Uvod u organizaciju raunara vebe as 8 Digitalizacija

Uvod u organizaciju računara vežbe - čas 8: Digitalizacija

Signali l Vrlo često se javlja potreba da se zabeleže određeni signali koji se javljaju u prirodi. l Najčešći primeri signala su svakako zvuk i slika, ali i drugi primeri se mogu lako naći (ekg signali, ultrazvuk, raznorazna zračenja, itd. . . ) Uvod u organizaciju računara 2

Digitalizacija l Signali koje srećemo u prirodi se obično javljaju u kontinualnoj formi što znači da se menjaju neprekidno tokom vremena i/ili prostora. l Nasuprot kontiunalnoj (neprekidnoj) prirodi signala, digitalna tehnologija podrazumeva diskretnost (isprekidanost) zapisa. Uvod u organizaciju računara 3

Analogna tehnologija Primenom analognih tehnologija se pravi kontinualni zapis nekog signala na medijumu. l Npr. gramofonska ploča ima oblik dugačke spirale. Kada bi se pogledao oblik udubljenja i ispupčenja zabeleženih na njoj, dobilo bi se grafik koji veoma podseća na grafik zvučnog signala koji je bio sniman. l Uvod u organizaciju računara 4

Analogna tehnologija (2) l Grafik raporeda namagnetisanja na magnetnoj traci takođe treba da odgovara vremenskom rasporedu zvuka koji je snimljen. Uvod u organizaciju računara 5

Analogna tehnologija - prednosti Ulaganja koja su potrebna da bi se dobio zapis analognog signala su veoma mala, ukoliko se zadovoljimo relativno niskim kvalitetom. • Tehnološki, još su stari Grci mogli da prave jednostavni gramofon, uz pomoć jednostavne igle prikačene na trepereću membranu. • Uvod u organizaciju računara 6

Analogna tehnologija - problemi Osnovni problem analogne tehnologije je to što je jako teško na medijumu napraviti skoro identičnu kopiju posmatranog signala. l Drugi problem je nestalnost medijuma tj. njegova promenjivost tokom vremena i osetljivost na spoljašnje uticaje, što dovodi do postepenog opadanja kvaliteta zapisa. l Uvod u organizaciju računara 7

Analogna tehnologija – problemi (2) l Zbog toga se za pravljenje visoko kvalitetnog analognog zapisa mora uložiti izuzetno puno truda i novca – proizvodnja nosača zapisa je veoma skupa – pravljenje zapisa je veoma skupo l I pored svega, pravljenje medijuma koji će apsolutno identično zabležiti signal i koji će zadržati svoje karakteristike večno, i u svim spoljašnjim uslovima je nemoguće. Uvod u organizaciju računara 8

Analogna tehnologija – problemi (3) l Svaka obrada ovako zapisanih signala je izuzetno komlikovana i takođe zahteva velika ulaganja l Reprodukcija (upotreba) takvih zapisa u vernom obliku je veoma skupa Uvod u organizaciju računara 9

Digitalna tehnologija – koncept Osnovna ideja digitalne tehnologije je zapisivanje signala kao niza brojeva koji predstavljaju njegove vrednosti izmerene u diskretnim tačkama (diskretnim vremenskim trenucima, odnosno na diskretnoj mreži tačaka prostora) l Izmerene vrednosti se predstavljaju preko određenog broja nivoa različitih vrednosti l Uvod u organizaciju računara 10

Digitalna tehnologija Ukoliko je poznat izgled signala na zadatoj mreži moguće je rekonstruisati njegov izgled i u ostalim delovima vremena tj. prostora. l Postupak merenja i zapisivanja vrednosti signala se često naziva sempliranje. l Postavlja se pitanje koliko je često potrebno meriti i zapisivati vrednost signala. l Uvod u organizaciju računara 11

Nyquist-ova teorema Čuvena Nyquist-ova teorema daje odgovor na ovo pitanje l Da bi signal mogao da se verno rekonstruiše potrebno je meriti ga dva puta češće od njegove najveće frekvencije l Npr. Čovekovo uho čuje frekvencije do nekih 20 Khz. Zbog toga je zvuk u principu dovoljno semplirati nekih 40 000 puta u sekundi. l Uvod u organizaciju računara 12

Digitalna tehnologija – simulacija na analognim uređajima U prirodi su sve pojave suštinski analogne l Digitalna tehnologija se zbog toga primenjuje (i modelira) na uređajima koji su u osnovi analogni. l – Npr. Iako su današnji računari digitalni i smatra se da jedna memorijska ćelija sadrži samo vrednosti 0 ili 1, stvarna vrednost napona u toj ćeliji može da varira u nekom opsegu (recimo od 0 do 5 V). Postavljanjem praga na nekih 2. 5 V, mi pomoću analognog uređaja simuliramo digitalno ponašanje Uvod u organizaciju računara 13

Digitalna tehnologija – problemi l Početna tehnološka ulaganja da bi se uopšte stiglo do iole upotrebljivog zapisa su jako velika: – Npr. veoma je teško napraviti uređaj koji dovoljno često meri i zapisuje vrednost zvučnog signala – prostor za zapisivanje 1 sekunde je 44000 brojeva što predstavlja skoro jednu celu papirnu svesku Uvod u organizaciju računara 14

Digitalna tehnologija – problemi (2) l Ovo je razlog zašto se digitalna tehnologija javila istorijski prilično kasno l Jako je teško bilo stići do tako gustog zapisa koji omogućuje zapis par stotina megabajta na površini dlana šake Uvod u organizaciju računara 15

Digitalna tehnologija - prednosti l Međutim, kada je početni tehnološki prag dostignut prednosti su postale skoro neverovatne. l Inherentna kvarljivost medijuma, koja je predstavljala najveći problem analogne tehnologije, odjednom je postala nebitna. Uvod u organizaciju računara 16

Digitalna tehnologija – prednosti (2) Npr. Ne možemo se osloboditi činjenice da papir vremenom žuti i da se kvalitet zapisa na njemu gubi. l Ukoliko se radi o običnoj analognoj fotografiji, to se javlja kao problem. l Međutim ukoliko je na tom papiru zapisan niz brojeva koji opisuje piksele iste te fotografije, nimalo informacije se ne gubi sve dok je moguće uopšte pročitati o kojim je brojevima reč. l Uvod u organizaciju računara 17

Digitalna tehnologija – prednosti (3) l Moguće je pravljenje identičnih kopija što opet nije moguće bilo kod analogne tehnologije. – Npr. Ukoliko fotokopiramo fotografiju dobijamo gubitak kvaliteta. Ukoliko fotokopiramo papir na kome su zapisani brojevi koji opisuju fotografiju nimalo informacije ne gubimo. l Mogućnost pravljenja identičnih kopija praktično omogućava večno trajanje zapisa Uvod u organizaciju računara 18

Digitalna tehnologija – prednosti (4) l Obrada zapisa postaja jednostavna i vrši se isključivo primenom matematičkih formula na brojeve – Npr. obrada digitalnih slika ili zvuka Uvod u organizaciju računara 19