Цифровой USB осциллограф из компьютера. Схема и описание. Компьютер цифровой


Цифровые и аналоговые компьютеры

Разница между цифровым и аналоговом компьютере в самом способе представления информации.

Аналоговый компьютер

Оперирует непрерывными величинами, величинами, способными принимать любые значения и изменяться непрерывно. Они способны довольно успешно моделировать разнообразные физические процессы, на которые цифровому бы потребовалось огромное количество операций, однако их недостатки не позволили получить им широкое распространение. Одним из известных аналоговых компьютеров является электролитическая ванна.

Цифровой компьютер

Оперирует дискретными величинами и символами. Простота, надёжность, устойчивость к помехам, точность вычислений дали возможность их применять в самом широком спектре задач. Таким образом подавляющее большинство компьютеров — цифровые. Обычно компьютеры используют для внутренних нужд двоичную систему счисления.

В настоящее время цифровые компьютеры представлены электронными вычислительными машинами, основанными на заряде электрона, однако уже разрабатываются машины, основанные на других физических принципах — оптические, квантовые и другие (биологические, электронные на базе собственного магнитного момента (спина) электрона).

В зависимости от вида перерабатываемой информации вычислительные машины подразделяют на два основных класса: аналоговые и цифровые.

Аналоговый компьютер – это вычислительная машина, оперирующая информацией, представленной в виде непрерывных изменений некоторых физических величин. При этом в качестве физических переменных выступают сила тока электрической цепи, угол поворота вала, скорость и ускорение движения тела и т.п. Используя тот факт, что многие явления в природе математически описываются одними и теми же уравнениями, аналоговые вычислительные машины позволяют с помощью одного физического процесса моделировать различные другие процессы.

Цифровой компьютер – это вычислительная машина, оперирующая информацией, представленной в дискретном виде. В настоящее время разработаны методы численного решения многих видов уравнений, что дало возможность решать на цифровых вычислительных машинах различные уравнения и задачи с помощью набора простых арифметических и логических операций. Поэтому если аналоговые вычислительные машины обычно предназначены для решения определенного класса задач, т.е. являются специализированными, то цифровой компьютер, как правило, универсальное вычислительное средство. Наибольшее распространение получили электронные вычислительные машины, выполненные с использованием новейших достижений электроники.

Цифровой или аналоговый

Фундаментальным решением при проектировании компьютера является выбор, будет ли он цифровой или аналоговой системой. Если цифровые компьютеры работают с дискретными численными или символьными переменными, то аналоговые предназначены для обработки непрерывных потоков поступающих данных. Сегодня цифровые компьютеры имеют значительно более широкий диапазон применения, хотя их аналоговые собратья все ещё используются для некоторых специальных целей. Следует также упомянуть, что здесь возможны и другие подходы, применяемые, к примеру, в импульсных и квантовых вычислениях, однако пока что они являются либо узкоспециализированными, либо экспериментальными решениями.

Примерами аналоговых вычислителей, от простого к сложному, являются: логарифмическая линейка, астролябия, осциллограф, телевизор, аналоговый звуковой процессор, автопилот, мозг.

Среди наиболее простых дискретных вычислителей известен абак, или обыкновенные счёты; наиболее сложной из такого рода систем является суперкомпьютер.

Аналоговый компьютер

Аналоговый компьютер — аналоговая вычислительная машина (АВМ), которая представляет числовые данные при помощи аналоговых физических переменных (скорость, длина, напряжение, ток, давление), в чём и состоит его главное отличие от цифрового компьютера.

Виды:

  • механические

  • пневматические

  • гидравлические

  • электромеханические

  • электронные

Представлением числа в механических аналоговых компьютерах служит, например, количество поворотов шестерёнок механизма. В электрических — используются различия в напряжении. Они могут выполнять такие операции, как сложение, вычитание, умножение, деление, дифференцирование, интегрирование и инвертирование.

При работе аналоговый компьютер имитирует процесс вычисления, при этом характеристики, представляющие цифровые данные, в ходе времени постоянно меняются.

Результатом работы аналогового компьютера являются либо графики, изображённые на бумаге или на экране осциллографа, либо электрический сигнал, который используется для контроля процесса или работы механизма.

Эти компьютеры идеально[источник не указан 275 дней] приспособлены для осуществления автоматического контроля над производственными процессами, потому что они моментально[источник не указан 275 дней] реагируют на различные изменения во входных данных. Такого рода компьютеры широко используются в научных исследованиях. Например, в таких науках, в которых недорогие электрические или механические устройства способны имитировать изучаемые ситуации.

В ряде случаев с помощью аналоговых компьютеров возможно решать задачи, меньше заботясь о точности вычислений, чем при написании программы для цифровой ЭВМ. Например, для электронных аналоговых компьютеров без проблем реализуются задачи, требующие решения дифференциальных уравнений, интегрирования или дифференцирования. Для каждой из этих операций применяются специализированные схемы и узлы, обычно с применением операционных усилителей. Также интегрирование легко реализуется и на гидравлических аналоговых машинах.

Примеры использования

Аналоговые компьютеры основываются на задании физических характеристик их составляющих. Обычно это делается методом включения-исключения некоторых элементов из цепей, которые соединяют эти элементы проводами, и изменением параметров переменных сопротивлений, емкостей и индуктивностей в цепях.

Автомобильная автоматическая трансмиссия является примером гидромеханического аналогового компьютера, в котором при изменении вращающего момента жидкость в гидроприводе меняет давление, что позволяет получить необходимый результат.

Помимо технических применений (автоматические трансмиссии, музыкальные синтезаторы), аналоговые компьютеры используются для решения специфических вычислительных задач практического характера. Например, кулачковый механический аналоговый компьютер, изображённый на фото, применялся в паровозостроении для аппроксимации кривых 4 порядка с помощью преобразований Фурье.

Цифровой компьютер

Компьютер (англ. computer — «вычислитель»), электронная вычислительная машина (ЭВМ) — вычислительная машина, предназначенная для передачи, хранения и обработки информации.

Термин «компьютер» и аббревиатура «ЭВМ», принятая в СССР, являются синонимами. В настоящее время словосочетание «электронная вычислительная машина» вытеснено из бытового употребления. Аббревиатуру «ЭВМ» в основном используют как правовой термин в юридических документах, а также в историческом смысле — для обозначения компьютерной техники 1940-80-х годов. Также «ЦВМ» - «цифровая вычислительная машина».

При помощи вычислений компьютер способен обрабатывать информацию по определённому алгоритму. Любая задача для компьютера является последовательностью вычислений.

Физически компьютер может функционировать за счёт перемещения каких-либо механических частей, движения электронов, фотонов, квантовых частиц или за счёт использования эффектов любых других физических явлений.

Архитектура компьютеров может непосредственно моделировать решаемую проблему, максимально близко (в смысле математического описания) отражая исследуемые физические явления. Так, электронные потоки могут использоваться в качестве моделей потоков воды при моделировании дамб или плотин. Подобным образом сконструированные аналоговые компьютеры были обычны в 1960-х годах, однако сегодня стали достаточно редким явлением.

