Базовые понятия и принципы организации

Часть I. Аппаратное обеспечение ЭВМ

1.1.1 Аналоговые и цифровые сообщения

Любая форма человеческой деятельности, любой процесс функционирования технического объекта связаны с передачей и преобразованием информации. Наука, изучающая эти процессы, называется кибернетикой. Рассматривая только технические проблемы представления, передачи, хранения и преобразования информации, мы называем эту часть кибернетики информатикой, а её методы и средства - информационными технологиями. Информация, воплощенная и зафиксированная в некоторой материальной форме, называется сообщением.

Сообщения подразделяются на:

· Аналоговые (непрерывные) – физическая величина (электрического ток, напряжение, температура и др.), изменения которой отражают протекание рассматриваемого процесса.

· Цифровые (дискретные) - составлены из конечного набора элементов одной природы, например, электрические импульсы. Передача и обработка дискретных сообщений сводятся к работе с числовой информацией.

Вычислительные машины делятся на 3 категории:

а) цифровые (ЦВМ)

Цифровые вычислительные машины - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной (цифровой) форме.

Их преимущества заключаются в возможности восприятия и обработки сообщений любого типа (универсальность) и наличии памяти для больших объемов информации.

б) аналоговые (АВМ)

Аналоговые вычислительные машины преобразуют непрерывные сигналы электрического тока, которые могут принимать любые значения в некотором диапазоне и изменяться в произвольные моменты времени. Скорость решения задач очень высока и изменяется по желанию оператора. Однако точность решения задач относительно низка, а оперативная память для данных достаточного объема отсутствует.

в) гибридные (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, совмещают достоинства АВМ и ЦВМ.

Возможность обработки непрерывных сообщений на ЦВМ обеспечивается процедурами квантование сигнала по времени и уровню.

Следующий рисунок иллюстрирует принципиальную возможность замены непрерывных сообщений об уровне напряжения U последовательностью дискретных (числовых) сообщений.

Рисунок 1.1.1 – Переход от аналогового к цифровому сообщению

Процедура квантования по уровню заключается в разбиении диапазона изменения напряжения на равные интервалы. Аналогично разбивается шкала времени. Для кодирования дискретным сообщением тремя двоичными разрядами имеем следующее ряд чисел: 000, 001, 001, 010, 011, 101, 110. При более «тонком» разбиении имеем кодирование 4-мя разрядами в виде ряда: 0000, 0001, 0010, 0100, 0110, 1010, 1011. При сравнении этих рядов сообщений очевидно увеличение точности описания с увеличением разрядности. Повышение качества представления непрерывных сообщений дискретными происходит и благодаря более частому квантованию оси времени. Постоянно растущая мощность цифровых машин как раз и определяется увеличением разрядности машинного слова и повышением тактовой частоты (быстродействия). Таким образом, повсеместное внедрение цифровой техники для обработки аудио- и видео - информации связано с достижением ею определенного уровня производительности.