דיגיטלי/אנלוגי

דיגיטלי ואנלוגיעברית: ספרתי ותקבילי) הם תכונות של אותות או סדרת התרחשויות. המושגים משמשים רבות בתחומי האלקטרוניקה והמחשוב.

התקנים אנלוגיים עוקבים אחרי מהלכם של אירועים ושל גדלים פיזיקליים ממשיים (כמו למשל: תנועה, קול או טמפרטורה) ומבטאים אותם בצורה פלט אשר דומה לאירוע עצמו[1]. בהתאם לכך הייצוג האנלוגי מבטא על פי רוב פעולה מתמשכת ורציפה[1]. בהתאם לכך, האות האנלוגי הוא אות רציף שמספר הערכים שהוא יכול לקבל אינו סופי.

לעומתו, הייצוג הדיגיטלי הוא בדיד ומחולק למספרים[1]. לכן אות דיגיטלי הוא אות שיכול לקבל מספר סופי של ערכים. דוגמה לכך היא ההבדל בין מחוג הדקות בשעון אנלוגי - היכול להיות בכל אחד מאינסוף המקומות שבין השנתות הסמוכות - לבין שעון דיגיטלי, אשר יכול להראות רק 60 ערכים שונים בחיווי הדקות שלו.

דוגמאות

טיונר במקלט רדיו

מקלטי רדיו ישנים או פשוטים משתמשים בטיונר אנלוגי (Tuner, ההתקן שבאמצעותו מכוונים את המקלט לתחנות הרדיו השונות). בדרך-כלל מדובר בחוגה אותה יש לסובב עד שמגיעים לתחנה הרצויה. סיבוב החוגה, מטבעו, רציף; באופן תאורטי ניתן לסובב אותה 20 מעלות, 2 מעלות, 0.2 מעלות, וכו'; חלוקת המרווחים האפשריים בין הערכים היא אינסופית.

מקלטי רדיו חדשים ומשוכללים יותר מצוידים בטיונר דיגיטלי. הלה מצויד בדרך-כלל בלחצנים; לחיצה אחת על הלחצן מעבירה את תדר הרדיו בערך קבוע ומדויק (0.1 מגהרץ, לדוגמה). לפיכך, המרווח בין הערכים האפשריים בטיונר דיגיטלי הוא מוגדר וקבוע; כיוון התדרים בטיונר דיגיטלי אינו רציף.

לעיתים, מטעמי עיצוב ונוחות, ייתכן שאף טיונר דיגיטלי יהיה מצויד בחוגה ולא בלחצנים. אף על פי שסיבוב החוגה עדיין רציף מטבעו, זה לא הופך את הטיונר לאנלוגי. החוגה מתוכננת כך שיש לסובבה מספר מעלות מינימלי כדי לגרום לשינוי בתדר. סיבוב של 5 מעלות, לדוגמה, מביא לשינוי של 0.1 מגהרץ. לפיכך, זהו טיונר דיגיטלי, למרות ממשק משתמש דמוי-אנלוגי.

בדומה לטיונר, מכשירי רדיו וטלוויזיה ומגברי סטריאו יכולים להיות מצוידים בהתקן הגברת קול ("ווליום") דיגיטלי או אנלוגי, וכן בהתקנים דומים לשינוי תכונות נוספות של הצליל: טרבל (Treble, קולות גבוהים), בס (Bass, קולות נמוכים), באלאנס (Balance, חלוקת הצליל בין שני הרמקולים במערכת סטריאו).

שעון

Windup alarm clock
שעון אנלוגי
Radiocontrolledclock
שעון דיגיטלי

שעונים יכולים להיות דיגיטליים או אנלוגיים. כל שעון שבו השעה מוצגת באמצעות ספרות אלקטרוניות על-גבי צג דיגיטלי מטבעו; המרווח המינימלי בין הזמנים השונים (בדרך-כלל: שנייה אחת) קבוע ובלתי-רציף. שעון דיגיטלי לא מסוגל, למשל, להציג את השעה 12:04:05.5 (כלומר, חמש שניות וחצי).