В большинстве современных компьютеров проблема сначала описывается в понятном им виде (при этом вся необходимая информация как правило представляется в двоичной форме — в виде единиц и нулей, хотя существовали и компьютеры на троичной системе счисления), после чего действия по её обработке сводятся к применению простой алгебры логики. Поскольку практически вся математика может быть сведена к выполнению булевых операций, достаточно быстрый электронный компьютер может быть применим для решения большинства математических задач, а также и большинства задач по обработке информации, которые могут быть сведены к математическим.

Было обнаружено, что компьютеры могут решить не любую математическую задачу. Впервые задачи, которые не могут быть решены при помощи компьютеров, были описаны английским математиком Аланом Тьюрингом.

Результат выполненной задачи может быть представлен пользователю при помощи различных устройств ввода-вывода информации, таких, как ламповые индикаторы, мониторы, принтеры, проекторы и т. п.

Начинающие пользователи и особенно дети зачастую с трудом воспринимают идею того, что компьютер — просто машина и не может самостоятельно «думать» или «понимать» те слова, которые он показывает. Компьютер лишь механически отображает заданные программами точки, линии и цвета при помощи устройств ввода-вывода. Человеческий мозг сам узнаёт в показанном те или иные образы, числа и слова и придаёт им те или иные значения. Точнее, основное различие компьютера и человеческого мозга - в способности к абстрактному мышлению, которым обладает лишь мозг человека, и, благодаря которому, человек обладает разумом. В том числе сюда относятся - творчество, фантазия, размышления, самообучение, эстетическое восприятие и т.п.

studfiles.net

Цифровой компьютер - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Цифровой компьютер

Cтраница 1

Цифровой компьютер [ Digital Computer ] - компьютер, управляемый программами, хранящимися во внутренней памяти, который может использовать общую память для всех или части программ, а также для всех или части данных, необходимых для выполнения программ; выполнять программы, написанные или указанные пользователем; совершать заданные пользователем манипуляции над дискретными данными, представленными в виде цифр, включая арифметические и логические операции; и выполнять программы, которые модифицируются в процессе исполнения. В обработке информации термин компьютер часто относится к цифровым компьютерам.  [1]

Цифровой компьютер и соответствующие преобразователи сигналов обладают ограниченной точностью. Под точностью в данном случае следует понимать разрешение, с которым определяются отдельные переменные. Так, точность компьютера ограничена конечной длиной машинного слова. Точность АЦП ограничена конечным числом двоичных разрядов его регистра. Поэтому говорят, что преобразованный сигнал т ( кТ) включает в себя ошибку квантования по амплитуде. Если эта ошибка, а также ошибка, обусловленная конечной длиной машинного слова, малы в сравнении с амплитудой сигнала, то цифровая система является достаточно точной и эффектом квантования по амплитуде можно пренебречь.  [2]

Цифровой компьютер, как это общепринято считать, является эффективным универсальным вычислительным устройством. Также считается, что он способен воспроизвести работу любого физического вычислительного устройства, причем требуемое для этого время возрастет не более, чем на полиномиальный множитель.  [3]

Цифровой компьютер - это машина, которая может решать задачи, выполняя данные ей команды. Последовательность команд, описывающих решение определенной задачи, называется программой. Электронные схемы каждого компьютера могут распознавать и выполнять ограниченный набор простых команд.  [4]

Цифровой компьютер состоит из связанных между собой процессоров, памяти и устройств ввода-вывода. Вторая глава знакомит читателя с этими компонентами и с тем, как они взаимосвязаны.  [5]

Без цифрового компьютера интерферограмму не так легко интерпретировать.  [7]

Название специализированного электронного цифрового компьютера, который был изготовлен с соблюдением строжайшей секретности на исследовательской станции Почтового ведомства Великобритании в Лондоне и начал выполнять полезную работу в правительственном учреждении в Блетчли-Парк, граф.  [8]

Повсеместное применение цифровых компьютеров побуждает нас обратиться к описанию систем управления во временной области. Соответствующие методы могут быть применены к нелинейным, нестационарным и многомерным системам. Нестационарная система управления - это система, в которой один или более параметров являются функциями времени. Например, масса ракеты изменяется по мере расходования топлива в процессе полета. Многомерная система, как это было отмечено в разд.  [9]

Другой подход моделирует на цифровом компьютере полную работу аналоговой ЭВМ. В этих программах используется специальный язык, что делает их чрезвычайно гибкими и простыми в применении. Недавно Титченер [80] описал ориентированную на кинетику программу, где аналоговый компьютер моделируется на микрокомпьютере посредством использования сборки символьных модулей.  [10]

Миникомпьютер [ Minicomputer ] - цифровой компьютер, являющийся в функциональном отношении промежуточным между микрокомпьютером и универсальным компьютером.  [11]

Возможно, что даже работа цифровых компьютеров требует более глубокого понимания взаимосвязи действий U и R. В случае с компьютерами, мы, по-край-ней мере, знаем, что цифровые вычисления являются алгоритмическими ( по самой конструкции. Но я утверждаю, что в случае с мозгом и разумом ситуация совершенно иная. Вполне допустимо, что в процессе ( сознательного) мышления участвует некая существенная неалгоритмическая составляющая. В следующей главе я попытаюсь подробно изложить причины, заставляющие меня верить в существование этой составляющей, а также выскажу предположения о том, какими удивительными реальными физическими эффектами обусловлено сознание, влияющее на работу мозга.  [12]

Существует подобие между мозгом и цифровым компьютером: оба оперируют электронными сигналами, оба состоят из большого количества простых элементов, оба выполняют функции, являющиеся, грубо говоря, вычислительными. Тем не менее существуют и фундаментальные отличия. По сравнению с микросекундными и даже наносекундными интервалами вычислений современных компьютеров нервные импульсы являются слишком медленными. Хотя каждый нейрон требует наличия миллисекундного интервала между передаваемыми сигналами, высокая скорость вычислений мозга обеспечивается огромным числом параллельных вычислительных блоков, причем количество их намного превышает доступное современным ЭВМ. Диапазон ошибок представляет другое фундаментальное отличие: ЭВМ присуща свобода от ошибок, если входные сигналы безупречно точны и ее аппаратное и программное обеспечение не повреждены. Мозг же часто производит лучшее угадывание и приближение при частично незавершенных и неточных входных сигналах. Часто он ошибается, но величина ошибки должна гарантировать наше выживание в течение миллионов лет.  [13]

Основные элементы, из которых конструируются цифровые компьютеры, чрезвычайно просты. Сначала мы рассмотрим эти основные элементы, а также специальную двузначную алгебру ( булеву алгебру), которая используется при конструировании этих элементов. Затем мы рассмотрим основные схемы, которые можно построить из вентилей в различных комбинациях, в том числе схемы для выполнения арифметических действий. Следующая тема - как можно комбинировать вентили для хранения информации, то есть как устроена память. Затем мы рассмотрим различные примеры промышленного производства.  [14]

Такого рода сведения необходимы для построения любого цифрового компьютера и входной программы, поэтому модели должны быть практичными при вычислениях. Построение соответствующих гамильтонианов не требует знания всех вычислительных орбит модели.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Когда был изобретен первый компьютер?

Так когда же был изобретен первый компьютер? На этот вопрос нельзя дать однозначного ответа в связи с различными классификациями компьютеров. Первый механический компьютер, созданный Чарльзом Бэббиджем в1822 г., на самом деле не очень похож на то, что мы привыкли называть компьютером сегодня.

