Что такое регистр в физике
Перейти к содержимому

Что такое регистр в физике

  • автор:

ПРИБОР ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ТРЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Физика»

МАШИНА ТРЕНИЯ / ЦИЛИНДР ПО ПЛОСКОСТИ / ТЕНЗОБАЛКА / МОМЕНТ ТРЕНИЯ / КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ / ПОЛИМЕР / МЕТАЛЛ / КРИСТАЛЛ / FRICTION MACHINE / THRUST CYLINDER / STRAIN GAUGE / FRICTION MOMENT / FRICTION COEFFICIENT / POLYMER / METAL / CRYSTAL

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Поздняков А. О., Чернышов М. И., Семенча А. В., Николаев В. И., Кобыхно И. А.

Представлена и апробирована модель машины трения, основанная на измерении момента трения с помощью тензобалки . Описан способ оценки коэффи циента трения в использованной в приборе геометрии упорного цилиндра, вращающегося относительно своей оси по поверхности плоского контрела. На примере экспериментов по трению ряда симметричных пар органических и неорганических контртел ( полимеры , кристаллы , металлы ) показана работоспособность и оценена точность определения коэффициентов трения с помощью разработанного прибора.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Поздняков А. О., Чернышов М. И., Семенча А. В., Николаев В. И., Кобыхно И. А.

Масс-спектрометрическая методика исследования газовыделения при трении в вакууме
Приработка материалов при возвратно-поступательном трении
Анализ причин снижения износостойкости полимерных материалов в парах трения с легированной сталью
Пусковые характеристики металлополимерных трибосистем с композиционным покрытием
Исследование процессов трения и износа твердых тел в микро- и наношкале
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «ПРИБОР ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ТРЕНИЯ»

НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ

УДК 539.621; 621384.82; 691.175.5/.8 DOI: 10.17586/0021-3454-2020-63-10-950-955

Статья посвящена памяти профессора Марлена Елизаровича Подольского

ПРИБОР ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ТРЕНИЯ

А. О. Поздняков1,2, М. И. Чернышов1,3, А. В. Семенча3, В. И. Николаев1, И. А. Кобыехно3, |Ю. А. ФадИН

1 Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН, 194021, Санкт-Петербург, Россия

2Институт проблем машиноведения РАН, 199178, Санкт-Петербург, Россия 3Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 195251, Санкт-Петербург, Россия

Представлена и апробирована модель машины трения, основанная на измерении момента трения с помощью тензобалки. Описан способ оценки коэффи циента трения в использованной в приборе геометрии упорного цилиндра, вращающегося относительно своей оси по поверхности плоского контрела. На примере экспериментов по трению ряда симметричных пар органических и неорганических контртел (полимеры, кристаллы, металлы) показана работоспособность и оценена точность определения коэффициентов трения с помощью разработанного прибора.

Ключевые слова: машина трения, цилиндр по плоскости, тензобалка, момент трения, коэффициент трения, полимер, металл, кристалл

Процессы трения и изнашивания при механическом контакте твердых тел возбуждают широкий спектр колебательных процессов [1], для исследования которых необходимы аналитические приборы. В наших исследованиях интерес представляют процессы трения в вакуумных условиях масс-спектрометра [2]. В работе [3] описано устройство ввода вращения в вакуумную камеру и представлены результаты его использования для анализа газовыделения при трении некоторых пар материалов (полимер—полимер, полимер—металл). Устройство ввода представляет собой совершающий осевое вращение сквозной вал с уплотнениями Вильсона из политетрафторэтилена. Важным измеряемым в трибологическом эксперименте параметром является величина момента трения, которая при заданной геометрии контакта может быть пересчитана в коэффициент трения.

В настоящей работе описан разработанный прибор для измерения момента силы трения в атмосферных условиях в той же геометрии узла трения, которая используется в устройстве перевода вращения в вакуум и приведен ряд примеров измерения коэффициента трения некоторых материалов в атмосферных условиях.

