Technologia Informacyjna Wykład dr inż. Wojciech Chlewicki Zakład Podstaw Informatyki ul. Sikorskiego 13 wojciech.chlewicki@ps.pl

MATLAB - wprowadzenie http://www.mathworks.com/

Programowanie w MATLABIE skrypty i funkcje Skrypty nie pobierają zmiennych zewnętrznych. Operują na zmiennych globalnych. Po wykonaniu skryptu zmienne pozostają w przestrzeni roboczej.

Programowanie w MATLABIE skrypty i funkcje Funkcje mogą pobierać i zwracać zmienne. Operują na zmiennych lokalnych, które po wykonaniu funkcji zostają usunięte z przestrzeni roboczej.

Edycja M-pliku edit nazwa pliku - tworzenie i edycja programu lub funkcji type nazwa pliku - wyświetl program w oknie poleceń

Edycja prostego M-pliku a=hex2dec(‘3FFF’); b=hex2dec(‘1A’); a+b Wywołanie skryptu w oknie komend >> nazwapliku

Prosty wykres t=1:20; y=sin(t); plot(y);

Drugi wykres w tym samym oknie y=sin(t); plot(y); hold on; z=cos(t); plot(z,’r’);

Generacja liczb w danym zakresie t=0:0.1:2*pi; y=sin(t); plot(y); hold on; z=cos(t); plot(z,’r’);

Wykres słupkowy t=0:0.1:2*pi; y=sin(t); plot(y); hold on; z=cos(t); bar(z,’r’);

Otwieranie okienka wykresu t=0:0.1:2*pi; y=sin(t); figure(1); plot(y); z=cos(t); figure(2); plot(z,’r’);

Podwykresy % Komentarz t=0:0.1:2*pi; y=sin(t); subplot(2,1,1); plot(y); z=cos(t); subplot(2,1,2); plot(z,’r’);

Zniekształcenia sygnału System Informacyjny Ogólny Schemat Systemu Informacyjnego Błędy przetwarzania Zakłócenia Przetwornik wejściowy Nadajnik Kanał transmisyjny Odbiornik Przetwornik wyjściowy Zniekształcenia sygnału

Reprezentacja oraz kwantyfikacja informacji Podstawowe parametry sygnałów przenoszących informacje Wierność odtworzenia - miara różnicy pomiędzy oryginalną a odtworzoną formą sygnału Zawartość informacji - nieformalna definicja „czy sygnał przekazał to co dla nas istotne i pominął to co nieistotne”

Informacja Analogowa a Informacja Cyfrowa

Przesunięcie w kierunku cyfrowych technologii informacyjnych Powody wyparcia starej technologii poprzez nową: Nowy system umożliwia jakąś nową możliwość lub ma znacznie lepsze właściwości Koszt nowego systemu jest rozsądnie niższy od systemu przez niego wypieranego Przykład: wyparcie płyty winylowej przez płytę CD

Wymagania stawiane technikom reprezentacji informacji Technika powinna umożliwiać unikalną reprezentację informacji Technika powinna być standaryzowana aby mogła być użyteczna przy przesyłaniu liczb, znaków, grafiki, dźwięku itd. Technika powinna być kompatybilna z niedrogim rzetelnym sprzętem do przechowywania informacji

Potrzeba odpowiedniego kodu Rzetelne przetwarzanie informacji zależy od tolerancji błędu. Tolerancja błędu dotyczy zarówno przechowywania, transmisji jak i przetwarzania informacji.

Alfabet jako przykład użytecznego kodu reprezentującego informację Chiński Polski zbiórka, spotkanie, spotkać się dobry, dobrze nauka,wiedza, szkoła Litery alfabetu polskiego przekazują mniej informacji. łatwiej jest odróżnć jedną literę od drugiej, a zatem mniejsze jest ryzyko błędnej interpretacji.

Podstawy Reprezentacji Dwójkowej BIT (Binary digit) - podstawa Słowo bitowe

Słowo bitowe Słowo dwubitowe ma cztery stany Przykład: Reprezentacja kierunków 00 Północ 01 Zachód 10 Wschód 11 Południe Słowo trzy bitowe ma osiem stanów. Słowo n bitowe ma 2n stanów.

