Современная цифровая техника. Оргтехника: что к ней относится. Что происходит, когда включается микроконтроллер

03.04.2019

Все больше людей, сегодня применяют цифровые технологии, ведь они предназначены для более простой и быстрой передачи данных. Это приводит к тому, что аналоговые технологии впадают в «немилость». Однако те, кто планирует перестроить свои системы и хочет применять только цифровые технологии, должны все же учитывать тот факт, что те и другие технологии имеют свои преимущества и естественно недостатки.

Существую такие области, в которых необходимо применения цифровых технологии, например, цифровая видеозапись . Конечно же, легче будет управлять изображениями, которые записаны на жесткий диск, так как они более компактные и облегчают доступ ко всякой информации. Для того чтобы создать инновационные комфортные видеорегистры, крупные компании, которые изготовляют цифровое оборудование вкладывают большие средства.

Цифровые технологии сегодня

Что же собой представляют цифровые технологии и что они могут дать человеку? Прежде всего, это возможность безграничного доступа к большому объему разнообразной информации. Любой пользователь интернета в считанные минуты может найти буквально любую новость или нужную информацию. Например, если вам нужна какая-либо помощь, с использованием цифровых технологий вы можете найти ее, даже если вам необходима прочистка канализации, то вы можете найти услугу, зайдя на сайт http://zasor.com.ua/ . Такая возможность оказывает большое влияние на источники информации, но нужно заметить, что традиционные носители не теряют своих позиций. Однако, все виды СМИ уже давно используют передовые разработки .

IP-технологии

В данный момент очень бурно и активно разрываются IP-технологий, и именно они обеспечивают высокоскоростной доступ в . Таким образом, можно сказать, что будущее СМИ представляется, как Интернет-ресурс. Интернет технологии сегодня с уверенностью вошли в жизнь. Они все развиваются и шагают вперед . Сети, которые работают на основе протокола межсетевого, представляет собой прекрасное решение, которое позволяет пользователям следить за активностью различных площадках. Это особенно может дать преимущества компании, которая имеет сеть офисов по всему миру. Если одновременно использовать цифровые и аналоговые технологии, то будет возможность повысить качество функционирования уже имеющегося оборудования.

Информационные технологии делятся на аналоговые и цифровые.

Аналоговые технологии основаны на способе представления информации в виде какой-либо непрерывной (аналоговой) физической величины, например, напряжения или силы электрического тока, величина которых (сигнал) является носителем информации. На этом принципе работает обычный магнитофон. Информация представлена в виде магнитного поля переменной величины, записанного на ферромагнитном слое носителя – магнитофонной ленты. А граммофонные пластинки, эпоха которых закончилась около 20 лет назад, в качестве носителя информации использовали узкую спиральную дорожку на поверхности пластинки. Глубина или ширина этой дорожки и были той физической величиной, которая хранила информацию о звуке. То есть в граммофонной пластинке использовался механический принцип звукозаписи.

Цифровые технологии основаны на дискретном (от лат. discretus – разделенный, прерывистый) способе представления информации в виде чисел (обычно с использованием двоичной системы счисления), значение которых является носителем информации. Для этого в них используются физические величины, способные принимать только два устойчивых состояния (включено – выключено, есть напряжение – нет напряжения, намагничено – не намагничено). Это обеспечивает предельную простоту цифрового сигнала: есть электрический импульс – единица, нет импульса – ноль. (Их принято называть логической единицей и логическим нулем.) При этом важна не величина импульса, а только его наличие или отсутствие.

Простота цифровых сигналов обеспечивает (по сравнению с аналоговыми сигналами) их несоизмеримо большую защищенность от помех. Дело в том, что логические нули и единицы не несут никакой вторичной информации. При физическом износе аналогового носителя – той же грампластинки – появляются шумы и помехи. Края прорези на пластинке изменяют свою форму от многократного воздействия иглы проигрывателя, а магнитофонная лента размагничивается или растягивается. Биты цифровой информации от подобных неприятностей избавлены, что бы ни произошло с носителем, бит имеет только два значения – ноль или единица. Помехам и шумам попросту неоткуда взяться.

При цифровом представлении информации точность зависит от числа разрядов в числах. Увеличивая число разрядов, можно обеспечить любую заранее заданную точность вычислений. Иными словами, складывать двадцатизначные числа на компьютере (или калькуляторе, который тоже компьютер), способном оперировать только восьмиразрядными числами, можно лишь округлив эти числа до восьми знаков. Ясно, что подобное округление сильно снижает точность вычислений. Современные персональные компьютеры оперируют с 32-разрядными двоичными числами (в этом главное преимущество цифровых вычислителей над аналоговыми – представьте себе старые дубовые счеты, на каждой поперечине которых не по 10, а по 32 костяшки), но в ближайшем будущем предстоит переход на 64-разрядную структуру.

Из-за неоспоримых преимуществ цифровых технологий все новые информационные технологии являются цифровыми. К ним относятся, например, архивация и сжатие информации, сканирование и распознавание текстов, цифровое радио и телевидение, цифровая фотография, цифровая видеосъемка, глобальная информационная сеть Интернет (Internet) и электронная почта (Е-mail), виртуальная реальность.

Могли ли цифровые технологии, имеющие столь очевидные преимущества, появиться раньше аналоговых? Разумеется, нет. Причина в том, что аналоговые технологии значительно проще цифровых, поэтому именно они могли быть осуществлены на уровне техники прежних времен.

Органы чувств человека (и прежде всего органы слуха) способны воспринимать только аналоговые сигналы. Поэтому для применения цифровых технологий нужны достаточно сложные устройства, массовое применение которых стало возможным лишь в последние десятилетия в результате стремительного развития микроэлектроники.

