Dijital bilgilerin işlenmesi, depolanması ve iletilmesi için cihazlar. Dijital bilgi işleme cihazları

Modern dijital cihazlar: dokunmatik ekranlar tarayıcılar kameralar video kameralar cep telefonları web kameraları belge kameraları video projektörleri kablosuz veri iletim cihazları video gözetim sistemleri e-kitaplar dijital mikroskoplar

Dokunmatik ekranlar, televizyonlar, bilgisayar monitörleri ve diğer ekran cihazları ile donatılabilir. Ödeme terminallerine, ticaret otomasyonu ekipmanlarına, cep bilgisayarlarına, endüstride operatör panellerine kurulabilirler.

Tarama aygıtları Tarayıcı, çeşitli renkli ve siyah beyaz görüntülerin (fotoğraflar, çizimler, slaytlar) yanı sıra bir kağıt yaprağından, bir kitap veya dergi sayfasından metin bilgilerini bilgisayara girmek için tasarlanmış bir aygıttır. Tarayıcı, daha sonraki işlemler (düzenleme, vb.) için mevcut bir orijinalden bir bilgisayara metin ve / veya bir grafik görüntü girmeye ihtiyaç duyulduğunda kullanılır.

Tarayıcı, kağıttan bilgisayar belleğine bilgi girmek ve metin veya görüntüleri daha fazla düzenlemek için kullanılan bir cihazdır.

Kameraların uygulama alanları Baskı, bilimsel araştırma, tıp, jeoloji, adli tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu ve diğer pek çok endüstride, görüntülerin neredeyse anında elde edilmesi, ardından bunları işleyip İnternet aracılığıyla uzun mesafelere göndermesi oldukça sık gereklidir.

Web kameraları, görüntüleri gerçek zamanlı olarak yakalayabilen ve daha sonra İnternet veya başka bir video uygulaması üzerinden aktarılan dijital kameralardır.

Belge kamerası özel bir video kameradır. Bir kopyada bulunan küçük bir şeyi (kitaplar, resimler, mikroskoptan görüntüler) göstermek gerektiğinde kullanılır. TV, projektör, bilgisayara bağlanır.

E-kitaplar bir tür tablet bilgisayar olarak sınıflandırılır. Görünümleri, genel olarak tablet bilgisayarların geliştirilmesi ve uzmanlaşmasından kaynaklanmaktadır. Bazı modern cihazlar bir dokunmatik ekranla donatılmıştır ve genişletilmiş bir dizi işleve sahiptir ve yalnızca metin okumaya değil, aynı zamanda düzenlemeye de izin verir.

Faydaları Kompakt ve taşınabilir. Bir cihaz yüzlerce ve binlerce kitabı saklayabilir. Ayrıca, cihaz genellikle bir kağıt kitaptan daha küçük ve daha hafiftir. Görüntü ayarları. Kullanıcının isteği üzerine yazı tipi stilini ve boyutunu ve çıktı biçimini değiştirebilirsiniz (bir sütunda veya ikide, dikey veya yatayda). Yazı tipi boyutunu değiştirebilme özelliği, kağıt kitapların küçük ve düzensiz yazı tipi nedeniyle okumasına izin verilmeyen kişilerin kitap okumasını mümkün kılar. Ek özellikler. Cihaz metin arama, köprüler, geçici seçimlerin ve notların görüntülenmesi, elektronik yer imleri ve sözlük için kullanılabilir.

Faydaları Yerleşik programlar - konuşma sentezleyicileri, metinleri okumanıza izin verir. E-kitap sadece metinleri okumakla kalmaz, aynı zamanda hareketli resimler, multimedya klipleri veya sesli kitapların oynatılmasını da sağlar. Metnin maliyeti. Elektronik formdaki birçok metin ücretsizdir veya kağıt formdakinden daha ucuzdur. kullanılabilirlik. İnternet bağlantınız varsa, metinler her zaman ilgili sitelerden (elektronik kitaplıklar) indirilebilir.

Faydaları Çevre dostudur. Bir e-kitaptaki metinleri okumak için, üretimi için ormanların kesildiği kağıda ihtiyacınız yoktur. Astımlılar, alerjisi olanlar, ev tozu ve kağıt tozu için güvenlidir.

