Λύσεις — Ενότητα 2 · Μετάδοση Πληροφορίας (σελ. 65, 72) – ΥΛΙΚΟ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ
Λύσεις — Ενότητα 2 · Μετάδοση Πληροφορίας (σελ. 65, 72)
Ενδεικτικές απαντήσεις στις Ερωτήσεις-Δραστηριότητες (σήματα, αναλογικό/ψηφιακό, διαμορφώσεις ASK/FSK/PSK/Manchester, bit/baud rate, τρόποι μετάδοσης, πολυπλεξία, μεταγωγή). Η αριθμητική εφαρμογή (2400 baud × 3 = 7200 bps) επαληθεύτηκε με κώδικα.
Ερ.2 — Χαρακτηριστικά σημάτων
Ερώτηση: Να απαριθμήσετε τα βασικά χαρακτηριστικά των σημάτων.
Απάντηση:
- Περιοδικότητα: αν το σήμα επαναλαμβάνεται ή όχι (περιοδικό / μη περιοδικό).
- Περίοδος \(T\): ο χρόνος για έναν πλήρη κύκλο (s).
- Συχνότητα \(f=1/T\): επαναλήψεις ανά δευτερόλεπτο (Hz).
- Πλάτος: η μέγιστη τιμή του φυσικού μεγέθους.
- Φάση: η θέση στον κύκλο τη στιγμή \(t=0\).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Περιοδικότητα, περίοδος T, συχνότητα f=1/T, πλάτος, φάση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: αναφορά ≥4 χαρακτηριστικών με τη σωστή ορολογία (T, f=1/T).
Ερ.3 — Αναλογικό vs ψηφιακό
Ερώτηση: Να εξηγήσετε τη βασική διαφορά μεταξύ αναλογικού και ψηφιακού σήματος.
Απάντηση:
- Αναλογικό: παίρνει άπειρες συνεχείς τιμές, μεταβάλλεται ομαλά (κάθε ενδιάμεση τιμή είναι δυνατή).
- Ψηφιακό: παίρνει πεπερασμένες διακριτές τιμές (τυπικά δύο: 0 και 1), «πηδά» ανάμεσα σε λίγες στάθμες.
- Το ψηφιακό είναι πιο ανθεκτικό στον θόρυβο (αρκεί να ξεχωρίσει ο δέκτης 0 ή 1).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το αναλογικό παίρνει συνεχείς (άπειρες) τιμές· το ψηφιακό διακριτές (λίγες, τυπικά 0/1) και είναι ανθεκτικότερο στον θόρυβο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: αντίθεση συνεχές↔διακριτό. Bonus: ανθεκτικότητα στον θόρυβο.
Ερ.4 — Παραδείγματα σημάτων
Ερώτηση: Να εντοπίσετε δύο τουλάχιστον αναλογικά και δύο τουλάχιστον ψηφιακά σήματα από την καθημερινή ζωή.
Απάντηση:
- Αναλογικά: η φωνή στο κλασικό (σταθερό) τηλέφωνο, το σήμα ενός μικροφώνου, η ένδειξη αναλογικού θερμομέτρου, το σήμα ραδιοφώνου AM/FM.
- Ψηφιακά: τα δεδομένα σε καλώδιο δικτύου (Ethernet/USB), η μουσική σε αρχείο/CD, το σήμα ψηφιακής τηλεόρασης, τα SMS.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Αναλογικά: φωνή σταθερού τηλεφώνου, σήμα μικροφώνου. Ψηφιακά: δεδομένα δικτύου/USB, μουσική CD/αρχείο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: ≥2 σωστά αναλογικά + ≥2 σωστά ψηφιακά (γίνονται δεκτά ισοδύναμα).
Ερ.5 — Διαμόρφωση πλάτους ΚΑΙ συχνότητας
Ερώτηση: Να περιγράψετε τα βασικά χαρακτηριστικά της διαμόρφωσης πλάτους και της διαμόρφωσης συχνότητας.
Απάντηση:
- Διαμόρφωση: μεταβάλλουμε ελεγχόμενα ένα χαρακτηριστικό ενός φέροντος σήματος για να «γράψουμε» πάνω του την πληροφορία.