Reprezentacja binarna a przechowywanie informacji Dysk magnetyczny - obszar dysku zwany domeną może być namagnetyzowany dodatnio lub ujemnie co reprezentuje „0” lub „1”. Dysk optyczny (CD) - wzór gładkich i wypalonych obszarów reprezentuje kombinacje bitów.

Reprezentacja binarna a przesyłanie informacji Nadajnik Kanał transmisyjny Odbiornik Szum

Reprezentacja binarna a przetwarzanie informacji Dwa stany elektronicznego przełącznika. Tranzystor pracujący jako klucz. Każdy mikroprocesor zawiera zintegrowane tranzystory.

Reprezentacja liczb całkowitych Słowo n-bitowe pozwala na rozróżnienie 2n stanów. Zatem słowo 16-nasto bitowe pozwala na reprezentację każdej liczby całkowitej od 1 do 65536 lub (od 0 do 65535). Jeśli chcemy również rozróżniać znak (liczby dodatnie i ujemne) wtedy możemy reprezentować liczby całkowite od -32,768 do 32,767.

Reprezentacja liczb całkowitych Użycie notacji zmiennoprzecinkowej. Liczba 62,000,000,000,000,000 wymaga 56 bitów przy standardowej reprezentacji liczb całkowitych. W przypadku notacji naukowej zapisujemy 62 razy 1015. Liczby 62 oraz 15 potrzebują odpowiednio 6 oraz 4 bity. Ten typ reprezentacji jest bardziej kompaktowy i pozwala na reprezentację znacznie większych liczb.

Reprezentacja BCD Kod BCD - binary to decimal Cyfra Reprezentacja BCD Przykładowo zapis liczby 749 to 0111 0100 1001

Bitowa reprezentacja tekstu Kod ASCII - American standard Code for Information Interchange Elementy reprezentowane przez kod ASCII: cyfry litery wielkie i małe specjalne symbole takie jak @, $, *, &, i % standardowe komendy dla drukarki: koniec linii, przesuw wózka itp.

Bitowa reprezentacja tekstu Ala ma kota ASCII: 1000001 1101100 1100001 0100000 1101101 1100001 0100000 110101 Kod szesnastkowy: 41 6c 61 20 6d 61 20 6b

Kod ósemkowy (oktalny)

Kod szesnastkowy (heksadecymalny)

Reprezentacja zmiennych w czasie

Długość słowa bitowego a dokładność Załóżmy potrzebę zakodowania zakresu temperatury od 10 do 40 stopni Celsjusza. Przy słowie 3-bitowym 23 = 8 Precyzja: (40 - 10) / 8 = 3,75 oC Przy słowie 8-bitowym 28 = 256 Precyzja: (40 - 10) / 256 = 0.1172 oC Precyzja: ile mamy bitów. Dokładność: jak poprawne są nasze dane.

Próbkowanie i kwantyzacja sygnału Źródło: http://cnx.org/content/m13045/latest/

Próbkowanie sygnału Twierdzenie Shannona Fs > 2 Fg gdzie Fs jest częstotliwością próbkowania sygnału użytecznego, a Fg to najwyższa harmoniczna (sinusoida) w jego widmie.

Reprezentacja fali dźwiękowej Przy jakości CD: fs = 44,100 kHz, precyzja 16 bitów.

Reprezentacja fali dźwiękowej Ilość bitów potrzebna do zakodowania 1 sekundy muzyki przy jakości CD: fs = 44,100 kHz, precyzja 16 bitów, 2 kanały 44100 x 16 x 2 = 1 411 200 bitów

Próbkowanie i kwantyzacja sygnału

Sposoby redukcji szumu kwantyzacji bez zwiększania rozmiaru słowa kluczowego przetworniki analogowo-cyfrowe o logarytmicznej charakterystyce napięcie/wartość bitowa

Zmiana częstotliwości próbkowania Fs=8194 Hz Fs = 2000 Hz

Reprezentacja binarna - podsumowanie gwarantuje unikalność standaryzowana - użyteczna przy przesyłaniu liczb, znaków, grafiki, dźwięku itd. kompatybilna z niedrogim rzetelnym sprzętem do przechowywania informacji