«Основы схемотехники» для обучающихся по всем программам и форм обучения
Глава 1 Элементы схемотехники в информатике
жүктеу/скачать 2.6 Mb. Pdf көрінісі
|
| Глава 1 Элементы схемотехники в информатике
1.1 Связь информатики и схемотехники На сегодняшний момент ученые сходятся в едином мнении, что информатика превращается в фундаментальную науку об информации и информационных процессах в технических системах, природе и обществе, что определяет следующие типы содержательных линий относительно краеугольных категорий «информация» и «информационные процессы»: теоретическая (теория информации), методологическая (теория моделирования), математическая (дискретная математика), техническая (дисциплины по вычислительной техники), технологическая (программирование, программное обеспечение), коммуникационная (компьютерные сети), социальная (информационное общество). Предметом нашего рассмотрения является техническая содержательная линия информатики через призму «информация», «информационные процессы» в технических системах. Содержательная техническая линия информатики связана, прежде всего, с категорией «компьютер как электронная вычислительная машина (ЭВМ)». Напомним, что электронные устройства — электронные приборы и устройства, принцип действия которых основан на взаимодействии заряженных частиц с электромагнитными полями и используется для преобразования электромагнитной энергии (например, для передачи, обработки и хранения информации). В этой связи компьютер понимается как «комплекс технических средств, где основные функциональные элементы (логические, запоминающие, индикационные и др.) выполнены на электронных элементах, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач». Обратим внимание на то, что электронная вычислительная машина подразумевает использование электронных компонентов в качестве её функциональных узлов, однако компьютер может быть устроен и на других принципах — он может быть механическим, биологическим, оптическим, квантовым и т. п. Что касается вопросов «информация» и «информационные процессы» в технической линии информатики, известно из ранее изученного, что для возможности представления, обработки, передачи и хранения любой информации в компьютере, она должна быть закодирована. Известный факт, что вся информация в компьютере кодируется с помощью чисел, а затем превращается в электрический сигнал, т.е. любая информация представлена в компьютере в виде электрических импульсов. Другими словами, каждому 5 элементу информации должен быть поставлен в соответствие некоторый сигнал или символ (который, по сути, также является сигналом), т.е. материальный носитель информации. Таким образом, материальным носителем информации называется сигналом. В настоящее время, в подавляющем большинстве случаев, в качестве сигналов в компьютерах используются уровни электрического потенциала. Как правило, символу «0» соответствует низкий уровень электрического потенциала, а символу «1» - высокий его уровень. Поэтому аппаратная часть компьютеров, как цифровых систем обработки информации, состоит из совокупности технических элементов, физически реализующих эти два состояния электрического потенциала. Техническая реализация этих элементов может быть выполнена в самом различном виде: электромеханическом (в виде электромагнитных реле), магнитном (в виде перемагничивающихся сердечников с прямоугольной петлей гистерезиса) или электронном. Самыми распространенными в настоящее время являются электронные элементы. Историческая справка Электронные технологии и элементы, на базе которых создавались ЭВМ, многократно изменялись. В таблице 1 показана эволюция строительство ЭВМ за счет элементной базы, которая служит главной характеристикой при классификации вычислительной техники. Перечислим решающие факты. Так, в 19948 г. физики У. Шокли, У. Браттейн и Д. Бардин создали транзистор. В 1956 г. за это достижение им была присуждена Нобелевская премия. В 1956 г. ученые Массачуетского технологического института создали первый полностью построенный на транзисторах компьютер TX-Q. Так появились ЭВМ второго поколения на дискретных полупроводниковых приборах (диодах и триодах – транзисторах). В 1958 г. инженер Д. Килби предложил идею интегральной схемы – кремневого кристалла, на который монтируются миниатюрные транзисторы и другие элементы. В 1964 г. компания IBM выпустила компьютер IBM System 360, построенный на основе интегральных микросхем. Так появились ЭВМ третьего и последующих поколений, основанные на интегральных полупроводниковых схемах. В 70-х годах появились большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы, включающие сотни тысяч и даже миллионы элементов на один кристалл. Появились компьютеры на полупроводниковых интегральных схемах (электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число активных элементов: диодов и транзисторов) с малой и средней степенью интеграции (сотни – тысячи транзисторов в одном корпусе). |