Обновлено: 21.11.2024

Цифровые данные с аналоговыми сигналами

При амплитудной манипуляции амплитуда несущей изменяется между дискретными уровнями (обычно двумя) в соответствии с цифровыми данными. Типичный сигнал ASK может выглядеть так: Рисунок 2. Сигнал BASK.

Передаваемые цифровые данные представляют собой двоичное число 1011. Для непосредственного представления данных используются две амплитуды: 0 или 1. В этом случае модуляция называется бинарной амплитудной манипуляцией или BASK. Сигнал делится на четыре импульса одинаковой длительности, которые представляют собой биты цифровых данных. Количество битов, используемых для каждого символа, зависит от системы, но обычно равно восьми, семь из которых представляют 128 возможных символов, последний бит используется для проверки на наличие ошибок и объясняется в конце этой главы.< /p>

При частотной манипуляции несущая частота изменяется между дискретными значениями. Если используются только две частоты, это будет называться BFSK для двоичной частотной манипуляции. На этом рисунке представлены те же данные, 1011.

Рисунок 3. Сигнал BFSK.

Фаза несущей волны в начале импульса изменяется между дискретными значениями. Этот конкретный случай представляет собой тот же код, показанный выше, но в BPSK.

Рисунок 4. Сигнал BPSK.

M-арная частотная/фазовая манипуляция

При двоичной манипуляции сдвига было только два варианта выбора параметра несущей волны, который менялся в соответствии с цифровыми данными. В BASK есть две возможности для амплитуды, которые соответствуют нулю и единице. Аналогично для BFSK и BPSK. Это хорошо согласуется с двоичной системой счисления, которая также использует две возможности для каждого бита, 0 и 1. Можно увеличить скорость передачи данных, поместив больше вариантов выбора в каждый бит. Как и пример, 4-арная (или четвертичная PSK) использует четыре разных фазы: 0, 90, 180 и 270 градусов. Это дает четыре возможных значения для каждого импульса, соответствующие двум независимым потокам (каналам) данных. Аналогично, 16-ричная ЧМн может передавать данные по четырем каналам одновременно.

Амплитудно-фазовая манипуляция

В этом процессе используются комбинации амплитудной и фазовой манипуляции. Например, если мы используем вместе два уровня амплитуды и два уровня фазы, всего будет четыре возможности. Это используется для одновременной передачи двух независимых каналов цифровых данных. Этот конкретный случай называется квадратурной AM или четверичной PSK. Они идентичны, хотя на этом уровне это может быть неочевидно. Из-за эквивалентности основной процесс называется амплитудно-фазовой манипуляцией. Этот процесс может быть распространен на большее число возможностей. Полностью общий термин — M-ary APK, в котором не указывается, какой параметр имеет какое количество возможностей. 16-АПК может иметь 2 амплитуды и 8 фаз или по 4, это не имеет большого значения. В результате увеличивается количество отдельных каналов, которые можно отправлять одновременно. Если M обозначает количество возможных комбинаций из M-арной системы APK, то количество каналов цифровых данных, которые могут передаваться одновременно, определяется как N = Log 2 M.

Емкость

Все эти методы, использующие последовательность равноотстоящих импульсов для модуляции несущей волны, имеют одинаковую полосу пропускания. Ширина полосы определяется длительностью каждого импульса, обозначаемой как t d . Общий результат состоит в том, что минимальная полоса пропускания, необходимая для создания этого импульса, W, определяется соотношением W 1/(2 t d )

Учитывая конкретное ограничение полосы пропускания, можно определить скорость, с которой могут передаваться данные. Если полоса пропускания равна W (в Гц) и тип модуляции М-ричный, скорость, с которой могут передаваться данные, выраженная в битах в секунду (также известная как скорость передачи данных), R, определяется как: R = W Логарифм 2 М

Судя по всему, принцип бесплатного обеда (то есть его нет) был нарушен. При той же полосе пропускания, которая определяется длительностью импульса, скорость передачи данных может быть увеличена за счет использования более высокого типа М-арной модуляции. Как вы можете подозревать, это не будет успешным до бесконечности. В конечном счете, увеличение битового содержания каждого импульса приводит к снижению отношения сигнал/шум. Чтобы проиллюстрировать это, можно рассмотреть M-арную FSK. Начиная с BFSK, полоса пропускания ограничивает разницу между двумя частотами. Если тот же интервал далее разделить для получения 16-ричной ЧМн, разница между любыми двумя соседними частотами будет уменьшена на 1/16, что затруднит их различение (особенно в присутствии шума). Количественно это выражается в уменьшении отношения сигнал/шум. Это верно и для всех других М-ичных систем. Продолжительная работа системы приведет к низкому SNR, что приведет к увеличению частоты ошибок Вероятность ошибки как SNR

Очевидно, что скорость передачи данных нельзя увеличивать до бесконечности без ущерба для производительности.Этот результат выражается в законе Хартли-Шеннона для пропускной способности: C = R Log (1 + S/N)

Телевидение высокой четкости (HDTV) по-прежнему будет использовать канал 6 МГц, используемый для вещательного телевидения. Используя 16-QAM и S/N 6,0, они могут передавать 6 x 4 x Log (7) = 20,3 Мбит/с цифровых данных в одном и том же диапазоне 6 МГц.

Минимальная Shift Keying (MSK)

Это метод, используемый для определения минимальной полосы пропускания сигнала для определенного метода (обычно FSK). В BFSK, если две частоты выбраны недостаточно далеко друг от друга, становится невозможным различить два уровня. Условие разности частот D f MSK , при котором можно точно определить два уровня, заключается в следующем: D f MSK = 1/(4 t d )

где t d — длительность импульса, как обсуждалось ранее. MSK считается наиболее эффективным способом использования данной полосы пропускания. Это максимизирует надежность (которая связана с отношением сигнал/шум) в пределах заданной полосы пропускания.

Аналоговые данные с цифровыми сигналами

<ПР>

Выполняйте измерения с регулярными интервалами выборки и

Преобразуйте значение измерения в двоичный код.

Выборка

Амплитуда сигнала измеряется через равные промежутки времени. Интервал обозначается как t s и называется интервалом выборки. Интервал выборки должен быть выбран достаточно коротким, чтобы сигнал не сильно менялся между измерениями. Частота дискретизации, обратная интервалу дискретизации, должна более чем в два раза превышать самую высокую частотную составляющую сигнала, который дискретизируется. Эта частота дискретизации известна как частота Найквиста. Если вы сэмплируете с более низкой частотой, вы рискуете упустить некоторую информацию, известную как алиасинг. Рис. 5. Цифровая выборка.

Кодирование

Пример: компакт-диск.

Аудио компакт-диск хранит аналоговую информацию (музыку) в виде цифрового сигнала. Амплитуда музыки сэмплируется с высокой скоростью, около 41 000 семплов в секунду. Самый высокочастотный компонент любого звукового сигнала составляет 20 кГц. Следовательно, частота Найквиста составляет 40 кГц, что объясняет причину частоты дискретизации 41 000 выборок в секунду. Каждой выборке дается двоичное представление с использованием 16 битов, что дает более 65 000 возможных значений амплитуды выборки в любой момент времени. Сигнал может принимать значение от 1 до 65 000 в условных единицах (обычно напряжение). Мощность, равная квадрату напряжения, может составлять от 1 до 4,3 х 10 9 единиц. Это изменение мощности называется динамическим диапазоном и выражается в децибелах. Если мы переведем 4,3 x 10 9 в децибелы, динамический диапазон составит 96 дБ.

Цифровой — цифровой

Мы уже обсуждали, как компьютеры используют двоичную систему счисления для выполнения операций. В своей простейшей форме цифровые данные представляют собой набор нулей и единиц, где значение в любой момент времени называется битом. Чтобы два цифровых пользователя (например, компьютеры) могли общаться, должно быть соглашение об используемом формате. Существует несколько различных способов форматирования двоичного числа. Это называется импульсно-кодовой модуляцией или ИКМ. Самый простой формат PCM обозначается как NRZ-L для невозврата к нулевому уровню. В этом формате уровень непосредственно представляет собой двоичное значение: низкий уровень = 0, высокий уровень = 1. Рисунок 6. Формат NRZ-L PCM.

Контрольная сумма четности

Возможна ошибка в процессе передачи. Одним из способов повышения надежности передаваемых сигналов ИКМ является добавление бита контрольной суммы к каждому фрагменту данных. Например, в восьмибитном байте семь бит могут использоваться для данных, а последний зарезервирован для бита контрольной суммы. В одном методе бит контрольной суммы определяется по четности (что означает четное или нечетное число). К четным контрольным суммам добавляется 0 или 1, чтобы сделать общее количество единиц (включая контрольную сумму) четным. При нечетной четности добавляется 0 или 1, чтобы сделать общее количество единиц нечетным.

Пример: семибитное поле данных 0100111, в котором уже есть четное количество единиц. При четной четности в качестве контрольной суммы будет добавлен 0, чтобы получить 01001110.

Аналоговые и цифровые сигналы используются для передачи информации, обычно посредством электрических сигналов. В обеих этих технологиях информация, такая как любое аудио или видео, преобразуется в электрические сигналы. Разница между аналоговыми и цифровыми технологиями заключается в том, что в аналоговых технологиях информация преобразуется в электрические импульсы различной амплитуды. В цифровых технологиях информация преобразуется в двоичный формат (ноль или единица), где каждый бит соответствует двум различным амплитудам.

Сравнительная таблица

Сравнительная таблица аналогового и цифрового сигналов < td >Использует дискретные или дискретные значения для представления информации< /таблица>

Определения аналоговых и цифровых сигналов

Аналоговый сигнал — это любой непрерывный сигнал, для которого изменяющаяся во времени характеристика (переменная) сигнала является представлением некоторой другой изменяющейся во времени величины, т. е. аналогично другому изменяющемуся во времени сигналу. Он отличается от цифрового сигнала небольшими значимыми колебаниями сигнала.

Цифровой сигнал использует дискретные (прерывистые) значения. Напротив, нецифровые (или аналоговые) системы используют непрерывный диапазон значений для представления информации. Хотя цифровые представления являются дискретными, представляемая информация может быть либо дискретной, например числами или буквами, либо непрерывной, например звуками, изображениями и другими измерениями непрерывных систем.

Свойства цифровых и аналоговых сигналов

Цифровая информация обладает определенными свойствами, которые отличают ее от аналоговых методов передачи. К ним относятся

• Синхронизация. В цифровой связи для определения синхронизации используются определенные последовательности синхронизации.
• Язык. Для цифровой связи требуется язык, которым должны владеть как отправитель, так и получатель, и который должен определять значение последовательностей символов.
• Ошибки – помехи в аналоговой связи вызывают ошибки в фактической предполагаемой связи, но помехи в цифровой связи не вызывают ошибок, обеспечивающих безошибочную связь. Ошибки должны иметь возможность заменять, вставлять или удалять символы для выражения.
• Копирование – копии аналоговых сообщений по качеству не так хороши, как их оригиналы, в то время как благодаря безошибочной цифровой связи копии можно делать неограниченное количество раз.
• Дробность. Для непрерывно изменяющегося аналогового значения, которое должно быть представлено в цифровой форме, возникает ошибка квантования, которая представляет собой разницу в фактическом аналоговом значении и цифровом представлении, и это свойство цифровой связи известно как гранулярность.

Различия в использовании оборудования

Многие устройства оснащены встроенными средствами перевода с аналогового на цифровой. Микрофоны и динамик — прекрасные примеры аналоговых устройств. Аналоговая технология дешевле, но существует ограничение на размер данных, которые могут быть переданы в данный момент времени.

Цифровые технологии произвели революцию в работе большинства устройств. Данные преобразуются в двоичный код, а затем снова собираются в исходную форму в точке приема. Поскольку ими можно легко манипулировать, он предлагает более широкий спектр возможностей. Цифровое оборудование дороже аналогового.

Сравнение аналогового и цифрового качества

Цифровые устройства преобразуют и повторно собирают данные, и в процессе этого качество более подвержено потере качества по сравнению с аналоговыми устройствами. Развитие компьютеров позволило использовать методы обнаружения и исправления ошибок для искусственного устранения помех из цифровых сигналов и повышения качества.

Различия в приложениях

Цифровые технологии оказались наиболее эффективными в сфере мобильных телефонов. Аналоговые телефоны стали ненужными, хотя чистота и качество звука были хорошими.

Аналоговые технологии включают в себя естественные сигналы, такие как человеческая речь. С помощью цифровых технологий эта человеческая речь может быть сохранена и сохранена в компьютере. Таким образом, цифровые технологии открывают горизонт для бесконечных возможностей использования.

Аналоговая и цифровая музыка

В этом видео сравниваются аналоговая (виниловая) и цифровая версии "Dark Side of the Moon" группы Pink Floyd.

Сигнал – это электромагнитный или электрический ток, используемый для передачи данных из одной системы или сети в другую. Сигнал — это функция, передающая информацию о явлении.

В электронике и телекоммуникациях это относится к любому изменяющемуся во времени напряжению, которое представляет собой электромагнитную волну, несущую информацию. Сигнал также можно определить как наблюдаемое изменение качества, например количества. Существует два основных типа сигналов: аналоговый сигнал и цифровой сигнал.

В этом учебном пособии вы узнаете:

Что такое аналоговый сигнал?

Аналоговый сигнал — это непрерывный сигнал, в котором одна изменяющаяся во времени величина представляет другую переменную, зависящую от времени. Такие сигналы работают с физическими величинами и природными явлениями, такими как землетрясение, частота, извержение вулкана, скорость ветра, вес, освещение и т. д.

Что такое цифровой сигнал?

Цифровой сигнал — это сигнал, который используется для представления данных в виде последовательности отдельных значений в любой момент времени. Он может принимать только одно из фиксированного числа значений. Этот тип сигнала представляет собой действительное число в пределах постоянного диапазона значений. Теперь давайте узнаем некоторые ключевые различия между цифровыми и аналоговыми сигналами.

КЛЮЧЕВЫЕ ОТЛИЧИЯ:

• Аналоговый сигнал – это непрерывный сигнал, тогда как цифровые – сигналы, разделенные по времени.
• Аналоговый сигнал обозначается синусоидой, а сигнал прямоугольной формы.
• Аналоговый сигнал использует непрерывный диапазон значений, которые помогают вам представлять информацию, с другой стороны, цифровой сигнал использует дискретные 0 и 1 для представления информации.
• Сравнивая цифровые и аналоговые сигналы, полоса пропускания аналогового сигнала мала, а полоса пропускания цифрового сигнала велика.
• Аналоговые инструменты дают значительные ошибки наблюдений, тогда как цифровые инструменты никогда не приводят к каким-либо ошибкам наблюдений.
• Аналоговое оборудование никогда не предлагает гибкой реализации, но цифровое оборудование обеспечивает гибкость реализации.
• Сравнивая аналоговый и цифровой сигналы, аналоговые сигналы подходят для передачи аудио и видео, а цифровые сигналы подходят для вычислений и цифровой электроники.

Характеристики аналогового сигнала

Вот основные характеристики аналогового сигнала

• Эти типы электронных сигналов изменяются во времени.
• Минимальное и максимальное значения, которые могут быть положительными или отрицательными.
• Он может быть периодическим или непериодическим.
• Аналоговый сигнал работает с непрерывными данными.
• Точность аналогового сигнала невысока по сравнению с цифровым сигналом.
• Он помогает измерять естественные или физические значения.
• Форма вывода аналогового сигнала похожа на кривую, линию или график, поэтому она может быть не всем понятна.

Характеристики цифровых сигналов

Вот основные характеристики цифровых сигналов

• Цифровые сигналы представляют собой сигналы, разделенные во времени.
• Электронные сигналы такого типа лучше обрабатываются и передаются по сравнению с аналоговыми сигналами.
• Цифровые сигналы универсальны, поэтому они широко используются.
• Точность цифрового сигнала выше, чем у аналогового сигнала.

Разница между аналоговым и цифровым сигналом

Важное различие между аналоговой и цифровой передачей:

Кэмпбелл-Келли, Мартин и Уильям Эспрей. 1996. Компьютер: история информационной машины, Нью-Йорк: Basic Books.

Федеральный стандарт 1037C: Глоссарий терминов в области телекоммуникаций, по состоянию на 31 января 2003 г.

Хейлс, Н. Кэтрин. 2000 [1997]. «Visualizing the Posthuman», Питер Луненфельд (редактор), The Digital Dialectic: New Essays on New Media, Cambridge: The MIT Press.

Паттерсон, Дэвид А. и Джон Л. Хеннесси. 1998. Компьютерная организация и дизайн: аппаратно-программный интерфейс, Сан-Франциско: Morgan Kaufmann Publishers, Inc.

Киттлер, Фридрих А. 1999 [1986]. Граммофон, фильм, пишущая машинка, Стэнфорд: издательство Стэнфордского университета.

Луненфельд, Питер. 2000. «Гиперэстетика: теория реального времени» в Snap to Grid: A User’s Guide to Digital Arts, Media, and Cultures, Cambridge: The MIT Press.

Манович, Лев. 2002. «Что такое новые медиа?», Язык новых медиа, Кембридж: The MIT Press.

