1. Визначення електронної системи(ЕС). Ціль побудови ес. Структура ес. Класи ес. Слово система (англ system) походить від грецького складений
 Скачать 2.18 Mb.
|
|
1. Визначення електронної системи(ЕС). Ціль побудови ЕС. Структура ЕС. Класи ЕС. Слово система (англ. system) походить від грецького „складений” і пояснюється як група різних предметів, які об’єднані таким чином, що утворюють єдине ціле та функціонують узгоджено, виконують єдину задачу та підпорядковані єдиній формі управління(алгоритму). ЕС - сукупність електронних компонентів, що пов’язані між собою й діють як одне ціле завдяки спеціальним сигналам управління та виконують задану функцію. Функції ЕС – відбір, передача, прийом, регістрація, відображення, сприйняття, використання для управління інформації або енергії. ЕС складається з менш складних підсистем( модулів) , кожен з яких в свою чергу складається з ще менше складних пристроїв та приладів. Задачі, що вирішує ЕС, відображають мету її функціонування. Досягається ця мета за допомогою вирішення конкретних функціональних задач. Функції ЕС точно визначаються властивостями її компонентів, структурою, і взаємодією составних компонентів між собою. Під структурою ЕС розуміють розуміють організацію ЕС з підсистем з урахуванням зв’язків між ними, які визначаються функціями і задачами , що вирішує система в цілому, тобто структура ЕС- спосіб організації цілої системи з її составних частин. Класи ЕС: Мала ЕС- 10-10^3 елементів Велика – 10^4-10^7 Ультра велика – 10^7-10^30 Суперсистема - >10^30 Ознака існування ЕС – зміна її властивостей при різному з’єднанні підсистем. 2д.Цифрова ЕС, її алгоритм. Перевагицифрових ЕС над аналоговими. В цифровых системах все процессы происходят от цифровых (дискретных) сигналов. Примерами являются - современные объекты связи, цифровая телефония, цифровое телевидение. Эволюционный процесс перехода от аналоговых систем к цифровым связан: 1. век новых технологий, соответственно в технике все большее распространяются микропроцессорные технологии обработки сигналов;M 2. создается высокоскоростная паутина цифровых телекоммуникационных сетей; Соединительными нитками паутины являются магистрали, которые представляют собой набор цифровых каналов коммутации (связи) глобального и локального масштаба. Обращение к этим каналам разрешено различным государственным структурам, предприятиям бизнеса, частным пользователям. Качество передачи и связи соответственно очень высокое. Давайте все-таки приведем преимущества цифровых систем передачи и обработки данных над аналоговыми системами: 1. надежность передачи данных, а так же высокая помехоустойчивость; 2. хранение данных на высочайшем уровне; 3. завязана на вычислительной технике; 4. минимизация возникновения ошибок при обработке, передачи, коммутации (связи) данных; Д 3.Параметри та характеристики електронної системи. Электронная система – происходит от латинского «system», означающее сложную, цельную, единую структуру, построенную из взаемодействующих между собой автономных составных частей, которые решают общие задания, взаемозависимы по определенным правилам и подчинены единому алгоритму. Функции, которые выполняет ЭС состоят в отборе, переработке, передаче, приеме, регистрации, отображении, восприятии человеком, используемые для управлением информацией или энергией. Характеристики – при разработке ЭС на каждом иерархическом уровне необходимо иметь ее паспорт – набор характеристик, из которых можно определить их параметры, которые описаны развернуто и разяснены с помощью графика. Бывают статическими (при неизм режимах) и динамическими (при переходных режимах). Параметр – величина, которая описывает свойства ЭС, ее подсистем или режимы их работы. Бывают внутренними или внешними. Входные параметры характеризируют источник (вх.сопротивление, вх.емкость, шумы). Выходные – показатели качевства, которые описывают основные свойства и характеристики ЭС (быстродействие, полоса частот, точность). Фазовые переменные – величины, которые характеризируют физические информационные параметры. Показатель эффективности: эффективные методы манимуляции по частоте и энергетическая эффективность. Примеры параметров: Внутренние - длительность модуляции, полоса частот, длинна кода, влияние помехи. Внешние – параметры среды, которая действует на ее работу №4. Проектування ЕС. Системи автоматизованого проектування ЕС.(Денбновецкий) ЭС автоматизированного проектирования САПР ЭС называется организационно-техническая система, которая состоит из комплекса методов автоматического проектирования, взаимосвязанного с комплексом подразделений проектной организации и производящей автоматическое проектирование. САПР характеризуется систематическим взаимодействием человека-разработчика высокой квалификации и ЭВМ. САПР ускоряет разработку ЭС, увеличивает ее качество, надежность. Для САПР сложной ЭС очень важно рационально объединять ее аналитическую разработку в процессе которой составляются диф уравнения, которые описывают работу ЭС в заданных граничных условиях решаются численными методами, а это дает возможность определить оптимальные характеристики системы, выбрать материалы, разработать конструкцию. В некоторых случаях такой аналитический расчет системы сочетается с экспериментальной проверкой результатов, которая проводится с заданной степенью точности. Такой подход называется теоретико-экспериментальным, который объединяет теоретические и экспериментальные процедуры. Особенностью подхода является то, что теоретическую часть проводит опыт инженерных разработок, который активно взаимодействует с САПР, а экспериментальную проверку осуществляет человек, который умеет это делать. Особенностью метода и построения моделей не чисто теоретических, а с помощью проверки повышает качество и увеличивает надежность. САПР имеет ряд обеспечений без которых система автоматизации не работает: 1) Методическое – документы, определяют принцип работы, структуру, теорию, мат модели, методы численного решенияалгебраических и дифуравнений, методыоптимизации, алгоритмы, терминологию, нормативы и стандарты, которыеобеспечиваютметодологиюпроектирования ЭС. 2) Программноеобеспечение – совокупностьмашинныхпрограмм и программнойдокументации, необходимой для САПР, представл в форме, котораяустанавливаетособенностивычислительнойтехники. Онаобъединяетпрограммы для машины, программнуюдокументацию, котораянеобходима для построенияпрограмм. Делится на общесистемное, базовое и прикладное. Общесистемноенужно для организациитехсредств, для распределенияресурсов, представления ОС для машины и для средстввычислительных. Базовоеобеспечениесостоитизпрочих, которыеобеспечиваютправильноефункционирование. Прикладно-математическоеобеспечение для проведения процедур на ЭВМ, имеет форму пакетовприкладныхпрограммм. 3) Информационноеобеспечениевключаетсовокупностьсведенийнеобходимых для САПР, предст в необходимойформе про унифицир мат модели, совокупностьданных. Заключается в банк данных. Кроме банка данныхделится на базу данных, самиданные, системыупрощеннойбазыданных, совокупностьпрограммныхспособов и прикладныхпрограмм. 4) Техническоеобеспечение – совокупностьтехническихсредств 5) Лингвистическое – совокупностьязыков 6) Организационное – организовываетработувсейсистемы 7) Метрологическое – позволяетизмерятьпараметрыразработаннойструктуры, погрешности 8) Технологическое – документы, режимы, технологии, обеспечивающиеизготовлениеданнойсистемы 9) Конструкторское – совокупностьмашинныхпрограммсистемы Типовые проектные процедуры: анализ, синтез, оптимизация. Анализ – исследование по изучению уже выбранной структуры ЭС, закономерности ее поведения с заданной структурой. М. б. одновар-й анализ – однократный просчет системы Берется исходное ТЗ и технические требования к системе. Синтез – объединение составных частей ЭС в единое целое, м. б. структурный синтез и параметрический синтез, который определяет систему с заданными параметрами. Можно наилучшую систему с заданными параметрами называется оптимальное проектирование. Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая: сокращения трудоѐмкости проектирования и планирования; сокращения сроков проектирования; сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию; повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования; сокращения затрат на натурное моделирование и испытания. Достижение этих целей обеспечивается путем: автоматизации оформления документации; информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений; использования технологий параллельного проектирования; унификации проектных решений и процессов проектирования; повторного использования проектных решений, данных и наработок; стратегического проектирования; замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием; повышения качества управления проектированием; применения методов вариантного проектирования и оптимизации Этапы проектирования электронных систем Проектное решение - промежуточное описание проектируемого объекта, полученное на том или ином иерархическом уровне, как результат выполнения процедуры (соответствующего уровня). Проектная процедура - составная часть процесса проектирования. Примерами проектных процедур служат синтез функциональной схемы проектируемого устройства, моделирование, верификация, трассировка межсоединений на печатной плате и т.д. Проектирование ЭУ разделяется на этапы. Этап представляет собой определенную последовательность проектных процедур. Общая последовательность этапов проектирования представляется так: составление ТЗ; ввод проекта; проектирование архитектуры; функционольно-логическое проектирование; схемотехническое проектирование; топологическое проектирование; изготовление опытного образца; определение характеристик устройства. Составление ТЗ. Определяются требования к проектируемому изделию, его характеристики и формируется техническое задание на проектирование. Ввод проекта. Для каждого этапа проектирования характерны свои средства ввода, более того, во многих инструментальных системах предусматривают более чем один способ описания проекта. Эффективными являются высокоуровневые графические и текстовые редакторы описания проекта современных систем проектирования. Такие редакторы дают разработчику возможность чертить блок - схему крупной системы, назначать модели для индивидуальных блоков и соединять последние посредством шин и трактов передачи сигналов. Редакторы, как правило, автоматически связывают текстовые описания блоков и соединений с соответствующими графическими изображениями, обеспечивая тем самым комплексное моделирование системы. Это позволяет инженерам системотехника не менять привычного стиля работы: можно по - прежнему думать, набрасывая блок-схему своего проекта как бы на листе бумаги, в то же время будет вводится и накапливаться точная информация о системе. Логические уравнения или принципиальные электрические схемы зачастую очень удачно используются для описания базовой интерфейсной стыковочной логике. Таблицы истинности целесообразные для описания дешифраторов или других простых логических блоков. Языки описания аппаратуры, содержащие конструкции типа конечных автоматов, обычно гораздо эффективнее для представления более сложных логических функциональных блоков, например блоков управления. Проектирование архитектуры. Представляет собой проектирование ЭУ до уровня передачи сигналов ЦП и ЗУ, ЗУ и КПДП. На этом этапе определяется состав устройства в целом, определяются его главные аппаратные и программные компоненты. Т.е. проектирование целой системы с высокоуровневым ее представлением для проверки корректности архитектурных решений, делается, как правило, в тех случаях, когда разрабатывается принципиально новая система и необходимо тщательно проработать все архитектурные вопросы. Во многих случаях полное системное проектирование требует включения в структуру и неэлектрических компонентов и эффектов, с целью проверки их в едином комплексе моделирования. 5. Теорема Шенона про пропускну здатність каналу з перешкодами. Узагальнена теорема Шенона. Теорема Шеннона:Для канала с помехами всегда можно найти такую систему кодирования, при которой сообщения будут переданы со сколь угодно большой степенью верности, если только производительность источника не превышает пропускной способности канала. На случай канала с шумом есть теорема Шеннона, по которой пропускная способность и максимальная скорость передачи данных по каналу с шумом равняется: С= F* log2 (1+S/N) бит/сек, где S/N - соотношение сигнал-шум в канале, F– полоса частот канала В цифровых системах параметром, эквивалентным отношению S/N, является отношение Eb/N0, которое определяется как отношение количества энергии в бите информации к спектральной плотности шумов. Лінійназалежністьпропускноїздатності каналу відсмугийого частот.