Friss tételek

Jelátalakítás és kódolás [informatika]



Jelátalakítás és kódolás

Tétel: Ismertesse az analóg és digitális jelek fogalmát, átalakításának jelentőségét, az átalakítás hardvereszközeit! Határozza meg az információ fogalmát, tárolási lehetőségeit. Beszéljen az adatmennyiség méréséről, mértékegységeiről. Elemezze a különböző típusú adatok ábrázolását:

Karakterek ábrázolása, kódrendszerek

Számábrázolás (fixpontos, lebegőpontos)

Logikai értékek ábrázolása, logikai műveletek

Bevezető

Kód fogalma: A kód megállapodás szerinti jelek vagy szimbólumok rendszere, mellyel valamely információ egyértelműen feldolgozható, visszaadható.

Kódolás fogalma: A kódolás valamely információ átalakítása egyezményes jelekké.

Analóg és digitális jelek

Analóg adat: Egy fizikai, kémiai vagy egyéb mennyiség változásával arányosan egy folytonos mennyiségi mutató változik.

Digitális adat: Egy fizikai, kémiai vagy egyéb mennyiség értékét az értéknek megfelelő diszkrét számok, vagy egységugrások jelzik.

Digitalizálás:

Egy fizikai, kémiai vagy egyéb mennyiség analóg adatát számsorozattá alakítunk át - kódoljuk.

Az analóg és digitális információ-feldolgozó rendszerek együttműködése során a következő jelábrázolási
módszereket használjuk:

1. folyamatos idő - folytonos mennyiség

2. diszkrét időpont -folytonos mennyiség

3. folyamatos idő - diszkrét mennyiség

4. diszkrét időpont -diszkrét mennyiség

Az első az analóg jelábrázolásnak felel meg, a negyedik a digitális jelábrázolásnak. A másik két jelábrázolási mód a kettő között helyezkedik el. Az analóg jelek átalakítása AD átalakítóval nem más, mint a forrásjelet leíró folytonos függvény átalakítása rögzített időpontokra vetített számsorozattá.

Analóg-digitális átalakító:

Olyan speciális áramkör, amely lehetővé teszi az analóg jelek digitális jelsorozattá alakítását. Fontos jellemzője az átalakítónak a kimeneti bitszélesség, a bemeneti maximális feszültség és az átalakítási idő. A külvilággal való kommunikáció szerint megkülönböztetünk soros és párhuzamos átalakítókat.

Megjegyzések: Az analóg adatok érzékenyek a külső zavarokra. A valós értéknek megfelelő adat és a mért adat között különbséget zajnak hívják. Torzítás az, amikor a mért adat a mérés teljes tartományában nem arányos az adatot jelző fizikai mennyiséggel. Az analóg adatok időben állandóan érkeznek, a változások érzékelésének sebessége viszont a mérőeszköz tehetetlenségétől függ.

Az átalakítás másodpercenkénti számát hívják mintavételi frekvenciának. Az adatok változását csak olyan pontossággal lehet jelezni, mint a mintavételi frekvencia kétszerese.

A digitalizálás pontossága korlátozott, de a digitális adat nem torzulhat. Ha az adatátviteli csatorna a digitális adatot nem tudja átvinni, akkor az átvitt érték nem érkezik meg a fogadó helyre és az adat elveszik.

Adat és adatmennyiség

Adat fogalma:

Az ismeret tárolására szolgál. A közölt ismeret egy adott pontig valamilyen körben mindenki számára érthető, de mást és mást jelent. Ha az ismereteket kölcsönösen egyértelműen értelmezhető formában közöljük, akkor adatról beszélünk.

Adattípusok:

Felhasznált jelek típusa szerint: numerikus, alfabetikus, alfa-numerikus.

Adat-feldolgozási folyamatra gyakorolt hatása szerint lehet: mennyiségi, azonosító vagy leíró adat.

Ábrázolhatóság és rögzíthetőség szerint: digitális, analóg.

Feldolgozási folyamatban elfoglalt helyük szerint: bemeneti, kimeneti.

Feldolgozási folyamatbeli szerepük szerint: törzsadatok (alig változnak), készletadatok (gyakran változnak), mozgásadatok.