Маклюэн, Маршалл. 1994 [1964]. «Средство — это сообщение» в Understanding Media: The Extensions of Man, Cambridge: The MIT Press.

Митчелл, У. Дж. Т. 1986. «Картинки и абзацы: Нельсон Гудман и грамматика различий», в Иконология: изображение, текст, идеология, Чикаго: U of Chicago Press.

Оксфордский словарь английского языка, 2-е издание, 1989 г.

Schoenherr, Steven E. Recording Technology History, по состоянию на 31 января 2003 г.

Уокер, Джереми Д. Б., 1965. «Функция и концепция», в A Study of Frege, Ithaca: Cornell University Press.

Витгенштейн, Людвиг. 1968[1953]. Философские исследования, Нью-Йорк: The Macmillan Company.

Йейтс, Фрэнсис Амелия. 1966. «Три латинских источника классического искусства памяти», в Искусстве памяти, Чикаго: U of Chicago Press.

аналоговый, цифровой

Эпоха компьютеров принесла с собой новые методы создания, хранения и получения мультимедиа. Информационный век принес с собой цифровую революцию, частью которой являются цифровые медиа. Эта идея «цифровой» среды требует противоположного понятия «аналоговой» среды, которая не существовала как отдельный класс, пока не была названа. Теоретики пытались разделить (или объединить, в зависимости от точки зрения) эти два понятия (см. Lunenfeld, 2000; Manovich, 2002), однако Маклюэн был прав первым, когда заметил, что «содержание» любого средства всегда является другим средством. (1994:8). Аналоговый и цифровой взаимозависимы; они не могли существовать друг без друга. Однако, чтобы понять, насколько цифровое и аналоговое неразделимы, мы должны сначала понять, насколько они уникальны.

Использованию слова "аналог" предшествовал более ранний синоним "аналог", который в Оксфордском словаре английского языка прослеживается до комбинации корневых слов приветствия ("." и "." ) означает «то, что соответствует должному соотношению, соразмерно, соответствует». Первое определение, данное для «аналога», гласит: «Аналогичное слово или вещь; представитель в других обстоятельствах или ситуации; что-то, выполняющее соответствующую роль». Это значение коренится в идее «аналогии» (для которой в OED используется «аналог» в качестве синонима), которая является «названием факта, что отношение, которое несет с любым объектом какому-либо признаку или обстоятельству соответствует отношение, существующее между другим предметом и некоторым свойством или обстоятельством, относящимся к нему». Хотя изначально это был термин в математике (как «пропорция; соглашение отношений»), «аналогия» начинает появляться с переданным смыслом общего отношения, часто выражаемого пропорционально, у Платона (OED). /p>

Слово "цифровой" можно проследить непосредственно до латинского термина ("digitalis"), означающего "от пальца или принадлежащего пальцу", из которого происходит первое определение, данное OED : «относящийся к пальцу, или к пальцам или цифрам». Когда «цифровой» конкретно «применяется к компьютеру, который работает с данными в виде цифр или подобных дискретных элементов», мы должны отметить, что термин «цифра» также имеет арифметическое значение, полученное из того факта, что у людей десять пальцев: «Каждое из числительных ниже десяти (изначально считалось по пальцам), выраженное в арабской системе счисления одним пальцем».

Таким образом, к 1940-м годам термины "цифровой компьютер" и "аналоговый компьютер" ("компьютер, который работает с числами, представленными некоторым физически измеримым качеством" ( OED )) вошли в язык как антонимы. . Аналоговые вычисления применялись на практике за несколько лет до разработки первой цифровой машины. Разница между ними заключается в том, что «вместо вычислений с числами строится физическая модель или аналог исследуемой системы» (Campbell-Kelly and Aspray, 1996:60; также ср.символический/реальный/воображаемый; симуляция/симулякр, (2).

Поскольку аналоговые компьютеры работали путем моделирования конкретной системы, они, как правило, были одноцелевыми машинами, не подходящими для точного решения более широкого круга задач. Важные аналоговые компьютеры включали предсказатель приливов лорда Кельвина в 1876 году, который составлял таблицы приливов и отливов для конкретной гавани; анализаторы электрических сетей (такие как калькулятор сети переменного тока Массачусетского технологического института, построенный в 1930 году), которые моделировали и помогали проектировать сложные системы электрических сетей, построенные в Соединенных Штатах в 1920-х годах; и дифференциальный анализатор Ванневара Буша в 1931 году, который смог решить класс математических задач, известных как обыкновенные дифференциальные уравнения (там же: 61-3). Первым публично представленным автоматом общего назначения, который работал с действительными числами («цифрами»), был Harvard Mark I, построенный IBM для Говарда Эйкена в Гарварде в 1944 году (там же: 69-75). В следующем году Mark I вскоре превзошел первый полностью электронный цифровой компьютер ENIAC.

Тем не менее, сам термин «аналоговый компьютер» является своего рода анахронизмом по отношению к более ранним машинам. Слово «компьютер» использовалось для обозначения людей (обычно женщин), чья работа заключалась в вычислении математических сумм еще во время Второй мировой войны (там же: 66-9). Таким образом, после того, как «математическое определение вычислимости, данное [Аланом] Тьюрингом в 1936 году, дало будущим компьютерам их имя» (Kittler, 1999: 243), это слово стало столь же двусмысленным, как и «пишущая машинка», что означало «и печатная машина, и женщина-машинистка» (там же). :183). Слово «аналоговый» не добавлялось до тех пор, пока оно не понадобилось для отличия от цифровых компьютеров; это новое различие, по сути, создало аналоговые компьютеры (подобные рассмотренным выше) задним числом, вплоть до счетов и самой человеческой руки (и цифр).