Dezavantajları TFT ekranlı e-okuyucular, bir bilgisayara benzer şekilde insan görüşü üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Nispeten düşük görüntü kalitesi, pahalı yüksek kaliteli kağıtta yayınlanan basılı kitaplarla karşılaştırılamaz [kaynak belirtilmemiş 42 gün]. Herhangi bir elektronik cihaz gibi, e-kitap okuyucular da fiziksel etkilere (hasarlara) kağıt kitaplara göre çok daha duyarlıdır.Yüksek fiyat. Bazı yayıncılar kitabın elektronik versiyonunu gecikmeli olarak yayınlar. Bazı kitapların elektronik versiyonu resmi olarak yayınlanmamıştır.

Dezavantajlar Bazı modellerde, adil kullanım da dahil olmak üzere kısıtlamalar getiren DRM kullanılır, bu nedenle DRM kullanımı herhangi bir kitabın herhangi bir cihazda okunamayacağı bir duruma yol açar. Çarpıcı örneklerden biri, yasal olarak satın alınan kitapların kullanıcıların cihazlarından uzaktan silinmesiydi. Ancak DRM'yi desteklemeyen formatları (örneğin fb 2, rtf, txt vb.) okuyan bir e-kitap satın almak zor olmadığı için ve tüm e-kitapların iletişim özelliği olmadığı için bu pek mümkün değil. e-kitapların bir dezavantajı olarak kabul edildi. E-kitap okuma cihazları, dahili şarj edilebilir pillerin (pillerin) periyodik olarak şarj edilmesini gerektirir.

Dijital mikroskop Dijital mikroskop, görüntüleri bilgisayara aktaran bir dijital görüntüleme sistemi ile donatılmış bir mikroskoptur. Dijital mikroskop, sadece mikro nesneleri gözlemlemeyi değil, aynı zamanda mikroskopta kurulu olan giriş sistemini kullanarak görüntüleri belgelemeyi ve gerekirse görüntüler üzerinde ölçümler yapmayı ve yazılım kullanarak analiz etmeyi mümkün kılar.

Dijital Mikroskop Dijital video kameralar, dijital kameralar veya analog giriş sistemleri, görüntüleri bir mikroskoptan veya stereomikroskoptan bilgisayara aktarmak için kullanılabilir. Bu cihazlar yardımıyla mikroskoptan alınan görüntü daha sonra gerektiğinde arşivlenmek veya işlenmek üzere bir bilgisayara aktarılır. Bir giriş sisteminin seçimi, çözülmesi gereken görevlere ve görüntü kalitesi gereksinimlerine bağlıdır.

Dijital mikroskop Dijital mikroskoplar, görüntüleri birkaç kat büyütmeden yüz binlerce kat büyütmeye kadar çeşitli büyütme oranlarında iletmenizi sağlar.

Bir grafik tableti veya sayısallaştırıcı, bir bilgisayara grafik görüntüleri girmek için tasarlanmıştır ve profesyonel grafikler ve CAD programları ile çalışırken ve ayrıca çizimler veya fotoğraflar oluşturmak veya kopyalamak için kullanılır. Tıpkı bir kağıt parçası gibi çizimler oluşturmanıza olanak tanır. Bu giriş aygıtı bir tablet ve bir işaretçiden oluşur. Görüntü dijital forma dönüştürülür, dolayısıyla cihazın adı (İngilizce rakamdan - numaradan).

Grafik tablet Sayısallaştırıcının çalışma prensibi, tel veya baskılı iletkenlerden oluşan yerleşik bir ızgara kullanarak imleç koordinatlarını tablet yüzeyinde sabitlemeye dayanır. Cihaz, işaretçinin tablet üzerindeki hareketini vektör grafiğine dönüştürmenize olanak tanır. Sayısallaştırıcı, tabletteki işaretçinin mutlak koordinatlarını doğru bir şekilde belirler ve bunları monitör ekranındaki bir noktanın koordinatlarına çevirir.

Grafik tablet İşaretçi olarak özel dairesel imleçler ve kalemler kullanılır. Fareler gibi, işaretçiler düğmelerle sağlanır. İmleçler, bir noktanın koordinatlarını doğru bir şekilde ayarlamanıza izin verir, genellikle CAD'de çalışırken kullanılırlar. Kalemler grafik editörlerde çalışırken kullanılır, bazıları basınca duyarlıdır ve çizgilerin parametrelerini değiştirmenize izin verir.

