Виды сигналов бывают в информатике. Виды сигналов в информатике: дискретные, непрерывные и их особенности — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое сигнал в информатике. Какие бывают виды сигналов. Чем отличаются дискретные и непрерывные сигналы. Как происходит передача информации с помощью сигналов. Какие носители информации используются для передачи сигналов.

Содержание

Понятие сигнала в информатике и его роль в передаче информации

Сигнал в информатике — это физический процесс, несущий информацию. Сигналы играют ключевую роль в передаче данных между различными устройствами и системами. Они позволяют преобразовывать информацию в форму, пригодную для передачи по каналам связи.

Основные характеристики сигнала:

Амплитуда — максимальное отклонение от среднего значения
Частота — число колебаний в единицу времени
Фаза — смещение колебаний относительно начала отсчета
Спектр — набор частотных составляющих сигнала

Изменение этих параметров позволяет кодировать и передавать различную информацию с помощью сигналов. Например, в радиосвязи информация кодируется путем модуляции несущей частоты.

Классификация сигналов: дискретные и непрерывные

По характеру изменения во времени сигналы делятся на две большие группы:

Непрерывные (аналоговые) сигналы

Непрерывные сигналы характеризуются плавным изменением значений во времени. Их параметры могут принимать любые значения в заданном диапазоне. Примеры непрерывных сигналов:

Звуковые волны
Электромагнитные колебания
Изменение температуры
Колебания маятника

Дискретные сигналы

Дискретные сигналы характеризуются скачкообразным изменением значений. Они принимают конечное число значений в определенные моменты времени. Примеры дискретных сигналов:

Цифровые данные
Импульсные последовательности
Показания цифровых приборов
Кодированные сообщения

Особенности и области применения непрерывных сигналов

Непрерывные сигналы обладают рядом важных свойств:

Плавное изменение значений без резких скачков

Возможность принимать любые значения в заданном диапазоне
Высокая точность представления физических процессов
Чувствительность к помехам и искажениям

Области применения непрерывных сигналов:

Аналоговая телефония и радиосвязь
Аудио- и видеозапись на магнитные носители
Измерительная техника (датчики, сенсоры)
Системы автоматического управления

Преимущества непрерывных сигналов — высокая точность и естественность представления физических процессов. Недостатки — чувствительность к помехам и сложность обработки.

Характеристики и сферы использования дискретных сигналов

Ключевые особенности дискретных сигналов:

Квантование по уровню — принимают конечное число значений
Дискретизация по времени — определены в отдельные моменты
Высокая помехоустойчивость
Удобство цифровой обработки

Основные области применения дискретных сигналов:

Цифровые системы связи
Компьютерные сети и системы
Цифровая обработка сигналов
Системы передачи данных
Цифровое телевидение и радиовещание

Преимущества дискретных сигналов — высокая помехоустойчивость и удобство цифровой обработки. Недостатки — потеря части информации при дискретизации непрерывных процессов.

Процесс преобразования непрерывных сигналов в дискретные

Преобразование непрерывных сигналов в дискретные происходит в два этапа:

1. Дискретизация по времени

На этом этапе непрерывный сигнал заменяется последовательностью отсчетов, взятых через равные промежутки времени. Частота дискретизации выбирается в соответствии с теоремой Котельникова.

2. Квантование по уровню

Здесь значения отсчетов округляются до ближайших допустимых уровней. Число уровней квантования определяет точность представления сигнала.

После этих преобразований непрерывный сигнал превращается в последовательность цифровых кодов. Такой процесс называется аналого-цифровым преобразованием (АЦП).

Носители информации для передачи различных видов сигналов

Для передачи сигналов используются различные носители информации:

Для непрерывных сигналов:

Электрические провода
Оптоволоконные линии
Радиоволны
Акустические волны

Для дискретных сигналов:

Цифровые электрические интерфейсы
Оптические линии связи
Радиоканалы цифровой связи
Магнитные и оптические носители

Выбор носителя зависит от вида сигнала, требуемой скорости и дальности передачи, помехозащищенности и других факторов.

Сравнение эффективности передачи информации с помощью дискретных и непрерывных сигналов

При сравнении эффективности передачи информации с помощью дискретных и непрерывных сигналов можно выделить следующие аспекты:

Помехоустойчивость

Дискретные сигналы обладают значительно более высокой помехоустойчивостью по сравнению с непрерывными. Это связано с тем, что при передаче дискретных сигналов используется всего два уровня (0 и 1), что позволяет легко восстановить исходную информацию даже при наличии шумов и искажений.

