Τεχνολογία Πληροφορίας

Βασικές αρχές αναπαράστασης πληροφορίας με δυαδικά ψηφία

Περίληψη

Έννοιες:• Αναπαράσταση

πληροφορίας με αλφάβητα

• Δυαδικά ψηφία • Τι είναι;• Γιατί χρησιμοποιούνται;• Πως υλοποιούνται;

• Ψηφιακά συστήματα για• Αποθήκευση,• Επεξεργασία και• Μετάδοση πληροφορίας

Δυαδίκτιο και Παγκόσμιος Ιστός

• Βασική αρχή για την λειτουργία τους είναι ότι όλων των ειδών οι πληροφορίες όπως• Κείμενο• Εικόνες• Ήχος• Βίντεο κ.λ.π.μετατρέπονται στην ίδιαμορφή

Δυαδικά ψηφία

Αναπαράσταση Πληροφορίας

Ιστορική αναδρομή γραφής • Πρώτες συμβολικές αναπαραστάσεις

• Ανάγλυφα σε βράχους • Διάγραμμα με εικόνες

• Ιδεόγραμμα • Πρώτα συστήματα γραφής • Σφηνοειδής - Σουμέριοι• Ιερογλυφικά - Αιγύπτιοι

• Λογογράμματα - Κινέζοι• Αλφάβητα

• Φοινικικό• Ελληνικό • Ρωμαϊκό

• Τυπογραφία του Gutenberg (1397-1468)• Ηλεκτρονική αναπαράσταση

• ηλεκτρονική τεχνολογία πληροφορίας

Αναπαράσταση Πληροφορίας

• Πρόβλημα: Οι πληροφορίες έχουν διαφορετική μορφή • Αριθμοί (η ώρα, το σκορ παιγνιδιού, τιμές, λογαριασμοί κλπ)• Μήνυμα φωνής• Μουσική• Φωτογραφίες• Βίντεο

• Λύση => «κωδικοποίηση» πληροφορίας • Μοναδική (unique)

• ένας κώδικας αναπαριστά μόνο μία πληροφορία• η Αποκωδικοποίηση πρέπει να δίνει τη αρχική πληροφορία

• Τυποποιημένη (standardized)• χρησιμοποιεί πρότυπα που εξυπηρετούν διάφορες εφαρμογές

• Συμβατική (compatible)• Με αξιόπιστη τεχνολογία που δεν είναι ακριβή

Αλφάβητο

• «Κώδικας» που περιέχει ένα πεπερασμένο αριθμώνπεπερασμένο αριθμών στοιχείων• Πόσα στοιχεία είναι ιδανικά για

καλύτερη αξιοπιστία;• Παραδείγματα: Αγγλικό και

Κινέζικο αλφάβητο• Ποιο είναι πιο αξιόπιστο για

επικοινωνία; δηλ. πιο εύκολη αναγνώριση

γραμμάτων με λιγότερα λάθη

Ελληνικά: συγκεντρώνω, συναντιόμαστε, καλά, άριστα, ωραία μαθαίνω, μάθηση, σχολείο

συνάντηση

(40,000 χαρακτήρες)(40,000 χαρακτήρες)

(26 γράμματα)

Επικοινωνεί πιο πολλά από ένα γράμμα

Δυαδικός Κώδικας

• Κώδικας με δύο σύμβολα προσφέρει • ευρωστία απέναντι στο θόρυβο

συστημάτων επικοινωνίας (δηλ. στην υποβάθμιση του σήματος)

• ανοχή σε λάθη που επηρεάζουν την αναγνώριση των συμβόλων

• Εύκολη υλοποίηση

• Δυαδικά ψηφία – binary digits = bits• 0 και 1• Αναπαριστούν μία από δύο αντίθετες

καταστάσεις:• ανοικτό ή κλειστό• λάθος (False) ή σωστό (True)

Δυαδικό Ψηφίο

• Ένα bit είναι η μικρότερη ποσότητα πληροφορίας που μπορούμε να αποθηκεύσουμε, να επεξεργαστούμε και να μεταδώσουμε• Ένα bit μπορεί να απαντήσει «σωστό» ή «λάθος» σε

μία ερώτηση • Δύο bits ενωμένα μαζί τι μπορούν να συμβολίσουν;

• Στοιχειοσειρά: 00, 01, 10, 11• Π.χ.

• 00: Βορράς• 01: Νότος• 10: Ανατολή• 11: Δύση

Παράδειγμα αναπαράστασης με 2 bits

Βορράς Νότος ΔύσηΑνατολή

Απάντηση σε δύο ερωτήσεις λάθος ή σωστό δίνει 4 πιθανές απαντήσεις

Δύναμη αναπαράστασης με Κ bits

• Με 3 bits έχουμε 8 μοναδικά σχήματα (patterns)

000001010011100101110111

2*2*2 = ; = 23 = 8

• Με 4 bits έχουμε 16 μοναδικά σχήματα

0000, 10000001, 10010010, 10100011, 10110100, 11000101, 11010110, 11100111, 1111

2*2*2*2= 16

Γενικά με Κ bits έχουμε 2Κ

μοναδικά σχήματα

Δύο πιθανές τιμές που μπορεί να πάρει ένα δυαδικό ψηφίο

Η χρησιμότητα των δυαδικών Η χρησιμότητα των δυαδικών ψηφίωνψηφίων

• Δυαδικά ψηφία αναπαριστούν μία από δύο αντίθετες καταστάσεις:• ανοικτό (ON) ή κλειστό (OFF)• όπως τις δύο καταστάσεις ενός διακόπτη

