Physik verstehen 4, Schulbuch

79 Elektrizität bestimmt unser Leben 2. Was bedeutet digital? Die Bezeichnung „digital“ leitet sich vom lateinischen „ digitus “ (= Finger) ab. Damit ist gemeint, dass Informationen in kleinste Zähleinheiten übersetzt, gespeichert und übertragen werden. Die Informationstechnologie arbeitet im Binärsystem mit nur zwei Zuständen (Ziffern): „ Strom aus “ (0) und „ Strom ein “ (1) . Diese Zustände nennen wir Bits ( binary digit ). Will man zB Buchstaben oder Zahlen darstellen, verwendet man Gruppen von 8 Bits : ein Byte . Das Byte „01011010“ bedeutet zB den Großbuchstaben Z. Drückst du auf der PC-Tastatur eine Taste, wird also eine bestimmte Folge von acht Ein-Aus-Signalen erzeugt. So werden die Zahlen von 0 bis 15 im Binärsystem dargestellt: 0 0000 2 0010 4 0100 6 0110 8 1000 10 1010 12 1100 14 1110 1 0001 3 0011 5 0101 7 0111 9 1001 11 1011 13 1101 15 1111 U t 4 100 111 101 110 100 001 011 100 7 5 6 4 1 3 4 79.1 Beim Digitalisieren von Signalen wird eine analoge Spannungskurve in zeitlich portionierte Binärwerte umgewandelt. 3. Wie funktionieren digitale Datenspeicher? Zum Speichern der Werte 0 und 1 eignet sich zB die bistabile Flipflop-Schaltung oder Kippschaltung . Sie ist der Grundbaustein vieler elektronischer Speichermedien, wie zB Mikroprozessoren. Ein Festplattenlaufwerk besteht aus mehreren drehbaren Platten ( Platters ) mit einer magnetisierbaren Schicht. Die Schreib-/Leseköpfe ( Heads ) enthalten Elektromagnete. Sie können Daten schreiben oder lesen, indem sie sehr schnell die Oberfläche der Platters abtasten. Bei CDs , DVDs und Blu-ray Discs (BDs) werden die digitalisierten Informatio- nen als Pits (Gruben) und Lands (Flächen) in einer Spirale von innen nach außen gespeichert. Je geringer die Wellenlänge des abtastenden Laserlichts ist, desto enger können die Spiralrillen gesetzt werden. Eine CD mit 700MB benötigt rotes, eine BD mit 25GB violettes Laserlicht zur Abtastung. Laser- strahl Fotozelle reflektierter Strahl Strahlenteiler Laser CD-Platte Al-Schicht 79.3 Bei der Wiedergabe einer CD, DVD oder BD tastet ein Laser die Pits und Lands ab. Die reflektierten Lichtstrahlen werden in elektrische Binärsignale, diese in analoge Stromschwankungen und somit in Töne (und Bilder) umgewandelt. Flash-Speicher Schwingquartz 79.2 USB-Speicherstick: Der Flash-Speicher enthält viele Millionen Speicherzellen. Der Controller kommuni- ziert zwischen PC und dem Stick. Der Schwingquarz gibt den Takt an, in dem gespeichert oder gelesen wird. Controller V2  Der bistabile Flipflop  E1 Die Schaltung kippt in einen von zwei möglichen Zuständen: Wenn der eine Transistor leitet, ist der andere gesperrt. Der Zustand bleibt stabil, bis er durch einen Tast­ schalter geändert wird. Verwende den losen Draht zum Umschalten bei Kontakt 1 und 2. Kontakt 2 Kontakt 1 BC 549 BC 549 LED LED 100 k Ω 1 k Ω 9V = C E B 100 k Ω 1 k Ω C E B V3  Ein Lautsprecher   E1 Die magnetische Steuerung des Kopfes kannst du bei einer alten Festplatte austesten! Schließe die Steuerung an die Lautsprecheraus- gänge eines Audioverstärkers an. Probiere, welche Anschlüsse funktionieren. Die Heads bringen die Platters zum Vibrieren und du kannst Musik mit deiner alten Festplatte hören. Head Platter Film bq939p Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv