Цифровите технологии позволиха създаването на редица съвременни хардуерни средства, които значително подпомагат работата на правоприлагащите органи. Те включват мобилни клетъчни комуникации, цифрови диктофони, цифрови фото и видео камери.

Комуникацията се нарича Подвижен,ако източникът на информация или нейният получател (или и двамата) се движат в пространството. Същност клетъчна комуникациясе състои в разделяне на пространството на малки участъци - клетки (или клетки с радиус 1-5 km) и разделяне на радиокомуникациите в рамките на една клетка от комуникациите между клетките. Това позволява едни и същи честоти да се използват в различни клетки. В центъра на всяка клетка има базова (приемателно-предавателна) радиостанция за осигуряване на радиовръзка в клетката с всички абонати. Всеки абонат разполага със собствена микрорадиостанция - мобилен телефон - комбинация от телефон, трансивър и миникомпютър. Абонатите комуникират помежду си чрез базови станции, свързани помежду си и към градската телефонна мрежа. Всяка клетка от клетки се обслужва от базов радиопредавател с ограничен обхват и фиксирана честота. Това прави възможно повторното използване на същата честота в други клетки. По време на разговор клетъчният радиотелефон е свързан с базовата станция чрез радиоканал, по който се предава телефонният разговор. Размерите на клетките се определят от максималния обхват на комуникация на радиотелефона с базовата станция. Този максимален диапазон е радиусът на клетката.

Идея мобилна клетъчна комуникациясе състои в това, че без да напуска зоната на покритие на една базова станция, мобилният телефон попада в зоната на покритие на всяка съседна до външната граница на цялата мрежова зона.

За това са създадени системи от антени-ретранслатори, които покриват клетката си - зоната на земната повърхност. За да се осигури надеждна комуникация, разстоянието между две съседни антени трябва да е по-малко от техния обхват. В градовете е около 500 м, а в селските райони около 2-3 км. Един мобилен телефон може да приема сигнали от няколко ретранслаторни антени наведнъж, но винаги се настройва на най-силния сигнал.

Идеята зад мобилната клетъчна комуникация е също да се прилага компютърен контрол върху телефонния сигнал от абоната, докато той се движи от една клетка в друга. Компютърното управление направи възможно превключването на мобилен телефон от един междинен предавател към друг само за хилядна от секундата. Всичко се случва толкова бързо, че абонатът просто не го забелязва.

Компютрите са централната част на клетъчната мобилна комуникационна система. Те търсят абонат, намиращ се в някоя от клетките, и го свързват към телефонната мрежа. Когато абонат се премести от една клетка в друга, те прехвърлят абоната от една базова станция в друга.

Важно предимство на мобилните клетъчни комуникации е възможността да ги използвате извън общата зона на вашия оператор - роуминг.За да направят това, различни оператори се договарят помежду си за взаимната възможност за използване на техните зони за потребителите. В същото време потребителят, напускайки общата зона на своя оператор, автоматично превключва към зоните на други оператори, дори когато се премества от една страна в друга, например от Русия в Германия или Франция. Или, докато е в Русия, потребителят може да извършва клетъчни разговори до всяка страна. По този начин клетъчната комуникация предоставя на потребителя възможността да комуникира по телефона с всяка страна, където и да се намира. Водещите производители на мобилни телефони се ръководят от единен европейски стандарт - GSM.

Диктофон(от латински dido - говоря, диктувам) - това е вид магнетофон за запис на реч с цел, например, последващо отпечатване на нейния текст. Диктофоните се делят на механични, в които за съхранение на информация се използват стандартни касети или микрокасети с магнитна лента и цифрови.

Цифровите диктофони се различават от механичните диктофони по пълното отсъствие на движещи се части. Те използват твърдотелна флаш памет вместо магнитна лента като носител за съхранение.

цифрова фотографияви позволява бързо и без използването на скъпи, отнемащи време и нездравословни химически процеси за получаване на висококачествени снимки в цифров вид.

Принципът на работа на цифровия фотоапарат се състои в това, че оптичната му система (обектив) проектира намалено изображение на снимания обект върху миниатюрна полупроводникова матрица от фоточувствителни елементи, т. нар. CCD устройство със зарядова връзка (CCD). CCD е аналогово устройство: електрически ток се генерира в пиксел на изображението в пряка пропорция на интензитета на падащата светлина. Колкото по-висока е плътността на пикселите в CCD, толкова по-висока резолюция ще произвежда камерата. След това полученият аналогов сигнал се преобразува от цифров процесор в цифрово изображение, което се компресира в JPEG (или подобен) формат и след това се записва в паметта на камерата. Капацитетът на тази памет определя броя на изстрелите. Като памет на цифровите фотоапарати се използват различни запаметяващи устройства - флопи дискове, флаш карти с памет, CD-RW оптични дискове и др. Запаметените електрически сигнали могат да се извеждат под формата на картина на екран на компютър, телевизор, отпечатани на хартия с помощта на принтер или изпратени по електронна поща до всяка страна. Колкото повече пиксели съдържа CCD-матрицата, толкова по-голяма е яснотата на цифровото фотографско изображение. В матриците на съвременните цифрови фотоапарати броят на пикселите е от 2 милиона до 6 милиона или повече.