Grafik Tablet Tabletler sert ve esnektir. Esnek tabletler bir tüpe sarılabilir, nakliye ve depolama için uygundur, daha hafif, daha kompakt ve daha pahalıdır, ancak aynı zamanda sert olanlardan daha düşük çözünürlük ve güvenilirliğe sahiptirler.

Grafik tablet Sayısallaştırıcının çalışmasının sonucu monitör ekranında yeniden üretilir ve gerekirse bir yazıcıda yazdırılabilir. Sayısallaştırıcılar genellikle mimarlar ve tasarımcılar tarafından kullanılır. Büyük bir tablet formatına ve kaliteli, dengeli bir işaretçiye sahip profesyonel sayısallaştırıcıların yüksek fiyatı, bu giriş cihazının kullanımını sınırlar.

Dijital teknolojinin gelişimi sırasında, çok çeşitli türlerde bilgisayarlar geliştirilmiştir. Birçoğu uzun zamandır unutuldu, ancak diğerleri modern bilgi işlem sistemlerinin gelişimi üzerinde güçlü bir etkiye sahip oldu. Burada, insan düşüncesinin modern bilgisayar teknolojisi anlayışına nasıl geldiğini göstermek için bilgisayarların geliştirilmesindeki bazı aşamalara kısa bir genel bakış sunacağız.

Sonuçlarını saymayı veya ezberlemeyi kolaylaştıran cihazlar uzun zamandır bilinmektedir, ancak biz sadece içlerinde gömülü programları otomatik olarak yürüten bilgi işlem cihazlarıyla ilgileneceğiz. Bu nedenle burada abaküs, mekanik toplama makineleri ve elektronik hesap makineleri gibi cihazları dikkate almıyoruz.

İlk saklanan program hesaplayıcısı bir Fransız bilim adamı tarafından yapıldı. Blaise Pascal 1642'de elle tahrikli mekanikti ve toplama ve çıkarma işlemlerini yapabiliyordu. Alman matematikçi Gottfried Leibniz 1672'de çarpma ve bölme de yapabilen mekanik bir makine yaptı. İlk kez programa göre çalışan bir makine 1834 yılında bir İngiliz bilim adamı tarafından geliştirildi. Charles Babbage. Bir bellek aygıtı, bir bilgi işlem aygıtı, bir delikli kart giriş aygıtı ve bir yazdırma aygıtı içeriyordu. Komutlar delikli bir karttan okundu ve bellekten bir bilgi işlem cihazına veri okuma ve hesaplamaların sonuçlarını belleğe yazma gerçekleştirildi. Babbage'ın makinesinin bellek de dahil olmak üzere tüm aygıtları mekanikti ve üretimi 19. yüzyılda mevcut olmayan hassaslık gerektiren binlerce dişli içeriyordu. Makine, delikli bir kart üzerine yazılan tüm programları uyguladı, bu nedenle ilk kez bir programcının bu tür programları yazması gerekiyordu. İlk programcı bir İngiliz kadındı. Ada Lovelace, programlama dilinin adı bizim zamanımızda zaten verilmiş olan onuruna.

XX yüzyılda. elektronik gelişmeye başladı ve yetenekleri bilgisayar geliştiricileri tarafından hemen benimsendi. Dijital bilgisayar nesillerinin geri sayımı, temel unsurları elektronik bileşenler üzerine kurulu bilgisayarların yapımıyla başlar. Dijital teknolojinin gelişim dönemini aşamalara bölmenin, temel olarak temel eleman sisteminin elektronik bileşenlerin üretimi için yeni teknolojilere aktarılmasıyla ilişkili olduğunu unutmayın.

Birinci nesil -

vakum tüpleri (1945-1955)

Bu nesil bilgisayarların temel eleman sistemi, vakum tüplerine dayanıyordu. Bunların kullanımı, dijital cihazların hem avantajlarını hem de dezavantajlarını belirledi.Elektronik tüpler, temel elemanı bir bilgisayar oluşturma girişimlerine kıyasla hesaplama hızını artıran yüksek bir mantık elemanları anahtarlama hızı sağladı. elektromekanik röle. Vakum tüpleri, güvenilir bilgisayar çalışması sağlayacak kadar dayanıklıydı. Ne yazık ki tüp bilgisayarlarda da pek çok eksiklik vardı. Vakum tüpleri onlarca volt voltajla çalıştı ve çok fazla enerji tüketti, ayrıca modern mikroelektronik konseptlere göre vakum tüplerinin boyutu çok büyüktü - birkaç on santimetre küp. Bir bilgisayar inşa etmek için binlerce mantıksal öğeye ihtiyaç vardı, bu nedenle tüp bilgisayarların işgal edilen alan açısından boyutu onlarca metrekareydi ve güç tüketimi birimden onlarca hatta yüzlerce kilovat arasında değişiyordu. Bu tür bir güç, oldukça kompakt bir şekilde yerleştirilmiş ve makinenin elektronik bileşenlerini etkin bir şekilde soğutma görevini üstlenen lambaların aşırı ısınmasına neden oldu. Tüp makinelerinde bilginin işlem hızı, saniyede birkaç yüz ile birkaç bin işlem arasında değişiyordu.

