Informatikai eszközök fizikai alapjai Lovász Béla

Informatikai eszközök fizikai alapjai Lovász Béla

 Kódolás  Moduláció  Morzekód  Mágneses tárolás merevlemezeken  Modulációs eljárások típusai

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

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

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

Mágneses tárolás, adat és órajel kódolás  Mágneses tárolás merevlemezeken  FM  MFM  RLL kódolás és Partial-Response, Maximum-

Likelihood dekódolás

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

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

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

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

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

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

Run lenght limited kódolás  Fluxus átmenetek közötti távot limitálja a fej és a

tároló médium felbontóképessége  Legnagyobb távolságot a szinkronizálás biztosítása limitálja

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

Partial-Response, MaximumLikelihood 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

Partial-Response, MaximumLikelihood dekódolás  Digitális jelfeldolgozó módszer, interferáló csúcsok

szétválaszthatóak  Kódolási szabályok ismeretében lehetséges bitsorok, például hibanégyzet összeget számolva kiválasztható az eredeti bitsor

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

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

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)

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

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

Analóg adat analóg jel  Magas frekvencia hosszú táv

Köszönöm a figyelmet!