Тьюринг точно назвал продукт своего исследования вычислимости «универсальной дискретной машиной» (там же: 246), поскольку он существовал в разных состояниях, пока работал с данными. Базовое описание работы цифрового компьютера, данное Киттлером, дает некоторую иллюстрацию этого основного требования (там же: 243-5; дополнительную информацию см. в Patterson and Hennessy, 1998), но все, что нужно знать, это то, что все данные, на которых Работа цифрового компьютера — это просто последовательность чисел, представляющих конкретную точку, будь то пространственная, временная или чисто числовая. Таким образом, мы приходим к двум определениям термина «цифровые данные», которые даются в глоссарии Федерального стандарта телекоммуникаций (далее именуемый как FS1037C): «1. Данные, представленные дискретными значениями или условиями. 2. Дискретные данные. представления квантованных значений переменных, например, представление чисел цифрами".

Напротив, «аналоговые данные» являются непрерывными (например, не существуют в дискретных состояниях) и обеспечивают модель (или «аналог») изучаемой величины: «Данные, представленные физической величиной, которая считается непрерывно переменной и имеет величину, прямо пропорциональную данным или подходящей функции данных" (FS1037C). Во многих случаях произведение искусства может существовать как в виде аналоговых данных, так и в виде цифровых данных. Например, фотография существует на пленке (или напечатанной фотобумаге) как непрерывное представление изменений оттенка, насыщенности и яркости; однако после того, как та же фотография была отсканирована в компьютер, она состоит из определенного количества точек данных (или пикселей), которые представляют эти значения через определенные интервалы (например, 72 на дюйм для большинства изображений, созданных для всемирной паутины). Несомненно, многие люди заметят, что изображения выглядят одинаково, но явно не идентичны по структуре.

Фотография — это парадигма аналогового носителя (см. фотографию) Гудмана. Он приравнивает контраст между аналоговыми и цифровыми системами к своему различию между «плотностью» и «дифференциацией». Он иллюстрирует это контрастом между неградуированным и градуированным термометром: градуированный термометр читается как ряд последовательных точек, но показания неградуированного термометра всегда относительны и приблизительны — конечное дифференцирование невозможно в плотном (или «сверхвысоком»). -плотная") среда (у Митчелла, 1986:67; также ср. реальность/гиперреальность, (2).

Это различие было очевидно уже для Витгенштейна. Он приводит пример человека, обучающегося чтению, и отмечает трудности в определении перехода от неумения читать. По его словам, начинающий студент будет время от времени «примерно прав» и постепенно будет улучшать свои навыки в виде непрерывного процесса. Поэтому, задавая вопрос «Какое слово было первым, что [ученик] прочитал?» не имеет смысла в данном контексте, так как нет конкретного места этого переноса в способности. Однако это не относится к «читающей машине», где переход между состояниями был бы очевиден простым щелчком переключателя (1968: 62–3).

Тем не менее, если мы расширим Фреге, мы можем классифицировать аргумент аналогового против цифрового как сам цифровой. Когда он расширяет математическое понятие «функции» до идеи лингвистического выражения как «понятия», он, по сути, полагает свое философское понятие логики цифровым. Это понятие имеет несколько тангенциальных отношений, не последним из которых является то, что первоначальные значения как «аналогового», так и «цифрового» происходят из математики, и что образцом цифровой «дифференциации» Гудмана является текст (ср. текст; машинопись). Текстовые аргументы в лингвистических «концепциях» Фреге имеют свои аналоги в реальном мире (например, слово «Германия» относится к фактической стране Германии), но существуют на атомарном уровне в виде дискретных терминов. Таким образом, каждое лингвистическое утверждение или «понятие» обязательно имеет «истинностное значение» и является либо истинным, либо ложным [так в оригинале]; следовательно, «логика занимается только истинностью предложений, содержащих понятие» (Walker, 1965: 12–3). Эта настойчивость в бинаризации логики аналогична бинарной диалектике 0/1 (или вкл/выкл, или истина/ложь), которая делает возможными цифровые вычисления.

Упомянутое выше сравнение "аналоговых данных" и "цифровых данных" может быть дополнительно сужено для обсуждения сигналов. «Аналоговый сигнал» «имеет непрерывный характер, а не импульсный или дискретный характер», тогда как «цифровой сигнал» — это «сигнал, в котором для представления информации используются дискретные шаги» (FS1037C). Этот контраст аналоговых и цифровых сигналов важен для понимания недавних споров о качестве цифровых и аналоговых технологий записи среди аудиофилов (см. ниже).

Томас Эдисон сделал первую запись на цилиндрическом фонографе из оловянной фольги в конце 1877 года и в начале следующего года получил патент. Технология записи фонографа/граммофона работает путем прямого преобразования звуковых волн в непрерывные физические канавки либо на диске, либо на цилиндре. Диски с электрической записью (предыдущие машины были механическими, а самые ранние из них требовали рукоятки) были проданы в 1925 году, что дало возможность записывать большие исполняющие группы и синхронизировать звук с пленкой. Запись на магнитную ленту, которая имитирует физические канавки фонографической записи с помощью непрерывных частиц, изменяемых магнитным полем, была впервые продемонстрирована BASF / AEG в 1935 году (Schoenherr), хотя эта разработка не достигла Соединенных Штатов до тех пор, пока союзные войска не захватили Радио Люксембург в 1944 году. , обнаружив "новый магнитофон с исключительными возможностями" (Kittler, 1999:106).

