Post on 15-Mar-2016
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ディジタル回路
DATE :
1. アナログ と ディジタル
五島 正裕
ディジタル回路
アナログ と ディジタル
アナログ,ディジタル:
情報処理の過程:
記録 / 伝送 と
(狭義の)処理
における…
写像の方式:
媒体(メディア)の持つ物理量 と
それが表現する値
ディジタル回路
媒体の持つ物理量
媒体 物理量
電気回路,電子回路 電圧,電流
HD, 磁気テープ 磁界
CD, DVD 反射光の強度
DRAM , Flash 電荷
FeRAM (Edy, Suica, etc) 電界強度
OUM, RRAM 電気抵抗
AM, FM, PSK 電波強度,周波数,位相
ディジタル回路
アナログ と ディジタル
情報処理の過程において,
媒体の持つ物理量 と
それの表す値 との
写像の方式
アナログ:連続
連続的な値 ⇔ 媒体の連続的な状態
ディジタル:離散
離散的な値 ⇔ 媒体の離散的な状態
ディジタル回路
物理量 と 値 の 写像
物理量
値
物理量
値
アナログ ディジタル
O O
1
2
3
閾値
ディジタル回路
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
3.141592...
アナログ と ディジタル
ディジタル回路
アナログ,ディジタル と 信号劣化 (1/3)
アナログ,ディジタルの優劣
信号劣化が重要
信号劣化の要因:
機器の精度の限界
出力側の精度の限界
観測側の精度(測定精度)の限界
(いわゆる)ノイズ
経年劣化
…
ディジタル回路
アナログ,ディジタル と 信号劣化 (2/3)
劣化がなければ( S/N 比 ∞)… アナログがよい
アナログ:
情報量∞
ディジタル:
量子化誤差がある● 8b ( 256 階調)で 0.4% (≒ 人間の識別限界)● ビット数を増やせば,誤差は減る
ディジタル回路
アナログ,ディジタル と 信号劣化 (3/3)
劣化があるので… ディジタルがよい
アナログ:
決して元に戻らない
ディジタル:
閾値未満のノイズなら,完全に元に戻る● 2 値なら, 10 ~ 20 % くらいなら耐えられる● ただし,それでも誤るとアナログより致命的になり得る
ディジタル回路
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
3.141592...
アナログ と ディジタル
ディジタル回路
ノイズの影響
物理量
値
物理量
値
アナログ ディジタル
O O
1
2
3
ディジタル回路
ディジタル の メリット ― 記録 / 伝送
記録 / 伝送
ノイズによって誤りが発生しにくい
コピーや経年によって情報が劣化しにくい
再現性が高い
ディジタル回路
ディジタル の メリット ― 処理
(狭義の)処理
ディジタル式のコンピュータとの親和性が高い
ソフトウェアの概念が導入される
プログラミングが可能● 圧縮● 誤り訂正符号● …
「ディジタル・ワールド」
ディジタル・コンピュータの普及
ディジタル・コンテンツの普及
ディジタル回路
アナログ回路 と ディジタル回路
ディジタル回路
アナログ回路 と ディジタル回路 の 用途
ディジタル回路
情報処理
アナログ回路
ディジタル回路を支える回路
A/D , D/A 変換
電源
RF ( Radio Frequency ,無線)
高速ディジタル記録 / 伝送
…
ディジタル回路
アナログ回路 と ディジタル回路
アナログ回路
A/D変換
ディジタル回路
アナログ媒体
ディジタル媒体
アナログ回路
ディジタル回路
D/A変換
入力(アナログ)
出力(アナログ)
入力(アナログ)
出力(アナログ)
ディジタル回路
アナログ回路設計 と ディジタル回路設計 (1/2)
アナログ回路設計
数学,物理学の知識と「センス」が必要
よい回路を設計すれば,論文 / 特許になる
設計者数:極少
優秀なアナログ回路設計者は引く手数多
ディジタル回路
アナログ回路設計 と ディジタル回路設計 (2/2)
ディジタル回路設計: プログラミングみたいなもの
(たとえば,この講義を聞けば)誰でも作れる
すごい回路を設計しても,まず論文 / 特許にはならない
設計者数:少
プログラマよりは引く手数多
「どう設計するか」より「何を設計するか」がより大事
⇒ コンピュータ・アーキテクチャ
ディジタル回路
次回
「ブール代数 と 論理ゲート」
ブール代数:
論理回路の基礎を与える数学
論理ゲート:
論理回路の基本素子