На рис. 1, a приведена разработанная установка, расположенная на массивной пластине (1) из дюралюминия. Чертежи выполнялись в программе Autocad Mechanical. Расчитанные в моделях размеры деталей для использованных материалов (дюралюминий, сталь)

оптимизировались с помощью конечно-элементного анализа в программе СошБо1 МиШрЬувюБ с целью минимизации изменения размеров (до 10 мкм) при нагружении. Двигатель (2), в текущей реализации использован трехфазный марки ОК-63М2-6, через понижающий редуктор СУЯ040, 1ЕС63Б14 (3) приводит во вращение вал. Вал редуктора (4) в этой геометрии направлен вертикально вверх для возможности вертикального нагружения вращающегося контртела, имеющего форму полого цилиндра, закрепленного в центре вершины вала. Второе контртело крепится снизу горизонтальной пластины (5), которая свободно передвигается вдоль направляющих вертикальных стержней. Вертикальное перемещение с минимизированными горизонтальным люфтом и трением реализовано с помощью линейных подшипников (6). Дополнительная к массе пластины нормальная нагрузка (5) прикладывается размещаемым на ней грузом (7) известной массы.

На рис. 1, б представлен принцип измерения силы трения в разрабатываемом приборе. К поверхности полого цилиндра (2), закрепленного в вершине вала редуктора (1), который совершает осевое вращение с частотой ш, грузом 7 (рис. 1, а) прижимается образец. Образец расположен в жестко насаженном на ось держателе образца (3), совершающем свободное вращение в стопорном подшипнике (4). Вращение держателя образца сдерживается фиксирующим стальным цилиндром (5), один конец которого жестко закреплен на вращающемся держателе (на известном расстоянии R от оси вращения, см. вставку к рис. 1, б), а другой — на тензобалке (6). В описанных экспериментах тензобалка жестко зафиксирована одним из краев на вертикальной стальной пластине 7, закрепленной на неподвижной пластине 8. Измерение изгиба свободного конца балки наклеенными на нее тензодатчиками лежит в основе определения приложенной к балке силы. При приведении в контакт верхней плоскости полого цилиндра со средним радиусом r и плоскости расположенного над ним образца на ось держателя образца передается момент вращения, который в первом приближении можно оценить как М=Г, где f — сила трения. Измеряемая тензобалкой сила, приложенная к фиксирующему цилиндру (5), равна F=frlR Как показали реперные измерения, потери на трение качения в стопорном подшипнике (4) малы, поэтому основной вклад в эту силу вносит сила, создаваемая моментом трения между прижатыми друг к другу нагружающей пластины (m2, рис. 1, а) и вращающимся полым цилиндром.

На рис. 2 приведена принципиальная схема управления прибором и регистрации параметров трения. Частота вращения мотора (1) регулируется преобразователем частоты (ПЧ) E401T4BPIE751T4BG-Vector трехфазного питания (2). Частота вращения вала понижающего редуктора (3) меняется в диапазоне ~ 0—2 Гц. Частота вращения задается при помощи изменения потенциала между входами FIV и GND ПЧ. Для этого используется цифровой потенциометр (4), управляемый через плату Arduino (5). Значение напряжения между контактами варьирует от 0 до 10 В, при которых частота тока питания мотора равна 0—50 Гц.

Для управления потенциометром на его входы подается цифровой сигнал. Необходимое состояние потенциометра задается при помощи консоли, в которую вводится необходимое число шагов цикла подачи сигнала на вход INC. После завершения измерений потенциометр возвращается в исходное состояние. Для измерения и поддержания заданной частоты вращения вала редуктора используется инфракрасный прерыватель (6). При переключении состояния датчика определяется период оборота вала, который затем пересчитывается в частоту. Сигнал от тензобалки передается на прецизионный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) на микросхеме HX711 (7). Данные извлекаются из цифрового выхода D_OUT при подаче 25—27 импульсов на вход PD_SCK. Число импульсов зависит от входного канала и коэффициента усиления. Сигнал от АЦП передается на плату Arduino UNO. Обработка цифрового сигнала реализована с использованием библиотек, взятых из [4]. Описываемая схема может быть дополнительно оборудована различными датчиками, например, термопарой (8) с усилителем сигнала (9). Деформация тензобалки приводит к увеличению сигнала AS, линейно связанного с силой, приложенной к ней. Массу, соответствующую силе, приложенной к балке, можно определить как ^=kAS. Коэффициент пропорциональности к определяется тарированием тензобалки с использованием грузов известной массы. При соблюдении модельных условий эксперимента значение коэффициента трения \1=<т\К)/<т2г).

