Что такое электроника? Принципы работы
радиоустройств, радиокомпоненты, принципиальные схемы, электрические
колебания и связь, цифровое ТВ, интегральные схемы и многое другое...
Дата обновления
07.06.2016
Посвящение в радиоэлектронику, массовая радио-библиотека
поддержка
проекта:
разместите на своей странице нашу кнопку!И мы
разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на
e-mail
Статистика
Что, зачем и как считают люди?
Все достижения цивилизации созданы трудом, и, чтобы приумножить
их или хотя бы сохранить на прежнем уровне, надо очень много
работать. Настолько много, что традиционными методами и
инструментами с таким объемом работы справиться нельзя. Возьмем,
например, счетную вычислительную работу.
Робинзону Крузо пришлось делать зарубки на деревяшке, считая дни до
прибытия спасительного судна, а число их составляло 365 в году,
всего он провел на необитаемом острове 28 лет, да еще надо учесть
високосные годы... Так и хочется попросить для расчетов бумагу и
карандаш, потому что сделать это в уме уже непросто.
Голограмма интерференционная картина световых волн, содержащая
полную информацию об объекте. Голограмма записывается на
светочувствительной поверхности и при освещении ее когерентным
светом создает объемное изображение объекта.
Однако сейчас некоторые школьники попросят микрокалькулятор времена
меняются! Еще в прошлом веке делать зарубки на палке перестали
хлопотно и неудобно. Изобрели конторские счеты-прибор на редкость
простой и долгоживущий. В принципиальном отношении они недалеко ушли
от четок средневекового монаха. Правда, у счетов есть и одно
неоспоримо прогрессивное нововведение-система счета по разрядам,
соответствующим разрядам десятичных чисел.
В 1641 году Б. Паскалем была изобретена механическая машинка для
арифметических вычислений. Однако первую действующую модель,
выполняющую четыре арифметических действия, построил немецкий
часовой мастер Ган только в 1790 году. Лишь через сто лет, в 1890
году, петербургский механик В. Однер наладил производство
отечественных арифмометров. Они "умели" складывать и вычитать
многозначные числа. Я не знаю, как устроен механический арифмометр,
но людям свойственно уважать сложное и непонятное. Так и я
преклоняюсь перед смекалкой и талантом механиков, сумевших создать
это хитроумное переплетение зубчатых колесиков, кнопок и рычагов.
Позже появились электрические арифмометры (не путайте с
электронными!). Там все было то же самое, но ручной привод был
заменен электрическим. Набрал нужные числа, нажал кнопку-"хр.. .р..
.р. .юк"-выскочил в окошечке результат. Эти старинные арифмометры
напоминали старые кассовые аппараты, на которых еще недавно работали
кассиры магазинов.
Даже автоматизировав выполнение четырех арифметических действий, мы
не выйдем за пределы школьной науки - арифметики. А как быть с
алгеброй, дифференциальными уравнениями, вариационным исчислением,
теорией функций комплексного переменного и многими-многими другими
математическими дисциплинами? Не подумайте, что математики придумали
эти науки для собственного развлечения. Они очень нужны всем в
практической деятельности. Вот пример. Мы уже рассматривали грузик
на веревочке - обыкновенный маятник. Его движение описывается
дифференциальным уравнением второго порядка. Найти закон движения
маятника означаем решить это уравнение. А как это сделать,
подсказывает математика. Став очень сложной наукой, она достигла
больших успехов. И все-таки математика не может решить аналитическим
путем многие задачи, встречающиеся на практике. Решить задачу
аналитически - это значит выразить ответ в виде формулы. Но на
практике есть зависимости, для которвтх и формулы подходящей не
подберешь. Например, квадратное алгебраическое уравнение решается
аналитически и в школьных тетрадях. Вы писали формулу х1"2 = ... и
т.д. Сами помните. Для уравнения пятой или шестой степени такой
формулы написать уже нельзя. Еще хуже обстоит дело с
дифференциальными уравнениями. Они бывают такими, что ответ просто
невозможно выразить аналитическими формулами.
Как же быть? Нам останется только одно: решать наши "нерешаемые" уравнения числовыми методами. Как это делается? Да
очень просто: берут всевозможные числа и подставляют в уравнение. То
число, которое удовлетворит уравнению, и есть его решение для
заданных начальных условий. Конечно, это Сизифов труд перебирать
подряд все числа. Но и здесь математики нашли оптимальные пути
решения. Если, взяв одно число, мы получили то-то, значит, надо
взять другое число, гораздо большее, а если получили вот это, то
надо взять немного меньшее число. Возникает определенная логика
перебора чисел, кратчайшим путем ведущая к цели. Вы уже, наверно,
догадываетесь, что численные методы как нельзя лучше подходят для
цифровых ЭВМ, а оптимальный алгоритм, логику решения можно заложить
в программе, по которой производит расчеты ЭВМ.
Но еще совсем недавно были только арифмометры, которыми пытались
механизировать труд больших "вычислительных центров" при крупных
бухгалтериях или банках. Решать дифференциальные уравнения с помощью
арифмометра и не пытались, вполне справедливо предполагая полную
бесполезность этого занятия.
С рождением электронной техники появились довольно любопытные
изобретения в области так называемых аналоговых вычислительных
машин. Одно время им даже предсказывали славное будущее (заметим,
что предсказание сбылось лишь частично). В аналоговых ЭВМ числа или
переменные (л) представляются электрическим сигналом, например
напряжением. А математические операции производятся электронными
устройствами. Например, усилитель с двумя входами может служить
сумматором, дифференциальный усилитель - вычитателем, кольцевой
балансный модулятор - перемножителем, и т.д.
Собственно говоря, любое аналоговое устройство обработки сигналов
является аналоговой ЭВМ. Более того, в последнее время в
теоретической радиотехнике возникло новое направление-синтез
оптимальных устройств для генерирования и обработки сигналов на
основе моделирования систем дифференциальных уравнений, описывающих
происходящие при этом процессы. Таким образом, аналоговые ЭВМ еще
остались и будут совершенствоваться в тех областях, где имеют дело с
аналоговыми сигналами.
Для выполнения математических расчетов аналоговые ЭВМ не совсем
подходят по нескольким причинам, характерным вообще для аналоговой
техники. Во-первых, диапазон сигналов в них, а следовательно, и
диапазон значений переменных весьма ограничены. Снизу собственными
шумами элементов вычислителя, сверху "заходом" тех же элементов в
области насыщения. Во-вторых, элементы аналоговой ЭВМ, выполняющие
математические операции, неизбежно вносят погрешность. А при
увеличении числа математических действий погрешности накапливаются.
Поэтому и точность расчетов на аналоговых ЭВМ ограничена. Этих двух
недостатков вполне хватает, чтобы отказаться от аналоговых ЭВМ при
математических расчетах и искать более совершенные способы
вычислений.
Идея создания цифровых ЭВМ принадлежит американскому математику фон
Нейману. Он высказал ее еще в начале 40-х годов, когда при создании
электронных схем экономили каждую радиолампу. По самым скромным
оценкам, для ЭВМ требовались тысячи ламп! Поэтому и первые модели
цифровых ЭВМ были созданы только лишь в конце 40-х-начале 50-х
годов. Большие залы были заставлены шкафами с тысячами радиоламп,
киловатты электроэнергии превращались в тепло, а быстродействие
машин составляло всего несколько тысяч операций в секунду. Но и это
казалось чудом. Первое поколение цифровых ЭВМ-это были "мамонты"
вычислительной техники, тем не менее они вполне оправдывали себя и
подавали многообещающие надежды.