Когда впервые было использовано слово «компьютер»?

Слово «компьютер» был впервые использовано в 1613 году, и первоначально обозначало человека, который выполнял вычисления или какие либо расчеты. Определение компьютера носило то же значение, до конца 19-го века, пока промышленная революция не дала начало машинам, основной целью которых были вычисления.

Первый механический компьютер или концепция автоматической вычислительной машины.

В 1822 году, Чарльз Бэббидж разработал концепцию и приступил к разработке разностной машины (Difference Engine), которая считается первой автоматической вычислительной машиной. С этого началась история компьютера. Разностная машина была способна оперировать несколькими наборами чисел и выдавать бумажные копии результатов. В разработке разностной машины Бэббиджу помогала Ада Лавлейс, которая, по мнению многих, считается первым. К сожалению, из-за финансовых проблем, Бэббидж не смог закончить полномасштабную функциональную версию этой машины. В июне 1991 года, Музей науки в Лондоне построил Разностную машину № 2 в честь двухсотлетнего дня рождения Бэббиджа, а затем, в 2000 году завершил и печатающий механизм.

Первый компьютер

В 1837 году, Чарльз Бэббидж предложил первый программируемый вычислительный компьютер, который назывался Аналитическая машина. Аналитическая машина содержала блок арифметической логики (ALU), основной контроль потока, и встроенную память. К сожалению, из-за проблем с финансированием, этот компьютер так и не был построен при жизни Чарльза Бэббиджа. Только в 1910 году, Генри Бэббидж, младший сын Бэббиджа, смог завершить центральную часть этой машины по чертежам отца, которая оказалась в состоянии выполнять основные арифметические расчеты.

 

 

Первый компьютер с возможностью программирования.

ПервМашина Тьюрингаый электро-механический двоичный программируемый компьютер Z1 был создан немецким инженером Конрадом Цузе в гостиной его родителей между 1936 и 1938 годами, и считается первым, действительно функциональным современным компьютером.

Машина Тьюринга была предложена Аланом Тьюрингом в 1936 и стала основой для теорий о вычислениях и компьютерах. Этот механизм распечатывал символы на перфоленте способом, который эмулировал человека после ряда логических инструкций. Без этих основных принципов у нас не было бы компьютеров, которые мы используем сегодня.

Первый электрический программируемый компьютер.

В декабре 1943 года был продемонстрирован первый электрический программируемый компьютер «Колосс» разработанный Томми Флауэрсом и использовался для расшифровки перехваченных немецких сообщений.

Первый в истории цифровой компьютер

Компьютер Атанасова-Берри — АВС был разработан профессором Атанасовым и аспирантом Клиффом Берри в 1937 году. Его разработка продолжалась до 1942 в Государственном колледже Айовы (теперь Университет штата Айова).ABC была электрическим компьютером, который использовал вакуумные лампы для цифрового вычисления, включая двоичную математику и булеву логику и не имел процессора.19 октября 1973 года, США федеральный судья Эрл Р. Ларсон подписал решение об отзыве патента ENIAC Дж Преспер Эккерта и Джона Мочли и назвал Атанасова изобретателем электронного цифрового компьютера.ENIAC был изобретен Дж. Преспером Экертом и Джоном Мочли в Университете Пенсильвании и начал конструироваться в 1943 г и был завершен только в 1946 г. Он занимал около 1800 квадратных футов, и использовал около 18000 вакуумных трубок, весом почти 50 тонн. Несмотря на то, что судья постановил, что компьютер ABC был первым компьютером, многие все еще полагают, что ENIAC – это и есть первый компьютер, потому что он был полностью функциональным.

Первый компьютер с хранимой в памяти программой.

Один из первых компьютеровБританский компьютер, известный как EDSAC, принято считать первой электронно-вычислительной машиной, у которой программы хранились в памяти. Компьютер был запущен в работу 6 мая 1949 года и был первым ЭВМ, на котором выполнялась графическая компьютерная игра.Примерно в то же время в Манчестерском университете Виктории разрабатывался другой компьютер под названием Manchester Mark 1 , который также мог выполнять сохраненные программы. Первая версия компьютера Марк 1 была введена в эксплуатацию в апреле 1949 года. В ночь 16—17 июня 1949 года Марк 1 был использован для запуска программы для поиска простых чисел Мерсенна, и за девять не сделал ни одной ошибки.

Первая компьютерная фирма.

Первой компьютерной фирмой была Electronic Controls Company, которая была основана в 1949 Дж. Преспером Экертом и Джоном Мочли, теми же людьми, которые помогали создавать компьютер ENIAC. Компания была позже переименована в EMCC или Eckert-Mauchly Computer Corporation и выпускала серию мэйнфреймовых компьютеров под именем UNIVAC.

Первая хранимая компьютерная программа

Первым компьютером, который был способен к хранению и выполнению программы из памяти был UNIVAC 1101 или ERA 1101, представленный правительству США в 1950 году.

Первый коммерческий компьютер.

В 1942, Конрад Цузе начал работать над Z4, который позже стал первым коммерческим компьютером. Компьютер был продан Эдуарду Штифелю, математику швейцарского федерального Технологического института Цюриха 12 июля 1950 года.

Первый компьютер компании IBM.

7 апреля 1953 года компания IBM публично представляла 701 — первый коммерческий научный компьютер компании.Первый компьютер с оперативной памятью8 марта 1955 года Массачусетский технологический институт MIT представил революционный компьютер «Вихрь» (Whirlwind), который был первым компьютером с RAM на ферритовых сердечниках и графикой в реальном времени.

Первый транзисторный компьютерТранзисторы

TX-O (Транзисторный Экспериментальный компьютер) является первым транзисторным компьютером, который был продемонстрирован в Массачусетском технологическом институте в 1956 году.

Первый мини-компьютер.

В 1960 Digital Equipment Corporation выпускала свой первый из многих компьютеров PDP, PDP-1.

Первый настольный компьютер и компьютер для массового рынка.

В 1964 на нью-йоркской Всемирной выставке был представлен общественности первый настольный компьютер Programma 101. Он был изобретен Пьером Джорджио Перотто и произведен компанией Olivetti. Приблизительно 44000 компьютеров Programma 101 были проданы, каждый по цене 3,200$.В 1968 Hewlett Packard начала продавать HP 9100A, который, как полагают, был первым продаваемым на массовом рынке настольным компьютером.

Первая рабочая станция.

Несмотря на то, что этот компьютер никогда не продавался, первой рабочей станцией считают Xerox Alto, представленный в 1974 году. Компьютер был революционным для своего времени и включал полностью функциональный компьютер, дисплей и мышь. Этот компьютер, как и большинство компьютеров сегодня, использовал в качестве интерфейса своей операционной системы окна, меню и иконки. Многие из возможностей этого компьютера были продемонстрированы 9 декабря 1968 года.

Первый микропроцессор.

15 ноября 1971 года Intel представляет первый микропроцессор Intel 4004.

Первый микро-ЭВМ.