В экспериментах значениями изменения частоты вращения при трении можно пренебречь, ввиду того что моменты трения на два порядка меньше момента на валу редуктора. Также в установке предусмотрена возможность измерения температуры разогрева образца в процессе износа. Для этого в область контакта образцов подводится термопара, уложенная в желоб, изготовленный на поверхности зажима вращающегося столика. Сигнал от термопары усиливается и передается на Arduino, после чего пересчитывается в значение температуры. Дополнительно прибор может быть оборудован датчиком акустоэмиссии, который приклеивается к анализируемому месту на образце или рабочей части прибора. Сигналы акустоэмис-сии регистрируются цифровыми осциллографами типа Tektronix DPO4034, соединенными с компьютером с помощью программы на базе LabView™.

Работоспособность созданного прибора проверена на нескольких симметричных (контртела из одного материала) и асимметричных (контртела из разных материалов) парах трения. На рис. 3 показаны типичные зависимости измеряемых моментов трения. В качестве примера даны временные зависимости момента для пар трения с известными фрикционными параметрами (политетрафторэтилен, ПТФЭ, и полиметилметакрилат, ПММА) при трении в симметричной и ассиметричной пара трения (контртело—сталь 20), а также для пары трения сапфир-сапфир. Как видно из рис. 3 (получен для частоты осевого вращения полого цилиндра ~ 2 Гц и F=25 H), момент трения практически не изменяется со временем. Начальный уча-

сток, на котором момент резко возрастает, может быть связан как с особенностями системы измерения момента, так и с притиркой трущихся поверхностей. Для пары трения ПММА-ПММА (рис. 3, а, 1) наблюдается низкий момент трения, при трении в ПММА—сталь (2) коэффициент трения выше. Видно, что максимальные осцилляции момента наблюдаются для пары трения сапфир—сапфир (рис. 3, б, 1). В случае трения в паре ПТФЭ—ПТФЭ (2) регистрируемый момент трения практически такой же, как в паре ПТФЭ—сталь (3).

М, Nxm 0,04 0,03 0,02 0,01 0

На рис. 4 приведены зависимости пересчитанных из силы натяжения балки F коэффициентов трения ц для разных пар, в том числе полимеров, перспективных в качестве матриц для создания нанокомпозитов [5] (полиэфирэфиркетон, ПЭЭК, и полиоксиметилен, ПОМ), при разных нормальных нагрузках. Были использованы промышленные коммерческие полимеры. Первым в названии пары трения обозначено неподвижное контртело (лист материала толщиной ~2 мм), вторым — контртело в форме полого цилиндра, совершающее осевое вращение с частотой ~2 Гц. Полученные данные по зависимости коэффициентов трения от нормальной нагрузки (рис. 4) в основном хорошо согласуются с литературными [5]. В большинстве пар трения (ПЭЭК—ПЭЭК, ПММА—ПММА, ПТФЭ—ПТФЭ) наблюдаются невысокий коэффициент трения и некоторое его снижение с ростом нагрузки, что можно объяснить совершенствованием геометрии контакта при приработке контртел. Для пары трения ПОМ—ПОМ коэффициент трения существенно выше, он несколько возрастает с увеличением нагрузки. Этот эффект может быть связан с тем, что при комнатной температуре ПОМ находится в высокоэластичном состоянии (Гё=-30 °С) и, вероятно, с большим вкладом адгезионной составляющей силы трения в результирующее значение ц для пары ПОМ—ПОМ [6]. Отметим, что измеряемый аналитическими весами износ ПОМ в опытах находился ниже чувствительности весов (менее 0,0001 г), однако профилограммы поверхности, определенные профилометром PS-10 Mahr, указывали на наличие кольцевых следов трения глубиной ~5 мкм. Коэффициент трения сапфира (ориентация поверхности контртел перпендикулярна базисной плоскости кристалла) также находится в хорошем согласии с литературными данными по трению сапфира в атмосферных условиях.

Чувствительность тензобалки достаточно высока (~0,5 гр, что соответствует ц~0,005), однако отметим, что, как показывают экспериментальные зависимости, амплитуда осцилля-ций регистрируемого сигнала (ц ~ 0,05—0,15) может превышать это значение. Кроме этого, точность пересчета момента в коэффициент трения может определяться различными экспериментальными факторами [7], например неравномерностью линейной скорости скольжения на кромке цилиндра вдоль его радиуса (толщина кромки в наших опытах 3±0,1 мм), может зависеть от свойств конкретной пары трения (например, твердостью материалов), уровня на-гружения, совершенства геометрии контакта. Более детальный учет роли комплекса всех этих взаимосвязанных факторов в расчетах ц является предметом текущих технологических разработок.