XXI век будет исключительно цифровым. Идет непрерывная конкурентная борьба между новейшими магнитными и оптическими методами записи, хранения и воспроизведения различных видов информации, а также их комбинированное использование. Эти методы обеспечивают гораздо более высокую плотность и долговечность записи информации по сравнению с бумагой, фото- и кинопленкой. Поэтому в ближайшем будущем мы с вами будем фотографировать цифровыми фотокамерами, смотреть цифровое видео, слушать цифровую музыку. И даже книги мы все чаще будем читать с экранов карманных и настольных компьютеров.

Фотографирование перестало быть уделом квалифицированных специалистов. А изобретение цифровой камеры и вовсе упростило задачу получения и хранения снимков – теперь результат можно получить мгновенно, и фотограф не ограничен в количестве кадров пленки. Но чтобы фотографии получались по-настоящему удачными, необходимо знать, какой из видов цифровых фотоаппаратов необходим потенциальному покупателю.

Этот самый простой вид «цифры» для фотоснимков подразумевает, что все настройки уже предустановлены производителем. Последние часто так и подают товар в рекламе: «Навел и снял». За простоту пользования такие аппараты получили общее название «мыльницы».

Настроек здесь минимум, однако, в некоторых моделях всё же предусмотрен выбор ручных манипуляций, например, режимов съемки (портрет, ландшафт, макрофокусировка и так далее), настроек баланса белого, ISO, регулирования мощности вспышки.

Фотоаппарат Nikon Coolpix S6500

Безусловные плюсы таких «цифровиков»:

легкость;
небольшие габариты;
простота в использовании;
доступная стоимость.

Однако очевидны и недостатки.

Удовлетворительное качество изображений. Хорошие получаются только при соответствующем освещении – уличном ярком солнечном свете, на обговоренном расстоянии от объекта.
Использование матрицы с низким размером (от 1/3” до 2/3”).
Такие фотоаппараты бывают хрупкими. Часто техника «облачена» в недорогой пластик, который может расколоться при ударе.

Улучшенные версии

Но даже среди «мыльниц» встречаются улучшенные версии. Различия таких приборов не только в увеличенном количестве настроек, но и в присутствии несъемного зум-объектива. Последний позволяет работать с 30, 40 и даже 60-кратным приближением — у обычного цифрового фотоаппарата такой показатель не превысит 20 крат. Камеры с суперзумом имеют в составе объектив, устроенный по принципу работы телескопической трубы. Устройство с ультразумом имеет улучшенную диафрагму — она расположена на дальнем конце этой самой «трубы». Это позволяет создавать снимки, приближенные к профессиональным, при любой погоде и разном освещении.

Хорошим дополнением станет поддержка Wi-Fi-связи, чтобы перекинуть результат сразу на ПК, ноутбук или любое мобильное устройство.

Canon PowerShot SX420 IS Red

Среди моделей улучшенных зумов отличные оценки получили камеры:

Canon PowerShot SX60 HS — самый большой зум, приближающий в 65 раз;
Panasonic Lumix DMC-FZ1000 с возможностью записи видео в формате 4К и матрицей в 20,1 Мп;
Nikon Coolpix B500 с видеосъемкой в формате Full HD;
Sony Cyber-shot DSC-HX400 с яркой дальней вспышкой и стереомикрофоном.

Информация о просьюмерах

Под просьюмерскими камерами понимаются такие «компактники», которые дают возможность получать практически профессиональные снимки. У них есть автоматические и ручные настройки для выдержки и диафрагмы, есть режим, включающий высокоскоростную съемку, мощная вспышка. Подразумевается, что можно использовать дополнительные насадки и световые фильтры. Многие из них – с поворотным экраном.

Фотоаппарат Samsung NX20

Это компактные фотоаппараты с большой матрицей и довольно качественной оптикой, а по цене они вполне сопоставимы с «зеркалками» начального уровня. Такую технику часто используют профессионалы, когда неудобно брать с собой «зеркальную» модель. Для новичков в фотоделе эти устройства могут показаться слишком сложными из-за большого количества опций и настроек.

Одноразовые «цифровики»

Одноразовые модели – обычно прерогатива пленочных фотоаппаратов, однако встречается такая техника и в цифровом воплощении. Сразу будет оговорка: эти камеры не позволят получить результат с хорошим качеством, однако пригодятся, если пользователь забыл взять с собой фотоаппарат или не хочет подвергать риску более дорогую технику.

Блестящим примером использования одноразового фотоаппарата могут служить так полюбившиеся многим съемки с летающих дронов. Особенно пригодится подобный одноразовый аппарат тем, кто только осваивает подобную «игрушку».

Такие предложения могут встречаться в оригинальном исполнении: с оригинальным дизайном и ярким цветом. Например, Fuji выпускает такой вариант модели Q1 в форме кулона – фотоаппараты могут быть разными по цвету, форме и размеру. Этот вариант выпускается как пленочном, так и цифровом виде. А вот Fuji mini – цифровая модель, у которой можно встретить самые разные виды корпусов.

Фотоаппарат Fujifilm Digital Q1

Системные камеры

Разновидности цифровых фотоаппаратов, попавших под звание системных, имеют модульную конструкцию. Системные фотоаппараты – это категория техники, на корпус которой устанавливаются сменные компоненты: вспышка, видоискатели, объективы и другие.

Чаще всего такие устройства встречаются в беззеркальном варианте и без объектива, который надо будет покупать отдельно.

Плюсом таких устройств могут стать:

компактные размеры;
небольшой вес;
различные возможности настройки;
электронный видоискатель;
бесшумность в работе (затвор сработает тише из-за отсутствия зеркала);
более качественные объективы, чем у бюджетных «зеркалок»;
высокая скорость съемки — можно сделать до 12 снимков за 1 секунду работы;
за камерой легко ухаживать;
наличие большой ASP-C матрицы;
больший срок работы (количество кадров, которые позволяет сделать конструкция до своего полного износа).

