоты спектра FMFD > 2 FMт.е. отсчетам, взятым с периодом чаще полупериода FMВ.А.

КотельниковГарри Найквистx(t) =1928 - Гарри Найквист, работа «Certain topics in telegraphtransmission theory»1933 - В.А. Котельников, работа «О пропускной способностиэфира и проволоки в электросвязи»Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11.

Связь ЭВМ с внешней средойПРАВИЛЬНАЯ РАССТАНОВКА ОТСЧЕТОВЧАСТОТНАЯ ОБЛАСТЬВРЕМЕННАЯ ОБЛАСТЬ|A|fs- faSСЛУЧАЙ 1fs>>fatfs+ faffafs = частота дискретизацииfa = частота сигналаfs2fs|A|SСЛУЧАЙ 2t??fa fs2fsf|A|StСЛУЧАЙ 3fs<2fafsэлайcингПредполагаемый сигналИсходный сигнал faФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.rufЛекция 11. Связь ЭВМ с внешней средойДискретизация: частота НайквистаЧастота Найквиста FN - частота, равная половинечастоты дискретизации FDДискретизация сигналаПри дискретизации непрерывного сигнала x(t) полезнуюинформацию несет только низкочастотная (частотыниже частоты Найквиста) область спектра сигнала.Спектр выше частоты Найквиста является зеркальнымотображением низкочастотной области спектраПри оцифровке аналогового сигнала его спектр необходимо ограничить частотойFN, что позволяет избежать зеркального отражения спектральных компонент счастотами выше FN.

Реализовать фильтр с резким спадом на высоких частотахдостаточно сложно, поэтому FM делают немного ниже FN, что обеспечиваетнадежное подавление всех «неправильных» спектральных компонентФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11.

Связь ЭВМ с внешней средойОГРАНИЧЕНИЕ СПЕКТРА|A| РЕАЛЬНЫЕ СИГНАЛЫСОДЕРЖАТ МНОГО ЧАСТОТfmfsfsfэлайcинг СОСТАВЛЯЮЩИЕ С ЧАСТОТОЙ, БОЛЬШЕ,ЧЕМ 1/2 fs ПРИВОДЯТ К ПОЯВЛЕНИЮЭЛАЙCИНГА ( f > fmm ) ИЗБАВИМСЯ (С ПОМОЩЬЮ ФИЛЬТРА)ОТ ЧАСТОТ ВЫШЕ fm|A| ЗАТЕМ УСТАНОВИМ ЧАСТОТУfs>2fmfmДИСКРЕТИЗАЦИИ, БОЛЬШУЮ, ЧЕМ 2f mfФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11.

Связь ЭВМ с внешней средойДИСКРЕТИЗАЦИЯЦЕНЫАКЦИЙ21.81.61.41.210.80.60.40.20БЕРЕМ СОВОКУПНОСТЬ МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙНЕПРЕРЫВНО ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ДАННЫХПЕРИОД ДИСКРЕТИЗАЦИИ ФИКСИРУЕТСЯЭТО ДЕЛАЕТ ИНФОРМАЦИЮ ПОНЯТНОЙЦЕНА АКЦИИ УПАЛА ДО МИНИМУМАНА 4 НЕДЕЛЕЦЕНА АКЦИИ ПОДНЯЛАСЬ ДО СВОЕГО ПИКА1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14ВРЕМЯ (В НЕДЕЛЯХ)ПЕРИОДДИСКРЕТИЗАЦИИНА 9 НЕДЕЛЕРАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ОТСЧЕТАМИВРЕМЯ ДИСКРЕТИЗАЦИИ (МГНОВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ)ВРЕМЯ, ВЫБИРАЕМОЕ ДЛЯ ФИКСАЦИИ ОТСЧЕТАФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11. Связь ЭВМ с внешней средойКвантованиеКвантование - разбиение диапазона значенийнепрерывной или дискретной величины наконечное число интервалов. Квантованиеиспользуется при обработке сигналов, в том числепри сжатии звука и изображений. Простейшимвидом квантования является делениецелочисленного значения на натуральное число коэффициент квантованияКвантованный сигналОднородное (или линейное) квантование разбиение диапазона значений на отрезки равнойдлины.

Его можно представить как делениеисходного значения на постоянную величину (шагквантования) и взятие целой части от частногоЦифровой сигналФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11. Связь ЭВМ с внешней средойКвантованиеУровень квантования называют глубинойдискретизации и измеряют в битах. Чем большеглубина дискретизации, тем точнее цифровойсигнал соответствует аналоговому. В случаеоднородного квантования глубину дискретизацииназывают также динамическим диапазоном иизмеряют в децибелах (1 бит ≈ 6 дБ)Квантованный сигналДля квантования в двоичном коде диапазонизменения сигнала от Umin до Umax делится на 2nинтервалов.

Величина получившегося интервала(шага квантования)Цифровой сигналФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11. Связь ЭВМ с внешней средойКвантованиеКаждому интервалу присваивается n - разрядныйдвоичный код - номер интервала. Каждому отсчѐтуприсваивается код того интервала, в которыйпопадает значение этого отсчѐта. Аналоговыйсигнал представляется последовательностьюдвоичных чисел, соответствующих его величине вопределѐнные моменты времени, то естьцифровым сигналомКвантованный сигналПри этом каждое двоичное число представляетсяпоследовательностью импульсов высокого (1) инизкого (0) уровняЦифровой сигналШум квантования - ошибки, возникающие приоцифровке аналогового сигнала. В зависимости оттипа преобразования ошибки могут возникать из-заокругления (до определенного разряда) сигнала илиотбрасывания младших разрядовФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 11. Связь ЭВМ с внешней средойФОРМИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО СИГНАЛАотсчет иSудерживание ЦЕЛЬ – ПОЛУЧИТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ В ВИДЕ«1» И «0»ts4tst8ts СИГНАЛ ДИСКРЕТИЗИРУЮТ С ПЕРИОДОМ tsS111001 УДЕРЖИВАЮТ ДИСКРЕТИЗИРУЕМОЕЗНАЧЕНИЕ ДО СЛЕДУЮЩЕГО ОТСЧЕТА00tsS4tst8ts БОЛЬШЕ УРОВНЕЙ – ВЫШЕ ТОЧНОСТЬквантование?111001СИГНАЛ = 10 10 01 01 00 00 01?00ts4ts РАСПРЕДЕЛЯЮТ НОВЫЙ СИГНАЛПО УРОВНЯМ = КВАНТУЮТ8tstФизические основы современных ЭВМ.