Цифровой компакт-диск был представлен Philips/Sony в 1980 году, а цифровая аудиокассета была представлена ​​теми же компаниями шестью годами позже. Цифровые записи работают на основе концепции выборки непрерывного источника звука в дискретных точках - в случае цифровых компакт-дисков 44 100 раз в секунду (44,1 кГц). Данные, хранящиеся в этих точках, затем представляются числовым значением. Этот процесс называется квантованием. По этой причине многие сторонники чистоты звука утверждают, что цифровые сигналы никогда не будут конкурировать с аналоговыми сигналами с точки зрения воспроизведения звука, поскольку аналоговые обеспечивают более полное представление звука в том виде, в каком он физически существует, подобно термометру Витгенштейна без градуировки, в котором конечное дифференцирование невозможно. а значит, и представление). Другие отмечают, что, хотя можно сделать точную копию данных, составляющих цифровую запись (ср. мимесис; зеркало), аналоговые копии имеют более низкую точность, чем их источники (ср. шум); кроме того, аналоговые записи более подвержены ухудшению качества с течением времени, поскольку фонографы могут физически изнашиваться от многократного воспроизведения, а магнитная лента (которая, по иронии судьбы, также включает в себя форматы цифровой аудиозаписи) может быть повреждена близостью к любому источнику сильного магнитного поля. .

Несмотря на деградацию, обсуждение Хейлсом виртуальности и киборгов предполагает, что наша фетишизация цифровыми технологиями далека от завершения; действительно, стремление человечества расширить свои чувства коренится в идее о том, что «материальные объекты пронизаны информационными паттернами» (2000:94; также ср. виртуальность; киборг). Объединение цифровых технологий с аналоговым телом — это всего лишь желание вернуться к аналоговым качествам, присущим цифре. Это было очевидно для Витгенштейна, который понял, что люди ищут способы связать машины с людьми, приравнять механическое к физиологическому: «мы хотим знать, чем [машина] должна быть похожа на человека» (1968: 114). Неудивительно поэтому, что слово «архитектура» описывает не только концепцию человеческой памяти Йейтса (1966; также ср. память, (2); архитектура), но также и «интерфейс между аппаратным обеспечением и программным обеспечением низшего уровня» компьютер (Паттерсон и Хеннесси, 1998:18). «Компьютер и мозг функционально совместимы», — отмечает Киттлер, что просто оставляет нас с позицией их слияния (1999: 249).Как исходный носитель, память одновременно непрерывна и дискретна; он и аналоговый и цифровой. Нам бы лучше не забывать об этом.

двоичные сигналы, цифровая связь, информационные технологии

Автомобиль выезжает из туннеля Сион-Маунт-Кармель в Национальном парке Сион, штат Юта. Предоставлено: Викисклад.

Наконец-то лето! Вы и ваша семья находитесь в путешествии по пересеченной местности. У вас включено радио, и вы все подпеваете своей любимой песне. Вы проезжаете тоннель, и музыка останавливается. Если вы слушаете местную радиостанцию, музыка станет статической, но если вы слушаете спутниковое радио, музыка полностью замолкнет. Радио, будь то спутник или эфир, передается в виде сигнала, который интерпретируется вашим устройством. Если вы слушаете спутниковое радио, сигнал будет цифровым, а если вы слушаете вещание или «эфирное» радио, то сигнал будет аналоговым. В следующих упражнениях мы больше узнаем об особенностях цифровых и аналоговых сигналов, моделируя, как эти два типа сигналов передаются и используются для хранения информации.

Аналоговый или обычный Цифровые сигналы

Цифровые и аналоговые сигналы передаются посредством электромагнитных волн. Изменения частоты и амплитуды создают музыку, которую вы слушаете, или изображения, которые вы видите на экране. Аналоговые сигналы состоят из непрерывных волн, которые могут иметь любые значения частоты и амплитуды. Эти волны бывают гладкими и изогнутыми. С другой стороны, цифровые сигналы состоят из точных значений единиц и нулей. Цифровые волны имеют ступенчатый вид.

Аналоговые сигналы подвержены искажениям, поскольку даже небольшие ошибки в амплитуде или частоте волны изменят исходный сигнал. Цифровые сигналы являются более надежной формой передачи информации, поскольку ошибка в значении амплитуды или частоты должна быть очень большой, чтобы вызвать переход к другому значению.

Аналоговый	Цифровой
Сигнал	Аналоговый сигнал — это непрерывный сигнал, представляющий физические измерения.	Цифровые сигналы — это сигналы дискретного времени, генерируемые цифровой модуляцией.
Волны	Обозначается синусоидами< /td>	Обозначается прямоугольными волнами
Представление	Использует непрерывный диапазон значений для представления информации
Пример	Человеческий голос в эфире, аналоговые электронные устройства.	Компьютеры, компакт-диски, DVD-диски и другие цифровые электронные устройства.
Технология	Аналоговые технологии позволяют записывать сигналы такими, какие они есть.	Образует аналоговые сигналы в ограниченный набор чисел и записывает их.
Передача данных	Подлежит ухудшение из-за шума во время передачи и цикла записи/чтения.	Может быть помехоустойчивым без ухудшения во время цикла передачи и записи/чтения.
Ответ на Шум	С большей вероятностью повлияет на точность	С меньшей вероятностью, так как отклик на шум аналоговый по своей природе
Гибкость	Аналоговое оборудование не является гибким.	Цифровое оборудование гибко в реализации.
Использование	Может использоваться только в аналоговых устройствах. Лучше всего подходит для передачи аудио и видео.	Лучше всего подходит для вычислительной техники и цифровой электроники.
Приложения	Термометр	ПК, КПК
Пропускная способность	Обработка аналоговых сигналов может выполняться в режиме реального времени и потребляет меньше энергии пропускная способность.	Нет гарантии, что цифровая обработка сигналов может выполняться в режиме реального времени и потребляет больше пропускной способности для передачи той же информации.
Память	Хранится в виде волнового сигнала	Хранится в виде двоичного бита
Мощность	Аналоговый прибор потребляет большую мощность	Цифровой прибор потребляет лишь незначительную мощность
Стоимость	Низкая стоимость и портативность	Высокая стоимость и нелегкая переносимость
Импеданс	Низкий	Высокий порядок 100 МОм
Ошибки	Аналоговый инструменты обычно имеют шкалу, которая сужена в нижней части и дает значительные ошибки наблюдения.	Цифровые инструменты свободны от ошибок наблюдения, таких как ошибки параллакса и аппроксимации.

