Как правило, шаг дискретизации Δt = tj + 1 — tj выбирают постоянным (см. рис. 1.2). Преимущество дискретных сигналов перед аналоговыми заключается в отсутствии необходимости отслеживать форму сигнала во все моменты времени, а необходим лишь факт наличия или отсутствия импульса.
Рис. 1.2. Модель дискретного сигнала
Разновидностью импульсных сигналов являются цифровые сигналы, под которыми понимают сигнал, в котором амплитуды от импульса к импульсу остаются постоянными, а момент появления импульса и его длительность являются случайными величинами.
Случайные сигналы представляют собой различные флуктуационные процессы, значения которых в конкретные моменты времени можно предсказать с вероятностью, отличной от единицы. Как правило, эти сигналы проявляют себя как помехи и препятствуют извлечению информации из принятого колебания.
В качестве второго классификационного признака сигналов можно использовать размерность пространства, в котором существует сигнал. Например, ток или напряжение в большинстве радиотехнических устройств можно рассматривать как одномерный сигнал, зависящим от времени. Распределение токов и напряжений в длинной линии представляет собой сигнал, зависящий от двух переменных: времени и пространства. Звуковое давление в зависимости от пелен, которые преследуются, можно рассматривать как одно-, двух-, трех- и четырехмерный сигнал, зависящий от времени и одной, двух или и трех пространственных координат.
Отмеченные ранее классификационные признаки сигналов, как физических процессов можно изучать с помощью различных приборов и устройств (осциллограф, вольтметр, приемник), Однако наблюдаемые с помощью приборов явления всегда выступают как частные проявления, что не позволяет говорить об их свойствах, предсказать поведение сигналов в пространстве и времени. Для устранения этого недостатка необходимо описать сигнал, т.е. создать его математическую модель. Математическое описание сигналов позволяет абстрагироваться от конкретной природы носителя сигнала. используя одну и ту же математическую модель сигнала для описания различных явлений (тока, напряжения, напряженности электромагнитного поля и т.д.).
Существуют различные способы описания сигналов, например в виде аналитических выражений или таблиц для аналоговых сигналов, в виде вероятностных функций для случайных процессов. В соответствии с этим сигналы можно классифицировать относительно математической формы их представления. В этом случае сигналы могут быть разделены на детерминированные и стохастические.
Детерминированными сигналами называются сигналы, значения которых в любые моменты времени являются известными величинами или могут быть заранее вычислены. Слово «детерминизм» происходит от латинского determitiarlo, означающего определение либо учение об объективной закономерной взаимосвязи и причинной обусловленности всех явлений. Анализ детерминированных сигналов опирается на классическую теорию дифференциальных уравнений. Математическая модель детерминированных сигналов позволяет предсказывать их мгновенные значения в любые моменты времени с вероятностью равной единице. Детерминированные сигналы могут быть описаны математическими формулами, вычислительными алгоритмами, таблицами и т, д.
Случайные (стохастические) сигналы представляют сигналы, мгновенные значения которых являются случайными величинами. Анализ этих сигналов основан на теории вероятностей и теории случайных процессов. Значения случайных сигналов можно предсказать только с вероятностью меньше единицы для любой базовой переменной.
Строго говоря, в природу детерминированных сигналов не существует. Это объясняется тем, что радиотехнические системы
взаимодействуют с окружающими их физическими объектами, которые оказывают влияние па эти системы, В радиокомпонентах присутствуют хаотические тепловые флуктуации. Как правило, имеет место неполная информация о начальном состоянии системы. Bee это заставляет рассматривать реальные сигналы как случайные функции времени.
При выборе модели сигнала исследователь получает возможность описания тех свойств сигналов, которые наиболее важны для него. Это позволяет не рассматривать большое число второстепенных признаков. В то же время, опираясь на математические модели сигналов, можно сравнивать процессы, проводить классификацию, предсказывать их поведение в тех или иных условиях.
1.2. Описание детерминированных сигналов разрывными
При анализировании прохождения сигналов через радиотехнические цепи возникает задача представления сигнала в виде математического выражения. Предположим, что аналоговый сигнал s(t) может быть описан с использованием тригонометрических s(t) = Asin(t) или s(t)= Аcos(t), экспоненциальных s(t) = Aexp(t) и логарифмических s(t) = Aln(t) функций, где А — коэффициент пропорциональности, t — аргумент функции.
На рис. 1.3 показаны прямоугольный и трапецеидальный импульсы. Импульсные сигналы могут быть описаны с использованием разрывных функций. Например, прямоугольный импульс (см. рис.1.3, а) описывается функцией
где Uп — амплитуда импульса; τи — длительность импульса.
Рис. 1.3. Прямоугольный (а) и трапецеидальный (б) импульсы
Для трапецеидального импульса (см. рис. 1.3, б) справедливо аналитическое определение:
где Uт — амплитуда импульса; τφ — длительность переднего фронта импульса; τс — длительность среза (заднего фронта) импульса; τи — длительность импульса.
Таким образом, разбивая сигнал на отдельные части, описываемые простейшими функциями (уравнением прямой, тригонометрическими или экспоненциальными функциями и т.д.) в разные моменты времени, можно получить формулу для описания сложного сигнала.
Новые информационные технологии. Часть 1. Основы и аппаратное обеспечение / gl1
Глава 1. НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 1.1. Информация и данные 1.1.1. Информация и ее роль в человеческом обществе Информация относится к классу первичных понятий , по кото- рым нельзя дать точного определения. Под ней обычно подразумевают некоторую совокупность сведений, позволяющих расширить наши представления о тех или иных объектах и явлениях окружающего нас мира, их взаимодействии и состоянии. Люди издавна научились ценить и передавать информацию. Присущий нам от природы мозг не только способен хранить огромные объемы информации, но и перерабатывать ее и делать из этого определенные выводы. Однако мозг не может долго хранить информацию, она забывается и со смертью человека вообще теряется. Человек имеет целый ряд органов для приема и передачи информации. Это органы зрения (глаза) и слуха (уши), а также голосовые связки и средства мимики. Благодаря этому человек способен принимать звуковую и зрительную информацию и передавать ее. Восприятие температуры кожей и запаха носом тоже способствует информационному обмену человека с окружающей средой и с особями своего (и не только) рода. Таким образом, человек изначально имел средства приема и передачи информации . Уже первобытные люди обладали зачатками мышления и сознания. Многие миллионы лет тому назад они уже умели общаться жестами и криками, могли использовать простейшие орудия труда, такие, как камни и палки. Стремление освободить руки для их свободного применения привело к тому, что человек стал прямоходящим существом. В свою очередь, это освободило рот от удерживания предметов, таких, как кости, палки, не съеденные остатки пищи. Это, как и увеличение информационного обмена между людьми привело к возникновению речи – этой уникальной возможности людей, которой, в столь развитой форме, не обладают другие объекты живой природы. Считается, что речь возникла примерно миллион лет тому назад. Мозг человека способен ограниченное время хранить информацию, т.е. в информационной системе природа-человек он служит как бы оперативным запоминающим устройством . Первые попытки лю- дей сохранить информацию дошли до наших дней в виде наскальных рисунков, а затем и надписей (рис. 1.1). Это случилось по крайней ме-
ре тридцать тысяч лет тому назад. Тем самым появились первые руко- творные средства долговременного хранения информации . Рис. 1.1. Каменная плитка показывает, что древним людям были известны матрицы – прямоугольные таблицы с числами Позже люди научились представлять и передавать информацию на большие расстояния с помощью костров на сопках, специальных сигналов (пример – сигнальщики на кораблях), с помощью звуков барабанов и бамбу- ковых труб, световых маяков и т.д. Таким образом, они стали использовать внешние средства для информационного обмена. Основы кодирования информации были давно заложены азбукой Морзе, кодами сигнальщиков и тайнописью. Затем уже появилась письменность и средства механической передачи записанной информации — почта. Намного позже, уже в наши дни, на смену гонцам и обычной почте пришли современные средства телекоммуникаций — от мобильного телефона и факса до спутниковой связи и всемирной компьютерной сети Интернета. 1.1.2. Информация и живая природа Информация, как материя и энергия, является краеугольным камнем мира и окружающей природы, прежде всего живой. Характерным признаком живых организмов стала возможность восприятия ими информации об окружающей их среде, переработки этой информации и способности делать из нее выводы, важные для дальнейшего их поведения. Открытие генов – единиц наследственной информации — произвело подлинную сенсацию и выдвинуло информационные процессы на роль первичных в развитии жизни. Открыто множество генов, которые как бы программируют рост, вес и окраску живых существ, предрасположенность их к тем или иным заболеваниям и т.д. Создание генной инженерии сделало возможным клонирование, т.е. размножение идентичных особей животных и даже людей.
