Какие действия принадлежат приемнику
Перейти к содержимому

Какие действия принадлежат приемнику

  • автор:

Какие действия принадлежат приемнику

§ 113. Фотоэлектрические приемники излучения

Для увеличения точности фотометрии применяются фотоэлементы, устанавливаемые в фокусе телескопа. Кратко напомним физическую сущность фотоэлектрического эффекта. В металлах и полупроводниках, кроме электронов, связанных с отдельными атомами, имеются свободные электроны, которые могут перемещаться в пределах всей кристаллической решетки. Электрон может выйти из кристаллической решетки, если он приобретет энергию, превышающую определенную пороговую величину W 0 . Эта величина называется работой выхода. Электрон может по-лучить энергию различными способами, например, поглотив световой квант. Кванты с энергией, большей W 0 , могут выбивать электроны из поверхности облучаемого материала. Это явление называется внешним фотоэлектрическим эффектом или фотоэлектронной эмиссией. Не каждый квант с энергией, большей W 0 , выбивает электрон. Процентная доля квантов, выбивающих электроны, называется квантовым выходом. Обычно квантовый выход меньше 50%. Явление внешней фотоэлектронной эмиссии используется в фотоэлементах с внешним фотоэффектом, которые представляют собой простые двухэлектродные вакуумные приборы (рис. 112). Один из электродов

(отрицательный) называется фотокатодом, другой (положительный) — анодом. При освещении фотокатода из него выбиваются электроны, которые притягиваются анодом, и в цепи фотоэлемента течет ток (фототок), измеряемый достаточно чувствительным прибором. Фототок прямо пропорционален световому потоку, падающему на катод, и эта пропорциональность соблюдается в очень широких пределах. Чувствительность и спектральная характеристика фотокатода практически не меняется со временем. Эти обстоятельства позволяют выполнять фотометрические измерения с помощью фотоэлементов с очень высокой точностью (иногда до 0,1%), недоступной для фотографии. Благодаря высокой точности фотоэлектрическая техника прочно вошла в практику современной астрофизики.

Как известно, энергия кванта e = hv . Поэтому фотоэлектрический эффект может вызываться только излучением с частотой, превышающей

(закон Эйнштейна). Предельная частота n 0 называется красной границей фотоэффекта. Она зависит от материала фотокатода. Чистые металлы имеют большую работу выхода и не годятся для изготовления фотокатодов для длин волн l > 3000 Е, используемых в наземных астрономических наблюдениях и в технике. Поэтому разработаны специальные фотокатоды, имеющие сложную физико-химическую структуру, которая обеспечивает малую работу выхода. Наиболее распространенные типы современных фотокатодов — это сурьмяно-цезиевый, мультищелочной и кислородно-цезиевый. Их спектральные характеристики показаны на рис. 113. Фотокатоды для длин волн, превышающих 12 500 Е, отсутствуют. Из-за малой работы выхода фотокатод эмитирует не только фотоэлектроны, но и термоэлектроны, т.е. такие, которые из-за тепловых движений приобрели энергию, превышающую работу выхода, и смогли покинуть фотокатод. Они образуют термоэлектронный темновой ток, который мешает измерению слабых фототоков.

Простые фотоэлементы с внешним фотоэффектом применяются сейчас сравнительно редко. На смену им пришли более сложные фотоэлектрические приемники — фотоумножители (ФЭУ). В этих приборах используется явление вторичной электронной эмиссии: электрон, обладающий достаточной энергией и разогнанный электрическим полем, попав на поверхность с малой работой выхода, может выбить несколько электронов. Таким образом, с помощью вторичной электронной эмиссии можно получить усиление фототока. Между фотокатодом ( F ) и анодом ( A ) в ФЭУ (рис. 114) имеется некоторое количество вторичноэлектронных эмиттеров — динодов (Д1 , Д2 и т.д.). Форма и расположение всех

электронов ФЭУ, а также приложенные к ним напряжения таковы, что фотоэлектрон, вырвавшийся из фотокатода, попадает на первый динод и выбивает из него несколько электронов, которые затем попадают на второй динод и выбивают соответственно еще большее количество электронов и т.д. В результате каждый фотоэлектрон приводит к образованию лавины вторичных электронов (до 10 8 -10 9 ) на аноде. После фотоумножителя ставится либо прибор, измеряющий средний анодный ток, либо прибор, считающий отдельные импульсы, из которых состоит анодный ток. Поскольку каждый импульс соответствует отдельному фотоэлектрону, последний способ называется методом счета электронов. Так же как и в фотоэлементах, в фотоумножителях имеется фон темнового тока, мешающий измерениям слабых световых потоков.

Фотометрические приборы, в которых в качестве приемника света используется фотоэлемент или фотоумножитель, называются электрофотометрами. На рис. 115 приведена упрощенная схема звездного электрофотометра — прибора для фотоэлектрического измерения звездных величин: а — диафрагма, которая находится в фокусе телескопа; б — выдвижной окуляр с призмой для наведения на звезду; в — радиоактивный люминофор, который служит для контроля постоянства чувствительности; с — светофильтр; л — линза поля, которая проектирует на фотокатод изображение объектива телескопа; Ф — фотоумножитель; Б1 блок питания фотоумножителя; У — усилитель; Б2 — блок питания усилителя; Э — самопишущий электроизмерительный прибор, регистрирующий показания на движущейся бумажной ленте.

Наблюдатель в процессе измерений несколько раз вводит звезду в диафрагму и выводит ее. Когда звезды нет, прибор записывает отсчет от фона неба, обусловленного свечением верхней атмосферы. Этот отсчет пропорционален площади диафрагмы, поэтому диафрагму стараются брать поменьше. Когда звезда находится в диафрагме, прибор записывает суммарный отсчет от фона и звезды и при обработке наблюдатель берет разность обоих отсчетов. Сравнивая отсчеты n 1 и n 2 от разных звезд, можно определить разность звездных величин,

и по известной звездной величине m 1 одной звезды вычислить звездную величину m 2 другой звезды. Чтобы исключить влияние атмосферы, надо либо сравнивать звезды, находящиеся на одном зенитном расстоянии, либо определить из специальных наблюдений коэффициент прозрачности атмосферы.

Если звезды не очень слабые, то с помощью звездного электрофотометра можно получить точность 0 m ,005-0 m ,01. Пользуясь светофильтрами, можно электрофотометром определить цветовые характеристики звезд, а если ввести в оптический путь поляризационный анализатор, то можно измерять с высокой точностью степень поляризации света звезд.

В последнее время в астрономических наблюдениях все шире применяются преобразователи изображения — электоонно-оптические преобразователи (ЭОП) и телевизионные системы. Электронно-оптический преобразователь (рис. 116) состоит из фотокатода Ф, электронной линзы Л и экрана Э, люминесцирующего под действием электронов.

Электронная линза представляет собой положительно заряженный электрод, который разгоняет электроны до сравнительно большой энергии и заставляет их двигаться по строго определенным траекториям, так что фотоэлектрон, выбитый из какой-либо точки катода, попадает в только ей соответствующую точку экрана, и на экране образуется изображение такое же, как на фотокатоде, только более яркое. Благодаря большому квантовому выходу фотокатодов, ЭОП позволяет в принципе регистрировать изображения с более короткими экспозициями, чем обычная фотография. Особенно большой выигрыш в экспозиции дают ЭОП с кислородно-цезиевыми катодами (из-за низкой чувствительности эмульсий в инфракрасной области спектра).

Телевизионные системы с чувствительными телевизионными трубками в принципе также позволяют регистрировать очень слабые изображения, причем может быть получено большое усиление контраста. Однако такие системы более сложны, и в астрономическую практику внедряются медленно.

В инфракрасной области спектра ( l > 1 мк) для регистрации излучения используются главным образом фотосопротивления — пленочные слои или кристаллы определенных полупроводниковых веществ, концентрация или подвижность носителей заряда в которых возрастает при облучении. Это явление называется фотопроводимостью и может быть использовано для регистрации излучения вплоть до миллиметрового диапазона.

Красная граница спектральной характеристики фотосопротивления определяется конкретной природой материала. Фотосопротивления, чувствительные в инфракрасной области спектра, как правило, требуют охлаждения до низкой температуры.

Высокая чувствительность в инфракрасной области может быть получена также с помощью некоторых типов болометров, охлаждаемых жидким гелием. Болометры принадлежат к классу тепловых приемников, действие которых основано на увеличении температуры при поглощении излучения. В болометрах используется зависимость электрического сопротивления от температуры. К классу тепловых приемников относятся также термопары, в которых используется термоэлектрический эффект, и оптико-акустические преобразователи (ОАП), в которых излучение поглощается в некотором газовом объеме, нагревает его и расширяет. Термопары и ОАП работают без охлаждения и годятся только для измерения сравнительно больших потоков излучения. Все тепловые приемники имеют перед фотоэлектрическими то преимущество, что их чувствительность в принципе не зависит от длины волны, т.е. они не селективны.

В приборах, установленных на искусственных спутниках, для регистрации рентгеновского излучения используются счетчики Гейгера, сцинтилляционные счетчики и фотоумножители с особыми фотокатодами. Счетчики Гейгера представляют собой колбу с двумя электродами, наполненную некоторым газом, ионизующимся под действием рентгеновского излучения, и имеющую прозрачное для него окно. Рентгеновский квант, пройдя через газ, образует пару ион — электрон, они ускоряются в электрическом поле между электродами, сталкиваются с нейтральными молекулами, ионизуют их, и в результате образуется лавина ионов и электронов, которая регистрируется в виде импульса тока. Каждый импульс соответствует одному кванту.

Сцинтилляционный счетчик состоит из сцинтиллятора — пластины вещества, которое дает световую вспышку при попадании рентгеновского кванта, — и фотоумножителя, который эту вспышку регистрирует. Разработаны фотоумножители, катоды которых непосредственно воспринимают рентгеновские кванты. В этом случае сцинтиллятор не нужен.

Сцинтилляционные счетчики специальных типов используются и для обнаружения гамма-квантов при энергиях меньше 30 Мэв. При энергиях более 30 Мэв гамма-кванты образуют при взаимодействии с веществом электронно-позитронные пары, которые могут регистрироваться ионизационными камерами и ядерными эмульсиями. Если энергия кванта больше 1000 Мэв, то образованная им электронно-позитронная пара вызывает достаточно яркую вспышку при движении в атмосфере, которая может быть обнаружена специально сконструированным наземным телескопом. Эта вспышка объясняется оптическим эффектом, открытым акад. П.А. Черенковым: электрон или позитрон, имеющий скорость большую, чем скорость распространения света в некоторой среде (она всегда меньше, чем скорость света в пустоте), излучает световую энергию. Это излучение сконцентрировано в довольно узком угле, и, наблюдая его, можно определить направление прихода пары и породившего ее кванта.