- Διαμόρφωση πλάτους (AM): μεταβάλλεται το πλάτος του φέροντος ακολουθώντας το σήμα πληροφορίας· η συχνότητα μένει σταθερή. Απλή, αλλά ευαίσθητη στον θόρυβο (ο θόρυβος επηρεάζει το πλάτος).
- Διαμόρφωση συχνότητας (FM): μεταβάλλεται η συχνότητα του φέροντος· το πλάτος μένει σταθερό. Πιο ανθεκτική στον θόρυβο, καλύτερη ποιότητα.
Σύνοψη: (ενδεικτική) AM: μεταβάλλεται το πλάτος (σταθερή συχνότητα), ευαίσθητη στον θόρυβο. FM: μεταβάλλεται η συχνότητα (σταθερό πλάτος), ανθεκτικότερη.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: ποιο μέγεθος μεταβάλλεται σε καθεμία + η ανθεκτικότητα της FM στον θόρυβο.
Ερ.6 — Τρόποι κωδικοποίησης ψηφιακού σήματος
Ερώτηση: Να αναφέρετε τρόπους με τους οποίους κωδικοποιείται το ψηφιακό σήμα για να μεταδοθεί μέσα από το φυσικό μέσο.
Απάντηση:
- Με ψηφιακή διαμόρφωση φέροντος: μεταλλαγή πλάτους ASK, μεταλλαγή συχνότητας FSK, μεταλλαγή φάσης PSK.
- Με κωδικοποίηση γραμμής όπως η Manchester (βασική και διαφορική), που ενσωματώνει και τον συγχρονισμό.
Σύνοψη: (ενδεικτική) ASK, FSK, PSK (διαμόρφωση φέροντος) και κωδικοποίηση Manchester.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: αναφορά ASK/FSK/PSK ή/και Manchester.
Ερ.7 — ASK, FSK, PSK
Ερώτηση: Να περιγράψετε συνοπτικά τις ψηφιακές διαμορφώσεις ASK, FSK, PSK.
Απάντηση:
- ASK (μεταλλαγή πλάτους): το φέρον παίρνει διαφορετικό πλάτος για 0 και για 1 (σταθερή συχνότητα). Απλή, ευαίσθητη στον θόρυβο.
- FSK (μεταλλαγή συχνότητας): σταθερό πλάτος, διαφορετική συχνότητα για 0 και 1. Ανθεκτικότερη στον θόρυβο.
- PSK (μεταλλαγή φάσης): σταθερό πλάτος & συχνότητα, αλλάζει η φάση για να δηλώσει 0/1. Αποδοτική και ανθεκτική.
Σύνοψη: (ενδεικτική) ASK: αλλάζει πλάτος· FSK: αλλάζει συχνότητα· PSK: αλλάζει φάση — για να αναπαρασταθούν το 0 και το 1.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: σωστή αντιστοίχιση καθεμιάς με το χαρακτηριστικό (πλάτος/συχνότητα/φάση).
Ερ.8 — Διαμόρφωση Manchester
Ερώτηση: Να περιγράψετε τη διαμόρφωση Manchester και στις δύο μορφές της (βασική και διαφορική).
Απάντηση:
- Βασική Manchester: κάθε bit αναπαρίσταται με μετάβαση στο μέσο του χρονικού του διαστήματος — προς τη μία κατεύθυνση για το 1, προς την αντίθετη για το 0.
- Διαφορική Manchester: κρίσιμο είναι αν υπάρχει ή όχι μετάβαση στην αρχή του bit (η μετάβαση στο μέσο υπάρχει πάντα, για συγχρονισμό).
- Και στις δύο, η σταθερή μετάβαση στο μέσο επιτρέπει στον δέκτη να αυτοσυγχρονίζεται χωρίς ξεχωριστό ρολόι.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Manchester: το bit κωδικοποιείται σε μετάβαση. Βασική: κατεύθυνση της μεσαίας μετάβασης = τιμή bit. Διαφορική: ύπαρξη/απουσία μετάβασης στην αρχή = τιμή bit. Παρέχει αυτοσυγχρονισμό.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: κωδικοποίηση σε μετάβαση (όχι στάθμη) + αναφορά στον αυτοσυγχρονισμό.