1.1.3. Информационные революции Обычно информация накапливается довольно медленно. Однако в некоторые периоды истории, часто связанные с крупными открытиями и техническими достижениями, объем информации начинает лавинообразно нарастать. При этом информация оказывает на жизнь людей столь большое значение, что происходит информационная революция – коренное изменение в значимости и технологии использования информации, оказывающих большое влияние на жизнь общества и экономику мира. Считается, что человеческое общество пережило четыре информационные революции: 1. Появление письменности как средства представления и долговременного хранения информации. 2. Появление книгоиздания в середине XIV века, позволившего в массовых масштабах тиражировать информацию и знания. 3. Применение электричества и радиоволн в конце XIX века для передачи информации на дальние расстояния, что привело к появлению средств телекоммуникаций, таких, как телеграф, телефон, радио и телевидение. 4. Создание микропроцессоров и разработка персональных компью- теров , открывших возможности эффективной работы с информацией, представленной в цифровой форме, в том числе в Интернете. Были революции и масштабом поменьше, например, связанные с изобретением фотографии и кинематографа. Но они повлияли на нашу жизнь все же не столь кардинальным образом, как указанные выше информационные революции. 1.1.4. Виды информации Информацию часто классифицируют по ее наиболее характерным признакам: • числовая информация , представленная цифрами и отражающая результаты некоторых вычислений; • текстовая информация , представленная текстами в виде слов, составленных из символов того или иного языка; • кодовая информация , представленная кодами (например, машинными или кодами для более компактного или зашифрованного представления информации, кодами азбуки Морзе или азбуки для глухонемых);
• графическая информация , представляющая графические объекты с учетом их геометрических и оптических свойств; • акустическая информация , представленная звуковыми сигналами, как непосредственно в виде звуков, так и в виде электрических звуковых сигналов; • телевизионная информация , представляющая изображения, видимые на телевизионном экране в телевизионном формате; • видеоинформация , представляющая видеофильмы и кинофильмы в специальном формате. Позже мы не раз коснемся характеристик и особенностей ин- формации различного вида. 1.1.5. Понятие о данных и базах данных В теоретической и практической информатике, помимо информации, широко используются данные — невостребованная или необработанная информация, представленная в той или иной форме, например в виде множества чисел, слов или документов. Попробуем разобраться в отличиях данных от информации. Например, следующий массив просто чисел представляет данные:
| 123456 654321 112233 445566 | это данные |
Эти числа могут быть номерами телефонов, кодами замков или кодами программ, табельными номерами работников предприятий и т.д. Но если оговорить, что это не просто цифры, а номера телефонов конкретных людей, то приведенные ниже данные становятся важной информацией
| Телефон: 123456 | 654321 | 112233 | 445566 | это уже |
| Фамилия: Иванов | Петров | Сидоров | Козлов | информация |
Данные могут храниться в базах данных – специальных устройствах для хранения информации на том или ином материальном носителе. Базами данных часто называют и документы, которые готовятся специальными программами, например системой управления базами данных Microsoft Access. Это одна из программ пакета для офисной работы Microsoft Office. Она обеспечивает быстрый поиск и обработку данных.
1.1.6. Размножение и накопление информации Другим важным свойством информации является возможность ее размножения и накопления . Книгоиздание – один из самых известных примеров реализации этих возможностей. С появлением книг и печатного станка (его изобрел Иоганн Гутенберг еще в середине XV века) человек приобрел возможности тиражирования информации и ее накопления. В наши дни широкое распространение получили светокопировальные устройства , позволяющие в секунды получить копию листа с текстом и с рисунками. В то же время надо учитывать, что информация постепенно утрачивается. Это связано как с прямой ее потерей, так и старением информации. В ходе старения информация теряет свою актуальность, а нередко просто забывается и теряется. 1.1.7. Знания По мере накопления информации о каких-то объектах или явлениях формируются знания о них. Знания — это закономерности, принципы и связи, позволяющие специалистам ставить и решать задачи в своей предметной области. Вся система образования в сущности решает задачу предоставления ценных знаний множеству людей, учит их извлекать нужную информацию из массы получаемой и грамотно использовать ее в своей работе с целью создания новых знаний и новых ценностей – как гуманитарных, так и научно-технических. Издавна знания передавались от человека к человеку, от мастера к ученикам, от профессора к студентам. Нередко эта цепочка прерывалась стихийными событиями, войнами и просто смертью учителя. Знания при этом терялись. Новые информационные технологии позволяют накапливать знания, надежно их хранить и предоставлять любому желающему их получить. Более того, появилась возможность обучения людей на расстоянии — дистанционное образование . 1.2. Понятия о передаче и обработке информации 1.2.1. Передача информации и сообщения Важным свойством информации является возможность ее передачи . Для этого используются сообщения – материально реализованные представления информации, нередко определенным образом закодированной. Пример сообщения — обычное письмо на бумаге.
Почта – один из древнейших способов передачи сообщений в виде сообщений на бумаге. В некоторых странах, например в США, в ограниченных масштабах получила распространение голубиная и пневматическая почта. Последняя — это труба, в которой под давлением воздуха с той или иной стороны движется цилиндр с обычными бумажными сообщениями и даже небольшими предметами, например бумажными деньгами, монетами или ключами. Люди научились также очень быстро (порою просто мгновенно) передавать информацию с помощью электрического тока в проводах (проводные линии связи), радиоволн (беспроводные линии радиосвязи) и света (оптические лазерные и световолоконные линии связи). При этом передается информация без такого привычного нам носителя, как бумага. Наступил век безбумажной обработки информации, хотя, в конечном счете, информационные сообщения всегда можно распечатать печатающим устройством – принтером . Передача сообщений на дальние расстояния привела к возникновению телекоммуникаций . А на смену обычной почте пришла электронная почта , входящая во всемирную компьютерную сеть Интернета. По электронной почте ныне можно передавать не только объемные текстовые материалы, но и звуки, изображения, рисунки и даже видеофильмы. К сожалению, между объемом информации и реальной ее ценностью нет прямой взаимосвязи. В итоге телеграмма на одном листке бумаги, содержащая одно-два слова (например, «Люблю!», «Жду!» или «Сегодня приезжаю!»), порою может быть гораздо ценнее пространного опуса о влиянии гравитационных полей на время сна домашних животных. Также нет и прямой взаимосвязи между информацией самой по себе и носителем, ее несущим, в ходе передачи информации. Одну и ту же информацию можно передать публикацией статьи в газете или журнале, в радиопередаче и в телепередаче, по телеграфу или по телефону, по трансатлантическому кабелю или по световолокну или спутниковому каналу связи. 1.2.2. Непрерывные (аналоговые) сигналы Для быстрой передачи сообщений используются сигналы , которые представляют собой наложение сообщений на тот или иной носитель информации, способный быстро перемещать сигналы. Физическая природа сигналов может быть самой различной – ток в проводах, звуковые и электромагнитные волны или свет.
Сигналы могут быть аналоговыми (непрерывными) и дискретными , т. е. представляемыми дискретными уровнями. Аналоговые сигналы характеризуется плавным и непрерывным изменением их параметров, например величины электрического тока или напряжения для электрических сигналов. Примером такого сигнала является синусоидальный электрический сигнал (рис. 1.2) u ( t ) = U м sin( ω t + ϕ ), где U м – амплитуда синусоидального сигнала, ω — круговая частота и ϕ — фаза. Рис. 1.2. Синусоидальный (a), амплитудно-модулированный (б) и час- тотно-модулированный (с) сигналы Круговая частота связана с обычной частотой выражением ω = 2 π f = 2 π / T. Частота f — это число периодов T синусоидального сигнала в единицу времени (секунду или с). Она измеряется в герцах (Гц). Один Герц это один период колебаний в секунду (единица названа в честь Герца, теоретически обосновавшего существование электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве). Фундаментальное значение синусоидального сигнала состоит в том, что этот сигнал является стационарным . Это значит, что его параметры U м , ω и ϕ являются постоянными величинами. Этот сигнал определен во времени в пределах от – ∞ до + ∞ . Он периодический u ( t )= u ( t+T ) и симметричный u ( t )=- u (- t ). Можно сказать, что синусоида описывает простейшее (а потому названное гармоническим ) движение, параметры которого неизменны. Однако основные параметры этого сигнала могут непрерывно и плавно меняться во времени. Такое изменение называется модуляцией сиг-
нала. Например, амплитудная модуляция (рис. 1.3,б) описывается выражением: u ( t ) = U м ( t ) sin( ω t + ϕ ), где U м ( t ) – зависимость амплитуды от времени. Сигнал такого вида называется амплитудно-модулированным . Строго говоря, он является уже нестационарным и даже не синусоидальным. Если U м ( t ) несет некоторую информацию, то говорят о наложении этой информации на синусоидальный сигнал. И если такой сигнал имеет высокую частоту f= 1/ T , то сигнал может распространяться в свободном пространстве как электромагнитная волна со скоростью света (300 000 км/c). На этом и основана радиосвязь. Расстояние, которое проходит волна за один период, называется длиной волны . Отсюда пошло деление волн на короткие и ультракороткие, средние и длинные волны. Заметим, что синусоидальный сигнал может моделироваться еще и по частоте, и по фазе. Этому соответствует частотная модуляция (рис. 1.2,в) и фазовая модуляция , которые (как и их комбинации) широко используются на практике в радиотехнических системах. Аналоговые сигналы одного вида легко преобразуются в аналоговые сигналы другого вида. Например, микрофон преобразует звуковые колебания в электрические звуковые сигналы. Если звуковой сигнал синусоидальный, то сигнал на выходе микрофона будет синусоидальным напряжением с примесью некоторого шума e ( t ): u ( t ) = К п A ( t ) sin( ω t + ϕ ) + e ( t ) = U м ( t ) sin( ω t + ϕ ) + e ( t ), где K п – коэффициент преобразования силы звука в электрическое напряжение. Если K п = const и не зависит от уровня сигнала, то преобразование считается линейным. В ином случае оно будет нелинейным. При линейных преобразованиях форма синусоидального сигнала не меняется, хотя может возникнуть его сдвиг по фазе. Самым неприятным моментом в использовании аналоговой информации является ее засоренность шумами самой различной природы. Все электронные компоненты имеют шумы, и они неизбежно усиливаются в ходе усиления и преобразования сигналов. Это принципиально препятствует точному копированию аналоговой информации. Об этом хорошо знают владельцы аналоговых магнитофонов и видеомагнитофонов – при копировании записей их качество ухудшается от записи к записи.
На практике используется великое множество и несинусоидальных сигналов, например импульсные сигналы пилообразной, прямоугольной и иной формы. Математик Фурье строго доказал, что такие периодические сигналы могут быть представлены суммой синусоидальных сигналов с кратной их частоте повторения частотой k f 1 , где k = 1,2,… — целое число и f 1 – частота повторения сигнала. Эти сигналы называют гармониками , а значение k – номерами гармоник. Синусоидальный сигнал с частотой f 1 есть первая гармоника , а сигналы с более высокими частотами называют высшими гармониками . Линейные преобразования сигналов не меняют состав гармоник, называемый спектром , а нелинейные приводят к его изменению, т. е. появлению новых гармоник. 1.2.3. Дискретные и цифровые сигналы Дискретные сигналы — это сигналы, которые можно представить дискретными уровнями их параметров. Скажем, выключатель света в вашей комнате может быть либо только включенным, либо только выключенным. Сигнал о его состоянии будет дискретным и двоичным. Если этих уровней много, можно говорить о цифровом представлении информации. Сигналы, мгновенные значения которых представлены числами, принято называть цифровыми сигналами . Аналоговый сигнал можно квантовать , т. е. представлять его рядом ступенек, высота которых задается уровнем сигнала в начале каждой ступеньки (в момент выборки ) и остается неизменной на протяжении каждой ступеньки (рис. 1.3). Рис. 1.3. Квантование электрического сигнала синусоидальной формы В общем случае производят выборку (вырезку) сигналов в определенные моменты времени (рис. 1.4). Они могут равномерно или неравномерно отстоять друг от друга. Выборку электрических сигналов
и их представление в виде чисел или кодов конечной разрядности вы- полняют так называемые аналого-цифровые преобразователи — АЦП. В результате на выходе АЦП мы имеем дискретный сигнал, представленный потоком чисел (кодов). Главные показатели АЦП — это их разрядность (число уровней квантования, обычно выражаемое в двоичном виде) и скорость выполнения преобразований (число операций в секунду). Рис. 1.4. Аналоговый сигнал произвольного вида и его выборки Обратное преобразование цифровой информации в аналоговую выполняют цифро-аналоговые преобразователи – ЦАП. Для наиболее распространенных электрических сигналов АЦП и ЦАП выпускаются в виде больших интегральных микросхем, особенности которых мы рассмотрим чуть ниже. 1.2.4. Типичный пример цифровой системы записи информации На преобразовании аналоговых сигналов в цифровые и наоборот основана работа многих устройств и систем (рис. 1.5), например. Рис. 1.5. Система цифровой записи информации на жесткий диск компьютера Аналоговая информация в системе с помощью АЦП преобразуется в цифровую, пред- ставленную в виде двоичных чисел. Через усилитель импульсов она в
Сигналы мгновенные значения которых представлены числами принято называть
Информатика
Вопрос 1
Маркер автозаполнения позволяет
Переносить информацию
Заполнять ячейки новой произвольной информацией
Копировать информацию
Заполнять ячейки новой информацией в соответствии со списками автозаполнения
Вопрос 2
Изменения порядка следования данных в соответствии с определенным критерием, называется
Ответ:
Вопрос 3
Цифровые сигналы относятся к
Аналоговым сигналам
Дискретным сигналам
Вопрос 4
Найдите правильное обозначение невидимых символов в программе Word при включении их отображения
>
¶
•
?
Вопрос 5
Возможность работы одновременно с несколькими программами, называется
Ответ:
Вопрос 6
Прежде чем печатать документ необходимо активизировать предварительный просмотр и проконтролировать, что будет выведено на печать
Верно
Неверно
Вопрос 7
Для удаления текста слева от маркера ввода текста необходимо использовать клавишу
Enter
Alt
Delete
Ins
Home
Shift
Ctrl
End
Tab
Вопрос 8
Для чего можно использовать линейку
Для форматирования размеров символов
Для замера расстояний между словами
Для форматирования абзацев
Для замера расстояний текстовой области страницы
Для форматирования отступов табуляции
Для замера расстояний между символами
Для форматирования шрифта
Для форматирования страницы
Вопрос 9
Для перехода в начало строки необходимо использовать клавишу
Shift
Alt
End
Enter
Delete
Tab
Ctrl
Ins
Home
Вопрос 10
Макет разметки слайда определяет вид и положение рамок (контейнеров) для ввода следующей информации:
Ответ:
Вопрос 11
Минимальная единица измерения объема информации?
Бат
Байт
Бот
Бит
Брат
Вопрос 12
Отображение части информации электронной таблицы, удовлетворяющей определенному условию, называется
Ответ:
Вопрос 13
Вычисления в формулах осуществляется в соответствии с приоритетом операций
Верно
Неверно
Вопрос 14
Для удаления текста справа от маркера ввода текста необходимо использовать клавишу
Shift
Home
Tab
Ctrl
Delete
End
Alt
Enter
Ins
Вопрос 15
К языкам программирования, какого уровням относятся следующие языки программирования:
Ассемблер
Фортран
Бейсик
Паскаль
Вопрос 16
Материально реализованные представления информации, нередко определенным образом закодированной, называются
Сигналами
Данными
Сообщениями
Кодами
Вопрос 17
Маркер для ввода текста в программе Word представляется
_ — горизонтальной линией
? — стрелочным указателем (черная стрелка)
? — стрелочным указателем (белая стрелка)
| — вертикальной линией
Вопрос 18
Элементарный фрагмент электронной таблицы, называется .