Аналоговый	цифровой
Сигналы состоят из бесконечного числа возможных значений.	Сигналы состоят только из двух возможных значений: 0 или 1.
Звуковые сигналы могут плавно изменяться по громкости и высоте.	Сигнал переходит от одного значения к другому.

Эти два типа сигналов используются для связи и отправки информации в различных формах, таких как радиопередача, текстовые сообщения, телефонные звонки, потоковое видео и видеоигры. Они также могут использоваться для хранения информации и данных. Хранилище данных используется крупными компаниями, такими как банки, для хранения записей. Частные лица также используют хранилище данных в личных целях, например для хранения файлов, фотографий, результатов игр и многого другого.

Узнайте больше о возможностях хранения данных в серии статей Science Friday, File Not Found .

Призраки в барабанах

Интерьер ленточной библиотеки StorageTek в NERSC. Предоставлено: Викисклад.

Упражнение 1: Моделирование сигнала связи

В этом упражнении учащиеся будут моделировать отправку аналоговых и цифровых сигналов, как в детской игре «телефон», но в форме копирования серии рисунков. Это упражнение моделирует ключевые различия между цифровыми и аналоговыми сигналами в их разрешении и точности сигнала. Учащиеся выполнят две симуляции: одну, имитирующую многократную передачу аналогового сигнала, и одну, имитирующую многократную передачу цифрового сигнала.

Аналоговые изображения состоят из закругленных линий, чтобы показать, что аналоговые волны могут иметь бесконечные значения.

Цифровые изображения состоят из прямых линий, которые следуют сеткам на раздаточном материале, показывая, как цифровые сигналы состоят из квантованных значений.

Материалы

— Черная ручка или маркер с тонким наконечником (учащимся не разрешается несколько попыток воссоздать изображение)

— Одна копия каждого из 5 цифровых и 5 аналоговых пришельцев на таблицу (по одному типу пришельцев на человека) со страниц чертежей моделирования сигналов связи

Настройка учителя

1. Разбейтесь на группы по пять человек вокруг стола. (Пять – это количество инопланетян, представленное в наборе, а также предоставляет учащимся оптимальные возможности для рисования заданных инопланетян.)

Моделирование сигнала связи Указания для учащихся

Мы собираемся смоделировать обмен сообщениями во времени и на расстоянии. Это занятие требует передачи бумаги от человека к человеку, чтобы каждый человек воспроизвел на ней рисунок, а затем передал его следующему человеку за вашим столом. Передача бумаги и воспроизведение рисунка имитируют время и пространство, по которым распространяются сигналы. В первой части задания мы будем моделировать аналоговые сигналы. Во второй части мы будем моделировать цифровые технологии.

1. Разрежьте бумагу по пунктирной линии и склейте две половинки встык.
   
2. В сетке справа от инопланетянина используйте ручку или маркер, чтобы максимально перерисовать изображение инопланетянина. Вам не разрешается стирать или исправлять свой рисунок. Вам будет дано две минуты, чтобы завершить рисунок.

Вопросы об активности

(Заполнить после аналогового и цифрового раундов)

Разверните свои рисунки инопланетян и посмотрите на изображения, нарисованные во время игры.

– Сравните исходное изображение с окончательным рисунком. Определите и опишите сходства и различия между двумя изображениями.

– Наблюдайте за развитием рисунков во время занятия. Определите и опишите, что изменилось во время каждого рисунка.

Примечание для учителя. В ходе аналогового моделирования учащиеся увидят, как незначительные изменения (искажения/шумы) в каждой копии изображения (сигнала) приводят к значительным искажениям конечного изображения после многократной передачи.

Сравнение аналогового и цифрового раундов

Сравните изображения из заданий 1-го и 2-го раундов.

– Какой раунд привел к более точному финальному жеребьевке? Подтвердите свой выбор доказательствами из упражнения.

Примечание для учителя. В моделировании цифрового раунда изображения инопланетян состоят из прямых линий, которые следуют сеткам на раздаточном материале, показывая, как цифровые сигналы состоят из квантованных или ограниченного числа значений. Когда учащиеся сравнивают изображения, переданные ими с помощью аналоговых и цифровых «сигналов», они заметят, что в изображении, переданном в цифровом виде, есть небольшое искажение даже после многократной передачи, в отличие от того, что они наблюдали, когда передавали изображение с помощью аналогового сигнала.

Предотвращение «цифрового темного века»

Задание 2. Сортировка цифровых и аналоговых сигналов

В этом упражнении учащиеся познакомятся с характеристиками цифровых и аналоговых сигналов и применят свои характеристики для выбора цифрового или аналогового хранилища для конкретного примера.

Материалы

Настройка учителя

1. Разбейте учащихся на группы по три человека.
2. Подготовьте и перемешайте набор карточек для каждой группы.
3. Поделитесь критерием CER со студентами.

Указания для учащихся

1. Рассортируйте изображения и заявления по двум категориям: цифровые сигналы и аналоговые сигналы.
2. Используйте отсортированные изображения и утверждения, чтобы направлять свои мысли при заполнении письменной подсказки.

Подсказка о написании

Какой тип сигнала вы бы предложили для записи очень подробной песни исчезающей птицы? Подтвердите свой выбор доказательствами из вашей карты. Используйте критерий «утверждения-доказательства-обоснование» (CER), чтобы помочь вам в написании.

Совместная программа преподавателей Science Friday 2019

Действие 3: Двоичное преобразование

В этом упражнении мы будем использовать двоичное кодирование для представления путей через ряд «высоких» и «низких» вариантов выбора, которые представляют, какой путь выбрать на логической карте. Учащиеся будут действовать как цифро-аналоговые преобразователи для декодирования двоичных импульсов и создания изображения путем преобразования импульсов в цветные пиксели.