שעונים בעלי מחוגים מוגדרים כשעונים אנלוגיים, אך הגדרה זו אינה מדויקת תמיד. ברוב שעוני המחוגים נע מחוג השניות רק בכל שנייה עגולה, כך שהערכים התקפים הם רק סט סופי של ערכים, שהשעון מורה כאשר מחוג השניות אינו זז. העובדה שרק סט סופי של ערכים הוא תקף, הופכת את השעון בעצם לדיגיטלי, למרות שהמחוג עובר בסט אינסופי של נקודות. בשעוני מחוגים אחרים, לעומת זאת, נע מחוג השניות באופן רציף, ולא ניתן למדוד את המרווח המינימלי בין השעות שהוא מציג; אלו הם שעונים אנלוגיים במלוא מובן המילה.

בדוגמת השעונים יש להבחין, אם כן, בין המנגנון לבין התצוגה, שכל אחד מהם יכול להיות דיגיטלי או אנלוגי.

אמצעים לאחסון מידע

בתחום האמצעים לאחסון מידע לדוגמה, סורק הופך מידע חזותי אנלוגי לקובץ תמונה דיגיטלי. תקליטים, סרטי קול וקלטות שמע אנלוגיים, ואילו תקליטורי קומפקט דיסק דיגיטליים. סרט הקולנוע (פילם) סרט הוידאו או קלטות VHS אנלוגיים ואילו DVD ו-Blu-ray דיגיטליים. מערכת השמיעה האנושית אנלוגית, כמובן; טווח הצלילים אותם אנו מסוגלים לשמוע רציף. על פי תורת הדגימה (עיבוד אותות), המרווח המינימלי בין הצלילים בהתקני השמע הדיגיטליים כה קטן, עד כי כמעט ולא ניתן לזהות הבדל בין הצליל הדיגיטלי והאנלוגי; נושא זה שנוי במחלוקת ויש הטוענים כי במדיה אנלוגית כגון תקליטים ניתן להפיק צליל "חם" יותר מזה הבוקע ממדיה דיגיטלית, דוגמת תקליטור.

מחשב

המחשבים הם המכשירים הידועים ביותר שפועלים באופן דיגיטלי. ה-"דיגיטליות" בנויה בתוכם: המעבדים, זיכרון ה-RAM ורוב רכיבי המחשב האחרים מורכבים ממיליוני רכיבים אלקטרונים זעירים; יחידות אלו יכולות להיות במתח גבוה (מצב המוגדר כ-"1") או מתח נמוך (מצב "0"). זוהי מהותה של השיטה הבינארית, המאפיינת את המחשב. שיטה זו דיגיטלית מטבעה.

היות שמחשבים מתקשרים לעיתים קרובות עם העולם החיצון, הכולל התקנים אנלוגיים רבים, הומצאו מכשירים רבים הממירים אותות אנלוגיים לדיגיטליים, ולהפך. המכשיר הידוע ביותר בקטגוריה זו הוא המודם, הממיר אותות טלפון אנלוגיים לאותות מחשב דיגיטליים ולהפך. גם כרטיס הקול ממיר אות אנלוגי (קול) לאות דיגיטלי (הצורה שבה הקול מאוחסן במחשב) ולהפך.

בראשית ימי המחשוב פעלו גם מחשבים אנלוגיים, למטרות ספציפיות. אלה נדחקו על ידי המחשבים הדיגיטליים.

תצוגת תמונה

הכרטיס הגרפי שבמחשב הוא דיגיטלי, וזאת בניגוד לרוב מקלטי הטלוויזיה, שהם אנלוגיים. המחשב מסוגל לתת אך ורק הוראות מדויקות לרכיב הגרפי בנוגע לצבע שאותו יש להציג בכל נקודה (פיקסל) על-גבי המסך. לכל צבע קיים ערך מספרי מוגדר, והמרווח (או ההבדל) המינימלי בין הצבעים השונים קבוע ובלתי-רציף. למרות זאת, במסכים הנוכחיים המרווח זעיר ביותר, ואינו רחוק מיכולת הפרדת הצבעים של העין האנושית, כך שתמונות המוצגות על-גבי צגי מחשב נראות רציפות ו"אמיתיות". במחשבים הישנים יותר כרטיס הגרפי היווה בעצם ממיר בין התמונה הדיגיטלית שהמחשב מייצר לבין הצג העובד בשיטה אנלוגית, כיום יותר נפוצים כרטיסים גרפים עם חיבור דיגיטלי שתומכים בצגים דיגיטליים, בצורה זו התמונה הדיגיטלית עוברת ישירות מהמחשב למסך.