А теперь о недостатках . В их числе:

низкая скорость включения и начала работы;
возможная задержка при фокусировке;
худшее, чем у «зеркальных» вариантов качество изображения;
малый выбор вспышек и объективов для таких моделей, что связано с недавним появлением на рынке;
нет оптического видоискателя, от чего страдает настройка фокуса и корректность цветопередачи;
большая контрастность фокуса (невозможна «спортивная съемка»);
малые возможности управления из-за компактности;
плохая выдержка аккумулятора;
высокая цена.

Фотоаппарат Samsung NX1100

Вместе с тем, подобная техника отлично подойдет тем пользователям, кому уже недостаточно возможностей обычных «мыльниц». Таким людям можно предложить взять в руки одну из следующих моделей.

Samsung NX1100 — любительская модель.
Модели от Nikon серии 1J больше подойдут для начинающих фотолюбителей.
Fuji X-T10 (бюджетный вариант) и Fujifilm X-M1 (премиум-образец в стиле ретро с возможностью беспроводной передачи данных) с хорошей матрицей от 16 Мп относятся к полупрофессиональным аппаратам.
Sony NEX-5T имеет сенсор с датчиком фокусировки. А вот серия A7 II уже профессиональный вариант, это одни из лучших системных фотоаппаратов 2017 года с расширенным функционалом.
Olympus OMDE-M10 II – признанная модель по функциональности и качеству.
Panasonic LumixG , имеющий удобный интерфейс, хорошее качество изображений, OLED-видоискатель.

Среди специалистов ведутся споры по поводу этого вида цифровой фотокамеры. Качество съемки выше, чем у «компактов», но маленькая емкость аккумулятора совсем не подходит для съемки в глухих местах. А стоимость пока превосходит некоторые «зеркальные» модели.

Зеркальные фотоаппараты

Этот класс наиболее востребован на сегодняшний день среди профессиональных фотографов. И не в последнюю очередь, благодаря своим конструктивным особенностям. В приборе используется сложная стеклянная оптическая система , сквозь которую в зеркале отражается изображение. Само зеркало расположено по отношению к видоискателю под углом в 45 градусов. Благодаря этому фотограф видит то же самое изображение, что получится и на снимке.

Во время спуска затвора зеркало поднимается, и свет падает на матрицу. Последний элемент должен быть большого размера и высокого разрешения – без этого будет трудно добиться действительно высококачественного снимка. Даже в бюджетных моделях она не меньше ½”, в профессиональных стоит полноразмерная. Это необходимо для более реалистичных снимков.

Вот главные особенности этого вида цифровых фотокамер:

это техника со сменной оптикой;
есть оптический видоискатель;
повышенное разрешение матрицы;
множество ручных настроек при съемке.

Зеркальный фотоаппарат Nikon D5500 Kit 18-55 VR II, Red

Очень актуальна возможность аппарата иметь съемный объектив . В полупрофессиональной технике эта деталь уже включена в комплектацию, но имеет усредненные параметры. У профессиональных моделей объектив более чем громоздкий и дорогой. Лучше иметь около двух-трех таких деталей.

Многих смущает работа с ручными настройками . Это правда: без подготовки работать с «зеркалкой» сложно. Однако лучше сразу не переходить к профессиональным моделям. В полупрофессиональной версии управление понятно даже новичкам: основные кнопки вынесены на корпус для быстрой работы.

Самый большой минус всех «зеркалок» – высокая стоимость . Цена на многие из них начинаются от 20 000 рублей, а профессиональные модели стоят от 50 000 рублей.

Кроме этого, для полноценной работы следует докупить обязательные аксессуары – от объективов до кабелей.

Зеркальные фотоаппараты тоже встречаются в различных концепциях. Типы фотоаппаратов-«зеркалок» стоит рассмотреть подробнее.

Полупрозрачное «зеркало»

Визуально такие приборы ничем не отличаются от обычных «зеркалок» и относятся к ним по классификатору. Но внутри отсутствует подъемное зеркало – его заменяет полупрозрачное, минус которого в задержке части света. Оптического видоискателя здесь тоже нет – его заменяет электронный. Да и сами аккумуляторы у таких камер будут садиться намного быстрее, чем в классических «зеркальных».

Такие камеры выпускает Sony . Технология прохождения светового потока от объектива к матрице в них, действительно, отличается от привычного «зеркального». Отличным примером служит Sony Alpha SLT-A99. Бюджетным аналогом является SONY Alpha SLT-A33, но и здесь цена начинается от 1000 долларов.

Фотоаппарат SONY Alpha SLT-A33

Дальномерные предложения

Дальномерный фотоаппарат представляет собой подвид зеркальной фототехники, который для фокусировки использует дальномер. Этот компонент измеряет расстояние от фотоаппарата до объекта съемки. По сути дела, это очень сложная техника. Среди её положительных сторон:

тихо работающий затвор (фотограф остается незамеченным);
лучшие снимки в движении за счет короткого интервала при нажатии на стартовую кнопку (картинка не перекрывается);
возможность применять очень компактный складной объектив;
видоискатель, который показывает кадр полностью (шире поле зрения, возможность для кадрирования снимка).

Интересным образцом является элитная Leica (модели М и М9). У них, как у Contax и Mamiya 7, полностью взаимозаменяемые объективы. А если выбрать Nikon 35Ti, Yashica, Canonet, Ricoh, Petri и Olympus, то здесь используются только «родные» объективы, часто даже для конкретной камеры.

Фотоаппарат Leica М9

Самый главный недостаток – очень высокая стоимость: сама камера Leica будет стоить от 300 000 рублей, а объективы к ней ещё от 100 000 рублей. Следовательно, такую технику могут себе позволить только единицы.

Но и нужна она далеко не всем: подобные аппараты используют папарацци для съемки звезд и профессиональные фотографы дикой природы.

