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, 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

Partial-Response, Maximum-Likelihood 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!