С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат

Владимир Клиньшов

Сейчас по физике лектор билеты давал к экзамену. Входи ко мне — перепишешь

— Это длительно, ты лучше отсканируй и кинь мне на почту, а я у себя распечатаю.

(из разговора студентов)

Воистину, до чего дошел прогресс! Еще пару лет вспять подобные дискуссии были редкостью, а на данный момент — обыденное дело С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат. Вот, к примеру, не так давно воспринимал я лабораторные работы у третьекурсников, так они, заместо того чтоб теоретическую часть в отчете написать, просто отсканировали методичку! Того и гляди, начнут лекции заместо тетрадки на веб-камеру записывать!

Сравнивая истинное и совершенно недавнешнее прошедшее, понимаешь, как ошеломляющий скачок в развитии электронно-вычислительной С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат техники совершился практически у нас на очах. Сейчас компьютер стал обычным и знакомым инвентарем для миллионов людей, и, наверняка, нет в современной жизни области, куда бы он не просочился. В науке и индустрии обширно употребляются мощнейшие суперкомпьютеры, мобильные компы сопровождают собственных хозяев в пути, а индивидуальные компы есть практически в С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат каждом доме.

А сейчас вернемся на уровне мыслей в 50-е годы, время, когда академик С. А. Лебедев создавал первую русскую ЭВМ. Трогательная и забавная картина предстанет пред нами: вся Академия СССР с большим вниманием смотрит, как эта большая машина часами решает задачки, на которые современным компьютерам необходимы толики секунды! А С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат в 30-е годы восхищение вызывали машины, которые просто умели делать арифметические деяния. На данный момент эту возможность реализует обыденный карманный калькулятор.

Согласитесь — динамика просто поразительная! Но мы уже успели привыкнуть к приставкам «мега-» и «гига-» в свойствах современных компов, и они нас не поражают. Хоть какой школьник знает, как С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат работать и веселиться на «компе», некие даже могут собирать и разбирать его, как конструктор. Но многие ли знают, как устроен компьютер, на каких физических принципах базирована его работа? Думаю, нет. А меж тем конкретно физика и физические открытия сделали вероятным создание ЭВМ в том виде, в С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат каком они есть на данный момент.

Короткая история ЭВМ

Рис. 1. История развития ЭВМ и важные открытия электроники XX века

На самом деле, вся история ЭВМ определяется серией восхитительных физических открытий в области электроники. Строго говоря, вычислительные машины существовали и до XX века: это абак, счеты, логарифмические линейки, арифмометры, счетные машины Паскаля С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат и Бэббиджа и некие другие. Всё это — механические устройства с очень ограниченными способностями. История же фактически электрических вычислительных машин (рис. 1) начинается в двадцатом веке и связана с изобретением в 1906 году южноамериканским инженером Ли де Форестом вакуумного триода. На базе триодов были сделаны ЭВМ так именуемого первого поколения, начинающего свою историю в С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат 40-е годы. Это поколение компьютеров-монстров, занимавших по своим размерам целые комнаты и потреблявших мощности, достаточные для работы маленького завода. Но, невзирая на такую громоздкость, производительность этих машин была очень умеренной.

Высококачественное изменение ЭВМ вышло после еще 1-го эпохального открытия физики — изобретения в 1947 году Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат Уильямом Шокли полевого транзистора. Применение полупроводниковых транзисторов заместо вакуумных ламп (триодов) позволило значительно уменьшить размеры и энергопотребление машин второго поколения и повысить их быстродействие и надежность.

Предстоящее развитие компов связано с внедрением интегральных схем, в первый раз сделанных в 1960 году янки Робертом Нойсом. Печатная плата — это огромное количество, от С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат 10-ов до миллионов, транзисторов, размещенных на одном кристалле полупроводника. Внедрение интегральных схем (компы третьего поколения), огромных и сверхбольших интегральных схем (4-ое поколение) привело к значительному упрощению процесса производства ЭВМ и повышению их быстродействия. В 80-е годы началось изготовка индивидуальных компов, которые равномерно заполучили современный вид. Приблизительно тогда же появились С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат 1-ые мобильные компы, либо ноутбуки. Большой производительности достигнули многопроцессорные вычислительные комплексы — так именуемые суперкомпьютеры.

Почему же конкретно изобретение триода и транзистора обусловило весь путь развития компов? Для ответа на этот вопрос необходимо вспомнить об главных механизмах работы компьютера.

Сердечко современного компьютера — это его центральный микропроцессор, потому остановимся С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат на нем. Основная функция микропроцессора — обработка инфы, т. е. выполнение разных операций над данными. А потому что данные в современных ЭВМ представляются в двоичном виде, то и операции с ними выполняются на базе двоичной логики, либо так именуемой булевой алгебры.