Пропускная способность

При одинаковой полосе частот дискретные сигналы позволяют передавать больше информации за счет более эффективных методов кодирования и сжатия данных. Например, при цифровой передаче звука или видео можно достичь значительного сжатия без заметной потери качества.

Точность передачи

Непрерывные сигналы теоретически могут передавать информацию с бесконечной точностью. Однако на практике эта точность ограничивается уровнем шумов и искажений. Дискретные сигналы имеют фиксированную точность, определяемую количеством уровней квантования, но эта точность может быть очень высокой.

Возможности обработки

Дискретные сигналы значительно удобнее для обработки с помощью цифровых устройств. Это открывает широкие возможности для фильтрации, преобразования и анализа информации.

Роль сигналов в современных информационных системах и технологиях

Сигналы играют ключевую роль в функционировании современных информационных систем и технологий:

Телекоммуникации

В системах связи сигналы используются для передачи голоса, видео и данных. Современные цифровые технологии, такие как 5G, обеспечивают высокоскоростную передачу больших объемов информации.

Компьютерные сети

Обмен данными между компьютерами и другими устройствами осуществляется с помощью цифровых сигналов. Протоколы передачи данных определяют форматы и способы кодирования этих сигналов.

Мультимедийные системы

Обработка и передача аудио и видео информации основана на преобразовании аналоговых сигналов в цифровую форму и обратно. Это позволяет эффективно хранить, передавать и воспроизводить мультимедийный контент.

Системы управления

В автоматизированных системах управления сигналы используются для передачи команд и получения информации от датчиков. Это позволяет создавать сложные системы контроля и управления производственными процессами.

Таким образом, понимание природы и свойств различных видов сигналов критически важно для разработки и эксплуатации современных информационных систем и технологий.

3. Виды информации и сигналов

Информация может быть двух видов: дискретная (импульсная и цифровая) и непрерывная (аналоговая). Дискретная информация характеризуется последовательными точными значениями некоторой величины, а непрерывная — непрерывным процессом изменения некоторой величины. Непрерывную информацию может, например, выдавать датчик атмосферного давления или датчик скорости автомашины. Дискретную информацию можно получить от любого цифрового индикатора: электронных часов, счетчика магнитофона и т. п.

Сигнал всегда является функцией времени. В зависимости от того, какие значения могут принимать аргумент (время t) и уровни сигналов их делят на 4 типа.

1) Непрерывный или аналоговый сигнал (случайный сигнал этого типа называется непрерывным случайным процессом). Эти сигналы определены для всех моментов времени и могут принимать все значения из заданного диапазона. Чаще всего физические процессы, порождающие сигналы являются непрерывными. Этим и объясняется второе название сигналов данного типа аналоговый т.е. аналогичные порождающим процессам.

2) Дискретизированный или дискретно непрерывные сигналы (случайные сигналы этого типа называют процессами с дискретным временем или непрерывными случайными последовательностями). Они определены лишь в отдельные моменты времени и могут принимать любые значения уровня.

3) Дискретные по уровню или квантованные сигналы (случайные сигналы этого типа называют дискретными случайными процессами). Они определены для всех моментов времени и принимают лишь разрешенные значения уровней отделенные от друг друга на величину шага квантования.

4) Дискретные по уровню и по времени сигналы (случайные сигналы этого типа называют дискретными случайными последовательностями). Они определены лишь в отдельные разрешенные моменты времени и могут принимать лишь разрешенные значения уровней.

Совокупность технических средств используемых для передачи сообщений от источника к потребителю информации называется системой связи. Общая схема системы связи состоит из 5 частей.

1) Источник сообщений создающий сообщения или последовательность сообщений, которые должны быть переданы. Сообщения могут быть разных типов: последовательность букв или цифр как в системах телеграфа и передачи данных. Одна или более функций времени как в системах передачи звука в моно и стерео звучаниях и т.д.

2) Передатчик, который перерабатывает некоторым образом сообщения в сигналы соответственного типа определенного характеристиками используемого канала.