Процесс передачи информации, источник и приемник информации, канал передачи информации. Скорость передачи данных.

В любом процессе передачи или обмене информацией существует ее источник и получатель, а сама информация передается по каналу связи с помощью сигналов: механических, тепловых, электрических и др. В обычной жизни для человека любой звук, свет являются сигналами, несущими смысловую нагрузку. Например, сирена — это звуковой сигнал тревоги; звонок телефона — сигнал, чтобы взять трубку; красный свет светофора — сигнал, запрещающий переход дороги. В качестве источника информации может выступать живое существо или техническое устройство. От него информация попадает на кодирующее устройство, которое предназначено для преобразования исходного сообщения в форму, удобную для передачи. С такими устройствами вы встречаетесь постоянно: микрофон телефона, лист бумаги и т. д. По каналу связи информация попадает в декодирующее устройство получателя, которое преобразует кодированное сообщение в форму, понятную получателю. Одни из самых сложных декодирующих устройств — человеческие ухо и глаз. В процессе передачи информация может утрачиваться, искажаться. Это происходит из-за различных помех, как на канале связи, так и при кодировании и декодировании информации. С такими ситуациями вы встречаетесь достаточно часто: искажение звука в телефоне, помехи при телевизионной передаче, ошибки телеграфа, неполнота переданной информации, неверно выраженная мысль, ошибка в расчетах. Вопросами, связанными с методами кодирования и декодирования информации, занимается специальная наука — криптография. При передаче информации важную роль играет форма представления информации. Она может быть понятна источнику информации, но недоступна для понимания получателя. Люди специально договариваются о языке, с помощью которого будет представлена информация для более надежного ее сохранения. Прием-передача информации могут происходить с разной скоростью. Количество информации, передаваемое за единицу времени, естьскорость передачи информацииили скорость информационного потока. Очевидно, эта скорость выражается в таких единицах, как бит в секунду (бит/с), байт в секунду (байт/с), килобайт в секунду (Кбайт/с) и т.д. К сожалению, в отношении трактовки приставок существует неоднозначность. Встречается два подхода:

  • при одном, килобит трактуется как 1000 бит (как килограмм или километр), мегабит как 1000 килобит и т. д. Основной довод сторонников такого подхода — отсутствие сложности в вычислениях.
  • при другом подходе, килобит трактуется как 1024 бита (как килобайт), мегабит как 1024 килобита и так далее. Основной довод — соответствие с традиционными для вычислительной техники килобайтами (1024 байта), мегабайтами и т. п.

Применяются оба подхода, хотя для бита правильным считается «стандартный» подход, в отличии от байта, с которым «компьютерный» подход признают основным за традиционность. К битам, «компьютерный» подход применяют, преимущественно в компьютерной технике и программах. Максимальная скорость передачи информации по каналу связи называется пропускной способностью канала. Следует упомянуть еще одну единицу измерения скорости передачи информации – бод. Бод (англ. baud) в связи и электронике — единица скорости передачи сигнала, количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду. Названа по имени Эмиля Бодо, изобретателя кода Бодо — кодировки символов для телетайпов. Зачастую, ошибочно считают что бод это количество бит переданное в секунду. В действительности же, это верно лишь для двоичного кодирования, которое используется не всегда. Например, в современных модемах используется квадратурная амплитудная манипуляция (КАМ), и одним изменением уровня сигнала может кодироваться несколько (до 16) бит информации. Например, при скорости изменения сигнала 2400 бод, скорость передачи может составлять 9600 бит/c, благодаря тому, что в каждом временном интервале передаётся 4 бита. Кроме этого, бодами выражают полную емкость канала, включая служебные символы (биты), если они есть. Эффективная же скорость канала выражается другими единицами, например битами в секунду. Одним из самых совершенных средств связи являются оптические световоды. Информация по таким каналам передается в виде световых импульсов, посылаемых лазерным излучателем. Оптические каналы отличаются от других высокой помехоустойчивостью и пропускной способностью, которая может составлять десятки и сотни мегабайт в секунду. Например, при скорости 50 Мбайт/с в течении 1 секунды передается объем информации, приблизительно равный содержанию 10 школьных учебников. 8. Системы счисления. Позиционные и непозиционные системы счисления. Алгоритмы перевода чисел из одной системы счисления в другую (стандартным способом, с помощью таблиц перевода). КОДИРОВАНИЕ информации — представление информации в той или иной стандартной форме. Например, письменность и арифметика — кодирование речи и числовой информации, музыку кодируют с помощью нот. Чтобы использовать числа их нужно как-то записывать и называть. Самые первые системы нумерации возникли в Др. Египте и Месопотамии — применяли иероглифы СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ — способы кодирования числовой информации,т.е. способ записи чисел с помощью некоторого алфавита, символы которого называют цифрами. В зависимости от способов изображения чисел цифрами, системы счисления делятся на непозиционные и позиционные. Непозиционной системой называется такая, в которой количественное значение каждой цифры не зависит от занимаемой ей позиции в изображении числа (римская система счисления). Позиционной системой счисления называется такая, в которой количественное значение каждой цифры зависит от её позиции в числе (арабская система счисления). Количество знаков или символов, используемых для изображения числа, называется основанием системы счисления. В древнем Вавилоне делили час на 60 мин., угол на 360 градусов, англосаксы начали делить год на 12 месяцев, сутки на два периода по 12 часов, продолжительность года 360 суток. В Риме семь чисел обозначают буквами. 1-I, 5-V, 10-X, 50- L,100-C, 500-D, 1000-M IV (4=5-1) VI (6=5+1) Значение числа определяется как сумма или разность цифр числа. Это НЕПОЗИЦИОННАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ. Славяне числа кодировали буквами а=1, В=2, Г=3; чтобы избежать путаницы ставился специальный знак ~ титло АЛФАВИТНАЯ система счисления. Славянская нумерация сохранялась до конца XVII века. При ПетреI возобладала т.называемая арабская нумерация. Славянская нумерация сохранилась в богослужебных книгах. Самой популярной системой кодирования чисел оказалась позиционная, десятичная. Используются десять цифр. Значение каждой определяется той позицией, которую цифра занимает в записи числа. Эта система пришла из Индии, где она появилась не позднее VI века,европейцы заимствовали ее у арабов,назвав ее арабской. Из арабского языка заимствовано слово «цифра». Причина ее возникновения анатомическая-10 пальцев АНАТОМИЧЕСКАЯ система счисления (существовали пятиричные, двадцатиричные системы счисления) Напр., 23 -три единицы, два десятка 32 -две единицы, три десятка 400 -4 сотни, два 0 вклад в число не дают, нужны для того,чтобы указывать позицию 4. В десятичной позиционной системе особую роль играет число 10 и его степени, например, 1996 — 6 единиц, 9 десятков, 9 сотен 1 тысяча или 1996=6+9*10+9*100+1*1000, т.к.1000=10 3 в третьей степени, 100=10 2 , 10=10 1 , т.о. 1996=1*10 3 + 9*10 2 + 9*10 1 +6*10 0. ЛЮБОЕ ЧИСЛО В НУЛЕВОЙ СТЕПЕНИ РАВНО ЕДИНИЦЕ 0,10 = 1 Т.е. любое 4-х значное число можно записать в следующем виде: N=a3*10 3 +a2*10 2 +a1*10 1 +a0*10 0 a3, a2, a1, a0-десятичные цифры, от 1 до 9 или коэффициенты 3 2 1 0 -разряды, степени число 10 со степенями называют основанием системы счисления Но основанием системы может быть не обязательно число 10, т.о. мы можем записать число в р-ичной системе, где основанием будут степени числа р Т.о. любое число N в р-ичной системе мы можем представить в виде формулы: N=an*P n +an-1*P n-1 +. +a1*P 1 +a0*P 0 Если взять за основание 60, то придется использовать 60 разных цифр. Такая система была в Древнем Вавилоне. Если основанием возьмем 2, получим систему всего с двумя цифрами: 0 и 1. К сожалению в этой системе даже небольшие числа записываются слишком длинно, так 1995 в двоичной системе записывается 199510=111110010112 Система счисления, где 2 является основанием системы называется ДВОИЧНОЙ СИСТЕМОЙ СЧИСЛЕНИЯ относится к МАШИННОЙ СИСТЕМЕ СЧИСЛЕНИЯ, к машинным системам счисления относятся и восьмиричная и шестнадцатиричная. Т.о. существуют следующие системы счисления: ВАВИЛОНСКАЯ,РИМСКАЯ,АЛФАВИТНЫЕ, АНАТОМИЧЕСКИЕ, МАШИННЫЕ Системы счисления делятся так же на ПОЗИЦИОННЫЕ И НЕПОЗИЦИОННЫЕ . ПЕРЕВОД ИЗ ДВОИЧНОЙ В ДЕСЯТИЧНУЮ СИСТЕМУ СЧИСЛЕНИЯ Как узнать чему равно девятизначное двоичное число N=1111101002 Подпишем сверху каждый разряд 87654321010 — 1 разряды (степени двойки) 1111101002 В двоичной системе особую роль играет двойка и ее степени. Т.о.111110100=1*28 +1*27 +1*26 +1*25 +1*24 +0*23 +1*22 +0*21 +0*20 =1*256+1*128+1*64 +1*32 +1*16 +0*8 +1*4 +0*2 +0*1=256 + 128 + 64 + 32 + 16 + 0 + 4 + 0 +0 =500 ПЕРЕВОД В ДВОИЧНУЮ СИСТЕМУ СЧИСЛЕНИЯ ЧИСЕЛ ИЗ ДЕСЯТИЧНОЙ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ Пусть нужно перевести в двоичную систему число 234. Будем делить 234 последовательно на 2 и запоминать остатки, не забывая про нулевые. Выписав все остатки, начиная с последнего 3 в обратном порядке,получим двоичное разложение числа. 23410 = 111010102 ВОСЬМЕРИЧНАЯ И ШЕСТНАДЦАТЕРИЧНАЯ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ Запись числа в двоичной системе удобна для компьютера, но громоздка для человека. На помощь приходят системы, родственные двоичной ВОСЬМИРИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ использует 8 цифр: 0,1,2,3,4,5,6,7. Единица, записанная в самом младшем разряде означает просто единицу (1*8 в нулевой степени), та же единица в следующем разряде обозначает 8 (1*8 в первой), в следующем 64(1*8 во второй)и т.д. 2 1 0 1- разряды (степени восьмерки) 1008 =1*8 2 +0*8 1 +0*8 0 = 1*64+0+0=6410 8 — это 2 в третьей степени. При переводе в восьмиричную систему двоичное число из трех записывается одной цифрой.