В заключение отметим, что полученные результаты дают важную информацию о значениях момента трения пар трения, которые необходимо регистрировать в условиях вакуумного эксперимента [2, 3] с использованием масс-спектрометрической регистрации летучих продуктов. Вследствие измеряемых уровней моментов трения к чувствительности тракта предъявляются жесткие требования. Необходимо компенсировать дополнительный момент трения для перевода вращения в вакуум, возможно, за счет разработки аналогичной методики измерения, непосредственно в вакуумной камере масс-спектрометра, малых величин моментов трения.

1. Persson B. N. J. Sliding Friction. Springer, 2000. 515 р.

2. Поздняков А. О., Гинзбург Б. М., Лишевич И. В., Попов Е. О., Поздняков О. Ф. Масс-спектрометрические исследования трения полимеров // Вопр. материаловедения. 2013. № 4(72). C. 265—274.

3. Поздняков А. О., Чернышов М. И., Семенча А. В., Голяндин С. Н., Николаев В. И., Возняковский А. П., Фадин Ю. А. Масс-спектрометрическая методика исследования газовыделения при трении в вакууме // Изв. вузов. Приборостроение. 2020. Т. 63, № 4. С. 353—358.

5. Friedrich K., Schlarb A. Tribology of polymer nanocomposites // Trib. and Interface Engineering Series. 2008. N 55. P. 551.

6. Бартенев Г. М., Лаврентьев В. В. Трение и износ полимеров. Л.: Химия, 1972. 240 с.

7. Stolarski T. A. Friction in a pin-on-disc configuration // Mech. Mach. Theory. 1989. Vol. 24, N 5. P. 373—381.

Алексей Олегович Поздняков Максим Игоревич Чернышов Александр Вячеславович Семенча

Илья Александрович Кобыхно

Владимир Иванович Николаев Юрий Александрович Фадин

Сведения об авторах

канд. физ.-мат. наук, доцент; ФТИ им. А.Ф. Иоффе; старший научный сотрудник; E-mail: ao.pozd@mail.ioffe.ru магистр; ФТИ им. А.Ф. Иоффе; лаборант, E-mail: chernyshov.maxim31@gmail.com

канд. хим. наук, доцент; Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, директор Высшей школы физики и технологий материалов, E-mail: asemencha@spbstu.ru Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, младший научный сотрудник, инженер; E-mail: ilya.kobykhno@gmail.com

канд. физ.-мат. наук; ФТИ им. А.Ф. Иоффе; зав. лабораторией, E-mail: nikolaev.v@mail.ioffe.ru

д-р техн. наук; Институт проблем машиноведения РАН; зав. лабораторией

Поступила в редакцию 29.06.2020 г.

Ссылка для цитирования: Поздняков А. О., Чернышов М. И., Семенча А. В., Николаев В. И., Кобыхно И. А., Фадин Ю. А. Прибор для регистрации параметров трения // Изв. вузов. Приборостроение. 2020. Т. 63, № 10. С. 950—955.

AN INSTRUMENT FOR FRICTION PARAMETERS REGISTRATION

А. О. Pozdnyakov1,2, М. I. Chernyshov1,3, А. V. Semencha3, V. I. Nikolaev1, I. А. Kobykhno3, |Yu. A. Fadin

1 loffe Institute, 194021, St. Petersburg, Russia E-mail: ao.pozd@mail.ioffe.ru

2 Institute for Problems in Mechanical Engineering of the RAS, 199178, St. Petersburg, Russia 3 Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University 195251, St. Petersburg, Russia

The paper presents the model of friction machine and its approbation in the friction geometry of thrust cylinder rotating on its axis against the flat counterbody. The paper also presents the principles of the registration of the friction torque by using strain gauge and calculation of friction coefficient in the friction geometry used in the machine. The operability and accuracy of friction coefficient measurements by using the instrument is illustrated by the friction experiments with the symmetric and asymmetric friction pairs of organic and inorganic materials (polymers, crystals, metals).

Keywords: friction machine, thrust cylinder, strain gauge, friction moment, friction coefficient, polymer, metal, crystal

1. Persson B.N.J. Sliding Friction, Springer, 2000, 515 p.

2. Pozdnyakov A.O., Ginzburg B.M., Lishevich I.V., Popov E.O., Pozdnyakov O.F. Voprosy materialovedeniya, 2013, no. 4(72), pp. 265-274. (in Russ.)