Цифровият фотоапарат е оборудван с миниатюрен течнокристален дисплей, на който направената снимка се появява веднага след натискане на бутона. Не е необходимо проявяване и фиксиране на изображението (както при традиционната фотография). Ако картината не ви харесва, можете да я "изтриете" и да поставите нова на нейно място. Единственото нещо, което е останало от традиционната фотография в цифров фотоапарат, е обективът.

В цифровата фотография е напълно изключено използването на светлочувствителни материали с оскъдни сребърни соли. В сравнение с традиционните фотоапарати, цифровите фотоапарати съдържат значително по-малък брой механични движещи се части, което гарантира тяхната висока надеждност и издръжливост.

Много цифрови фотоапарати използват вариообективи - вариообективи или вариообективи), които осигуряват оптично (най-често трикратно) увеличение. Това означава, че когато правите снимки, можете визуално да увеличавате или намалявате обекта, който снимате, без да напускате мястото си, като това може да стане постепенно. Освен това се използва и цифрово увеличение, при което фрагмент от изображението се разтяга, за да запълни целия екран.

Друго предимство на цифровите фотоапарати е възможността не само да правите снимки, но и да заснемате кратки видеоклипове с дължина до няколко минути. Най-модерните цифрови фотоапарати имат вграден микрофон, който ви позволява да записвате филми със звук.

Цифровите снимки, въведени в компютър, могат да бъдат подложени на обработка, като изрязване (избиране на отделни области с увеличение), промяна на яркостта и контраста, цветовия баланс, ретуширане и др. Можете да създавате цифрови фотоалбуми на вашия компютър, които могат да се разглеждат последователно или като слайдшоу.

Качеството на цифровите снимки днес не е по-ниско от качеството на конвенционалните. Може да се предположи, че в следващите години дигиталната фотография напълно ще измести традиционната.

Видеокамериви позволяват да записвате филм със звук. В съвременните видеокамери оптичното изображение, както и в цифровите фотоапарати, се преобразува в електрическо изображение с помощта на CCD матрица. Те също не се нуждаят от филм, не се изисква проявяване и фиксиране. Изображението в тях се записва на магнитна видеокасета. Въпреки това, записът върху магнитна лента (както се прави при запис на звук) ще изисква много висока скорост на нейното движение - повече от 200 km / h (приблизително 10 000 пъти по-голяма, отколкото при запис на звук): човек чува звуци в честотния диапазон от 20 до 20 000 Hz. В този диапазон се извършва висококачествен звукозапис. Видеозаписът изисква много по-високи честоти - над 6 MHz.

Вместо да увеличават скоростта на магнитната лента по време на запис и възпроизвеждане на изображения, магнитните глави във видеокамерата и видеорекордера са монтирани на барабан, въртящ се с висока скорост, и сигналите се записват не по дължина, а напречно на лентата. Оста на въртене на барабана е наклонена към лентата, а магнитната му глава пише наклонена линия върху лентата при всяко завъртане. В този случай плътността на запис се увеличава значително и магнитната лента трябва да се движи сравнително бавно - със скорост само 2 mm / s. Те записват цветно изображение и звук (чрез вграден микрофон) и са с най-висока чувствителност. Измерването на яркостта на изображението, настройката на блендата и фокусирането са напълно автоматизирани. Резултатът от видеозаснемането може да се види веднага, тъй като не е необходимо проявяване на филма (както при заснемане).

Видеокамерите се доставят с висококачествени обективи. Най-скъпите видеокамери използват вариообективи, които осигуряват 10x оптично увеличение. Това означава, че когато снимате видео, можете да увеличавате или намалявате заснемания обект, без да напускате мястото, като това става постепенно. Освен това се използва и цифрово увеличение до 400 пъти или повече, при което фрагмент от изображението се разтяга, за да запълни целия екран. Използва се и система за стабилизиране на изображението, която коригира трептенето на камерата с голяма прецизност и в широк диапазон.

Използването на CCD матрици осигурява на видеокамерите най-висока чувствителност, което прави възможно заснемането в почти пълна тъмнина (на светлината на огън или свещ).

Във видеофилма, както и в звуковия филм, движещото се изображение и звукът се записват на един и същ носител на информация - магнитна видеолента. Най-разпространеният стандарт за запис на видео в домакинството е домашното видео (видео домашна система, VHS). Ширината на магнитния филм в този стандарт е 12,5 mm. За преносими видеокамери се използва намалена филмова касета със същата ширина - VHS компактен.

Sony разработи и произвежда миниатюрни видеокасети на стандарта Видео-С(SH8). Ширината на фолиото при тях е 8 мм. Това направи възможно намаляването на размерите на преносимите домашни видеокамери. Най-модерните от тях за управление на изображението по време на видеозаснемане, в допълнение към визьора, са оборудвани с миниатюрен цветен течнокристален дисплей. Те ви позволяват да гледате филма, който току-що сте заснели, директно на вашата видеокамера. Друг начин за гледане е на телевизионен екран. За да направите това, изходът на видеокамерата е свързан към входа на телевизора.

