Дискретные элементы и устройства. Функции алгебры логики. Комбинационные устройства. Последовательностные устройства

1. Дискретные элементы и устройства

1.1 Понятие о дискретных устройствах

Процесс обмена информацией и ее переработка в системах автоматики, телемеханики и связи имеет весьма сложный характер и осуществляется, как правило, в несколько этапов. Информация подвергается различным преобразованиям, включающим в себя шифрование, перекодирование, запоминание и т.д.

Для передачи и переработки информации ее представляют в некоторой форме с использованием различных знаков. В общем случае под информацией понимают совокупность сведений о событиях, объектах или явлениях. Совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию, называют сообщением. Сообщение может иметь самое различное содержание, но независимо от этого всегда отображается в виде сигнала.

В качестве сигнала можно использовать любой физический процесс, изменяющийся в соответствии с переносимым сообщением. В современных системах железнодорожной автоматики, телемеханики и связи обычно используют электрические сигналы. Физической величиной, определяющей такой сигнал, является ток или напряжение. Сигналы формируются изменением (модуляцией) тех или иных параметров переменного тока или напряжения (амплитуды, фазы, частоты) по закону передаваемых сообщений. Сигнал – это средство перенесения информации  в пространстве и времени. Для соответствия между сообщением и сигналом, т.е. для обеспечения возможности извлечения сообщения из полученного сигнала, его следует формировать по определенным правилам. Каждому сообщению должен соответствовать свой сигнал. Построение сигнала по определенным правилам называют кодированием.

Параметры сигналов являются некоторыми функциями времени U(t), причем для представления сигналов как функция U(t), так и аргумент t могут принимать непрерывные или дискретные значения. Существует 4 вида сигналов (рис.1.1.).

Сигнал 1-го вида является непрерывной функцией непрерывного аргумента. Такого вида сигналы, у которых каждый из параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений, называются аналоговыми сигналами. Сигнал 2-го вида является непрерывной функцией дискретного аргумента. Параметры этого сигнала принимают непрерывное множество возможных значений в дискретные моменты времени. Такие сигналы называют непрерывно-дискретными. Сигнал 3-го вида является дискретной функцией непрерывного аргумента. Каждый параметр этого сигнала описываются функцией непрерывного времени и конечным множеством значений параметров. Такой сигнал называют дискретно-непрерывным.

Рис.1.1. Преобразование сигнала

Преобразование сигнала 1-го вида, который представляет информацию типа речи, звука, в сигнал 2-го вида называется дискретизацией по времени. При этом интервалы Т, через которые фиксируются мгновенные значения (отсчеты) первичного сигнала, называют шагом дискретизации. Преобразование сигнала 1-го вида в сигнал 3-го вида называется квантованием по уровню, а величина - шагом квантования. Сигналы 2-го и 3-го вида описываются решетчатыми функциями - последовательностями - , где  - шаг дискретизации, n = 0, 1, 2,… Другим обозначением решетчатой функции является , или .

Сигнал 4-го вида является дискретной функцией дискретного аргумента (времени). Такой сигнал называют цифровым. Для преобразования сигнала 1-го вида в цифровой сигнал (4-го вида) применяют