Восьмиричная запись Двоичное представление впереди стоящий 0 ничего не значит
0 000
1 001
2 010
3 011
4 100
5 101
6 110
7 111

Для перевода из двоичной в восьмиричную число, записанное в двоичной системе делим на триады справа налево Например , 11011100011=11 011 100 011 и заменить каждую группу одной восьмиричной цифрой 2 2 4 2 и получим 22428 Для перевода числа из восьмиричной системы в двоичную достаточно заменить каждую цифру на ее перевод в двоичную систему, представив каждую цифру в виде триады (1 в двоичной системе 1 добавляем до триады впереди 00)

6 1 1
110 001 001

Еще компактней выглядит запись двоичного числа в ШЕСТНАДЦАТИРИЧНОЙ СИСТЕМЕ СЧИСЛЕНИЯ. Для первых 10 из 16 шестнадцатиричных цифр используются привычные цифры 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9, а для остальных используют первые буквы латинского алфавита A-10 D-13 B-11 E-14 C-12 F-15 Цифра 1 в самом младшем разряде означает 1, в следующем разряде означает 16 (в первой степени), в следующем разряде 16*16 (16 2 )=256, в следующем разряде 1*16 3 и т.д. 100 16 =256 10 Цифра F, записанная в самом младшем разряде означает 15 в десятичной системе, F в следующем разряде означает 15*16 в первой степени в десятичной системе и т.д. 2 1 0 — 1 разряды (степени числа 16) Число 21016=10*16 2 +15*16 1 +0*16 0 21016=10*256+240+0*1=2560+240+0=280010 2 1 0 BAD16= 11*162+10*161+13*160=11*256+10*16+13*1=2816+160+13=298910 16 — это 2 в четвертой степени. При переводе из двоичной системы в шестнадцатиричную число двоичное число из 4-х цифр кодируется числом из одной цифры в шестнадцатиричной системе. Для перевода числа из шестнадцатеричной системы в двоичную достаточно заменить каждую цифру на ее перевод в двоичную, представив каждую цифру в виде сочетания четырех 1 и 0

A O F AOF16
1010 0000 1111

Как осуществить перевод чисел из двоичной системы в шестнадцатиричную? Необходимо разбить число, записанное в двоичной системе на группы по 4 разряда справа налево, заменив каждую группу одной шестнадцатиричной цифрой

1101 1010 1101 в двоичной
11 10 13 в десятичной
B A D в шестнацетиричной
10 2 8 16
0 000 0 0
1 001 1 1
2 010 2 2
3 011 3 3
4 100 4 4
5 101 5 5
6 110 6 6
7 111 7 7
8 1000 10 8
9 1001 11 9
10 1010 12 A
11 1011 13 B
12 1100 14 C
13 1101 15 D
14 1110 16 E
15 1111 17 F

9.Основные компоненты компьютера, их функциональное назначение и принципы работы. Программный принцип работы компьютера. С давних времен люди стремились облегчить свой труд. С этой целью создавались различные машины и механизмы, усиливающие физические возможности человека. Компьютер был изобретен в середине XX века для усиления возможностей интеллектуальной работы человека, т.е. работы с информацией. Из истории науки и техники известно, что идеи многих изобретений человек подглядел в природе. Например, еще в XV веке великий итальянский ученый и художник Леонардо да Винчи изучал строение тел птиц и использовал эти знания для конструирования летательных аппаратов. Русский ученый Н.Е. Жуковский, основоположник науки аэродинамики, также исследовал механизм полета птиц. А с кого списали компьютер? С самого себя. Только человек постарался передать компьютеру не свои физические, а свои интеллектуальные способности, т.е. возможность работы с информацией. По своему назначению компьютер — это универсальное техническое средство для работы с информацией. По принципам своего устройства компьютер — это модель человека, работающего с информацией Имеются четыре основных компонента информационной функции человека:

  • прием (ввод) информации;
  • запоминание информации (память);
  • процесс мышления (обработка информации);
  • передача (вывод) информации.

Компьютер включает в себя устройства, выполняющие эти функции мыслящего человека:

  • устройства ввода,
  • устройства запоминания (память),
  • устройство обработки (процессор),
  • устройства вывода.

Работая с информацией, человек пользуется не только теми знаниями, которые помнит, но и книгами, справочниками и другими внешними источниками. У компьютера тоже есть два вида памяти: оперативная (внутренняя) и долговременная (внешняя) память. Конструктивно эти части могут быть объединены в одном корпусе размером с книгу или же каждая часть может состоять из нескольких достаточно громоздких устройств. Схема устройства компьютера: Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1946 году американским ученым Джоном фон Нейманом. Дж. фон Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах. Хоть компьютер и похож на человека по принципу своего устройства, но нельзя отождествлять «ум компьютера» с умом человека. Важное отличие в том, что работа компьютера строго подчинена заложенной в него программой, человек же сам управляет своими действиями. Программа – это указание на последовательность действий (команд), которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации. Таким образом, программный принцип работы компьютера, состоит в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. Информация, обрабатываемая на компьютере, называется данными. Во время выполнения программы она находится во внутренней памяти. Принципы фон-Неймана:

  1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности.
  2. Принцип адресности. Основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору времени доступна любая ячейка.
  3. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Таким образом, компьютер представляет собой совокупность устройств и программ, управляющих работой этих устройств. Аппаратное обеспечение — система взаимосвязанных технических устройств, выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации. Программное обеспечение – совокупность программ, хранящихся на компьютере. Описание устройства и принципов работы компьютера, достаточное для пользователя и программиста называют архитектурой ЭВМ. Архитектура не включает в себя конструктивных подробностей устройства машины, электронных схем. Эти сведения нужны конструкторам, специалистам по наладке и ремонту ЭВМ. В течении первых тридцати лет развития вычислительной техники компьютеры были крупногабаритными и дорогими устройствами. Из-за высокой стоимости они использовались коллективно. Компьютеры можно было найти в больших корпорациях, университетах, исследовательских центрах, государственных учреждениях и, конечно же, у военных. В России за компьютерами коллективного использования закрепился термин ЭВМ. Создание персональных компьютеров стало возможным в семидесятых годах. Уточнение «персональный» здесь не случайно – это значит свой, личный, доступный большинству людей, ведь существует большое количество других видов компьютеров, которые персональными никак не назвать – рабочие станции для предприятий, серверы для связи множества компьютеров в сеть и др. в дальнейшем, говоря «компьютер» мы будем иметь в виду именно персональный компьютер. Персональный компьютер – это компьютер, предназначенный для личного использования. Как правило, один экземпляр персонального компьютера используется только одним, или, в крайнем случае, несколькими пользователями (например, в семье). По своим характеристикам он может отличаться от больших ЭВМ, но функционально способен выполнять аналогичные операции. По способу эксплуатации различают настольные, портативные и карманные модели ПК. В дальнейшем мы будем рассматривать настольные модели и приемы работы с ними. На современном рынке вычислительной техники разнообразие модификаций и вариантов компьютеров огромно, но любой, даже самый необычный комплект неизменно включает одни и те же виды устройств. Базовая конфигурация ПК — минимальный комплект аппаратный средств, достаточный для начала работы с компьютером. В настоящее время для настольных ПК базовой считается конфигурация, в которую входит четыре устройства:

  • Системный блок;
  • Монитор;
  • Клавиатура;
  • Мышь.

Системный блок – основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключающиеся к системному блоку снаружи, считаются внешними. В системный блок входит процессор, оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, на оптический дисках и некоторые другие устройства. Монитор – устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры. В настольных компьютерах обычно используются мониторы на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) или плоские мониторы на жидких кристаллах (ЖК). Изображение на экране ЭЛТ монитора создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой. Этот пучок электронов разгоняется высоким электрическим напряжением (десятки киловольт) и падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытую люминофором (веществом, светящимся под воздействием пучка электронов). Система управления пучком заставляет пробегать его построчно весь экран (создает растр), а также регулирует его интенсивность (соответственно яркость свечения точки люминофора). Пользователь видит изображение на экране монитора, так как люминофор излучает световые лучи в видимой части спектра. Качество изображения тем выше, чем меньше размер точки изображения (точки люминофора), в высококачественных мониторах размер точки составляет 0,22 мм. Однако монитор является также источником высокого статического электрического потенциала, электромагнитного и рентгеновского излучений, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Современные мониторы практически безопасны, так как соответствуют жестким санитарно-гигиеническим требованиям, зафиксированным в международном стандарте безопасности ТСО’99. LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электрического напряжения могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча, проходящего сквозь них. Преимущество ЖК-мониторов перед мониторами на ЭЛТ состоит в отсутствии вредных для человека электромагнитных излучений и компактности. Но ЖК-мониторы обладают и недостатками. Наиболее важные из них – это плохая цветопередача и смазывание быстро движущейся картинки. Иначе говоря, если взять достаточно качественный ЭЛТ-монитор, то он будет пригоден для любых задач без оговорок – для работы с текстом, для обработки фотографий, для игр и так далее; в то же время среди ЖК-мониторов можно выделить модели, подходящие для игр – но они непригодны для работы с фотографиями, можно выделить модели, имеющие прекрасную цветопередачу – но они плохо подходят для динамичных игр, и так далее. Мониторы могут иметь различный размер экрана. Размер диагонали экрана измеряется в дюймах (1 дюйм =2,54 см) и обычно составляет 17, 19, 21 и более дюймов. Клавиатура – клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации. Информация вводиться в виде алфавитно-цифровых символьных данных. Стандартная клавиатура имеет 104 клавиши и 3 информирующих о режимах работы световых индикатора в правом верхнем углу. Мышь – устройство «графического» управления. В оптико-механических мышах основным рабочим органом является массивный шар (металлический, покрытый резиной). При перемещении мыши по поверхности он вращается, вращение передается двум валам, положение которых считывается инфракрасными оптопарами (т.е. парами «светоизлучатель-фотоприемник») и затем преобразующийся в электрический сигнал, управляющий движением указателя мыши на экране монитора. Главным «врагом» такой мыши является загрязнение. В настоящее время широкое распространение получили оптические мыши, в которых нет механических частей. Источник света размещенный внутри мыши, освещает поверхность, а отраженны свет фиксируется фотоприемником и преобразуется в перемещение курсора на экране. Современные модели мышей могут быть беспроводными, т.е. подключающимися к компьютеру без помощи кабеля. Периферийными называют устройства, подключаемые к компьютеру извне. Обычно эти устройства предназначены для ввода и вывода информации. Вот некоторые из них:

  • Принтер;
  • Сканер;
  • Модем;
  • Web-камера.

Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой смены информационных носителей. Разъемы некоторых устройств выведены на заднюю стенку – они служат для подключения периферийного оборудования. К некоторым устройствам системного блока доступ не предусмотрен – для обычной работы он не требуется. Материнская плата – самая большая плата ПК. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с оперативной памятью, — так называемые шины. К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем – так называемый чипсет. Процессор. Микропроцессор – основная микросхема ПК. Все вычисления выполняются в ней. Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом деле не является большой по размеру и представляет собой, наоборот, маленькую плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 20х20 мм, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является большой по количеству элементов. Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество функциональных элементов, размеры которых составляют всего около 0.13 микрон (1 микрон = 10 -6 м). Например, в процессоре Intel Core 2 Duo с 4 МБ кэш-памяти их около 291 миллиона. Основная характеристика процессора – тактовая частота (измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц)). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность компьютера. Есть еще несколько важных характеристик процессора – тип ядра и технология производства, частота системной шины. Единственное устройство, о существовании которого процессор «знает от рождения» – оперативная память – с нею он работает совместно. Данные копируются в ячейки процессора (регистры), а затем преобразуются в соответствии с командами (программой). Оперативная память (ОЗУ), предназначена для хранения информации, изготавливается в виде модулей памяти. Оперативную память можно представить как обширный массив ячеек, в которых хранятся данные и команды в то время, когда компьютер включен. Процессор может обратится к любой ячейки памяти. Важнейшей характеристикой модулей памяти является быстродействие. Модули памяти могут различаться между собой по размеру и количеству контактов, быстродействию, информационной емкостью и т.д. Может возникнуть вопрос — почему бы не использовать для хранения промежуточных данных жесткий диск, ведь его объем во много раз больше? Это делать нельзя, так как скорость доступа к оперативной памяти у процессора в сотни тысяч раз больше, чем к дисковой. Для длительного хранения данных и программ широко применяются жесткие диски (винчестеры). Выключение питания компьютера не приводит к очистке внешней памяти. Жесткий диск – это чаще не один диск, а пакет (набор) дисков с магнитным покрытием, вращающихся на общей оси. Основным параметром является емкость, измеряемая в гигабайтах. Средний размер современного жесткого диска составляет 120 — 250 Гбайт, причем этот параметр неуклонно растет. Винчестером он сначала в шутку был назван в 1973 году, так как некоторые его технические характеристики по названию походили на марку знаменитой винтовки «винчестер». С тех пор название прижилось. Видеоадаптер – внутренне устройство, устанавливается в один из разъемов материнской платы, и служит для обработки информации, поступающей от процессора или из ОЗУ на монитор, а также для выработки управляющих сигналов. В первых персональных компьютерах видеоадаптеров не было. Вместо них в оперативной памяти отводилась небольшая область для хранения видеоданных. Специальная микросхема (видеоконтроллер) считывала данные из ячеек видеопамяти и в соответствии с ними управляла монитором. По мере улучшения графических возможностей компьютеров область видеопамяти отделили от основной оперативной памяти и вместе с видеоконтроллером выделили в отдельный прибор, который назвали видеоадаптером. Современные видеоадаптеры имеют собственный вычислительный процессор (видеопроцессор), который снизил нагрузку на основной процессор при построении сложных изображений. Особенно большую роль видеопроцессор играет при построении на плоском экране трехмерных изображений. В ходе таких операций ему приходится выполнять особенно много математических расчетов. В некоторых моделях материнских плат функции видеоадаптера выполняют микросхемы чипсета — в этом случае говорят, что видеоадаптер интегрирован с материнской платой. Если же видеоадаптер выполнен в виде отдельного устройства, его называют видеокартой. Разъем видеокарты выведен на заднюю стенку. К нему подключается монитор. Звуковой адаптер. Для компьютеров IBM PC работа со звуком изначально не была предусмотрена. Первые десять лет существования компьютеры этой платформы считались офисной техникой и обходились без звуковых устройств. В настоящее время средства для работы со звуком считаются стандартными. Для этого на материнской плате устанавливается звуковой адаптер. Он может быть интегрирован в чипсете материнской платы или выполнен как отдельная подключаемая плата, которая называется звуковой картой. Разъемы звуковой карты выведены на заднюю стенку компьютера. Для воспроизведения звука к ним подключают звуковые колонки или наушники. Отдельный разъем предназначен для подключения микрофона. При наличии специальной программы это позволяет записывать звук. Имеется также разъем (линейный выход) для подключения к внешней звукозаписывающей или звуковоспроизводящей аппаратуре (магнитофонам, усилителям и т.п.). Сетевая карта (или карта связи по локальной сети) служит для связи компьютеров в пределах одного предприятия, отдела или помещения находящихся на расстоянии не более 150 метров друг от друга. При наличии специальных дополнительных устройств можно организовать связь компьютеров и на большие расстояния. Основным параметром сетевой карты является скорость передачи информации и измеряется она в мегабайтах в секунду. Типовая норма от 10 до 100 мегабайт в секунду. Для транспортировки данных используют дискеты и оптические диски (CD-ROM, DVD-ROM, BD-ROM). Стандартный гибкий диск (дискета) имеет сравнительно небольшую емкость (одной дискеты – 1.44 Мбайт). По современным меркам этого совершенно недостаточно для большинства задач хранения и транспортировки данных. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970-х — начале 1990-х годов. Для записи и чтения данных, размещенных на гибких дисках, служит специальное устройство – дисковод. Дисковод — устройство, позволяющее сохранить информацию на дискеты. Гибкие диски не являются надежными носителями информации. Данные могут быть утрачены вследствие механических повреждений магнитной поверхности, воздействия внешних электромагнитных полей из-за дефектов и др. вероятность утраты данных для дискет среднего качества достаточно большая величина (3-5%). Для транспортировки больших объемов данных удобно использовать компакт-диски CD-ROM. Аббревиатура «CD-ROM» означает «Compact Disk Read Only Memory» и обозначает компакт-диск как носитель информации широкого применения. Емкость одного диска составляет порядка 650-700 Мбайт. Принцип хранения данных на компакт-дисках не магнитный, как у гибких дисков, а оптический. Данные с диска читаются при помощи лазерного луча. Для чтения компакт-дисков служат дисководы CD-ROM. Основной параметр дисковода CD-ROM — скорость чтения. Она измеряется в кратных единицах. За единицу принята скорость чтения, утвержденная в середине 80-х гг. для музыкальных компакт-дисков (аудиодисков). Современные дисководы CD-ROM обеспечивают скорость чтения 40х — 52х. Обычные компакт-диски штампуются на заводах и они не могут быть записаны в домашних условиях. Существуют и диски, предназначенные для записи в домашних условиях: CD-R (Compact Disk Recordable) для однократной записи и CD-RW (Compact Disk ReWritable) для многократной. DVD (англ. Digital Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск или Digital Video Disk — цифровой видеодиск) — носитель информации в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт дисков. Однослойный односторонний DVD имеет емкость 4,7 Гбайт. Единица скорости (1x) чтения/записи DVD составляет 1 385 000 байт/с (т.е. около 1352 Кбайт/с = 1,32 Мбайт/с), что примерно соответствует 9-й скорости (9x) чтения/записи CD. Blu-ray Disc или сокращённо BD (от англ. blue ray — голубой луч и disc — диск) — это следующие поколение формата оптических дисков — используемый для хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью. Blu-ray (букв. «голубой-луч») получил своё название от коротковолнового 405 нм «синего» (технически сине-фиолетового) лазера, который позволяет записывать и считывать намного больше данных, чем на DVD, который имеет те же физические объёмы, но использует для записи и воспроизведения красный лазер большей длины волны (650 нм). Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить до 27 Гбайт информации. Коммуникационные порты. Для связи с другими устройствами, например принтером, сканером, клавиатурой, мышью и т. п., компьютер оснащается так называемыми портами. Порт — это не просто разъем для подключения внешнего оборудования, хотя порт и заканчивается разъемом. Порт — более сложное устройство, чем просто разъем, имеющее свои микросхемы и управляемое программно. Примеры портов:

  • COM (последовательный порт)
  • LTP (параллельный порт)
  • USB (последовательный с высокой производительностью)
  • PS/2 (универсальный для подключения мыши и клавиатуры)