В 1973 году инженер Андре Трюонг Тронг Ти, вместе с Франсуа Жернелем, разработал компьютер Micral. Рассматриваемый как первый «микро-ЭВМ», он использовала процессор Intel 8008 и был первым коммерческим компьютерным без сборки. Первоначально продавался за $ 1,750.

Первый персональный компьютер.

В 1975 Эд Робертс ввел термин «персональный компьютер», когда он представил свое детище Альтаир 8800, несмотря на то, что первым персональным компьютером, как полагают многие, являлся KENBAK-1, представленный за 750$ в 1971 году. Компьютер полагался на серию переключателей для ввода данных и серию световых сигналов для вывода. Таким образом история компьютеров вышла на новый уровень.

Первый ноутбук или портативный компьютер

IBM 5100 является первым портативным компьютером, который был выпущен в сентябре 1975 года. Компьютер весил 55 фунтов (25 кг.) и имел пятидюймовый ЭЛТ-дисплей, накопитель на магнитной ленте, 1.9MHz PALM процессор и 64 КБ оперативной памяти.

Первым действительно портативным компьютером или ноутбуком является Осборн I, который был разработан Адамом Осборном и выпущен в апреле 1981 года. Осборн весил 24.5 фунта (11,1 кг.), имел 5-дюймовый дисплей, 64 Кбайта памяти, два 5 1/4-дюймовых дисковода для гибких дисков, работал на операционной системе CP/M 2.2, имел модем и стоил 1,795 долларов США.Подразделение IBM PC (PCD) позже выпустило IBM — первый портативный компьютер, который весил 30 фунтов (13,6 кг.). Позже в 1986 году, IBM, PCD анонсировала первый ноутбук, весивший 12 фунтов (5,4 кг). Затем, в 1994, IBM представила IBM ThinkPad 775CD, первый ноутбук с интегрированным CD-ROM.

Первый компьютер Apple.

Apple I (Apple 1) был первым Компьютером Apple и продавался за 666.66$. Компьютер был разработан Стивом Возняком в 1976 году и оснащался 8-разрядным процессором и 4 Кб памяти с возможностью расширения до 8 или 48 Кб платами расширения. Несмотря на то, что Apple продавался полностью собранным он, все же не мог функционировать без источника питания, дисплея, клавиатуры и корпуса, которые продавались отдельно.

Первый IBMПервый персональный компьютер IBM.

IBM представляла свой первый персональный компьютер, названный IBM PC под кодовым названием Acorn в 1981 году. На нем был установлен 8088 процессор, 16 Кбайт памяти, которая расширялась до 256 кб, в качестве операционной системы использовалась MS-DOS.

Первый ПК клон.

МодельCompaq Portable , является первым клоном PC и был выпущен в марте 1983 года фирмой Compaq. Compaq Portable был на 100% IBM-совместимым и способным к выполнению любого программного обеспечения, разработанного для компьютеров IBM.

Первый мультимедийный компьютер.

В 1992 году, Тэнди Radio Shack стала одной из первых компаний по выпуску компьютеров на основе стандарта MPC с его введением M2500 XL / 2 и компьютеров M4020 SX.

komp.site

Цифровой USB осциллограф из компьютера. Схема и описание

В наше время использование различных измерительных устройств, построенных на базе взаимодействия с персональным компьютером, достаточно много. Значительным преимуществом их использования является возможность сохранения полученных значений достаточно большого объема в памяти устройства, с последующим их анализом.

Цифровой USB осциллограф из компьютера, описание которого мы приводим в данной статье, является одним из вариантов подобных измерительных инструментов радиолюбителя. Его можно применить в качестве осциллографа и устройства записывающего электрические сигналы в оперативную память и на жесткий диск компьютера.

Схема не сложная и содержит минимум компонентов, в результате чего удалось добиться хорошей компактности устройства.

Основные характеристики USB осциллографа:

  • АЦП: 12 разрядов.
  • Временная развертка (осциллограф): 3…10 мсек/деление.
  • Временной масштаб (рекордер): 1…50 сек/выборка.
  • Чувствительность (без делителя): 0,3 Вольт/деление.
  • Синхронизация: внешняя, внутренняя.
  • Запись данных (формат): ASCII, текстовый.
  • Максимальное входное сопротивление: 1 МОм параллельно к емкости 30 пФ. 

Описание работы осциллографа из компьютера

Для осуществления обмена данными, между USB осциллографом и персональным компьютером, применен интерфейс Universal Serial Bus (USB). Данный интерфейс функционирует на базе микросхемы FT232BM (DD2) фирмы Future Technology Devices. Она представляет собой преобразователь интерфейса USB - COM. Микросхема FT232BM может функционировать как в режиме прямого управления битами BitBang (при использовании драйвера D2XX), так и в режиме виртуального COM-порта (при применении драйвера VCP).

В роли АЦП применена интегральная микросхема AD7495 (DD3) фирмы Analog Devices. Это не что иное, как аналого-цифровой преобразователь с 12 разрядами, с внутренним источником опорного напряжения и последовательным интерфейсом.

USB осциллограф из компьютераВ микросхеме AD7495 также есть синтезатор частот, который определяет, с какой скоростью будет происходить обмен информацией между FT232BM и AD7495. Для создания необходимого протокола обмена данными, программа USB осциллографа наполняет выходной буфер USB отдельными значениями битов для сигналов SCLK и CS так,  как указано на следующем рисунке:

диаграмма

Измерение одного цикла определяется серией из девятьсот шестидесяти последовательных преобразований. Микросхема FT232BM с частотой, определяемой встроенным синтезатором частот, отправляет электрические сигналы SCLK и CS, параллельно с передачей данных преобразования по линии SDATA. Период 1-го полного преобразования АЦП FT232BM, устанавливающий частоту выборки, соответствует продолжительности периода отправки 34 байтов данных, выдаваемых микросхемой DD2 (16 бит данных + импульс линии CS). Поскольку быстрота передачи данных FT232BM обусловливается частотой внутреннего синтезатора частот, то для модификации значений развертки нужно всего лишь менять значения синтезатора частот микросхемы FT232BM.

Данные, принятые персональным компьютером, после определенной переработки (изменение масштаба, корректировка нуля) выводятся на экран монитора в графическом виде.

Исследуемый сигнал поступает на разъем XS2. Операционный усилитель OP747 предназначен для согласования входных сигналов с остальной схемой USB осциллографа.

На модулях DA1.2 и DA1.3 построена схема сдвига двухполярного входного сигнала в зону положительного напряжения. Поскольку внутренний источник опорного напряжения микросхемы DD3 имеет напряжение 2,5 вольт, то без использования делителей охват входных напряжений равен -1,25..+1,25 В.

Чтобы была возможность исследовать сигналы, имеющие отрицательную полярность, при фактически однополярном питании от разъема USB (распиновка USB разьема), использован преобразователь напряжения DD1, который для питания ОУ OP747 вырабатывает напряжение отрицательной полярности. Для защиты от помех аналоговой части осциллографа применены компоненты R5, L1, L2, C3, C7-C11.

Для вывода информации на экран монитора компьютера предназначена программа uScpoe. При помощи данной программы появляется возможность визуально оценивать величину исследуемого сигнала, а так же его форму в виде осциллограммы.