Преминаването към цифров метод на запис избягва загубата на качество дори при многократно презаписване. През 1995 г. консорциум от 55 водещи производители на електроника, включително Sony, Philips, Hitachi, Panasonic и JVC, прие цифровия видеозаписен формат DVC. (цифрова видеокасета) или DV (цифрово видео).Още в края на 1995 г. Sony представи първата DV-камера. Сега цифров видео филм може да бъде прехвърлен от видеокамера на твърд диск на компютър и обратно директно, без никакви сложни преобразувания.

Всеки кадър върху магнитната лента съответства на 12 наклонени линии-писти с ширина 10 μm. На всеки от тях, освен запис на аудио и видео информация, часове, минути, секунди и пореден номер на кадъра, е възможно да се записва допълнителна информация за видеозаснемането. Всички DV-камери могат да работят в режим на фотография и да заснемат отделни изображения със звук за 6-7 секунди. Те се превръщат в цифрови фотоапарати с капацитет 500-600 кадъра. Вече е създаден D V-видео рекордер.

Заедно с цифровия формат DV, Sony разработи нова цифрова технология Дигитален 8, който е предназначен да размие границата между аналогови и цифрови формати. Позволява ви да използвате цифров DV запис на обикновена SH8 касета, използвана за аналогов запис.

Цифровите видеокамери се произвеждат без видеокасета. Изображението в тях се записва на твърд сменяем диск (твърд диск). Цифрово записан филм може да се гледа на персонален компютър или да се преобразува в аналогов сигнал и да се гледа на телевизора. Записът е компресиран в стандартния за компютри формат MPEv/ZPEv, така че може да се гледа и дори редактира на монитор на персонален компютър.

В най-новите видеокамери вместо магнитна лента се използват презаписваеми оптични EUO-ILU дискове за запис на видео изображения. Дискът, записан на тях, може веднага да бъде поставен в BOO плейъра за гледане. Поради малкия диаметър на диска (8 см), размерите на видеокамерата са същите като тези на конвенционалните - използвайки касети с магнитен филм. Времето за запис на диска OOO е 30 минути, а в "спестяващ режим" - 60 минути с лек спад в качеството на видеоизображението.

Бъдещето принадлежи на цифровите видеокамери, камери, диктофони без движещи се възли и части. Те са по-надеждни, издръжливи, леки и миниатюрни, не се страхуват от удари при ходене, неравности.

тестови въпроси

1. Какво се разбира под компютърен хардуер и софтуер? 2. Кои са отличителните характеристики на PC тип 1VM PC. 3. Прегледайте хронологията на 1VM PC клонинга по вида на използвания микропроцесор. 4. Кои са основните устройства, включени в компютърния хардуер? 5. Каква е целта на системната шина и слотовете за разширение на компютъра? 6. Как са свързани скоростта на микропроцесора и скоростта на компютъра? 7. Как характеристиките на MP и паметта влияят върху производителността на компютъра? 8. Обяснете предназначението на адаптерите и контролерите. 9. Какво представляват аналогово-цифровите (ADC) и цифрово-аналоговите (DAC) преобразуватели? 10. Каква е разликата между носители и носители за съхранение?))

• Назовете основните видове медии и носители за съхранение в компютъра. 12. Каква е разликата между RAM и дългосрочната памет на компютъра? 13. Кои са основните видове оптични компактдискове. 14. Какво е флаш памет? 15. Каква е разликата между принтер и плотер?

ТЕНДЕНЦИИ В РАЗВИТИЕТО НА ЕЛЕКТРОИЗМЕРВАТЕЛНА ТЕХНИКА

Използването на постиженията на микроелектрониката и компютърната техника в електроизмервателната техника в момента определя една от основните тенденции в нейното развитие, която се характеризира с компютъризация на измервателните уреди. Нека разгледаме характерните форми на проявление на тази тенденция.

На първо място, това се проявява в постепенната замяна на аналоговите измервателни уреди с цифрови, които от своя страна стават все по-универсални и "интелигентни".

Като пример, помислете за етапите на развитие на производството на осцилоскопи в Hewlett Packard, един от лидерите в тази област. Компанията пуска първите си тръбни осцилоскопи HP130A и HP150A през 1956 г. и първия полупроводников (HP180A) през 1966 г. До 80-те години тази и други компании произвеждат огромен брой аналогови осцилоскопи за различни цели и много от тях имат отлични спецификации . Въпреки това, още през 1980 г. Hewlett-Packard стига до извода, че цифровата технология може да предложи по-добро и по-евтино решение на проблема със записването, показването и обработката на аналогови сигнали, а от 1986 г. спря напълно да произвежда аналогови осцилоскопи, заменяйки ги с цифрови . През 1992 г. компанията вече произвежда цяла серия цифрови осцилоскопи; тази модулна серия 54700 включва, между другото, 54721A plug-in модул с 1 GHz честотна лента и 4 GoS/s честота на дискретизация.

Подобен процес се проведе във фирмата "Gold" (Gould, САЩ). Компанията пуска първия си цифров осцилоскоп през 1975 г., а през 1988 г. спира производството на аналогови. През 1992 г. компанията произвежда 15 модела цифрови осцилоскопи с честотна лента от 7 до 200 MHz и честота на дискретизация от 0,02 до 1,6 Gt/s.

