數位化的浪潮 : 從類比到數 位的轉換 探索數位世界 Week 4, 03/16 張家銘 資訊科學系 本投影片僅供教學用途，所用圖檔都盡量附上原始來源，如有侵權煩請告知，將立即修正

Who’s Who in Computer Science

回應 : 揭開 64 位元 Windows 之謎 2 32 vs 2 64 說穿了其實一點都不神秘。 隨附 64 位元版本 Windows 的電腦 通常較 32 位元版本 Windows 的電腦能使用更多記憶體 (64 位元 版本最少為 4 GB ，而 32 位元版本最大為 3.5 GB) 。 ( 即使電腦已 內附安裝 4 GB 或以上的記憶體， 32 位元版本的 Windows 僅能 使用約 3.5 GB 記憶體。 ) 記憶體愈多，愈能同時開啟更多檔案與程式，而不減緩電腦速 度。 除非您的確同時開啟大量項目，否則即使擁有超過 3.5 GB 的可用空間，通常也並沒有任何差別 ( 稍後更多相關資訊 ) 。

本週大事記 MatchMy predictionRealityCorrectness March 10Lee SedolAlphaGoX March 12AlphaGo O March 13Lee Sedol O March 15Lee SedolAlphaGoX sedol

Data Representation Information can be represented in one of two ways: analog or digital 1.Analog data: a continuous representation of data, analogous to the actual information it represents 2.Digital data: a discrete representation of data, breaking the information up into separate elements Modern computers are digital systems, designed to manipulate digital data.

訊號傳輸技術 訊號本身可以分為「類比訊號」與「數位訊號」 訊號在傳輸的時候又可以分為「類比傳輸」與「數 位傳輸」 通常類比傳輸是使用「電磁波 ( 高頻載波技術 ) 」來 傳輸訊號 數位傳輸是直接使用「低電壓 (0V) 與高電壓 (1.5V) 」 來傳輸訊號

Digital and Analog 類比 (analog) 數位 (Digital)

Analog Signal with Analog Transmission 調幅 (Amplitude Modulation, AM) 調頻 (Frequency Modulation, FM) Others

Frequency and Period Frequency and period are the inverse of each other.

Two signals with different frequencies

Units of period and frequency

Example The power we use at home has a frequency of 60 Hz. The period of this sine wave can be determined as follows:

Example The period of a signal is 100 ms. What is its frequency in kilohertz? – First we change 100 ms to seconds, and then we calculate the frequency from the period (1 Hz = 10 −3 kHz).

無線電波的頻譜

調幅 (Amplitude Modulation, AM) 調變訊號 ( 音頻的 ) 載波頻率 調幅訊號

AM 發與收

AM 缺點 調幅傳送訊息的問題是容易受干擾和雜訊影響，因 為干擾和雜訊會造成振幅隨機的改變。因此，使用 振幅調變傳輸的方法（如 AM 廣播），品質都比較差。

調頻 (Frequency Modulation,FM) 調變訊號 ( 音頻的 ) FM 訊號 載波頻率

FM 優點 與 AM 調幅方式相較， FM 調頻傳輸方式比較不受雜訊和干擾影響，因 為無論振幅如何改變，接收器只對頻率有興趣，而不是振幅 FM 訊號可以使用較大的頻寬，將更多的訊息放入訊號，如此就可以 傳送較高品質的訊息，例如可以用來傳送立體聲的音樂，而 AM 因為 干擾的問題，只能播送單音。

Digital and Analog 類比 (analog) 數位 (Digital)

Number Systems Decimal system (base 10) Binary system (base 2) Hex system (base 16)

Decimal System Decimal system is composed of 10 numerals or symbols. Also called the base-10 system because it has 10 digits. The decimal system is a positional-value system in which the value of a digit depends on its position. Most significant digit (MSD) Least significant digit (LSD) Conversion: (b is the base, decimal system b=10)

Binary System Also known as base-2 system Use two digit values, 0 and 1. Decimal system  decimal point, Binary system  binary point Example: 1011 Most Significant Bit, Least Significant Bit

Representing Binary Quantities In digital systems the information that is being processed is usually presented in binary form. Binary quantities can be represented by any device that has only two operating states or possible conditions. For example, a switch has only open or closed. We arbitrarily (as we define them) let – an open switch represent binary 0 – a closed switch represent binary 1 Thus we can represent any binary number by using series of switches.

Hexadecimal Number System The hexadecimal (HEX) number system has a base of 16. Sixteen possible digits: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F Example: – 5A 16 = 90 10

Conversion Binary to decimal (b=2), Hex to decimal (b=16) Decimal to binary: repeated division – Example: = Binary to HEX: group of 4 – Example: = B4 – = = 21A

Analog Signal with Digital Transmission 先將類比訊號轉換為數位訊號再傳輸，基 本上就是「訊號數位化」的方法

Digital Signal with Digital Transmission 直接以低電壓 (0V) 代表 0 ，高電壓 (1.5V) 代表 1 ， 目前較常應用在電子產品內各電路板之間的訊 號傳輸、乙太網路 (ethernet) 等短距離訊號傳輸

Limitations of Digital Technology The real world is mainly analog. The future is digital To deal with analog inputs, three steps must be followed: – Convert the real-world analog inputs to digital form (analog-to-digital converter, ADC) – Process (operate on) the digital information – Convert the digital output back to real-world analog form (digital-to-analog converter, DAC)

Analog-to-digital conversion Sampling ( 取樣 ) Quantization ( 量化 ) Encoding( 編碼 )