программа USB осциллографа

Для управления разверткой осциллографа предназначены кнопки ms/div. В программе можно сохранять осциллограмму и данные в файл при помощи соответствующих пунктов меню. Для виртуального включения и выключения осциллографа используются кнопки Power ON/OF. При отсоединении схемы осциллографа от компьютера, программа uScpoe автоматически переводится в режим OFF.

В режиме записи электрического сигнала (recorder), программа создает текстовый файл, имя которого можно задать по следующему пути: File->Choice data file. изначально формируется файл data.txt. Далее файлы можно импортировать в другие приложения (Excel, MathCAD) для дальнейшей обработки.

Скачать программу и драйвер (3,0 Mb, скачано: 4 627)

Источник: Радио, 5/2005

www.joyta.ru

Ввод цифровой и аналоговой информации в персональный компьютер с фото и видеокамеры

ВВОД ЦИФРОВОЙ И АНАЛОГОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР С ФОТО И ВИДЕОКАМЕРЫ

Современные компьютеры могу обрабатывать числовую, текстовую, графическую, звуковую и видеоинформацию.

      Для ввода в компьютер звуковой информации применяются микрофоны; сканеры, цифровые фотоаппараты и видеокамеры используются для ввода сложных графических изображений, фотографий и видеофильмов; числовая и текстовая информация также может быть введена в память компьютера с помощью сканера.

Аналоговые устройства

Цифровой и аналоговый форматы принципиально отличаются друг от друга. Если в цифровом виде информация при записи кодируется в определенный поток цифровых данных для расшифровки (декодирования) которых требуется другое цифровое программное устройство, то аналоговый формат для своего воспроизведения нуждается только в кинопроекторе, проигрывателе, радиоприёмнике или магнитофоне. Потому что аналоговый сигнал — это либо звук, либо свет, точнее непрерывная волна, визуальный и звуковой потоки нашего восприятия. Его не нужно расшифровывать, мы воспринимаем его нашими органами чувств, не прибегая при этом к каким-либо электронным устройствам. Для записи информации в аналоговых видеокамерах используется киноплёнка или магнитная лента.

Киноплёнка это — перфорированная по краям лента из прозрачного и гибкого материала с нанесением на него светочувствительного слоя (фотоэмульсии) на который фиксируется изображение.

Цифровые камеры

В наше время практически везде используют цифровые камеры. К данным устройствам ввода информации можно отнести цифровые фотокамеры, цифровые видеокамеры и web-камеры.

Устройства используются для съемки и последующей компьютерной обработки статических и видео изображений. Под понятием видеокамеры представляют специальный электронный аппарат, который используется для получения оптических образов тех объектов, которые мы снимаем. Причем образы эти получают при помощи специальных светочувствительных элементов. Видеокамера – это мультимедийное устройство, с помощью которого записывается и передается на экран какая-либо видеоинформация. В большинстве случаев используется также и звуковое сопровождение.

Цифровые фотокамеры и видеокамеры в отличие от традиционных фотоаппаратов и видеокамер сохраняют изображение не на пленке, а на машиночитаемом носителе, например, на флэш-карте, и позволяют получать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом формате.

Для передачи "живого" видео по компьютерным сетям используются цифровые Web-камеры. Они применяются, например, во время проведения видеоконференций в локальных сетях и в сети Интернет. Некоторые web-камеры можно использовать в роли цифровой фотокамеры – проводить съемку объектов без подключения к компьютеру.

Современные видеокамеры могут совершенно кардинально отличаться друг от друга – размерами, внешним видом, техническими особенностями и характеристиками, но при всем при этом они имеют схожее устройство. Каждая видеокамера имеет: видоискатель, объектив, светочувствительную матрицу, цифровой носитель.

Современные видеокамеры могут быть аналоговыми, а могут быть цифровыми. Последний вариант дает более широкие возможности, как записи, так и обработки видеоматериалов.

Видеокамера и принцип ее работы

Видоискатель - с его помощью вы можете определить изображение в кадре. Объектив служит для того, чтобы выполнить фокусировку кадра, то есть настроить четкость изображения. Далее при помощи объектива формируется изображение на светочувствительной матрице, которая превращает его в сигнал, записываемый на аналоговый либо цифровой носитель. В качестве аналоговых носителей чаще всего выступают видеокассеты. Под цифровыми носителями понимают флеш - карты определенного объема памяти.

По виду носителей можно распределить видеокамеры на четыре вида - HDD, Flash, DVD и MiniDV .

MiniDV-камера записывает видео на мини-кассету. Такой видеоматериал имеет наименьший коэффициент сжатия, что соответствует лучшему качеству. Но здесь есть один нюанс - размер видео сравнительно большой. Одна минута, записанная в формате DV, занимает около 200 Мб. Отснятый материал можно загрузить на персональный компьютер с помощью соединения IEEE-1394 или Fire-Wire. Он очень хорошо редактируется программами видеомонтажа с последующей конвертацией материала в нужный формат.

Остальные типы камер сохраняют видеоматериал в формате MPEG-2, который имеет больший коэффициент сжатия, вследствие чего теряется качество. Этот формат труднее поддается редактированию.

Одним из таких типов камер является DVD-камера. Основное ее положительно качество заключается в том, что отснятый материал можно сразу же посмотреть на DVD-плеере.

Следующих два типа камер отличаются друг от друга только носителем. HDD-камера записывает информацию на жесткий диск, а Flash-камера, соответственно, на флеш-карту. Объем жесткого диска значительно больше объема флеш-карты. Соответственно, и время записи на такой камере будет значительно больше. Естественно, незначительный объем карты является недостатком, но, с другой стороны, у видеокамер с флеш-картой имеется ряд преимуществ. Это самые миниатюрные камеры, у которых нет подвижных частей. Поэтому, они меньше потребляют энергии и более надежны в эксплуатации.

Цифровые видеокамеры также обеспечены необходимыми разъемами для подключения. В частности, для передачи видео в цифровом виде на компьютер есть несколько разных разъемов – это цифровой (IEEE1394, он же iLink в варианте Sony, а также FireWire) и аналоговый композитный (разъем типа “тюльпан”), и/или S-Video.

Особенности цифровых видеокамер

Цифровые любительские видеокамеры отличаются друг от друга в основном способами записи видеоинформации. Оптика и принцип работы у всех современных любительских видеокамер примерно одинаковые. Конечно, каждая модель имеет собственные конструктивные особенности, отличается от других например — размером, качеством и количеством матриц, количеством мегапикселей. Самой главной составляющей любой камеры является  оптика.

Цифровые видеокамеры очень похожи на фотоаппараты. Отличие состоит лишь в том, что они производят съемку кадров со скоростью не менее 25 в секунду и записывают результат в файл (в сжатом виде). Такая скорость вообще является стандартной для видеотехники и обусловлена тем, что фотохимические реакции в человеческом глазу длятся обычно не менее 1/25 секунды. Эта частота кадров используется и в телевидении. В цифровых камерах изображение фокусируется на фоточувствительном, размером с почтовую марку, кристалле полупроводника, называемом прибором с зарядовой связью (сокращенно ПЗС). ПЗС содержат сотни тысяч или даже миллионы резисторов. Чем больше элементов-ячеек в ПЗС, тем выше разрешение и, следовательно, качество изображения. При открывании затвора камеры свет, попадая на ячейки ПЗС, приводит к образованию электрического заряда, причем, чем больше света, тем больше заряд. Для получения цветного изображения последнее пропускается через набор (красный, синий и зеленый) светофильтров. После этого свет попадает на пикселы ПЗС, которые чувствительны к красному, синему или зеленому цвету, и эта комбинация пикселов и образует полноцветную картинку. Затем электрические заряды усредняются и преобразуются посредством аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в сочетания нулей и единиц, а после этого цифровые данные подвергаются сжатию и запоминаются в памяти камеры.