Számítógép által értelmezett adattípusok: egész típusú adat (mindig csak egész szám lehet), valós (értéke csak valós szám lehet), logikai (két lehetséges érték: igaz, hamis), karakter (valamilyen betűkombinációt tartalmaz.)

Adatstruktúrák:

Az elemi adatokból különböző adatstruktúrákat létesíthetünk: tömbstuktúra: az egy típusú adatokból álló rendezett adatsort tömbnek nevezzük. Rekordstuktúra: tetszőleges típusú adatok egy egységgé való összekapcsolásakor keletkezik a rekord.

Információ:

Az informatika az információ-feldolgozással foglalkozik. Információn olyan közlést, hírt, tájékoztatást értünk, amely számunkra valamilyen szempontból érdekes és új ismeretet tartalmaz. Forrása az adó, aki közvetítő csatornán, kódolt formában küldi el az üzenetet a vevőnek. Az információ vonatkozhat egyfelől az informálódásra, mint folyamatra, másfelől az informáltságra, mint állapotra. Az adatfeldolgozásban információ alatt a technikailag ábrázolt adatokat értjük. Ebben az értelemben az adat és az információ azonos.

Az információs rendszer:

Az egymással kapcsolatban álló információs folyamatokat együtt információs rendszernek nevezzük.

Az információs rendszerrel szemben támasztott követelmények:

- gyors és pontos kommunikáció

- nagy mennyiségű adat tárolása

- gyors adatfeldolgozás

Ezen követelményeket a számítógép tökéletesen kielégíti.

Adatábrázolás:

A számítógépekben minden számot bitsorozatok reprezentálnak. A számítógép-architektúrákban a memóriák legkisebb külön kezelhető egysége 8 bit=1 byte, ezért minden adat bitekben vett hossza 8 egész számú többszöröse.

Karakterábrázolás:

A számítógépen a szöveges állományokat digitális formában tároljuk. Aza nem a szöveg, illetve a betűk képét, hanem a karakterek numerikus kódját. Ahhoz, hogy egyértelmű legyen, hogy egy karaktert melyik számmal kell helyettesíteni, kódtáblázatokat hoztak létre:

ASCII kódrendszer

Az ASCII kód az egész világon elfogadott szabvány a karakterek kódolásához. American Standard Code for Information Interchange. Nyolc biten kódolja az amerikai ABC kis- és nagybetűit, a számjegyeket és írásjeleket valamint különböző vezérlőjeleket. Nyolc biten 28 = 256 különböző karakter ábrázolható. Az első 128 kód mindig ugyanazt jeleni, a következő 128 kód országonként változhat. Sajnos a magyar ABC összes betűje nem található meg. Magyarországon kialakult karakterábrázolási szabványok:

- CWI

- Ventura szabv.

- CP 852 MS-DOS

- CP1250 MS-WINDOWS

Unicode

A Unicode - az ASCII és leszármazottaival (ISO Latin-1, ISO Latin-2) ellentétben - egy 16 bites karakterkészlet, amelybe sok nyelv karakterkészletét belevették. Ez azt jelenti, hogy összesen 216=65536 karaktert képes ábrázolni. Ezzel elérhető, hogy a régebbi karakterkészletek által nem tartalmazott jeleket is kódolni lehessen ugyanazon karakterkészleten belül. Eddig ugyanis a meglévő karakterkészleteket mindig bővíteni kellett, illetve újat kellett létrehozni ahhoz, hogy a számítógépek például az ékezetes betűket megfelelően tudják kezelni. Ez a hátrány megnehezítette a különböző programok egymással való kommunikációját, illetve az ékezetes nyelveken megírt dokumentumok ábrázolását. A Unicode karakterkészlet használata esetén akár görög karaktereket is használhatunk. A Unicode rendszer mostanában van elterjedőben. Egyes böngészők (Navigator), illetve a Java programozási nyelv már támogatják a használatát.

EBCDIC kódrendszer

Extended Binary Coded Decimal Intercahnge Code. 8 bites, 256 karakteres kódkészlet. Általában kommunikációs eszközök használták az információ cseréjéhez. Használata napjainkban háttérbe szorult.

BCD ábrázolás

A kód binárisan kódolt decimálist jelent, az elnevezése az angol Binary Coded Decimal rövidítése. A számok kódolására szolgál, napjainkban a BCD kód alkalmazása szintén háttérbe szorult. A decimális számot négy biten kódolja (16 variáció), így lesznek olyan bitkombinációk, melyek sohasem kerülnek felhasználásra. Ezeket a kombinációkat tiltott kódoknak nevezzük. Tiltott kódok 10, 11, 12, 13, 14, 15-nek megfelelő kettes számrendszerbeli számok.

Logikai értékek ábrázolása:

Az események igaz vagy hamis voltát logikai értéknek nevezzük. Az igaz (True) értéket 1-gyel, a hamis (False) értéket 0-val ábrázolhatjuk, tehát egy bit segítségével kódolható.

A Boole-algebra alkalmazása

George Boole angol matematikus fejlesztette ki a logikai algebrát, melyet nevéről Boole-algebrának nevezünk. A digitális áramkörök segítségével könnyen megvalósítható. Az 1 és 0 jelek a logikai algebrában nem számok, hanem csak célszerű szimbólumok. Ha egy kijelentés (állítás) értékét nem ismerjük, akkor egy logikai-változóval helyettesíthetjük, mely igaz vagy hamis értéket vehet fel. A logikai változók egymással kapcsolatban állhatnak. A logikai kapcsolatot a logikai függvény írja le. A legbonyolultabb logikai függvény is kifejezhető néhány alapművelet segítségével, melyek a következők:

NEM (NOT) negáció:

Legyen “A” a bemenő változó, “Y” pedig az eredmény.

Táblázatos leírás (igazságtáblázat):

A

Y

0

1

1

0

ÉS (AND) konjunkció:

A

B

Y

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

Az ÉS művelet tulajdonságai:

- asszociativitás (csoportosíthatóak)

- kommutativitás (felcserélhetőek)

VAGY (OR) diszjunkció

A

B

Y

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

1

A VAGY művelet tulajdonságai:

- asszociativitás (csoportosíthatóak)

- kommutativitás (felcserélhetőek)

A KIZÁRÓ VAGY (XOR)

A

B

Y

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

Számábrázolás:

A használatos számrendszerek, számábrázolási formák:

A ma leghasználatosabb számrendszer a tízes, amely az arab számjegyekre és a hozzájuk rendelt helyértékekre épül. Kettes számrendszer: A számítógép nyelve csak két jelet ismer, a 0-t és az 1-et. Ezt a két jelet bináris számjegynek vagy bitnek nevezzük. (Binary Digit) Nyolcas: Az oktális számrendszer jegyeit bináris számrendszerbeli jegyekkel ki lehet fejezni. 0=000, 1=001, 2=010, 3=011, 4=100. Ezeket a bithármasokat triádoknak nevezzük. Tizenhatos (hexadecimális): elsősorban a számábrázolásra használják. A 16 különböző szimbólum kifejezhető bitnégyesekkel vagy tetrádokkal. Binárisan kódolt decimális számrendszer: itt bitnégyesekkel fejezzük ki a decimális számrendszerbeli számokat. 0=0000, 1=0001, 2=0010, 3=0011. Ez nem azonos a szám bináris ábrázolásával. Ez a BCD kód. 8 számjegyes formában 256 különböző írásjel fejezhető ki.

Számábrázolási formák

A számok tárolásának kétféle módja van:

-Fixpontos: A matematikai egészeket és a fixpontos törteket a számítógép egyaránt egész számként kezeli (gépi egészek). A bináris vessző helyét nem jelöli külön bit. A fixpontos ábrázoláskor a bináris vessző helyét a programozás (fixen) előre rögzíti.(Egész szám esetén a tizedespont az utolsó bit után.) Az előjel nélküli egészek bináris alakjukban tárolódnak. (Ha szükséges, a számot balról nullák egészítik ki.) Előjeles számábrázolásnál az első bit az előjelbit: pozitív szám (0), negatív szám (1). Túlcsordulás: ha az egészrész több bitet tartalmaz, mint amennyi rendelkezésre áll. Lecsordulás: ha a törtrész több bitet tartalmaz, mint amennyi rendelkezésre áll. Az esetlegesen túlcsordult számjegyek elvesznek, így inkább egész számok ábrázolására célszerű használni. Nyolc biten tárolható értékek:-128-től +127-ig. Előjeles egésznél, ha a szám nem kisebb nullánál, bináris alakjában kerül tárolásra, egyébként kettes komplemense képződik. A kettes komplemens képzésének módja:

Egyes komplemens képzése (bitenkénti negáció):

0

1

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

Egy hozzáadása:

1

0

1

1

0

1

1

1

Kettes komplemens képzézse:

A kettes komplemens képzésének másik módszere: jobbról balra haladva leírjuk a bináris számot az első egyesig (ezt még leírjuk), ettől kezdve az összes bitet negáljuk. Kettes komplemens előnye: kivonás visszavezethető összeadásra.

