Wykład 4

1. Wykład 4

2. Teoria informacji - nauka • źródło cyfrowe (dyskretne) – kodowanie źródła nazywane zagęszczaniem – może być stratne lub bezstratne • źródło analogowe – kompresja danych – jest zawsze stratna • szyfrowanie – zamaskowanie dla nieuprawnionego odbiorcy

3. dekoder źródła koder źródła NADAJNIK Źródło informacji Dekoder szyfrowania Koder kompresji Dekoder zagęszczania Strumień bitów Koder zagęszczania Dekoder kompresji Koder szyfrowania Zrekonstruowany sygnał Odbiornik Kanał

4. Oprócz kodowania i dekodowania źródła odbywa się również kodowanie i dekodowanie kanału dostosowanie szybkości przesyłu do pojemności kanału Jeśli kanały są analogowe to konieczna jest jeszcze modulacja i demodulacja

5. Źródło informacji analogowe Źródło informacji cyfrowe Informacja odebrana A Informacja odebrana D A A D Koder źródła Dekoder źródła D D Koder kanału Dekoder kanału D D Modulator Demodulator Kanał A A

6. Telekomunikacja analogowai cyfrowa

7. Projektowanie systemu teleinformatycznego • Znane są: źródło, kanał, użytkownik • Zadania projektanta: • pobranie sygnału informacyjnego • przetworzenie sygnału • przesłanie • wytworzenie estymaty sygnału • CENA!!! przystępna

8. Systemanalogowy (tradycyjna telekomunikacja) dużo prostszy – sygnały analogowe a więc tylko modulacja i demodulacja analogowa czyli: – przetworzenie sygnału analogowego na inny analogowy optymalny dla transmisji - – znalezienie jego charakterystykii dokonanie powierzchownej zmiany, by dopasować do kanału i potem odtworzyćz wystarczającą jakością

9. Systemy cyfrowe • Bloki funkcjonalne • koder-dekoder źródła • koder-dekoder kompresji • koder-dekoder zagęszczania • koder-dekoder szyfrowania • koder-dekoder kanału • modulator – demodulator (jeśli transmisja analogowa) Trudna realizacja tych etapów Bogactwo elektroniki –coraz tańsza

10. Zadanie projektanta systemu cyfrowego: • poszukiwanie skończonego zbioru sygnałów dopasowanych do charakterystyki kanału, by nie były wrażliwe na niedoskonałości kanału (szumy) • przestrzeganie standardów (protokołów)

11. Sieć teleinformatycznadefinicja - funkcjonowanie • Sieć to połączenie skończonej liczby węzłów (inteligentnych – przetworniki, komputery, procesory) • Rolą węzłów jest kierowanie danych • Do węzłów dołączone stacje • Komutacja kanałów międzywęzłowych stanowi o połączeniu dwóch stacji

12. Cechy sieci • Właściwy podział zasobów • Efektywność • Otwarcie technologiczne (możliwość rozbudowy wprowadzania nowych standardów technologicznych)

13. Komutacja • zestawienie połączenia międzywęzłowego między nadawcą i odbiorcą, • zestawienie musi zostać potwierdzone zanim rozpocznie się transmisja (niekiedy tylko na krótkim odcinku) • ważne prawidłowe wykorzystaniezasobówi pasma

14. Typy komutacji • Komutacja kanałów – przyznanie stałe zasobów – nawet jeśli brak przepływu informacji - synchroniczna • Komutacja pakietów – oszczędniejsze – na zasadzie zapotrzebowania - asynchroniczna

15. Pakiety • PAKIET – każda informacja zostaje podzielona na porcje – pakiety • pakiety są łączone u odbiorcy • dostosowanie do środowiska teleinformatycznego – przepływ informacji impulsowy

16. Sieci teleinformatyczne • Stacje są komputerami • Architektura warstwowa – hierarchia warstw zagnieżdżanych

17. Komutacja • Komutacja kanałów • Komutacja pakietów • Komutacja komunikatów

18. Komutacja kanałów - aby przenieść dane z jednego węzła sieci do drugiego, tworzone jest połączenie dedykowane między tymi systemami. Wszystkie dane przenoszone są tą samą drogą. Sieci tego typu są użyteczne przy dostarczaniu informacji, które muszą być odbierane w takiej kolejności, w jakiej zostały wysłane. Przykłady sieci korzystających z komutacji kanałów : • Analogowa linia telefoniczna • ATM - Asynchronous Transfer Mode • ISDN • Linia dzierżawiona • T1 (amerykański system telekomunikacyjny)

19. Komutacja pakietów - każda indywidualna pojedyncza ramka może iść inną ścieżką do miejsca przeznaczenia. Ramki mogą, lecz nie musząbyć odbierane w kolejności nadawania. Przykłady sieci korzystających z komutacji pakietów : • Ethernet • 100VG-ANYLAN • FDDI • Frame relay i X.25

20. Komutacja komunikatów Jeżeli na drodze informacji jest kilka urządzeń, to pierwsze urządzenie tworzy połączenie z następnym i przesyła całą wiadomość. Po zakończeniu transmisji, połączenie zostaje przerwane i drugie urządzenie powtarza cały proces. Choć wszystkie dane wędrują tą samą drogą, jedynie jedna część sieci jest wydzielonado dostarczania danych w określonym czasie.