İkinci nesil transistörler (1955-1965)

Yarı iletken cihazlar - transistörler 1948'de icat edildi. Küçük boyutlu, düşük besleme voltajı ve düşük güç tüketimindeki vakum tüplerinden farklıydılar. Yarı iletken cihazların tüm bu avantajları elektronik endüstrisinde devrim yarattı. Minyatür verici ve alıcı radyo ve televizyon cihazları ortaya çıkmaya başladı, kontrol cihazlarını doğrudan kontrol nesnelerine vb. yerleştirmek mümkün oldu. Transistörlere dayalı bilgisayarlar için yeni eleman tabanı, bilgisayar üretiminde devrim yarattı. Boyutta, güç tüketiminde ve maliyette önemli bir azalma, daha fazla işlevselliğe sahip bilgisayar mimarileri oluşturmayı ve bilgisayarların hızını saniyede yüz binlerce hatta milyonlarca işleme çarpıcı biçimde artırmayı mümkün kıldı. Verimlilik artışı, hem transistörlerin vakum tüplerine kıyasla daha yüksek çalışma hızı nedeniyle hem de paralel olarak çalışan birkaç işleme cihazının bilgisayara eklenmesiyle sağlandı. Bir bilgisayarı barındırmak için gerekli alan birkaç metrekareye düşürüldü, masaüstü versiyonları yapılmaya çalışıldı. Maliyetteki düşüş, potansiyel bilgisayar kullanıcılarının sayısını artırdı. Genel amaçlı bilgisayarların üretimi için büyük firmalar ortaya çıktı: International Business Machines (IBM), Control Data Corporation (CDC) Digital Equipment Corporation (DEC) ve diğerleri DEC şirketinin PDP-8 bilgisayarı - kişisel bilgisayar mimarilerinin geliştirilmesi üzerinde büyük etkisi olan ortak bir veri yoluna sahip ilk mini bilgisayar.

Üçüncü nesil - integral şemalar (1965-1980)

Yarı iletken elemanlar ve diğer elektronik bileşenler, elektronik endüstrisi tarafından ayrı elemanlar olarak üretilmiştir. Böylece, transistörün yerleştirildiği yarı iletken kristal, özel bir metal veya plastik kasaya yerleştirildi. Elektronik boyutunu küçültme gerekliliği

cihazlar, ilk başta yarı iletken cihazların açık çerçeve tasarımında üretilmeye başlanmasına yol açtı ve ardından 1958'de bir fonksiyonel birimin tüm bileşenlerini tek bir yarı iletken kristale yerleştirme girişiminde bulunuldu. Yarı iletken devrelerin boyutunu önemli ölçüde azaltmayı ve güç tüketimini azaltmayı mümkün kılan entegre devreler (IC'ler) bu şekilde ortaya çıktı. IC'ler temelinde, tek bir raf ve çevresel aygıtlar şeklinde yapılmış mini bilgisayarlar inşa edildi. Bir IC bilgisayarı tarafından tüketilen güç, yüzlerce watt'a düşürülmüştür. IC'ler üzerine kurulu düğümlerin hızındaki artış, bilgisayarların hızını saniyede on milyonlarca işleme çıkarmayı mümkün kıldı. Elektronik endüstrisi, maliyetlerini düşüren ve bilgisayarların donanım bileşeninin maliyetini önemli ölçüde azaltan IC'ler üzerinde elektronik bileşenlerin seri üretimine başlamıştır. Maliyetin düşürülmesi, paralel işleme kullanan güçlü bilgi işlem sistemlerinin geliştirilmesine ve pratik olarak uygulanmasına yol açmıştır: çok işlemcili ve boru hattı bilgisayarlar.