3. Pozdnyakov A.O., Chernyshov M.I., Semencha A.V., Golyandin S.N., Nikolaev V.I., Voznyakovskiy A.P., Fadin Yu.A. Journal of Instrument Engineering, 2020, no. 4(63), pp. 353-358 (in Russ.)

5. Friedrich K., Schlarb A. Trib. and Interface Engineering Series, 2008, no. 55, pp. 551.

6. Bartenev G.M., Lavrent’yev V.V. Treniye i iznos polimerov (Friction and Wear of Polymers), Leningrad, 1972, 240 p. (in Russ.)

7. Stolarski T.A. Mech. Mach. Theory, 1989, no. 5(24), pp. 373-381.

Data on authors

Aleksey O. Pozdnyakov — PhD, Associate Professor; loffe Institute; Senior Scientist;

E-mail: ao.pozd@mail.ioffe.ru Maxim I. Chernyshov — Magister; Ioffe Institute; Laboratory Assistant;

E-mail: chernyshov.maxim31@gmail.com Alexander V. Semencha — PhD, Associate Professor; Peter the Great St. Petersburg Poly-

technic University, Director of Higher School of Physics and Material Technology; E-mail: asemencha@spbstu.ru Vladimir I. Nikolaev — PhD; Ioffe Institute; Head of Laboratory;

E-mail: nikolaev.v@mail.ioffe.ru Ilya A. Kobykhno — Junior Scientist, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic

University; Engineer; E-mail: ilya.kobykhno@gmail.com Yury A. Fadin — Dr. Sci.; Institute for Problems in Mechanical Engineering of the

RAS; Head of Laboratory

For citation: Pozdnyakov A. O., Chernyshov M. I., A. V. Semencha A. V., Nikolaev V. I., Kobykhno I. A., Fadin Yu. A. An instrument for friction parameters registration. Journal of Instrument Engineering. 2020. Vol. 63, N 10. P. 950—955 (in Russian).

Регистры

Регистром называют цифровой узел, предназначенный для записи и хранения кода.

Помимо хранения некоторые виды регистров могут преобразовывать информацию, например, из последовательной во времени формы представления в параллельную и наоборот, сдвигать записанную информацию на один или несколько разрядов в сторону младшего или старшего разряда, инвертировать код.

Регистр представляет собой совокупность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове, и вспомогательных схем, обеспечивающих выполнение требуемых операций. В соответствии с назначением различают регистры хранения и регистры сдвига.

Основу регистра хранения составляют одноступенчатые Д — или RS- триггеры. Вариант четырехразрядного регистра хранения приведен на рис. 8.6.

Здесь использована ИС К155 ТМ8, которая содержит четыре Д- триггера с объединенными входами установки нуля и синхронизации. Числа в триггеры регистра записываются по входам Д при разрешающем сигнале С=1.

Регистры сдвига. Триггерным регистром сдвига называют совокупность триггеров с определенными связями между ними, при которых они действуют как единое устройство. В регистрах сдвига организация этих связей такова, что при подаче тактового импульса, общего для всех триггеров, выходное состояние каждого триггера сдвигается в соседний.

В зависимости от организации связей этот сдвиг может происходить влево или вправо:

Q2 > Q1, Q3 > Q2, Q4 > Q3, … , Qn > Qn-1 — сдвиг влево,

Q1 > Q2, Q2 > Q3, Q3 > Q4, … , Qn-1 > Qn — сдвиг вправо.

Ввод информации в регистр может выполняться различными способами, однако наиболее часто используют параллельный или последовательный ввод, при которых ввод двоичного числа осуществляется или одновременно во все разряды регистра, или последовательно во времени по отдельным разрядам.

В счетчиках импульсов находят применение сдвигающие регистры с последовательным вводом и выводом и со сдвигом вправо.

На рис.8.7 приведена схема четырехразрядного регистра сдвига, выполненного на RS — триггерах. В этой схеме каждый выход Q триггера соединен со входом S последующего разряда, а каждый выход — с входом R. Тактовые входы всех триггеров соединены вместе, и поступление сигнала синхронизации осуществляется одним общим импульсом через логический элемент И-НЕ (DD7). Состояние первого триггера определяется входными сигналами на входах X1 и X2 логического элемента И-НЕ (DD5). На вход X1 подается текущая информация, а на вход X2 сигнал разрешения ее передачи. Логический элемент НЕ (DD6) используется для инвертирования входного сигнала, подаваемого на вход S.