Analog-to-digital conversion Sampling and Quantization – 脈衝振幅調變 (Pulse Amplitude Modulation, PAM) ，以 8KHz 取樣 – 取樣的時間間隔稱為「取樣週期」（ Sampling Cycle ），單位為 「秒」，將取樣週期取倒數可得每秒的取樣次數，稱為「取樣頻率」 （ Sampling Frequency ），單位為 Hz （次 / 秒）

脈衝調幅 (PAM) 類比訊號脈衝調幅訊號 時間

Analog-to-digital conversion Encoding – 脈衝編碼調變 (Pulse Code Modulation, PCM) ，以 8/16 位元表示電位大小

量化 PAM 訊號 時間

使用正負符號及數值大小以量化 正負號位元 ＋是 0 ，－是 1

PCM 編碼 +

從類比訊號到 PCM 數位碼

量化

從類比訊號到 PCM 數位碼 量化 二進位編碼

量化 二進位編碼 數位 / 數位編碼 從類比訊號到 PCM 數位碼 傳送的方向 100

Digital Signal with Analog Transmission 2G(GSM 、 CDMA) 、 3G(WCDMA 、 CDMA2000) 、無線式 行動電話 (PHS) 、無線區域網路 (IEEE802.11)

電磁波 你真的都搞懂了嗎？數位通訊新世代，作者／曲建仲（任職美商德州儀器公司） 是由互相垂直的電場與磁場交互作用而產生的一種能量，在前 進時就像水波一樣會依照一定的頻率不停振動 80%815g-meaning/

通訊技術世代 4G: 利用封包交換系統（ packet - switching system ）的方式收發，讓 語音、簡訊和多媒體傳訊完全以 IP 為基礎 – LTE (Long Term Evolution) – WiMAX 3.5G :HSPDA 3G: 行動網路的語音傳輸會把語音和多媒體訊息協定分開，這種網路 的使用方法非常沒有效率 – CDMA 2.5G ： GPRS 2G ： GSM

Digital Signal with Analog Transmission 2G(GSM 、 CDMA) 、 3G(WCDMA 、 CDMA2000) 、無線式 行動電話 (PHS) 、無線區域網路 (IEEE802.11)

數位通訊 相位位移鍵送 PSK （ phase shift keying ） 振幅位移鍵送 ASK （ amplitude shift keying ） 頻率位移鍵送 FSK （ frequency shift keying ）

數位調變技術（ Digital modulation ）

數位訊號調變技術 Modem Modulation ( 調變 ): 傳送端將數位訊 號（ 0 與 1 ）轉變成不同的電磁波波 Demodulation ( 解調 ): 接收端將不同 的電磁波波形還原成數位訊號（ 0 與 1 ）

多工技術（ Multiplex ） 分時多工接取（ TDMA ）：甲與乙 先講一句，再換丙與丁講一句， 再換戊與己講一句，依此類推， 大家輪流（分時）講話彼此就不 會互相干擾。 分頻多工接取（ FDMA ）：甲與乙 在客廳講話，丙與丁在書房講話， 戊與己在臥室講話，大家在不同 的房間（分頻）講話彼此就不會 互相干擾。 分碼多工接取（ CDMA ）：甲與 乙用中文講話，丙與丁用英文講 話，戊與己用日文講話，這樣雖 然大家在同一個房子裡講話，各 自仍然可以分辨出各自不同的語 言

數位通訊系統的頻譜效率比較表

Digital TV( 數位電視 ) 視訊壓縮技術之進步，因此可將類比的畫面信號經數 位化處理後，變成一串「二進位」型式數據資料 透過數位訊號處理，可以消除雜訊和干擾，畫面將會 更清、細致 再經數位調變傳送到家，因此可獲得比原來的類比電 視更好的影像及聲音品質

Digital TV ( 數位電視 ) 電視及節目訊號數位化後，數位訊號經「壓縮」，使得一 個數位頻道可播送三至四個節目 日本已於 2011 年 7 月 24 日中午整點，電視正式全面數位化 台灣數位電視元年 2012 年 7 月 1 日完成無線電視全面數位化

機上盒

Comparison of analog and digital signals Analog: 連續變化的電磁波，可透過多種傳輸媒介 進行傳送 Digital: 不連續的電壓脈波，主要是以不同的電位狀 態來表示

Advantages of Digital Technology Information storage is easy. Operation can be programmed. Digital systems are generally easier to design. Accuracy and precision are greater. Digital circuits are less affected by noise.

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零肇事紀錄不保！ Google 自駕車失誤首釀交通意外 零肇事紀錄不保！ Google 自駕車失誤首釀交通意外 作者 楊 安琪 | 發布日期 2016 年 03 月 01 日 13:44 楊 安琪 今年 2 月 14 日， Google 自駕車在山景城以自動駕駛模式行駛途中，為了繞過前方路面上的沙包 試圖變換車道，當時自駕系統已偵測到後方行駛而來的巴士，只不過當時誤判了情勢，隨行駕 駛人員以為後方巴士會減速或停下讓 Google 自駕車先行，因此未接手駕駛，結果判斷錯誤，撞 上後方駛來的巴士。 Google 事後已進行檢討、修改自駕車軟體程式，並表示今後 Google 自駕車會更清楚了解，巴士 這類大型車輛比一般汽車相對不易讓道； Google 也希望以後在面對類似狀況時，能處理得更加 妥善。

The Rise of the Artificially Intelligent Hedge Fund

BONUS3 - 人工智慧對人類真正的威脅是什 麼？