Вопрос 19
При помощи каких режимов можно просматривать презентацию
Показ слайдов
Сортировщик слайдов
Обычный
Изысканный
Конструктор слайдов
Вопрос 20
Виды сигналов бывают
Выберите один или несколько ответов:
Текстовыми
Дискретными
Звуковыми
Группированными
Световыми
Аналоговыми
Сложными
Вопрос 21
Режим вставки на режим замены изменяется при помощи клавиши
Delete
Tab
End
Ctrl
Enter
Ins
Shift
Home
Alt
Вопрос 22
Мозг человека способен ограниченное время хранить информацию, т.е. в информационной системе природа-человек он служит как бы оперативным запоминающим устройством.
Верно
Неверно
Вопрос 23
Что такое информационная революция?
Революционные изменения в обществе, приводящие к появлению огромного количества информации
Коренное изменение в значимости и технологии использования информации, оказывающих большое влияние на жизнь общества и экономику мира
Накопление большого объема информации и использование ее для прорыва в различных областях науки и техники
Вопрос 24
Сигналы, мгновенные значения которых представлены числами, принято называть
Ответ:
Вопрос 25
Слайд это
Элемент презентации, отображаемый на мониторе или экране, содержащий текстовую и графическую информацию
Элемент презентации, отображаемый на мониторе или экране, содержащий текстовую, графическую, аудио- или видеоинформацию
Элемент презентации, отображаемый на мониторе или экране, содержащий только текстовую информацию
Вопрос 26
Что такое информация?
Средство коммуникации между человеком и персональным компьютером, организованное в виде чловеко-машинного интерфейса
Совокупность сведений, позволяющих расширить наши представления о тех или иных объектах и явлениях окружающего нас мира, их взаимодействии и состоянии.
Набор данных, с которыми взаимодействует человек в окружающем мире
Вопрос 27
Программа Word осуществляет проверку синтаксиса, но не орфографии, поскольку не способна понять смысла предложений
Верно
Неверно
Вопрос 28
Информатика — это
Наука, связанная с созданием, накоплением, хранением, преобразованием и представлением информации с целью управления различными объектами
Наука о компьютерах и их использовании для переработки информации
Наука о информации
Наука о применении информационных технологий
Вопрос 29
Шрифты имеющие одинаковую ширину символов, называются
Ответ:
Вопрос 30
Расстановка переносов может осуществляться только в автоматическом режиме
Верно
Неверно
Вопрос 31
Для работы с аудиовизуальной информацией можно воспользоваться программой
Просмотра
Widows плеер
Windows Media
Вопрос 32
Фон-Неймановская архитектура состоит из следующих узлов:
Выберите один или несколько ответов:
устройство управления
клавиатура
система ввода информации
система вывода информации
арифметико-логическое устройство
запоминающее устройство
процессор
системный блок
монитор
система преобразования информации
Вопрос 33
Упорядоченный набор чисел-кодов в двоичном, десятеричном или шестнадцатеричном виде, размещенных в той или иной памяти, называется
Таблицей ASCII
Кодовой таблицей
Кодированием
Программным обеспечением
Программой
Вопрос 34
Строки электронной таблицы, которые будут печататься в начале каждой страницы автоматически, называются
Постоянными
Автоматическими
Каскадными
Сквозными
Проходными
Вопрос 35
Программное обеспечение по функциональному назначению можно разделить на:
Выберите один или несколько ответов:
Прикладное программное обеспечение
Системное программное обеспечение
Демонстрационные версии программ
Коммерческие (покупаемые) программы
Свободно распространяемое программное обеспечение
Условно свободно распространяемое программное обеспечение
Системы программирования
Вопрос 36
Возможность обучения людей на расстоянии, т.е. передача знаний без непосредственного контакта учитель-ученик, называется
Дистанционное образование
Вечернее образование
Самообразование
Заочное образование
Очное образование
Вопрос 37
Основными объектами текстового документа Word являются:
Ответ:
Вопрос 38
Автоформат служит для
Быстрого преобразование данных в форму удобную для печати
Быстрого ввода данных в ячейки с помощью встроенных наборов данных
Быстрого форматирования ячеек с помощью стилей и встроенных форматов
Вопрос 39
К форматированию параметров абзаца, относятся:
Выравнивание
Межстрочный интервал
Начертание
Размер символов
Цвет символов
Отступы слева или справа
Подчеркивание
Отступ красной строки
Тип шрифта
Вопрос 40
Настройка операционной системы Windows XP осуществляется в
На рабочем столе
Панели
Панели настройки
В программе пользователя
Панели управления
Панели задач
Классификация сигналов
Сигналы как физические процессы можно изучать с помощью различных приборов и устройств. Такой эмпирический метод имеет существенный недостаток. Явления, наблюдаемые экспериментатором, всегда выступают как частные, единичные проявления, лишённые той степени обобщённости, которая позволила бы судить об их фундаментальных свойствах, предсказывать результаты в изменившихся условиях.
Чтобы сделать сигналы объектами теоретического изучения и расчётов, следует указать способ их математического описания или создать математическую модель исследуемого сигнала.
Математическая модель позволяет абстрагироваться от конкретной природы носителя сигнала.
Существенная сторона абстрактного метода, базирующегося на понятии математической модели, заключена в том, что мы получаем возможность описывать наиболее важные свойства сигналов. Выбор модели – в значительной степени творческий процесс. Исследователь, руководствуясь всей совокупностью доступных ему сведений, выбирает из математических моделей сигналов те, которые в конкретной ситуации наилучшим и самым простым образом описывают физический процесс.
Зная математические модели сигналов, можно сравнивать эти сигналы между собой устанавливать их тождество и различие, проводить классификацию.
Сигналы могут классифицироваться по ряду принципов:
1. Функции, описывающие сигналы, могут принимать как вещественные, так и комплексные значения. По этому принципу сигналы делятся на вещественные и комплексные.
2. Сигналы делятся на одномерные и многомерные.
Сигнал, описываемый одной функцией времени, принято называть одномерным ( например, напряжение на зажимах какой-нибудь цепи, либо ток в ветви).
Многомерные, или векторные, — это сигналы вида:
образованные некоторым множеством одномерных сигналов. Целое число N называется размерностью такого сигнала.
Многомерным сигналом служит, например, система напряжений на зажимах четырёхполюсника.
3. Третий принцип классификации сигналов основан на возможности или невозможности точного предсказания их мгновенных значений в любые моменты времени. По этому принципу сигналы делятся на: детерминированные и случайные.
Если математическая модель сигнала позволяет осуществить такое предсказание, то сигнал называется детерминированным. Способы его задания могут быть разнообразными — математическая формула, вычислительный алгоритм, словесное описание. Строго говоря, детерминированных сигналов на практике не существует. Реальные сигналы являются в той или иной степени случайными функциями времени. Случайным – называется сигнал, математическим описанием которого является случайная функция времени. Физически сигнал можно считать случайным, если невозможно определённо предсказать или вычислить его мгновенные значения. Помехи являются чаще всего случайными.
Квазидетерминированные сигналы – это те, у которых какой-то один параметр случайный- например, сигнал гармонический, а фаза случайная.
4. Сигналы делятся на непрерывные и дискретные.
Сигналы, существующие непрерывно во времени и принимающие любые значения из какого-то интервала, называются непрерывными или аналоговыми. Дискретные сигналы – это сигналы, принимающие конечное число значений или состояний. Дискретные сигналы могут непосредственно создаваться на выходе преобразователя « сообщение – сигнал» или образовываться в результате дискретизации аналоговых сигналов. Следует различать дискретизацию по времени и по уровню.
Цифровые сигналы – разновидность дискретных сигналов, когда квантованные отсчётные значения представлены в виде цифр. Преимущество цифровых сигналов – более высокая помехоустойчивость и возможность их формирования и обработки микроэлектронными логическими устройствами.
5. Сигналы делятся на простые и сложные.
Простым называют сигнал, который можно отобразить простой функцией времени. К ним относятся: гармонические сигналы, конечные и бесконечные последовательности импульсов, испытательные сигналы и др.
а) Гармонический сигнал – колебания вида:
– максимальное значение (амплитуда); f – циклическая частота; – начальная фаза; (иногда используется угловая частота:
б) Импульсными сигналами являются сигналы, отличные от нуля в течение ограниченного времени. Эти сигналы существуют лишь в пределах конечного отрезка времени .
Для периодической последовательности импульсов вводится параметр –
в) Бесконечно короткий видеоимпульс бесконечной амплитуды называемый — импульсом. Он как бы сосредоточен в одной точке
– момент действия импульса.
— импульс отображается -функцией Дирака ( отсюда и название). Её можно
вычислить по формуле:
Сложные сигналы отображаются такими функциями времени, которые трудно выразить в виде простой математической формулы.
Большинство реальных сигналов – это сложные сигналы
Отрезок речевого сигнала ( ток через микрофон)
Для анализа таких сигналов их представляют в виде ряда некоторых элементарных ( простых) функций , называемых базисными:
— коэффициенты разложения, зависящие от сигнала :
– выбраны в качестве базисных прямоугольные функции
– выбраны в качестве базисных треугольные функции
Базисные функции должны быть простыми, обеспечивать простое вычисление коэффициентов и давать хорошую сходимость ряда.
6. Сигналы делятся на видеосигналы и радиосигналы.
7. Сигналы делятся на периодические и непериодические.
Сигнал называется периодическим, если его форма циклически повторяется во времени.
— период повторения сигнала
Сигналы, которые не удовлетворяют этому уравнению, называются непериодическими.
Дата добавления: 2016-07-22 ; просмотров: 3567 ;
В. П. Дьяконов, А. Н. Черничин Новые информационные технологии Часть Основы и аппаратное обеспечение Под общей редакцией проф. В. П. Дьяконова Смоленск 2003
Важным свойством информации является возможность ее передачи . Для этого используются сообщения – материально реализованные представления информации, нередко определенным образом закодированной. Пример сообщения — обычное письмо на бумаге.
Почта – один из древнейших способов передачи сообщений в виде сообщений на бумаге. В некоторых странах, например в США, в ограниченных масштабах получила распространение голубиная и пневматическая почта. Последняя — это труба, в которой под давлением воздуха с той или иной стороны движется цилиндр с обычными бумажными сообщениями и даже небольшими предметами, например бумажными деньгами, монетами или ключами.
Люди научились также очень быстро (порою просто мгновенно) передавать информацию с помощью электрического тока в проводах (проводные линии связи), радиоволн (беспроводные линии радиосвязи) и света (оптические лазерные и световолоконные линии связи). При этом передается информация без такого привычного нам носителя, как бумага. Наступил век безбумажной обработки информации, хотя, в конечном счете, информационные сообщения всегда можно распечатать печатающим устройством – принтером . Передача сообщений на дальние расстояния привела к возникновению телекоммуникаций . А на смену обычной почте пришла электронная почта , входящая во всемирную компьютерную сеть Интернета. По электронной почте ныне можно передавать не только объемные текстовые материалы, но и звуки, изображения, рисунки и даже видеофильмы.
К сожалению, между объемом информации и реальной ее ценностью нет прямой взаимосвязи. В итоге телеграмма на одном листке бумаги, содержащая одно-два слова (например, «Люблю!», «Жду!» или «Сегодня приезжаю!»), порою может быть гораздо ценнее пространного опуса о влиянии гравитационных полей на время сна домашних животных.
Также нет и прямой взаимосвязи между информацией самой по себе и носителем, ее несущим, в ходе передачи информации. Одну и ту же информацию можно передать публикацией статьи в газете или журнале, в радиопередаче и в телепередаче, по телеграфу или по телефону, по трансатлантическому кабелю или по световолокну или спутниковому каналу связи.
1.2.2. Непрерывные (аналоговые) сигналы
Для быстрой передачи сообщений используются сигналы , которые представляют собой наложение сообщений на тот или иной носитель информации, способный быстро перемещать сигналы. Физическая природа сигналов может быть самой различной – ток в проводах, звуковые и электромагнитные волны или свет.
Сигналы могут быть аналоговыми (непрерывными) и дискретными , т. е. представляемыми дискретными уровнями. Аналоговые сигналы характеризуется плавным и непрерывным изменением их параметров, например величины электрического тока или напряжения для электрических сигналов. Примером такого сигнала является синусоидальный электрический сигнал (рис. 1.2)
u ( t ) = U м sin( t +),
где U м – амплитуда синусоидального сигнала, — круговая частота и
— фаза.
Р
ис. 1.2. Синусоидальный (a), амплитудно-модулированный (б) и частотно-модулированный (с) сигналы
Круговая частота связана с обычной частотой выражением
Частота f — это число периодов T синусоидального сигнала в единицу времени (секунду или с). Она измеряется в герцах (Гц). Один Герц это один период колебаний в секунду (единица названа в честь Герца, теоретически обосновавшего существование электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве).
Фундаментальное значение синусоидального сигнала состоит в том, что этот сигнал является стационарным . Это значит, что его параметры U м , и являются постоянными величинами. Этот сигнал определен во времени в пределах от – до +. Он периодический u ( t )= u ( t + T ) и симметричный u ( t )=- u (- t ).
Можно сказать, что синусоида описывает простейшее (а потому названное гармоническим ) движение, параметры которого неизменны. Однако основные параметры этого сигнала могут непрерывно и плавно меняться во времени. Такое изменение называется модуляцией сигнала. Например, амплитудная модуляция (рис. 1.3,б) описывается выражением:
u ( t ) = U м ( t )sin( t +),
где U м ( t ) – зависимость амплитуды от времени. Сигнал такого вида называется амплитудно-модулированным . Строго говоря, он является уже нестационарным и даже не синусоидальным.
Если U м ( t ) несет некоторую информацию, то говорят о наложении этой информации на синусоидальный сигнал. И если такой сигнал имеет высокую частоту f = 1/ T , то сигнал может распространяться в свободном пространстве как электромагнитная волна со скоростью света (300 000 км/c). На этом и основана радиосвязь. Расстояние, которое проходит волна за один период, называется длиной волны . Отсюда пошло деление волн на короткие и ультракороткие, средние и длинные волны.
Заметим, что синусоидальный сигнал может моделироваться еще и по частоте, и по фазе. Этому соответствует частотная модуляция (рис. 1.2,в) и фазовая модуляция , которые (как и их комбинации) широко используются на практике в радиотехнических системах.
Аналоговые сигналы одного вида легко преобразуются в аналоговые сигналы другого вида. Например, микрофон преобразует звуковые колебания в электрические звуковые сигналы. Если звуковой сигнал синусоидальный, то сигнал на выходе микрофона будет синусоидальным напряжением с примесью некоторого шума e ( t ):
u ( t ) = К п A ( t ) sin( t +) + e ( t ) = U м ( t ) sin( t +) + e ( t ),
где K п – коэффициент преобразования силы звука в электрическое напряжение. Если K п = const и не зависит от уровня сигнала, то преобразование считается линейным. В ином случае оно будет нелинейным. При линейных преобразованиях форма синусоидального сигнала не меняется, хотя может возникнуть его сдвиг по фазе.
Самым неприятным моментом в использовании аналоговой информации является ее засоренность шумами самой различной природы. Все электронные компоненты имеют шумы, и они неизбежно усиливаются в ходе усиления и преобразования сигналов. Это принципиально препятствует точному копированию аналоговой информации. Об этом хорошо знают владельцы аналоговых магнитофонов и видеомагнитофонов – при копировании записей их качество ухудшается от записи к записи.
На практике используется великое множество и несинусоидальных сигналов, например импульсные сигналы пилообразной, прямоугольной и иной формы. Математик Фурье строго доказал, что такие периодические сигналы могут быть представлены суммой синусоидальных сигналов с кратной их частоте повторения частотой k f 1 , где k = 1,2,… — целое число и f 1 – частота повторения сигнала. Эти сигналы называют гармониками , а значение k – номерами гармоник. Синусоидальный сигнал с частотой f 1 есть первая гармоника , а сигналы с более высокими частотами называют высшими гармониками . Линейные преобразования сигналов не меняют состав гармоник, называемый спектром , а нелинейные приводят к его изменению, т. е. появлению новых гармоник.
1.2.3. Дискретные и цифровые сигналы
Дискретные сигналы — это сигналы, которые можно представить дискретными уровнями их параметров. Скажем, выключатель света в вашей комнате может быть либо только включенным, либо только выключенным. Сигнал о его состоянии будет дискретным и двоичным. Если этих уровней много, можно говорить о цифровом представлении информации. Сигналы, мгновенные значения которых представлены числами, принято называть цифровыми сигналами .
А
налоговый сигнал можно квантовать , т. е. представлять его рядом ступенек, высота которых задается уровнем сигнала в начале каждой ступеньки (в момент выборки ) и остается неизменной на протяжении каждой ступеньки (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Квантование электрического сигнала синусоидальной формы
В общем случае производят выборку (вырезку) сигналов в определенные моменты времени (рис. 1.4). Они могут равномерно или неравномерно отстоять друг от друга. Выборку электрических сигналов и их представление в виде чисел или кодов конечной разрядности выполняют так называемые аналого-цифровые преобразователи — АЦП. В результате на выходе АЦП мы имеем дискретный сигнал, представленный потоком чисел (кодов). Главные показатели АЦП — это их разрядность (число уровней квантования, обычно выражаемое в двоичном виде) и скорость выполнения преобразований (число операций в секунду).
Р
ис. 1.4. Аналоговый сигнал произвольного вида и его выборки
Обратное преобразование цифровой информации в аналоговую выполняют цифро-аналоговые преобразователи – ЦАП. Для наиболее распространенных электрических сигналов АЦП и ЦАП выпускаются в виде больших интегральных микросхем, особенности которых мы рассмотрим чуть ниже.
1.2.4. Типичный пример цифровой системы записи информации
На преобразовании аналоговых сигналов в цифровые и наоборот основана работа многих устройств и систем (рис. 1.5), например.
Рис. 1.5. Система цифровой записи информации на жесткий диск компьютера
Аналоговая информация в системе с помощью АЦП преобразуется в цифровую, представленную в виде двоичных чисел. Через усилитель импульсов она в виде сигналов поступает на головку записи/считывания жесткого диска. Эта головка представляет собой катушку, намотанную на миниатюрном железном или ферритовом сердечнике. На жестком диске информация хранится в виде намагниченных головок и размагниченных участков.
Канал воспроизведения содержит головку считывания (обычно совмещаемую с головкой записи), усилитель импульсов и ЦАП. Магнитное поле поверхности диска создает в катушке головки электрический сигнал, который усиливается усилителем и подается на ЦАП. Последний превращает цифровые сигналы в аналоговые, но с заметными ступеньками. От них избавляются с помощью фильтра.
Коды цифровой информации практически не меняются при многократной перезаписи или копировании информации. Шумы могут повлиять на физические уровни логического нуля и единицы цифрового сигнала. Но они практически не влияют на логические уровни этого сигнала. Например, логический нуль может быть в пределах от 0 до 1 В, а логическая единица от 2,5 до 5 В. В результате, если уровни сигнала не выходят за эти пределы, то появляется возможность многократного тиражирования цифровой информации вне зависимости от числа копий и при сохранении качества записи.
Преобразование аналоговой информации в цифровую позволяет использовать мощные средства компьютерной обработки информации. Например, информация может сжиматься для сокращения ее объема или кодироваться для повышения помехоустойчивости. Возможна цифровая обработка сигналов специальными цифровыми сигнальными процессорами DSP (Digital Signal Processor) для создания различных звуковых эффектов.
Голосовое управление компьютером, сканирование и распознавание печатных текстов стало уже вполне обыденной задачей, как и их звуковое воспроизведение компьютером. К примеру, компьютерный переводчик Magic не только переводит тексты с одного языка на другой (и наоборот), но и произносит их вслух. Выпущено уже множество таких переводчиков в виде миниатюрных аппаратов.
1.2.5. Понятие о теореме Котельникова
Как часто надо делать равномерные выборки произвольного сигнала (рис. 1.5), чтобы после преобразования в цифровую форму, а затем снова в аналоговую была сохранена форма сигнала? Ответ на этот важный вопрос дает теорема об отсчетах или теорема Котельникова (за рубежом Найквиста): «Если спектр сигнала e ( t ) ограничен высшей частотой f в , то он без потери информации может быть представлен дискретными отсчетами с числом, равным 2 f в ». При этом сигнал восстанавливается по его отсчетам e ( k dt ) с помощью фильтра низких частот, реализующего восстановление по формуле:
Популярные сейчас оптические компакт-диски содержат высококачественные записи речи и музыки в цифровой форме. Высшая частота звуковых сигналов 20 кГц. Частота дискретизации их 44,1 кГц. Каждая выборка представляется (квантуется) с числом уровней 2 16 = 65536 (разрядность квантования 16 бит). Полученный поток цифровых данных и записывается в двоичном виде на оптический диск. В итоге компакт-диск при лазерном считывании информации позволяет воспроизводить сколько угодно раз звуки любимых певцов и оркестров с невиданным ранее качеством.
Что такое электрический сигнал
Простыми словами можно сказать, что электрический сигнал — это график, отражающий изменение какой либо электрической величины (напряжение, ток, мощность) с течением времени.
Все электрические сигналы, независимо от их вида, обладают следующими параметрами:
Период — временной интервал, через который сигнал начинает повторяться. Обозначается латинским символом T
Частота — говорит о том сколько раз сигнал повторяется за одну секунду. Измеряется в Герцах. 1Гц = 1 повторению сигнала в секунду. Частота является обратным значением периода ( f = 1/T )
Амплитуда — показывает на графике величину отклонения сигнала от оси Х.
Виды электрических сигналов
Сегодня известно огромное число вариантов электрических сигналов, но мы их можем поделить на всего два больших вида:
Однонаправленные — ток течет в одну сторону (либо не течет совсем)
Двунаправленные — ток протекает в обоих направлениях.
Все электрические сигналы из этих двух групп можно поделить на следующие виды:
График синусоидального электрического сигнала показан на рисунке выше это хорошо известная функция sin(x). Её период равен 360° или: 2pi радиан (2pi радиан =360o).
T=2π радиан
Прямоугольный электрический сигнал
Прямоугольным принято называть любой электрический сигнал прямоугольной формы. Для их характеристики и описания были введены два специальных термина. Это скажность импульсов и коээффициент заполнения. Скажность равняется отношению периода к длительности импульса и наоборот для коэфф. заполнения.
Кстати, на рисунке показанпрямоугольный электрический сигнал идеальной прямоугольной формы . На самом деле ни в одном устройстве он не может измениться мгновенно. Поэтому реальный прямоугольный импульс показан ниже:
Меандр — разновидность электрического сигнала прямоугольной формы.
Разновидность прямоугольного сигнала, у которого длительность паузы и импульса одинаковы. А если сложить длительность паузы и импульса, то получим период меандра.
Т.е меандр — это электрический прямоугольный сигнал со скважностью равной 2. Так как у него период в два раза больше длительности импульса.
Электрический сигнал треугольной формы
В сигналах треугольной формы — электрическая величина (ток на изображении) сначала возрастает, а затем тут же начинает снижаться. И для классического треугольного сигнала время возрастания совпадает с временем убывания, и равно половине периода.
Электрический сигнал пилообразной формы
Если треугольных импульсов время возрастания больше или меньше времени убывания, то такие их принято считать пилообразными.
Электрический сигнал термины и определения. Лекция для ВУЗов
Наряду с сигналами в исследованиях электронных устройств широко применяют воздействия — сигналы специального вида. Их подбирают так, что-бы нужные характеристики устройств получались наиболее просто (чаще всего это воздействия вида единичного скачка либо дельта-функция).
В рассматриваемых электронных цепях носителями информации являются электрические колебания. Процесс изменения параметров электрических колебаний принято называть модуляцией. Модуляция может быть выполнена различными способами. Если сообщение передается за счет непрерывного изменения параметра электрических колебаний, то говорят о непрерывной, или аналоговой, модуляции. При этом переносчиком информации (информативным параметром колебаний) могут быть амплитуда, частота, фаза или их комбинация. На рисунке сверху приведены наиболее употребительные в автоматике сигналы для передачи непрерывных величин. Это могут быть напряжение или ток с медленно меняющимся уровнем и изменяющимся направлением, либо гармонические колебания с изменяющейся амплитудой, частотой или фазой, , или с тем и другим одновременно. Амплитудно-фазовая модуляция характерна для устройств автоматики, где значение входного воздействия определяет амплитуду гармонических колебаний, а изменение знака этого воздействия на противоположный меняет на 180° фазу колебаний. Синусоидальные колебания высокой, так называемой несущей, частоты играют роль переносчика информации. Передаваемый низкочастотный сигнал заложен в изменениях какого-либо параметра колебаний несущей частоты. Обратное преобразование — отделение сигнала от его переносчика называют демодуляцией или детектированием.
В качестве переносчика сигнала можно применить не только постоянный (медленно-меняющийся) или синусоидальный ток. Поскольку В.А. Котельниковым было показано, что для большинства непрерывных функций достаточно передать определенный ряд их мгновенных значений, чтобы на приемном конце системы связи можно было восстановить первоначальную функцию х(t) с наперед заданной точностью, для передачи сообщения можно также использовать периодические последовательности импульсов, обычно прямоугольной формы.
Применяют амплитудно-импульсную модуляцию, частотно-импульсную, фазо-импульсную, широтно-импульсную . Здесь исходная информация передается за счет модуляции длительности импульсов tи при постоянной частоте следования импульсов.
Как правило, модуляция-демодуляция используется там, где необходимо через один физический канал передавать одновременно несколько сообщений, т.е. осуществить «уплотнение канала». Таким образом, например, можно по одной паре проводов передать телефонный разговор нескольких пар абонентов, или информацию в систему управления от нескольких датчиков. При выборе типа модуляции необходимо учитывать как достоинства, так и недостатки, присущие каждому типу. Так амплитудная модуляция, которая широко используется, например, для вещательных станций в диапазонах длинных, средних и коротких волн, а также в трехпрограммной ретрансляционной радиосети отличается простотой реализации устройств и передатчика и приемника (генератора несущей частоты, модулятора, демодулятора, усилителя). Сигналы, прошедшие процедуру амплитудной модуляции можно смешивать и передавать в один общий канал связи, а в приемнике выделить из пришедшей смеси свой сигнал с помощью частотного фильтра, и затем демодулировать его.
Но такой способ передачи информации отличается низкой помехоустойчивостью. На полезный сигнал легко накладываются помехи от атмосферных электрических разрядов, промышленных электрических сетей. Кроме того, качество приема сильно зависит от свойств проводящей среды (атмосферы или проводной линии), которые изменяют амплитуду принимаемого сигнала, и могут иметь сильные колебания, например, суточной или годовой периодичности.
Частотная модуляция по помехоустойчивости значительно превосходит амплитудную модуляцию, поскольку частоту принимаемого сигнала невозможно изменить колебаниями электрических и магнитных свойств проводящей среды. Но требования к точности работы передающей и приемной аппаратуры гораздо выше, что влечет повышение сложности и удорожание аппаратуры. Частотная модуляция используется в УКВ диапазоне радиовещания и в телевидении.
Фазовая модуляция позволяет еще больше уплотнить канал, поскольку несущие частоты передатчиков требуется разносить на значительно меньшую величину. Однако она требует еще большей точности и стабильности аппаратуры. Кроме того ФМ уже «чувствует» скорость взаимного перемещения приемника и передатчика (эффект Доплера).
Импульсная модуляция обладает рядом преимуществ, важнейшее из которых – экономичность. Если в аналоговой модуляции усилительные элементы практически все время работают в активном режиме, рассеивая в виде тепла до 50% энергии источника питания, то в режиме импульсной модуляции транзисторы работают в режиме ключа. Особенность этого режима заключается в том, что усилительный элемент (транзистор) большую часть времени находится либо в режиме отсечки, когда ток через него практически равен нулю, либо в режиме насыщения, когда напряжение на открытом транзисторе составляет десятые доли вольт. И в том и в другом случае доля мощности, рассеиваемая на транзисторных ключах не превышает 10% от мощности, потребляемой устройством от источника питания.
Переход к импульсным системам позволяет простыми аппаратными средствами достичь уплотнения канала за счет введения так называемого релейного режима связи. Для этого все N непрерывных сигналов подвергаются, например, амплитудно-импульсной модуляции. Затем в канал циклически посылается по одному импульсу от 1, 2, …,N источника сигнала последовательно. В канале образуется смесь импульсов, «принадлежащих» разным источникам. Чтобы восстановить на приемной стороне исходную информацию необходимо выбирать из канала «свои» импульсы в такой же последовательности, в какой они посылались (что требует соответствующей синхронизации работы всей системы), и подвергнуть их демодуляции. Особо необходимо отметить, что нарушение порядка выборки «своих» импульсов приводит к полному хаосу на принимающей стороне. Эта особенность может использоваться для «засекречивания» информации.
Система частотно-импульсной модуляции обладает значительно большей помехоустойчивостью, но не допускает вышеописанного способа уплотнения канала.
Фазо-импульсная модуляция лишена недостатков АИМ и ЧИМ, но требует очень точной синхронизации и высокой стабильности работы передающей и принимающей аппаратуры.
Широтно-импульсная модуляция не имеет прототипа в аналоговой модуляции. Благодаря простоте реализации и высокой помехоустойчивости ШИМ получила широкое распространение в устройствах автоматики. Заметим, что в ряде систем автоматики передаваемые импульсы могут иметь высокочастотное заполнение. Сначала непрерывный сигнал подвергается, например, широтно-импульсной модуляции, а затем полученным видеоимпульсом модулируют высокочастотный гармонический сигнал, т.е. используется комбинация импульсной и аналоговой модуляции.
Сообщение может быть также передано в виде кода, т. е. составленных по определенным правилам комбинаций дискретных сигналов (импульсов). В этом случае передаваемая информация не зависит от частоты, амплитуды и длительности импульсов.
Наконец, сообщение может быть передано в цифровой форме, когда оно описывается упорядоченной совокупностью цифр с конечным (заранее выбранным) числом разрядов. В свою очередь, каждая цифра может быть закодирована определенной комбинацией импульсов.
При кодировании передаваемая информация не зависит от частоты, амплитуды и длительности импульсов. Процесс кодирования неразрывно связан с преобразованием непрерывных величин в дискретные. Такое преобразование основывается на операциях дискретизации (квантования по времени), квантования по уровню и совокупности этих операций — комбинированному квантованию.
Дискретизация, или квантование по времени, представляет собой преобразование непрерывного сигнала х(t) в последовательность мгновенных значений этого сигнала, соответствующих определенным, обычно равноотстоящим, или переменным отрезкам времени.
Промежуток времени между двумя соседними моментами дискретизации называется шагом дискретизации или шагом квантования по времени
Квантование по уровню — это преобразование непрерывно изменяющейся величины в ступенчато изменяющуюся с заданными постоянными или переменными размерами ступеней
Выбирая метод дискретизации, необходимо учитывать особенности последующей передачи информации. Так, при дискретизации по времени канал связи легко мультиплексировать. Но канал будет периодически задействоваться, даже если никакой новой информации о состоянии объекта передаваться и не будет. Например, если измерять температуру объекта, которая в силу неизменности внешних условий на длительное время застабилизировалась, то многократные сообщения о температуре объекта ничего нового содержать не будут. С другой стороны, при квантовании по уровню достигается высокая экономичность устройства, хотя канал мультиплексировать намного труднее, и длительное «молчание» в этом случае можно спутать с отказом датчика или передающей аппаратуры
К характеристикам, с помощью которых обычно описываются электрические сигналы относят динамический диапазон , время установления и ширина спектра сигнала. Динамическим диапазоном называют отношение наибольшей мгновенной (так называемой пиковой) мощности сигнала к его наименьшей (пороговой) мощности. Помимо сигналов, несущих нужную информацию, из окружающего пространства поступают посторонние электромагнитные сигналы, так называемые шумы и помехи, которые подавляют, маскируют полезный сигнал. Для удовлетворительного приема сообщений необходимо иметь возможность различать полезный сигнал на фоне помех и шумов, что диктует ограничения по наименьшей (пороговой) мощности полезного сигнала. Говорят о необходимом отношении сигнал-помеха, точнее — отношении средних мощностей сигнала и помехи. Необходимо повышать его за счет повышения энергии передаваемого сигнала и снижения уровня помехи, хотя чрезмерное увеличение мощности сигнала может привести к искажению его формы, а следовательно, и содержащейся в нем информации из-за ограниченной выходной мощности систем передачи. Появление таких искажений ставит предел наибольшей (пиковой) мощности сигнала.