На рис. 8.7 б приведены временные диаграммы выходных сигналов триггеров, а в табл. 8.8 — состояния регистра сдвига при записи в первый разряд регистра единичного сигнала.

Если при поступлении первого тактового импульса на входах X1 и Х2 установлены сигналы X1=X2 = 1, которые затем снимаются к приходу второго тактового импульса, то в результате в первый триггер будет записан сигнал Q1 = 1.

С приходом второго тактового импульса в первый триггер будет записан сигнал Q1=0, а на выходе второго триггера появится сигнал Q2, который перед этим был на выходе первого триггера. При поступлении последующих тактовых импульсов единичный сигнал перемещается последовательно в третий и четвертый триггеры, после чего все триггеры устанавливаются в нулевое состояние.

Сдвиговые регистры можно реализовать также на D-триггерах или JK-триггерах. Для всех регистров сдвига характерны следующие положения:

1) необходима предварительная установка исходного состояние и ввод единицы в первый триггер ;

2) для регистра из n триггеров после поступления n входных тактовых импульсов первоначально введенная единица выводится, вследствие чего прямые выходы всех регистров оказываются в нулевом состоянии.

Интегральные микросхемы регистров сдвига бывают реверсивными, т. е. выполняющими сдвиг в любом направлении: вправо или влево. Направление сдвига определяется значением управляющего сигнала. Регистры сдвига применяют в качестве запоминающих устройств, в качестве преобразователей последовательного кода в параллельный, в качестве устройств задержки и счетчиков импульсов.

Применение регистров сдвига в качестве счетчиков очень неэкономично, так как модуль счета Kc=n, в то время как для двоичных счетчиков Kc=2n.

Параметры интегральных микросхем регистров

Что такое регистр с физической точке зрения?

Я сам физик — математик, недавно начал карьеру программиста. Хотелось бы проникнуться тонкостями связи программирования и физики (того, что происходит в момент компиляции, работы программы на физическом уровне) .

Посоветуйте пожалуйста целевую литеоратуру, чтобы понять как работает все то, что пишется словами в различных средах программирования. Интересует именно физические процессы.

Скажем записал я 0x0A в какой-то регистр, а как и почему это окажет влияние на то будет скажем какой-то ETHERNET порт принимать инфу или нет (сейчас такого рода задача) и так далее.

Дополнен 12 лет назад

Спасибо. Я это прекрасно понимаю, что мне это не обязательно знать, но свою любознательность, черт возьми, никуда не засунуть. Да к тому же (для себя) очень обидно (а порой и печально за себя) , что люди сведуют во всех этих физических процессах, а я нет, к тому же я еще и физик (на пути становления) , в области радио-телевещания.

Посоветуйте книжечку по этому делу пожалуйста (где физики по максимуму дается).

Лучший ответ

Программирование и физика на самом деле связаны крайне слабо, причём эта связь односторонняя. То есть для решения физических задач часто приходится прибегать к помощи копьютеров и программирования (в серьёзных физических экспериментах без этого просто никуда) , а вот обратное — понять принципы программирования через физические основы работы устройств — дело бесполезное. Потому что одна и та же программа может быть реализована на РАЗНЫХ физических устройствах. Даже на механических или пневматических (было такое направление в создании программируемых устройств — пневмоника. Там вместо электрических токов использовались потоки воздуха — устойчивость к электрическим помехам абсолютная!) .
Программа работает, полностью абстрагируясь от физической реализации устройства. Регистры и данные — это всего лишь состояния отдельных компонентов, из которых реализована аппаратная часть устройства. Это может быть реле (замкнуто — разомкнуто) , это может быть ламповый или транзисторный триггер (ток идёт через одно плечо — ток идёт через другое плечо) , это может быть КМОП-триггер, через который в стационарном состоянии ток вообще не течёт, но зато напряжение на разных плечах разное для разных состояний, и может быть даже конденсатор (заряд есть — заряда нет) . Не говоря уж о «фотонике», где сигнал — это наличие света.
Естественно, что ФИЗИЧЕСКИ все эти устройства выглядят по-разному. Работа реле сильно отличается от работы КМОП-инвертора. Но ИНФОРМАЦИОННО все они тождественны, а поэтому и программе, и программисту совершенно по фигу, что там происходит с электронами и участвую ли там ещё и дырки, и являются ли протекающие токи потоками электронов или потоком воздуха в трубочках.