3) Канал связи — это комплекс технических средств, обеспечивающий передачу сигналов от передатчика к приемнику. В состав канала входит каналообразующая аппаратура, осуществляющая сопряжение выходного и входного сигналов соответственно передатчика и приемника с линией связи, и самой линии связи.

Линией связи (ЛС) называется среда, используемая для передачи сигнала от передатчика к приемнику. Это может быть, например: пара поводов, коаксиальный кабель, область распространения радиоволн, световод и т.д. Обычно входными и выходными сигналами линии связи является сигналы типа один, т.е. непрерывный. Вместе с тем на входе и выходе канала могут присутствовать сигналы и других типов. Канал называется дискретным, если на его входе и выходе присутствуют сигналы дискретные по уровню. Если сигналы на входе и выходе канала непрерывны по времени, то он называется непрерывным. В общем случае в процессе передачи в канале сигнал искажается шумом, что соответствует наличию источника шума.

4) Приемник обычно выполняет операцию обратную по отношению к операции, производимой передатчиком, т.е. восстанавливается сообщение по сигналам. Сложность построения приемника обусловлена изменением формы принимаемых сигналов, что связано с наличием шума.

5) Получатель это лицо или аппарат, для которого предназначено сообщение. Процесс преобразования сообщения в сигнал, осуществляющий в передатчике и обратный ему процесс, реализующий в приемнике назовем соответственно кодированием и декодированием.

Дискретные и непрерывные сигналы Носители информации

Тема урока:

Можете ли вы полностью ответить на следующие вопросы:

Знаете ли вы, что такое система ?
Что такое информационная система ? Из каких частей она состоит?
Знаете ли вы, что такое сигнал ?
Знаете ли вы, что такое дискретный и непрерывный сигналы?
Что такое носители информации и какими они бывают?

Цели урока:

Рассмотреть, что такое дискретный и непрерывный сигналы.
Узнать, что такое носители информации и виды носителей информации существуют.

КРОССВОРД – ПОВТОРЕНИЕ

Заполните кроссворд, и отгадайте зашифрованное слово, обозначающее сложный объект, состоящий из взаимосвязанных частей и существующий как единое целое :

Физический процесс (явление), несущий сообщение (информацию).
На схеме:
Канал связи или __________ ( впишите в кроссворд пропущенное слово ).
Это предмет, явление, процесс, отношение, на которое обращено наше внимание с целью его изучения.
Интегративность, или системный _________ ( впишите в кроссворд пропущенное слово ).
Наука, изучающая методы представления, накопления, передачи и обработки информации с помощью компьютера.
Знания, сведения, полученные из окружающего мира, которыми обладает человек.

ПОЛУЧАТЕЛЬ

канал связи

Эталон ответа к КРОССВОРДУ

Носители информации

Чтобы сообщение было передано от источника к получателю, необходим носитель информации.

Носитель информации – это материальный объект, предназначенный для хранения и передачи данных.

ИСТОЧНИК

ПОЛУЧАТЕЛЬ

канал связи

помехи

Для передачи и хранения информации используют два вида носителей – знак и сигнал , в зависимости от природы системы, в которой протекает информационный процесс.

Сигнал – это физический процесс, содержащий в себе некоторую информацию.

Последовательность сигналов называется сообщением .

Параметр сигнала — та из его характеристик, которая используется для представления сообщений.

Дискретные и непрерывные сигналы

Информация может поступать непрерывно или дискретно, т. е. в виде последовательности отдельных сигналов.

Соответственно различают непрерывную и дискретную информацию .

Сигналы

Непрерывный

1. Определение

Дискретный

2. Примеры

3. Пример графика

4. Возможность обработки на компьютере.

нет

да

Непрерывный (аналоговый) сигнал – это сигнал, параметр которого непрерывно меняется вслед за изменениями соответствующей физической величины.

Информация представленная таким способом называется непрерывной .

Примером непрерывного сообщения служит человеческая речь, живая музыка, передаваемая модулированной звуковой волной; параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника — человеческого уха.

Аналоговый способ представления информации имеет недостатки : точность представления информации определяется точностью измерительного прибора, наличие помех может сильно исказить представляемую информацию.

Дискретный сигнал – это сигнал, параметр которого принимает конечное число значений, меняющееся через определенные промежутки времени (скачками).

Информация, передаваемая источником, в этом случае называется дискретной .