Оценка по времени установления, т. е. времени, в течение которого сигнал (с заданной точностью) достигает установившегося значения, необходима для суждения об искажениях, которые могут возникнуть из-за инерционности реальных датчиков, устройств передачи и приема сигналов. Подобные оценки получают двояким способом: заданием либо функции времени (временной характеристики), описывающей реальный процесс, либо ряда гармонических колебаний, т, е. спектра, который есть функция частоты. Оба представления равносильны и взаимно дополняют друг друга, а переход от одного к другому осуществляется с помощью прямого и обратного преобразований Фурье и Лапласа.
Например, назначение всякого фильтра состоит в том, чтобы пропустить колебания одних частот и задержать колебания других частот. Поэтому свойства фильтра принято описывать с помощью спектральных представлений. Если разработчика интересуют искажения формы импульсов в цифровых схемах преобразования или передачи импульсов, то их удобно представить функциями времени. Таким образом, выбор способа описания системы зависит не столько от ее устройства, сколько от ее назначения
1.1. классификация измерительных сигналов
Сигналом называется материальный носитель информации, представляющий собой некоторый физический процесс, один из параметров которого функционально связан с измеряемой физической величиной. Такой параметр называют информативным.
Измерительный сигнал — это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине. Основные понятия, термины и определения в области измерительных сигналов устанавливает ГОСТ 16465-70 «Сигналы радиотехнические. Термины и определения». Измерительные сигналы чрезвычайно разнообразны. Их классификация по различным признакам приведена на рис. 10.1.
Рис. 10.1. Классификация измерительных сигналов
По характеру измерения информативного и временного параметров измерительные сигналы делятся на аналоговые, дискретные и цифровые.
Аналоговый сигнал — это сигнал, описываемый непрерывной или кусочно-непрерывной функцией Ya(t), причем как сама эта функция, так и ее аргумент t могут принимать любые значения на заданных интервалах Y Î (Ymin; Ymax) и t Î (tmin; tmax) (рис. 10.2,а).
Рис. 10.2. Аналоговый (а), дискретный (по времени) (б)
и цифровой (в) измерительные сигналы
Дискретный сигнал — это сигнал, изменяющийся дискретно во времени или по уровню. В первом случае он может принимать в дискретные моменты времени nТ, где Т = const — интервал (период) дискретизации, n = 0; 1; 2;. — целое, любые значения Yд(nT) Î (Yniin; Ymax), называемые выборками, или отсчетами. Такие сигналы (рис. 10.2,6) описываются решетчатыми функциями. Во втором случае значения сигнала Ya(t) существуют в любой момент времени t Î (tmin; tmax), однако они могут принимать ограниченный ряд значений hi = nq, кратных кванту q.
Цифровые сигналы — квантованные по уровню и дискретные по времени сигналы Yu(nT), которые описываются квантованными решетчатыми функциями (квантованными’Ъоследовательностя-ми), принимающими в дискретные моменты времени пТ лишь конечный ряд дискретных значений — уровней квантования h1, h2, . hn (рис. 10.2,в).
Эти сигналы подробно рассмотрены в разд. 10.5.
По характеру изменения во времени сигналы делятся на постоянные, значения которых с течением времени не изменяются, и переменные, значения которых меняются во времени. Постоянные сигналы являются наиболее простым видом измерительных сигналов.
Переменные сигналы могут быть непрерывными во времени и импульсными. Непрерывным называется сигнал, параметры которого изменяются непрерывно. Импульсный сигнал — это сигнал конечной энергии, существенно отличный от нуля в течение ограниченного интервала времени, соизмеримого с временем завершения переходного процесса в системе, для воздействия на которую этот сигнал предназначен. Характеристики и параметры импульсных сигналов рассмотрены в разд. 10.4.
По степени наличия априорной информации переменные измерительные сигналы делятся на детерминированные, квазидетерми-нированные и случайные. Детерминированный сигнал — это сигнал, закон изменения которого известен, а модель не содержит неизвестных параметров. Мгновенные значения детерминированного сигнала известны в любой момент времени. Детерминированными (с известной степенью точности) являются сигналы на выходе мер. Например, выходной сигнал генератора низкочастотного синусоидального сигнала характеризуется значениями амплитуды и частоты, которые установлены на его органах управления. Погрешности установки этих параметров определяются метрологическими характеристиками генератора.
К вазидетер минированные сигналы — это сигналы с частично известным характером изменения во времени, т.е. с одним или несколькими неизвестными параметрами. Они наиболее интересны с точки зрения метрологии. Подавляющее большинство измерительных сигналов являются квазидетерминированными.
Детерминированные и квазидетерминированные сигналы делятся на элементарные, описываемые простейшими математическими формулами, и сложные. К элементарным относятся постоянный и гармонический сигналы, а также сигналы, описываемые единичной и дельта-функцией. Они рассмотрены в разд. 10.3. К сложным сигналам относятся импульсные и модулированные сигналы, описанные в разд. 10.4.
Сигналы могут быть периодическими и непериодическими. Непериодические сигналы делятся на почти периодические и переходные. Почти периодическим называется сигнал, значения которого приближенно повторяются при добавлении к временному аргументу надлежащим образом выбранного числа — почти периода. Периодический сигнал является-частным случаем таких сигналов. Почти периодические функции получаются в результате сложения периодических функций с несоизмеримыми периодами, например Y(t) = sin(wt) + sin(Ö2̅wt). Переходные сигналы описывают переходные процессы в физических системах.
Периодическим называется сигнал, мгновенные значения которого повторяются через постоянный интервал времени. Период Т сигнала — параметр, равный наименьшему такому интервалу времени, Частота f периодического сигнала —величина, обратная периоду.
Периодический сигнал характеризуется спектром. Различают три вида спектра:
• комплексный — комплексная функция дискретного аргумента, кратного целому числу значений частоты о> периодического сигнала Y(t), представляющая собой значения коэффициентов комплексного ряда Фурье:
(10.1)
где k — любое целое число;
• амплитудный — функция дискретного аргумента, представляющая собой модуль комплексного спектра периодического сигнала:
(10.2)
где Re(z), Im(z) — действительная и мнимая части комплексного числа z;
• фазовый — функция дискретного аргумента, представляющая собой аргумент комплексного спектра периодического сигнала:
(10.3)
Периодической сигнал содержит ряд гармоник. Гармоника — гармонический сигнал с амплитудой и начальной фазой, равными соответствующим значениям амплитудного и фазового спектра периодического сигнала при некотором значении аргумента. Наличие высших гармоник в спектре периодического сигнала количественно описывается коэффициентом гармоник, характеризующим отличие формы данного периодического сигнала от гармонической (синусоидальной). Он равен отношению среднеквадратического значения сигнала суммы всех его гармоник, кроме первой, к средне-квадратическому значению первой гармоники:
(10.4)
где Yi, Y1 — i-я и первая гармоники сигнала Y(t).
Периодические сигналы бывают гармоническими, т.е. содержащими только одну гармонику, и полигармоническими, спектр которых состоит из множества гармонических составляющих. К гармоническим сигналам относятся сигналы, описываемые функцией синуса или косинуса. Все остальные сигналы являются полигармоническими.
Случайный сигнал — это изменяющаяся во времени физическая величина, мгновенное значение которой является случайной величиной. Характеристики и параметры случайных сигналов, или, как еще говорят, процессов, рассмотрены в разд. 4.3.
Измерительным сигналам посвящена обширная научная литература. В качестве примера можно привести [89, 90].
Метрология
Комментарии, рецензии и отзывы
10.1.1. классификация измерительных сигналов: Метрология, Сергеев Алексей Георгиевич, 2001 читать онлайн, скачать pdf, djvu, fb2 скачать на телефон Рассматриваются основные понятия метрологии, теория воспроизведения единиц фи-зических величин и передачи их размеров, погрешности измерений, обработка результатов измерений, построение и использование средств измерений.