Ако резолюция от 8 бита е достатъчна за визуално наблюдение на изследваните процеси, то това често не е достатъчно за по-сложен и точен анализ. Поради това непрекъснато се работи за подобряване на точността на цифровите осцилоскопи. Например фирмата "Nicole Tool Corp." (Nicolet Instrument Corp., САЩ) предлага осцилоскопи от серия 400 с вертикална разделителна способност от 14 бита, което, разбира се, е недостижимо за аналоговите осцилоскопи.

Цифровите осцилоскопи не само замениха аналоговите, но и предоставиха на потребителите нови възможности, свързани със способността на новите инструменти да съхраняват, извеждат, обработват и сравняват параметрите на наблюдаваните сигнали. Съвременните цифрови осцилоскопи изпълняват много функции за анализ на сигнала, включително анализ на спектъра, използвайки алгоритми за бързо преобразуване на Фурие. Те може да имат вграден принтер или плотер, който ви позволява да получите хартиено копие на протокола или графика. Наличието на стандартни интерфейсни възли ви позволява да свържете цифров осцилоскоп към персонален компютър и компютърна мрежа; още повече, че самият той има възможностите на малък компютър. Подобни осцилоскопи бяха сред първите, произведени от японските фирми Hioki (Hioki, модел 8850) и Yokogawa (Yokogawa, модели 3655 и 3656).

На примера на цифровите осцилоскопи може да се проследи една от посоките на компютъризацията на електроизмервателното оборудване. Създават се нови измервателни уреди с цифрова обработка на измервателни информационни сигнали и възможност за изграждане на тяхна база на измервателни и изчислителни системи за различни цели. В тези измервателни уреди и системи са вградени елементи на компютърна техника, осигуряващи цифрова обработка на сигнала, самодиагностика, коригиране на грешки, комуникация с външни устройства и др.

Друга посока е свързана с появата в началото на 80-те години и широкото разпространение на персонални компютри (IBM PC и други). Ако потребителят има такъв компютър, то той всъщност разполага с много компоненти на компютърен измервателен уред: изчислително устройство, дисплей, управляващо устройство, корпус, захранващи устройства и т.н. Единственото, което липсва, са устройствата за въвеждане на измервателна информация в компютър (аналогови измервателни преобразуватели, устройства за галванично разделяне, мащабиране, нормализация и линеаризация, ADC и др.), предварителната му обработка (ако е желателно компютърът да се освободи от тази работа) и специален софтуер.

Поради това през 80-те години на миналия век устройствата за въвеждане на аналогова измервателна информация в персонални компютри (PC) започват да се произвеждат масово под формата на платки, вградени в кръстосано PC, като комплекти от модули, вградени в общ корпус (щайга) на разширяем PC шаси или като самостоятелни функционални модули, свързани към компютър чрез външни конектори.

Ефективната предварителна обработка на информацията в такива устройства стана възможна с появата на специализирани големи интегрални схеми - цифрови сигнални процесори (DSP). Първите монокристални DSP бяха пуснати през 1980 г. от японската компания NIS Corp. (NEC Corp.), от 1983 г. подобни продукти се произвеждат от Fujitsu (Fujitsu, Япония) и Texas Instruments (Texas Instruments, (САЩ)); по-късно към тях се присъединяват Analogue Devices (САЩ), Motorola (Motorola, САЩ) и др.

Трябва да се отбележат поне две характеристики на компютърните измервателни уреди. Първо, те могат много лесно да бъдат адаптирани за измерване на различни количества; следователно на тяхна основа се изграждат универсални измервателни уреди. На второ място, все по-голям дял от тяхната цена заема цената на софтуера, който освобождава потребителя от извършването на много рутинни операции и му създава максимално удобство при решаването на основните измервателни задачи.

Пример са така наречените виртуални измервателни уреди. При тях изображението на лицевия панел на измервателния уред се формира програмно върху дисплея на компютъра. Този панел реално не съществува физически, а самото устройство се състои например от компютър и вградена в него измервателна платка. Въпреки това потребителят има пълна илюзия, че работи с конвенционално устройство: той може да натиска клавишите за управление, да избира обхват на измерване, режим на работа и т.н., получавайки в крайна сметка резултата от измерването.

По-нататъшната микроминиатюризация на електронните компоненти доведе от 80-те години на миналия век до развитието на друга област на компютъризация на измервателните уреди - до създаването не само на "интелигентни" устройства и системи, но и на "интелигентни" сензори.

Такъв сензор съдържа не само чувствителен елемент, но и сложно електронно устройство, състоящо се от аналогови и аналогово-цифрови преобразуватели, както и микропроцесорни устройства с подходящ софтуер. Дизайнът на "интелигентния" сензор ви позволява да го инсталирате в непосредствена близост до обекта на изследване и да извършвате една или друга обработка на информацията за измерване. В същото време информацията се предава към центъра за събиране на данни, който може да бъде разположен на значително разстояние от обекта, като се използват сигнали с висока устойчивост на шум, което повишава точността на измерванията.