Среднеформатные модели

К таковым относятся самые дорогие на сегодняшнем рынке предложения. Их превосходство над остальными достигается благодаря наличию среднеформатной матрицы. Размеры здесь варьируются от 6х4,5 см до 6х24 см (но это уже панорамный вариант). Подобная техника отлично детализирует пейзажи.

Такие «цифровики» невероятно дорогие, поэтому их покупают, в основном, профессионалы. Самый дешевый вариант Pentax 645D может стоить от 300 000 рублей, а цены на Leica S2P и Hasselblad H5D-60 перешагивают за миллион – все эти данные без объектива. К тому же, такие камеры громоздки. Однако такая дорогая камера гарантирует самое высокое качество снимков, отличное от других фотоаппаратов.

Фотоаппарат Hasselblad H5D-60

Mamiya 645AF тоже относится к среднеформатным вариантам. Фотокамера позволяет получать и цифровые снимки при помощи ПЗС-матрицы . Управление вспышками осуществляется отдельно при помощи адаптера системы «Метиз SCA3000».

Широкоформатные (полноформатные) варианты

Термин «широкоформатных» фотоаппаратов возник ещё со времен пленочных устройств. И дело здесь не только в изображениях большого масштаба – в лучшую сторону отличались и сами изображения, поражая своей детализацией, резкостью, меньшим зерном.

Сегодня такие устройства относятся только к профессиональной категории – сам материал тоже выпускается по очень жестким требованиям.

Что касается цифровых фотокамер, здесь более применимо определение «полноформатных» или full frame : у такой техники размер матрицы составляет не менее 36х24 мм. А вот соотношение сторон кадра в случае с цифровой техникой уже не так стандартизировано: в зависимости от производителя, оно может быть 4:3, 3:2 и/или 16:9.

Такие агрегаты даже физически больше и тяжелее любой среднестатистической «зеркалки». Сказывается это и на цене. Обычно подобную технику покупают настоящие профессионалы, и затраты им окупаются сторицей — большим размером сенсора, специализированными функциями, прочной конструкцией и, разумеется, непревзойденным результатом.

Хорошей иллюстрацией к этому служит Canon EOS-1D X Mark II. В рекомендациях его пользовательского уровня так и прописывается – профессиональная камера (как и Nikon D5). Отличные снимки обеспечены даже в условиях низкой освещенности. Цена «кэноновского» предложения начинается от 350 000 рублей. Гораздо более доступно предложение Pentax K-1. Относительно демократичная для полнокадровой камеры цена от 160 000 рублей и хорошая стабилизация изображения благодаря технологии Pentax Pixel Shift Technology нашли массу поклонников. Устройство пригодится для съемки в таком жанре, где не требуется быстрый автофокус .

Широкоугольные цифровые предложения

Не каждая «зеркалка» способна снять протяженный объект или открытый ландшафт. Усилить возможности камеры поможет специальная широкоугольная оптика в виде сменных объективов или короткофокусное устройство с несменной зумируемой оптикой. Фотоаппараты, работающие на широком угле (с фокусным расстоянием меньше 34 мм) заинтересуют, прежде всего, дизайнеров мебели и интерьеров, научных и технических работников. Достоинства этой техники – простота в получении «широкого» фото, недостаток в возможных искривлениях по краям кадра , однако это даёт очень интересные эффекты. К такой технике можно отнести Fujifilm FinePix Е900, Canon PowerShot S80, Sony Cyber-shot DSC-R1, Pentax Optio 50L, Kodak EasyShare P880. Для начинающих пейзажистов особенно пригодится Kodak EasyShare DX6490 с насадкой для широкоугольной съемки.

Фотоаппарат Kodak EasyShare P880

При использовании камер с поддержкой сменных широкоугольных объективов получится больший угол обхвата и ярко выраженная передача перспективы. То есть, близкие объекты займут больше места в кадре.

У обоих этих вариантов широкоугольных фотоаппаратов может «всплыть» такой недостаток – широкий корпус может перекрыть встроенную вспышку . Чтобы избежать этого, предусмотрен синхроразъем для внешней вспышки, однако не во всех моделях есть «башмак» для этого.

Технологии развиваются, и фотоаппараты сегодня могут представлять собой интересный синтез с другими видами техники и обладать необычными возможностями. Рассмотрим такие модели подробнее.

Возможность 3D-съемки

Подобные предложения на рынке появились недавно. Они применяются для съемки трехмерных объектов : такая технология делает объемными предметы съемки, показывая всю глубину изображения. Анализ рынка показывает, что сегодня на рынке очень мало предложений по данной тематике. Это Fujifilm Finepix Real 3D в версиях W1 W3, Sony Cyber-shot в моделях от TX9 до WX5. Из беззеркального сегмента – Panasonic (модель Lumix GH2). И это только, что касается бытовых камер – в профессиональной съемке будут используются многообъективные.

Фотоаппарат Lumix GH2

При этом у указанных моделей могут возникнуть проблемы с поставленной перед ними задачей. Например, они совершенно не будут фокусировать что-то в углу – просто размоют его, преподнеся всё изображение как три плоскости, последовательно расположенные на различной глубине. Другой вопрос – как демонстрировать такие фото. Конечно, можно докупить специальную фоторамку (как, например, в случае с Fujifilm Finepix Real 3D), однако, чаще всего применяются очки-анаглифы . Их минус в заметном искажении цветовой гаммы, поэтому результат получается очень неестественным.

Это наталкивает только на один вывод: 3D-фотографии ещё очень далеко до эффекта реалистичности и высокого качества изображения.

И хотя Sony уже заявила о своей первой 3D-зеркалке, фотографии с неё вряд ли будут похожи на те, которые делает классический, в понимании этого слова, цифровой фотоаппарат.