Ερ.9 — Ρυθμός μετάδοσης, bit rate, baud rate
Ερώτηση: Να δώσετε τους ορισμούς: ρυθμός μετάδοσης, bit rate, baud rate.
Απάντηση:
- Ρυθμός μετάδοσης: πόση πληροφορία μεταδίδεται στη μονάδα του χρόνου.
- Bit rate: αριθμός bits που μεταδίδονται ανά δευτερόλεπτο, με αποδεκτό σφάλμα → bps.
- Baud rate: αριθμός συμβόλων (μεταβολών του σήματος) ανά δευτερόλεπτο → baud.
- Σχέση: με \(M\) διαφορετικά σύμβολα, \(\text{bit rate}=\text{baud rate}\times\log_2 M\).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Bit rate = bits/s· baud rate = σύμβολα/s· bit rate = baud rate · log₂M (M = πλήθος διαφορετικών συμβόλων).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: bit=bits/s, baud=σύμβολα/s + η σχέση τους (ή ότι ταυτίζονται όταν M=2).
Εφαρμογή — bit rate από baud rate
Ερώτηση: Κανάλι μεταδίδει 2400 σύμβολα/s χρησιμοποιώντας 8 διαφορετικά σύμβολα. Ποιο το bit rate;
Απάντηση:
- Με \(M=8\) σύμβολα, κάθε σύμβολο κουβαλά \(\log_2 8=3\) bits.
- \(\text{bit rate}=\text{baud rate}\times\log_2 M=2400\times3=7200\) bps.
Σύνοψη: bit rate = 2400 × 3 = 7200 bps.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ (όχι ενδεικτική): log₂8=3 → 7200 bps (επαληθευμένο με κώδικα). Παγίδα: μην μπερδέψεις baud με bit όταν M>2.
Ερ.10 — Παράλληλη vs σειριακή
Ερώτηση: Να περιγράψετε σύντομα και σε αντιπαραβολή την παράλληλη και τη σειριακή μετάδοση.
Απάντηση:
- Παράλληλη: όλα τα bits ενός byte ταυτόχρονα, σε ξεχωριστές γραμμές. Γρήγορη σε μικρές αποστάσεις, αλλά πολλά καλώδια.
- Σειριακή: τα bits ένα-ένα στην ίδια γραμμή. Λιγότερα καλώδια → κατάλληλη για μεγάλες αποστάσεις (USB, SATA).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Παράλληλη: όλα τα bits ταυτόχρονα σε πολλές γραμμές (μικρές αποστάσεις). Σειριακή: bits ακολουθιακά σε μία γραμμή (μεγάλες αποστάσεις).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: ταυτόχρονα/πολλές γραμμές vs ακολουθιακά/μία γραμμή + καταλληλότητα ανά απόσταση.
Ερ.11 — Σύγχρονη vs ασύγχρονη
Ερώτηση: Να περιγράψετε σύντομα και σε αντιπαραβολή τη σύγχρονη και την ασύγχρονη μετάδοση.
Απάντηση:
- Ασύγχρονη: ένας χαρακτήρας τη φορά, με bits έναρξης (start) και τέλους (stop). Απλή/φθηνή, αλλά επιπλέον bits → μικρότερη απόδοση.
- Σύγχρονη: μεγάλα μπλοκ συνεχόμενα, με πομπό-δέκτη συγχρονισμένους σε κοινό ρυθμό. Χωρίς start/stop ανά χαρακτήρα → μεγαλύτερη απόδοση, αλλά θέλει συγχρονισμό.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ασύγχρονη: χαρακτήρας-χαρακτήρας με start/stop bits (απλή, μικρότερη απόδοση). Σύγχρονη: μπλοκ με κοινό ρολόι (μεγάλη απόδοση).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: start/stop ανά χαρακτήρα (ασύγχρονη) vs κοινός συγχρονισμός/μπλοκ (σύγχρονη).
Ερ.12 — Ορισμός πολυπλεξίας
Ερώτηση: Να δώσετε τον ορισμό της πολυπλεξίας.
Απάντηση:
- Πολυπλεξία είναι η τεχνική με την οποία πολλά σήματα μοιράζονται ένα κοινό μέσο μετάδοσης, ώστε να αξιοποιηθεί πλήρως η χωρητικότητά του.