Като пример, разгледайте техническите възможности на "интелигентен" сензор за абсолютно налягане, произведен от японската компания Fuji (FUJI, модел FKA), който измерва налягането на течност, газ или пара в диапазона от 0,16 до 30 бара с грешка не повече от 0,2% в работния температурен диапазон от -40 до + 85°С. Състои се от капацитивен чувствителен елемент и електронно устройство, монтирано в стоманена кутия с размер на кибритена кутия. Захранва се от външен източник от 11 до 45 V DC, който може да бъде разположен на няколко километра от сензора в центъра за събиране на данни. Информацията за измерване се предава по проводниците на захранващия източник (двупроводен датчик) в аналогов вид - постоянен ток от 4 до 20 mA, както и цифров сигнал, насложен върху аналоговия.

Сензорът може лесно да се преобразува в измервателен уред, като към него се прикрепи четириразряден цифров течнокристален дисплей или аналогов миливолтметър. Такива сензори могат да се управляват с помощта на специални конзоли и да се комбинират в измервателна система. Всеки сензор извършва самодиагностика, линеаризация на функцията за преобразуване, мащабиране, настройка на обхвата на измерване, температурна компенсация и др.

Наред с компютъризацията на електроизмервателното оборудване, неговата метрологична поддръжка се развива интензивно и стандартите с висока точност стават достъпни за индустрията. Например през 1982 г. Fluke (САЩ) пусна калибратор на напрежение за тестване на 6,5- и 7,5-разрядни мултиметри. Този инструмент (модел 5440A), изграден на базата на DAC с широчинно-импулсна модулация, осигурява относителна грешка от не повече от 0,0004% при работа директно в цеха.

За изграждането на съвременни измервателни уреди с най-високи метрологични характеристики, включително еталони за волт и ампер, използването на квантовите ефекти на Б. Джоузефсън и Хол е от решаващо значение.

Ефектът на Б. Джоузефсън е предсказан през 1962 г. от английския физик Б. Джоузефсън и експериментално открит през 1963 г. от американските физици П. Андерсън и Дж. Роуел. Едно от проявленията на този ефект е следното. Когато контакт на B. Josephson, тънък диелектричен слой между два свръхпроводника, се облъчи с високочестотно електромагнитно поле, на ток-напрежението на такъв контакт се появяват скокове на напрежение, пропорционални на честотата. Високата точност на възпроизвеждане на пренапрежението на контактите на B. Josephson направи възможно през 80-те години да се изградят волтови стандарти с грешки не повече от 0,0001%.

Използването на ефекта на Б. Джоузефсън и феномена на квантуване на магнитното поле в едносвързани свръхпроводници доведе до създаването на изключително чувствителни свръхпроводящи квантови интерферентни устройства - SQUID, които измерват магнитните потоци. Използването на измервателни преобразуватели на различни физически величини в магнитни потоци направи възможно създаването на измервателни уреди и устройства за различни цели на базата на SQUID, които имат рекордно висока чувствителност: галванометри, компаратори, термометри, магнитометри, градиометри, усилватели. Въз основа на ефекта на Б. Джоузефсън се изграждат и други устройства, които служат за обработка на измервателна информация, например ADC и цифрови сигнални процесори с тактова честота над 10 GHz.

Квантовият ефект на Хол е открит през 1980 г. от K. von Klitzing (Германия). Ефектът се наблюдава при ниски температури (около 1 К) и се проявява като хоризонтален участък върху графиката на зависимостта на съпротивлението на Хол на полупроводниковите сензори на Хол от магнитната индукция. Грешката на съпротивлението, съответстваща на този участък, не надвишава 0,00001%. Това направи възможно използването на квантовия ефект на Хол за създаване на стандарти за електрическо съпротивление.

Използването на квантовите ефекти на Б. Джоузефсън и Хол направи възможно разработването на стандарти за постоянен електрически ток, надвишаващи по точност стандартите, базирани на текущите скали, които се използват почти през цялата втора половина на 20 век. В нашата страна от 1992 г. е въведен нов държавен първичен стандарт. Той възпроизвежда ампера с грешка не повече от 0,00002% (текущите везни осигуряват грешка не повече от 0,0008%).

Разглежданите ефекти се проявяват при ниски температури, което е основната пречка за широкото им използване. Въпреки това откриването през 1986 г. на високотемпературни свръхпроводници ни позволява да очакваме създаването на измервателни инструменти, базирани на интегрални схеми и работещи при температури около 100 K. Това би било нов качествен скок в развитието на електроизмервателната техника.

Терминът "електрически ток" е въведен от A.M. Ампер (виж § 2.5).

Ако веригата се захранва от батерия, токът е пропорционален на ЕМП на елемента (в числителя), а в знаменателя, в допълнение към съпротивлението на веригата, е посочено и вътрешното съпротивление на елемента.

Терминът "електротехника" започва да се използва именно след Международното "електротехническо" изложение през 1881 г. и последвалия го конгрес на електротехниците.

Без електропровод за постоянен ток 800 kV (0,48 хиляди км).

Посочени са линейните напрежения в групата трансформатори.

Всеки размер съответства на собствения си вътрешен диаметър на статорния корпус (легло).

