绪论
数字量与模拟量
数字量:在时间和数量上都是离散的、不连续的(存在某个最小单位$\Delta$的量)。
模拟量:数字量之外的量均为模拟量,也可以说连续的量均为模拟量。
数字电路与模拟电路
数字电路与模拟电路的工作信号、研究对象,分析/设计方法以及所使用的数学建模的工具都有不同。
电子电路的作用
电子电路本质就完成两项工作:
- 信号处理
- 能量转换
模拟电路:用连续的模拟电压或者电流值来表示信息,同时涉及到能量的转换:功放、电源等
数字电路:用一个离散的电压序列来表示信息。
数字电路的重点
- 数字电路的结构,每一层都有一定的复杂度
- 数字电路的复用,数字电路中的原件是不断复用的
- 数字电路的接口,良好的接口可以使得系统能够有良好的扩展性与独立性
信息与编码
信息
信息的本质是消除不确定性,在某种意义上创造宇宙万物的是信息。
具体来收信息指的是指音讯、消息、通讯系统传输和处理的对象,泛指人类社会传播的一切内容。人通过获得、识别自然界和社会的不同信息来区别不同事物,得以认识和改造世界。
编码
所谓编码就是对信息的描述。
而因为对同一个事物依据不同的应用背景,和不同环境下会有不同的编码方式。编码中一个十分关键的原则就是编码和信息的对应需要满足唯一性。在编码时需要考虑的几个重要的问题是:编码的环境、编码的效率、编码的可靠性、编码的安全性四个主要方面。
数制与码制
数制
数制:表示数量的规则,数制需要清晰说明每一位的构成以及从低位向高位的进位规则,例如十进制、八进制、二进制、十六进制等等
码制
码制:表示事物的规则,例如采用二进制编码过程中采用补码。对于有符号数而言,若采用一位作为符号位,本质上采用的是混合编码,也就是此编码的一部分表示的的数,另外一部分表示的是事物。由此产生了数制和码制混合的情况,在这种混合编码中数学运算难以进行。而二进制的补码通过对第一位采取负权,于是得到了带有正负号的数。
等长编码
等长编码就是所有的事物都是使用相同长度的编码来表示。例如十进制数用二进制的表达:8421BCD码,7位的ASCII码,等长编码本质就是所选用的位数大于等于需要编码的事物。
格雷码:每一位的状态变化都按照一定顺序循环。编码一次改变,按表中顺序变化时相邻代码只有意味改变状态。此时物理距离就由不同代码个数体现。
变长编码
在实践中,人们发现,待编码的事物出现的概率是不一样的。若使用等长编码容易出现资源的浪费。