21. Komutacja kanałów całość synchronicznie Komutacja pakietów pakiet1 …odstęp.. pakiet2 Komutacja komunikatów …odstęp.. całość synchronicznie całość synchronicznie

22. Podstawy techniki cyfrowej Technika cyfrowajest to technika wytwarzania, przesyłania i przetwarzania sygnałów cyfrowych; Stosowana: • w komputerach • przetwarzaniu i zapisie dźwięku i obrazu (cyfrowy magnetofon i gramofon, cyfrowa radiofonia i telewizja, cyfrowy aparat fotograficzny) • w telekomunikacji

23. Istota techniki cyfrowej Wytwarzanie cyfrowych sygnałów wyjściowych jako odpowiedzi na cyfrowe sygnały wejściowe Na przykład: Sumator przetwarza doprowadzone do wejść dwie liczby 16-bitowe na 16-bitową sumę tych liczb oraz bit przeniesienia.

24. Inne zadania: • porównaniedwóch liczb w celu sprawdzenia, któraz nich jest większa • porównanie zestawu sygnałów wejściowychzsygnałem pożądanym w celu sprawdzenia, czy podzespoły weszły w tryb normalnej pracy, • dołączenia do liczby "bitu parzystości" tak, aby całkowita liczba jedynek w reprezentacji liczby była parzysta, na przykład przed transmisją przez łącze; następnie parzystość może być sprawdzona przy odbiorze, co daje prostą kontrolępoprawności transmisji (CRC), • pobranie pewnych liczb binarnych i ich wyświetlenie,

25. Informacja może podlegać zmianom • powielanie - jest to zwielokrotnianie informacji; • tłumienie – ograniczanie rozprzestrzeniania się informacji; • zakłócenie - zmiana jakości przekazywanej informacji. • Możemy wyróżnić: • informację analogową (ciągłą); • informację dyskretną (cyfrową).

26. Informacja analogowa Umax U(t) Umax U = U (t) 0 t Zbiór wartości zmieniających się od 0 do Umax wy we Maszyna analogowa

27. Informacja cyfrowa (dyskretna) Umax U(t) Umax U = (U, 2U, 3U) U 0 t U – kwant wartości D D Maszyna cyfrowa D A A D d/a a/d

28. Informacja cyfrowa Słowo cyfrowe jest to dowolny ciąg znaków 0 lub 1 Informacją cyfrową nazywamy zbiór słów cyfrowych odzwierciedlających jakiś stan. Symbolika Długość słowa Nazwa a0 a3...a0 a7.....a0 a15.......a0 a31.........a0 a63...........a0 bit tetrada bajt słowo 16-bitowe, słowo dwusłowo słowo 64-bitowe, czterosłowo 1 4 8 16 32 64

29. Binarny system liczbowy • Binarny system liczbowy opiera się na liczbie 2 • System binarny (dwójkowy) oparty jest o cyfry 0 i 1; • Układ binarny nadaje się do odzwierciedlenia dwóch stanów z których „0” odpowiada stanowi niskiemu oznaczanemu w technice cyfrowej „L”, a stan „1” odpowiada stanowi wysokiemu „H”; • Stany te nadają się do reprezentowania dwóch stanów napięcia występującego w układach elektrycznych

30. Klasyfikacja sygnałów • analogowe: nieprzerwane w dziedzinie czasu i amplitudy • próbkowane: przerywane na osi czasu; na osi amplitudy przyjmują dowolną wartość • kwantowane: nieprzerwane w czasie; przyjmują ściśle określone poziomy amplitudowe • cyfrowe: dyskretne, czyli nieciągłe w czasie; nieciągłe w amplitudzie np. binarne (dwójkowe) czyli przyjmujące dwieokreślone wartości w określonych momentach (chwilach) czasowych; sygnał cyfrowy może mieć wartość amplitudy 0 [V](niski potencjał), bądź +U [V] (wysoki potencjał), konwencja sygnałowi 0 [V] przypisuje się cyfrę "0", sygnałowi +U [V] cyfrę "1" (konwencja dodatnia, pozytywna).

31. Układy logiczne • Dowolny układ logiczny może mieć n wejść i co najmniej jednowyjście. • Może realizować podstawowe, czy też bardziej złożone funkcje algebry Boole’a. • Niezależnie od konstrukcji wewnętrznej układu zależność pomiędzy stanem wyjścia układu, a stanami wejść można opisać: • za pomocą tablicy prawdy • analitycznie za pomocą wyrażenia algebraicznego wejścia wyjście Układ logiczny

32. Układy • układy kombinacyjne • układy sekwencyjne • układy asynchroniczne • układy synchroniczne

33. układem kombinacyjnym nazywamy taki układ cyfrowy, w którym stan wejść jednoznacznie określa stan wyjść układu • układem sekwencyjnym nazywamy taki układ cyfrowy, w którym stan wyjść zależy od stanu wejść oraz od poprzednich stanów układu. • układem asynchronicznym nazywamy taki układ cyfrowy, dla którego w dowolnym momencie jego działania stan wejść oddziałuje na stan wyjść. • układem synchronicznym nazywamy taki układ cyfrowy, dla którego stan wejść wpływa na stan wyjść w pewnych określonych odcinkach czasu zwanych czasem czynnym, natomiast w pozostałych odcinkach czasu zwanych czasem martwym stan wejść nie wpływa na stanwyjść.

34. Układykombinacyjne Sygnały (stany) wyjściowe są zdeterminowanymi funkcjamisygnałów (stanów) wejściowych. Wszystkie mogą być wykonane za pomocą urządzeń zwanych bramkami, które realizują działania algebry Boole`a w dziedzinie układów dwustanowych (binarnych). sumatory; komparatory; dekodery, kodery, transkodery;

35. Układysekwencyjne Klasa zagadnień, które nie mogą być rozwiązane przez utworzenie kombinacyjnych funkcji bieżących stanów wejść, lecz wymagają znajomości poprzednich stanów • Układy sekwencyjne • przerzutniki • rejestry • liczniki

36. Tablica prawdy przedstawia zależność pomiędzy stanem logicznym wyjścia układu logicznego, a stanem na wejściach tego układu Dla układu o n wejściach ma on 2n wierszy uwzględniających wszystkie możliwe kombinacje sygnałów wejściowych i odpowiadające im stany wyjścia (wejścia)

37. Typowe zadania sekwencyjne to: • zamiana szeregowego ciągu bitów (bity następują kolejno jeden po drugim) w równoległy zestaw bitów, • zliczaniejedynek w danej sekwencji, • rozpoznanie pewnego wzoru w sekwencji, • wytworzenie jednego impulsu dla np. co czwartego impulsu wejściowego.

38. Do realizacji wszystkich wymienionych zadań konieczne jest zastosowanie jakiejś pamięci cyfrowej. Podstawowym urządzeniem pamięciowym jest przerzutnik bistabilny (ang. flip flop lub bistable multivibrator) Zaczniemy od brameki układów kombinacyjnych...

39. SA SB + 5V - UB Bramka AND Y=A*B Wyjście bramki AND (czyli I) jest w stanie wysokim tylko wtedy, gdy obydwa wejścia są w stanie wysokim. Na przykład 8-wejściowa bramka AND będzie miała wyjściew stanie wysokim tylko wtedy, gdy wszystkie wejścia będą w stanie wysokim. Tablica prawdy

40. Bramka OR Y=A+B SA + 5V SB - UB • Wyjście bramki OR (czyli LUB) jest w stanie wysokim, jeżeli któreś z wejść (lub obydwa) jest w stanie wysokim • Narysowana bramka to 2-wejściowa bramka OR.W przypadku ogólnym bramki mogą mieć dowolną liczbę wejść • Typowy układ scalony • cztery bramki 2-wejściowe, • trzy bramki 3-wejściowe • lub dwie bramki 4-wejściowe Tablica prawdy

41. Inwerter (funkcja NOT) Zmiana stanu logicznego na przeciwny (negowaniem stanu logicznego). "bramka" o jednym wejściu Zapis – A’ lub A

42. + SA 5V - UB SB 5V SA SB UB NAND i NOR Funkcja NOT może być połączona z innymi funkcjami, tworząc NAND i NOR + Y=A+B - Z Y=A*B S

43. Exclusive-OR Exclusive-OR(XOR, czyli WYŁĄCZNE LUB) Wyjście bramki XOR jest w stanie wysokim, jeżeli jednoalbodrugie wejście jest w stanie wysokim (jest to zawsze funkcja dwóch zmiennych). Inaczej, wyjście jest w stanie wysokim, jeżeli stany wejść są różne

44. Multipleksery Multiplekser łączy wiele wejść z jednym wyjściem. W dowolnej chwili jedno z tych wejść jest wybrane jako połączenie z wyjściem

45. Przerzutniki (układy sekwencyjne!) Przerzutniki są elementami układów sekwencyjnych, których podstawowym zadaniem jest pamiętanie jednego bitu informacji Przerzutnik posiada co najmniej dwa wejścia i z reguły dwa wyjścia Typyprzerzutników: RS D JK T

46. Przerzutnik RS 2 bramki NAND

48. R Q wejściainformacyjne/programujące zegar wyjścia Q S Synchronizowany przerzutnik R-S NOR Synchronizowany przerzutnikR-S, w którym stany z wejścia są doprowadzane do bramek NOR tylko podczas trwania impulsu zegarowego NOR inne typy przerzutników: JK, D

49. Zastosowanie XOR: równoległe konwertery kodów z kodu binarnego na kod Gray’a Wejście Wyjście itd. kolejne liczby różni tylko jedna pozycja (jeden bit)

50. Zamiana zkodu Gray’a na binarny Y1=A1 Y2= Y3= Y4= Wyrażenie algebraiczne schemat