2.3. Аналоговый и цифровой сигналы
Аналоговым называется сигнал, изменяющийся непрерывно. Самым распространенным является изменение во времени. На уровне макромира все сигналы об окружающем мире имеет аналоговый характер и именно в аналоговой форме они фиксируются соответствующими датчиками и преобразуются в сигналы другой природы, чаще всего в электрические. (Правда, из школьного курса известно, что в атомах все переходы происходят скачком, квантовано, но отдельные атомы к нашему рассмотрению не относятся).
В компьютере мы имеется двоичный цифровой сигнал, который принимает только два дискретных значения, одному значению приписывается 0, а другому 1.
В процессоре и оперативной памяти это соответствует наличию или отсутствию электрического заряда в элементарной ячейке памяти (или, что то же самое, наличию или отсутствию напряжения). Кстати, в компьютерах сигналу, где есть напряжение, приписывается значение 0, а отсутствие напряжение – это сигнал 1. Хотя на первый взгляд логичнее было бы наоборот.
На жестком диске 0 отвечает намагниченность участка диска в одну сторону, а 1 – в противоположную. На компакт дисках двоичный код вводится штамповкой углублений в пластмассе, а на записывающих дисках CD-R и CD-RW двоичный код образуется за счет потемнения информационного слоя под лучом лазера. А самая первая запись двоичного кода осуществлялась пробиванием отверстий в картоне. Есть отверстие – это 0 гладкая бумага – это 1.
То есть неважно, каким образом создается двоичный сигнал, лишь бы получилось два хорошо отличающихся друг от друга уровня.
Двоичный цифровой сигнал в природе не встречается, он создается человеком. Человеку удобно работать с информацией, записанной в цифровой форме. Можно сказать, что мы присутствуем при создании человечеством своей собственной цифровой Вселенной. Человеческое общество создало множество дискретных вещей. Например, текст – он состоит из отдельных дискретных букв, и никакой непрерывности здесь нет. Для текста и других дискретных материалов, созданных человеком, цифровые компьютерные технологии лучше подходят, чем аналоговые.
Если сравнить цифровую и аналоговую электронику, то цифровые устройства обработки видео и звука – это всегда аппаратура более высокого класса, чем аналоговые устройства. Цифровая техника становится все более качественной и престижной.
Устройство, превращающее цифровой сигнал в аналоговый, называется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Обратную задачу: превращение цифрового сигнала в аналоговый осуществляет АЦП (аналого-цифровой преобразователь). По английски АЦП называется DAC (digital-to-analog converter), а ЦАП – ACD (analog-to-digital converter).
В компьютере видеокарта чаще всего работает как ЦАП, преобразуя цифровые видеоданные в аналоговый сигнал для монитора. Аудиокарта, подавая аналоговый сигнал на колонки, тоже работает как ЦАП. Но если производится запись звука с микрофона, то аудиокарта работает как АЦП, генерируя в компьютер цифровой звук.
По сравнению с аналоговым, цифровой сигнал имеет два плюса и один минус. Рассмотрим их по порядку.