מכשירי טלוויזיה פועלים בשיטה שונה; האות שהם מקבלים דרך האנטנה אנלוגי, ובהתאם לכך התמונה המוצגת. החל מסוף שנות ה-90 קיימות גם טלוויזיות בעלות תצוגה דיגיטלית.

המרה בין סוגי האותות

A-D-A Flow
תהליך המרה של אותות אנלוגיים לאותות דיגיטליים ושוב לאותות אנלוגיים
Conversion AD DA
אות אנלוגי (למעלה) מומר לאות דיגיטלי (באמצע) ובחזרה לאות אנלוגי בעל שגיאת כימות (למטה).

את האותות האנלוגיים והדיגיטליים ניתן להמיר מסוג אחד לשני. המרת אותות לייצוג דיגיטלי נקראת לרוב "דגימה", והמרת האותות לייצוג אנלוגי נקראת לרוב "שחזור". תורת הדגימה היא התחום המדעי העוסק במגבלות ודרישות ממערכות המבצעות דגימה של אותות וסינתזה שלהם. המשפט המרכזי של תורת הדגימה - הוא משפט הדגימה של שנון - נייקוויסט שאומר שיש לדגום בתדר שהוא לפחות פי 2 מתדר השידור על מנת להימנע משגיאות. תדר זה נקרא לרוב תדר נייקוויסט.

ממיר אנלוגי לדיגיטלי

דגימה הוא התהליך שבו ממירים אות אנלוגי ("פיזיקלי" ורציף) לאות דיגיטלי (ספרתי ובדיד).

ADC הן ראשי התיבות של Analog-to-Digital Converter, נקרא גם: A/D או A to D, או ממיר אנלוגי לדיגיטלי, הוא התקן אלקטרוני המבצע המרה של אות אנלוגי כמו קול שנקלט על ידי מיקרופון לאות דיגיטלי.

ההמרה כרוכה בכימות (קוונטיזציה) של המידע הנכנס ולכן בהכרח הוא מוסיף אלמנט של שגיאה, הנקראת שגיאת כימות, והיא אחד מהסוגים של שגיאת קירוב. בנוסף, במקום לבצע המרה בצורה רציפה, ADC מבצע המרה מחזורית, כשהוא דוגם את האות הנכנס. התוצאה היא רצף ערכים מספריים אשר הומרו מאות אנלוגי, רציף בזמן ובאמפליטודה, לאות דיגיטלי, עם זמן ואמפליטודה דיסקרטיים.

ממיר דיגיטלי לאנלוגי

תהליך שחזור, ולעיתים גם תהליך "פריסה", הוא התהליך שבו ממירים אות דיגיטלי לאות אנלוגי שהוא אות רציף, אשר יכול למשל לייצג תופעה פיזיקלית.

DAC הן ראשי תיבות של Digital-to-Analog Converter, נקרא גם: D/A או D to A, או ממיר דיגיטלי לאנלוגי. זהו מכשיר הממיר מידע דיגיטלי, בדרך כלל בינארי, לאות אנלוגי (לדוגמה מתח או זרם). בשונה מאותות אנלוגיים, מידע דיגיטלי ניתן לטיפול, עריכה או אחסון ללא שינוי או איבוד נתונים, אולם לפעמים בעזרת מכשור יותר מורכב ויקר. למרות זאת, DAC נדרש כאשר רוצים להפוך מידע דיגיטלי לאות אנלוגי, כדוגמת אות שמע שמוזן לאוזנית, או מגבר כדי להפיק צליל.

ראו גם

הערות שוליים

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 פרידמן, א. (1984). לכסיקון המחשב. תל אביב: ספריית אנשים ומחשבים.
PDP

PDP (ראשי תיבות של Programmed Data Processor, באנגלית: "מעבד נתונים מתוכנת") הייתה סדרת מיני-מחשבים שיוצרה ושווקה על ידי חברת DEC ("דיגיטל") מ-1960 ועד 1990. הסדרה הייתה פורצת דרך בתחום המחשוב וסיפקה לראשונה אלטרנטיבה זולה ויעילה לחברות וארגונים בינוניים אל מול המחשבים המרכזיים כתשתית למערכות מידע, וכן כתחליף למחשבים אנלוגיים לשם פתרון בעיות מדעיות והנדסיות. עצם השימוש במילים "מעבד מידע מתוכנת" בא כדי להימנע מהשימוש במילה "Computer" (מחשב) שהייתה בעלת קונוטציות למכונה גדולה ומסורבלת.