(в-пе из формулы видно)Граничнапропускназдатність каналу видна из графика. (хз, но ден его рисовал) График зависимости нормированной полосы от С/Ш. Показывает границу пропускной способности для безошибочной связи. Рабочая область для безошибочной связи лежит выше(правее) кривой. Для Eb/N0 =< - 1,6 дБ требуется бесконечная полоса частот. Енергопотенціал каналу зв'язку–хз. Ефективність каналу зв'язку: Для оценки эффективности систем связи наиболее часто пользуются тремя показателями эффективности: это b - эффективность, g - эффективность, h - эффективность, определяемые формулами: В этих формулах: R – скорость передачи информации; Pc / N0 – отношение мощности сигнала к спектральной плотности мощности помехи; Fk – полоса пропускания канала связи; C – пропускная способность канала связи. Все перечисленные показатели эффективности являются безразмерными величинами и определяются в предположении, что в канале связи обеспечивается достаточно малая (заранее заданная) вероятность искажения сигналов (при передаче дискретных сигналов) или заданное отношение мощности сигнала к мощности помехи (при передаче непрерывных сигналов). Приведѐнные выше показатели имеют простой физический смысл. b - эффективность показывает, как используется мощность сигнала при передаче информации с заданной скоростью R, g - эффективность показывает, как используется полоса частот канала связи, h - эффективность показывает, как используется пропускная способность канала связи. Теоремы Шеннона для канала с шумами (теоремы Шеннона для передачи по каналу с шумами) связывают пропускную способность канала передачи информации и существование кода, который возможно использовать для передачи информации по каналу с ошибкой, стремящейся к нулю (при увеличении длины блока). Формулировка теорем[ править ] Пусть — длина блока, генерируемого источником — длина блока, который будет передан по каналу (после кодирования) — скорость передачи сообщений (производительность источника) — пропускная способность канала , определяемая как максимум взаимной информации на входе и выходе канала ( и — представление входа и выхода канала как случайных величин ) — средняя вероятность ошибки декодирования блока — максимальная вероятность ошибки декодирования блока Прямая теорема Если скорость передачи сообщений меньше пропускной способности канала связи ( ), то существуют коды и методы декодирования такие, что средняя и максимальная вероятности ошибки декодирования стремятся к нулю, когда длина блока стремится к бесконечности, то есть , при Иными словами: Для канала с помехами всегда можно найти такую систему кодирования, при которой сообщения будут переданы со сколь угодно большой степенью верности , если только производительность источника не превышает пропускной способности канала 6. Різновиди каналів зв’язку. Шум уканалізв’язку Різновиди каналів зв’язку Під каналом зв'язку розуміють сукупність середовища поширення і технічних засобів передачі між двома канальними інтерфейсами або стиками типу С1. З цієї причини стик С1 часто називається канальним стиком. В залежності від типу сигналів, що передаються, розрізняють два великих класи каналів зв'язку – цифрові та аналогові. Цифровий канал є бітовим трактом із цифровим (імпульсним) сигналом на вході і виході каналу. На вхід аналогового каналу надходить неперервний сигнал, і з його виходу також знімається неперервний сигнал (рис 5.2). Як відомо, сигнали характеризуються формою свого подання. Цифровими є канали систем ІКМ, ISDN, канали типу Т1/ Е1 і більшість інших. Нові СПД будують на основі цифрових каналів, що мають ряд переваг перед аналоговими. Аналогові канали є найбільш поширеними через тривалий історичний шлях їхнього розвитку і простоти реалізації. Типовим прикладом аналогового каналу є канал тональної частоти, а також групові тракти на 12, 60 і більше каналів тональної частоти. Комутуюча телефонна мережа загального користування, як правило, включає численні комутатори, розподільні пристрої, групові модулятори і демодулятори. Для такої мережі канал передачі (його фізичний маршрут і ряд параметрів) змінюється при кожному черговому виклику. При передачі даних на вході аналогового каналу повинен знаходитись пристрій, що перетворював би цифрові дані, які приходять від DTE, в аналогові сигнали, що посилаються в канал. Приймач повинен містити пристрій, що перетворював би назад прийняті неперервні сигнали в цифрові дані. Цими пристроями є модеми. Аналогічно, при передачі по цифрових каналах дані доводиться приводити до вигляду, прийнятого для даного конкретного каналу. Цим перетворенням займаються цифрові модеми, яких часто називають адаптери ISDN, адаптери каналів Е1/Т1, лінійні драйвери, і так далі (у залежності від конкретного типу каналу або середовища передачі). Термін модем використовується широко. При цьому необов'язково повідомляється, яка модуляція використовується, а просто вказується на певні операції перетворення сигналів, що надходять від DTE для їх подальшої передачі по каналу. Таким чином, у широкому змісті поняття модем і апаратура каналу даних (DCE) є синонімами. Комутовані канали надаються споживачам на час з'єднання за вимогою (дзвоником). Такі канали принципово містять у своєму складі комутаційне устаткування телефонних станцій (АТС). Звичні телефонні апарати використовують комутовані канали. Виділені (орендовані) канали орендуються у телефонних компаній або (дуже рідко) прокладаються зацікавленою організацією. Такі канали є принципово двоточковими. Їх якість у загальному випадку вище якості комутованих каналів через відсутності впливу комутаційної апаратури. Як правило, канали мають двопровідне або чотирипровідне закінчення. Їх називають, відповідно, двопровідними і чотирипровідними. Чотирипровідні канали надають два провідники для передачі сигналу і ще два провідники для прийому. Перевагою таких каналів є, практично, повна відсутність впливу сигналів, що передаються у зустрічному напрямку. Двопровідні канали дозволяють використовувати два провідники як для передачі, так і для прийому сигналів. Такі канали дозволяють заощаджувати на вартості кабелів, але потребують ускладнення каналоутворювальної апаратури й апаратури користувача. Двопровідні канали потребують вирішення задачі поділу сигналів, що приймаються і передаються. Така розв'язка реалізовується за допомогою диференціальних систем, що забезпечують необхідне загасання на зустрічних напрямках передачі. Але неідеальність диференціальних систем (а ідеального нічого не буває) приводить до перекручувань амплітудно-частотних і фазочастотних характеристик каналу. Теоретичну основу сучасних інформаційних систем визначає Базова еталонна модель взаємодії відкритих систем (OSI – OpenSystemsInterconnection ) Міжнародної організації стандартів. Вона описана стандартом ISO 7498. Модель є міжнародним стандартом для передачі даних. Згідно з еталонною моделлю виділяють сім рівнів, які утворюють область взаємодії відкритих систем. До них відноситься фізичний, канальний, мережевий, транспортний, сеансовий, представницький і прикладний рівні. Кожний рівень визначається групою стандартів, які включають в себе дві специфікації: протокол і сервіс для вищого рівня. Найближчим до користувача є прикладний рівень. Його головна задача – подати уже перероблену інформацію. Для цього, звичайно, використовується системне програмне забезпечення та програмне забезпечення користувача. Найнижчий фізичний рівень описує процедури передачі сигналів в канал і отримання їх із каналу. Як фізичне середовище передачі можуть виступати канал тональної частоти, з’єднувальна провідна лінія, радіоканал і т. д. Фізичний рівень виконує три основні функції: встановлення зв’язку, перетворення сигналів, реалізацію інтерфейсу. Шум у каналі зв’язку Шумом називають напругу (струм) стороннього походження, що з'явилась в каналах зв'язку і обмежує дальність передачі корисних сигналів. Завади, частоти яких лежать в смузі звукових частот, створюють чутний в телефоні або гучномовці шум, що знижує якість зв'язку або мовлення. Такі перешкоди називають шумами. Високочастотні перешкоди, проходячи через апаратуру каналу зв'язку, також можуть виявлятися вигляді шумів. Перешкоди в смузі видеочастот погіршують зображення на екрані кінескопа телевізора. Залежно від джерела виникнення і від характеру їх впливу перешкоди поділяються на власні перешкоди каналу зв'язку, взаємні, створювані впливом каналів один на одного, і зовнішні (наведення) від сторонніх електромагнітних полів. Власніперешкоди абошумивиникаютьвід джерелзнаходяться в даномуканалі зв'язку. Вони існуютьнезалежновід передачіінформації з інших каналівзв'язкуі в основномувизначаються наступнимипричинами: флуктуаційнимишумами; пульсацієювипрямленої напругиджерел живлення; контактнимишумами, викликаниминедоброякіснимиконтактамивапаратурі іна лініях, короткочаснимикороткимизамиканнями, трісками, створюванимиструмамирозряду конденсаторів, мікрофоннимишумамита акустичними, що потрапляють умікрофонипродуктаминелінійнихспотвореньв апаратурітракту передачі. Особливе значення маютьФлуктуаційніперешкоди, викликані випадковимиколиваннями(флуктуаціями) деяких фізичнихвеличинблизькоїхсереднього значення.