Contents
Hoofdstuk 1: Inleiding .................................................................................................................................................. 3
1.1 Analoge versus digitale informatiesystemen .............................................................................................. 3
1.2 Representatie discrete grootheden ............................................................................................................ 5
Hoofdstuk 2: Combinatorische Digitale Systemen ...................................................................................................... 6
2.1 Schakeltheorie ............................................................................................................................................ 6
2.1.1 Booleaanse algebra................................................................................................................................. 6
2.1.2. Minimale voorstellingen van logische functies .......................................................................................... 8
2.2 Logische schakelnetwerken ........................................................................................................................ 8
2.2.1. Technologische processen ......................................................................................................................... 8
2.2.2. Schakelnetwerken voor willekeurige logische functies ........................................................................... 11
2.3. Combinatorische bouwblokken ...................................................................................................................... 12
2.3.1. Elementaire schakelingen (efficiënt transport van informatiegrootheden)............................................ 12
2.3.2. Aritmetische bouwblokken ...................................................................................................................... 13
2.3.3. Aritmetisch logische eenheid ........................................................................................................... 14
2.3.4. Programmeerbare elementen .......................................................................................................... 15
Groot productievolume met lage productiekosten + flexibiliteit ...................................................................... 15
Hoofdstuk 3: Sequentiële systemen .......................................................................................................................... 15
3.1 Realisatie geheugens (robuuste, complexere, statische flipflop) ............................................................. 16
3.1.1 Enkelvoudige geheugencellen (+ eenvoudige, kleine, dynamische MOS-capaciteit) ........................... 16
3.1.2 Geheugenstructuren ............................................................................................................................. 17
3.2 Sequentiële systemen ............................................................................................................................... 19
3.2.1 Eindige toestandsmachine = Finite State Machine (FSM) .................................................................... 19
3.2.2 Digitale automatisatie........................................................................................................................... 20
3.2.3 Verwerking met geheugen ................................................................................................................... 21
Hoofdstuk 4: Telecommunicatiesystemen ................................................................................................................ 22
4.1. Communicatiesystemen ........................................................................................................................... 22
4.1.1. Omroepsystemen ............................................................................................................................. 22
4.1.2. Materiële registratie ......................................................................................................................... 23
4.1.3. Punt-tot-punt-systemen ................................................................................................................... 24
4.2. Signaalveranderingen ............................................................................................................................... 24
4.2.1. Modulatie (! behoud ritmes levert problemen) ............................................................................... 24
4.2.2. Digitalisatie ....................................................................................................................................... 24
4.2.3. Sequentialisatie (bewegende beelden doorsturen: =/= beelden achter elkaar doorsturen)........... 25
4.3. Fysische omzetters of transducers............................................................................................................ 25
4.3.1. Geluid................................................................................................................................................ 25
4.3.2. Beeld ................................................................................................................................................. 26
4.3.3. Radiogolven ...................................................................................................................................... 27
4.4. Geschakelde netwerken............................................................................................................................ 27
, 4.4.1. Circuitgeschakelde netwerken ......................................................................................................... 27
4.4.2. Pakketgeschakelde netwerken ......................................................................................................... 27
Hoofdstuk 5: Digitale telecommunicatie ................................................................................................................... 28
5.1. Digitalisatie signalen ................................................................................................................................. 28
5.1.1. Bemonstering van signalen............................................................................................................... 28
5.1.2. Kwantisatie van signalen .................................................................................................................. 29
5.2. Reconstructie signalen .............................................................................................................................. 30
5.2.1. Methode DAC ................................................................................................................................... 30
5.2.2. Alternatieve methode....................................................................................................................... 30
5.3. Digitale communicatie .............................................................................................................................. 31
5.3.1. Digitale codering ............................................................................................................................... 31
5.3.2. Kanaalcapaciteit Blokschema digitaal communicatiesysteem .................................. 32
Hoofdstuk 6: Internet datacommunicatie ................................................................................................................. 33
6.1. Netwerkarchitectuur van het Internet (van OSI naar eigenlijke netwerk) .............................................. 33
6.2. Internet protocols ........................................................................................................................................... 34
6.2.1. Internet Protocol...................................................................................................................................... 34
6.2.2. Transmission Control Protocol ................................................................................................................. 35
6.2.3. Domain Name Service .............................................................................................................................. 36
6.3. Datagram routing ............................................................................................................................................ 38
Examenvragen ............................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
,Hoofdstuk 1: Inleiding
1.1 Analoge versus digitale informatiesystemen
Discrete grootheid (DG) = … die enkel in stappen van een veelvoud van de kleinste stap (kwantum)
kan toe-of afnemen. (# studenten in auditorium; afbeelden op gehele getallen,
waarbij kwantum afgebeeld worden op 1. Er zijn geen andere gehele getallen tussen
gehele getallen N en N + 1 of N - 1.)