אות אנלוגי

אות אנלוגי (תקבילי) הוא כל אות המייצג גודל המשתנה בזמן, ושערכו אינו מוגבל לסט סופי של ערכים. לדוגמה, אות שמע אנלוגי בו נמדד לחץ האוויר המשתנה בזמן עם גלי הקול על ידי מיקרופון ומיוצג על ידי מתח חשמלי. אות אנלוגי שונה מאות דיגיטלי, שבו הגודל הרציף מיוצג על ידי סדרה של ערכים בדידים שערכם האפשרי מוגבל לסט סופי של ערכים. המונח "אנלוגי" מתייחס בדרך כלל לאותות חשמליים. עם זאת, מערכות מכניות, פנאומטיות, הידראוליות, ומערכות אחרות עשויות גם הן לייצר או אותות אנלוגיים.

אות דיגיטלי

אות דיגיטלי הוא אות המשמש לייצוג נתונים על ידי סט סופי של ערכים. אות דיגיטלי יכול, בכל אזור בו מוגדר האות, להיות בעל ערך הנבחר מתוך אותו סט סופי, זאת בניגוד לאות אנלוגי, המייצג ערכים רציפים ובכל זמן נתון הוא מייצג מספר ממשי או מרוכב בתוך טווח ערכים רציף. בחלק מן ההגדרות, נדרש האות גם להיות בדיד.

ברוב המעגלים הספרתיים, האות יכול לקבל ערך של אחד משני ערכים אפשריים, המיוצגים על ידי שתי רמות מתח: האחת קרובה לערך ייחוס ( וקרויה בדרך כלל קרקע או אפס וולט), והשנייה ערך הקרוב למתח האספקה. ערכים אלו תואמים לשני הערכים הלוגיים "אפס" ו "אחד" (לאו דווקא בהתאמה), וכך בכל זמן נתון אות בינארי מייצג ספרה בינארית (סיבית) יחידה. בגלל דיסקרטיזציה זו, שינויים הקטנים יחסית לפער בין שתי הרמות אינם משפיעים על הערך הלוגי. כתוצאה מכך, לאותות דיגיטליים יש רמה מסוימת של חסינות לרעש, בניגוד לאותות אנלוגיים הנפגעים מרעש, ברמה מסוימת, תמיד.

אותות דיגיטליים עשויים לקבל יותר משני ערכים אפשריים. לדוגמה, אותות העשויים לקבל 3 רמות מתח נקראים לוגיקה טרנרית. בסכימות תקשורת מסוימות, האות נבחר מתוך סט של מאות ערכים.

באות דיגיטלי, הייצוג הפיזיקלי של המידע עשוי להיות העוצמה, המופע (פאזה) או הקיטוב של שדה אלקטרומגנטי, אופטי או אחר, לחץ אקוסטי, מגנטיזציה של אמצעי אחסון מגנטיים ועוד. אותות דיגיטליים הם הבסיס הלוגי לכל האלקטרוניקה הדיגיטלית, ובפרט ציוד מחשוב ותקשורת נתונים.

דיגיטל

האם התכוונתם ל...

זמן בדיד וזמן רציף

במתמטיקה, זמן בדיד וזמן רציף הן שתי גישות בהן ניתן למדל משתנים התלוים בזמן. גישות דומות יכולות להנקט גם עבור משתנים התלויים בגדלים אחרים במקום בזמן - לדוגמה, ממדי המישור (למשל, דגימת תמונות רציפות לפיקסלים).

כרטיס קול

כרטיס קול הוא התקן המקשר את המחשב לאמצעי קלט-פלט ואחראי על עיבוד רוב המידע הקולי במחשב. עיבוד הקול בכרטיס מתבצע בעזרת שבב המרה אנלוגי-דיגיטלי (לדגימת קול ממיקרופון) או דיגיטלי-אנלוגי (ליצירת קול באמצעות רמקול).

