1.1. Інформаційні основи цифрової схемотехніки та інформаційні міри.

1. Інформатика, інформація, сигнали та їхнє представлення.

Обчислювальна техніка - це керована фізична система, призначена для алгоритмічного опрацювання інформації, поданої сигналами.

У широкому значенні слова інформація є відбитком реального світу її обсяги щорічно зростають у двічі. Інформація, підготовлена для опрацювання на комп’ютерах, називається даними.

Інформаційний процес включає в себе такі етапи:

• збирання інформації від різних джерел і представлення її у формі, необхідній для введення у комп’ютер;

• передачу інформації від джерела до приймача;

• зберігання інформації;

• оброблення інформації (виконання операцій над даними);

• видачу результату опрацювання користувачеві.

На всіх етапах використовують засоби цифрової схемотехніки. Вимоги до інформації:

• однозначність сприйняття (коректність);

• цінність (корисність) і оперативність (актуальність);

• точність, достовірність і стійкість (спроможність реагувати на зміни початкових даних);

• достатність (повнота) – наявність мінімально необхідного обсягу інформації для прийняття правильного рішення.

Інформатика вивчає:

• теорію інформації;

• алгоритмічні, програмні й комп’ютерні засоби оброблення інформації;

• архітектуру комп’ютерів, системи штучного інтелекту, обчислювальні мережі та ін.

Теорія інформації вивчає процеси передавання, перетворення і зберігання інформації, а саме:

• методи визначення кількості інформації в повідомленні;

• раціональні засоби представлення інформації за допомогою різноманітних символів (букв, цифр);

• засоби формування, виявлення й оцінки параметрів інформаційних процесів.

Модель каналу передачі має вигляд.

Мал.1.1 Інформаційна модель каналу передачі

Джерело інформації - датчики, індикатори, комп’ютери та ін.

Канал передачі - сукупність пристроїв, що мають один вхід і один вихід та призначені для передачі інформації на відстані (електричні мережі , радіоканали, світловоди лазерні проміні та ін.)

Приймач інформації - кінцевий пристрій в якому саме й відбувається обробка інформації.

Вся інформація зберігається на носіях інформації де вона записується і списується.

Носії інформації можуть бути : магнітні, лазерні, паперові, електронні та ін. Для передачі інформації накладають один сигнал на інший, цей процес називається модуляцією. Сигнал на який накладається інформація зветься несуча, а сигнал , що накладається зветься інформаційним. Сигнали бувають:

• випадкові й детерміновані;

• неперервні й дискретні;

• низькочастотні й високочастотні, вузько смужні й широко смужні;

• кодовані, декодовані, посилені, дискретизовані та ін.;

• телеграфні, телефонні, радіолокаційні, лазерні, між машинні та внутрішньо машинні;

• потенціальні та імпульсні.

У інформатиці всі символи й слова, що описують різноманітні сигнали, переводять тільки на математичний вигляд, тобто опис проводять за допомогою різноманітних функцій, формул, графіків, законів розподілу ймовірностей.

Найбільш поширеними способами представлення сигналів є часовий, спектральний, статистичний. Але майже всі сигнали змінюються в часі. Ці сигнали описуються часовою функцією у(t) і бувають:

1. Неперервна функція неперервного аргументу в інтервалі часу 0 ≤ t ≤ t k (мал. 1.2.а).

2. Дискретна функція неперервного аргументу (мал.1.2.б). Значення , набуті функцією у(t), утворюють дискретний ряд чисел y i , де i = 1,2,… , k. Значення аргументу може бути будь – яким у заданому інтервалі часу 0 ≤ t ≤ t k. Перетворення неперервної функції у(t) в дискретну множину значень уi називається квантуванням за рівнем.

3. Неперервна функція дискретного аргументу (мал. 1.2 в). Значення функції у(t) визначаються тільки на дискретній множині часу t i , де i = 1,2,…k. Функція у(ti) може набувати будь – яких значень у заданому діапазоні. Перетворення функції у(t) неперервного аргументу t в функцію у(ti) дискретного аргументу ti називається дискретизацією ( квантуванням ) у часі.

4. Дискретна функція дискретного аргументу (мал. 1.2.г) . Значення, що приймаються функцією й аргументом, утворюють дискретні ряди чисел у0,у1,…,уk та t0, t1,…,tk.

Перший з розглянутих різновидів описує неперервні (аналогові) сигнали, другий і третій – дискретно – неперервні сигнали, а четвертий – чисто дискретні сигнали. Сумісне застосування дискретизації й квантування дозволяє перетворювати неперервну функцію в чисто дискретну.

* До дискретно – неперервних функцій відносять також часо – імпульсне представлення первинного сигналу у(t) прямокутними імпульсами з неперервним інформативним параметром ti / T , де ti – тривалість імпульсів, пропорційна значенню сигналу. Т – період повторення імпульсів (мал. 1.3.а)

* При число – імпульсному представленні (мал. 1.3.б) інформативним параметром є число імпульсів за період.

* У телеграфному зв’язку використовують імпульсно – кодове представлення символів. Так, у коді Бордо передачу символів реалізують послідовною посилкою в часі п’яти імпульсів різної полярності (мал. 1.3.в).

У цифровій схемотехніці використовують розрядно – цифрове кодування, в якому первинний сигнал представлений групою символів, які відображають значення цифр 0 і 1 двійкової системи числення електричними сигналами – імпульсами. Наявність імпульсу (5В) відповідає цифрі 1, відсутність – 0. Цифровий код може передаватись послідовно в часі (послідовний код) за допомогою одного каналу передачі (мал. 1.4а) або одночасно (паралельний код) за допомогою багатоканальної передачі (мал. 1.4.б). На практиці послідовний код використовують при передачі інформації на великі відстані, а паралельний код – при передачі інформації на малі відстані ( в середині системних блоків або ЕВМ).