Музыка, передаваемая в автомобиль по спутниковому радио, и информация, хранящаяся в библиотеках данных, представляют собой цифровые сигналы, использующие двоичную систему. В двоичной системе есть только две цифры, 1 и 0. Значение или значение этих цифр может варьироваться. Например, они могут обозначать «истина» и «ложь», «включено» и «выключено» или «высокое» и «низкое».

На этом рисунке показано, как можно использовать двоичное кодирование для представления путей с помощью ряда «высоких» и «низких» вариантов. Следование двоичному коду укажет путь к логической карте и поможет найти нужные цвета.

«1» указывает на «высокий» путь, а «0» — на «низкий» путь. С помощью этой карты, называемой «картой логических ворот», двоичная последовательность 0 и 1 может указывать, когда «идти вверх» или «идти вниз», передавая путь на карте для «кодирования» для цвета. Например, используя приведенную выше логическую карту, 010 будет означать, что «0» идет вниз, «1» идет вверх, «0» идет вниз. Это будет кодировать зеленый цвет.

Теперь вы попробуете

Используйте эту таблицу, чтобы определить, какой цвет будет кодироваться числом 111?

Если вы закончили черным цветом, вы его получили!

Цифровые сигналы передаются на компьютеры в виде электронных сигналов, посылаемых в виде импульсов. Цифровое устройство интерпретирует напряжение каждого импульса как 0 или 1. На изображении ниже показан пример оцифрованной волны.

Используя этот график, где красные линии в верхней части представляют собой «1», а красные линии в нижней части представляют «0», вы можете видеть, что вся красная линия представляет собой последовательность единиц и нулей. вверху графика: 11001110111011.

Если бы нам нужно было использовать каждую группу из трех чисел, чтобы найти соответствующий цвет в таблице выше, мы бы использовали:

110 — розовый
011 — синий
101 — красный

Пояснения к пикселям

Большинство электронных устройств, таких как смартфоны, компьютеры и телевизоры, используют технологию жидкокристаллических дисплеев (ЖК-дисплеев). Экран состоит из миллионов крошечных кусочков, называемых пикселями. Электронное устройство получает закодированную информацию в виде цифровых сигналов и использует электричество для управления цветом пикселей. Каждый крошечный пиксель просто меняет один цвет на другой в зависимости от электрического сигнала, но, поскольку пиксели настолько малы, что ваш глаз улавливает движение на общем изображении. Удивительным примером этого в природе являются чешуйки или «пиксели» на изображении крыла бабочки ниже и в этом классном видео.

Сложные узоры на крыльях мотылька состоят из отдельных клеток, которые выражают разные цвета. Предоставлено: Викисклад.

Как работает задание?

Каждому учащемуся назначается цифровой волновой график, как показано на рисунке ниже. Используя карту логических элементов, учащиеся будут декодировать сигнал в цвета пикселей для части мозаики.

Чтобы создать собственный мозаичный шедевр в классе, четыре класса дополняют панель большой фрески Post-it.

Фреска, созданная четырьмя классами, представляет собой сцену океана. Фото: Андреа ЛаРоса

Материалы

— Бумага формата Legal, разрезанная пополам по длине для этикеток с сеткой

— Восемь досок для плакатов размером 22×28 дюймов (рекомендуется использовать по две на класс):

— 2 стикера Post-it размером 2 дюйма:

— Примечание для преподавателей: из приведенных выше наборов получится полная мозаика с правильными цветами (154 стикера Post-it на плакат). Если стикеры Post-it недоступны, учащиеся могут раскрасить сетку маркерами.

Подготовка

Распечатайте бинарные последовательности учащихся и таблицы назначения сетки. Разрежьте эти листы по пунктирным линиям и дайте каждому учащемуся заданную последовательность и соответствующую таблицу сетки. Ваша установка должна выглядеть так:

Процедура для учащихся

Расшифровка: вы расшифруете 10-12 квадратов на сетке. Ниже приведен пример графа двоичной последовательности. Красная линия представляет собой цифровое представление сигнала. Используйте назначенный вам график сигнала и логическую карту, чтобы декодировать двоичную последовательность и цвет в таблице сетки. Прежде чем переходить к построению мозаики, уточните свои ответы у учителя.

Конструкция: получите количество и цвета стикеров для вашего участка мозаики. Поместите свои стикеры на соответствующие квадраты в сетке плакатной доски.

Совет учителю: создайте заранее размеченную доску для плакатов, чтобы помочь учащимся создать мозаику. Фото: Андреа ЛаРоса

Добавьте стикеры на сетку плаката в правильном порядке. При этом думайте о каждом квадрате на сетке как о пикселе, а о выборе цвета — как о результате обработки двоичного кода для получения правильного цвета!

— Что сделал ваш класс?

— Как вы думаете, можно ли создать руководство по двоичному коду для создания росписи?

Занятие 4: Моделирование сигнала и отражение двоичного преобразования

Материалы

Настройка учителя

1. Поделитесь с учащимися раздаточным материалом «Имитация сигнала и отражение двоичного преобразования» и критерием CER.

Подсказка о написании

— Используйте следующие таблицы, чтобы определить, какой тип сигнала, цифровой или аналоговый, является более надежным способом кодирования и передачи информации. Предоставьте три доказательства, подтверждающие ваше утверждение, основанные на ваших выводах, полученных в ходе обучения по моделированию сигналов и бинарному преобразованию.

Читайте также:

  
• 64 КБ памяти выделено для хранения изображения размером 64 32 пикселя, определите, какой максимальный размер
  
• Какова функция загрузочного ini-файла
  
• Whatsapp не открывает PDF-файлы
  
• Подключенное USB-устройство не поддерживает зарядку Samsung
  
• Как сохранить файл в delphi