- Ένας πολυπλέκτης συνενώνει τα σήματα και ένας αποπολυπλέκτης τα διαχωρίζει στον προορισμό.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Πολυπλεξία = συνδυασμός πολλών σημάτων σε ένα κοινό μέσο (πολυπλέκτης) και διαχωρισμός τους στην άλλη άκρη (αποπολυπλέκτης).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: «πολλά σήματα σε ένα μέσο» + ρόλος πολυπλέκτη/αποπολυπλέκτη.
Ερ.13 — FDM vs TDM
Ερώτηση: Να περιγράψετε συνοπτικά τα χαρακτηριστικά της πολυπλεξίας επιμερισμού συχνότητας και επιμερισμού χρόνου.
Απάντηση:
- FDM (επιμερισμού συχνότητας): το εύρος συχνοτήτων χωρίζεται σε ζώνες, μία ανά σήμα· όλα ταξιδεύουν ταυτόχρονα στη δική τους συχνότητα. Κατάλληλη για αναλογικά (π.χ. ραδιόφωνο).
- TDM (επιμερισμού χρόνου): όλο το εύρος δίνεται σε ένα σήμα κάθε φορά, αλλά ο χρόνος μοιράζεται σε χρονοσχισμές που εναλλάσσονται γρήγορα. Κατάλληλη για ψηφιακά.
Σύνοψη: (ενδεικτική) FDM: διαφορετική ζώνη συχνοτήτων ανά σήμα, όλα ταυτόχρονα (αναλογικά). TDM: κοινή συχνότητα, εναλλαγή χρονοσχισμών (ψηφιακά).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: διαχωρισμός κατά συχνότητα (FDM) vs κατά χρόνο (TDM).
Ερ.14 — Μεταγωγή κυκλώματος/μηνύματος/πακέτου
Ερώτηση: Να περιγράψετε σε αντιπαραβολή τις μεθόδους μεταγωγής κυκλώματος, μηνύματος και πακέτου.
Απάντηση:
- Κυκλώματος: δεσμεύεται αποκλειστική διαδρομή για όλη τη συνομιλία (τηλέφωνο). Εγγυημένη, αλλά σπαταλά πόρους.
- Μηνύματος: όλο το μήνυμα ταξιδεύει με αποθήκευση-και-προώθηση κόμβο-κόμβο· χωρίς δέσμευση διαδρομής, αλλά καθυστερήσεις σε μεγάλα μηνύματα.
- Πακέτου: το μήνυμα σπάει σε πακέτα που δρομολογούνται (ανεξάρτητα ή σε νοητό κύκλωμα)· ευέλικτη, αποδοτική αξιοποίηση του δικτύου (λογική Internet).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Κυκλώματος: αποκλειστική διαδρομή. Μηνύματος: store-and-forward ολόκληρου μηνύματος. Πακέτου: κατάτμηση σε πακέτα που δρομολογούνται ξεχωριστά.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: δέσμευση διαδρομής (κύκλωμα) vs store-and-forward (μήνυμα) vs κατάτμηση (πακέτο).
Ερ.15 — Νοητό κύκλωμα vs αυτοδύναμο πακέτο
Ερώτηση: Να περιγράψετε τη μέθοδο νοητού κυκλώματος σε αντιπαραβολή με τη μέθοδο αυτοδύναμου πακέτου.
Απάντηση:
- Αυτοδύναμο πακέτο (datagram): κάθε πακέτο δρομολογείται ανεξάρτητα, μπορεί να πάρει διαφορετική διαδρομή· σειρά/παράδοση δεν εγγυώνται (τα διορθώνει ανώτερο επίπεδο).
- Νοητό κύκλωμα (virtual circuit): ορίζεται εκ των προτέρων μια λογική διαδρομή και όλα τα πακέτα την ακολουθούν με τη σειρά — συνδυάζει σειρά με ευελιξία πακέτων.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Αυτοδύναμο πακέτο: ανεξάρτητη δρομολόγηση, καμία εγγύηση σειράς. Νοητό κύκλωμα: προκαθορισμένη λογική διαδρομή, όλα τα πακέτα με τη σειρά.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: ανεξάρτητη δρομολόγηση/χωρίς σειρά (datagram) vs κοινή προκαθορισμένη διαδρομή/με σειρά (VC).