Проектор+фотоаппарат

Еще одна новинка на рынке цифровых фототехнологий – компактный Nikon Coolpix S1200pj, который совмещает функции фотоаппарата и проектора в одном корпусе. При этом за качество и четкость отвечают оптическая и электронная стабилизации, а разрешение в 14,48 Мп позволяет делать достойные снимки. Этому же помогает и пятикратный зум.

Фотоаппарат Nikon Coolpix S1200pj

Чтобы использовать устройство в качестве проектора, необходимо лишь перевести его в нужный режим, выбрав в качестве экрана любую ровную поверхность. Фотоаппарат-проектор синхронизирован с MaС OS X, Windows и iOS, что только увеличивает её возможности. Цена на подобные устройства начинается от 30000 рублей.

Оснащение сканером

Любая камера может обладать возможностью сканера — это качество пригодится, чтобы оперативно обработать необходимые документы. «Превратить» их в текст помогут соответствующие программы, например, VueScan, поддерживающая больше 1600 моделей цифровых камер и сканеров. Но здесь надо помнить о правильном выборе сканирующей техники. Речь идет о точной фокусировке и большой разрешающей способности.

Хватит 6 мегапикселей матрицы, но надо будет задуматься о том, чтобы объектив мог захватить весь лист, для чего не подойдут широкоугольные модели из-за искажения геометрии.

Итак, рынок готов предложить различные модели: с wi-fi связью , проектором, 3D-возможностями, и это ещё не говоря о различных размерах матрицы. Пользователю останется лишь выбрать именно тот вариант, которым подходит ему для будущей работы и, конечно же, укладывается в выделенный для покупки бюджет.

«Первый компьютер» - Спиральная Логарифмическая Линейка. 10. Костяшки на прутьях для вычислений Используется в Азии! Вильям Шиккард (1592-1635). 18. Таненбаум Э. С. “Архитектура компьютера. (5-е изд.)” Санкт-Петербург, 2006, 848 стр. 13. Механические Дифференциальные Решатели. Логарифмические Линейки. План курса (1). XIX Век.

«История ЭВМ по информатике» - Литература. Средние. Macintosh. Основные этапы технологического процесса в информационных системах. Компьютеры пятого поколения. Большие эвм. Для вузов,-М.:ВШ,1999-511 с. 2. Информатика, учеб./ под ред. Компьютеры второго поколения. Перфокарта. Электронная лампа. Такие машины являются специализированными, т.е. решают узкий круг однотипных задач.

«Поколения компьютера» - Машины второго поколения. ЭВМ первого поколения. Первые счетные устройства. ЭВМ пятого поколения. ЭВМ третьего поколения. Есть ли предел совершенству? От абака до компьютера. ЭВМ четвертого поколения. ? Компьютер будущего облегчит и упростит жизнь человека ещё в десятки раз. Когда персональные компьютеры стали доступны простому обывателю?

«ЭВМ поколения» - Ключевое решение в ПО: универсальные языки программирования, трансляторы; Режимы работы ЭВМ: однопрограммный; Быстродействие: 103-104; Количество в мире: десятки; Цель использования: научно-технические расчеты. Период времени: с 1980; Элементная база: большие интегральные схемы; Основной тип ЭВМ: микро; Устройства ввода: цветной графический дисплей, сканер, клавиатура; Устройства вывода: графопостроитель, принтер; Внешняя память: магнитный и оптический диски;

«История ЭВМ» - XIX век. Быстродействие – сотни тысяч – 1 млн. оп./с. Элементная база – активные и пассивные элементы. С 1974 года до наших дней. БЭСМ (Большая Электронная Счетная Машина). XX век. 1968 - 1973 года. Кусайло Ольга Викторовна, МОУ «Старополтавская СОШ». Древнегреческий абак.

«Компьютерные машины» - Что же такое «ИНФОРМАТИКА»??? Советский союз. ©Составитель: Симон Т.Н, г. Ачинск. 1774 г. – Первая массовая «счётная машина» - механический калькулятор. Выполняла сложение и вычитание с 7 – значными числами. Интернет. Законы. HACKER /хакер/. Информация Общение Игра Как же появился Интернет??? Наука, которая изучает.

Всего в теме 44 презентации

Твоё путешествие в мир электроники мы начнем с погружения в цифровую электронику. Во-первых, потому что это верхушка пирамиды электронного мира, во-вторых, базовые понятия цифровой электроники просты и понятны.

Задумывался ли ты о том, какой феноменальный прорыв в науке и технике произошел благодаря электронике и цифровой электронике в частности? Если нет, тогда возьми свой смартфон и внимательно на него посмотри. Такая простая с виду конструкция -- результат огромной работы и феноменальных достижений современной электроники. Создание такой техники стало возможным благодаря простой идее о том, что любую информацию можно представить в виде чисел. Таким образом, независимо от того, с какой информацией работает устройство, глубоко внутри оно занимается обработкой чисел.

Тебе наверняка знакомы римские и арабские цифры. В римской системе числа представляются в виде комбинации букв I, V, X, L, C, D, M, а в арабской с помощью комбинации символов 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Но существуют и другие формы представления числа. Одна из них -- это двоичная форма. Или, как её чаще называют, двоичная система счисления. В такой системе счисления любое число представляет собой последовательность только из "0" и "1".

Арабские	Римские	Двоичные
0	-	00
1	I	01
2	II	10
3	III	11

Математики c инженерами хорошо потрудились, и сегодня любая информация может быть представлена в виде комбинации нулей и единиц: сигнал с датчика движения, музыка, видео, фото, температура, и даже вот этот текст, который ты сейчас читаешь, на самом деле в недрах твоего устройства имеет вид последовательности из нулей и единиц.

Независимо от того, с какой информацией работает цифровое устройство, глубоко внутри оно занимается обработкой чисел.