Példa:

0

0

0

0

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

0

0

0

0

0

1

0

-Lebegőpontos számábrázolás során a bináris vessző helyét tetszőleges módon helyezhetjük el, és a továbbiakban a gép automatikusan így helyezi el. Alapja, hogy a számok hatványkitevős alakban is felírhatók (pl.: 3.14·1015): m*ak. a=a számrendszer alapszáma, m=mantissza (általában normalizált érték tárolódik itt. Ez alatt azt értjük, hogy a tizedesvesszőt a legnagyobb helyiértékű egyes mögé toljuk, ezért mivel a tizedesvessző előtt biztosan egyes áll, ezt szükségtelen megjelölni.), k=karakterisztika=exponens (mivel szükség van pozitív és negatív hatványkitevő tárolására egyaránt, ezért a tényleges kitevőnél 127-tel /dupla pontosság esetén 1023-mal/ nagyobb szám tárolódik. Így ha itt pl. 30 áll, az 30-127=-97-et jelent. Ha 1,15·230-t akarjuk ábrázolni, az exponens tárolt értéke 30+127=157 lesz.). A hatványkitevős forma egyértelműsége miatt elfogadtak egy közös elvet: az m mindig kisebb, mint egy, és a tizedesponttól (esetünkben inkább „kettedesponttól”) balra eső számjegy nem lehet nulla. Ezen feltételeket teljesítő felírási módot normalizálásnak nevezzük, amit természetesen a számítógépek automatikusan elvégeznek. Itt is van előjelbit, ezek értéke az előbbivel megegyező.

Pontozás:

Témakör

Kulcsszavak, fogalmak

Pont

2.1.1. Analóg és digitális jelek

Mintavételezés, minta tárolása

1 pont

2.1.2 Az adat és az adatmennyiség

Kettes számrendszer, bit, byte

2 pont

2.1.3 Bináris számábrázolás

2.1.4 Bináris karakterábrázolás

Fixpontos, kettes komplemens kód, lebegőpontos

Karakter kódok: ASCII, UNICODE, kódlapok

2 pont

2 pont

Mintakérdések és feladatok a kommunikációhoz:

Adja meg RGB kóddal a tiszta piros szín kódját, adja meg ugyanennek a színnek világosabb változatát!

R:255,G:0,B:0-> piros; R:222, G:0, B:0 -> világosabb piros

Mi az előnye és hátránya az analóg módon rögzített hangfelvételnek?

Előny: Bizonyos átalakítások könnyebbek.

Hátrány: Az elterjedt analóg hanghordozók lejátszás során könnyen sérülnek.

Alakítsa át a következő tízes számrendszerbeli számot kettes számrendszerbe! 124

1111100

Hány karakter van az Ascii kódrendszerben?

256.

(Not(A) and B) or C igazságtáblázata?

A B C Q

0 0 0 0

0 0 1 1

0 1 0 1

1 0 0 0

1 0 1 1

1 1 0 0

0 1 1 1

1 1 1 1

Mondjon példákat analóg módon működő eszközökre!

TV, rádió (ezekből már van digitális is)

Mondjon példákat digitálisan működő eszközökre!

Digitális óra, dig. TV (ennek használata nem terjedt el Magyarországon)

Hány bájt helyet foglal a következő tulajdonságokkal rendelkező 5 másodperces sztereó hang? 44,1 kHz, 16 bit.

44,1 kHz -> 44100 minta/másodperc

16 bit -> ekkora helyet foglal el egy minta

Sztereó -> egy minta kétszer akkor helyet foglal el (mint a mono)

44100*16*2*5=7056000 bit=882000 bájt

Share this:

Megjegyzés küldése

 
Copyright © 2007- Érettségi vizsga tételek gyűjteménye. Designed by OddThemes | Distributed By Gooyaabi Templates