נכון לשנת 2010, מכילים רוב כרטיסי הקול החדישים גם מיקרו-מעבד שמבצע את עיבוד האות (בעבר התבצע עיבוד זה במעבד המרכזי של המחשב). הם מכילים גם חומרה המאפשרת הקלטה קולית שממתינה לעיבוד במועד מאוחר יותר.

במחשבים רבים קיים "כרטיס קול מובנה" (באנגלית: OnBoard) שהוא שילוב הרכיבים הדרושים לעיבוד הקול על לוח האם של המחשב. במחשבים שבהם לוח האם אינו מכיל כרטיס מובנה, דרוש כרטיס קול נפרד (כרטיס הרחבה) כדי לשמוע ולהשמיע אותות קול. בעבר כרטיסי קול מובנים היו בדרך כלל כרטיסים בעלי יכולות מוגבלות יחסית, שהתאימו למשתמש ביתי בעל דרישות צנועות, למשל צליל סטריאופוני בעומק 16 ביט. כרטיסי הקול המקצועיים נרכשים בנפרד מהמחשב כרכיב חומרה נפרד, ומסוגלים לתמוך בשמונה ועד עשרים וארבעה ערוצי קול בעומק של 24 ביט ו-32 ביט. חלק מכרטיסי הקול המקצועיים מגיעים יחד עם תוכנות לעריכה וליצירת מוזיקה, עיבוד וערבול צליל. כרטיס קול מקצועי יכול להיות מורכב בחריצי ה-PCI של המחשב, או להיות כרטיס קול חיצוני, שמתחבר למחשב באמצעות USB או FireWire.

לבד מכרטיס הקול, יש אזור קטן בלוח האם המעבד קול באופן מוגבל ומכיל גם רמקול קטן. בשנות ה-80 ותחילת שנות ה-90, היה אזור זה הרמקול הפנימי של המחשב (PC Speaker), ששימש אז בעיקר להשמעת צלילים ומוזיקה במשחקי מחשב וצפצופי התרעה בתוכנות ובמערכת ההפעלה עצמה. כיום משמש אזור זה בלוח האם רק למתן משוב קולי בצפצופים לגבי תקינותו של המחשב בעת הדלקת המחשב. בנוסף, החל מ-Windows XP, מערכת ההפעלה עושה שימוש ברמקול זה, כחלופה רזרבית לרמקולים חיצוניים, במידה ואין אף התקן צליל כלשהו המחובר למחשב (התכונה קיימת גם במחשבי מקינטוש).

מחולל מספרים אקראיים

בחישוביות, מחולל מספרים אקראיים (מכונה בקיצור RNG, ראשי תיבות של המונח האנגלי Random number generator) הוא התקן פיזי או חישובי המייצר רצף סימנים (מספרים) חסרי תבנית או סדר דטרמיניסטי כלשהו, דהיינו אקראיים. מערכות מבוססות מחשב נפוצות יותר ביצירת מספרים אקראיים, אם כי לא תמיד איכותן טובה, אף על פי שרובן עוברות בהצלחה מבחנים סטטיסטיים לוודא שאין להן דפוס קבוע כלשהו. קיים מגוון גדול של מקורות טבעיים להפקת מספרים אקראיים, חלקם היו ידועים מימי קדם וחלקם אמצעים חדשים כגון אלו המבוססים על מכניקה קוונטית.

השיטות הפרימיטיביות ליצירת מספרים אקראיים – קרי קוביות משחק, הטלת מטבע, ערבוב קלפים, גלגל רולטה ומכונת לוטו – עדיין מצויות בשימוש כיום, בעיקר לצורך משחקי הימורים. הן לא מתאימות כאשר נדרשת כמות גדולה של מספרים אקראיים באיכות גבוהה, כגון בסטטיסטיקה מדעית או בקריפטוגרפיה, ובמיוחד לא נוחות ליישום במחשב. תופעות טבע שונות, כמו רעש תרמי, נראות על פניהן כאקראיות אמיתיות ויכולות לשמש כבסיס לחומרה ייעודית, אולם מרביתן סובלות מהטיה המקלקלת את אקראיותן, עובדה שנוצלה בעבר על ידי מהמרים, במיוחד במשחקי רולטה ובלאק ג'ק.

דף זה בשפות אחרות

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.