Почему именно "0" и "1", а не "0", "1" и "2", к примеру? На самом деле были вполне успешные попытки создать цифровую технику, которая использует не двоичную, а троичную систему исчисления ("0", "1" и "2"), но двоичная все же победила.

Возможно, победа досталась ей, потому что СССР развалился, а может потому, что "0" и "1" легче представить в виде электрических сигналов. А значит, цифровые устройства на основе двоичной системы исчисления проще и дешевле производить. Подробнее о двоичных числах я расскажу позже.

Структура цифрового устройства

Почти в каждом цифровом устройстве встречаются типовые элементы, из комбинации которых оно состоит. Какие-то элементы совсем простые, какие-то более сложные, а какие-то совсем сложные. В любительской практике чаще всего встречаются: триггеры, таймеры, счетчики, регистры, микроконтроллеры, компараторы и др.

Давай выберем что-нибудь из этого списка и посмотрим, как оно устроено. Пусть это будет микроконтроллер (МК)! Ладно, признаюсь. Микроконтроллер я выбрал неспроста. Дело в том, что именно появление микропроцессоров произвело настоящую революцию в электронике и выдвинуло её развитие на новый уровень.

МК является наиболее многочисленным и популярным видом микропроцессоров в мире. Особенным его делает то, что микроконтроллер представляет собой микро-PC -- целый компьютер в одной микросхеме. Представь себе компьютер размером, например, с копейку. Вот это и есть МК.

Микроконтроллеры используются повсеместно: в современных телевизорах, холодильниках, планшетах, охранных системах. Везде, где требуется чем-то управлять, микроконтроллер может найти своё место. А всё благодаря тому, что, как и любой микропроцессор, МК можно программировать. В итоге один и тот же вид микросхем можно использовать в сотнях различных устройств.

В наше время наибольшей популярностью пользуются, к примеру, микроконтроллеры AVR, PIC, ARM. Каждая из компаний, что выпускает перечисленные виды МК, производит десятки, если не сотни, разновидностей микроконтроллеров, предназначенных под все мыслимые и немыслимые задачи.

Как работает микроконтроллер

Несмотря на всю сложность конструкции настоящего микроконтроллера, рассказать, как он функционирует можно всего одним предложением: "В память микроконтроллера записывается текст программы, МК считывает команды из этой программы и выполняет их", -- вот и всё.

Конечно, МК не может выполнить какие угодно команды. У него есть базовый набор команд, которые он понимает и знает как выполнить. Комбинируя эти команды, можно получить практически любую программу, с помощью которой устройство будет делать именно то, что от него хотят.

В современном мире микропроцессор (МК тоже микропроцессор, но специализированный) может иметь либо очень много базовых команд, либо очень мало. Это такое условное разделение, для которого даже придумали два термина: CISC и RISC. CISC -- это много разных видов команд на все случаи жизни, RISC -- это только наиболее необходимые и часто использующиеся команды, т.е. сокращенный набор команд.

Большинство микроконтроллеров исповедуют RISC. Объясняется это тем, что при использовании сокращенного набора команд микроконтроллеры проще и дешевле для производства, их легче и быстрей осваивают разработчики аппаратуры. Между CISC и RISC много различий, но сейчас принципиально важно запомнить только то, что CISC -- много команд, RISC -- мало команд. Глубже с этими двумя идеями познакомимся как-нибудь в другой раз.

Что происходит, когда включается микроконтроллер?

Итак, давай представим идеальный мир, в котором у тебя есть МК и в его память уже записана программа. Или, как обычно говорят, МК "прошит" (при этом программу называют "прошивкой") и готов к бою.

Что произойдёт, когда ты подашь питание на свою схему с МК? Оказывается, ничего особенного. Там нет вообще никакой магии. Происходить будет следующее:

После подачи питания микроконтроллер пойдёт смотреть, что находится в памяти. При этом он "знает", куда следует смотреть, чтобы найти первую команду своей программы .

Местоположение начала программы устанавливается при производстве МК и никогдане меняется. МК считает первую команду, выполнит её, затем считает вторую команду, выполнит её, затем третью и так до последней. Когда же он считает последнюю команду, то всё начнётся сначала, так как МК выполняет программу по кругу, если ему не сказали остановится. Так вот он и работает.

Но это не мешает писать сложные программы, которые помогают управлять холодильниками, пылесосами, промышленными станками, аудиоплеерами и тысячами других устройств. Ты тоже можешь научиться создавать устройства с МК. Это потребует времени, желания и немножко денег. Но это такие мелочи, правда?

Как устроен типичный МК

Любая микропроцессорная система стоит на трёх китах:

Процессор (АЛУ + устройство управления),
Память (ROM, RAM, FLASH),
Порты ввода-вывода .

Процессор с помощью портов ввода-вывода получает/отправляет данные в виде чисел, производит над ними различные арифметические операции и сохраняет их в память. Общение между процессором, портами и памятью осуществляет по проводам, которые называются шиной (шины делятся на несколько видов по назначению). Это общая идея работы МП-системы. Вот как на картинке ниже.

МК, как я уже писал, тоже микропроцессор. Просто специализированный. Физическая структура микросхем МК разных серий может существенно различаться, но идейно они будут похожи и будут иметь такие, например, блоки как: ПЗУ, ОЗУ, АЛУ, порты ввода/вывода, таймеры, счетчики, регистры.