Форматы цифровой видеосъёмки

Практически все сегодняшние камеры совместимы со стандартом DV. Этот формат обеспечивает высокое качество изображение. Видеокамеры стандарта DV для связи с компьютером имеют интерфейс Fire Ware. Таким образом, передача данных в компьютер происходит в полностью цифровом виде, что обеспечивает высокое качество изображения. Другой, более простой и дешевый класс видеокамер - USB-камеры, или, как их еще часто называют, Web-камеры, так как они хорошо подходят для проведения телеконференций в сети. Принцип действия их аналогичен DV-камерам, но они не всегда имеют собственный накопитель (а если он и есть, то очень скромного объема - в комплект поставки входит небольшая карта памяти), а передача видео осуществляется по шине USB.

Первые цифровые любительские видеокамеры снимали видео на кассеты в формате DV и mini DV. Mini Digital Video — цифровой полупрофессиональный формат, созданный за счет упрощения и, как следствие, удешевления профессионального формата DV. Продолжительность записи на одну кассету составляет 60 мин.

В mini DV видеокамерах почти всегда присутствует функция цифровой фотосъемки — т.е. сохранение стоп-кадров. Формат mini DV предоставляет отличное качество изображения и звука, доступное любителям. Теперь этот формат почти в прошлом.

Профессиональная техника, и видеокамеры сохраняющие видео на жесткий диск или флешку в более совершенных цифровых форматах. Самые современные модели цифровых любительских видеокамер записывают видео на флешку. Снятое такой видеокамерой видео не требует компрессии или какой-либо последующей обработки, потому что уже сконвертировано в один из самых оптимальных форматов цифрового видео MP2 или  MP4.

Перенос видео на компьютер с MiniDV камеры

Для сброса видео с камер пишущих на карту памяти, жесткий диск, DVD или Blu-Ray диск, нужно всего лишь сбросить видео, которое записано камерой в файл, на компьютер через разъем USB. Так же как мы сбрасываем любой другой файл через этот разъем. Но MiniDV камера, пишет на кассету не видеофайлы, а потоковое видео (его нельзя увидеть через "проводник"). А чтобы этот довольно мощный поток нам записать в файл нам нужна специальная "плата" т.к. USB нам здесь не поможет из-за своей медлительности.

Данная "плата" называется IEEE 1394 (FireWire,  i-Link) - это высокоскоростная шина (или коммутатор), предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами.

  

Вот так выглядит разъем IEEE 1394 (он же FireWire,  он же i-Link) на видеокамере.

 

Вот так выглядят оба конца соединительного шнура.

  

 Цифровая фотокамера

Цифровой фотоаппарат по внешнему виду не слишком отличается от обычного. Разница - внутри: вместо пленки “цифровик” использует специальный элемент памяти, который сохраняет переданную с объектива картинку в виде несжатого (TIFF) или сжатого с некоторой потерей качества файла (JPEG-компрессия). Позднее получившийся файл передается в компьютер, а затем его можно обработать в любом графическом редакторе и, если нужно, отпечатать, как обычную фотографию, на специальном принтере.

Цифровой фотоаппарат — это фотоаппарат, в котором для получения изображения вместо фотоплёнки  используется массив полупроводниковых светочувствительных элементов на твердотельной подложке, называемый фотоматрицей , на которую изображение фокусируется с помощью системы линз объектива . Полученное изображение, в электронном виде сохраняется в виде файлов в памяти фотоаппарата или дополнительном носителе, вставляемом в фотоаппарат.

Первый цифровой фотоаппарат разработал в 1975 году инженер компании Истмен-Кодак Стивен Сассун (Steven Sasson), применявшаяся в нем матрица имела разрешение 0,1 Мпикс .

Устройство цифрового фотоаппарата

В цифровых фотоаппаратах не используется пленка, т.е. не теряется время на обработку и не используется фотореактивы для вывода изображения на печать Сердцем любого цифрового фото­аппарата является светочувствитель­ная матрица CCD (Charge Coupled Device, то есть ПЗС — прибор с заря­довой связью). Обычно в камерах ис­пользуется 1/3-дюймовая CCD, состоящая из элементов, преобразующих световые волны в электрические импульсы (Аналогово-цифровой преобразователь заменяет электрические заряды цифровой информацией). Количество таких элементов колеблется от 350000 в камерах с разрешением 640х480 до 810000 и более в камерах 1024х768. Са­ми матрицы не являются новым изоб­ретением — родившись как оборудо­вание для физических экспериментов (в частности в физике высоких энер­гий), они уже давно используются в видеокамерах.

Отснятые фотографии хранятся во флэш-памяти камеры. Наиболее прив­лекательными, с точки зрения пользователя, являются аппа­раты со сменными Smart Media-картами памяти. Объ­ем этих карт от 2,4 до 8 Мбайт

Большинство камер использует последовательный (СОМ) порт компь­ютера для передачи изображений. Процесс этот, несмотря на низкую пропускную способность порта, не за­нимает много времени. Ко многим ка­мерам помимо коммуникационных па­кетов прилагаются и TWAIN-драйверы, которые позволяют работать с фото­аппаратами из любых графических па­кетов, разрешающих работу со скане­рами.

Какие же параметры характеризуют цифровой фотоаппарат?

Разрешающая способность матрицы. Разрешение, обеспечиваемое цифровой камерой низшего класса - всего лишь 640х480 точек, что позволяет сделать “отпечаток” фотографического качества величиной чуть больше спичечного коробка. При дальнейшем увеличении изображение “зернится” и для печати уже непригодно. 1280х960 - вот та величина, с которой и начинается собственно цифровая фотография.

С разрешающей способностью матрицы связан и другой показатель -- число пикселей (точечных элементов изображения) на матрице. Именно его чаще всего указывают в качестве главной характеризующей камеру величины. Самые совершенные из камер стоимостью до 1000 долл. содержат матрицу объемом до 2,5 млн. пикселей.

Носителем информации в цифровой камере служат особые карты памяти - точнее, “флэш-памяти”, данные из флэш-памяти не исчезают при отключении питания, они могут быть стерты или записаны только специальным электрическим импульсом. Именно поэтому “заполненные” изображениями карты можно хранить отдельно от цифрового фотоаппарата. Недорогие аппараты первого поколения были оснащены исключительно встроенной флэш-памятью объемом от 1 до 4 Мбайт. Сегодня практически все цифровые камеры комплектуются сменными картами флэш-памяти объемом от 8 до 64 Мбайт.

После того как вы отсняли нужное вам количество снимков, их необходимо “перебросить” в компьютер. Самый удобный способ - подключить фотокамеру к компьютеру через LPT или LJSB-порт. Существует и другой вариант - подключить к компьютеру сами карты памяти. Правда, для этого вам потребуется специальный адаптер.