Първите електронни компютри (компютри) се появяват преди малко повече от 50 години. През това време микроелектрониката, компютърните технологии и цялата индустрия на информатиката се превърнаха в един от основните компоненти на световния научен и технологичен прогрес. Влиянието на компютърните технологии върху всички сфери на човешката дейност продължава да се разширява. В момента компютрите се използват не само за извършване на сложни изчисления, но и в управлението на производствените процеси, в образованието, здравеопазването, екологията и др. Това се дължи на факта, че компютрите могат да обработват всякакъв вид информация: цифрова, текстова, таблична, графична, аудио, видео информация.

Първият електронен компютър ELILC е създаден през 1946 г. като част от изследователски проект, финансиран от Министерството на отбраната на САЩ. Година по-рано J. von Neumann публикува статия, която очертава основните принципи на изграждане на компютри. Проектът се основава на модел на калкулатор, разработен от американеца от български произход Й. Атанасов, който се занимава с мащабни изчисления. В изпълнението на проекта активно участват такива видни учени като К. Шанън, Н. Уинър, Дж. фон Нойман и др.. От този момент започва ерата на компютърните технологии. Със закъснение от 10-15 години започнаха да се развиват домашните компютърни технологии.

Математическите основи на автоматичните изчисления вече са били разработени по това време (G. Leibniz, J. Buhl, L. Turing и др.), Но появата на компютри стана възможна само благодарение на развитието на електронните технологии. Многократните опити за създаване на различни видове автоматични изчислителни устройства (от най-простото сметало до механични и електромеханични калкулатори) не позволиха изграждането на надеждни и рентабилни машини.

Появата на електронните схеми направи възможно изграждането на електронни компютри.

Електронен компютър или компютър е комплекс от хардуер и софтуер, предназначен да автоматизира подготовката и решаването на потребителски задачи (фиг. 1).

Под потребител се разбира лицето, в чийто интерес се извършва обработката на данните. Клиенти на изчислителни работи, програмисти, оператори могат да действат като потребители. По правило времето за подготовка на задачите е в пъти по-голямо от времето за решаването им.

Компютрите са универсални технически средства за автоматизиране на изчислителната работа, тоест те са в състояние да решават всякакви проблеми, свързани с преобразуването на информация. Въпреки това, подготовката на задачи за решаване на компютър е била и все още остава доста трудоемък процес, изискващ от потребителите в много случаи специални знания и умения.

За да се намали сложността на подготовката на проблеми за решаване, по-ефективно използване на отделния хардуер, софтуер и компютри като цяло, както и за улесняване на тяхната работа, всеки компютър има специален набор от софтуерни инструменти. Обикновено хардуерът и софтуерът са взаимосвързани и комбинирани в една структура.

Структурата е колекция от елементи и техните взаимоотношения. В зависимост от контекста се разграничават структурите на технически, софтуерни, хардуерно-софтуерни и информационни средства.

Част от софтуера осигурява взаимодействието между потребителите и компютрите и е своеобразен „посредник“ между тях. Нарича се операционна система и е ядрото на компютърния софтуер.

Под софтуер разбираме комплекс от софтуерни инструменти за редовна употреба, предназначени да създадат необходимата услуга за работа на потребителите.

Софтуерът (софтуерът) на отделните компютри и изчислителните системи (CS) може да варира значително в състава на използваните програми, който се определя от класа на използваното компютърно оборудване, режимите на неговото използване, съдържанието на компютърната работа на потребителя и др. . Разработването на софтуер за съвременни компютри и VS е до голяма степен еволюционно и емпирично по природа, но могат да се разграничат модели в неговото изграждане.

Помислете за основните етапи и тенденции в развитието на компютрите, техния хардуер и софтуер (Таблица 1).

маса 1

В общия случай процесът на подготовка и решаване на задачи на компютър предвижда задължително изпълнение на следната последователност от стъпки:

1) формулиране на проблема и математическа формулировка на проблема;

2) избор на метод и разработване на алгоритъм за решение;

3) програмиране (писане на алгоритъм) с помощта на някакъв алгоритмичен език;

4) планиране и организация на изчислителния процес - редът и последователността на използване на компютърни и компютърни ресурси;

5) формирането на "машинна програма", тоест програма, която ще се изпълнява директно от компютъра;

6) действителното решение на проблема - извършване на изчисления според готовата програма.

С развитието на компютърните технологии автоматизацията на тези етапи идва отдолу.

По пътя на развитието на електронно-изчислителната техника могат да се разграничат четири поколения компютри, които се различават по елементна база, функционална и логическа организация, конструктивно и технологично оформление, софтуерни, технически и експлоатационни характеристики и степен на достъп до компютри от потребители. Смяната на поколенията беше придружена от промяна в основните технически, оперативни и технико-икономически показатели на компютрите и на първо място като скорост, капацитет на паметта, надеждност и цена. В същото време една от основните тенденции на развитие беше и остава желанието да се намали сложността на подготовката на програми за задачите, които трябва да бъдат решени, да се улесни връзката на операторите с машините и да се повиши ефективността на използването на последните. Това беше продиктувано и се диктува от постоянното нарастване на сложността и трудоемкостта на задачите, чието решаване е поверено на компютри в различни области на приложение.