ПЗУ	Постоянная память. Всё, что в неё записано, остаётся в ПЗУ и после того как устройство было отключено от питания.
ОЗУ	Временная память. ОЗУ -- это рабочая память МК. В неё помещаются все промежуточные результаты выполнения команд или данные от внешних устройств.
АЛУ	Математический мозг микроконтроллера. Именно он складывает, вычитает, умножает, а иногда и делит, сравнивает нолики и единички в процессе выполнения команд программы. Один из важнейших органов МК.
Порты I/O	Просто устройства для общения МК с внешним миром. Без них ни во внешюю память записать, ни данные от датчика или клавиатуры получить нельзя.
Таймеры	Готовил торт или курицу? Ставил таймер, чтобы он тебя оповестил, когда блюдо будет готово? Вот в МК таймер выполняет схожие функции: отсчитывает интервалы, выдаёт сигнал о срабатывании и т.д.
Счетчики	Пригождаются, когда требуется что-либо подсчитать.
Регистры	Самое непонятное слово для тех, кто хоть раз пытался освоить Асемблер самостоятельно. А между прочим они своего рода выполняют роль быстрой ОЗУ МК. Каждый регистр представляет собой своего рода ячейку памяти. И в каждом МК их всего несколько десятков.

Современный масштаб развития цифровой электроники настолько огромен, что даже по каждому пункту из этой табилцы можно написать целую книгу, а то и не одну. Я же опишу базовые идеи, которые помогут дальше самостоятельно разобраться более подробно в каждом из устройств.

Мозг микроконтроллера

Микропроцессор/микроконтроллер всегда работает по заложенной в него программе. Программа состоит из последовательности операций, которые МК умеет выполнять. Операции выполняются в ЦПУ -- это мозг микроконтроллера. Именно этот орган умеет производить арифметические и логические операции с числами. Но есть ещё четыре важных операции, которые он умеет делать:

чтение из ячейки памяти
запись в ячейку памяти
чтение из порта В/В
запись в порт В/В

Эти операции отвечают за чтение/запись информации в память и во внешние устройства через порты ввода/вывода. И без них любой процессор проверащается в бесполезный хлам.

Технически процессор состоит из АЛУ (калькулятор процессора) и управляющего устройства, которое дерижирует взаимодействием между портами ввода-вывода, памятью и арифметико-логическим устройством (АЛУ).

Память микроконтроллера

Ранее в таблице с типичными устройствами, входящими в МК, я указал два вида памяти: ПЗУ и ОЗУ. Различие между ними заключается в том, что в ПЗУ данные сохраняются между включениями устройства. Но при этом ПЗУ (ROM) довольно медленная память. Поэтому и существует ОЗУ (RAM), которая довольно быстра, но умеет хранить данные только тогда, когда на устройство подано питание. Стоит выключить устройство и все данные оттуда...пшик и нету.

Если у тебя есть ноутбук или персональный компьютер, то тебе знакома например такая ситуация: писал гору текста, забыл сохранить его на жесткий диск, внезапно пропало электричество. Включаешь компьютер, а текста нет. Всё верно. Пока ты его писал, он хранился в ОЗУ. Поэтому текст и пропал с выключением компьютера.

В зарубежном мире ОЗУ и ПЗУ называют RAM и ROM:

RAM (Random Access Memory) -- память со случайны доступом
ROM (Read Only Memory) -- память только для чтения

У нас же их еще называют энергозависимой и энергонезависимой памятью. Что на мой взгляд более точно отражает природу каждого вида памяти.

ПЗУ

Сейчас всё больше получила распространение ПЗУ память типа FLASH (или, по-нашему, ЭСПЗУ). Она позволяет сохранять данные даже тогда, когда устройство выключено. Поэтому в современных МК, например в МК AVR в качестве ПЗУ используются именно FLASH-память.

Раньше микросхемы ПЗУ-памяти были однократно-программируемыми. Поэтому если были записаны программа или данные с ошибками, то такую микросхемы просто выкидывали. Чуть позже появились ПЗУ, которые можно было перезаписывать многократно. Это были чипы с ультрафиолетовым стиранием. Они довольно долго прожили и даже сейчас встречаются в некоторых устройствах из 1990-х...2000-х годов. Например, вот такая ПЗУ родом из СССР.

У них был один существенный минус -- при случайно засветке кристалла (тот, что виден в окошечке) программа могла быть повреждена. А также ПЗУ до сих пор работает медленней, чем ОЗУ.

ОЗУ

Оперативная память в отличие от ПЗУ, ППЗУ и ЭСПЗУ является энергозависимой и при выключении питания устройства все данные в ОЗУ пропадают. Но без неё не обходится ни одно микропроцессорное устройство. Так как в процессе работы требуется где-то хранить результаты вычислений и данные, с которыми работает процессор. ПЗУ для этих целей не подходит из-за своей медлительности.

ПАМЯТЬ ПРОГРАММ И ПАМЯТЬ ДАННЫХ

Помимо разделения на энергозависимую (ОЗУ) и энергонезависимую память в микроконтроллерах есть разделение на память данных и память программ. Это значит, что в МК есть специальная память, которая предназначена только для хранения программы МК. В нынешние времена обычно это FLASH ПЗУ. Именно из этой памяти микроконтроллер считывает команды, которые выполняет.

Отдельно от памяти программ существует память данных, в которую помещаются промежуточные результаты работы и любые другие данные, требующиеся программе. Память программ -- это обычное ОЗУ.

Такое разделение хорошо тем, что никакая ошибка в программе не сможет повредить саму программу. К примеру, когда по ошибке МК попытается записать на место какой-нибудь команды в программе случайное число. Получается что программа надёжно защищена от повреждения. Кстати, у такого разделения есть своё особо название -- "гарвардская архитектура".

В 1930-х годах правительство США поручило Гарвардскому и Принстонскому университетам разработать архитектуру ЭВМ для военно-морской артиллерии. В конце 1930-х годов в Гарвардском университете Говардом Эйкеном была разработана архитектура компьютера Марк I, в дальнейшем называемая по имени этого университета.

Ниже я схематично изобразил гарвардскую архитектуру:

Таким образом программа и данные, с которыми она работает, физически храняться в разных местах. Что касается больших процессорных систем подобных персональному компьютеру, то в них данные и программа во время работы программы хранятся в одном и том же месте.