Классификация

Грань между фотоаппаратом и видеокамерой размыта: современная видеоаппаратура, как правило, может делать статичные снимки, а фотоаппараты — записывать видеоряд со звуком и выводить его в телевизионном формате.

Фотоаппараты с несменными объективами

Характеризуется малыми размерами и весом

Псевдозеркальные цифровые фотоаппараты с несменным объективом

Псевдозеркальные цифровые фотоаппараты внешним видом напоминают однообъективную зеркальную камеру, а также, помимо цифрового дисплея, оснащены электронным видоискателем. Изображение в видоискателе такого аппарата формируется на отдельном цифровом экране, или на поворачивающемся основном экране. Как правило, имеют резьбу на объективе для присоединения насадок и светофильтров

Сверхкомпактные цифровые фотоаппараты

За компактность приходится платить крошечной матрицей (обычно 1/2,5 дюймов). Чтобы получить приемлемое качество снимков, ставят агрессивное шумоподавление.

Цифровые дальномерные фотоаппараты

Немногочисленная группа цифровых фотоаппаратов, имеющих, кроме ЖК-дисплея, оптический видоискатель , совмещённый с дальномером .

Практически все цифровые фотоаппараты используют флэш-память , но есть также фотоаппараты, где используются оптические диски  или дискеты  в качестве носителя информации.

Перенос фотографий с фотоаппарата на компьютер

1. Первый основан на работе с прилагаемым к фотоаппарату программным обеспечением, которое поставляется при покупке. Осмотрите внимательно упаковку. В ней должен находится диск с программой, которую для дальнейшей работы с изображениями необходимо установить  на компьютер. Поместите диск в дисковод, дождитесь начала загрузки , она должна начаться автоматически, согласитесь со всеми предложенными пунктами и дождитесь окончания работы мастера.

2. Перезагрузите компьютер. Затем через шнур USB подключите фотоаппарат к компьютеру и начинайте работу, следуя подсказкам программы.

3. Можно воспользоваться и другим способом. При шнура USB соедините компьютер и фотоаппарат, который после подключения необходимо перевести в рабочий режим (кнопка включения-выключения) или режим просмотра. При первой загрузке на компьютер сообщит об обнаружении нового устройства и предложит его установку. Разрешите данное действие и дождитесь завершения работы мастера настроек и установки необходимых драйверов. Иногда для корректной работы требуется перезагрузить ПК

4. Отключите фотоаппарат и перезагрузите компьютер. После чего снова включите фотоаппарат. На компьютере он откроется как съемный диск. Откройте папку с изображениями, выделите нужные, скопируйте (правой кнопкой мыши) и вставьте их в заранее подготовленную на жестком диске папку или добавьте их в уже имеющуюся. Чтобы фотографии не засоряли ваш цифровик, при сохранении их на компьютер вместо «копировать» выберите опцию «вырезать».

5. Впрочем, если возможности позволяют, можно обойтись без подключения шнура и установки программного обеспечения. Понадобится лишь картридер, который нужно будет подключить к компьютеру и скопировать фото описанным ранее способом. Если в компьютере или ноутбуке есть разъем под флеш-карту, действия с изображениями – аналогичные предыдущим: открыть папку – выделить – скопировать – сохранить.

Информация в фотоаппарате храниться на карте памяти. Карта памяти может быть встроенная (извлечь ее из фотоаппарата нельзя) и внешняя, которую можно извлекать из фотоаппарата. Если вы хотите сбросить на компьютер снимки с встроенной памяти, то придется воспользоваться USB-кабелем. При помощи этого же USB-кабеля можно скинуть фотки и с внешней памяти, в этом случае фотоаппарат должен находится во включенном состоянии.

При необходимости перенести информацию со съемной карты памяти удобней пользоваться кардридерами (англ. Card reader) — устройствами для считывания информации с карт памяти. Карта памяти вынимается из фотоаппарата и вставляется в кардридер.

Кардридеры бывают разные, одни рассчитаны на использование карт памяти нескольких форматов, другие на использование карт памяти одного-двух форматов.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Браммер Ю. А., Пащук И. Н. Цифровые устройства:— Санкт-Петербург, Высшая школа, 2011

  2. Галямичева, Е.В. Кадр за кадром: из истории фототехники // История науки и техники. – 2012. – № 12

  3. Персональный компьютер: С. В. Глушаков, А. С. Сурядный, Т. С. Хачиров — Москва, АСТ, АСТ Москва, ВКТ, 2011 г

  4. Рудометов Е. А. Цифровая видеокамера:— Санкт-Петербург, Сова, 2014

  5. Фролов, Ю. Археология фотографий // Наука и жизнь. – 2015

  6. Цифровое видео. Практическое руководство для начинающих: Питер Уэллс — Санкт-Петербург, Ниола 21 век, 2013

  7. Цифровой фотоаппарат: — Санкт-Петербург, АСТ, Сова, 2015

Интернет - ресурсы

  1. http://ru.wikipedia.org/

  2. http://www.photogra.ru

17

intolimp.org

Компьютер - инструмент обработки цифровой информации

Компьютер — это инструмент для обработки информации. Логика компьютера вытекает из реалий его мира, в котором он существует. К сфере его "размышлений" принадлежат продукты машинного производства — большие серии однотипных объектов, различающихся лишь номерами. Компьютер отличит яйцо от курицы лишь по номеру, и не по какому другому признаку (цвет, запах, форма, здравый смысл, наконец). Все это компьютеру недоступно в их естественном виде. Вот если перевести цвет, запах, форму и т.д. в цифры (в числа), то курица и яйцо представлять собой всего лишь разные последовательности двоичных цифр, и вот тут уже компьютер вступает в свои права и моментально отличит одно от другого. Прежде чем предоставить компьютеру информацию, ее надо предварительно оцифровать, представить в виде цепочек чисел, причем эти числа будут составлены всего из двух элементов — 0 и 1 (есть ток – нет тока).

Мы живем в мире аналоговой информации. Мы ориентируемся в событиях и явлениях по их аналогиям, и соответственно строим приборы по аналоговому принципу. Компьютер же аналогии не приемлет, ему необходимо предоставлять информацию в двоичных числах. Двоичное представление информации лежит в основе любого современного цифрового компьютера. Прежде чем отправить информацию в компьютер, ее надо преобразовать в двоичный вид. А цифровые устройства на выходе компьютера возвращают информации ее первоначальную форму. Каждое такое цифровое устройство можно представить как набор переключателей, управляющих потоком электронов. Эти переключатели (обычно из кремния) очень малы и срабатывают под действием электрических зарядов чрезвычайно быстро, тем самым обрабатывают информацию в цифровой форме (подсчитывают нули и единицы). Проходя затем через соответствующие конечные цифровые устройства — воспроизводят текст на экране монитора персонального компьютера, музыку на проигрывателе компакт-дисков или команды банкомату, который выдает вам наличные деньги

Вот несколько примеров аналоговой и соответствующей ей цифровой информации. Запись на виниловой (граммофонной) пластинке — это аналоговое представление звуковых колебаний. Звук (аудиоинформация) хранится на ней в виде микроскопических бугорков, расположенных в длинных спиральных канавках. Двигаясь по канавке, иголка звукоснимателя попадает на бугорки и вибрирует. Ее вибрация усиливается и звучит из динамиков как музыка. Если музыка звучит громче, значит, бугорки глубже врезаются в канавку, если нота выше, — значит, бугорки располагаются ближе друг к другу, теснее. Бугорки являются аналогами исходных колебаний — звуковых волн, улавливаемых микрофоном. Та же информация (музыка) в цифровом виде хранится на компакт-диске как микроскопическая впадинка на поверхности этого диска. Таких впадинок на диске более 5 миллиардов. Лазерный луч внутри проигрывателя компакт-дисков (цифрового устройства) проходит по каждой впадинке, а специальный датчик определяет состояние этой впадинки (0 или 1). Полученную информацию проигрыватель реконструирует в исходную музыку, генерируя определенные электрические сигналы, которые динамики преобразуют в звуковые волны.

