Цифровая схемотехника. Обработка, хранение, передача информации

Объект
ИНФОРМАЦИЯ
Обработка
Хранение
Передача

Информация
Представление информации
Слово
Рисунок
Танец
Книга
Звук
Электрический сигнал
Жест

Аналоговая и цифровая информация
Рыбаки. Михаил Марченков
Аналоговый способ
Цифровой способ

Аналоговый способ
Достоинства
Близость к окружающему миру
Малая точность
Недостатки

Точность аналогового способа
Уровни сигналов задаются на области вещественных (действительных) чисел
В любой сколь угодно малой ε-окрестности от вещественного числа V найдется другое вещественное число.
Истинное (абсолютно точное) значение сигнала может исказиться под влиянием внешнего воздействия с исчезающе малой энергией!

Воздействие внешнего мира
Пример. Передача информации с помощью разности потенциалов.
Причина – утечки, внешние воздействия
(включая сглаз, как влияние с близкой к нулю энергией)
Vin никогда не будет равно Vout

Воздействие внешнего мира
Накопление ошибок.
Оригинал
1-я копия
2-я копия
3-я копия
4-я копия
100-я копия
Для сотой копии все равно какой был оригинал.
Будут сплошные шумы.

Воздействие внутренних процессов
Дрейф.
Динамика размеров пойманной рыбы по воспоминаниям самого рыбака.
Через год
Через 2 года
Через 3 года
Через 30 лет.
Он и сам верит!
Маленький но постоянный дрейф в размерах.
Никто не склонен преуменьшать свои заслуги.

Цифровой способ
Достоинства
Устойчивость к искажениям
Необходимость взвешивания-
аналого-цифрового преобразования
Недостатки
Любая точность
Языки (протоколы и пр.)

Цифровой способ представления информации.
Пример. Передача информации о пойманной рыбе.
Лампочка
Поймал – нажал кнопку. Лампочка загорелась.
Всего два уровня:
Не горит.
Горит.
Должно быть соглашение об уровнях сигнала.
(Нельзя на 12-вольтовую лампочку подавать 220 В)
Если используется автомобильная лампочка, то естественно выбрать следующее:
Transmitter
Receiver

Логические уровни.
Защитный промежуток
В нашем случае не может быть сигналов в диапазоне 3÷9 В.
Это принципиально!
Только помеха с достаточной энергией способна изменить сигнал с L на H (или наоборот).
Чем больше защитный промежуток – тем сильнее должна быть помеха.
ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ ОТЛИЧИЕ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ от АНАЛОГОВОЙ

Логические уровни. Поиск неисправностей.
Зная соглашение о логических уровнях можно начинать зарабатывать на ремонте цифровых устройств.
Логические уровни H
Логические уровни L
Короткие переходы
Уровни должны соответствовать соответствующим стандартным значениям.

Логические уровни. Поиск неисправностей.
Зная соглашение о логических уровнях можно начинать зарабатывать на ремонте цифровых устройств.
Неисправен источник
Неисправен приемник
Неисправна линия
Возможные причины

Запас помехоустойчивости
Плохой случай. Запаса помехоустойчивости нет.
Уровень выхода передатчика на пределе
Уровень на входе приемника вышел за пределы допустимого за счет небольшой помехи
Внешнее воздействие
Передача сигнала
Логические уровни источника
Логические уровни приемника

Запас помехоустойчивости.
Выходные логические уровни должны быть лучше допустимых входных значений.
Нормально.
Уровень выхода передатчика на пределе
Уровень на входе приемника в норме.
Внешнее воздействие
Передача сигнала

Запас по H
Запас по L
Пример – TTL уровни.
Запас помехоустойчивости.

Запас помехоустойчивости. Восстановление сигнала.
Деградация сигналов при прохождении по линии связи
Восстановление сигналов при прохождении через цифровое устройство

Обозначение логических уровней.
В «положительной» логике.
В «отрицательной» логике.
Мы всегда будем работать в «положительной» логике

Увеличение объема передаваемой информации.
Лампочка
Поймал – нажал кнопку. Лампочка загорелась.
Всего два уровня:
0 (не горит) - рыбы нет
1 (горит) - поймал
Этого мало. Хочется знать тип рыбы и размер.

Увеличение разрядности.
Нумерация с 0

Кодовая таблица.
24=16 сортов
28=256 значений веса
12 проводов
Все биты одинаково устойчивы к помехам
Всего
4096 строк
(комбинаций)

Параллельная шина.
Для передачи слова в N бит требуется один такт (интервал времени)
Для передачи слова в N бит требуется шина шириной в N линий + GND
Для каждого бита отводится свой личный провод
Нулевой провод или «земля» (GND – ground).
Приемник определяет напряжение на информационных линиях относительно GND

Последовательная шина.
Для передачи слова в N бит требуется N тактов
Для передачи требуется одна сигнальная линия + GND
Все биты передаются по одному проводу последовательно

Шестнадцатеричная форма записи двоичных слов
24=16 сортов
28=256 значений веса
12 проводов
Всего
4096 строк
(комбинаций)
Таблицу в 4096 строк надо еще умудриться заполнить без ошибок.
Проблема в человеческом восприятии длинных однообразных последовательностей.

Шестнадцатеричная форма записи двоичных слов
Рыбак поймал рыбу и передал:
110100011001
Посмотрите на это слово и запомните
Эксперимент

Шестнадцатеричная форма записи двоичных слов
Напишите по памяти.
Получилось?
Эксперимент

Шестнадцатеричная форма записи двоичных слов
Надо что то делать
1101 0001 1001
Тетрады
D
1
9
D19h
Признак шестнадцатеричной (гексагональной) системы представления
Так запомнить и записать без ошибок значительно проще
Словарь