Булева алгебра — база работы компьютера

Рис. 2. «Водопроводная модель» операций булевой алгебры

Булева С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат алгебра (названа в честь британского математика XIX века Джорджа Буля) рассматривает величины, принимающие только два значения — 0 либо 1. Значение булевой величины можно представлять как ложность либо истинность какого-нибудь утверждения (0 — ересь, 1 — правда). Потому с такими величинами можно создавать разные операции — так же, как мы оперируем с утверждениями при С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат рассуждениях. Главные операции — это И, Либо, НЕ. К примеру: «я возьму зонт», если «пойдет дождь» И «за мной НЕ заедет друг на машине». Если обозначить через С утверждение «я возьму зонт», А — «пойдет дождь» и В — «за мной заедет друг», то С = А И (НЕ В). Выполнением схожих операций и С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат занимается микропроцессор компьютера.

Выполнение логических операций можно проиллюстрировать на приятной физической модели «водопровода». Представим утверждения, над которыми выполняются операции, в виде вентилей на трубах (открытый вентиль — утверждение поистине, закрытый — неверно). Итог операции представим в виде крана, из которого вода может или течь (правда), или не течь (ересь). На С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат рис. 2 изображены системы труб, реализующие главные логические операции. К примеру, разглядим операцию И: С = А И В (рис. 2а). Вентили А и В установлены на трубе поочередно, потому вода из крана С течет, только если они оба открыты. Если же установить вентили на две параллельные трубы, соединяющиеся в одну, то такая С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат система будет делать операцию Либо: если хотя бы один из вентилей А либо В открыт, вода из крана С потечет, т. е. С = А Либо В (рис. 2б). На рис. 2в представлена система, выполняющая операцию НЕ: если вентиль А закрыт, то вода протекает в кран В С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат, если же он открыт, то вся вода стекает в «запасную» трубу, и через кран В не течет, т. е. В = НЕ А.

Можно ли перенести те же системы из области гидродинамики в область электроники, другими словами сделать электрические логические схемы? Ясно, что для этого пригодятся устройства, подобные вентилям на трубах, которые С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат зависимо от установленного положения или пропускают воду по трубе, или нет. «Электронные вентили» должны владеть схожими качествами, т. е. регулируемой проводимостью электронного тока. Оказывается, конкретно триод и транзистор могут делать функции вентиля в электронной схеме. Чтоб осознать, как это может быть, нужно разобраться в физических механизмах работы триода С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат и транзистора.

Электровакуумный триод

Рис. 3. Электровакуумный триод

Конструктивно триод состоит из 3-х железных электродов — катода, анода и сетки, помещенных в корпус с откачанным воздухом (рис. 3). Через дополнительную цепь катод греется электронным током до больших температур, так что с его поверхности начинается эмиссия электронов. Обычно электронный потенциал анода относительно катода положителен, а режим С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат работы триода определяется потенциалом сетки.

Когда на сетку подается положительный потенциал (наименьший потенциала на аноде), электронное поле разгоняет электроны в направлении сетки. Поверхность сетки делается не сплошной, а состоит из отдельных тонких проводов, образующих решетку. Из-за этого электроны практически не попадают на сетку, а пролетают через нее на С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат анод, создавая ток в анодной цепи (рис. 3а). Если же потенциал сетки отрицателен, электронное поле препятствует движению электронов, возвращая их на катод, и ток в цепи не течет (рис. 3б).

Таким макаром, в электровакуумном триоде можно отлично управлять током в цепи анода, меняя напряжение на сетке. При этом проводимость С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат триода может изменяться от стопроцентно закрытого состояния до на сто процентов открытого. Но ведь конкретно этими качествами и должен владеть вентиль! И конкретно в качестве «электронных вентилей» использовались триоды в первых электронно-вычислительных машинах.

Зная об устройстве электровакуумных ламп, можно осознать, с чем связаны их недочеты. Во-1-х, это С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат огромные размеры и сложность производства, обусловленные необходимостью размещения электродов в вакуумном корпусе. Во-2-х, инерционность устройств, которая вызвана огромным временем просвета электронами расстояния от катода до анода. В-3-х, большая потребляемая мощность. Избежать всех этих недочетов позволяют полупроводниковые транзисторы, которые с момента собственного изобретения стали интенсивно теснить лампы. Разглядим С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат устройство транзистора в том виде, в каком он был предложен в первый раз, — в виде биполярного транзистора.

Полупроводниковый транзистор

Рис. 4. Электронно-дырочный переход и транзистор

Отличительным свойством полупроводниковых кристаллов является наличие в их свободных носителей зарядов обоих символов. Отрицательные заряды — это электроны, освободившиеся с наружных оболочек атомов кристаллической С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат решетки, а положительные — так именуемые дырки. Дырки — это свободные места, остающиеся в электрических оболочках после ухода из их электронов. При переходе на такое свободное место электрона из оболочки примыкающего атома дырка перемещается к этому атому и таким макаром может двигаться по всему кристаллу, как свободная клеточка при игре в пятнашки. Потому С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат можно рассматривать дырку как положительно заряженную свободную частичку.