Через последовательные порты данные передаются последовательно байт за байтом. Предельное значение производительности последовательного порта – 112 Кбит/с. Этого недостаточно для передачи больших объемов данных, поэтому к последовательным портам подключают устройства, не требующие высокой производительности: модемы, мыши, устаревшие модели принтеров. Через параллельный порт передаются одновременно все восемь битов, составляющих один байт. Предельное значение производительности параллельного порта – 5 Мбайт/с. К этому порту, как правило, подключается принтер. Преимущество параллельного порта от последовательного заключается еще в возможности использования более длинных кабелей для соединения (до 10 м против 1.5 м). Все современные компьютеры комплектуются портами нового поколения – USB. Это порты последовательного типа, но с высокой производительностью (до 12 Мбайт/с). Кроме высокой производительности к достоинствам USB портов относится удобство работы с ними: не требуется выключать оборудование перед стыковкой, возможно подключение нескольких устройств к одному порту. Многие модели современной периферийного оборудования могут подключаться к портам этого типа. Кроме универсальных коммуникационных портов, предназначенных для любого оборудования, компьютер имеет два специализированных порта для подключения мыши и клавиатуры – это порты PS/2. Другие устройства к этим портам не подключаются. 10. Программное обеспечение компьютера, состав и структура. Назначение операционной системы. Командное взаимодействие пользователя с компьютером. Графический пользовательский интерфейс. В 50-60-е годы, когда компьютер еще назывался ЭВМ (электронно-вычислительная машина), он мог только вычислять. Процесс обработки информации состоял в операциях над числовыми данными. В 70-е годы компьютер «научился» работать с текстом. Пользователь получил возможность редактировать и форматировать текстовые документы. В настоящее время большая часть компьютеров и большая часть времени используется для работы именно с текстовыми данными. В 80-е годы появились первые компьютеры, способные работать с графической информацией. Сейчас компьютерная графика широко используется в деловой графике (построение диаграмм, графиков и так далее), в компьютерном моделировании, при подготовке презентаций, при создании web-сайтов, в рекламе на телевидении, в анимационном кино и так далее. Применение компьютеров для обработки графических данных постоянно расширяется. В 90-е годы компьютер получил возможность обрабатывать звуковую информацию. Любой пользователь современного персонального компьютера может воспользоваться стандартными приложениями для прослушивания, записи и редактирования звуковых файлов. Работа со звуковыми данными является неотъемлемой частью мультимедиа технологии. Для того чтобы числовая, текстовая, графическая и звуковая информация могли обрабатываться на компьютере, они должны быть представлены в форме данных. Данные хранятся и обрабатываются в компьютере на машинном языке, то есть в виде последовательностей нулей и единиц. Информация, представленная в компьютерной форме (на машинном языке) и обрабатываемая на компьютере, называется данными. Для того чтобы процессор компьютера «знал», что ему делать с данными, как их обрабатывать, он должен получить определенную команду (инструкцию). Такой командой может быть, например, «сложить два числа» или «заменить один символ на другой». Обычно для решения какой-либо задачи процессору требуется не единичная команда, а их последовательность. Такая последовательность команд (инструкций) называется программой. Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных, называется программой. На заре компьютерной эры, в 40-50-е годы, программы разрабатывались непосредственно на машинном языке, то есть на том языке, который «понимает» процессор. Такие программы представляли собой очень длинные последовательности нулей и единиц, в которых человеку разобраться было очень трудно. В 60-е годы началась разработка языков программирования высокого уровня (Алгол, Фортран, Basic, Pascal и др.), которые позволили существенно облегчить работу программистов. В настоящее время с появлением систем визуального программирования Visual Basic, Delphi и др.) создание программ стало доступно даже для начинающих пользователей компьютера. В течение нескольких десятилетий создавались программы, необходимые для обработки различных данных. Совокупность необходимых программ составляет программное обеспечение компьютера. Таким образом, для обработки данных на компьютере необходимо иметь не только аппаратное обеспечение компьютера, так называемое hardware, но и программное обеспечение, так называемое software. Совокупность программ, хранящихся на компьютере, образует его программное обеспечение. Совокупность программ, подготовленных к работе, называют установленным программным обеспечением. Совокупность программ, работающих в тот или иной момент времени, называют программной конфигурацией. По назначению ПО разделяется на  системное;  прикладное;  инструментальное. Системное программноеобеспечение обеспечивает взаимодействие человека, всех устройств и программ компьютера. Этот комплекс программ определяет на компьютере системную среду и правила работы в ней. Чем более совершенно системное программное обеспечение, тем комфортнее мы чувствуем себя в системной среде. Системное программное обеспечение используется для обеспечения работы компьютера самого по себе и выполнения прикладных программ. Самой важной системной программой является операционная система, которая обычно хранится жестком диске. При включении компьютера ее основная часть переписывается с жесткою диска во внутреннюю память и там находится на протяжении всего сеанса работы компьютера. Прикладное программное обеспечение (прикладное ПО, прикладные программы) — программы, предназначенные для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитанные на непосредственное взаимодействие с пользователем. Наибольшей популярностью пользуются следующие группы прикладного программного обеспечения:  текстовые редакторы;  графические редакторы;  электронные таблицы;  системы управления базами данных (СУБД);  браузеры;  игры;  системы автоматизированного перевода. Инструментарий программирования предназначен для создания системного и прикладного программного обеспечения. Методы работы с инструментарием программирования определяются той средой, в которой осуществляется преобразование алгоритма в программу для компьютера. Базовые инструменты любой среды программирования совершенно одинаковы по своей сути, а отличаются только формой представления. Для создания прикладного ПО широко используются такие языки, как Basic, Pascal, C++, Delphi и др. Как мы видим, одни программы взаимодействуют, в основном, с устройствами компьютера, другие служат для удовлетворения потребностей пользователя. Требования к программам, предназначенным для работы с устройствами, существенно отличаются от требований к программам, предназначенным для работы с людьми. Значит программное обеспечение можно разделить на несколько уровней. Общий принцип такой: чем ниже уровень программ, тем больше они работают с устройствами и меньше с человеком. Этот принцип соблюдается во всей компьютерной технике от отдельного ПК до всемирной компьютерной сети Интернет. Программы самого низкого уровня работают только с устройствами. Программы промежуточных уровней работают с программами нижнего уровня и программами верхних уровней. Человек имеет к ним ограниченный доступ. Программы верхних уровней работают с человеком и программами нижележащих уровней. Базовая система ввода-вывода. На самом нижнем уровне находятся программы базовой системы ввода-вывода (BIOS). Их код жестко записан в одной из микросхем компьютера. В момент включения компьютера эти программы выполняют проверку оборудования и обеспечивают простейшее взаимодействие с клавиатурой и монитором — клавиатура способна реагировать на нажатие некоторых клавиш, а на мониторе отображается информация о ходе запуска компьютера. Взаимодействие с человеком у программ этого уровня крайне ограниченно и возможно только в первые секунды после запуска компьютера. Системные программы. Системные программы предназначены для работы со всеми устройствами компьютера. Они принадлежат к промежуточному уровню. Снизу системные программы управляют работой устройств и используют программы нижнего уровня, а сверху отвечают на запросы программ более высоких уровней. Те системные программы, которые непосредственно управляют устройствами, еще называют драйверами устройств. Люди работают с программами этого уровня только в тех сравнительно редких случаях, когда требуется настроить оборудование. Служебные программы. Это следующий уровень, программы которого предназначены для обслуживания компьютера, проверки его устройств, а также для настройки устройств и программ. Снизу эти программы общаются с программами нижних уровней, а сверху передают данные программам верхнего уровня по их запросу. Степень взаимодействия с человеком определяется необходимостью. Например, мастера по наладке и настройке оборудования активно работают со служебными программами. Обычные пользователи используют их сравнительно редко. Прикладные программы. Уровень прикладных программ — самый верхний. Здесь находятся программы, обслуживающие человека и удовлетворяющие его потребности. С их помощью выполняется набор и редактирование текстов, создание чертежей и иллюстраций, коммуникация между людьми, воспроизведение музыки и видео, а также многое другое. Сверху программы прикладного уровня общаются с человеком, а снизу — с программами нижележащих уровней. Прямого доступа к устройствам программы прикладного уровня, как правило, не имеют. Для того чтобы мы могли не думать о том, как в компьютере происходит работа процессора с программами, данными и с аппаратными устройствами, существует специальный комплекс программ, называемых операционной системой. Операционные системы разные, но их назначение и функции одинаковые. Операционная система является основной и необходимой составляющей ПО компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе. Операционная система – комплекс программ, обеспечивающих взаимодействие всех аппаратных и программных частей компьютера между собой и взаимодействие пользователя и компьютера. Операционная система обеспечивает связь между пользователем, программами и аппаратными устройствами. Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам. В состав операционной системы входит специальная программа — командный процессор, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их. Пользователь может дать, например, команду выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), команду вывода документа на печать и т. д. Операционная система должна эти команды выполнить. ОС принимает на себя сигналы-команды, которые посылают другие программы, и «переводит» их на понятный машине язык. ОС управляет всеми подключенными к компьютеру устройствами, обеспечивая доступ к ним другим программам. Наконец, третья задача ОС — обеспечить человеку-пользователю удобство работы с компьютером. Современные ОС имеют сложную структуру, каждый элемент которой выполняет определенные функции по управлению компьютером. Операционная система содержит также сервисные программы, или утилиты. Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т. д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т. д.), работать в компьютерных сетях и т. д. Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем, и в частности в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды посредством мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры. Графический интерфейс позволяет осуществлять взаимодействие человека с компьютером в форме диалога с использованием окон, меню и элементов управления (диалоговых панелей, кнопок и так далее). Интерфейс — это посредник, переводчик, задача которого преобразовать все внутренние «рычаги управления» в понятную людям графическую форму. Для работы с графическим интерфейсом используется мышь или другое координатное устройство ввода. Удобный для пользователя способ общения с компьютером называется дружественным пользовательским интерфейсом. Элементы графического интерфейса Windows: • Рабочий стол. Название «Рабочий стол» подобрано удачно. На нем, как и на обычном рабочем столе расположены различные программы и инструменты, представленные в виде значков, или иконки. • Значки. Значками в Windows обозначаются программы, документы. Запуск производится двойным щелчком кнопки мыши по значку. Программа может быть расположена непосредственно на Рабочем столе, а может быть скрыта глубоко на диске, но и в этом случае представлена на Рабочем столе своим образом – ярлыком. • Ярлыки. Ярлык программы – это не сама программа, а только ее образ, указание на то место на диске, где она находится. Двойной щелчок по ярлыку также вызывает запуск программы. Ярлыки от значков отличаются наличием небольшой стрелочки внизу слева. • Панельзадач. Располагается в нижней части экрана. На ней находятся: кнопка Пуск, кнопки открытых окон, индикаторы и часы. • Окно. Окно – один из главных элементов интерфейса Windows. Рабочий стол ОС Microsoft Vista.Рабочий стол ОС Linux (KDE 3.5)

11. Понятие файла и файловой системы организации данных (папка, иерархическая структура, имя файла, тип файла, параметры файла). Основные операции с файлами и папками, выполняемые пользователем. Все программы и данные хранятся в долговременной (внешней) памяти компьютера в виде файлов. Файл — это определенное количество информации (программа или данные), имеющее имя и хранящееся в долговременной (внешней) памяти. Имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имя файла и расширение, определяющее его тип (программа, данные и т. д.). Собственно имя файлу дает пользователь, а тип файла обычно задается программой автоматически при его создании. Расширение файла — часть имени файла, отделённая самой правой точкой в имени.

Тип файла Расширение
Исполняемые программы exe, com
Текстовые файлы txt, rtf, doc, odt и др.
Графические файлы bmp, gif, jpg, png, pds и др.
Web-страницы htm, html
Звуковые файлы wav, mp3, midi, kar, ogg и др.
Видеофайлы avi, mpeg и др.
Код (текст) программы на языках программирования bas, pas, cpp и др.