Дискретными являются показания цифровых измерительных приборов. Дискретной является распечатка матричного принтера.

Дискретна таблица значений функции, но когда мы наносим точки из нее на миллиметровую бумагу и соединяем плавной линией, получается непрерывный график.

Механический переключатель диапазонов в современных радиоприемниках сконструирован так, чтобы он принимал только фиксированные положения.

Рассмотрим 2 графика функций:

График отображает непрерывный сигнал

График отображает дискретный сигнал

Любое непрерывное сообщение можно преобразовать в дискретное, и такая процедура называется дискретизацией (оцифровыванием).

Компьютер — цифровая машина, т.е. внутреннее представление информации в нем дискретно.

Дискретизация входной информации (если она непрерывна) позволяет сделать ее пригодной для компьютерной обработки.

Что такое знак?

Знаками можно считать алфавит любого языка, цифры и числа, знаки языка жестов, любые коды или шифры, ноты, символы и т.д. Знак может быть составным, то есть состоять из нескольких других знаков.

При обработке текста на компьютере знаки представляются в форме последовательностей электрических импульсов (компьютерных кодов).

Таким образом, данные – это зарегистрированные (зафиксированные) сигналы.

Чтобы зарегистрировать сигналы используют знаки.

Знак – это материальный объект, замещающий или представляющий другой объект и несущий информацию о нем.

Практическое тестовое задание:

В текстовом редакторе с помощью знаков (алфавита и дополнительных символов), создавая компьютерный текстовый документ, напишите вопросы теста, добавив пропущенные слова и выбрав правильный вариант ответа из предложенных.

Итоги урока:

Мы рассмотрели что такое дискретный и непрерывный сигналы.

Узнали, что такое носители информации, установили связь между ними .
Продолжили совершенствовать навыки работы с тестом на компьютере.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Приведите примеры продуктов, имеющих дискретную и непрерывную структуру.

Какие сигналы помогают определить нам качество продукта?

Введение в сигналы и системы: свойства систем

Улучшить статью

Сохранить статью

Уровень сложности: Hard
Последнее обновление: 30 сент, 2022

Читать

Обсудить

Улучшить статью

Сохранить статью

Сигнал представляет собой электрический или электромагнитный ток, несущий данные, которые могут быть переданы или получены.

Математически представлен как функция независимой переменной, например. плотность, глубина и т. д. Следовательно, сигнал — это физическая величина, меняющаяся во времени, пространстве или любой другой независимой переменной, с помощью которой может быть передана информация. Здесь независимой переменной является время.

Типы сигналов времени:

Непрерывные сигналы времени x(t)- , определенные в каждый момент времени
Дискретные сигналы времени x[n] – , определенные только при время ( целое число ).

A Система — это любой физический набор компонентов или функция нескольких устройств, которые принимают сигнал на входе и производят сигнал на выходе.

Расчет энергии и мощности сигналов:

Энергия – Квадрат амплитуды/величины (если комплексный) во всем временном интервале.

для непрерывного сигнала времени-

для сигнала дискретного времени-

Мощность- Скорость изменения энергии.

для непрерывного сигнала времени.

для сигнала дискретного времени-

Классы сигналов на основе их мощности и энергии:

Энергетический сигнал – обычно сходящиеся сигналы, апериодические сигналы или ограниченные сигналы.
Сигнал мощности — обычно периодические сигналы, так как они охватывают бесконечную область под своим графиком и простираются от до .
Ни энергии, ни сигнала мощности

Преобразование независимой переменной:

Сдвиг- сигнал может быть задержан ( x(t-T) ) или опережен ( x(t+T) ) путем увеличения или уменьшения независимой переменной (здесь время).
Форма графика остается прежней, только смещена по оси времени.
Масштабирование- сигнал может быть сжатым ( x(at), a>1 ) или расширенным ( x(t/a), a>1 или x(at), 1>a>0 ).
Здесь форма/поведение графика сигнала изменяется по мере изменения основного периода времени. При сжатии период времени уменьшается, а при расширении период времени увеличивается.
Разворот — также называется складыванием, поскольку график складывается вокруг оси Y или T, если задано значение x(T-t).