Analoge/continue= geen kleinste bijdrage (=K) definiëren (hoeveelheid water die vloeit door leiding;
afbeelden op reële getallen; moeten gediscrediteerd worden, vooraleer ze door een
digitaal systeem kunnen verwerkt worden. Tussen 2 reële getallen A en B treffen we
steeds het reële getal (A + B)/2 aan)
Digitale systemen= bewerkingen op DG uitvoeren om nieuwe DG af te leiden.
Analoge systemen= bewerkingen op CG uitvoeren om nieuwe CG af te leiden.
Wereld waarin wij leven lijkt analoog:
Klassieke natuurkunde: fysische grootheden worden als continue grootheid beschouwd.
Hedendaagse natuurkunde: illusie als gevolg van het feit dat het kwantum van fysische
grootheden extreem klein is ten opzichte van alle grootheden
waarmee wij in dagelijkse leven te maken krijgen.
We kunnen stellen dat alle grootheden DISCREET zijn. Toch is het nuttig om bepaalde DG toch als continu
te benaderen. (hoeveelheid vloeistof als analoge grootheid beschouwen hoewel strikt genomen deze
hoeveelheid nooit met < 1 molecule (=kwantum) kan toe/afnemen en ze dus wezenlijk discreet is.)
2 =/= bewerkingen bij conversie van CG DG:
1. Discretiseren onafhankelijke veranderlijke t (meestal tijd)
2. Kwantiseren afhankelijke veranderlijke u. (is gediscretiseerd)
Grootte van de 1ste discretisatiestap Δt moet in functie van de
tijdschaal waarop CG veranderen in de tijd gekozen w. Als
discretisatiestap klein is in vergelijking met deze tijdschaal zal
verwerking van de CG met digitale systeem dezelfde resultaten
opleveren dan verwerking met analoog systeem. Bij te grote
discretisatiestap geeft gediscretiseerde grootheid niet langer
correcte info in analoge grootheid weer (bv. plaats als onafhankelijk
veranderlijke kiezen en gediscretiseerde beelden bij =/=
discretisatiestappen beschouwen).
Figuur: Discretisatie analoog beeld met oorspronkelijke discretisatiestap Δx, 5Δx, 10Δx, 20Δx
informatieverlies als transformatie niet omkeerbaar. Bemonsteren: afb d is gediscretiseerde vorm van a.
Tweede discretisatiestap Δu is gevolg van de eindige nauwkeurigheid waarmee DS grootheden
voorstellen.
, Synchrone DS= tijd zal in discrete stappen volgens centrale klok die tempo aangeeft
verlopen vs. Asynchrone digitale systemen
Voordelen digitale systemen
1. Eenvoudige opslag van informatie:
Enkel bewerkingen op voorstellingen van DG (niet op CG), die steeds eindige nauwkeurigheid
(kleinste stap tussen 2 discrete waarden) hebben. (>< analoge grootheden die willekeurig kleine
veranderingen kunnen ondergaan en dus met willekeurige nauwkeurigheid moeten kunnen gereproduceerd w.
(knikkers vs. handvol zand bijhouden))
2. Lagere ruisgevoeligheid:
Ruis= lagere gevoeligheid van DS voor toevallige fluctuaties, als gevolg van het discrete karakter
van de grootheden.