В различных операционных системах существуют различные форматы имен файлов. В операционной системе MS-DOS собственно имя файла должно содержать не более восьми букв латинского алфавита и цифр, а расширение состоит из трех латинских букв, например: proba.txt Эти правила называют соглашением 8.3 В операционной системе Windows имя файла может иметь до 255 символов, причем допускается использование русского алфавита, например: Единицы измерения информации.doc До появления операционной системы Windows 95 на большинстве компьютеров IBM PC работала операционная система MS-DOS, в которой действовали весьма строгие правила присвоения имен файлам. Эти правила называют соглашением 8.3 По соглашению 8.3 имя файла может состоять из двух частей, разделенных точкой. Первая часть может иметь длину до 8 символов, а вторая часть (после точки) — до 3 символов. Вторая часть, стоящая после точки, называется расширением имени. При записи имени файла разрешается использовать только буквы английского алфавита и цифры. Начинаться имя должно с буквы. Пробелы и знаки препинания не допускаются, за исключением восклицательного знака (!), тильды (~) и символа подчеркивания (_). После введения в действие операционной системы Windows 95 требования к именам файлов стали существенно мягче. Они действуют и во всех последующих версия операционных систем Windows. 1. Разрешается использовать до 255 символов. 2. Разрешается использовать символы национальных алфавитов, в частности русского. 3. Разрешается использовать пробелы и другие ранее запрещенные символы, за исключением следующих девяти: /\:*?»<>|. 4. В имени файла можно использовать несколько точек. Расширением имени считаются все символы, стоящие за последней точкой. Роль расширения имени файла чисто информационная, а не командная. Если файлу с рисунком присвоить расширение имени ТХТ, то содержимое файла от этого не превратится в текст. Его можно просмотреть в программе, предназначенной для работы с текстами, но ничего вразумительного такой просмотр не даст. Файловая система. На каждом носителе информации (гибком, жестком или лазерном диске) может храниться большое количество файлов. Порядок хранения файлов на диске определяется установленной файловой системой. Файловая система — это система хранения файлов и организации каталогов. Она определяет формат физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла, максимальный возможный размер файла, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов. Для дисков с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков) удобно применять одноуровневую файловую систему, когда каталог (оглавление диска) представляет собой линейную последовательность имен файлов. Для отыскания файла на диске достаточно указать лишь имя файла. Такая одноуровневая схема использовалась в первых версиях MS-DOS. Сегодня её можно встретить, например, в некоторых цифровых фотоаппаратах: все сделанные фотографии складываются в один каталог. Если на диске хранятся сотни и тысячи файлов, то для удобства поиска файлы организуются в многоуровневую иерархическую файловую систему, которая имеет «древовидную» структуру (имеет вид перевернутого дерева). В таком случаи файлы на дисках объединяются в каталоги. Начальный, корневой, каталог содержит вложенные каталоги 1-го уровня, в свою очередь, в каждом из них бывают вложенные каталоги 2-го уровня и т. д. Необходимо отметить, что в каталогах всех уровней могут храниться и файлы. В Windows каталоги называются папками. Для облегчения понимания этого вопроса воспользуемся аналогией с традиционным «бумажным» способом хранения информации. В такой аналогии файл представляется как некоторый озаглавленный документ (текст, рисунок и пр.) на бумажных листах. Следующий по величине элемент файловой структуры называется каталогом. Продолжая «бумажную» аналогию, каталог будем представлять как папку, в которую можно вложить множество документов, т.е. файлов. Каталог также получает собственное имя (представьте, что оно написано на обложке папки). Каталог сам может входить в состав другого, внешнего по отношению к нему каталога. Это аналогично тому, как папка вкладывается в другую папку большего размера. Таким образом, каждый каталог может содержать внутри себя множество файлов и вложенных каталогов (их называют подкаталогами). Каталог самого верхнего уровня, который не вложен ни в какие другие, называется корневым каталогом. А теперь полную картину файловой структуры представьте себе так: вся внешняя память компьютера — это шкаф с множеством выдвижных ящиков. Каждый ящик — аналог диска; в ящике — большая папка (корневой каталог); в этой папке множество папок и документов (подкаталогов и файлов) и т.д. Самые глубоко вложенные папки хранят в себе только документы (файлы) или могут быть пустыми. Для того чтобы найти файл в иерархической файловой структуре необходимо указать путь к файлу. В Windows в путь к файлу входят записываемые через разделитель «\» логическое имя диска и последовательность имен вложенных друг в друга каталогов, в последнем из которых находится данный нужный файл. Например, путь к файлам на рисунке можно записать так: C:\Рефераты\ C:\Рефераты\Физика\ C:\Рефераты\Информатика\ C:\Рисунки\ Путь к файлу вместе с именем файла называют полным именем файла. Пример полного имени файлов: C:\Рефераты\Физика\Оптические явления.doc C:\Рефераты\Информатика\Интернет.doc C:\Рефераты\Информатика\Компьютерные вирусы.doc C:\Рисунки\Закат.jpg C:\Рисунки\ Зима.jpg С файлами и папками можно выполнить ряд стандартных действий. Такие действия с файлами, как «создать», «сохранить», «закрыть» можно выполнить только в прикладных программах («Блокнот», «Paint», …). Действия «открыть», «переименовать», «переместить», «копировать», «удалить» можно выполнить в системной среде.

  • Копирование (копия файла помещается в другой каталог);
  • Перемещение (сам файл перемещается в другой каталог);
  • Удаление (запись о файле удаляется из каталога);
  • Переименование (изменяется имя файла).

Графический интерфейс позволяет производить операции над файлами с помощью мыши с использованием метода Drag&Drop (тащи и бросай). Существуют также специализированные приложения для работы с файлами, так называемые файловые менеджеры. В некоторых файловых системах предусмотрена возможность для ограничения доступа пользователей к содержимому файла.

Описание телефонного приемника для депеш, посылаемых с помощью электромагнитных волн

Рождение радио

ОПИСАНИЕ ТЕЛЕФОННОГО ПРИЕМНИКА ДЛЯ ДЕПЕШ, ПОСЫЛАЕМЫХ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН [47]
14 июля 1899 г.

Основанием для устройства нового приемника депеш, посылаемых по системе Морзе с помощью электромагнитных волн, служит вновь открытое свойство трубки Бранли — когерера. Это свойство обнаруживается только при известных условиях и ускользало в прежних опытах.

Как известно, трубка, содержащая металлические опилки, изменяет свое сопротивление электрическому току под действием электромагнитных волн, встречающих трубку непосредственно, или воспринимаемых особыми приемными проводниками, связанными с трубкой. Это изменение сопротивления наступает мгновенно и сохраняется после действия электромагнитной волны; сопротивление трубки при этом падает на несколько десятков или сотен омов почти с бесконечности и должно встряхнуть трубку, чтобы разрушить проводимость опилок.

Между тем некоторые частные случаи устройства чувствительной трубки, металлические цепочки, цепочки, составленные попеременно из угольных и металлических колец, и вообще так называемые свободные контакты (микрофонические) обнаруживают малостойкие и незначительные изменения сопротивления, по величине достигающий только тысяч и даже десятков тысяч Ом, но в момент прохождения через такие трубки или цепочки электрического колебания они имеют значительно меньшие сопротивления. Поэтому, составляя цепь из элемента, телефона и чувствительной трубки, мы услышим в телефоне треск, соответствующий всякому разряду посылающей станции. Последовательные разряды дают длинные и короткие сигналы, и таким образом может быть принята на слух депеша, посланная азбукой Морзе. Опыт показывает, что при этом настолько сохраняется характер действия прерывателя индукционной спирали, что без труда можно отличать депеши различных станции, если они достигают данной станции в разное время…

Употребление телефона в последовательном соединении с малым перерывом в герцевом резонаторе уже применялось для изучения электрических колебаний. Наша трубка заменяет микрометрически получаемое малое расстояние для искры, давая возможность иметь в свободном контакте настолько малое расстояние, которое недоступно для микрометрических приспособлений. Это свойство случайно обнаружено с трубкой, мной изобретенной для телеграфа без проводников, моими непосредственными помощниками — ассистентом Минного класса П.Н. Рыбкиным и капитаном Д. С. Троицким — во время опытов, производимых в Кронштадте в начале июня сего года [48].

Около этого же времени было опубликовано письмо Юза в иностранных журналах, в котором он указывает на свои опыты с индукционными весами, относящиеся к началу 80-х годов, в которых он заметил действие на микрофон экстратоков размыкания, и тогда же высказывал мысль, что эти действия на микрофон принадлежат особым электрическим возмущениям, происходящим вблизи проводников в момент прерывания тока. Юз указывает при этом, что металлические контакты не могут в этом случае служить вследствие их спаивания или сваривания [49].

Действительно, не всякая трубка может служить для приема колебаний. По-видимому, для действия трубки в указанном смысле необходима известная степень окисления металла, служащего в ней, его твердость и самый вид зерен металла. Только трубка с платиновыми электродами и раздавленным или растолченным стальным бисером всегда удовлетворяет своему назначению: при слабых импульсах, которые дает электромагнитная волна на больших расстояниях, очень редко вызывается полное сваривание, легко устраняемое легким сотрясением.

Трубка такой формы придумана мной для действия беспроволочного телеграфа, но при комбинации с телефоном прием депеш при прочих равных условиях возможен на расстояниях значительно больших.

Мной было произведено несколько опытов, подтверждающих полную пригодность новой комбинации для приема депеш на слух. Одна станция отправления, снабженная моими приборами телеграфирования, помещалась на миноносце, вторая такая же станция была помещена на форте «Константин» и третья — в Кронштадте на центральной телефонной и телеграфной станции крепостного телеграфа.

На этой последней имелся только приемник, содержащий трубку, элемент, два телефона, соединенные последовательно. Один конец трубки был соединен с землей, а другой с изолированным проводником, поднятым на шесте около шести саженей над крышей здания телеграфа (№ 5).

Станция на «Константине» имела телеграфный приемник с такой же трубкой, мачта на «Константине» была высотой около восьми саженей. Миноносец имел такую же станцию п мачту… Как на миноносце, так и на форте станции отправления состоят из индукционной катушки Румкорфа, разряжающейся через обыкновенный искромер, один шарик которого соединен при отправлении с землей, другой — с вертикальным проводником на месте. Прерыватель на форте ртутный, с электромотором, а на миноносце — электротехнический, с особенностями, которые будут упомянуты ниже. Между фортом и миноносцем произведен был обмен депешами, начиная с расстояний двух верст, причем миноносец удалялся от форта малым ходом. На расстоянии около пяти верст был пущен змей, поднимавший проволоку на 25 саженей. Некоторое время на «Константине» также был поднят змей, сначала очень высоко, потом понижен до высоты мачты. Обмен депешами не прекращался до Толбухина маяка, откуда миноносец стал возвращаться назад.

В течение этого времени на станции в здании кронштадтского телеграфа дежурил при телефонном приемнике телеграфный унтер-офицер и по временам капитан Троицкий. Все депеши, посланные с форта и с миноносца, были приняты в Кронштадте без малейшего упущения. Станции при этом опыте были расположены так, что средняя станция — форт — лежала немного в стороне от прямой, соединяющей крайние станции, т. е. городскую и миноносец. Расстояние между этими крайними станциями изменялось постепенно от пяти до двенадцати верст.