Еще пример. Пусть имеется несколько осветительных приборов разной мощности (например, электрические лампочки). Мы говорим — сделай светлее/темнее и включаем/гасим в какой-то комбинации несколько ламп. Понятно, что на следующий день мы не сделаем точно такого же освещения, как накануне, а будем опять включать или гасить лампы «на глаз «, ориентируясь на аналогию — на нашу память. А если придет другой человек, и мы начнем ему объяснять, как нужно включить или погасить лампы, чтобы освещение стало как в прошлый раз, то вероятность расхождения еще больше усиливается. Но можно эту информацию перевести в цифровую форму и тогда уже вероятность ошибки будет равна нулю. Как это сделать? Нужно перенумеровать все лампы и сказать так: включи первую, вторую, пятую и восьмую, то есть информация будет звучать так: 1-2-5-8, или, предварительно расположив (мысленно или на самом деле) лампы в ряд, условившись, что включенная лампа будет обозначаться как 1, а выключенная как 0, тот же ответ приобретет такой вид — 11001001. Вот это уже информация в цифровой (двоичной) форме, и любой человек в любой день, зная этот шифр, сделает освещение точно такое же, какое было вчера или сто лет назад. То есть цифровая информация не искажается в принципе. Пожелание, выраженное в цифровой форме, будет выполнено безошибочно, и уровень освещения не будет зависеть от конкретных людей, как в аналоговом варианте. В аналоговом варианте точность воспроизведения освещения будет приблизительной, в цифровом варианте — абсолютной.

Аналоговыми устройствами являются обычные магнитофоны, фотоаппараты, видеокамеры, телефоны. Например, в случае с магнитофоном аналогом звука выступает намагниченность пленки. Даже телефоны с процессорами (кнопочные) представляют собой аналоговые устройства, потому что посылают аналоговый сигнал, и удобства, идущие от чипа (запоминание номеров, дозвон, дисплей и другие), картины не меняют.

Любой вид информации можно преобразовать в числа, пользуясь только нулями и единицами. Такие числа называются двоичными. Каждый ноль или единица — это бит информации (binary digit — "двоичная цифра"). Бит ( bit ) - единица информации в компьютере представляющая собой двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1. Количество двоичных разрядов часто используется как характеристика "вычислительной мощности" микропроцессора (бывают 16-битовые или 32-битовые микропроцессоры). Бит - атом информации, ее минимальная порция. Это ответ ДА или НЕТ на один вопрос, 0 или 1 в одном разряде двоичного числа. Термины "8-разрядный, 16-разрядный, 32разрядный" и т. д. говорят о том, сколько бит одновременно обрабатывает устройство или программа. Чем больше это число, тем мощнее соответствующий микропроцессор. Преобразованную таким образом информацию можно передать компьютерам и хранить в них как длинные строки бит. Эти числа и подразумеваются под цифровой информацией.

Таким образом, вычислительная машина (компьютер) имеет дело не с реальной действительностью, а с ее математическими моделями, которые строит человек, одаренный чувством числа. Конечно, на физическом уровне, в памяти компьютера не существует никаких двоичных чисел, а только электрические элементы, которые могут находиться либо в возбужденном, либо в невозбужденном состоянии. Однако при программировании удобно не учитывать этот факт, а представлять себе, что в компьютере действительно фигурируют единицы и нули.

Система перевода выглядит как создание числовых и формульных отображений реальных событий. Человек (математик и программист) реконструирует реальное событие, явление, факт в виде математических абстракций четкой формы, создает математический мир — как только возможно приближенный к реальному миру по своим параметрам, а затем передает свое творение в виде нулей и единиц компьютеру.

Однако двух цифр мало для перевода на машинный язык событий и явлений реальной жизни. Из двух цифр (0 и 1) можно составить всего четыре комбинации: 00, 01, 11, 10.

Первый шаг к сближению языка битов и языка людей — объединение 8 бит в один байт. Байт ( byte ) – единица хранения и передачи данных в компьютере. Байт состоит из 8 битов, что позволяет получить 256 разных комбинаций 1 и 0. Этого с избытком хватает, чтобы закодировать буквы русского и английского алфавитов, цифры и ряд других символов. Каждой комбинации из 8 бит ставится в соответствие одна буква, цифра или другой символ, понятный человеку. Все это закреплено в международных соглашениях. Соответствие между набором букв и двоичными числами называется кодировкой символов.

В байтах и более крупных единицах - килобайтах (Кб,1024 байта), мегабайтах (Мб, 1024 Кб), гигабайтах (Гб, 1024 Мб) измеряют размеры файлов и емкость запоминающих устройств. Заметим, что в 1 килобайте количество байт не 1000, а 1024 (2 10 , это самое приближенное к тысяче число, т.к. 2 9 =512, а 2 11 =2048), умножение килобайта на килобайт дает 1 мегабайт, который содержит 1024х1024 байт (1048576, т.е. 2 20 ).

Двоичная система при переводе больших десятичных чисел в двоичные дает очень длинные ряды цифр. И тогда была придумана 16-тиричная система счисления: число в двоичной системе разбивается на тетрады — по четыре двоичных знака в каждой. Каждая тетрада дает 2 в четвертой степени = 16 комбинаций. Каждой из этих шестнадцати комбинаций ставится в соответствие одна десятичная цифра от 0 до 9, таким образом, обозначаются первые десять шестнадцатеричных цифр, а оставшиеся шесть шестнадцатеричных цифр обозначаются первыми шестью буквами латинского алфавита. Например, десятичное число 396 в двоичной системе обозначается как 110001100, а в шестнадцатеричной системе как 18С.

 

itstan.ru


Читайте также
  • Гиперскоростная звезда – более 1.000.000 миль в час
    Гиперскоростная звезда – более 1.000.000 миль в час
  • Астрономы обнаружили самую большую спиральную галактику
    Астрономы обнаружили самую большую спиральную галактику
  • Млечный путь содержит десятки миллиардов планет, схожих с Землей
    Млечный путь содержит десятки миллиардов планет, схожих с Землей
  • Млечный путь разорвал своего спутника на четыре отдельных хвоста
    Млечный путь разорвал своего спутника на четыре отдельных хвоста
  • Найден источник водородных газов для нашей Галактики
    Найден источник водородных газов для нашей Галактики