Einführung in die physikalisch- chemischen Übungen L.V. – Nr.: 646.521 SS, 2-stündig Univ.Prof. Dr. V. Ribitsch.

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1 Einführung in die physikalisch- chemischen Übungen L.V. – Nr.: 646.521 SS, 2-stündig Univ.Prof. Dr. V. Ribitsch

2 Lehrstoff Einführung, Experiment, Messen Maßsysteme, SI – Einheiten Messen, Genauigkeit, Auflösung... Fehler, Fehlerfortpflanzung, Statistik Messsysteme, Sensoren, Wandler, Anzeigeinstrumente Analoge – digitale Messung, A/D Wandlung Übertragungs-Codes Länge, Fläche, Volumen, Kraft, Gewicht, Masse, Dichte Temperatur, Wärme Druck pH Konzentration (Photometrisch, LF, RI, US, Fluoreszenz) Elektrische Größen (Strom, Spannung, Widerstand) Zeit, Frequenz Lichtintensität, Potomuliplier Diode, Verstärker LED, Phototransistor

3 Codierung digitaler Daten Codierung – Zahlendarstellung 1. Die anlogen Grössen werden auf ein diskretes Niveau quantisiert 2. Zuordnung der diskreten Niveaus – CODIERUNG zu bestimmten Zuständen der Signal - Ausgänge digitale Signale haben konkrete Zustände : z.B.0 V,+ 5 V, - 5 V der Informationsgehalt einer Möglichkeit aus dreien = 3 – wertiges Signal 2 wertige Signale = binäre Signale = eine Möglichkeit aus zwei z.B. keine Spannung = 0 Vvs. Spannung = + 3,5 V der Informationsgehalt ist eine ja / nein Entscheidung: 1 bit tatsächlich:dem Signal wird ein logische Variable zugeordnet logisch 1..... Spannung > 2 V......H (high) logisch O..... Spannung < 0.8 V... L (low)

4 Codierung digitaler Daten Codierung – Zahlendarstellung 1 bit = kleinste Informationseinheitja / nein 1 Byte = 8 bit 7 bit= 1 Zeichen auf der Schreibmaschine (aus 128) 1 bit 2 1 2 Zustände 2 bit2 2 4 Zustände 416 8256 101024 124096 1665.536

5 Codierung digitaler Daten Arten der Codierung ASCII American Standard Communication Interface Interchange alle Character als Zahlen 1 aus N es werden nur wenige der möglichen Signalkombinationen verwendet Rest überbestimmt – Redundanz, jedoch nicht sinnvoll Störung:H Lkeine !! L Hzwei ?? n aus N sind n Leitungen high so die Zahl n dargestellt keine Redundanz, im Störfall günstiger, jede Störung nur 1/N Fehler Binäre Zahlensystem als Dualzahl 2 n, Basis 2 100011111 8 bit Code = 8 Zeichen = 256 Zustände, 7 bit = 128 Zustände BCDpro Dezimalstelle codiert2 0, 2 1, 2 2,

6 Codierung Die binäre Zahl 1011001 entspricht explizit geschrieben 1*2 6 + 0*2 5 + 1* 2 4 + 1*2 3 +0*2 2 + 0*2 1 + 1*2 0 = 89 BCD: bestimmte Wertigkeit 3*10 3 + 4*10 2 + 2*10 1 + 8*10 0 = 3428 0011 + 0100 + 0001 + 1000 Octal – CodeBusbreite 4 = 2 4 Hexadezimal – Code Busbreite 8 = 2 8 ( 0 – 9 und A – F)

7 Codierung Natur: DNA Quarternärer Code AAdenin CCystidin GGuanin TThyrosin

8 Codierung dezimalbinäroktalhex 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 00 01 02 03 04 05 06 07 10 11 12 13 14 15 16 0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF DezimalBinärGray-Code 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000

9 Codierung Dezimal – Hex – Binär - ASCII

10 Datenkommunikation Begriffsdefinitionen /1 Protocol Die Datenkommunikation wird über Protokolle geregelt. Diese bestehen aus einem vereinbarten Satz von Regeln und Prozeduren, denen alle Teilnehmer zu folgen haben, wenn eine geordnete und kontollierte Übertragung erfolgen soll (deadlock, deadly embrace). Host Benutzer Computer, der als Quelle und/oder Senke von Informationen dient und der Anwendungsprogramme auf Initiative des Benutzers bearbeitet. Dieser ist seinerseits über ein Terminal mit dem Host verbunden. Server (Knoten) Computer, der Dienstleistungen auf Initiative anderer Hosts am Netzwerk erledigt. Terminal Jedes an ein Netzwerk angeschlossenes Gerät. Line Physikalische Verbindung zwischen zwei Hosts. Es wird zwischen Multipoint lines Point-Point lines Broadcasting lines unterschieden.

11 Datenkommunikation

12 Einführung: Kommunikation: Austausch von Informationen zwischen Menschen und Maschinen. Austausch: Uni- und/oder bidirektionale Übertragung von Informationen. Information: 1. Basisebene = Ebene der Zeichen. Lexikalischer Bereich: welche Zeichen sind zugelassen? Syntaktischer Bereich: welche Regeln gelten? 2. Bedeutungsebene = semantischer Bereich. 3. Sprachlicher Ausdruck und Bedeutung = pragmatischer Bereich. Nachricht (message): Kleinste, nicht teilbare, benutzerbezogene Informationseinheit (benutzerbezogen, da die Länge der Nachricht nicht fest vorgegeben ist). Datenkommunikation ist damit: Die Übertragung von Informationen zwischen Terminals und Computern oder zwischen Computern.

13 Datenkommunikation Begriffsdefinitionen /1 Protocol Die Datenkommunikation wird über Protokolle geregelt. Diese bestehen aus einem vereinbarten Satz von Regeln und Prozeduren, denen alle Teilnehmer zu folgen haben, wenn eine geordnete und kontollierte Übertragung erfolgen soll (deadlock, deadly embrace). Host Benutzer Computer, der als Quelle und/oder Senke von Informationen dient und der Anwendungsprogramme auf Initiative des Benutzers bearbeitet. Dieser ist seinerseits über ein Terminal mit dem Host verbunden. Server (Knoten) Computer, der Dienstleistungen auf Initiative anderer Hosts am Netzwerk erledigt. Terminal Jedes an ein Netzwerk angeschlossenes Gerät. Line Physikalische Verbindung zwischen zwei Hosts. Es wird zwischen Multipoint lines Point-Point lines Broadcasting lines unterschieden.

14 Begriffsdefinitionen /2 Link Logische Verbindung zwischen zwei Hosts. Node Ein intelligenter Punkt im Netzwerk, der Informationen auf geeignete Weise transformiert (speichert, weiterreicht, formatiert). Message Kleinste, benutzerbezogene Informationseinheit Transmission Unit Einheit, in die die Nachricht zerlegt wird. Acknowledgement Beim Auftreten einer fehlerhaften transmission unit am Empfänger (receiver) wird der Sender (sender) durch ein positives oder negatives Bestätigungszeichen davon unterrichtet. Datenkommunikation

15 Das,,Who's who in der Datenkommunikation de-facto Normen de-jure Normen Telekommunikation PTT (Post-, Telegramm-, Telefonbehörde) DBP staatlich (A) AT&T privat (B) ITU (International Telecommunication Union) CCITT (Comité Consultatif International de Télégraphique et Téléphonique) V.24 (RS-232) Pin-Belegung an asyncronen Terminals X.25 Schnittstelle zwischen Computer und parallelem Netzwerk. Normwelt ISO (International Standard Organisation) seit 1946 ANSI (USA), DIN (D) TC (Technical Comitee) TC1 Schrauben und Muttern, TC97 Computer SC Subcommitee WG Working Group