ИЕРАРХИЯ ПАМЯТИ

КАК УСТРОЕН МОЗГ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

Ты уже значешь, что мозгом МК является ЦПУ -- центральный процессор, который состоит из АЛУ (арифметико-логическое устройство) и устройства управления (УУ). УУ дерижирует всем оркестром из памяти, внешних устройств и АЛУ. Благодаря ему МК может выполнять команды в том порядке в каком мы этого хотим.

АЛУ -- это калькулятор, а УУ говорит АЛУ что, с чем, когда и в какой последовательности вычислять или сравнивать. АЛУ умеет складывать, вычитать, иногда делить и умножать, выпонять логические операции: И, ИЛИ, НЕ (о них будет чуть позже)

Любой компьютер, МК в том числе, умеет сегодня работать только с двоичными числами, составленными из "0" и "1". Именно эта простая идея привела к революции в области электроники и взрывному развитию цифровой техники.

Предположим, что АЛУ надо сложить два числа: 2 и 5. В упрощенном виде это будет выглядеть так:

При этом УУ знает в каком месте памяти взять число "2", в каком число "5" и в какое место памяти поместить результат. УУ знает обо всём этом потому, что оно прочитало об этом в команде из программы, которую в данный момент прочитало в программе. Более подробно про арефмитические операции с двоичными числами и как устроен сумматор АЛУ изнутри я расскажу чуть позже.

Хорошо, скажешь ты, а что если нужно получить эти числа не из программы, а из вне, например, с датчика? Как быть? Вот тут в игру и вступают порты ввода-вывода, с помощью которых МК может принимать и передавать данных на внешние устройства: дисплеи, датчики, моторы, задвижки, принтеры и т.д.

ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

Тебе наверняка хорошо знакомо шуточное высказывание про "женскую логику"? Но речь пойдет не о ней, а логике в принципе. Логика оперирует причинно-следственными связями: если солнце взошло, то стало светло. Причина "солнце взошло" вызвала следствие "стало светло". При этом про каждое утверждение мы можем сказать "ИСТИНА" или "ЛОЖЬ".

Например:

"Птицы плавают под водой" -- это ложь
"Вода мокрая" -- при комнатной температуре это утверждение истинно

Как ты заметил, второе утверждение при определённых условиях может быть как истинным, так и ложным. В нашем компьютере есть только числа и инженеры с математичками придумали обозначать истину "1", а ложь "0". Это дало возможность записывать истинность утверждения в виде двоичных чисел:

"Птицы плавают под водой" = 0
"Вода мокрая" = 1

А ещё такая запись позволила математикам выполнять с этими утверждениями целые операции -- логические операции. Первым до этого додумался Джордж Буль. По имени которого и названа такая алгебра: "булева алгебра", которая оказалась очень удобной для цифровых машин.

Вторая половина АЛУ -- это логические операции. Они позволяют "сравнивать" утверждения. Базовых логических операций всего несколько штук: И, ИЛИ, НЕ, -- но этого достаточно, так как более сложные могут комбинироваться из этих трёх.

Логическая операция И обозначает одновременность утверждений, т.е. что оба утверждения истинны одновременно. Например утверждение будет истинно только тогда, когда оба более простых утверждения будут истинны. Во всех остальных случаях результат операции логического И будет ложным

Логическая операция ИЛИ будет истинно, если хотя бы одно из участвующих в операции утверждений будет истинно. "Птицы плавают под водой" И "Вода мокрая" истинно, так как истинно утверждение "вода мокрая"

Логическое операция НЕ меняет истинность утверждения на противоположное значение. Это логическое отрицание. Например:

Солнце всходит каждый день = ИСТИНА

НЕ (Солнце всходит каждый день) = НЕ ИСТИНА = ЛОЖЬ

Благодаря логическим операция мы можем сравнивать двоичные числа, а так как наши двоичные числа всегда что-то обозначают, например, какой-нибудь сигнал. То получается, что благодаря булевой алгебре мы можем сравнивать настоящие сигналы. Этим логическая часть АЛУ и занимается.

УСТРОЙСТВО ВВОДА-ВЫВОДА

Наш МК должен общаться с внешним миром. Только тогда он будет представлять из себя полезное устройство. Для этого у МК есть особые устройства, которые называются устройствами ввода-вывода.
Благодаря этим устройствам мы можем посылать в микроконтроллер сигналы от датчиков, клавиатуры и других внешних приборов. А МК после обработки таких сигналов отправит через устройства вывода ответ, с помощью которого можно будет регулировать скорость вращения двигателя или яркость свечения лампы.

Подведу итоги:

Цифровая электроника -- верхушка айсберга электроники
Цифровое устройство знает и понимает только числа
Любая информация: сообщение, текст, видео, звук, -- могут быть закодированы с помощью двоичных чисел
Микроконтроллер -- это микрокомпьютер на одной микросхеме
Любая микропроцессорная система состоит из трёх частей: процессор, память, устройства ввода-вывода
Процессорс состоит из АЛУ и управляющего устройства
АЛУ умеет выполнять арифметические и логические операции с двоичными числами

Оставайся с нами. В следующих статьях я расскажу более подробно как устроена память МК, порты ввода-вывода и АЛУ. А после этого мы пойдём ещё дальше и в итоге дойдём до аналоговой электроники.

p.s.
Нашёл ошибку? Сообщи мне!

/blog/tsifrovaya-elektronika-chto-eto/ В этом рассказе первые шаги в мир электроники делаются с необычного направления. Своё путешествие по электронике ты начинаешь с мира цифровой схемотехники, с микроконтроллеров 2016-11-17 2016-12-26 цифровая электроника, цифровая схемотехника, микроконтроллер, логические элементы

Большой радиолюбитель и конструктор программ