Technologia Informacyjna

Wykład

dr inż. Wojciech Chlewicki

Zakład Podstaw Informatyki

ul. Sikorskiego 13

[e-mail]

MATLAB - wprowadzenie

http://www.mathworks.com/

Programowanie w

MATLABIE

skrypty i funkcje

• Skrypty nie pobierają zmiennych

zewnętrznych. Operują na
zmiennych globalnych. Po
wykonaniu skryptu zmienne
pozostają w przestrzeni roboczej.

Programowanie w

MATLABIE

skrypty i funkcje

• Funkcje mogą pobierać i zwracać

zmienne. Operują na zmiennych
lokalnych, które po wykonaniu
funkcji zostają usunięte z
przestrzeni roboczej.

Edycja M-pliku

• edit nazwa pliku - tworzenie i

edycja programu lub funkcji

• type nazwa pliku - wyświetl

program w oknie poleceń

Edycja prostego M-pliku

a=hex2dec(‘3FFF’);
b=hex2dec(‘1A’);
a+b

Wywołanie skryptu w oknie komend

>> nazwapliku

Prosty wykres

t=1:20;
y=sin(t);
plot(y);

Drugi wykres w tym

samym oknie

t=1:20;
y=sin(t);
plot(y);

hold on;
z=cos(t);
plot(z,’r’);

Generacja liczb w danym

zakresie

t=0:0.1:2*pi;

y=sin(t);
plot(y);
hold on;
z=cos(t);
plot(z,’r’);

Wykres słupkowy

t=0:0.1:2*pi;
y=sin(t);
plot(y);
hold on;
z=cos(t);

bar(z,’r’);

Otwieranie okienka

wykresu

t=0:0.1:2*pi;
y=sin(t);

figure(1);

plot(y);
z=cos(t);

figure(2);

plot(z,’r’);

Podwykresy

% Komentarz
t=0:0.1:2*pi;
y=sin(t);

subplot(2,1,1);

plot(y);
z=cos(t);

subplot(2,1,2);

plot(z,’r’);

System Informacyjny

Ogólny Schemat Systemu Informacyjnego

Przetwornik

wejściowy

Nadajnik

Kanał

transmisyjny

Odbiornik

Przetwornik

wyjściowy

Zakłócenia

Błędy przetwarzania

Zniekształcenia sygnału

Reprezentacja oraz

kwantyfikacja informacji

• Wierność odtworzenia

- miara

różnicy pomiędzy oryginalną a
odtworzoną formą sygnału

• Zawartość informacji

-

nieformalna definicja „czy sygnał
przekazał to co dla nas istotne i
pominął to co nieistotne”

Podstawowe parametry sygnałów
przenoszących informacje

Informacja Analogowa a

Informacja Cyfrowa

Przesunięcie w kierunku

cyfrowych technologii

informacyjnych

• Nowy system umożliwia jakąś nową

możliwość lub ma znacznie lepsze

właściwości

• Koszt nowego systemu jest rozsądnie

niższy od systemu przez niego

wypieranego

Powody wyparcia starej technologii
poprzez nową:

Przykład: wyparcie płyty winylowej przez
płytę CD

Wymagania stawiane

technikom reprezentacji

informacji

• Technika powinna umożliwiać

unikalną

reprezentację informacji

• Technika powinna być

standaryzowana

aby mogła być

użyteczna przy przesyłaniu liczb,
znaków, grafiki, dźwięku itd.

• Technika powinna być

kompatybilna

z niedrogim rzetelnym sprzętem do
przechowywania informacji

Potrzeba odpowiedniego

kodu

Rzetelne przetwarzanie informacji
zależy od tolerancji błędu.
Tolerancja błędu dotyczy zarówno
przechowywania, transmisji jak i
przetwarzania informacji.

Alfabet jako przykład

użytecznego kodu

reprezentującego

informację

Chiński

Polski

zbiórka, spotkanie, spotkać się dobry, dobrze

nauka,wiedza, szkoła

Litery alfabetu polskiego przekazują mniej
informacji. łatwiej jest odróżnć jedną literę od
drugiej, a zatem mniejsze jest ryzyko błędnej
interpretacji.

Podstawy Reprezentacji

Dwójkowej

BIT (Binary digit) - podstawa

Słowo bitowe

Słowo bitowe

Słowo dwubitowe ma cztery stany
Przykład: Reprezentacja kierunków

•00 Północ

•01 Zachód

•10 Wschód

•11 Południe

Słowo trzy bitowe ma osiem stanów.

Słowo n bitowe ma 2

n

stanów.

Reprezentacja binarna a

przechowywanie

informacji

Dysk magnetyczny - obszar dysku zwany
domeną może być namagnetyzowany
dodatnio lub ujemnie co reprezentuje „0”
lub „1”.

Dysk optyczny (CD) - wzór gładkich i
wypalonych obszarów reprezentuje
kombinacje bitów.

Reprezentacja binarna a

przesyłanie informacji

Nadajnik

Kanał

transmisyjny

Odbiornik

Szum

Reprezentacja binarna a

przetwarzanie informacji

Dwa stany elektronicznego przełącznika.

Tranzystor pracujący jako klucz.

Każdy mikroprocesor zawiera zintegrowane tranzystory.

Reprezentacja liczb

całkowitych

Słowo n-bitowe pozwala na rozróżnienie 2

n

stanów.

Zatem słowo 16-nasto bitowe pozwala na
reprezentację każdej liczby całkowitej od 1
do 65536 lub (od 0 do 65535).

Jeśli chcemy również rozróżniać znak
(liczby dodatnie i ujemne) wtedy możemy
reprezentować liczby całkowite od -32,768
do 32,767.

Reprezentacja liczb

całkowitych

Użycie notacji zmiennoprzecinkowej.

Liczba 62,000,000,000,000,000 wymaga 56
bitów przy standardowej reprezentacji liczb
całkowitych.

W przypadku notacji naukowej zapisujemy
62 razy 10

15

. Liczby 62 oraz 15 potrzebują

odpowiednio 6 oraz 4 bity.

Ten typ reprezentacji jest bardziej
kompaktowy i pozwala na reprezentację
znacznie większych liczb.

Reprezentacja BCD

Kod BCD - binary to decimal

Przykładowo zapis liczby 749 to 0111 0100 1001

Cyfra Reprezentacja BCD

Bitowa reprezentacja

tekstu

Kod ASCII - American standard Code for
Information Interchange

Elementy reprezentowane przez kod
ASCII:

• cyfry

• litery wielkie i małe

• specjalne symbole takie jak @, $, *, &, i
%

• standardowe komendy dla drukarki:
koniec linii, przesuw wózka itp.

Bitowa reprezentacja

tekstu

Tekst:
Ala ma kota

ASCII:

1000001 1101100 1100001 0100000 1101101 1100001 0100000 110101

Kod szesnastkowy:

41 6c 61 20 6d 61 20 6b

Kod ósemkowy

(oktalny)

Kod szesnastkowy

(heksadecymalny)

Reprezentacja zmiennych

w czasie

Długość słowa bitowego a

dokładność

Załóżmy potrzebę zakodowania zakresu temperatury od 10 do 40
stopni Celsjusza.

Przy słowie 3-bitowym
2

3

= 8 Precyzja: (40 - 10) / 8 = 3,75

o

C

Przy słowie 8-bitowym
2

8

= 256 Precyzja: (40 - 10) / 256 = 0.1172

o

C

Precyzja: ile mamy bitów.
Dokładność: jak poprawne są nasze dane.

Próbkowanie i

kwantyzacja sygnału

Źródło: http://cnx.org/content/m13045/latest/

Próbkowanie sygnału

Twierdzenie Shannona

Fs > 2 Fg

gdzie Fs jest częstotliwością
próbkowania sygnału użytecznego, a
Fg to najwyższa harmoniczna
(sinusoida) w jego widmie.

Reprezentacja fali

dźwiękowej

Przy jakości CD: fs = 44,100 kHz, precyzja 16 bitów.

Reprezentacja fali

dźwiękowej

Ilość bitów potrzebna do zakodowania 1
sekundy muzyki przy jakości CD:

fs = 44,100 kHz, precyzja 16 bitów, 2
kanały

44100 x 16 x 2 = 1 411 200 bitów

Próbkowanie i

kwantyzacja sygnału

Sposoby redukcji szumu

kwantyzacji bez

zwiększania rozmiaru

słowa kluczowego

• przetworniki analogowo-cyfrowe o

logarytmicznej charakterystyce
napięcie/wartość bitowa

Zmiana częstotliwości

próbkowania

Fs=8194 Hz

Fs = 2000 Hz

Reprezentacja binarna -

podsumowanie

• gwarantuje

unikalność

• standaryzowana

- użyteczna przy przesyłaniu

liczb, znaków, grafiki, dźwięku itd.

• kompatybilna

z niedrogim rzetelnym

sprzętem do przechowywania informacji