Так что если хотите «по максимуму» познать работу полупроводниковых устройств (а на других принципах сейчас ничего более-менее программируемого и не найти.. . не считая разве что механического будильника) , а образование позволяет не бояться сложных формул, — могу посоветовать фундаментальную книжку С. Зи «Физика полупроводниковых приборов». Но этом именно ФИЗИКА ПРИБОРОВ, а не то, как устроен триггер или регистр. И уж тем более не то, как их программировать.

Остальные ответы

Регистр — ячейка памяти с которой взаимодействоет процессор (его «исполняющая» часть, если точно) . Внешнее оборудование может с ним работать лишь при помощи программ 🙂 (как-то так)

Вообще в современных ОС (к программированию микроконтролелров это конечно не относится) с оборудование программы взаимодействуют через специальные «прослойки» (обычно — реализованные «с точки зрения программы» как чтение/запись в файлы) . Типа, прога пишет чё-то в «файл», например COM1 (условно, пора уже USB юзать :-)), ОС это дело перехватывает и кидает данные в оборудование (с чтением всё аналогично)

На физическом уровне в момент компиляции не происходит ничего — просто созданная Вами запись программы в кодах, удобных для восприятия человеком («написанная на языке программирования»), перекодируется по заранее заданному алгоритму в запись, удобную для восприятия компьютером («в машинных кодах»).
Во время работы программы — на физическом уровне — происходит открытие или закрытие тех или иных электронных ключей в зависимости от текущего состояния остальных элементов электронной схемы процессора.
С физическими процессами, происходящими в компьютере во время его работы, должны быть знакомы так называемые системные программисты — те, кто создает новые версии операционных систем, драйверы устройств, «прошивки» и т. д. Они — да, должны знать работу устройства именно на уровне процессов, происходящих в микросхемах. Обычный же программист — должен знать языки программирования, но никогда не заморачивается тем, каким образом электроника исполняет создаваемые им программные продукты.

Это относится к программированию на низких уровнях, т. е работа с железом. Все регистры имеют свои адреса, например произошел сбой чтения HD система вписывает в регистр состояние и уточненное состояние HD/ Можно написать прогу которая обрабатывает все сбои лучше чем винда. Книг много, если интересуют напишите в личку завтра вышлю. Автор по моему Джордан.

физические процессы наверное будет лучше понять по учебникам для техникумов по радиотехнике, автоматике и т. п. .
авторов не скажу, т. к. давно это было. но найти их не составит труда.
в первую очередь это основы импульсной техники или импульсная техника. в таких книжках подробно разбирается работа элементарной логики, «и-или-не» и простых схем на базе ее, триггеры и память, счетчики, дешифраторы, мультиплексоры и прочее. на базе этих схем собирают все функциональные узлы процессоров.
более верхний уровень — это разобраться с процессорами х86. причем именно 8086. и логика сопутствующая им. более высокие модели процессоров будет гораздо легче понять по аналогии. а может это вообще не понадобится: почитаете обзоры современных процессоров (типа компьютерровских) и примете для себя все навороты как данность.
если хочется лезть наоборот поглубже — это книги по микроэлектронике. там узнаете как электроны и дырки летают в полупроводнике, образуют транзисторы и диоды, как физически устроены микросхемы, но это уже слишком глубоко. тут связь между программированием и предметной областью полностью теряется.

Астрономия
Науки о Земле

Решением оргкомитета сроки рецензирования продлены до 15 января 2024 г. включительно.

19.12.2023 — 19:54

Комиссии РАН по борьбе с лженаукой опубликовала 18 декабря 2023 г. Меморандум №3 О ЛЖЕНАУЧНОСТИ.

27.11.2023 — 22:35

Сроки регистрации и подачи тезисов продлены до 18 декабря 2023 г. включительно.

Авторизация

Главная » Сроки регистрации на Физике Космоса 2018

Сроки регистрации на Физике Космоса 2018

Опубликовано 18.11.2017 в 21:35

Регистрация на Школу и прием лекций и тезисов докладов продлены до 27 ноября 2017 г.

  • На главную
  • Контакты
  • О сайте

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *