Винаходи людства

Цікаві факти про винаходи людства. Усі цікаві та найважливіші винаходи людства, історії їх винаходження знайдеш тут!
Адміністратор
Адмін
Повідомлення: 1767
г. Гадяч
12 годин назад
Зміст: Винаходи людства

Штучні супутники землі.


Про запуск першого супутника СРСР стали думати ще в ту пору, коли йшли роботи над балістичною ракетою Р-7. У 1956 році була утворена група вчених на чолі з академіком Мстиславом Келдішем, якому було доручено розробляти програму наукових експериментів для першого штучного супутника Землі. Після попереднього аналізу всіх бортових систем, якими повинен був бути забезпечений цей супутник, виходило, що ніяк не можна вкластися в масу, менше ніж 1250 кг (маса однієї оболонки становила 250 кг, система енергоживлення — 450 кг; крім того, велику вагу мали масивні антени). Існуючі тоді ракети не могли подолати першу космічну швидкість (близько 8 км/с) для такого важкого апарату. Тоді в кінці 1956 року один із співробітників Королева, Михайло Тихонравов, запропонував проект більш простого і легкого супутника масою близько 80 кг. В червні 1957 року були готові креслення остаточного компонування цього супутника, а в кінці серпня почалися його випробування.

Для виведення супутника на орбіту КБ Корольова на базі Р-7 розробило спеціальну двоступеневу ракету з загальною масою 267 тонн, що складалася з чотирьох бічних ракетних блоків РРД РД-107 і одного центрального блоку РРД РД-108. Всі двигуни при старті включалися в роботу одночасно. Через 120 секунд після старту бічні блоки відкидалися (другий щабель до цього часу сягало висоти 50 км і мала швидкість 2, 3 км/с). Центральний блок продовжував працювати ще 180 секунд. На висоті 200 км центральний блок відключався, після чого супутник відокремлювався від нього з допомогою пружинного штовхача, скидав захисний тепловий екран і починав вільний політ. Успішний старт ракети відбувся 4 жовтня 1957 року. Цей день відкрив початок нової космічної ери в історії Землі.

Перший супутник знаменував собою вузловий пункт розвитку техніки. З одного боку, він символізував завершення складного етапу розвитку балістичних ракет, а з іншого — був тим зародком, з якого виросла вся пізніша космічна техніка.

Супутник мав форму кулі діаметром 580 мм, Маса його становила 83, 6 кг. На зовнішній поверхні кулі були встановлені антени радіопередавачів у вигляді чотирьох стрижнів. Довжина двох з них становила 2, 4 м, інших — 2 м. Стрижні з'єднувалися з антенними ізоляторами, закріпленими на корпусі супутника за допомогою шарнірів, що давало їм можливість повертатися на деякий кут. Вся апаратура разом з джерелами енергії розміщувалася в герметичному корпусі з алюмінієвого сплаву. Перед пуском супутник був заповнений газоподібним азотом. Для підтримки стабільної внутрішньої температури була розроблена система примусової циркуляції азоту. До антен підключалися два радіопередавача, випромінювали кожен на своїй частоті один і той же сигнал, схожий на телеграф. Усередині корпусу розміщувалися чутливі датчики, які дещо змінювали передавальний сигнал (частоту переданих імпульсів і їх тривалість) при зміні температури і тиску всередині супутника. Потужність радіопередавачів була достатня для впевненого прийому їх сигналів усіма радіоаматорами земної кулі. Джерело живлення повинно було забезпечувати роботу всієї апаратури протягом трьох тижнів.

Вже 3 листопада 1957 року в космос був виведений другий радянський супутник масою 508, 3 кг. Він являв собою останній ступінь ракети носія, на якій в декількох контейнерах розміщувалася наукова вимірювальна апаратура і відсік з собакою Лайкою.

У передній частині супутника перебував спектрограф для дослідження Сонця, сферичний контейнер з радіопередавачами і герметична кабіна з собакою. У корпусі ракети розташовувалися два прилада для вивчення космічних променів. По своїй конструкції сферичний контейнер був подібний до першого ШСЗ. Тут крім передавачів перебувало джерело живлення і різні датчики. Герметична кабіна, в якій містилася Лайка, мала вигляд циліндра. На її знімному днищі було влаштовано ілюмінатор з оргскла. В кабіні, виготовленої з алюмінієвих сплавів, були пристосування для годування, кондиціонер, регенераційні установки і система терморегулювання. Регенерація відбувалася за допомогою хімічних елементів, які поглинали вуглекислоту і виділяли кисень. Спеціальні датчики реєстрували пульс, тиск і дихання собаки. Все це, а також інформація про температуру і тиск в кабіні повідомлялося на Землю з допомогою спеціальної апаратури, яка включалася годинним програмним пристроєм. Програма спостережень була розрахована на сім діб, але і після цього політ супутника тривав ще багато днів. Тільки 14 квітня 1958 року, зробивши близько 2370 обертів, другий супутник згорів в атмосфері.

В цей час в космос літав вже третій супутник — американський «Експлорер-1». Причина, по якій американський ШСЗ опинився в космосі не першим і навіть не другим, має не тільки технічне підґрунтя. У 1955 році, коли уряд США прийняв рішення про підготовку до запуску супутника, були запропоновані три конкуруючі програми, за кожною з яких стояло своє могутнє військове відомство: Армія, ВВС і ВМФ. Перевагу врешті було віддано проекту ВМФ «Авангард», який і отримав привілейоване фінансування. Тим часом армія вже в той час мала кращої американської ракети «Редстоун», створеної під керівництвом Брауна. (Браун в той час очолював Redstone арсенал, де і була розроблена ця ракета.) У вересні 1956 року Армія здійснила успішний запуск чотириступінчастої балістичної ракети «Юпітер-C», в якій в якості першої сходинки використовувалася брауновський «Редстоун», а в якості другої, третьої та четвертої — твердопаливної ракети «Бебі Серджент». Три ступені цієї ракети були натуральні, а четверта замість палива несла в баках пісок. Цей щабель досяг висоти 1094 км. Пізніше неодноразово намагалися довести, що, якщо б четверта сходинка була заправлена паливом, вона цілком могла б стати першим ШСЗ, і космічна ера почалася б на рік раніше. Але, як би там не було, цього не сталося. Між тим проект «Авангард», який з самого початку переслідували невдачі, закінчився скандальним провалом: при запуску 6 грудня 1957 року ракета «Авангард», ледве відірвавшись від стартового столу, впала на землю в межах стартової площадки і згоріла.

Після цього для порятунку престижу було вирішено провести запуск супутника на базі ракети «Редстоун». Супутник «Експлорер-1» створювався в надзвичайному поспіху в Лабораторії реактивного руху Каліфорнійського технічного університету. Вага супутника становила 8, 21 кг, причому на апаратуру доводилося 5 кг. Крім лічильника Гейгера на його борту розташовувався мікрофон для реєстрації метеоритних частинок, датчики температури, радіопередавачі і джерела живлення. Запуск відбувся 31 січня 1958 року і був успішним. Супутник пропрацював на орбіті вісім тижнів. Незважаючи на свої мініатюрні розміри, «Експлорер-1» дозволив зробити важливі спостереження. Саме завдяки його повідомленнями був виявлений пояс радіації, що оточує Землю на висоті більше 1000 км

У тому ж році, 15 травня, СРСР запустив свій третій супутник. Його вже можна було назвати справжньою автоматичною науковою станцією. Довжина супутника становила 3, 5 м, діаметр — 1, 5 м, вага — 1327 кг, причому на наукову апаратуру приходилося 968 кг. Пристрій і конструкція цього супутника були опрацьовані набагато ретельніше, ніж двох перших. Для автоматичного керування роботою всієї наукової та вимірювальною апаратурою на ньому було встановлено електронний програмно-тимчасовий пристрій, виконаний на напівпровідникових елементах.

Крім бортового джерела живлення, супутник був оснащений сонячною батареєю. Напруга, створювана цією батареєю, була більше, ніж у бортового акумулятора, тому на сонячній стороні вся апаратура живилася від неї. Завдяки цьому третій супутник експлуатувався набагато довше, ніж два перших — він перебував у польоті 691 день, і останній сигнал з нього був прийнятий 6 квітня 1960 року.

Перші космічні апарати відрізнялися своєю індивідуальністю. Навіть не вникаючи глибоко в їх конструкцію, по одному тільки зовнішньому вигляду можна було відразу сказати, що це абсолютно різні пристрої. Але апарати, виготовлені по індивідуальним замовленням, обходилися дорого. Тому в наступні роки в СРСР було прийнято рішення перейти від індивідуального до серійного виробництва супутників. Таким серійним радянським супутником став «Космос». 16 березня 1962 року був запущений перший супутник цієї серії.
Редагувалось: 1 раз (Останній: 21 травня 2017 у 17:36)
Карта сайта ☺ → тут
Адміністратор
Адмін
Повідомлення: 1767
г. Гадяч
12 годин назад

Лазер.


Незважаючи на порівняно простий пристрій лазера, процеси, що лежать в основі його роботи, надзвичайно складні і не піддаються поясненню з точки зору класичних законів фізики. З часів Максвелла і Герца в науці утвердилося уявлення про те, що електромагнітне і, зокрема, світлове випромінювання має хвильову природу. Ця теорія добре пояснювала більшість спостережуваних оптичних і фізичних явищ. Але вже в кінці XIX століття були отримані деякі експериментальні дані, що не підходили під цю теорію. (Наприклад, зовсім незрозумілим з точки зору класичних уявлень про хвильової природи світла виявлялося явище фотоефекту.) У 1900 році відомий німецький фізик Макс Планк, намагаючись пояснити природу цих відхилень, зробив припущення, що випущення електромагнітного випромінювання і, зокрема, світла відбувається не безперервно, а окремими мікроскопічними порціями. У 1905 році Ейнштейн, розробляючи теорію фотоефекту, підкріпив ідею Планка і переконливо показав, що електромагнітне випромінювання дійсно випускається порціями (ці порції стали називати квантами), причому в подальшому, в процесі розповсюдження, кожна порція зберігає свою «індивідуальність», не дробиться та не складається з іншими, так що поглинути її можна тільки всю цілком. З цього опису виходило, що кванти у багатьох випадках ведуть себе не як хвилі, а як частки. Але при цьому вони не перестають бути хвилями (наприклад, квант не має маси спокою і існує тільки рухаючись зі швидкістю 300000 км/с), тобто їм властивий певний дуалізм.

Квантова теорія дозволила пояснити багато незрозумілих явищ і, зокрема, природу взаємодії випромінювання з речовиною. Візьмемо простий приклад: чому тіло при нагріванні випромінює світло? Нагріваючи, скажімо, на газовій горілці цвях, ми зауважимо, що спочатку він набуває малиновий колір, потім стане червоним. Якщо продовжувати нагрівання, то червоний колір переходить в жовтий і потім в сліпучо-білий. Таким чином, цвях починає випромінювати не тільки інфрачервоні (теплові), але й видимі промені. Причина цього явища наступна. Всі тіла (і в тому числі наш цвях) складаються з молекул, а молекули складаються з атомів. Кожен атом являє собою невелике дуже щільне ядро, навколо якого обертається більша або менша кількість електронів. Ці електрони рухаються навколо ядра не як потрапило, кожен з них знаходиться на своєму точно встановленому рівні; відповідно одні рівні розташовуються ближче до ядра, а інші далі від нього. Ці рівні називаються енергетичними, так як кожен з розташованих на них електронів має свою певну, властиву лише цьому рівню, енергію. Поки що електрон знаходиться на своєму стаціонарному рівні, він рухається, не випромінюючи енергії. Такий стан атома може тривати як завгодно довго. Але якщо атому надавати ззовні певну кількість енергії (як це відбувається при нагріванні цвяха), атом «збуджується». Суть цього порушення полягає в тому, що електрони поглинають кванти випромінювання, що пронизує речовина (в нашому прикладі інфрачервоне теплове випромінювання газового пальника), тобто надають їм енергію і завдяки цьому переходять на більш високі енергетичні рівні. Однак на цих більш високих рівнях електрони можуть перебувати лише дуже незначний час (тисячні і навіть мільйонні частки секунди). Після закінчення цього часу кожен електрон знову повертається на свій стаціонарний рівень і при цьому випускає квант енергії (або, що те ж саме, хвилю певної довжини). Серед цих хвиль деякі припадають на видимий діапазон (ці кванти видимого світла називаються фотонами; випромінювання фотонів збудженими атомами ми і спостерігаємо як випромінює світло нагрітий цвях).

У нашому прикладі, процес поглинання і випущення квантів протікає хаотично. У складному атомі спостерігається велика кількість переходів електронів з верхніх рівнів на нижні, і при кожному з них відбувається випромінювання зі своєю частотою. Тому випромінювання йде відразу в декількох спектрах і в різних напрямках, причому одні атоми випускають фотони, а інші поглинають їх.

Точно так само відбувається випущення квантів будь-яким нагрітим тілом. Кожне з цих тіл (будь то Сонце, дугове зварювання або нитка лампи розжарювання) випускає одночасно безліч хвиль різної довжини (або, що те ж саме, квантів різної енергії).

Саме тому, якою б досконалою лінзою або іншою оптичною системою ми не володіли, нам ніколи не вдасться сфокусувати випускаючим нагрітим тілом випромінювання в строго паралельний пучок — він завжди буде розходитися під деяким кутом. Це і зрозуміло — адже кожна хвиля буде переломлюватися в лінзі під своїм власним кутом; отже, ні при яких умовах ми не зуміємо домогтися їх паралельності. Проте вже основоположники квантової теорії розглянули й іншу можливість випромінювання, яка не має місця в природних умовах, але цілком може бути змодельована людиною. У самій справі, якщо б вдалося порушити всі електрони речовини, що належать до одного певного енергетичного рівня, а потім змусити їх разом випустити кванти в одному напрямку, то можна було б отримати надзвичайно потужний і в той же час виключно однорідний імпульс випромінювання. При фокусуванні такого пучка (оскільки всі хвилі, його складові, що мають одну і ту ж довжину) можна було б домогтися майже ідеальної паралельності променя. Вперше про можливість такого, як він його назвав, стимульованого випромінювання написав в 1917 році Ейнштейн у роботах «Випущення й поглинання випромінювання по квантовій теорії» і «До квантової теорії випромінювання».
Стимульоване випромінювання може бути, зокрема, досягнуто наступним способом. Уявімо собі тіло, електрони якого вже «перенапружені» і знаходяться на верхніх енергетичних рівнях, і припустимо, що їх опромінюють новою порцією квантів. У цьому випадку відбувається процес, що нагадує лавину. Електрони вже «перенасичені» енергією. В результаті додаткового опромінення вони зриваються з верхніх рівнів і переходять лавиноподібно на нижні, випускаючи кванти електромагнітної енергії. Причому напрямок і фаза коливань цих квантів збігається з напрямком і фазою падаючої хвилі. Відбудеться ефект резонансного посилення хвилі, коли енергія вихідної хвилі буде багаторазово перевершувати енергію тієї, що була на вході.

Але яким чином домогтися строгої паралельності випромінюваних фотонів? Виявляється, це можна зробити за допомогою досить нескладного пристосування, яке називається відкритим дзеркальним резонатором. Він складається з активної речовини, поміщеної в трубці між двома дзеркалами: звичайного і напівпрозорого. Випускаються речовиною фотони, потрапляючи на напівпрозоре дзеркало, частково проходять крізь нього. Інші відбиваються і летять в протилежному напрямку, потім відбиваються від лівого дзеркала (тепер вже все) і знову досягають напівпрозорого дзеркала. При цьому потік фотонів після кожного проходу через порушення речовина багаторазово посилюється.

Посилюватися, втім, буде тільки та хвиля, яка переміщується перпендикулярно дзеркалам; всі інші, які падають на дзеркало хоча б з незначним відхиленням від перпендикуляра, не отримавши достатнього посилення, залишають активну речовину через його стінки. У результаті вихідний потік має дуже вузьку спрямованість. Саме такий принцип одержання стимульованого випромінювання лежить в основі дії лазерів (саме слово лазер складене з перших букв англійського визначення light amplification by stimulated emission and radiation, що означає: посилення світла за допомогою стимульованого випромінювання).

Створення цього чудового пристрою передала довга історія. Цікаво, що винаходом лазера техніка зобов'язана фахівцям на перший погляд далеких як від оптики, так і від квантової електродинаміки, а саме — радіофізикам. Однак у цьому є своя глибока закономірність. Раніше вже говорилося, що з початку 40-х років радіофізики всього світу працювали над освоєнням сантиметрового і міліметрового діапазону хвиль, оскільки це дозволяло значно спростити і зменшити апаратуру, особливо антенні системи. Але незабаром виявилося, що колишні лампові генератори які можна пристосувати для роботи в нових умовах. З їх допомогою насилу вдавалося генерувати хвилі в 1 мм (при цьому частота електромагнітних коливань у цих генераторах сягала кількох мільярдів за одну секунду), але створення генераторів для ще більш коротких хвиль виявилося неможливим. Необхідний був принципово новий метод генерації електромагнітних хвиль.
Як раз в цей час радянські радіофізики Олександр Прохоров і Микола Басов зайнялися вивченням дуже цікавої проблеми — поглинанням радіохвиль газами. Ще під час війни було виявлено, що хвилі певної довжини, випущені радаром, не відображаються, як інші, від оточуючих предметів і не дають «ехо». Наприклад, пучок хвилі довжиною 1, 3 см немов розчинявся в просторі — виявилося, що хвилі цієї довжини активно поглинаються молекулами водяної пари. Пізніше з'ясувалося, що кожен газ поглинає хвилі певної довжини таким чином, немов його молекули як-то «налаштовані» на нього. Від цих дослідів був тільки крок до наступної ідеї: якщо атоми і молекули здатні поглинати хвилі певної довжини, значить, вони можуть і випромінювати їх, тобто виступати в ролі генератора. Так народилася думка створити газовий генератор випромінювання, в якому б замість електронних ламп в якості джерел випромінювання використовувалися мільярди молекул особливим чином збудженого газу. Перспективи такої роботи здавалися дуже привабливими, оскільки виникала можливість освоїти для потреб радіотехніки не тільки діапазон мікрохвильових хвиль, але і набагато більш коротких, наприклад, діапазон видимих хвиль (довжина хвиль видимого світла 0, 4-0, 76 мікрон, що відповідає частоті порядку тисяч мільярдів коливань в секунду).

Найважливіша проблема на цьому шляху полягала в тому, як створити активне середовище. В якості такої Басов і Прохоров вибрали аміак. Щоб забезпечити роботу генератора, необхідно було відокремити активні молекули газу, атоми яких перебували у збудженому стані, від незбудженних, атоми яких були орієнтовані на поглинання квантів. Схема установки, розроблена для цієї мети, являла собою посудину, в якій було створено вакуум. У цю посудину впускали тонкий пучок молекул аміаку. На їх шляху був встановлений конденсатор високої напруги. Молекули більших енергій вільно пролітали через його поле, а молекули малих енергій захоплювалися в бік полем конденсатора. Так відбувається сортування молекул по енергіям. Активні молекули потрапляли в резонатор, влаштований так само, як той, що був описаний вище.

Перший квантовий генератор був створений в 1954 році. Він мав потужність всього в одну мільярдну вата, так що його роботу могли зареєструвати тільки точні прилади. Але в даному випадку набагато важливіше було те, що підтвердилася принципова правильність самої ідеї. Це була чудова перемога, яка відкрила нову сторінку в історії техніки. У ті ж дні в Колумбійському університеті група американського радіофізика Чарльза Таунса створила аналогічний прилад, що отримав назву «мазер». (У 1963 р. Басов, Прохоров і Таунс за своє фундаментальне відкриття отримали Нобелівську премію.)

Квантовий генератор Басова — Прохорова і мазер Таунса ще не був лазером — він генерував радіохвилі довжиною 1, 27 см, а лазери випромінюють електромагнітні хвилі видимого діапазону, які в десятки тисяч разів коротше. Однак принцип роботи обох приладів однаковий, тому творцем лазера належало вирішити тільки приватні завдання. По-перше, необхідно було знайти відповідно активну речовину, яка могла б переходити в збуджений стан, тому що не всяка речовина володіє такою властивістю. По-друге, створити джерело збудження, то є такий пристрій, який має здатність переводити активні речовини в збуджений стан за допомогою повідомлення йому додаткової енергії. По-третє, потрібен був відкритий резонатор для того, щоб змусити брати участь в порушенні всі збуджені частки активної речовини, а також для того, щоб посилити тільки ті коливання, які поширюються уздовж поздовжньої осі активної речовини. По-четверте, було необхідне джерело живлення для того, щоб підживлювати енергією джерело збудження, інакше лазер не став би працювати. Вирішити всі ці проблеми можна різними способами. Роботи велися багатьма вченими відразу в декількох напрямках. Однак раніше за інших пощастило досягти заповітної мети американському фізику Теодору Мейману, який у 1960 році створив перший лазер на рубіновій основі.

Сутність роботи лазера на рубіні полягає в наступному. Енергія від джерела живлення перетворюється джерелом збудження в електромагнітне поле, яким опромінюється активна речовина. В результаті цього опромінення активної речовини переходить зі стану рівноваги в збуджений стан. Внутрішня енергія активної речовини значно зростає. Цей процес носить назву «накачування» або «підкачування» активної речовини, а джерело збудження називається джерелом «накачування» або «підкачування». Коли атоми активної речовини перейдуть в збуджений стан, досить одному електрону зірватися з яких-небудь причин з верхнього рівня, щоб він почав випускати фотон світла, який, у свою чергу, скине кілька електронів з верхнього рівня, чим викличе лавиноподібне виділення енергії іншими збудженими електронами. Відкритий резонатор направить і підсилить випромінювання активної речовини тільки в одному напрямку. В якості активної речовини Мейман використовував штучний рубін (рубін являє собою кристалічну речовину, що складається з окису алюмінію, у якому частина атомів алюмінію заміщена атомами хрому, що особливо важливо, так як в поглинанні світла бере участь не весь матеріал, а тільки іони хрому).

Генератор порушення складався з трьох блоків: випромінюючої головки, блоку живлення і блоку запуску. Випромінююча голівка створювала умови для роботи активної речовини. Блок живлення забезпечував енергією заряд двох конденсаторів — основного і допоміжного. Головним призначенням блоку запуску було генерування імпульсу високої напруги і подача його на запускаючий електрод лампи-спалаху. Випромінююча голівка складалася з рубінового стрижня і двох П-подібних ламп-спалахів. Лампи були стандартні, наповнені ксеноном. З усіх боків лампи і рубіновий стрижень охоплювала алюмінієва фольга, яка грала роль рефлектора. Конденсатор накопичував і подавав імпульсну напругу близько 40 тисяч вольт, що викликало потужний спалах ламп. Спалах миттєво перекладав атоми рубіна в збуджений стан. Для наступного імпульсу необхідна була нова зарядка конденсатора. Це взагалі-то дуже простий пристрій викликав до себе величезний інтерес. Якщо суть відкриття Басова й Таунса була зрозуміла лише фахівцям, то лазер Меймана справляв величезне враження навіть на непосвячених. У присутності журналістів Мейман неодноразово включав свій прилад і демонстрував його роботу. При цьому з отвору в торці лунав промінь, товщиною не більше олівця. Майже не розширюючись, він упирався в стіну, закінчуючись сліпучою круглою цяткою. Втім, Мейман лише незначно випередив інших винахідників. Пройшло зовсім небагато часу, і повідомлення про створення нових типів лазерів стали надходити з усіх сторін.

В якості активної речовини в лазерах крім рубіна можуть використовуватися і багато інших сполук, наприклад, фтористий стронцій з домішками, фтористий барій з домішками, скло і т. д. Їм може бути і газ. У тому ж 1960 році газовий лазер на гелій-неоновій основі створив Алі Джаван. Збуджений стан газової суміші досягався за рахунок сильного електричного поля і газових розрядів. Однак як твердотільні, так і газові лазери мають дуже низький ККД. Їх вихідна енергія не перевищує 1% від спожитої. Отже, решта 99% витрачаються марно. Тому дуже важливим став винахід у 1962 році Басовим, Крохіним і Поповим напівпровідникового лазера. Радянські фізики відкрили, що якщо на напівпровідники впливати електричним або світловим імпульсом, то частина електронів покине свої атоми, і тут утворюються дірки», які грають роль позитивних зарядів. Одночасне повернення електронів на орбітах атомів можна розглядати як перехід з більш високого енергетичного рівня на більш низький, за рахунок чого відбувається випромінювання фотонів. ККД напівпровідникового лазера при порушенні електронним пучком може досягати 40%. В якості активної речовини використовувався арсенід галію, що містить домішки n-типу. З цього матеріалу робилися заготовки або у формі куба, або у формі паралелепіпеда — так званий напівпровідниковий діод. Платівку діода припаювали до молібденовій пелюстці, покритій золотом, щоб забезпечити електричний контакт з n-областю. На поверхню p-області було завдано сплав золота з сріблом. Торці діода грали роль резонатора, тому вони ретельно полірувалися. Одночасно в процесі полірування їх з високою точністю виставляли паралельно один одному. Випромінювання виходило саме з цих сторін діода. Верхня і нижня сторони служили контактами, до яких прикладалася напруга. На вхід приладу подавалися імпульси.

Лазери дуже швидко увійшли в життя людини і стали застосовуватися в багатьох областях техніки і науки. Їх промисловий випуск почався в 1965 році, коли тільки в Америці більше 460 компаній взялися за розробку і створення лазерних установок.
Карта сайта ☺ → тут
Адміністратор
Адмін
Повідомлення: 1767
г. Гадяч
12 годин назад

Інтегральна мікросхема.


Мікроелектроніка — найбільш значна і, як вважають багато хто, найважливіше науково-технічне досягнення сучасності. Порівняти її можна з такими поворотними подіями в історії техніки, як винахід друкарства в XVI столітті, створення парової машини в XVIII столітті і розвиток електротехніки в XIX. І коли сьогодні мова заходить про науково-технічної революції, в першу чергу мається на увазі саме мікроелектроніка. Як жодне інше технічне досягнення наших днів, вона пронизує всі сфери життя і робить реальністю те, що ще вчора було просто неможливо собі уявити. Щоб переконатися в цьому, досить згадати про кишенькових микрокалькуляторах, мініатюрних радіоприймачах, електронних керуючих пристроях в побутових приладах, годинниках, комп'ютерах і програмованих ЕОМ. І це лише невелика частина області її застосування!

Своїм виникненням і самим існуванням мікроелектроніка зобов'язана створення нового сверхмініатюрного електронного елемента інтегральної мікросхеми. Поява цих схем, власне, не було якихось принципово новим винаходом — воно прямо випливало з логіки розвитку напівпровідникових приладів. Спочатку, коли напівпровідникові елементи тільки входили в життя, кожен транзистор, резистор або діод використовувався окремо, тобто полягав у свій індивідуальний корпус і включався в схему за допомогою своїх індивідуальних контактів. Так надходили навіть у тих випадках, коли доводилося збирати безліч однотипних схем з одних і тих же елементів. Але поступово прийшло розуміння того, що подібні пристрої раціональніше не збирати з окремих елементів, а відразу виготовляти на одному загальному кристалі, тим більше що напівпровідникова електроніка створювала для цього всі передумови. Насправді, всі напівпровідникові елементи за своєю будовою дуже схожі один на одного, мають однаковий принцип дії і розрізняються тільки взаєморосположенням p-n-областей. Ці p-n області, як ми пам'ятаємо, створюються шляхом внесення однотипних домішок в поверхневий шар напівпровідникового кристала.
Причому надійна і з усіх точок зору задовільна робота переважної більшості напівпровідникових елементів забезпечується при товщині поверхневого робочого шару в тисячні частки міліметра. У самих мініатюрних транзисторах зазвичай використовується лише верхній шар напівпровідникового кристала, що становить лише 1% його товщини. Решта 99% виконують роль носія або підкладки, так як без підкладки транзистор просто міг зруйнуватися від найменшого дотику. Отже, використовуючи технологію, яка застосовується для виготовлення окремих електронних компонентів, можна відразу створити на одному кристалі закінчену схему з декількох десятків, сотень і навіть тисяч таких компонентів. Виграш від цього буде величезний. По-перше, відразу знизяться витрати (вартість мікросхеми звичайно в сотні разів менше, ніж сукупна вартість всіх електронних елементів її складових). По-друге, такий пристрій буде набагато надійніше (як показує досвід, у тисячі і десятки тисяч разів), а це має колосальне значення, оскільки пошук несправності в схемі з десятків або сотень тисяч електронних компонентів перетворюється на надзвичайно складну проблему. По-третє, із-за того, що всі електронні елементи інтегральної мікросхеми в сотні і тисячі разів менше своїх аналогів у звичайній збірної схеми, їх енергоспоживання набагато менше, а швидкодія — набагато вище.
Ключовою подією, повідомивши прихід інтегралізації в електроніку, з'явилася пропозиція американського інженера Дж. Кілбі з фірми «Texas Instruments» отримувати еквівалентні елементи для всієї схеми, такі як регістри, конденсатори, транзистори та діоди в монолітний шматок чистого кремнію. Першу інтегральну напівпровідникову схему Кілбі створив влітку 1958 року. А вже в 1961 році фірма «Fairchild Semiconductor Corporation» випустила перші серійні мікросхеми для ЕОМ. У тому ж році виробництво напівпровідникових інтегральних логічних схем освоїла фірма «Texas». У наступному році з'явилися інтегральні схеми інших фірм. У короткий час в інтегральному виконанні були створені різні типи підсилювачів. У 1962 році фірма RCA розробила інтегральні мікросхеми матриць пам'яті для запам'ятовуючих пристроїв ЕОМ.
Поступово випуск мікросхем був налагоджений у всіх країнах — ера мікроелектроніки почалася.

Вихідним матеріалом для інтегральної мікросхеми зазвичай служить необроблена пластина з чистого кремнію. Вона має порівняно великі розміри, так як на ній одночасно виготовляють відразу кілька сотень однотипних мікросхем. Перша операція полягає в тому, що під впливом кисню при температурі 1000 градусів на поверхні цієї пластини формують шар двоокису кремнію. Оксид кремнію відрізняється великою хімічною і механічною стійкістю і володіє властивостями прекрасного діелектрика, що забезпечує надійну ізоляцію розташованого під ним кремнію. Наступний крок — внесення домішок для створення зон p або n провідності. Для цього оксидну плівку видаляють з тих місць пластини, які відповідають окремим електронним компонентам. Виділення потрібних ділянок відбувається за допомогою процесу, що отримав назву фотолітографії. Спочатку весь шар оксиду покривають світлочутливим складом (фоторезистом), який грає роль фотографічної плівки — його можна засвічувати і проявляти. Після цього через спеціальний фотошаблон, що містить малюнок поверхні напівпровідникового кристала, пластину висвітлюють ультрафіолетовими променями. Під впливом світла в шарі оксиду формується плоский малюнок, причому незасвічені ділянки залишаються світлими, а всі інші — затемненими. У тому місці, де фоторезистор піддавався дії світла, утворюються нерозчинні ділянки плівки, стійкі до кислот. Потім пластину обробляють розчинником, який видаляє фоторезист з засвічених ділянок. З відкритих місць (і тільки з них) шар оксиду кремнію витравлюють за допомогою кислоти. В результаті в потрібних місцях оксид кремнію розчиняється і відкриваються «вікна» чистого кремнію, готові до внесення домішок (лігірованню). Для цього поверхню підкладки при температурі 900-1200 градусів піддають впливу потрібних домішок, наприклад, фосфору або миш'яку, для отримання провідності n-типу. Атоми домішки проникають в глиб чистого кремнію, але відштовхуються його оксидом.
Обробивши пластину одним видом домішки, готують її для лігування іншим видом — поверхню пластини знову покривають шаром оксиду, проводять нову фотолітографію і травлення, в результаті чого відкриваються нові «віконця» кремнію. Слідом за тим слідує нове лігування, наприклад бором, для отримання провідності p-типу. Так на всій поверхні кристала в потрібних місцях утворюються p та n області. (Ізоляція між окремими елементами може створюватися кількома способами: такою ізоляцією може служити шар оксиду кремнію, також можна створювати в потрібних місцях замикаючі p-n переходи.) Наступний етап обробки пов'язаний з нанесенням струмопровідних сполук (струмопровідних ліній) між елементами інтегральної схеми, а також між цими елементами і контактами для підключення зовнішніх ланцюгів. Для цього напилюють на підкладку тонкий шар алюмінію, який осідає у вигляді найтоншої плівки. Її піддають фотолітографічної обробці і травлення, аналогічних описаним вище. В результаті від усього шару металу залишаються тільки тонкі струмопровідні лінії і контактні площадки. На закінчення всю поверхню напівпровідникового кристала покривають захисним шаром (найчастіше, силікатним склом), яке потім видаляють з контактних майданчиків. Всі виготовлені мікросхеми піддаються суворій перевірці на контрольно-випробувальному стенді. Дефектні схеми позначені червоною крапкою. Нарешті кристал розрізається на окремі пластинки-мікросхеми, кожна з яких полягає в міцний корпус з виводами для приєднання до зовнішніх ланцюгів.

Складність інтегральної схеми характеризується показником, який отримав назву ступеня інтеграції. Інтегральні схеми, що налічують більше 100 елементів, називаються мікросхемами з малим ступенем інтеграції; схеми, що містять до 1000 елементів, — інтегральними схемами із середнім ступенем інтеграції; схеми, що містять до десятки тисяч елементів, — великими інтегральними схемами. Вже виготовляються схеми, що містять до мільйона елементів (вони називаються надвеликими). Поступове підвищення інтеграції призвело до того, що схеми з кожним роком стають усе більш мініатюрними і відповідно все більш складними. Величезна кількість електронних пристроїв, що мали раніше великі габарити, поміщаються тепер на крихітній кремнієвій пластинці. Надзвичайно важливою подією на цьому шляху стало створення в 1971 році американською фірмою «Інтел» єдиної інтегральної схеми для виконання арифметичних і логічних операцій мікропроцесора. Це спричинило за собою грандіозний прорив мікроелектроніки в сферу обчислювальної техніки.
Карта сайта ☺ → тут
Адміністратор
Адмін
Повідомлення: 1767
г. Гадяч
12 годин назад

Космічний корабель.


Космічними кораблями в наш час називаються апарати, створені для доставки космонавтів на навколоземну орбіту і повернення їх потім на Землю. Зрозуміло, що технічні вимоги до космічного корабля більш жорсткі, ніж до будь-яким іншим космічним апаратам. Умови польоту (перевантаження, температурний режим, тиск тощо) повинні витримуватись для них дуже точно, щоб не створилася загроза життю людини. В кораблі, який на кілька годин або навіть діб стає домом для космонавта, повинні бути створені нормальні людські умови — космонавт повинен дихати, пити, їсти, спати, відправляти природні потреби. Він повинен мати можливість в процесі польоту розгортати корабель за своїм розсудом змінювати орбіту, тобто корабель при своєму русі в просторі повинен легко переорієнтуватися і управлятися. Для повернення на Землю космічний корабель повинен погасити всю ту величезну швидкість, яку повідомила йому при старті ракета-носій. Якби Земля не мала атмосфери, на це довелося б витратити стільки ж пального, скільки було витрачено при підйомі в космос. На щастя, в цьому немає необхідності: якщо здійснювати посадку за дуже пологої траєкторії, поступово занурюючись в щільні шари атмосфери, то можна загальмувати корабель про повітря з мінімальною витратою пального. Як радянські «Востоки», так і американські «Меркурії» здійснювали посадку саме таким чином і цим пояснюються особливості їх конструкції. Оскільки значна частина енергії при гальмуванні йде на нагрів корабля, то без хорошого теплового захисту він просто згорить, як згорає в атмосфері більша частина метеоритів і закінчують своє існування супутники. Тому доводиться захищати кораблі громіздкими жароміцними теплозахисними оболонками. (Наприклад, на радянському "Востоке" його вага становила 800 кг — третина всієї ваги спускного апарата.) Бажаючи по можливості полегшити корабель, конструктори постачали цим екраном не весь корабель, а тільки корпус спускного апарата. Таким чином, з самого початку утвердилася конструкція розділяючого корабля (вона була випробувана на «Востоках», а потім стала класичною для всіх радянських і багатьох американських космічних кораблів). Корабель складається ніби з двох самостійних частин: приладового відсіку і спускного апарата (останній служить під час польоту кабіною космонавта).

Перший радянський космічний корабель «Восток» при загальній масі 4, 73 т виводився на орбіту за допомогою триступеневої ракети-носія тієї ж назви. Повна стартова маса космічного комплексу становила 287 т. Конструктивно «Восток» складався з двох основних відсіків: спускного апарата і приладового відсіку. Спусковий апарат з кабіною космонавта був виконаний у формі кулі діаметром 2, 3 м і мав масу 2, 4 т.

Герметичний корпус виготовлявся з алюмінієвого сплаву. Всередині спускного апарата конструктори прагнули розташувати тільки ті системи і прилади корабля, які були необхідні протягом усього польоту, або ті, якими безпосередньо користувався космонавт. Всі інші були винесені в приладовий відсік. Всередині кабіни розміщено катапультуюче крісло космонавта. (На випадок, якщо б довелося катапультуватися при старті, крісло забезпечувалося двома пороховими прискорювачами.) Тут же знаходилися пульт управління, запаси їжі та води. Система життєзабезпечення розрахована на роботу протягом десяти діб. Космонавт повинен був знаходитися протягом усього польоту в герметичному скафандрі, але з відкритим шоломом (цей шолом автоматично закривався у разі раптової розгерметизації кабіни).

Внутрішній вільний об'єм спускного апарата становив 1, 6 кубічного метра. Необхідні умови в кабіні космічного корабля підтримували дві автоматичні системи: система життєзабезпечення, система терморегулювання. Як відомо, людина в процесі життєдіяльності споживає кисень, виділяє вуглекислий газ, тепло і вологу. Ці дві системи якраз і забезпечували поглинання вуглекислого газу, поповнення киснем, відбір з повітря надлишкової вологи і відбір тепла. У кабіні «Востока» підтримувалося звичний як на Землі стан атмосфери з тиском 735-775 мм рт. ст. і 20-25% вмісту кисню. Пристрій системи терморегулювання частково нагадувало кондиціонер. Він містив повітряно-рідинний теплообмінник, по змійовику якого протікала охолоджена рідина (холодоносій).

Вентилятор проганяв через теплообмінник тепле і вологе повітря кабіни, який охолоджувався на його холодних поверхнях. Волога при цьому конденсувалася. Холодоносій надходив в спусковий апарат з приладового відсіку. Поглинула тепло рідина примусово прогонялась насосом через радіатор-випромінювач, розташований на зовнішній конічній оболонки приладового відсіку. Температура холодоносія автоматично підтримувалася в потрібному діапазоні за допомогою спеціальних жалюзів, закриваючи радіатор. Стулки жалюзі могли відкриватися або закриватися, змінюючи потоки тепла, випромінювані радіатором. Щоб підтримувати потрібний склад повітря, в кабіні спускного апарата був регенераційний пристрій. Повітря кабіни за допомогою вентилятора безперервно прогонялося через спеціальні змінні патрони, містили надперекиси лужних металів. Такі речовини (наприклад, K2O4) здатні ефективно поглинати вуглекислий газ і виділяти при цьому кисень. Роботою всієї автоматики керував бортовий програмний пристрій. Включення різних систем і приладів проводилося як за командами з Землі, так і самим космонавтом. На «Востоке» був цілий комплекс радіозасобів, що дозволяв вести і підтримувати двосторонній зв'язок, проводити різні вимірювання, вести управління кораблем з Землі і багато іншого. За допомогою передавача «Сигнал» постійно надходила інформація датчиків, розташованих на тілі космонавта, щодо його самопочуття. Основу системи енергопостачання становили срібно-цинкові акумулятори: основна батарея розміщувалася в приладовому відсіку, а додаткова, забезпечувала електроживлення на узвозі — в спусковому апараті.

Приладовий відсік мав масу 2, 27 т. Поблизу його стику з апаратом перебували 16 сферичних балонів із запасами стисненого азоту для мікродвигунів орієнтації і кисню для системи життєзабезпечення. Дуже важливе значення в будь-якому космічному кораблі відіграє система орієнтації і керування рухом. На «Востоке» вона включала в себе декілька підсистем. Перша з них — навігаційна — складалася з ряду датчиків положення космічного корабля в просторі (в тому числі датчик Сонця, гіроскопічні датчики, оптичний пристрій «Погляд» та інші). Сигнали від датчиків надходили в керуючу систему, яка могла працювати автоматично або за участю космонавта. На пульті космонавта була рукоятка ручного керування орієнтацією космічного корабля. Розгортання корабля відбувалося за допомогою цілого набору розташованих певним чином невеликих реактивних сопел, які подавалися з балонів стисненого азоту. Всього на приладовому відсіку було два комплекти сопел (по вісім у кожному), які могли підключатися до трьох груп балонів. Головна задача, яка вирішувалася за допомогою цих сопел, полягала в тому, щоб правильно орієнтувати корабель перед подачею гальмівного імпульсу. Це потрібно було зробити в певному напрямку і в строго певний час.
Помилка тут не допускалася.

Гальмівна рухова установка з тягою 15, 8 кілоньютон знаходилася в нижній частині відсіку. Вона складалася з двигуна, паливних баків і системи подачі пального. Час її роботи складає 45 секунд. Перед поверненням на Землю гальмівну рухову установку орієнтували таким чином, щоб дати гальмівний імпульс близько 100 м/с. Цього було достатньо для переходу на траєкторію спуску. (При висоті польоту 180-240 км орбіта була розрахована таким чином, що навіть за відмови гальмівної установки корабель через десять діб усе рівно ввійшов би в щільні шари атмосфери. Саме на цей термін і був розрахований запас кисню, питної води, їжі, заряд акумуляторів.) Потім відбувалося відділення спускного апарата від приладового відсіку. Подальше гальмування корабля йшло за рахунок опору атмосфери. При цьому перевантаження досягали 10 g, тобто вага космонавта збільшувався в десять разів.

Швидкість спускного апарата в атмосфері знижувалася до 150-200 м/с. Але щоб забезпечити безпечне приземлення при зіткненні з землею, його швидкість не повинна була перевищувати 10 м/с. Надлишок швидкості гасився за рахунок парашутів. Вони розкривалися поступово: спочатку витяжний, потім — гальмівний і, нарешті, основний. На висоті 7 км космонавт повинен був катапультуватися і приземлятися окремо від спускного апарата зі швидкістю 5-6 м/с. Це здійснювалося за допомогою катапультуючого крісла, яке встановлювалося на спеціальних напрямних і вистрілювалось з спускного апарата після відокремлення кришки люка. Тут також спершу розкривався гальмівний парашут крісла, а на висоті 4 км (при швидкості 70-80 м/с) космонавт відстебнувшись від крісла і далі спускався на своєму парашуті.

Робота по підготовці пілотованого польоту в КБ Корольова почалася в 1958 році. Перший запуск «Востока» в безпілотному режимі був проведений 15 травня 1960 року. Із-за неправильної роботи одного з датчиків перед включенням гальмової рухової установки корабель виявився неправильно орієнтований і, замість того, щоб опускатися, перейшов на більш високу орбіту. Другий запуск (23 липня 1960 р.) був ще менш вдалим — на самому початку польоту сталася аварія. Спусковий апарат відокремився від корабля і зруйнувався при падінні. Щоб уникнути цієї небезпеки на всіх наступних кораблях була введена система аварійного порятунку. Зате третій запуск «Востока» (19-20 серпня 1960 р.) був цілком успішним — на другий день спусковий апарат разом з усіма піддослідними тваринами: мишами, щурами і двома собаками — Білкою і Стрілкою — благополучно здійснив посадку в заданому районі. Це був перший в історії космонавтики випадок повернення живих істот на Землю після здійснення космічного польоту. Але наступний політ (1 грудня 1960 р. знову мав неблагополучний результат. Корабель вийшов у космос і виконав всю програму. Через добу була подана команда до повернення на землю. Однак із-за відмови гальмової рухової установки апарат увійшов в атмосферу з надмірно великою швидкістю і згорів. Разом з ним загинули піддослідні собаки Бджілка і Мушка. Під час старту 22 грудня 1960 року сталася аварія останньої сходинки, але система аварійного порятунку спрацювала належним чином — спусковий апарат приземлився без пошкоджень. Тільки шостий (9 березня 1961 р.) та сьомий (25 березня 1961 р.) старти «Востока» пройшли цілком благополучно. Зробивши по одному обороту навколо Землі, обидва корабля благополучно повернулися на Землю разом з усіма піддослідними тваринами.

Ці два польоту повністю моделювали майбутній політ людини, так що навіть у кріслі знаходився спеціальний манекен. Перший в історії політ людини в космос відбувся, як відомо, 12 квітня 1961 року. Радянський космонавт Юрій Гагарін на кораблі «Восток-1» здійснив один виток навколо Землі і в той же день благополучно повернувся на Землю (весь політ тривав 108 хвилин). Так була відкрита ера пілотованих польотів.

В США підготовка до пілотуючого польоту за програмою «Меркурій» також почалася в 1958 році. Спочатку проводилися безпілотні польоти, потім польоти по балістичної траєкторії. Перші два запуску «Меркурія» по балістичної траєкторії (в травні і липні 1961 р.) проводилися за допомогою ракети «Редстоун», а наступні виводилися на орбіту за допомогою ракети-носія «Атлас-D». 20 лютого 1962 року американський астронавт Джон Гленн на «Меркурії-6» здійснив перший орбітальний політ навколо Землі.

Перший американський космічний корабель був значно менше радянського. Ракета-носій «Атлас-D» при стартовій масі 111, 3 тонн була здатна вивести на орбіту вантаж не більше 1, 35 тонни. Тому корабель «Меркурій» проектувався при вкрай жорсткі обмеження по масі і габаритам. Основу корабля становила повертаюча на Землю капсула. Вона мала форму усіченого конуса з сферичним днищем і циліндричної верхньою частиною. На підставі конуса розміщувалася гальмівна установка з трьох твердопаливних реактивних двигунів за 4, 5 кілоньютон і часом роботи 10 секунд. При спуску капсула увійшла в щільні шари атмосфери днищем вперед. Тому важкий теплозахисний екран розташовувався тільки тут. У передній циліндричній частині перебувала антена і парашутна секція. Парашутів було три: гальмівний, основний і запасний, які виштовхувались за допомогою пневмобалона.

Всередині кабіни пілота був вільний об'єм 1, 1 кубічних метра. Астронавт, одягнений в герметичний скафандр, розташовувався в кріслі. Перед ним знаходилися ілюмінатор і пульт управління. Над кораблем містився пороховий двигун САС. Система життєзабезпечення на «Меркурії» істотно відрізнялася від тієї, що була на «Востоке». Всередині корабля створювалася чисто киснева атмосфера з тиском 228-289 мм рт. ст. По мірі споживання кисень з балонів подавався в кабіну і скафандр астронавта. Для видалення вуглекислоти використовувалася система з гідроокисом літію. Скафандр охолоджувався киснем, який, перед тим як використовуватися для дихання, подавався до нижньої частини тіла. Температура і вологість підтримувалися за допомогою теплообмінників випарного типу — волога збиралася за допомогою губки, яка періодично віджималася (виявилося, що в умовах невагомості такий спосіб не підходив, тому він використовувався тільки на перших кораблях). Енергоживлення забезпечувалося акумуляторними батареями. Вся система життєзабезпечення була розрахована тільки на 1, 5 доби. Для керування орієнтацією «Меркурій» мав 18 керованих двигунів, що працювали на однокомпонентному паливі — перекису водню. Астронавт приземлявся разом з кораблем на поверхню океану. Капсула мала незадовільну плавучість, тому на всяк випадок на ній був надувний пліт.
Карта сайта ☺ → тут
Адміністратор
Адмін
Повідомлення: 1767
г. Гадяч
12 годин назад

Робот.


Роботом називають автоматичний пристрій, що має маніпулятор — механічний аналог людської руки — і систему управління цим маніпулятором. Обидві ці складові частини можуть мати різний пристрій — від дуже простого до надзвичайно складного. Маніпулятор зазвичай складається з шарнірно з'єднаних ланок, як рука людини складається з кісток, пов'язаних суглобами, і закінчується охопленням, який є чимось на зразок людської кисті руки.

Ланки маніпулятора рухливі один щодо одного і можуть здійснювати обертальні і поступальні рухи. Іноді замість захвата останньою ланкою маніпулятора служить який-небудь робочий інструмент, наприклад, дриль, гайковий ключ, фарборозпилювач або зварювальний пальник.

Переміщення ланок маніпулятора забезпечують так звані приводи — аналоги м'язів в руці людини. Зазвичай в якості таких використовуються електродвигуни. Тоді привід включає в себе ще редуктор (систему зубчастих передач, які знижують число оборотів двигуна і збільшують обертаючі моменти) і електричну схему керування, регулюючу швидкість обертання електродвигуна.

Крім електричного часто застосовується гідравлічний привід. Дія його дуже проста. В циліндр, в якому знаходиться поршень, з'єднаний з допомогою штока з маніпулятором, надходить під тиском рідина, яка пересуває поршень в ту чи іншу сторону, а разом з ним і «руку» робота. Напрям цього руху визначається тим, яку частину циліндра (в простір над поршнем або під ним) потрапляє у даний момент рідина. Гідропривід може повідомити маніпулятору і обертальний рух. Точно так само діє пневматичний привід, тільки замість рідини тут застосовується повітря.

Такий в загальних рисах пристрій маніпулятора. Що стосується складності завдань, які може вирішувати той або інший робот, то вони багато в чому залежать від складності і досконалості керуючого пристрою. Взагалі, прийнято говорити про три покоління роботів: промислових, адаптивних і роботах зі штучним інтелектом.

Найперші зразки простих промислових роботів були створені в 1962 році в США. Це були «Версатран» фірми «АМФ Версатран» і «Юнімейт» фірми «Юнімейшн Інкорпорейтед». Ці роботи, а також ті, що пішли за ними, діяли за жорсткою, що не змінюється в процесі роботи програмою і були призначені для автоматизації нескладних операцій при незмінному стані навколишнього середовища. В якості керуючого пристрою для таких роботів міг служити, наприклад, «програмований барабан». Діяв він так: на циліндрі, обертовим електродвигуном, розміщувалися контакти приводів маніпулятора, а навколо барабана — струмопровідні металеві пластини, які замикають ці контакти, коли ті їх стосувалися. Розташування контактів було таким, щоб при обертанні барабана приводи маніпулятора включалися в потрібний час, і робот починав виконувати запрограмовані операції в потрібній послідовності. Точно так само управління могло здійснюватися з допомогою перфокарти або магнітної стрічки.

Очевидно, що навіть найменша зміна навколишнього оточення, найменший збій у технологічному процесі, що веде до порушення дій такого робота. Однак вони мають і чималими перевагами — вони дешеві, прості, легко перепрограмовуються і цілком можуть замінити людину при виконанні важких одноманітних операцій. Саме на такого типу роботах і були вперше застосовані роботи. Вони добре справлялися з простими технологічними повторюваними операціями: виконували точкову і дугову зварку, здійснювали завантаження і розвантаження, обслуговували преси і штампи. Робот «Юнімейт», наприклад, був створений для автоматизації контактної точкової зварки кузовів легкових автомобілів, а робот типу «SMART» встановлював колеса на легкові автомобілі.

Однак принципова неможливість автономного (без втручання людини) функціонування роботів першого покоління дуже ускладнювала їх широке впровадження у виробництво. Вчені та інженери наполегливо намагалися усунути цей недолік. Результатом їхньої роботи стало створення набагато більш складних адаптивних роботів другого покоління. Відмінна риса цих роботів полягає в тому, що вони можуть змінювати свої дії в залежності від навколишньої обстановки. Так, при зміні параметрів об'єкта маніпулювання (його кутової орієнтації або місцезнаходження), а також навколишнього середовища (скажімо, при появі якихось перешкод на шляху руху маніпулятора) ці роботи можуть відповідно спроектувати свої дії.

Зрозуміло, що, працюючи в середовищі, що змінюється, робот повинен постійно отримувати інформацію про неї, інакше він не зможе орієнтуватися в навколишньому просторі. У зв'язку з цим адаптивні роботи мають значно більш складну, ніж роботи першого покоління, систему управління. Ця система розпадається на дві підсистеми: 1) сенсорну (або відчуття) — в неї входять ті пристрої, які збирають інформацію про зовнішнє навколишнє середовище і про розташування в просторі різних частин робота; 2) ЕОМ, яка аналізує цю інформацію і в відповідності з нею і заданою програмою керує переміщенням робота і його маніпулятора.

До сенсорних пристроїв відносяться тактильні датчики дотику, фотометричні датчики, ультразвукові, локаційні, а також різні системи технічного зору. Останні мають особливо важливе значення. Головне завдання технічного зору (власне «очі» робота полягть в тому, щоб перетворити зображення об'єктів навколишнього середовища у електричний сигнал, зрозумілий для ЕОМ. Загальний принцип систем технічного зору полягає в тому, що за допомогою телевізійної камери в ЕОМ передається інформація про робочий простір. ЕОМ порівнює її з наявними в пам'яті «моделями» і вибирає відповідну обставинам програму. На цьому шляху одна з центральних проблем при створенні адаптивних роботів полягала в тому, щоб навчити машину розпізнавати образи. З багатьох об'єктів робот повинен виділити ті, які йому необхідні для виконання якихось дій. Тобто він повинен уміти розрізняти ознаки об'єктів і класифікувати об'єкти за цими ознаками. Це відбувається завдяки тому, що робот має в пам'яті прототипи образів потрібних об'єктів і порівнює з ними ті, що потрапляють у поле його зору. Зазвичай завдання «впізнавання» потрібного об'єкта розпадається на декілька більш простих завдань: робот шукає в навколишньому середовищі потрібний предмет шляхом зміни орієнтації свого погляду, вимірює дальність до об'єктів спостереження, автоматично підлаштовує чутливий видеодатчик у відповідність з освітленістю предмета, порівнює кожен предмет «моделлю», яка зберігається в його пам'яті, за кількома ознаками, тобто виділяє контури, текстуру, колір і інші ознаки. В результаті всього цього відбувається «впізнавання» об'єкта.

Наступним етапом роботи адаптивного робота зазвичай є якісь дії з цим предметом. Робот повинен наблизитися до нього, захопити і переставити на інше місце, притому не як попало, а певним чином. Щоб виконати всі ці складні маніпуляції, одних знань про навколишню обстановку недостатньо — робот повинен точно контролювати кожен свій рух і як би «відчувати» себе у просторі. З цією метою крім сенсорної системи, що відбиває зовнішню середу, адаптивний робот оснащується складною системою внутрішньої інформації: внутрішні датчики постійно передають ЕОМ повідомлення про місцезнаходження кожної ланки маніпулятора. Вони як би дають машині «внутрішнє почуття». В якості таких внутрішніх датчиків можуть використовуватися, наприклад, високоточні потенціометри.

Високоточний потенціометр являє собою прилад типу добре відомого реостата, але відрізняється більш високою точністю. У ньому обертається контакт, не перескакує з витка на виток, як при зміщенні ручки звичайного реостата, а слід вздовж самих витків дроту. Потенціометр кріпиться всередині маніпулятора, так що при повороті однієї ланки щодо іншого, рухливий контакт теж зміщується і, отже, опір приладу змінюється. Аналізуючи величину його зміни, ЕОМ судить про місцезнаходження кожної з ланок маніпулятора. Швидкість переміщення маніпулятора пов'язана зі швидкістю обертання електродвигуна в приводі. Маючи всю цю інформацію, ЕОМ може виміряти швидкість руху маніпулятора і керувати його переміщенням.

Яким же чином робот «планує» свою поведінку? У цій здатності немає нічого надприродного — «кмітливість» машини цілком залежить від складності складеної для неї програми. У пам'яті ЕОМ адаптивного робота зазвичай закладено стільки різних програм, скільки може виникнути різних ситуацій. Поки ситуація не змінюється, робот діє за базовою програмою. Коли ж зовнішні датчики повідомляють ЕОМ про зміну ситуації, вона аналізує її і вибирає ту програму, яка відповідає даній ситуації. Маючи загальну програму «поведінки», запас програм для кожної окремої ситуації, зовнішню інформацію про навколишнє середовище і внутрішню інформацію про стан маніпулятора, ЕОМ керує всіма діями робота.

Перші моделі адаптивних роботів з'явилися фактично одночасно з промисловими роботами. Прообразом для них послужив автоматично діючий маніпулятор, розроблений в 1961 році американським інженером Ернстом і названий згодом «рукою Ернста». Цей маніпулятор мав захоплюючий пристрій, забезпечений різними датчиками — фотоелектричними, тактильними та іншими. З допомогою цих датчиків, а також керуючої ЕОМ він знаходив і брав задані йому довільно розташовані предмети. У 1969 році в Стенфордському університеті (США) був створений більш складний робот «Шийки». Ця машина також володіла технічним зором, могла розпізнавати навколишні предмети і оперувати ними за заданою програмою.

Робот приводився в рух за допомогою двох крокових електродвигунів, що мають незалежний привід коліс на кожній стороні візка. У верхній частині робота, яка могла повертатися навколо вертикальної осі, була встановлена телевізійна камера і оптичний далекомір. В центрі розташовувався блок управління, який розподіляв команди, що надходять від ЕОМ до механізмів і пристроїв, які реалізують відповідні дії. По периметру встановлювалися сенсорні датчики для отримання інформації про зіткнення робота з перешкодами. «Шийки» міг переміщатися по найкоротшому шляху в задане місце приміщення, обчислюючи при цьому траєкторію таким чином, щоб уникнути зіткнення (він сприймав стіни, двері, дверні прорізи). ЕОМ із-за своїх великих габаритів знаходилася окремо від робота. Зв'язок між ними здійснювалася по радіо. Робот міг вибирати потрібні предмети і переміщати їх «штовханням» (маніпулятора у нього не було) в потрібне місце.

Пізніше з'явилися інші моделі. Наприклад, у 1977 році фірмою «Quasar Industries» був створений робот, який умів підмітати підлогу, витирати пил з меблів, працювати з пилососом і видаляти пролиту по підлозі воду. У 1982 році фірма «Міцубісі» оголосила про створення робота, який був настільки спритний, що міг запалювати сигарету і знімати телефонну трубку. Але самим чудовим був визнаний створений у тому ж році американський робот, який з допомогою своїх механічних пальців, камери-очі і комп'ютера-мозку менш ніж за чотири хвилини збирав Кубика-Рубіка. Серійний випуск роботів другого покоління розпочався в кінці 70-х років. Особливо важливо те, що їх можна успішно використовувати на складальних операціях (наприклад, при складанні пилососів, будильників і інших нескладних побутових приладів) — цей вид робіт до цього з великим трудом піддавався автоматизації. Адаптивні роботи стали важливою складовою частиною багатьох гнучких (швидко перебудовуючих на випуск нової продукції) автоматизованих виробництв.

Третє покоління роботів — роботи зі штучним інтелектом — поки ще тільки проектуються. Їх основне призначення — цілеспрямована поведінка у складному, погано організованому середовищі, притому в таких умовах, коли неможливо передбачити всі варіанти її зміни. Отримавши якусь загальну задачу, такий робот повинен буде сам розробити програму її виконання для кожної конкретної ситуації (нагадаємо, що адаптивний робот може лише вибирати одну з запропонованих програм). У разі, якщо операція не вдалася, робот з штучним інтелектом зможе проаналізувати невдачі, скласти нову програму і повторити спробу.
Карта сайта ☺ → тут
Адміністратор
Адмін
Повідомлення: 1767
г. Гадяч
12 годин назад

Орбітальна космічна станція.


Хоча історія космонавтики налічує лише кілька десятиліть, вона пройшла вже через декілька важливих етапів. Початок освоєння навколоземного простору поклали короткі (тривали, як правило, за кілька діб) експедиції на типових космічних кораблях. Пілотуючі їх космонавти зробили багато важливих спостережень і відкриттів. Але на певному етапі ці нетривалі човникові рейси за атмосферу перестали задовольняти науку. Космічні кораблі володіли невеликими розмірами і мали багато специфічних особливостей, які не дозволяли використовувати їх для довгострокових серйозних наукових досліджень. Щоб стати в космосі твердою ногою, космонавти повинні були розміститися тут хоча б з мінімальними зручностями і мати під рукою багато різноманітної наукової апаратури. Таким космічним будинком і одночасно космічною лабораторією стали перші орбітальні станції. Їх поява була важливою віхою в історії пілотованих польотів: разом з ними на зміну героїчної епохи першовідкривачів прийшла пора буднів і важкої щоденної роботи.

Що ж таке орбітальна станція?

У певному сенсі її можна вважати великим космічним кораблем. До її надійності пред'являються ті ж жорсткі вимоги. Тут функціонують ті ж системи життєзабезпечення, що описані в темі вище, присвяченій космічним кораблям. Але є у станції і свої особливості. Вона не призначена для повернення на Землю. Як правило, вона не має навіть своєї рухової установки, оскільки корекцію її орбіти виробляють з допомогою двигунів транспортного корабля. Зате на ній набагато більше наукового обладнання, вона просторіше і затишніше, ніж корабель. Космонавти прилітають сюди надовго — на кілька тижнів або навіть місяців. На цей час станція стає їх космічним будинком, і для того щоб зберігати протягом усього польоту гарну працездатність, вони повинні відчувати себе в ній комфортно і спокійно.

Першою в історії орбітальною космічною станцією став радянський «Салют», виведений на орбіту 19 квітня 1971 року. 30 червня того ж року пристикувався до станції корабель «Союз-11» з космонавтами Добровольським, Волковим і Пацаєвим. Перша (і єдина) вахта тривала 24 дня. Потім деякий час «Салют» знаходився в автоматичному безпілотному режимі, 11 листопада станція закінчила своє існування, згорівши в щільних шарах атмосфери.

За першим «Салютом» послідував другий, потім третій і так далі. Протягом десяти років в космосі одна за одною відпрацювало ціле сімейство орбітальних станцій. Десятки екіпажів провели на них безліч наукових експериментів. Всі «Салюти» представляли собою космічні багатоцільові дослідні лабораторії для тривалих досліджень зі змінним екіпажем. У відсутність космонавтів всі системи станції управлялися з Землі. Для цього використовувалися малогабаритні ЕОМ, в пам'ять яких закладені стандартні програми управління операціями польоту. Загальна довжина станції складала 20 метрів, а об'єм — 100 кубічних метрів. Маса «Салюту» без транспортного корабля — 18900 кг.

Всередині станція ділилася на три відсіки, з яких два — перехідний і робітник — були герметичними, а третій — агрегатний — негерметичним. Обидва герметичних відсіку були житловими. Перехідний відсік був виконаний у формі циліндра діаметром 2 м і мав довжину 3 м. До його складу входив стикувальний вузол. Перебирання з перехідним люком-лазом відділяла його від робочого відсіку, який представляв собою комфортабельну лабораторію, пристосовану для відпочинку та тривалої наукової роботи. Тут знаходилася основна частина дослідницької апаратури, а також пристрої та агрегати управління станцією, система життєзабезпечення, прилади енергоживлення і радіозв'язку. Відсік мав 15 ілюмінаторів і складався з двох циліндричних зон, сполучених конічною частиною. Малий циліндр мав діаметр 2, 9 м при довжині 3, 8 м, а великий циліндр — діаметр 4, 15 м і довжину 4, 1 м. Ширина конічної частини становила 1, 2 м. У робочому відсіку космонавти проводили більшу частину свого часу: працювали, виконували фізичні вправи, брали їжу і відпочивали.

У зоні малого діаметра був розташований столик для прийому їжі. Тут же був закріплений бачок з питною водою. (Вода в ємностях консервувалась шляхом додавання іонів срібла; кожен космонавт для пиття використовував індивідуальний мундштук, приєднаний до шлангу.) Поруч знаходився підігрівач їжі. У цій зоні зберігалися предмети, необхідні космонавтам для проведення дозвілля: бібліотечка, альбом для малювання, магнітофон і касети до нього. В зоні великого діаметру по правому і лівому борту були розташовані спальні місця. Вони мали пристрої, що дозволяють зафіксувати тіло в будь-якому положенні. Тут же знаходилися холодильники з запасами продуктів і баки з водою. На задньому днищі цієї зони містився туалет. Він був відокремлений від іншої частини робочого відсіку і мав примусову вентиляцію. Для видалення рідких і твердих відходів життєдіяльності служив спеціальний ассенізаціонний пристрій. Умивальника і душа на першому «Салюті» не було. Туалет полягав у обтиранні обличчя і тіла спеціальними гігієнічними серветками і рушниками. В конічній частині був розташований комплекс засобів для виконання фізичних вправ і медичних досліджень, зокрема — бігова доріжка. Під час виконання фізичних вправ космонавти одягали спеціальні костюми, щоб не допускати поширення запаху поту.

Засоби ручного управління і контролю основних систем і наукової апаратури станції були розташовані на семи постах. У зоні малого діаметра було чотири пости. Один з них — центральний пост управління станцією. Він був розрахований для одночасної роботи двох осіб. Тут знаходилися два крісла, перед якими був розташований пульт управління. Звідси можна було керувати двигунами і системою орієнтації станції. На шести інших постах можна було проводити спостереження і дослідження. У станції поміщалося багато різноманітної апаратури, в тому числі великогабаритний телескоп «Оріон» і гамма-телескоп «Анна-III» (для дослідження космічного гамма-випромінювання).

За робочим відсіком перебував неробочий агрегатний. У ньому розміщувалися рухові установки, антени систем радіозв'язку, система терморегулювання, телекамера. Радіозв'язок з Землею на першому «Салюті» підтримувався в основному в телефонному режимі. Телевізійна система теж була, але вона вимагала багато енергії. Система електроживлення включала в себе сонячні та акумуляторні батареї. Перші були жорстко закріплені на корпусі станції і для того, щоб сонячні промені були перпендикулярні до їх площини, вимагали спеціальної орієнтації на сонце. Кадмій-нікелевий акумулятор працював спільно з сонячною батареєю в режимі «заряд-розряд», оскільки близько 40% часу на кожному витку станція перебувала в тіні Землі. Крім того, на «Салюті» був резервний акумулятор на випадок потужних і великих за тривалістю віддач енергії.

Система терморегулювання складалася з незалежних рідинних контурів охолодження і обігріву, мали внутрішню і зовнішню магістралі. Надлишкове тепло при необхідності випромінювалося в космос радіатором-охолоджувачем. Якщо ж на станцію, навпаки, треба було підвести тепло, то воно знімалося з радіатора-нагрівача на сонячній стороні. Таким чином в житлових відсіках підтримувалась температура у межах 15-25 градусів. Система життєзабезпечення підтримувала необхідний газовий склад, поглинала запахи і пил, забезпечувала екіпаж їжею, водою, видаляла відходи життєдіяльності. Подача кисню і поглинання вуглекислого газу відбувалися в блоках регенератора. При цьому повітря, проходячи через високоактивну хімічну речовину, збагачувалась киснем і звільнялася від вуглекислого газу, та прогонялась вентиляторами через фільтри, очищала від пилу і сміття. У різних місцях станції були розміщені газові аналізатори, які постійно контролювали газовий склад.

Слідом за СРСР свою орбітальну станцію запустили в космос США. 14 травня 1973 року на орбіту була виведена їх станція «Скейлеб» («Небесна лабораторія»). Основою для неї послужила третя ступінь ракети «Сатурн-5», яка використовувалася в колишніх місячних експедиціях для розгону корабля «Аполлон» до другої космічної швидкості. Великий водневий бак був переобладнаний при цьому в побутові приміщення та лабораторії, а менший за розмірами кисневий бак перетворений в контейнер для збору відходів.

«Скейлеб» включала в себе власне блок станції, шлюзову камеру, причальну конструкцію з двома стикувальними вузлами, дві сонячні батареї та окремий комплект астрономічних приладів (до його складу входило вісім різних апаратів і цифрова обчислювальна машина). Загальна довжина станції досягала 25 м, маса — 83 тонни, внутрішній вільний об'єм 360 кубічних метрів. Для її виведення на орбіту використовувалася потужна ракета-носій «Сатурн-5», здатна піднімати на навколоземну орбіту до 130 тонн корисного вантажу. Власних двигунів для корекції орбіти «Скейлеб» не мала. Її здійснювали за допомогою двигунів космічного корабля «Аполлон». Орієнтація станції змінювалася з допомогою трьох силових гіроскопів і мікродвигунів, що працювали на стиснутому газі. За час функціонування «Скейлеб» на ній побували три екіпажу.

У порівнянні з «Салютом» «Скейлеб» був значно ширшим. Довжина шлюзової камери становила 5, 2 м, а її діаметр — 3, 2 м. Тут в балонах високого тиску зберігалися бортові запаси газів (кисню і азоту). Блок станції мав довжину 14, 6 м при діаметрі 6, 6 м. Він був розділений на лабораторний і побутовий відсіки. Побутовий відсік в свою чергу ділився на чотири приміщення для сну, для особистої гігієни, для тренувань і експериментів, для проведення дозвілля, для приготування і прийому їжі. Висота їх становила 2 м. Приміщення для сну було розділено на три спальні кабіни за кількістю астронавтів. У кожній з них було шість маленьких шафок і спальний мішок. Вхід в кожну кабіну був завішаний шторою.

Приміщення для гігієни було забезпечено умивальником і приймачем відходів життєдіяльності. Умивальник являв собою закриту сферу, що мала два отвори для рук, забезпечені гумовими заслінками. Тут же знаходився душ, відокремлений від решти приміщення фіранкою. Розбризгувальні через розпилювач краплі води всмоктувалися потім в колектор потоком повітря. Кожен астронавт мав свій індивідуальну шафку для туалетного приладдя. Приміщення для відпочинку, приготування і прийому їжі мало стіл з конфорками для розігрівання їжі, піч, шафи і шафи-холодильники. (Астронавти мали широкий набір заморожених продуктів, включаючи холодні каші, картопляні салати, страви з яловичої вирізки.) Стіл був з трьох боків обладнаний трьома індивідуальними кранами для питної води. У кожного астронавта був свій піднос з осередками для розігріву їжі. Магніти підноса підтримували ніж і виделку. В цьому ж приміщенні розташовані три крісла, магнітофон і книги. У приміщенні для тренувань і експериментів розміщувався велоергометр. Лабораторний відсік був в два рази більше побутового. Його внутрішній діаметр становив 6, 4 м.
Карта сайта ☺ → тут
Адміністратор
Адмін
Повідомлення: 1767
г. Гадяч
12 годин назад

Волоконно-оптичні лінії зв'язку.


У XX столітті людство було свідком величезного стрибка в розвитку різних видів зв'язку, особливо телефонії, радіо і телебачення. Завдяки їм, а також завдяки появі супутникової космічної системи зв'язку сучасна людина отримала недоступну колишнім поколінням можливість зв'язуватися з самими далекими і глухими куточками планети, бачити, чути і знати про все, що відбувається в світі. Однак при всіх перевагах традиційних видів зв'язку кожному з них властивий цілий ряд недоліків, які стають все більш чутливими по мірі наростання обсягів переданої інформації. Незважаючи на новітні технології, що дозволяють значно ущільнити передаючу по кабелю інформацію, магістральні телефонні лінії все одно часто виявляються перевантаженими. Приблизно те ж можна сказати про радіо і телебачення, в яких інформаційні сигнали переносяться за допомогою електромагнітних хвиль: зростаюча кількість телеканалів і радіостанцій, мовленнєвих і службових, призвело до виникнення взаємних перешкод, до ситуації, що отримала назву «тісноти в ефірі». Це стало одним з поштовхів до освоєння все більш короткохвильових діапазонів радіохвиль.

Відомо: чим коротше використовувані для мовлення хвилі, тим більше радіостанцій без взаємних перешкод може розміститися в даному діапазоні (це легко бачити, обертаючи налаштування радіоприймача: якщо на довгих хвилях ми можемо зловити всього кілька радіостанцій, то на коротких та ультракоротких хвилях таких радіостанцій вже десятки і сотні, вони в буквальному сенсі слова «сидять на кожному міліметрі»). Інший недолік традиційних видів зв'язку полягає в тому, що для передачі інформації взагалі невигідно користуватися хвилями, випромінюючи у вільний простір. Адже енергія, що припадає на якусь певну площу фронту такої хвилі, убуває в міру збільшення фронту хвилі. Для сферичної хвилі (тобто такої, яка поширюється рівномірно в усі сторони від джерела) ослаблення назад пропорційно квадрату відстані від джерела хвилі до приймача. В результаті, в сучасній радіотехніці витрачаються величезні кошти на виділення і посилення корисного сигналу. Зовсім інша картина була б у тому випадку, якщо б інформація посилалася вузьким спрямованим пучком або променем. Втрати при цьому були б набагато менше. Перераховані недоліки змушують припустити, що людство знаходиться на порозі важливої революції в системі зв'язку, яка призведе до того, що в XXI столітті основним її видом стане оптоелектроніка, яка не має всіх цих недоліків. Очікується, що вже в перші десятиліття настає століття де нові телефонні, телевізійні та обчислювальні системи будуть з'єднуватися волоконно-оптичними кабелями з використанням в якості носія інформації лазерного випромінювання.

Ера сучасної оптичного зв'язку почалася в 1960 році після створення першого лазера. Винахід лазерів взагалі породило надію на швидке і легке подолання проблем «ефірної тісноти». Справді, використання мікронних хвиль видимого світла для потреб зв'язку замість сантиметрових і міліметрових радіохвиль створило можливість майже безмежно розширити обсяги переданої інформації. Наприклад, система зв'язку на гелій-неоновому лазері має смугу пропускання, в якій можна одночасно розмістити близько мільйона телевізійних каналів. Проте вже перші досліди розвіяли райдужні ілюзії. З'ясувалося, що земна атмосфера дуже активно поглинає і розсіює оптичне випромінювання і що лазери (в тому випадку, якщо промінь поширюється безпосередньо через повітря) можуть використовуватися для потреб зв'язку лише на дуже невеликій відстані (у середньому — не більше ніж 1 км) Усі спроби подолати це утруднення успіху не мали. Так йшли справи, коли в 1966 році двоє японських вчених Као і Хокема запропонували використовувати для передачі світлового сигналу довгі скляні волокна, подібні тим, які вже використовувалися в ендоскопії та інших областях. Їх стаття заклала основи волоконно-оптичного зв'язку.

На чому ж грунтується дія світловодів? З оптики добре відомо: якщо направити світловий промінь з більш щільного середовища в менш щільне (наприклад, з води або скла в повітря), то значна частина її відбивається назад від кордону двох середовищ. При цьому чим менше кут падіння променя, тим більша частина світлового потоку виявиться відбитою. Шляхом експерименту можна підібрати такий пологий кут, при якому відображається все світло і лише незначна його частина потрапляє з більш щільного середовища в менш щільну. Світло при цьому виявляється немов укладеним в щільному середовищі і поширюється в ній, повторюючи всі її вигини. Цей ефект «утримання світла» можна спостерігати на прикладі поширення світла усередині струменя води, яку він не може покинути, постійно відбиваючись від межі води і повітря. Точно так само відбувається передача світлового сигналу по оптичному скляному волокні. Увійшовши всередину нього, світловий пучок поширюється в різних напрямках. Промені, що йдуть під малим кутом до межі двох середовищ, повністю відбиваються від неї. Таким чином, оболонка міцно утримує їх, забезпечуючи світлонепроникний канал для передачі сигналу практично зі швидкістю світла.

В ідеальних світловодах, виготовлених з абсолютно прозорого і однорідного матеріалу, світлові хвилі мають поширюватися не слабшаючи, але практично всі реальні світловоди більш або менш сильно поглинають і розсіюють електромагнітні хвилі через свою непрозорість та неоднорідність. (Поглинання зовні проявляється як нагрів світловода; розсіювання — це коли частина випромінювання залишає волокно.) Скло, яке здається таким прозорим у вікнах, вітринах та біноклях, у дійсності виявляється далеко не однорідним. Це легко помітити, поглянувши через торець листового скла. При цьому відразу стає видно його слабке блакитно-зелене забарвлення. Дослідження показують, що це забарвлення викликано невеликою кількістю заліза і міді, що містяться в склі. Навіть в самих чистих стеклах, що виготовляються для астрономічних та фотографічних об'єктивів, є велика кількість забарвлених домішок. У перших світловодах, виготовлених з такого скла, втрати енергії були дуже великі (на 1 м світловода втрачалося більше 50% введеного в нього світла). Однак і при таких як вдалося створити приладах, що дозволяли пропускати світло через вигнуті канали, спостерігати внутрішні поверхні металевих порожнин, вивчати стан внутрішніх органів людського тіла і т. п. Але для створення магістральних ліній зв'язку такі світловоди були малопридатні.
Знадобилося близько десятиліття для того, щоб створити лабораторні зразки волоконних світловодів, здатних передати на 1 км 1% введеної в них потужності світла. Наступним завданням було виготовити з такого волокна світоводний кабель, придатний для практичного застосування, розробити джерела і приймачі випромінювання. Найпростіший волоконний світловод являє собою тонку нитку з прозорого діелектрика. Передаючі світлові хвилі йдуть під малими кутами до осі світловода і відчувають повне внутрішнє віддзеркалення від його поверхні. Але використовувати такий світловод можна тільки в лабораторії, так як незахищена поверхня скла в звичайних умовах поступово покривається пилинками, на ній розвивається безліч дефектів: мікротріщин, нерівностей, які порушують умови повного внутрішнього відбиття світла всередині волокна, та дуже сильно поглинають і розсіюють промені. Додаткові суттєві втрати виникають в місцях контакту світловода з опорами, що підтримують незахищений кабель.

Радикальна зміна ситуації була пов'язана зі створенням двошарових світловодів. Такі світловоди складалися з світловводної жилки, укладеної в прозору оболонку, показник заломлення якої був менший, ніж показник заломлення жили. Якщо товщина прозорої оболонки перевершує кілька довжин хвиль передаючого світлового сигналу, то ні пил, ні властивості середовища поза цієї оболонки не роблять істотного впливу на процес поширення світлової хвилі в двошаровому світловоді. Ці світловоди можна покривати полімерною оболонкою і перетворювати їх в світловедучий кабель, придатний для практичного застосування. Але для цього необхідно створити високу досконалість межі між жиловою і прозорою оболонкою. Найбільш проста технологія виготовлення світловода полягає в тому, що скляний стрижень-серцевина вставляється в щільно припасовану скляну трубку з меншим показником заломлення. Потім ця конструкція нагрівається.

У 1970 році фірма «Корнінг гласс» вперше розробила скляні світловоди, придатні для передачі світлового сигналу на великі відстані. А до середини 70-х років були створені світловоди з надчистого кварцового скла, інтенсивність світла в яких зменшувалась вдвічі лише на відстані 6 км. (Наскільки прозоре таке скло, видно з наступного прикладу: якщо уявити собі, що у вікно вставлено надчисте оптичне скло товщиною 10 км, то воно буде пропускати світло так само добре, як звичайне віконне скло сантиметрової товщини!)

Крім світловода волоконно-оптична система зв'язку включає в себе блок оптичного передавача (в якому електричні сигнали, що надходять на вхід системи, перетворюються на оптичні імпульси) і блок оптичного приймача (приймаючого оптичні сигнали і перетворює їх в електричні імпульси). Якщо лінія має велику протяжність, на неї діють також ретранслятори — вони беруть і підсилюють передаючі сигнали. У пристроях для введення випромінювання в волоконні світловоди широко застосовуються лінзи, які мають дуже маленький діаметр та фокусна відстань порядку сотень і десятків мікрон. Джерела випромінювання можуть бути двох типів: лазери і світловипромінюючі діоди, які працюють як генератори несучої хвилі. Сигнал (це може бути телевізійна передача, телефонна розмова тощо) модулюється і накладається на несучу хвилю точно так само, як це має місце в радіотехніці.

Однак набагато ефективніше передавати інформацію в цифровому вигляді. При цьому знову-таки абсолютно неважливо, яка інформація передається таким чином: телефонна розмова, друкований текст, музика, телевізійна передача або зображення картини. Першим кроком для перетворення сигналу в цифрову форму є визначення його значень через певні інтервали часу — цей процес називається дискретизацією сигналу за часом. Доведено (і математично, і практично), що якщо інтервал, принаймні, в 2 рази менше найвищої частоти, що міститься у спектрі переданого сигналу, то цей сигнал може бути в подальшому поновлений з дискретної форми без всяких спотворень. Тобто замість безперервного сигналу без шкоди для переданої інформації можна подавати набір дуже коротких імпульсів, що відрізняються один від одного тільки своєю амплітудою. Але немає необхідності передавати ці імпульси саме в такому вигляді. Оскільки всі вони мають однаковий вигляд і зрушені один щодо одного на один і той же тимчасовий інтервал, то можна передавати не весь сигнал, а лише його значення амплітуди. У нашому прикладі розбиття по амплітуді йде на вісім рівнів. Це означає, що значення кожного імпульсу можна інтерпретувати як число у двійковому коді. Значення цього числа і передаючих по лінії зв'язку. Оскільки для передачі кожного двійкового числа необхідні лише дві цифри — 0 і 1, то вона дуже спрощується: 0 відповідає відсутності сигналу, а 1 — його наявності. На передачу кожної цифри в нашому прикладі йде час в 1/3. Відновлення переданого сигналу відбувається в зворотному порядку. Подача сигналу в цифровому вигляді дуже зручна, так як фактично виключає всякі спотворення і перешкоди.

Оптична система зв'язку поки ще відносно дорога, що стримує її широке поширення, але немає сумніву, що це лише тимчасова перешкода. Переваги її настільки очевидні, що вона неодмінно повинна отримати в майбутньому повсюдне застосування. Насамперед, волоконно-оптичні кабелі дуже стійкі до перешкод і мають малу вагу. При освоєнні технології їх масового виробництва вони можуть виявитися набагато дешевше використовуваних зараз електричних кабелів, оскільки сировина для них вже зараз набагато дешевше. Але найважливіше їх перевага полягає в тому, що вони мають величезну пропускну здатність — в одиницю часу через них можна пропускати такі величезні обсяги інформації, які неможливо передати ні одним з відомих способів зв'язку. Всі ці якості повинні забезпечити волоконно-оптичним лініям зв'язку багатогранне застосування насамперед у блоках ЕОМ (вже накопичений великий досвід створення мікросхем, в яких використовуються мікроскопічні світловоди; швидкодія таких мікросхем приблизно в 1000 разів більше, ніж у звичайних), в кабельному телебаченні; потім відбудеться заміна телефонних кабелів на магістральних лініях і створення телевізійних кабелів; у перспективі очікується об'єднання всіх цих мереж у єдину інформаційну мережу.

У багатьох розвинених країнах (і перш за все в США) вже зараз багато телефонних ліній зв'язку замінені світловодами. Практикується створення міських оптико-волоконних мереж. Так, в 1976 році міська цифрова волоконно-оптична телефонна система зв'язку була встановлена у великому американському місті Атланті.
Карта сайта ☺ → тут
Адміністратор
Адмін
Повідомлення: 1767
г. Гадяч
12 годин назад

Персональний комп'ютер.


Комп'ютер у наші дні зайняв таке ж місце, як телефон, автомобіль і телевізор. Але, мабуть, це тільки перші провісники тотальної ери комп'ютеризації, яка очікується в найближчі десятиліття. У всіх відносинах комп'ютер являє собою явище зовсім неординарне. Мабуть, жодний інший технологічний винахід до нього не проявляв себе так бурхливо, не розвивався так стрімко і не пронизував так багатогранно всі сфери нашого життя. Комп'ютери стали незамінними в діловодстві, в бізнесі, у військовій справі, в науці, техніці і в сотнях інших видах професійної діяльності. Вони стрімко прищеплюються у сферах мистецтва, політики і спорту. Величезне значення, яке комп'ютери встигли зайняти у приватному житті людей, їх відпочинку і взаємному спілкуванні. Але все це, бути може, служить тільки підготовкою або першим провісником грандіозної інформаційної революції, яка очікується в найближчі десятиліття. Тому що саме комп'ютер повинен буде зіграти роль того магічного ключика, того чарівного віконця, з допомогою якого кожен окремий індивід через глобальні комп'ютерні мережі зможе отримати доступ до всіх багатств накопиченої людством інформації.

Хоча в наш час обчислювальні операції далеко не головна і вже у всякому разі не єдина сфера застосування комп'ютера, історично він зобов'язаний своїм виникненням саме розвитку обчислювальної техніки. ЕОМ першого покоління, ці жорсткі і тихохідні обчислювачі, були піонерами комп'ютерної техніки. Як ми пам'ятаємо, вони досить швидко зійшли зі сцени, так і не знайшовши широкого комерційного застосування через ненадійність, високої вартості і важкого програмування. Їм на зміну прийшли ЕОМ другого покоління. Елементною базою цих машин стали напівпровідники. Швидкості перемикання вже у перших недосконалих транзисторів були в сотні разів вище, ніж у вакуумних ламп, надійність і економічність — також на кілька порядків вище. Це відразу розширило сферу застосування ЕОМ. З'явилася можливість встановлювати їх на кораблях і літаках. Попит на ЕОМ швидко зростав. Перші серійні ЕОМ на транзисторах з'явилися в 1958 році одночасно в США, ФРН і Японії. У 1962 році почався масовий випуск інтегральних мікросхем, але вже в 1961 році була створена експериментальна ЕОМ на 587 мікросхемах. В 1964 році фірма IBM налагодила випуск машин IBM-360 — першої масової серії ЕОМ на інтегральних елементах. Вперше тоді зробилося можливим пов'язувати машини в комплекси і без всяких переробок переносити програми, написані для однієї ЕОМ, на будь-яку іншу з цієї серії. Так була здійснена стандартизація апаратного і програмного забезпечення ЕОМ. Всього в серію входило 9 машин різного рівня складності з часом виконання операції додавання від 206 до 0, 18 мікросекунди. За кілька років було реалізовано 19 тисяч комп'ютерів цієї серії різних класів. З цього можна укласти, що з появою машин третього покоління попит на ЕОМ зріс ще більше. Їх стали набувати багато промислових і торгових фірм. Створені у 1971 році мікропроцесори фірми «Інтел» мали надзвичайний комерційний успіх, так як при невеликій вартості забезпечували рішення досить великого кола оперативних завдань. У 1976 році з'явилися перші машини четвертого покоління-на великих інтегральних схемах — американські «Крей-1» і «Крей-2» з швидкодією 100 мільйонів операцій у секунду. Вони містили близько 300 тисяч чіпів (мікросхем).

Так у двох словах виглядала передісторія персонального комп'ютера. Виникнення цього типу машин ніхто не планував. Він звалився, образно кажучи, як сніг на голову. Все почалося в тому ж 1976 році, коли два заповзятливих двадцятирічних американських техніка, що не мали спеціальної освіти, Стефан Возняк і Стів Джобс, створили в примітивній майстерні, розташованої в звичайному гаражі, перший маленький, але багатообіцяючий персональний комп'ютер. Він отримав назву «Епл» («Яблуко») і спочатку призначався для відеоігор, хоча мав також можливості для програмування. Пізніше Джобс заснував фірму «Еппл комп'ютер», яка вперше налагодила масове виробництва персональних комп'ютерів. Попит на них перевищив всякі очікування. У короткий час фірма Джобса перетворилася на велике і процвітаюче підприємство. Це змусило і інші фірми звернути увагу на ринок персональних комп'ютерів. У продажу з'явилося безліч моделей «персоналок» різних концепцій. У 1981 році свій перший персональний комп'ютер IBM PC, випустила фірма IBM. Успіх його у всьому світі був величезним, чому в чималому ступені сприяв дуже хороший 16-розрядний мікропроцесор Intel-8088 і чудово розроблене програмне забезпечення фірми «Microsoft». Наступна модель PC/XT, випущена в 1983 році, мала оперативну пам'ять 640 Кб, жорсткий диск і високу швидкодію. У 1986 році з'явилася ще більш досконала модель PC/AT на базі мікропроцесора Intel-80286. До кінця десятиліття комп'ютери фірми IBM стали найбільш масовими і популярними.

Що ж являє собою персональний комп'ютер?

Незалежно від складності комп'ютера його структурна схема може бути розділена на три великі відділи: пам'ять, процесор і периферійне устаткування.

Пам'ять служить для запам'ятовування чисел і логічних команд (які теж зберігаються в ній в числовому коді) і працює в постійному зв'язку з процесором, а коли треба — підключається до периферійних пристроїв. Фізично пам'ять ділиться на окремі умовні клітинки, у кожній з яких розміщується рівно одне число фіксованої довжини. Машинний осередок характеризується певною мікроструктурою, що визначає, скільки двійкових одиниць інформації (біт) можна в неї записати. Біту відповідає один двійковий розряд осередку. Ця частина осередки, як уже говорилося, може знаходитися в одному з двох станів — їм відповідають умовні значення «нуль» і «одиниця». Вісім бітів утворять більш велику одиницю інформації — байт, з допомогою якої можна уявити в пам'яті одну літеру алфавіту, цифри десяткової системи, а також будь-який знак пунктуації або який-небудь інший символ. Кожній клітинці присвоюється адреса, знаючи яку можна дістатися до неї, занести в неї число. У комірках пам'яті також зберігається програма, що складається з сукупності команд — елементарних приписів того, що повинна робити машина під час кожного робочого такту. Нарешті, пам'ять використовується для зберігання проміжних результатів рішення задачі. Роботу пам'яті характеризують два показники: місткість (тобто скільки в ній можна розмістити закодованих в двійковій формі чисел) і швидкодія (тобто як швидко можна ці числа записати в пам'ять і знову витягти звідти). Продуктивність пам'яті залежить від швидкості перемикання кожної клітинки з одного стану в інший.

Об'єм пам'яті і її швидкодію, взагалі кажучи, знаходяться у протиріччі один до одного. При інших рівних умовах — чим більше пам'яті, тим менше її швидкодія, а чим більше швидкість — тим менше пам'ять. Тому в сучасних комп'ютерах пам'ять організується у вигляді багатоярусної структури. Зазвичай розрізняють основну пам'ять і зовнішню. Основна пам'ять у свою чергу складається з двох частин: оперативного запам'ятовуючого пристрою (ОЗП) і постійного запам'ятовуючого пристрою (ПЗП). Перший, найвищий рівень, утворюється оперативною пам'яттю, безпосередньо пов'язаної з процесором. В оперативному запам'ятовуючому пристрої досягається мінімальний час доступу до даних, що зберігаються в пам'яті даних. Другий ешелон пам'яті — постійно запам'ятовуючий пристрій, який підключається до ОЗП в разі його перевантаження. Воно служить як би «швидким довідником», до якого мікропроцесор час від часу звертається за потрібною інформацією, або прикладними програмами. Швидкість його на кілька порядків нижче, ніж в ОЗП, але зате воно володіє набагато більшим об'ємом. Крім того, при вимиканні комп'ютера інформація з нього не стирається.

До зовнішньої пам'яті відносять різні пристрої, здатні зберігати великі обсяги інформації. Це накопичувачі на магнітних дисках і магнітні стрічки і т. п. Їх продуктивність може бути ще на кілька порядків нижче, ніж у пристроях основної пам'яті, але зате вони можуть володіти величезною ємністю в кілька мільйонів або мільярдів байт. Спочатку пристроєм зовнішньої пам'яті комп'ютера служив звичайний касетний магнітофон. Потім частіше вживалися дискети (м'які магнітні диски, що нагадують невелику пластинку, укладену в спеціальний конверт; їх ємність близько 1-1, 4 Мбайт). Інформація з пам'яті комп'ютера на дискету і з диска в пам'ять комп'ютера списується з допомогою дисковода — спеціального пристрою введення-виведення даних. На одній магнітофонній касеті можна записати приблизно стільки ж інформації, скільки на дискеті, однак час звернення до якої-небудь програми або елемента даних для накопичувачів на магнітних стрічках значно довше, ніж для накопичувача на магнітних дисках. Це і зрозуміло, оскільки інформація на стрічці записується у вигляді однієї довгої послідовності бітів і для зчитування потрібної інформації потрібно перемотувати всю стрічку. Зараз як пристрої зовнішньої пам'яті широке поширення отримали вінчестери (або жорсткі диски). Їх ємність дуже велика (один диск може зберігати мільйони сторінок друкованого тексту), але при цьому вони володіють великою швидкодією. Велика швидкість досягається за рахунок того, що вінчестер укладений у вакуум і обертається на маленьких підшипниках. В основі його — жорстка алюмінієва пластина з магнітним покриттям.

Найважливішим блоком ЕОМ є процесор. Його роль грає в комп'ютері мікропроцесор — інтегральна схема на кристалі кремнію. У мікропроцесорі реалізована складна логічна схема, яку можна вважати «серцем і мозком» машини. Сама назва блоку говорить про його активних функціях. І дійсно, процесор займається переробкою згідно з програмою тієї інформації, яка міститься в пам'яті. У кожен робочий такт процесор виконує одну логічну або обчислювальну операцію. Основу процесора становлять логічні схеми: пристрій управління, арифметично-логічний пристрій і регістри. Пристрій управління керує роботою всіх компонентів комп'ютера; на вхід цієї схеми надходять з пам'яті коди команд, які перетворюються в набір керуючих імпульсів, що розсилаються в потрібні точки схеми комп'ютера. Роботу керуючого пристрою можна уподібнити дій диригента в оркестрі, який, керуючись нотами музичного твору, з допомогою диригентської палички вказує групу музикантів та окремих музикантів моменти початку та закінчення частин виконуваного музичного твору. Арифметико-логічний пристрій призначений для виконання арифметичних і логічних операцій. Регістри — це електронні цифрові пристрої для тимчасового запам'ятовування інформації у формі двійкового числа. Якщо регістр може одночасно зберігати 8 бітів (вісім двійкових знаків) його називають восьмирозрядним. Якщо їх 16 шістнадцятирозрядним і т. д. спеціалізовані Регістри по своїм функціям. Одні призначені тільки для зберігання інформації, інші виступають як лічильники виконуваних команд, треті служать для запам'ятовування адрес виконуваних команд і т. д.

Периферійне обладнання комп'ютера — це велике сімейство простих та складних пристроїв, основне значення яких зводиться до забезпечення зв'язку комп'ютера з зовнішнім світом. Перш за все, комп'ютер повинен бути наділений можливостями сприйняття інформації. Цим займаються пристрої введення даних. Головним пристроєм введення інформації є клавіатура. Вона містить алфавітно-цифрові клавіші для введення чисел і текстів, а також клавіші управління курсором, перемикання режимів і регістрів і для інших цілей. Клавіші на клавіатурі розташовані майже так само, як на друкарській машинці.
Основним пристроєм для відображення інформації служить дисплей, або монітор. Більшість сучасних дисплеїв мають в основі своїй конструкції електронно-променеву трубку і по пристрої схожі на телевізор. У сучасних комп'ютерах дуже велике значення в діалог користувача з комп'ютером відводитися миші. Миша являє собою невеликий пристрій, ковзне по плоскій поверхні. Відносні координати її переміщення передаються в комп'ютер і обробляються таким чином, щоб управляти рухами на екрані дисплея спеціально виділеного маркера, який називається курсором. Цей спосіб вибору позиції і вказівки об'єктів на екрані дуже зручний. При такій організації діалогу на екрані відображається кілька заздалегідь складених версій команд. Вказавши курсором на одну з них, користувач дає команду. Таким чином, на комп'ютері може успішно працювати людина, яка не має навіть найвіддаленішого поняття про програмування.

Найбільш широко зустрічається пристроєм виведення даних є друкуючий пристрій, або принтер. Але ним може бути також і плоттер для виводу графіків і креслень. Найбільш широко донедавна були поширені матричні принтери. У них зображення окремих знаків будується на матриці розміром 9 на 9 точок і формується ударами через фарбувальну стрічку найтонших стрижнів. Число стрижнів зазвичай дорівнює 9, так що точки у межах їх матриці стикаються, утворюючи безперервні лінії. На цих принтерах легко створювати настроювані шрифти, а також виводити будь-які графічні зображення. Більш висока якість друку дають струменеві принтери, які допускають кілька рівнів яскравості і кольоровий друк. Принцип дії таких принтерів заснований на тому, що управлінням програми з переміщенням по горизонталі сопла на папір викидаються найдрібніші крапельки чорнила, формуючи необхідне зображення.

Як і для будь-якої ЕОМ необхідної і складовою частиною комп'ютера є його програмне забезпечення. Без відповідної програми на ньому практично неможливо працювати. Найважливішим класом програм кожного комп'ютера слід вважати його операційну систему, яка здійснює підтримку роботи всіх інших програм, забезпечує їх взаємодію з апаратурою і надає користувачеві можливість спільного управління комп'ютером. Ця система перетворює команди і дії, виконувані людиною за комп'ютером, довгі набори коротких і простих команд, зрозумілих комп'ютеру.

Операційних систем не так багато. У 1974 році була розроблена система CP/M, що поклала початок створенню операційних систем для персональних 8-розрядних комп'ютерах.

Успіх цієї системи пояснюється її простотою і компактністю, а також тим, що вона вимагала дуже мало пам'яті. У 1981 році одночасно з комп'ютерами IBM PC з'явилася операційна система MS-DOS — дискова операційна система фірми «Microsoft», яка стала головною операційною системою для 16-розрядних комп'ютерів. В даний час для цієї системи створено колосальну кількість прикладних програм.
Машинна програма визначає професію комп'ютера в даний момент. А оскільки пам'ять комп'ютера можна в лічені секунди очистити від старої інформації і програми і так само швидко замінити їх новою програмою і даними, то комп'ютер, як у казці, перетворюється на наших очах з феноменального обчислювача в шахіста, бухгалтера або секретаря-друкарку. Прикладні програми зазвичай звернені до людини, який сам не розробляє програм (і часто навіть не має поняття про те, як це робиться), а лише використовує їх для вирішення своїх конкретних завдань. Так, наприклад, різні редактори створюють максимальні зручності для роботи з текстами. При цьому користувач може викликати на екран дисплея різні документи і працювати з ними як на друкарській машинці. Але при цьому можливості і зручності роботи незрівнянно зростають. Користувач, наприклад, може довільно задавати розмір аркуша, розміри полів і відступів, вибирати самий різноманітний шрифт, виділяти, переставляти і прибирати частини тексту, редагувати і вносити зміни, автоматично перевіряти орфографію і пунктуацію, звертатися до різних словників (які знаходяться в пам'яті комп'ютера), вставляти ілюстрації і т. д. Він може викликати відразу кілька документів і працювати з ними одночасно, переносячи дані з одного в інший. Поряд з редактором є безліч прикладних програм, орієнтованих на вузьких фахівців. Вони дозволяють робити економічні і математичні розрахунки, складати музику, малювати, грати і т. д..

І одне головне, що комп'ютери та програмне забезпечення з часом все більше вдосконалюється.
Карта сайта ☺ → тут
Адміністратор
Адмін
Повідомлення: 1767
г. Гадяч
12 годин назад

Інтернет.


В історії людства налічується три інформаційні революції:

перша була викликана винаходом писемності, друга — друкарством.

Зараз ми знаходимося на початку третьої інформаційної революції, яка в перспективі повинна якісно змінити всі умови життя людини. Вона пов'язана з появою глобальної інформаційної комп'ютерної мережі Інтернет, по праву вважається одним з найбільш вражаючих створінь сучасної техніки.
Ця мережа утворилася буквально на наших очах протягом двох останніх десятиліть XX століття шляхом об'єднання безлічі локальних і територіальних комп'ютерних мереж.

Перші локальні обчислювальні мережі з'явилися у 60-х роках. Кожна з них являла собою систему обчислювальних машин якої-небудь організації або фірми, розташованих в одній або кількох сусідніх будівлях і сполучених з допомогою спеціальних кабелів, що дозволяло їм обмінюватися інформацією. Територіальні обчислювальні мережі стали подальшим розвитком локальних мереж. Це була сукупність декількох локальних мереж, з'єднаних один з одним. Використовуючи їх, можна було отримувати та надсилати інформацію за межі своєї системи. Глобальна мережа Інтернет стала логічним завершенням цього процесу. Вона пов'язала в єдину систему десятки тисяч приватних, комерційних, академічних, державних та інших інформаційних мереж по всьому світу, тобто в повному сенсі слова стала мережею комп'ютерних мереж.

Початок існування Інтернету поклав в січні 1969 року уряд США. У цьому році група вчених (їх роботу фінансувало Управління перспективних досліджень (ARPA), яке було підрозділом Міністерства оборони США) об'єднав в єдину систему кілька комп'ютерів — зберігачів стратегічно важливої інформації. Для уряду США ця система була зручна тим, що гарантувала безперебійну роботу комп'ютерів навіть у випадку ядерної війни. Система ARPANET спочатку тільки пов'язувала наукових працівників з віддаленими комп'ютерними центрами. Але незабаром з'ясувалося, що вона може бути надзвичайно зручним способом посилати електронну пошту та обмінюватися інформацією. До 1980 року за прикладом ARPANET було створено кілька інших національних комп'ютерних мереж, що з'єднували різні суспільства, групи і організації (наприклад, CSNET об'єднує дослідників в області обчислювальної техніки та програмування). У 1983 році ARPANET розділилася на дві мережі — ARPANET і MULNET.

Система MULNET була зарезервована для військового використання, в той час як ARPANET стала використовуватися для мирних і наукових цілей. Була передбачена система обміну інформацією між ними. Це об'єднання одержало назву Інтернет. Спочатку всі національні комп'ютерні мережі в США існували окремо один від одного, але поступово їх одну за одною під'єднали до Інтернету. Нарешті в 1986 році Національний науковий фонд США пов'язав науковців всієї країни з п'ятьма суперкомп'ютерами, розташованими в різних наукових центрах. Високошвидкісні комп'ютерні мережі, що з'єднують ці суперкомп'ютери, утворили базову мережу під ім'ям NSFNet. Вона стала як би хребтом, основою і головною частиною тієї глобальної комп'ютерної мережі, яка зараз відома як Інтернет. В наступне десятиліття, у міру приєднання до цієї мережі безлічі інших регіональних і національних комп'ютерних мереж, Інтернет перетворився у грандіозну систему, що охоплює всю земну кулю.

Спершу Інтернетом користувалися лише фахівці, але поступово коло користувачів мережею значно розширилось, і в даний час до її послуг звертаються люди самих різних професій. Це домогосподарки, адвокати, письменники, спортсмени, поліцейські, садівники, кухарі, бізнесмени, студенти і т. д. Їх інтерес до Інтернету пояснюється тим, що він дійсно може надати інформацію, необхідну і цікаву кожному. Інтернет надає безліч різних послуг, таких як можливість доступу до різних банків даних, пошук бібліотечної інформації, використання електронної пошти і т. д. Підключившись до Інтернету, кожен користувач отримує швидкий доступ до величезних інформаційних ресурсів, накопичених людством. Він може переглянути каталоги найбільших бібліотек світу, дізнатися свіжі новини, отримувати копії різних документів, обговорювати хвилюючі його питання, налагоджувати контакти з колегами з науки і бізнесу. Користувач може отримувати і пересилати повідомлення з будь-якого куточка світу, читати новини та повідомлення, присвячені тисячам різних тем, знаходити будь-які документи, книги, фотографії, аудіозаписи та фільми, знайомитися з новими людьми, дізнаватися ціни на свої товари та багато іншого. Припустимо, необхідна якась програма для комп'ютера — можна зв'язатися з яким-небудь університетом і скопіювати програму з їх комп'ютера.

Можна зв'язатися з будь-яким музеєм, щоб отримати дані про який-небудь експонат. Можна підключитися до віддаленої бібліотеки. Можна отримати офіційні зведення, бюлетені, комюніке та огляди різних громадських і державних організацій. Можна підписатися на одну з численних програм новин і отримувати найсвіжіші повідомлення — ще перш, ніж вони потраплять на телебачення або газети. Однак найбільш популярним додатком Інтернету в даний час залишається електронна пошта, оскільки зараз це самий швидкий, економічний і простий спосіб пересилання інформації між людьми — за ціною нижче поштової марки. Те, що введено в банк даних в одній точці Земної кулі, в іншій через кілька секунд може бути прочитано і введено в друк. Причому повідомлення можуть містити не тільки текст, але також малюнки, фотографії, аудіо — та відеозаписи, документи і програми.

Для того, щоб під'єднатися до Інтернету, необхідні три речі: комп'ютер, телефон і модем. Модем — це «перевізник» інформації між комп'ютером і телефонною станцією. Він потрібний тому, що телефон і комп'ютер передають дані двома несумісними способами. Комп'ютер - «розмовляє» цифрами, тобто зберігає і маніпулює інформацією, представленою у вигляді чисел. Телефонна мережа працює на аналогових сигналах, які на екрані осцилографа подаються у вигляді хвиль. Коли один комп'ютер передає дані іншого комп'ютера через телефонну мережу, модем перетворює комп'ютерні числа в електричний сигнал. І навпаки, коли інформація по телефону досягає модему, він перетворює її в цифрову форму, зрозумілу для комп'ютера. Так само як комп'ютер, до якого він підключений, модем даремний без програм, керуючих його роботою.

Фізично базова мережа являє собою величезну кількість комп'ютерів, пов'язаних між собою кабелями і здатних обмінюватися даними. Лінії передачі інформації можуть бути різними це волоконно-оптичні та телефонні кабелі, мікрохвильові або супутникові системи зв'язку. Як правило, персональні комп'ютери окремих користувачів не виходять прямо в базову мережу, а приєднуються до спеціального головного комп'ютера, який належить організації або приватної компанії і називається файловим сервером. Він виконує три функції:

1) на ньому зберігаються часто використовувані програми, а також інша цікава інформація, яку можна отримати;
2) він відіграє роль диспетчера — приймає інформацію, яку окремі користувачі бажають передати своєму адресату, і пересилає її до нього;
3) він служить як би шлюзом до інших комп'ютерних мереж. Таким вузловим комп'ютером може стати, наприклад, комп'ютер коледжу, під'єднують до Інтернету комп'ютери факультетів, викладачів або студентів. (У 1994 р. в Інтернеті налічувалося вже 5 млн. вузлових комп'ютерів, причому тільки в США їх було більше 2 мільйонів; до цього часу глобальна Мережа об'єднувала близько 55 мільйонів користувачів у всьому світі.) Кожен вузловий комп'ютер і персональний комп'ютер користувача отримують в Інтернеті свою адресу. Адреса включає не менше двох частин: власного адресу користувача та адресу вузлового комп'ютера (останній має більш складну структуру і включає в себе, наприклад, назву країни, назву територіальної мережі в цій країні і власну адресу вузлового комп'ютера). По суті, безпосередньо підключитися до Інтернету може і простий користувач — для цього досить мати високошвидкісний модем.

Дані переміщаються по Інтернету наступним чином: з персонального комп'ютера окремого користувача вони потрапляють в локальну або територіальну мережу, з неї — в базову мережу Інтернету і по ній переносяться в будь-яку точку світу, потім передаються в місцеву територіальну мережу і нарешті знову в комп'ютер окремого користувача. Як на автомагістралях, так і в лініях, які використовуваних для передачі цифрової інформації (від одного комп'ютера до іншого, існують обмеження швидкості). Ця швидкість передачі інформації називається смугою пропускання. Лінії з широкою смугою пропускання передають в одиницю часу більше інформації, ніж лінії з вузькою смугою пропускання. Взагалі комп'ютерні лінії передають інформацію зі швидкістю сотень тисяч і мільйонів біт в секунду, а найбільш сучасні наблизилися до швидкості в мільярд біт в секунду.
Редагувалось: 2 рази (Останній: 21 травня 2017 у 17:37)
Карта сайта ☺ → тут
Адміністратор
Адмін
Повідомлення: 1767
г. Гадяч
12 годин назад
Зміст: Винаходи людства
Редагувалось: 1 раз (Останній: 21 травня 2017 у 17:39)
Карта сайта ☺ → тут
Відвідувач
Ellesha
Повідомлення: 2
г. Вендичаны
5 днів назад
адронный коллайдер)
Сторінки: Перша Попередня 4 5 6 7

Швидка відповідь

У вас немає прав, щоб писати на форумі.
Наверх
Вниз