Възможностите за подобряване на техническите и експлоатационните показатели на компютрите до голяма степен зависят от елементите, използвани за изграждане на техните електронни схеми. Следователно, когато се разглеждат етапите на развитие на компютрите, всяко поколение се характеризира предимно с използваната елементна база.

Основният активен елемент на първото поколение компютри беше вакуумна тръба, останалите компоненти на електронното оборудване са обикновени резистори, кондензатори, трансформатори. За изграждане на RAM вече от средата

Принципи на изграждане на компютър

През 50-те години на миналия век започват да се използват специално предназначени за тази цел елементи - феритни сърцевини с правоъгълен хистерезис. Първоначално стандартното телеграфно оборудване се използва като входно-изходно устройство (телетайпи, перфоратори на лента, предаватели, оборудване за машини за броене и щанцоване), а след това са специално разработени електромеханични устройства за съхранение на магнитни ленти, барабани, дискове и високоскоростни принтери .

Компютрите от това поколение бяха със значителни размери и консумираха много енергия. Скоростта на тези машини варираше от няколкостотин до няколко хиляди операции в секунда, капацитетът на паметта беше няколко хиляди машинни думи, а надеждността възлизаше на няколко часа работа.

В тези компютри само шестият етап беше обект на автоматизация, тъй като практически нямаше софтуер. Потребителят трябваше сам да подготви всичките пет предишни етапа ръчно, до получаване на машинни кодове за програми. Трудоемкият и рутинен характер на тези задачи беше източник на голям брой грешки в заданията. Следователно в компютрите от следващите поколения се появиха първите елементи, а след това цели системи, които улесняват процеса на подготовка на проблеми за решаване.

Лампите бяха заменени от транзистори в машини от второ поколение (началото на 60-те). Компютрите започнаха да имат по-голяма скорост, капацитет на RAM и надеждност. Всички основни характеристики са се увеличили с 1-2 порядъка. Значително намален размер, тегло и консумация на енергия. Голямо постижение беше използването на печатно окабеляване. Увеличава се надеждността на електромеханичните входно-изходни устройства, чието специфично тегло се увеличава. Машините от второ поколение започнаха да имат по-големи изчислителни и логически възможности.

Характеристика на машините от второ поколение е тяхната диференциация в приложението. Компютрите се появяват за решаване на научни, технически и икономически проблеми, за управление на производствени процеси и различни обекти (управляващи машини).

Наред с техническото усъвършенстване на компютрите се разработват методи и техники за програмиране на изчисления, най-високата стъпка от които е появата на системи за автоматизация на програмирането, които значително улесняват работата на математиците-програмисти.

Алгоритмичните езици, които значително опростяват процеса на подготовка на проблеми за решаване, получиха голямо развитие и приложение. С появата на алгоритмичните езици персоналът на програмистите беше рязко намален, тъй като програмирането на тези езици стана по силите на самите потребители.

Широкото използване на алгоритмични езици (Autocodes, Algol, Fortran и др.) И съответните им транслатори, които позволяват автоматично генериране на машинни програми според тяхното описание на алгоритмичен език, доведе до създаването на библиотеки от стандартни програми , което направи възможно изграждането на машинни програми в блокове, използвайки натрупания и придобит от програмистите опит. Новите софтуерни инструменти тук все още не са обединени в отделни пакети под общо управление. Имайте предвид, че сроковете за появата на всички тези нововъведения са доста размити. Обикновено техният произход може да бъде открит вече в дълбините на компютрите от предишни поколения.

Третото поколение компютри (в края на 60-те - началото на 70-те години) се характеризира с широкото използване на интегрални схеми. Интегралната схема е завършена логическа и функционална единица, съответстваща на доста сложна транзисторна схема. Благодарение на използването на интегрални схеми дори повече

подобряване на техническите и експлоатационните характеристики на машините. Компютърната технология започна да има широка гама от устройства, които позволяват изграждането на различни системи за обработка на данни, фокусирани върху различни приложения. Те покриваха широк диапазон на производителност, което също беше улеснено от широкото използване на многослойно печатно окабеляване.

В компютрите от трето поколение наборът от различни електромеханични устройства за въвеждане и извеждане на информация значително се разшири. Развитието на тези устройства е еволюционно: тяхната производителност се подобрява много по-бавно от тази на електронното оборудване.

Отличителна черта на развитието на софтуерни инструменти от това поколение е появата на ясно изразен софтуер и развитието на неговото ядро ​​- операционни системи, отговорни за организирането и управлението на изчислителния процес. Именно тук понятието „компютър“ все повече се заменя с понятието „компютърна система“, което в по-голяма степен отразява усложняването както на хардуерната, така и на софтуерната част на компютъра. Цената на софтуера започна да расте и сега е далеч пред цената на хардуера (фиг. 2).