• Το βασικότερο ηλεκτρονικό κύκλωμα που χρησιμοποιείται στους Η/Υ είναι ο ηλεκτρονικός διακόπτης και μπορεί να βρίσκεται σε μία από δύο καταστάσεις• ανοικτό ή κλειστό• αγωγή ρεύματος ή διακοπή ρεύματος

• Ηλεκτρονικά κυκλώματα που μπορούν να βρίσκονται σε δύο καταστάσεις λέγονται ψηφιακά

• Η κατάλληλη διασύνδεση ψηφιακών κυκλωμάτων επιτρέπει την αποθήκευση και επεξεργασία δεδομένων σε ψηφιακή μορφή

0 0 0

Ηλεκτρονική υλοποίηση της Ηλεκτρονική υλοποίηση της δυαδικής πληροφορίαςδυαδικής πληροφορίας

• Εύκολη αποθήκευση σε στοιχεία με δύο καταστάσεις

• Μπορεί να μεταδοθεί με επιτυχία πάνω από καλώδια που έχουν θόρυβο και είναι ανακριβή

• Διάστημα τιμών

0.0V

0.5V

2.8V

3.3V

0 1 0

Δύο διακριτές καταστάσεις:• χαμηλότερη τάση (π.χ. 0 – 0.5 V) => ‘0’• ψηλότερη τάση (π.χ. 2.8 – 3.3 V) => ‘1’

Ψηφιακά συστήματα

• Συστήματα ψηφιακής επεξεργασίας πληροφοριών : ηλεκτρονικοί υπολογιστές (Η/Υ)

• Συστήματα ψηφιακής αποθήκευσης πληροφοριών: ηλεκτρονικά, μαγνητικά και οπτικά

• Συστήματα ψηφιακής μετάδοσης πληροφοριών

• Σημαντικότερο προτέρημα τους είναι η ευρωστία στον θόρυβο και η ανοσία στα λάθη αναγνώρισης των δυαδικών ψηφίων

Συστήματα ψηφιακής επεξεργασίας πληροφοριών

• Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές (Η/Υ)• Αποτελούνται από ηλεκτρονικά κυκλώματα που είναι

ηλεκτρονικοί διακόπτες• Οι δυαδική πληροφορία που είναι αποθηκευμένη σε Η/Υ

επεξεργάζεται με ειδικά προγράμματα που καθορίζουν την κατάσταση κάθε διακόπτη (ανοικτός ή κλειστός)

• Τα προγράμματα είναι επίσης σε δυαδική μορφή!

Ηλεκτρονική Λυχνία(Vacuum Tube)

Το πρώτο τρανζίστορ επαφής

(Point-Contact Transistor)1947

Μουσείο των Bell Labs

Το πρώτο τρανζίστορ ένωσης(Junction Transistor)

1951

Bell Labs

Εργαστηριακό μοντέλο

M1752Εκτός εργαστηρίου

Αρχικά με τα τρανζίστορ

Μια πιο κοντινή ματιά, τότε

Επεξεργαστές Σήμερα

Μια πιο κοντινή ματιά, σήμερα

Προτερήματα δυαδικής πληροφορίας

• Φανταστείτε ένα νέο είδος οπτικού δίσκου με στοιχεία που μπορούν να πάρουν μία από 3 καταστάσεις:• στοιχείο με ψηλή αντανάκλαση • στοιχείο με μέτρια αντανάκλαση• στοιχείο χωρίς αντανάκλαση

• Προτέρημα• Κάθε στοιχείο μπορεί να αποθηκεύσει περισσότερες

πληροφορίες

• Μειονεκτήματα• Λιγότερη ανοσία σε λάθη

• Παράδειγμα: δακτυλικά αποτυπώματα μπορούν να αλλάξουν ένα στοιχείο ψηλής αντανάκλασης σε στοιχείο μέτριας αντανάκλασης

• Απαιτεί πιο ακριβή τεχνολογία

• Επειδή μόνο ένα από δύο σύμβολα (καταστάσεις) χρειάζεται να αναγνωριστεί στον συνηθισμένο οπτικό δίσκο το σύστημα είναι πιο απλό και αξιόπιστο

Επίλογος

• Αναπαράσταση πληροφορίας με αλφάβητα• Λιγότερα σύμβολα -> πιο εύκολη η αναγνώριση -> πιο απλή

τεχνολογία

• Δυαδικά ψηφία (binary digits = bits)• 0 και 1 => μόνο δύο διακριτές καταστάσεις• Αναπαράσταση πληροφορίας με στοιχειοσειρές 0101

• Με Κ bits αναπαριστούμε 2Κ μοναδικές στοιχειοσειρές• Εύκολη υλοποίηση για ψηφιακά συστήματα

• Αποθήκευσης• Επεξεργασίας και• Μετάδοση πληροφορίας

• Παραδείγματα υλοποίησης δυαδικών ψηφίων• Με διαφορετικά διαστήματα τιμών ηλεκτρικής τάσης• Με διαφορετική κατεύθυνση μαγνητισμού• Με αντανάκλαση του φωτός

Στην συνέχεια …

• Μετατροπή αριθμών σε δυαδικά ψηφία• Μετατροπή γραμμάτων σε δυαδικά ψηφία• Μετατροπή σημάτων σε δυαδικά ψηφία