Кроме этого опыта, повторенного дважды, телефонные приемники были испытаны между фортами и показали большую чувствительность нового приемника и достаточную простоту обращения с ним. Единственное условие, которое нужно соблюдать при пользовании телефонным приемником,— это возможность защитить чувствительную трубку от резких толчков во время приема депеши. Для этого достаточно закрепить трубку на мягкой резине: например, поместить ее на конце каучуковой трубки или подвесить на тонких резиновых полосках, конечно, для большей достоверности полезно- иметь два телефона, чтобы защитить ухо принимающего депешу от посторонних звуков, хотя действие телефона часто бывает достаточно громко…

Чувствительная трубка, употребляемая мной, устроена следующим образом. Внутри стеклянной легкой трубочки, диаметром от 8 до 12 миллиметров, длиной 6—8 сантиметров, наклеиваются с помощью лака две тонкие платиновые полоски на расстоянии от 0,5 до 1,5 миллиметров (№ 1); пластинки имеют металлическое сообщение с двумя проволочками, укрепленными в обыкновенных пробках, закрывающих трубку. Они могут быть припаяны к платине или просто прижаты, если эти проволочки сделаны также из платины. Пластинки покрывают половину внутренней поверхности трубки и наполняются раздавленным бисером. Для этого годится имеющийся в продаже стальной бисер от № 3 до № 10. При выборе необходимо руководиться только соответствием крупности зерен и расстоянием между полосками. Лучший результат получается при условии помещения одного или двух зерен между полосками.

Предпочтение бисера всяким другим видам зерен основывается на постоянстве его формы, степени твердости и степени окисления; блестящая поверхность бисера покрыта тончайшим слоем окисла, чрезвычайно стойкого против дальнейшего окисления. Внутренние части бисера покрыты довольно толстым слоем окиси, и, наконец, свежий излом при раздавливании бисера с помощью плоскогубцев дает поверхность с острыми выступами и свободную от окисла. Это разнообразие свойств поверхности почти при полном тождестве зерен бисера дает моей трубке сравнительно с другими большое постоянство и значительную чувствительность. Эта же трубка превосходит все другие комбинации в пользовании ею для слухового приемника электромагнитных волн.

Количество бисера в трубке должно быть равным по объему от 0,3 до 0,5 всего объема трубки. В видах более равномерного распределения бисера трубку полезно разделить перпендикулярно оси перегородками из непроводящего ток вещества, как это представлено на № 2. Другой вид чувствительной трубки, представленный на № 3, отличается только формой: внутри четвероугольной коробочки вместо платиновых листков помещены две призмы из угля, зерна раздавленного бисера наполняют отчасти коробочку.

Третий вид изображен на № 4. Бисер насыпан в короткой цилиндрической трубке, закрытой с обеих сторон угольными кружками, внутренняя поверхность которых имеет выступы подобно вафельной доске. Такие угли употребляются в микрофонах. Бисера насыпается столько, чтобы он покрыл вполне основание цилиндра при вертикальном положении трубки; при этом верхнее основание не должно нажимать на бисер, но почти касается его. Обе последние формы не уступают первой.

Цепочки, очень хорошо работающие в качестве когерера, я изготовляю из пружинок, служащих в качестве часовых волосков. Эти плоские спирали кладутся в ряд так, что они перекрывают друг друга вроде чешуи, от трех до семи пружин достаточно в цепи с одним элементом Лекланше. К конечным спиралям припаиваются проволоки, ведущие ток; все укрепляются на эбонитовой пластине или другом изоляторе. Простейшая схема расположения приемной станции представлена на № 5, но можно работать и с другими расположениями приборов.

Рисунки №6 и № 7 представляют возможные и испытанные нами видоизменения в расположении приборов для приемника с телефоном. Конечно, возможно пользование трансформаторами, как в микротелефонной станции, но необходимости в этом нет.

Предмет привилегии составляют:
1. Комбинация телефона с когерером, изготовленным из стального бисера или вообще стальных зерен, покрытых окислами различных степеней; зерна других металлов также могут служить в чувствительной трубке. Электроды трубки платиновые или угольные предпочтительны, но могут быть стальными и вообще из трудно изменяющихся металлов.
2. Трубка со стальным бисером сама по себе, безотносительно от того, соединена ли она с телефоном.
3. Когерер из стальных, палладиевых, бронзовых и других спиральных плоских пружин, расположенных так, как описано выше.

Преподаватель Морского инженерного училища А. Попов [50].

ПРИБАВЛЕНИЕ К ОПИСАНИЮ ТЕЛЕФОННОГО ПРИЕМНИКА ДЕПЕШ, ОТПРАВЛЕННЫХ ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
13 октября 1899 г.

Кроме приведенных в описании моем и приложенных в виде чертежей схем соединения приборов приемной станции, мною испытано с успехом еще одно расположение приборов, аналогичное обыкновенной приемной микротелефонной станции. Чувствительная трубка А, соединенная, как обыкновенно, с приемным проводом и с землей, включается в цепь последовательно с одним или двумя элементами В и первичной обмоткой индукционной катушки, обычно употребляемой в микротелефонных станциях, телефоны же ТТ вводятся в цепь вторичной обмотки катушки SS (рис. № 8).

Действие прибора следующее: электрические колебания, достигшие трубки, временно изменяют ее сопротивление электрическому току, вследствие этого ток первичной батареи делается прерывистым или быстро изменяет свою силу; результатом этого изменения будет наведенный ток во вторичной обмотке бобины и этот последний уже приводит в движение пластинку телефона и даст звук. При этом расположении звуки слышатся в телефоне громче и отчетливее, нежели в отсутствие индукционной бобины.

Преподаватель А. Попов

Примечание

47) (к стр. 122). А.. С. Попов. Сборник документов, стр.123—130.

48) (к стр. 123). Вот что об этом рассказывает П. Н. Рыбкин:
КАК ОТКРЫЛИ ПРИЕМ НА СЛУХ
1899 год должен быть особо отмечен в истории изобретения радио. 9 июня этого года была случайно обнаружена возможность приема сигналов беспроволочного телеграфа на телефон. Открытие приема на слух значительно упростило схему приема и увеличило чувствительность, вследствие чего даже те, кто еще сомневался в успехах нового средства связи, стали ревностными его поклонниками. Произошло это при таких обстоятельствах.

В 1899 году Главное инженерное управление разрешило вести опыты по радиотелеграфу между портами крепости Кронштадта. Но так как Александр Степанович в это время должен был выехать в заграничную командировку, то проведение опытов он поручил мне и начальнику крепостного телеграфа капитану Д. С. Троицкому.

Последние дни перед отъездом Александра Степановича были посвящены разработке с ним программы наших летних опытов. Инструкция, которую оставил он мне, гласила:
А. Практика змеев и техника пускания.
Б. Испытания:
а) зависимость между расстоянием и высотой мачты;
б) испытание трубок с новыми опилками;
в) испытание нового реле;
г) подготовка сухопутных и морских команд;
д) влияние емкости наверху;
е) влияние самоиндукции в приемной проволоке миноносца. Первые подготовительные опыты было решено сосредоточить на
форте «Константин», где была удобная мачта, и на ближайшем к нему форте «Милютин».

Однако приемный провод, какой позволяла поднять мачта высотой в 14м, установленная на форте «Милютин», получал по-видимому, слишком, мало энергии для чувствительной трубки, так как реле совершенно не отзывалось на импульсы, посылаемые с форта «Константин». Для выяснения причины было решено проверить исправность приемной цепи. И вот при этой попытке телефон, введенный мною вместо реле, вдруг отчетливо обнаружил все посылаемые сигналы.

Для повторения опыта 31 мая была приготовлена шлюпка с небольшой мачтой. Перед отходом шлюпка стояла перед самым фортом «Константин», т. е. вблизи отправительной станции, но телефон на этот раз не обнаруживал ни одного сигнала. Единственное объяснение неудачи заключалось в том, что энергия, действовавшая на чувствительную трубку, была слишком велика.
Проверочный опыт, произведенный в физическом кабинете Минного класса, вполне подтвердил это предположение.

Две спирали по очереди посылали сигналы. Одна спираль работала на малую искру, другая на большую, и приемник, поставленный в конце комнаты, обнаруживал только сигналы, посылаемые малой энергией. Таким образом, было установлено новое свойство чувствительной трубки, построенной А. С. Поповым, а именно, что эта трубка от слабых импульсов также изменяет сопротивление, но столь незначительно, что по прекращению воздействия снова приходит в первоначальное состояние и, следовательно, восстанавливает способность принимать следующий импульс. Последнее обстоятельство дало возможность обходиться без ударника, обнаруживая посылаемые сигналы на телефон, причем схема приемной станции значительно упростилась.

Чувствительность нового способа приема вскоре получила новое подтверждение. 11 июня были приняты сигналы на расстояние 36 км между фортом «Константин» и селением «Лебяжье»,причем приемный провод был высоко поднят при помощи змея.

О всех этих непредвиденных результатах своих опытов я решил немедленно известить Александра Степановича и отправил ему за границу телеграмму: «Открыто новое свойство когерера».
Несмотря на краткость сообщения, Попов догадался об исключительной важности сделанного мною открытия и, отменив предполагавшуюся поездку в Швейцарию, 14 июня возвратился в Кронштадт. Здесь он лично провел все опыты и разработал схему телефонного приемника. Впоследствии он получил на него патент не только в России, но и в Англии и Франции.
Во время своей командировки Александр Степанович старался как можно больше и подробнее узнать о всем том, что интересного делается за границей в области беспроволочного телеграфа. Например, в одном из своих писем ко мне он сообщает из Парижа…» (далее следует текст, приведенный на стр. 203.—М. Р.).

«Однако стоило только Попову возвратиться в Россию и познакомиться с результатами наших летних опытов, как он увидел, что мы не только не отстаем от заграницы, но после открытия приема на слух имеем уже гораздо большие достижения.
— Возможность приема сигналов на слух,— заявил Александр Степанович,— дает беспроволочному телеграфу колоссальные преимущества.
Открытие телефонного приема далеко раздвинуло пределы радиосвязи, и после этого новые завоевания в области радио стали быстро следовать одно за другим». (П. Н. Рыбкин, Десять лет с изобретателем радио, стр. 36—40.)

49) (к стр. 123). Речь идет о переписке известного изобретателя в области телеграфии и телефонии Д. Э. Юза (Hughes David Edward, 1831—1900) с историком радиотехники Фай (Faliie). См. по этому поводу стр. 12.

50) (к стр. 130). Патент на новое изобретение был выдан А. С. Попову более, чем через два года, когда он уже переехал из Кронштадта в Петербург, где он занял кафедру физики в Электротехническом институте. Об этом свидетельствует следующий документ:

«Патент на привилегию Попова А. С.
30 ноября 1901 г.
№ 6066.
По указу Его императорского величества
привилегия сия выдана профессору Электротехнического института Александру Попову, проживающему в С.-Петербурге, на приемник депеш, посылаемых с помощью электромагнитных волн, во всем согласно с приложенным к сему описанием и указанными в нем отличительными особенностями, по прошению, поданному 14 июля 1899 г.
Действие сей привилегии простирается на 15 лет от нижеписанного числа, при соблюдении следующих условий: 1) ежегодной уплаты пошлины за привилегию не позднее 30 ноября; 2) проведении означенного изобретения в действие в России и представления о сем в Отдел промышленности удостоверения подлежащего начальства не позднее 30 ноября 1906 г.
Правительство не ручается ни в принадлежности изобретений и усовершенствований просителю, ни в пользе оных, но выдачею сего патента лишь удостоверяет, что на упомянутое изобретение прежде сего никому другому в России не было выдано привилегии.
В уверении чего выдан сей патент за надлежащим подписанием и приложением печати.
Подписал: за министра финансов товарищ министра В. Ковалевский
Скрепил: управляющий Отделом промышленности Н. Ланговой
Верно: столоначальник Н. Гагарин» («А. С. Попов. Сборник документов», стр. 133—134).

Примечания к статье и докладу «Телеграфирование без проводов»

Приемники электрической энергии

Все устройства для снабжения электрической энергией так называемых потребителей электроэнергии , или приемников электричества, носят название электрических установок. Каждая установка сострит из приборов, отдающих электрическую энергию (генераторы, источники электричества), приборов, ее потребляющих (приемники) и системы п роводов, связывающих генераторы с приемниками .

Приемником электрической энергии (электроприемником) называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии (в том числе электрическую, по с другими параметрами) для ее использования.

По технологическому назначению их классифицируют в зависимости от вида энергии, в который данный приемник преобразует электрическую энергию, в частности:

  • механизмы приводов машин и механизмов;
  • электротермические и электросиловые установки;
  • электрохимические установки;
  • установки электроде астения;
  • установки электростатического и электромагнитного поля,
  • электрофильтры;
  • установки искровой обработки;
  • электронные и вычислительные машины;
  • устройства контроля и испытания изделий.

Потребителем электрической энергии называется электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.

Федеральный закон «Об энергетике» называет потребителем электрической и тепловой энергии лицо, приобретающее ее для собственных бытовых или производственных нужд, а субъектами электроэнергетики — «лиц, осуществляющих деятельность в сфере электроэнергетики, в том числе производство электрической и тепловой энергии, энергоснабжение потребителей» предоставление уснут по передаче электроэнергии, оперативно-диспетчерскому управлению в электроэнергетике, сбыт электроэнергии, организацию купли-продажи электроэнергии».

Приемники электрической энергии нанасосной станции

Классификация электроприемников по обеспечению надежности электроснабжения

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории:

Электроприемники I категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

Электроприемники II категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприемники III категории – все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий. Это приемники вспомогательных цехов, несерийного производства продукции и т.п.

Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

Для правильного установления категории электроприемников необходимо оценить вероятность аварии на участках системы электроснабжения, определить возможные последствия и материальный ущерб в результате этих аварий. При определении категории электроприемников не следует завышать категорию требуемой бесперебойности электроснабжения разных групп электроприемников. При отнесении электроприемников к первой категории учитывают технологический резерв, ко второй — сменность производства.

Классификация приемников электротехнической энергии

Потребители электрической энергии характеризуются по:

1. суммарной установленной мощности электроприёмников;

2. по принадлежности к отрасли промышленности (например сельское хозяйство);

3. по тарифной группе;

4. по категории энергетической службы.

Электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, по уровню напряжения подразделяются на электроустановки напряжением выше 1 кВ и до 1 кВ (для электроустановок постоянного тока – до 1,5 кВ). Электроустановки напряжением до 1 кВ переменного тока выполняются с глухозаземленной нейтралью, а в условиях с повышенными требованиями к безопасности – с изолированной нейтралью (торфяные разработки, угольные шахты, передвижные электроустановки и т.п.).

Установки выше 1 кВ подразделяются на установки:

1) с изолированной нейтралью (напряжением 35 кВ и ниже);

2) с компенсированной нейтралью (включенной на землю через индуктивное сопротивление для компенсации емкостных токов), применяются для сетей напряжением до 35 кВ и редко 110 кВ;

3) с глухозаземленной нейтралью (напряжением 110 кВ и выше).

По роду тока все электроприемники, работающие от сети, можно разделить на электроприемники переменного тока промышленной частоты 50 Гц (в ряде стран используют 60 Гц), переменного тока повышенной или пониженной частоты, постоянного тока.

Большинство электроприемников промышленных потребителей электроэнергии работает на переменном трехфазном токе частотой 50 Гц.

Установки повышенной частоты применяют:

  • для нагрева под закал, для штамповки металла, СВЧ-печи и т.п.;
  • в технологиях, где нужна высокая скорость вращения электродвигателя (текстильная промышленность, деревообработка, переносной электроинструмент в авиастроении) и т.п.

Для получения частоты до 10 000 Гц применяют тиристорные преобразователи, для частоты свыше 10 000 Гц используют электронные генераторы.

Электроприемники пониженной частоты используются в транспортных устройствах, например для прокатных станов (f =16,6 Гц), в установках для перемешивания металла в печах (f = 0…25 Гц). Кроме того, пониженную частоту напряжения используют в индукционных нагревательных устройствах.

Опыт применения промышленной (50 Гц) и повышенной (60 Гц) частот подтвердил экономическую целесообразность частоты 60 Гц, а технико-экономические расчеты показали, что оптимальной следует считать частоту 100 Гц.

Характерные приёмники электроэнергии

Все приёмники электроэнергии характеризуются различными параметрами. При этом режимы их работы описываются ГЭН, поэтому с целью анализа режимов электропотребления используют характерные приёмники электроэнергии, представляющие собой группы электроприёмников, схожих по режимам работы и основным параметрам.

К характерным электроприёмникам относят следующие группы:

  • Электродвигатели силовых и общепромышленных установок;
  • Электродвигатели производственных станков;
  • Электрические печи;
  • Электротермические установки;
  • Осветительные установки;
  • Выпрямительные и преобразовательные установки.

Электроприемники первых четырех групп по традиции называют силовыми. Доля каждой группы в электропотреблении предприятия зависит от отрасли промышленности и особенностей технологического процесса производства.

Электроприемники постоянного тока

Постоянный ток применяют в гальваническом производстве (хромирование, никелирование и т.д.), для сварки на постоянном токе, для питания двигателей постоянного тока и т.п.

Электропривод насоса

Исходя из перечисленных выше классификаций, наиболее сложную совокупность электроприемников представляет собой электропривод. Самым распространенным является асинхронный электропривод, характеризующийся значительным потреблением реактивной мощности, большими пусковыми токами и существенной чувствительностью к отклонениям напряжения сети от номинального.

В установках, не требующих регулирования скорости в процессе работы, применяются электроприводы переменного тока (асинхронные и синхронные двигатели). Нерегулируемые электродвигатели переменного тока – основной вид электроприемников в промышленности, на долю которых приходится около 70% суммарной мощности.

При выборе типа электродвигателя для нерегулируемого электропривода переменного тока часто руководствуются следующими соображениями:

  • при напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт чаще экономичнее применять асинхронные двигатели, а свыше 100 кВт – синхронные;
  • при напряжении 6 кВ и мощности до 300 кВт – асинхронные двигатели, выше 300 кВт – синхронные;
  • при напряжении 10 кВ и мощности до 400 кВт – асинхронные двигатели, выше 400 кВт – синхронные.

Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются в мощных приводах с тяжелыми условиями пуска (в шахтных подъемниках и др.).

Электродвигатели таких общепромышленных установок как компрессоры, вентиляторы, насосы и подъемно-транспортные устройства в зависимости от номинальной мощности имеют напряжение питания 0,22 – 10 кВ. Номинальная мощность электродвигателей этих установок изменяется от долей киловатт до 800 кВт и более. Названные электроприемники относят, как правило, к I категории надежности электроснабжения. Например, отключение вентиляции в цехах химических производств требует эвакуации людей из помещений и, следовательно, остановки производства.

Преобразование электроэнергии переменного тока в постоянный требует затрат на установку преобразовательных агрегатов и аппаратуры управления, на строительство помещений для них, а также эксплуатационных расходов на их обслуживание и на потери электроэнергии. Поэтому стоимость системы электроснабжения и удельная стоимость электроэнергии на постоянном токе выше, чем на переменном. Двигатели постоянного тока стоят дороже, чем асинхронные и синхронные двигатели. Регулируемые приводы постоянного тока применяются в тех случаях, когда требуется быстрое, широкое и (или) плавное изменение частоты вращения.

Электричсекий двигатель на станке в цеху

Коэффициент мощности электроприемников

Важной характеристикой электроприемника является коэффициент мощности cos(фи). Коэффициент мощности является паспортной характеристикой, отражающей долю потребляемой активной мощности при номинальных нагрузке и напряжении. Номинальное значение cos(фи) электродвигателя зависит от его типа, номинальной мощности, частоты вращения и других характеристик. При эксплуатации электродвигателей их cos(фи) в основном зависит от загрузки.

Для электропривода крупных насосов, компрессоров и вентиляторов часто применяют синхронные двигатели, которые используются как дополнительные источники реактивной мощности в системе электроснабжения.

Подъемно-транспортным устройствам характерны частые толчки нагрузки, которые вызывают изменения коэффициента мощности в значительных пределах (0,3 – 0,8). По надежности электроснабжения их обычно относят к I и II категориям (в зависимости от роли в технологическом процессе).
Проблемные электроприемники

Из электротехнологических устройств наибольшие проблемы вызывают дуговые сталеплавильные печи из-за следующих причин:

  • большой собственной мощности (до десятков мегаватт); нелинейности и обусловленного печным трансформатором низкого cos(фи);
  • толчков активной и реактивной мощностей, возникающих во время работы;
  • толчковых отклонений от симметричности фазовых нагрузок.

Аналогичные с дуговыми сталеплавильными печами проблемы имеют электросварочные установки переменного тока. Особенно низкий у них cos(фи).

Электрическое освещение также вызывает некоторые электросетевые проблемы, а именно: применяемые вместо ламп накаливания высокоэкономные разрядные лампы имеют нелинейную характеристику и чувствительны к кратковременным (доли секунд) перерывам электроснабжения. Однако эти проблемы в настоящее время решаемы за счет перевода ламп на высокочастотное питание через индивидуальные преобразователи частоты, что улучшает не только их светотехнические, но и энергетические параметры.

Источники света (лампы накаливания, люминесцентные, дуговые, ртутные, натриевые и др.) являются однофазными электроприемниками и для снижения несимметрии равномерно распределяются по фазам. Для ламп накаливания cos(фи) = 1, а для газоразрядных соs(фи) = 0,6.

К электроснабжению устройств управления и обработки информации предъявляются повышенные требования в отношении надежности и качества электроэнергии, поэтому они питаются, как правило, от источников гарантированного бесперебойного электроснабжения.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *