Prezentacja informacji. Informacja analogowa i cyfrowa. Sygnały analogowe oraz cyfrowe. Informacja cyfrowa. Formaty liczbowe.

Prezentacja informacji

Nośnikiem informacji umożliwiającym jej przesyłanie na odległość jest sygnał. Może mieć on postać umownego znaku lub przebiegu wielkości fizycznej. Informacja może być przesyłana za pomocą sygnałów wytworzonych przez elektryczność, fale radiowe lub światło.

Jednostką miary częstotliwości sygnału sinusoidalnego jest herc (Hz), pochodzący od nazwiska fizyka Henricha Hertza, który odkrył i wytworzył fale radiowe. Częstotliwość wyrażona w hercach wskazuje liczbę zmian pola elektromagnetycznego sygnału (lub zmian tego sygnału) transmitowanego w ciągu 1 sekundy. W telekomunikacji znalazły głównie zastosowanie fale o częstotliwości mierzonej w KHz, MHz lub GHz (ostatnio THz dla fal optycznych).

Rodzaje sygnałów:

• Elektryczne - zmieniające się napięcie lub natężenie prądu

• Akustyczne - zmieniające się częstotliwość dźwięk

• Optyczne - zmieniające się natężenie lub barwa światła

Podział pod względem przesyłanych informacji:

• analogowe (ciągłe) - wiadomość może przyjmować dowolne wartości ze zbioru nieskończenie wielu wartości.

• dyskretne (nieciągłe) - wielkość może przyjmować tylko określone wartości ze skończonego ich zbioru, np. zakodowane w postaci cyfr (sygnał cyfrowy), najczęściej zer i jedynek (sygnał binarny).

Sygnał analogowy jest zdefiniowany jako funkcja ciągła argumentu ciągłego x(t). Dziedzina i zbiór wartości tego sygnału to wartości ciągłe. Sygnały występujące w naturze są najczęściej sygnałami analogowymi (np. sygnały obrazu i dźwięku).

Transmisja analogowa jest formą rozchodzenia się sinusoidalnej fali o określonej częstotliwości, amplitudzie i fazie. Informacje w postaci analogowej mogą być proste lub złożone.

• Przebiegi proste mają mocno wyróżnioną jedną częstotliwość (dźwięk jednego klawisza pianina)i niewielki lub żaden zestaw harmonicznych.

• Złożone przebiegi analogowe, takie jak głos człowieka czy dźwięk orkiestry, składają się z wielu częstotliwości o różnym natężeniu.

Głos, obraz, dane, a także inne rodzaje informacji mogą być bardziej efektywnie przesyłane przez przedstawienie ich w formie zbioru wartości binarnych i transmitowanie tych wartości w postaci impulsów elektrycznych.

Proces zamiany przebiegów ciągłych (analogowych) na informacje cyfrowe (dyskretne), które mogą być przetwarzane komputerowo, nazywa się konwersją analogowo-cyfrową. W procesie konwersji sygnał analogowy jest próbkowany w regularnych odstępach czasu, a zmierzone wartości próbek zakodowane w postaci binarnej odpowiadają amplitudzie sygnału analogowego. Dokładność odwzorowania zależy od liczby bitów wykorzystanych do wyrażenia wartości binarnej oraz częstotliwości próbkowania.

Transmisje cyfrowe cechują się większym stopniem niezawodności niż analogowe, zwłaszcza na dłuższych dystansach. Jeśli zachodzi potrzeba wzmocnienia sygnału, sygnał jest regenerowany cyfrowo bez wzmacniania zniekształceń, co jest zasadniczą zaletą przekazów cyfrowych używanych w telekomunikacji.

Sygnał cyfrowy powstaje z połączenia dyskretyzacji i kwantowania. Dziedzina i zbiór wartości tego sygnału to wartości dyskretne.

Numery poziomów kwantowania zapisuje się w kodzie dwójkowym (binarnym, zero-jedynkowym). Próbka sygnału o wartości z danego przedziału kwantowania zostaje zapisana w kodzie dwójkowym. Ciąg próbek zastaje zamieniony na ciąg zero-jedynkowy. Próbki o indeksach 0 i 1 mają wartości wpadające do pierwszego przedziału i zostały zakodowane jako 00, 00. Próbka o indeksie 2 ma wartość wpadającą do drugiego przedziału i została zakodowana jako 01, itd. Jeżeli 0 przedstawimy jako brak impulsu, a 1 przedstawimy jako impuls prostokątny, to tak przedstawiony sygnał cyfrowy nazywa się sygnałem PCM (Pulse Coded Modulation).

W technice cyfrowej sygnał cyfrowy to odpowiedni poziom napięcia elektrycznego reprezentującego jedną z dwóch wartości logicznych: 0 lub 1, zgodnie z teorią algebr Boole'a.

Formaty liczbowe.

Ze względu na sposób zapisu wartości liczbowej, wyróżnia się literały liczbowe:

• całkowitoliczbowe

• stałopozycyjne (nazywane także liczbami rzeczywistymi dziesiętnymi, stałoprzecinkowe, kod uzupełnienia do dwóch U2 , gdzie MSB to +/-)

• zmiennopozycyjne (nazywane także liczbami rzeczywistymi lub wykładniczymi, zmiennoprzecinkowe, 32 bity float, 64 bity double).

Ponadto w zależności od podstawy systemu liczbowego, literał może być liczbą:

• dwójkową (bin)

• ósemkową (oct)

• dziesiętną (dec)

• szesnastkową (hex)

• inną (przy systemie o innej, dowolnej podstawie).