Свойства систем:

Периодичность — поведение/график сигнала повторяется после каждого T. Следовательно,

здесь T — фундаментальный период
Таким образом, мы можем сказать, что сигнал остается неизменным при смещении T.
Четный и нечетный- четный сигнал симметричен относительно оси Y.
x(t)=x(-t) четный
x(t)=-x(-t) нечетный
Сигнал можно разбить на четную и нечетную части, чтобы облегчить определенные преобразования.
Линейность- состоит из двух свойств-
(i) Аддитивность/Суперпозиция-
если x1(t) -> y1(t)
и x2(t) -> y2(t) 0 3 9002 0 9003 900
(ii) Свойство масштабирования-
если x1(t) -> y1(t)
тогда

Если выполняются оба условия, система является линейной.
Независимая от времени- Любая задержка, представленная на входе, должна быть отражена в выходных данных для системы, не зависящей от времени.

здесь x2(t) — задержанный ввод.
Мы проверяем, соответствует ли задержка ввода через систему задержке выходного сигнала.
Системы LTI- Линейная стационарная система. Система, которая является линейной и инвариантной во времени.
Стабильность BIBO- Ограниченная входная ограниченная выходная стабильность.
Мы говорим, что система является BIBO-устойчивой, если-
Причинность- Причинные сигналы — это сигналы, которые равны нулю для всего отрицательного времени.
Если какое-либо значение выходного сигнала зависит от будущего значения входного сигнала, тогда сигнал не является причинным.

Программирование на C для начинающих — 20-дневный учебный курс!

Статьи по теме

Что нового

Мы используем файлы cookie, чтобы обеспечить вам максимальное удобство при просмотре нашего веб-сайта. Используя наш сайт, вы подтверждаете, что вы прочитали и поняли наши Политика использования файлов cookie & Политика конфиденциальности

Что такое программирование сигналов?

Интернет

Факт проверен

Евгений П.

Дата последнего изменения: 12 февраля 2023 г.

«Программирование сигналов» — это термин, часто используемый для обозначения компьютерной программы, которая функционирует главным образом в ответ на сигналы или события, генерируемые каким-либо изменением состояния или пользовательским вводом. Практически любая часть компьютерной системы, от периферийного устройства до самой операционной системы, может генерировать сигнал, который может быть перехвачен приложением и затем обработан. Во многих формах сигнальное программирование напоминает программирование, управляемое событиями. Некоторые из наиболее распространенных применений программирования сигналов — это графические пользовательские интерфейсы, которые реагируют на пользовательский ввод, сетевые коммуникации и низкоуровневые программы, которые захватывают и обрабатывают определенные системные сигналы.

Сигнал в компьютерном программировании может быть определен как сообщение, событие или прерывание, в зависимости от его происхождения, архитектуры системы или даже предпочтений программиста. В самом широком смысле это индикатор того, что какое-то состояние или часть данных изменились, и иногда он сопровождается дополнительной информацией о произошедшем изменении. Сигнал может генерироваться пользователем при нажатии клавиши, аппаратным обеспечением, таким как монитор, когда происходит вертикальная обратная трассировка, или даже операционной системой, когда во время выделения памяти происходит что-то вроде страничной ошибки.

В приложении сигнальное программирование может иметь несколько типов архитектур, но одним из наиболее распространенных является модель слушателя или наблюдателя. В этом методе часть определяемого пользователем кода может быть каким-то образом передана обработчику сигналов, обычно внутри операционной системы, который затем вызывает этот фрагмент кода для обработки любых сигналов, которые соответствуют тому, что ищет функция. Тип сигнала, который может обрабатывать функция, часто определяется переменной, известной как маска сигнала, поэтому некоторые сигналы не передаются подпрограммам, не предназначенным для их обработки.

Второй тип программирования сигналов предполагает наличие программы, реализующей очередь, которая принимает входящие сигналы. Эта очередь опрашивается в основном цикле выполнения программы, и программа реагирует, как только сигнал поступает в очередь. Затем каждый сигнал может быть логически отсортирован, обработан, проигнорирован или передан другому процессу.

Некоторые трудности могут возникнуть при программировании сигналов, когда используются параллельные процессы или многопоточные приложения. Сложности могут возникнуть, если, например, два отдельных потока прослушивают сигналы, генерируемые двумя отдельными пользовательскими устройствами ввода или двумя сетевыми сокетами. Если два пользователя одновременно попытаются внести изменения в некоторые данные, тогда данные программы могут выйти из синхронизации и отображаться для каждого пользователя по-разному.