Informatikai eszközök fizikai alapjai Lovász Béla

Átírás

1 Informatikai eszközök fizikai alapjai Lovász Béla

2 Kódolás Moduláció Morzekód Mágneses tárolás merevlemezeken Modulációs eljárások típusai

3 Kódolás A kód megállapodás szerinti jelek vagy szimbólumok rendszere, mellyel valamely információ egyértelműen megadható A kódolás valamely információ átalakítása egyezményes jelekké Példák: programozás, vércsoport, qr-kód, fizika

4 Moduláció Különféle eljárások melyek egy periodikus hullámforma (vivő jel) egy vagy több tulajdonságát változtatva információt kódolunk a hullámformába Fő okok Többszörös hozzáférés Jel és közeg fizikai jellemzőinek össze egyeztetése Modulátor és demodulátor egyben modem

5 Morzekód Modulációs eljárás egyik legegyszerűbb formája Jel be- és kikapcsolása Abc kódolása rövid hosszú jelekkel, betűköz és szóköz Sok nyelvre létezik kiegészített verzió Rádióhullám, fényjelzés, kopogás

6 Mágneses tárolás, adat és órajel kódolás Mágneses tárolás merevlemezeken FM MFM RLL kódolás és Partial-Response, Maximum- Likelihood dekódolás

7 Mágneses tárolás Mágnesezhető felület Elektromágnes az író/olvasó fej Elektromos áram iránya gyorsan változtatható

8 Mágneses tárolás Olvasásnál fej fluxus átmenet érzékelő detektor Fluxus átmenetnél csúcs, ezt a jelet érzékeljük Adat kódolása Digitális adat, analóg jel

9 Időzítés és szinkronizáció Időzítés definiál egy vagy több bitet Fluxus átmenet között eltelt idő is kódol adatot Tökéletes szinkronizáció elengedhetetlen Sok 0 egymás után, hosszú időn keresztül nincs jel Órajel szükséges Adat és órajel kódolás egyben

10 FM és MFM kódolás FM kódolás, minden bit órajel + adat MFM csak akkor ír órajelet, ha egy 0 bitet egy 0 bit követ Fluxus átmenetek gyakoriságának csökkentése érdekében

11 Run lenght limited kódolás Manapság használatos merevlemezeken Bitek csoportját fogja össze fluxus átmenetek specifikus mintázatának létrehozásához Run lenght a minimum átmeneti cellák, run limit a maximum átmeneti cellák száma fluxus átmenetek között Leggyakrabban használt az RLL 2,7 és RLL 1,7

12 Run lenght limited kódolás FM olyan mint az RLL 0,1 MFM pedig RLL 1,3 RLL 2,7 1.5x-es adatsűrűség arány is lehet az MFM-hez képest, magas kapacitású merevlemezek esetén nem elég megbízható Manapság általában RLL 1,7 1.27x-es adatsűrűség Szektorokat dekódol egyszerre

13 Run lenght limited kódolás Fluxus átmenetek közötti távot limitálja a fej és a tároló médium felbontóképessége Legnagyobb távolságot a szinkronizálás biztosítása limitálja

14 Kódolási eljárások összehasonlítása Az ASCII X karakterének kódolása a 3 módszerrel

15 Partial-Response, Maximum- Likelihood dekódolás Sűrűség növeléséhez fluxus átmenetek egyre sűrűbben, olvasás nehéz mert egymás melletti jelek csúcsai interferálhatnak Feltételezések(Partial-Response): Izolált átmenet jelalakja pontosan ismert és meghatározott Az egymás mellett lévő átmenetek jeleinek szuperpozíciója lineáris

16 Partial-Response, Maximum- Likelihood dekódolás Digitális jelfeldolgozó módszer, interferáló csúcsok szétválaszthatóak Kódolási szabályok ismeretében lehetséges bitsorok, például hibanégyzet összeget számolva kiválasztható az eredeti bitsor

17 Moduláció és kódolás Adatközlés: digitális és analóg adat valamint digitális és analóg jel Ez alapján 4 típusba sorolhatóak a modulációs eljárások: Digitális adat digitális jel Digitális adat analóg jel Analóg adat digitális jel Analóg adat analóg jel

18 Digitális adat digitális jel kódolási eljárások Nonereturn to zero-level (NRZ-L) Kétféle feszültség érték jelöli a 0 és 1 biteket Pozitív és nulla vagy negatív és pozitív Feszültség konstans a bit intervallumban Nonereturn to zero inverted (NRZ-I) Bit idő elején van átmenet vagy nincs Magasról alacsonyra vagy alacsonyról magasra 1, ha nincs átmenet 0 Könnyen megvalósítható, nincs szinkronizálás Például fordított NRZ-I konvenció: usb

19 Digitális adat digitális jel kódolási eljárások Manchester kódolás Átmenet bit periódus közepén Alacsonyról magasra 1, magasról alacsonyra 0 Átmenet órajel és adat is egyben, használat IEEE 802.3(10Mbps Ethernet) Differential Manchester Bit közepén az átmenet az órajel Bit idő kezdetén átmenet: 0, nincs átmenet: 1 Használat IEEE 802.5(Token ring)

20 Digitális adat analóg jel Amplitude-shift Keying (ASK) Amplitúdó kódolja a biteket Érzékeny zajra Optikai szálban jó, de lassú Frequency-shift Keying (FSK) Két különböző frekvencia kódolja az 1 és 0 biteket Kevésbé érzékeny zajra mint (ASK) Phase-shift keying (PSK) A hordozó jel fázisának eltolása, 2 szintű, 4 szintű Sokszintű például 12 és 4-nek különböző amplitúdó 16 jelet hordozó részek, 9600 bps modem

21 Analóg adat digitális jel Kódolás codec használatával Pulse code Modulation (PCM) Nyquist mintavételezési elmélet Hanganyag max 4kHz, 8000 minta másodpercenként Bit szinten kvantált Nemlineáris, irreverzibilis Kvantálási hiba 8000 minta/s 8 bit esetén 64kbps Digitális hang számítógépeken, cd, dvd

22 Analóg adat analóg jel Magas frekvencia hosszú táv

23 Köszönöm a figyelmet!