До них відносяться:тепловіфлуктуації врезисторах, дробовіефектв електроннихлампах, флуктуаціїконтактнихрізниць потенціалівімагнітнихпараметрів. Тепловіфлуктуації врезисторах, обумовлені рухомвільних електронів уречовині, створюютьзмінну напругу, якавизначається формулоюНайквіста √ Де: Т – температура, К; R – опір резистора, Ом, при ; – еквівалентна полоса пропускання. Спектральнащільністьфлуктуаційнихперешкодпостійна у всьомувикористовуваномувтехніці зв'язкудіапазонічастот.Це ускладнюєборотьбуз їх впливомнароботуканалів іапаратури зв'язку, т.к.ціперешкоди не можнаусунутибезвтратиінформаційногосигналу. Взаємні перешкоди виникають при передачі інформації по сусідніх каналах, з'являються в результаті: недостатнього перехідного загасання між даними каналом і впливають каналами, незначного загасання фільтрів, призначених для розподілу каналів або для придушення частот, різних пошкоджень в апаратурі каналів, що впливають на це (вихід з ладу ламп, розбалансування перетворювача частоти, порушення заземлення та екранування апаратури, пошкодження фільтрів, поява асиметрії в апаратурі). Зовнішні перешкоди діляться на промислові, радіоперешкоди, атмосферні і космічні. Промислові перешкоди створюються в результаті впливу електромагнітних полів різних електричних пристроїв: ліній електропередач, електрообладнання промислових підприємств, медичних установок, контактних мереж електрифікованого транспорту (трамвая, тролейбуса і т.п.), світлової реклами на газорозрядних лампах і т.п. Радіоперешкоди виникають від випромінювання радіостанцій різного призначення, спектр яких з якихось причин накладається на спектр корисних сигналів тракту зв'язку. До атмосферних перешкод відносяться перешкоди, викликані різними атмосферними явищами: магнітними бурями, північними сяйвами, грозовими розрядами і т.д. До космічних перешкод відносяться електромагнітні перешкоди, створювані випромінюваннями Сонця, видимих і невидимих зірок, туманностей у відповідних діапазонах частот. Щоб шуми помітно не знижували якості передачі їх вплив необхідно обмежувати. Значного ослаблення перешкод всіх видів можна домогтися раціональним конструюванням апаратури. Заважає дію шумів в дротяних каналах зв'язку визначається ставленням напруги шумів до напруги корисного сигналу. Це відношення оцінюється різницею між рівнями корисного сигналу і шумів, званої захищеністю каналу від шуму. Іноді вимірюють напругу шумів в точці тракту з відомим корисним рівнем і отримують захищеність в даній точці. У радіотехніці особлива увага приділяється шумів, визначальним граничну чутливість пристрою - радіоприймача або підсилювача, тому останні характеризуються коефіцієнтом шуму. Коефіцієнт шуму показує, як погіршується ставлення сигнал / шум на виході деякого лінійного 4х-полюсніка при проходженні через нього сигналу з деяким відношенням сигнал / шум на вході. Дослідження показали, що при відтворенні мови і музики необхідно мати цілком певні співвідношення сигнал / шум. Так, межа розуміння мови становить 10 дБ (1,15 Нп), нормальний прийом мовного сигналу забезпечується при 20 дБ (2,3 Нп). Хороше відтворення радіомовлення можливо при 40 дБ (4,6 Нп), а високоякісна передача музики - при 60 дБ (6,9 Нп). У телефонних та радіомовних каналах заважає дію шумів визначається наявністю в їх частотному спектрі складових, які найбільш сильно впливають на слух людини. Відомо, що не всі частоти однаково відтворюються телефоном або гучномовцем і сприймаються вухом. Тому при визначенні дії шумів на мовні і музичні сигнали необхідно враховувати частотну залежність чутливості слуху і частотні характеристики телефону і гучномовця. Доведено що найбільша чутливість системи «телефон-вухо» лежить в області 800 Гц, а «гучномовець-вухо» - в області 1000 Гц. Це положення лягло в основу оцінки шумів в каналах зв'язку і мовлення, рекомендованою МККТТ. |