16 Datenkommunikation Normwelt Einige der wichtigsten ISO- und CCITT- Netzwerknormen SchichtNormBeschreibung 1 – 7ISO 7498ISO/OSI – Grundreferenzmodell 7ISO 8571 ISO 8572 Dienst für Dateitransfer, -zugriff und –bearbeitung (FTAM) Protokoll von Dateitransfer, -zugiff und –bearbeitung (FTAM) ISO 8831 ISO 8832 Dienst für Jobtansfer und –barbeitung (JTM) Protokoll von Jobtansfer und –barbeitung (JTM) ISO 9040 ISO 9041 Dienst des virtuellen Terminals Protokoll des virtuellen Terminals CCITT X.400 CCITT X.500 Nachrichtenbehandlung (elektronische Post) Öffentlicher Verzeichnisdienst 6ISO 8822 ISO 8823 verbindungsorientierter Darstellungsdienst verbindungsorientiertes Darstellungsprotokoll 3CCITT X.25Protokoll von Schicht 3 und X.25 2ISO 8802 CCITT X.25 lokale Netzwerke HDLC/LAPB der Sciherungsschicht 1CCITT X.21digitale Schnittstelle der Bildübertragung

17 Datenkommunikation Paralleler oder serieller Transfer digitaler Daten Parallele Kommunikation: 1 Um eine Zahl mit dem Wertumfang 0 ---- 999 digital darzustellen entsprechend viele Leitungen mit binären Signalen – parallel mehrere Leitungen transportieren gleichzeitig Daten z.B. Drucker, Bus im PC ( 8, 16, 32 bit breit) kein Einstellbedarf durch den Benutzer Serielle Kommunikation Die Daten werden auf einer Leitung nacheinander in Datenpacketen übermittelt Wortlänge:7 oder 8 bit Start/Stop Bits:1 oder 2 Geschwindigkeit:Baud rate ( 1.200, 2.400 usw.) bit / s Parität:even / odd / no Methode zur Erkennung von Fehlern (Quersumme) z.B. nahezu alle Datenverbindungen zwischen Messgeräten und PC – muss vom Benutzer eingestellt werden.

18 Datenkommunikation Die V-24-(R-232-C) – Schnittstelle Die Schnittstelle zwischen einem Computer oder einem Terminal (DEE) und einem Modem (DÜE) ist ein Beispiel für ein Protokoll der Bitübertragungsschicht. Die V-24-Schnittstelle ist die am häufigsten verwendete Schnittstelle. Die CCITT-Empfelung V.24 legt die mechanischen, elektrischen, funktionalen und verfahrungstechnischen Einzelheiten der Schnittstelle in einem Satz von drei Normen fest: Mechanische Spezifikation: 25 poliger Stecker mit mm Breite von Schraubenmitte zu Schraubenmitte. Durchnummerierung der Anschlüsse in zwei Reihen von 1-13 und 14 - 25, etc. Elektrische Spezifikation: : logisch Null = 0 V (-0.7 V bis + 0.7 V) : logisch Eins = > 2.5 V Übertragungsrate maximal 20 kBit/s Maximale Kabellänge: 15 m Funktionale Spezifikation für 9 der 25 Anschlüsse.

19 Datenkommunikation Funktionale Spezifikation für 9 der 25 Anschlüsse der V-24 - Schnittstelle Schutzerde (1) Schutzerde (2) Empfangsdaten (3) Sendeteil einschalten (4) Sendebereitschaft (5) Betriebsbereitschaft (6) Signalerde (7) Empfangssignalpegel (8) Terminal betriebsbereit (9) protective ground transmit receive request to send clear to send data set ready common return carrier detect data terminal read Computer oder Terminal (DEE) Modem (DUcE)

20 Datenkommunikation Digitalen Datentransfers: Vorteil: Nahezu fehlerlose, da extrem große Signalabstände Analoger Datentransfer: Standard:0 – 1 V4 – 20 mA 0 – 2 V 0 – 10 V Beispiel: Welche Signalpegel werden bei analogem Datentransfer verwendet, um Temperaturwerte im Bereich von 0 – 100° C mit 0.1% Auflösung zu transferieren ?