Биполярный транзистор — это полупроводниковый кристалл, разбитый на три части, которые именуются эмиттером, базой и коллектором (рис. 4). За счет введения в эти области разных примесей соотношение свободных дырок и электронов в их различно. Так, в эмиттере и коллекторе дырок значительно больше, чем С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат электронов (молвят, что эти области владеют проводимостью p-типа). В базе же, напротив, больше электронов (проводимость n-типа).

Пусть как на коллектор, так и на базу транзистора подан отрицательный потенциал относительно эмиттера — на базу наименьший, на коллектор больший (рис. 4а). Тогда электронное поле на контакте база С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат—эмиттер ориентировано слева вправо и содействует движению дырок из эмиттера в базу, а электронов — напротив, из базы в эмиттер. Поле на контакте база—коллектор ориентировано также вправо и препятствует переходу дырок из коллектора в базу и электронов из базы в коллектор. Но дырки, попавшие в базу из эмиттера, под действием этого поля С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат свободно проходят в коллектор. Обычно базу делают довольно узкой, потому в коллектор перебегают фактически все дырки из эмиттера, и в коллекторной цепи течет довольно большой ток.

Сейчас представим, что потенциал базы относительно эмиттера стал положительным, а потенциал коллектора как и раньше отрицателен (рис. 4б). Тогда электронное поле С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат на контакте эмиттер—база ориентировано влево, а на контакте база—коллектор — вправо. Таким макаром, поле препятствует выходу электронов из базы в обе стороны, так же как и попаданию в нее дырок. Потому через контакты течет только ток, связанный с движением неосновных зарядов — дырок в базе и электронов в эмиттере С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат и коллекторе. Потому что число таких зарядов очень невелико по сопоставлению с основными, то и ток в данном случае пренебрежимо мал.

Таким макаром, варьируя напряжение меж базой и эмиттером, можно изменять значение коллекторного тока от наибольшего до практически нулевого, другими словами «открывать» и «закрывать» транзистор. Это означает, что транзистор, как и С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат вакуумный триод, может делать функцию «электронного вентиля».

При помощи современных технологий сделать транзистор еще проще, чем триод. Его можно сделать очень небольшим, а означает, резвым в работе и потребляющим малую мощность. Из-за этих преимуществ современные компы выполняются на транзисторах, а не на лампах. Изобретение интегральных микросхем, способных С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат соединить на одном кристалле миллионы транзисторов, крепко закрепило их преимущество перед лампами.

Заключение

Рис. 5. История и перспективы вычислительной техники

Мы коротко разглядели физические механизмы работы 2-ух устройств, сыгравших главную роль в истории электроники XX века, — электровакуумного триода и транзистора. Почему ЭВМ должны своим возникновением конкретно этим устройствам? Так как на С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат их базе были сделаны электронные схемы, выполняющие операции булевой алгебры. Сама по для себя булева алгебра максимально ординарна, т. к. оперирует только 2-мя числами — 0 и 1. Но оказывается, чтоб воплотить резвые, обыкновенные и надежные устройства, выполняющие логические операции, необходимы довольно сложные электрические элементы. Таким макаром, создание ЭВМ было бы нереально С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат без вклада физиков, придумавших «электронные вентили» — триод и транзистор.

С физикой, непременно, связано и будущее компьютерной техники. Более многообещающими направлениями ее развития сейчас числятся создание квантовых компов и нейрокомпьютеров (рис. 5). Квантовые компы будут использовать в качестве базисных частей отдельные молекулы, потому, разумеется, их развитие нереально без внедрения аппарата квантовой физики С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат. А нейрокомпьютеры — это устройства обработки инфы, в работе которых будут употребляться принципы функционирования центральной нервной системы и мозга. Такое заимствование может быть только после детализированного исследования этих систем, в том числе с физической точки зрения.

На примере истории вычислительной техники мы можем осознать, как тесновато развитие С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат больших технологий связано с развитием базовых наук, как очень 1-ое находится в зависимости от второго. Потому, чтоб достигнуть фуррора в сфере новых технологий, нужно держать в голове о том, что служит их основой, и сначала — о теоретической физике. Только успехи базовой науки могут привести к открытию новых горизонтов в прикладных работах, к С физикой — от счетов к современным компьютерам - реферат новым необычным достижениям цивилизации.


s-o-kozhemyachenko-dorozhnij-revizor-po-bezopasnosti-dvizheniya-poezdov-dalnevostochnoj-zheleznoj-dorogi-stranica-6.html
s-o-s-t-a-v-metodicheskie-rekomendacii-po-organizacii-meropriyatij-po-grazhdanskoj-oborone-preduprezhdeniyu-i-likvidacii.html
s-obrazcami-podpisej-ottiska-pechati.html