1) Enkel discrete waarden aannemen voorstelling van de waarde van een grootheid die niet
met discrete waarden overeenkomt door fluctuatie is herkenbaar + herstelbaar: als fluctuatie
minder is dan de helft van de discretisatiestap kunnen we door afronden naar dichtst toegelaten
discrete waarde oorspronkelijke waarde van de discrete grootheid herstellen.
2) Analoge grootheden: alle waarden k optreden bij fluctuatie zal oorspronkelijke waarde
verloren zijn; geen verschil tussen analoge grootheid en analoge grootheid + fluctuatie.
In continue wereld heb je redundantie van de discrete (veel beperktere) wereld.
Fysische voorstelling van een binaire grootheid door een elektrisch
spanningsniveau; toont hoe voorstelling van een DG waarbij
slechts 2 discrete waarden toegelaten worden het mogelijk maakt
zelf bij fluctuaties toch correcte waarde van de DG te achterhalen
Exacte waarde van de voorstelling van een grootheid zijn niet
belangrijk. Door afronding hebben ze betekenis.
In analoge systemen is de exacte waarde van de voorstelling van een grootheid wel belangrijk
omdat elke waarde een andere betekenis heeft.
3. Hogere nauwkeurigheid: Eenvoudig om DG met hoge nauwkeurigheid voor te stellen/bewerken
(bv. Stel dat 2 grijswaarden niet volstaan om een foto correct weer te geven, dan kunnen we door
de discrete voorstelling uit te breiden, BV. tot 256 grijswaarden, de nauwkeurigheid verhogen).><
analoge systemen: verhoging nauwkeurigheid is niet mogelijk omdat nauwkeurigheid van
analoge grootheden direct samenhangt met nauwkeurigheid van de fysische voorstelling van
deze grootheden. Alle componenten die fysische voorstelling beïnvloeden moeten dus
nauwkeuriger gemaakt worden vooraleer de nauwkeurigheid van het analoge systeem kan
verhoogd worden.
1. Eenvoudig uitbreiden van de lengte van de voorstelling DG groot dynamisch bereik
construeren (verhouding tussen grootste tot kleinste waarden).
Hoofdstuk 1: Inleiding .................................................................................................................................................. 3
1.1 Analoge versus digitale informatiesystemen .............................................................................................. 3
1.2 Representatie discrete grootheden ............................................................................................................ 5
Hoofdstuk 2: Combinatorische Digitale Systemen ...................................................................................................... 6
2.1 Schakeltheorie ............................................................................................................................................ 6
2.1.1 Booleaanse algebra................................................................................................................................. 6
2.1.2. Minimale voorstellingen van logische functies .......................................................................................... 8
2.2 Logische schakelnetwerken ........................................................................................................................ 8
2.2.1. Technologische processen ......................................................................................................................... 8
2.2.2. Schakelnetwerken voor willekeurige logische functies ........................................................................... 11
2.3. Combinatorische bouwblokken ...................................................................................................................... 12
2.3.1. Elementaire schakelingen (efficiënt transport van informatiegrootheden)............................................ 12
2.3.2. Aritmetische bouwblokken ...................................................................................................................... 13
2.3.3. Aritmetisch logische eenheid ........................................................................................................... 14
2.3.4. Programmeerbare elementen .......................................................................................................... 15
Groot productievolume met lage productiekosten + flexibiliteit ...................................................................... 15
Hoofdstuk 3: Sequentiële systemen .......................................................................................................................... 15
3.1 Realisatie geheugens (robuuste, complexere, statische flipflop) ............................................................. 16
3.1.1 Enkelvoudige geheugencellen (+ eenvoudige, kleine, dynamische MOS-capaciteit) ........................... 16
3.1.2 Geheugenstructuren ............................................................................................................................. 17
3.2 Sequentiële systemen ............................................................................................................................... 19
3.2.1 Eindige toestandsmachine = Finite State Machine (FSM) .................................................................... 19
3.2.2 Digitale automatisatie........................................................................................................................... 20
3.2.3 Verwerking met geheugen ................................................................................................................... 21
Hoofdstuk 4: Telecommunicatiesystemen ................................................................................................................ 22
4.1. Communicatiesystemen ........................................................................................................................... 22
4.1.1. Omroepsystemen ............................................................................................................................. 22