Операционната система (ОС) планира последователността на разпределение и използване на ресурсите на компютърната система, а също така осигурява тяхната координирана работа. Под ресурси обикновено се разбират онези средства, които се използват за изчисления: компютърно време на отделни процесори или компютри, включени в системата; количеството RAM и външна памет; отделни устройства, информационни масиви; програмни библиотеки; отделни програми за общи и специални приложения и др. Интересното е, че най-често срещаните функции на ОС по отношение на справянето с извънредни ситуации (програмна защита от взаимни смущения, системи за прекъсване и приоритет, времева услуга, интерфейс с комуникационни канали и т.н.) бяха изцяло или частично внедрени в хардуера. В същото време бяха реализирани по-сложни режими на работа: колективен достъп до ресурси, многопрограмни режими. Някои от тези решения се превърнаха в един вид стандарт и започнаха да се използват навсякъде в компютри от различни класове.

Машините от трето поколение значително разшириха възможностите за осигуряване на директен достъп до тях от абонати, разположени на различни, включително значителни (десетки и стотици километри) разстояния. Удобството на комуникацията между абоната и машината се постига чрез развита мрежа от абонатни точки, свързани към компютъра чрез информационни комуникационни канали, и съответния софтуер.

Например, в режим на споделяне на времето, много абонати получават възможност за едновременен, директен и оперативен достъп до компютър. Поради голямата разлика в инерцията на човек и машина, всеки от едновременно работещите абонати остава с впечатлението, че само на него е дадено машинно време.

Тук тенденцията към унификация на компютрите, създаване на машини, които са единна система, е още по-силно изразена. Ярък пример за тази тенденция е вътрешната програма за създаване и развитие на Единната система за електронни компютри (ES COMPUTER).

Компютърът ES беше семейство (серия) от софтуерно съвместими машини, изградени на една елементна база, на една конструктивна и технологична основа, с единна структура, единна софтуерна система и единен унифициран набор от външни устройства.

Индустриалното производство на първите модели ES компютри започва през 1972 г., когато са създадени са използвани всички съвременни постижения в областта на електронното изчисление, технологията и дизайна на компютрите, в областта на изграждането на софтуерни системи. Комбинирането на знанията и производствения капацитет на развиващите се страни направи възможно решаването на сложен научен и технически проблем за сравнително кратко време. Компютърът ES беше непрекъснато развиваща се система, в която се подобряваха техническите и експлоатационните показатели на машините, подобряваше се периферното оборудване и се разширяваше обхватът му.

За машините от четвърто поколение (80-те) е типично използването на големи интегрални схеми (LSI). Високата степен на интеграция допринесе за увеличаване на плътността на електронното оборудване, сложността на неговите функции, повишаване на надеждността и скоростта и намаляване на разходите. Това от своя страна оказа значително влияние върху логическата структура на компютъра и неговия софтуер. Връзката между структурата на машината и нейния софтуер, особено операционната система, стана по-тясна.

В четвъртото поколение, с появата на микропроцесорите в САЩ (1971 г.), възниква нов клас компютри - микрокомпютри, които са заменени от персонални компютри (PC, началото на 80-те). В този клас компютри, заедно с LSI, започнаха да се използват много големи интегрални схеми (VLSI) от 32 бита и след това 64 бита.

Появата на компютъра е най-яркото събитие в областта на компютърните технологии, доскоро най-динамично развиващият се сектор на индустрията. С тяхното въвеждане решаването на проблемите на информатизацията на обществото беше поставено на реална основа.

Основната цел на използването на компютър е формализирането на професионалните знания. Тук на първо място се автоматизира рутинната част от работата (събиране, натрупване, съхранение и обработка на данни), което отнема повече от 75% от работното време на приложните специалисти. Използването на компютър направи възможно работата на специалистите да бъде креативна, интересна и ефективна. В момента компютрите се използват навсякъде, във всички области на човешката дейност. Новите области на приложение също промениха характера на изчислителната работа. И така, инженерните и техническите изчисления съставляват не повече от 9-15%, в по-голяма степен компютрите вече се използват за автоматизиране на продажбите, доставките, управлението на инвентара, производството, за извършване на финансови и икономически изчисления, работа в офиса, игрови задачи и др. .

Използването на компютър направи възможно използването на нови информационни технологии и създаването на разпределени системи за обработка на данни. Най-високият етап на разпределените системи за обработка на данни са компютърни (изчислителни) мрежи от различни нива - от локални до глобални.

В компютрите от това поколение продължава усложняването на техническите и софтуерните структури (йерархия на управление на средствата, увеличаване на броя им). Трябва да се отбележи забележимо повишаване на нивото на "интелигентност" на създадените на тяхна база системи. Софтуерът на тези машини създава "приятелска" среда за комуникация между човек и компютър. От една страна, той контролира процеса на обработка на информацията, а от друга страна, създава необходимата услуга за потребителя, намалявайки сложността на рутинната му работа и му давайки възможност да обърне повече внимание на творчеството.

Подобни тенденции ще се запазят и в компютрите от следващите поколения. И така, според изследователите, машините на следващия век ще имат вграден „изкуствен интелект“, който ще позволи на потребителите да имат достъп до машини (системи) на естествен език, да въвеждат и обработват текстове, документи, илюстрации, да създават системи за обработка на знания, и т.н. Всичко това води до необходимостта от усложняване на хардуера на компютрите, появата на изчислителни системи, базирани на тях, както и до разработването на сложен многослоен йерархичен софтуер за системи за обработка на данни.