4.1.2. Materiële registratie ......................................................................................................................... 23
4.1.3. Punt-tot-punt-systemen ................................................................................................................... 24
4.2. Signaalveranderingen ............................................................................................................................... 24
4.2.1. Modulatie (! behoud ritmes levert problemen) ............................................................................... 24
4.2.2. Digitalisatie ....................................................................................................................................... 24
4.2.3. Sequentialisatie (bewegende beelden doorsturen: =/= beelden achter elkaar doorsturen)........... 25
4.3. Fysische omzetters of transducers............................................................................................................ 25
4.3.1. Geluid................................................................................................................................................ 25
4.3.2. Beeld ................................................................................................................................................. 26
4.3.3. Radiogolven ...................................................................................................................................... 27
4.4. Geschakelde netwerken............................................................................................................................ 27
, 4.4.1. Circuitgeschakelde netwerken ......................................................................................................... 27
4.4.2. Pakketgeschakelde netwerken ......................................................................................................... 27
Hoofdstuk 5: Digitale telecommunicatie ................................................................................................................... 28
5.1. Digitalisatie signalen ................................................................................................................................. 28
5.1.1. Bemonstering van signalen............................................................................................................... 28
5.1.2. Kwantisatie van signalen .................................................................................................................. 29
5.2. Reconstructie signalen .............................................................................................................................. 30
5.2.1. Methode DAC ................................................................................................................................... 30
5.2.2. Alternatieve methode....................................................................................................................... 30
5.3. Digitale communicatie .............................................................................................................................. 31
5.3.1. Digitale codering ............................................................................................................................... 31
5.3.2. Kanaalcapaciteit Blokschema digitaal communicatiesysteem .................................. 32
Hoofdstuk 6: Internet datacommunicatie ................................................................................................................. 33
6.1. Netwerkarchitectuur van het Internet (van OSI naar eigenlijke netwerk) .............................................. 33
6.2. Internet protocols ........................................................................................................................................... 34
6.2.1. Internet Protocol...................................................................................................................................... 34
6.2.2. Transmission Control Protocol ................................................................................................................. 35
6.2.3. Domain Name Service .............................................................................................................................. 36
6.3. Datagram routing ............................................................................................................................................ 38
Examenvragen ............................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
,Hoofdstuk 1: Inleiding
1.1 Analoge versus digitale informatiesystemen
Discrete grootheid (DG) = … die enkel in stappen van een veelvoud van de kleinste stap (kwantum)
kan toe-of afnemen. (# studenten in auditorium; afbeelden op gehele getallen,
waarbij kwantum afgebeeld worden op 1. Er zijn geen andere gehele getallen tussen
gehele getallen N en N + 1 of N - 1.)
Analoge/continue= geen kleinste bijdrage (=K) definiëren (hoeveelheid water die vloeit door leiding;
afbeelden op reële getallen; moeten gediscrediteerd worden, vooraleer ze door een
digitaal systeem kunnen verwerkt worden. Tussen 2 reële getallen A en B treffen we
steeds het reële getal (A + B)/2 aan)
Digitale systemen= bewerkingen op DG uitvoeren om nieuwe DG af te leiden.
Analoge systemen= bewerkingen op CG uitvoeren om nieuwe CG af te leiden.
Wereld waarin wij leven lijkt analoog:
Klassieke natuurkunde: fysische grootheden worden als continue grootheid beschouwd.
Hedendaagse natuurkunde: illusie als gevolg van het feit dat het kwantum van fysische
grootheden extreem klein is ten opzichte van alle grootheden
waarmee wij in dagelijkse leven te maken krijgen.
We kunnen stellen dat alle grootheden DISCREET zijn. Toch is het nuttig om bepaalde DG toch als continu
te benaderen. (hoeveelheid vloeistof als analoge grootheid beschouwen hoewel strikt genomen deze
hoeveelheid nooit met < 1 molecule (=kwantum) kan toe/afnemen en ze dus wezenlijk discreet is.)
2 =/= bewerkingen bij conversie van CG DG:
1. Discretiseren onafhankelijke veranderlijke t (meestal tijd)
2. Kwantiseren afhankelijke veranderlijke u. (is gediscretiseerd)
Grootte van de 1ste discretisatiestap Δt moet in functie van de
tijdschaal waarop CG veranderen in de tijd gekozen w. Als
discretisatiestap klein is in vergelijking met deze tijdschaal zal
verwerking van de CG met digitale systeem dezelfde resultaten
opleveren dan verwerking met analoog systeem. Bij te grote
discretisatiestap geeft gediscretiseerde grootheid niet langer
correcte info in analoge grootheid weer (bv. plaats als onafhankelijk
veranderlijke kiezen en gediscretiseerde beelden bij =/=
discretisatiestappen beschouwen).
Figuur: Discretisatie analoog beeld met oorspronkelijke discretisatiestap Δx, 5Δx, 10Δx, 20Δx
informatieverlies als transformatie niet omkeerbaar. Bemonsteren: afb d is gediscretiseerde vorm van a.
Tweede discretisatiestap Δu is gevolg van de eindige nauwkeurigheid waarmee DS grootheden
voorstellen.
, Synchrone DS= tijd zal in discrete stappen volgens centrale klok die tempo aangeeft
verlopen vs. Asynchrone digitale systemen
Voordelen digitale systemen
1. Eenvoudige opslag van informatie:
Enkel bewerkingen op voorstellingen van DG (niet op CG), die steeds eindige nauwkeurigheid
(kleinste stap tussen 2 discrete waarden) hebben. (>< analoge grootheden die willekeurig kleine
veranderingen kunnen ondergaan en dus met willekeurige nauwkeurigheid moeten kunnen gereproduceerd w.
(knikkers vs. handvol zand bijhouden))
2. Lagere ruisgevoeligheid:
Ruis= lagere gevoeligheid van DS voor toevallige fluctuaties, als gevolg van het discrete karakter
van de grootheden.
1) Enkel discrete waarden aannemen voorstelling van de waarde van een grootheid die niet
met discrete waarden overeenkomt door fluctuatie is herkenbaar + herstelbaar: als fluctuatie
minder is dan de helft van de discretisatiestap kunnen we door afronden naar dichtst toegelaten
discrete waarde oorspronkelijke waarde van de discrete grootheid herstellen.
2) Analoge grootheden: alle waarden k optreden bij fluctuatie zal oorspronkelijke waarde
verloren zijn; geen verschil tussen analoge grootheid en analoge grootheid + fluctuatie.
In continue wereld heb je redundantie van de discrete (veel beperktere) wereld.
Fysische voorstelling van een binaire grootheid door een elektrisch
spanningsniveau; toont hoe voorstelling van een DG waarbij
slechts 2 discrete waarden toegelaten worden het mogelijk maakt
zelf bij fluctuaties toch correcte waarde van de DG te achterhalen
Exacte waarde van de voorstelling van een grootheid zijn niet
belangrijk. Door afronding hebben ze betekenis.
In analoge systemen is de exacte waarde van de voorstelling van een grootheid wel belangrijk
omdat elke waarde een andere betekenis heeft.
3. Hogere nauwkeurigheid: Eenvoudig om DG met hoge nauwkeurigheid voor te stellen/bewerken
(bv. Stel dat 2 grijswaarden niet volstaan om een foto correct weer te geven, dan kunnen we door
de discrete voorstelling uit te breiden, BV. tot 256 grijswaarden, de nauwkeurigheid verhogen).><
analoge systemen: verhoging nauwkeurigheid is niet mogelijk omdat nauwkeurigheid van
analoge grootheden direct samenhangt met nauwkeurigheid van de fysische voorstelling van
deze grootheden. Alle componenten die fysische voorstelling beïnvloeden moeten dus
nauwkeuriger gemaakt worden vooraleer de nauwkeurigheid van het analoge systeem kan
verhoogd worden.
1. Eenvoudig uitbreiden van de lengte van de voorstelling DG groot dynamisch bereik
construeren (verhouding tussen grootste tot kleinste waarden).