Dördüncü nesil - çok büyük ölçekli entegre devreler (1980'den beri)

Elektronik cihazların mikro minyatürleştirilmesi yeni bir endüstrinin ortaya çıkmasına neden oldu - mikroelektronik, hangi yüksek teknoloji alanına aittir. Fizik, kimya, kristalografi, malzeme bilimi ve hatta astronotiğin en son bilimsel ve teknik başarılarını kullanarak (sıfır yerçekiminde, çok yüksek saflıkta yarı iletken kristaller elde edilebilir), birkaç milimetre kare boyutunda bir kristal üzerine yerleştirmeyi başardık, ilk yüzlerce , ardından binlerce ve son olarak milyonlarca transistör ve diğer elektronik bileşenler. Artık yarı iletken devre artık bilgisayarın işlevsel birimlerinin oluşturulduğu bir dizi mantıksal öğe içermiyordu, ancak tamamen işlevsel birimler ve her şeyden önce İŞLEMCİ, hangi, büyüklüğü göz önüne alındığında, adlandırıldı mikroişlemci, harici cihaz kontrol cihazları - kontrolörler harici cihazlar. Bu tür entegre devreler ilk olarak büyük entegre devreler(BIS) ve ardından çok büyük entegre devreler(VLSI).

Mikroelektronikte bu kadar hızlı bir gelişmenin sonucu, tek kartlı bilgisayarların ortaya çıkmasıydı, burada bir tahtada, birkaç on santimetre kare boyutunda, bilgisayarın tüm işlevsel bloklarını içeren birkaç VLSI yerleştirildi. Tek kartlı bilgisayarlar, operasyonel bilgi işleme ve kontrol için çeşitli endüstriyel, tıbbi ve ev cihazlarına yerleştirildi. Tek kartlı bilgisayarların maliyeti o kadar düştü ki, bireyler tarafından satın alınması mümkün hale geldi, İngiliz mühendisler bu fırsattan yararlandı. Steve Jobe ve Steve Wozniak. Endüstri tarafından üretilen fonksiyonel birimleri kullanarak: işlemci ve belleğe sahip bir mikro bilgisayar kartı, bir klavye, bir ekran, ucuz bir masaüstü bilgisayar kurdular - mikrobilgisayar. Profesyonel olmayan kullanıcılara hitap etmesi, çalışması için gerekli tüm donanım ve yazılımı içeren kullanıma hazır bir cihaz olmasıydı. Bu mikrobilgisayarın adı Uygulama! ve dünyada ilk oldu kişisel bilgisayar.

Güçlü bilgisayar sistemlerinin üretimiyle uğraşan büyük bir şirket, bilgisayar pazarında yaygınlaşan kişisel bilgisayarlarla ilgilenmeye başladı - 1VM, ve kişisel bilgisayar modelini piyasaya sürmeye karar verdi. şirket ile birlikte Intel, mikroişlemci kitini geliştiren ve bilgisayarı bir işletim sistemiyle donatan Microsoft MSDOS, IВМ kişisel bir bilgisayar yarattı IBM RS. IBM şirketinin önemli potansiyeli, kısa sürede çok sayıda bu tür bilgisayar üretmeyi mümkün kıldı. Alıcılar için cazip fiyatları ve bazı yenilikler, örneğin, o sırada üretilen diğer şirketlerin kişisel bilgisayarlarına kıyasla daha büyük olan RAM miktarı, IВМ РС bilgisayarının dünyanın en popüler kişisel bilgisayarı olmasına izin verdi.

2.6. Yoğunlaştırılmış bilgi işleme için bilgisayar mimarisi

Modern bir bilgisayar birkaç işlevsel birimden oluşur: işlemci, bellek, aygıt denetleyicileri vb. Her düğüm, milyonlarca mantık kapısı içerebilen karmaşık bir elektronik cihazdır. Her bir düğümün ve bir bütün olarak bilgisayarın çalışma prensibinin daha iyi anlaşılması için, bilgisayar sunum seviyeleri kavramı tanıtılmıştır.

Dijital mantık seviyesi - temel eleman sisteminin mantıksal devrelerinin seviyesi.

Mikromimari seviye- işlevsel birim içindeki bilgi işlemenin organizasyon düzeyi. Buna çeşitli amaçlar için kayıtlar, gelen komutları işlemek için bir cihaz, bir veri dönüştürme cihazı ve bir kontrol cihazı dahildir.

Komut seviyesi- bir dizi işlevsel birim ve aralarındaki bağlantı, cihazlar arasında iletilen bir komut ve veri sistemi.

Her seviyedeki bloklar, aralarındaki bağlantılar, veri türleri ve işlemler kümesine denir. seviye mimarisi.

Komut düzeyi mimarisine genel olarak bilgisayar mimarisi veya bilgisayar organizasyonu denir. Bu bölümde, çeşitli bilgisayar mimarilerine bakacağız. Diğer katman mimarileri aşağıdaki bölümlerde tartışılacaktır.

2.6.1. Sabit cihaz mimarileri

Konsantre işlemeye sahip bilgisayarlar bir veya daha fazla işlem cihazının (işlemcinin) kompakt bir şekilde yerleştirildiği ve bilgi alışverişi için dahili veri iletim veriyollarını kullandığı bu tür bilgi işlem sistemlerine denir. Birinci ve ikinci neslin bilgisayarları, sınırlı bir dizi harici ekipmana sahip kapalı bir mimariye sahipti. Bu mimari, temel mantıksal öğeler sistemi ayrı elektronik bileşenler (vakum tüpleri, transistörler) üzerine kurulu olan bilgisayarlar için tipiktir. Bu tür mimarilere herhangi bir ek fonksiyonel bloğun eklenmesi, güç tüketiminde, işgal edilen alanda bir artış ile ilişkilendirildi ve tüm sistemin maliyetini önemli ölçüde artırdı. Bu nedenle, bu mimariye göre yapılan bir bilgisayar, geliştirici tarafından sağlanmayan ek cihazları bağlama yeteneğine sahip değildi.

Böyle bir bilgisayar mimarisinin büyütülmüş bir diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.9. İşlemsel bellek, yürütülebilir programların komutlarını ve verilerini depolar, ALU yalnızca sayısal işleme sağlamakla kalmaz, aynı zamanda işlem belleğine girişini gerçekleştirerek bilgi giriş-çıkış sürecine de katılır. Giriş / çıkış kanalı, bir kontrol cihazı tarafından verilen komutlar üzerinde çalışan özel bir cihazdır. Kanal, belirli sayıda harici cihazın bağlanmasına izin verir. Kontrol ünitesi, program komutlarının yürütülmesini sağlar ve sistemin tüm düğümlerini kontrol eder.

Pirinç. 2.9. Kapalı devre bilgisayar mimarisi

Bu mimariye sahip bilgisayarlar, tamamen hesaplama problemlerini çözmede etkilidir. Ek harici cihazların bağlanmasını ve onlarla yüksek hızlı bilgi alışverişi gerektiren bilgisayar teknolojilerinin uygulanması için uygun değildirler.

6.2. Açık mimariye sahip bilgi işlem sistemleri

70'lerin başında. Aralık ayına göre (Dijital Ekipman Şirketi) tamamen farklı bir mimariye sahip bir bilgisayar önerildi. Bu mimari, herhangi bir sayıda sensör ve aktüatörden oluşan bir bilgisayara ücretsiz bağlantı sağladığından, çeşitli teknik sistemler için kontrol sistemleri geliştiricileriyle hemen ilgilenen herhangi bir çevresel aygıtın serbestçe bağlanmasını mümkün kıldı. Ana yenilik, amaçları ne olursa olsun tüm cihazların birbirine bağlanmasıydı. ortak otobüs bilgi iletimi. Cihazlar veri yoluna uygun olarak bağlandı. lastik standart. Veri yolu standardı, çevresel ekipman üreticilerinin cihazlarını çeşitli standartlardaki veri yollarına bağlamak için kontrolörler geliştirmesine izin veren serbestçe dağıtılan bir belgeydi. Ortak bir veri yolunun kullanımına dayalı açık tip bir bilgisayarın mimarisi Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.10. Bütünün genel yönetimi

Dijital bilgi işleme aygıtı ve tüm yayıncılık sisteminin "beyni", aynı zamanda çok düzeyli bir yapı olan bir bilgisayardır. Hem işlem öğelerini (işlemci) hem de çeşitli bilgi depolama aygıtlarını (RAM, sabit disk, video belleği) ve ayrıca bir dizi yardımcı öğeyi (bağlantı noktaları ve diğer bileşenler) içerir.

Özellikle baskı amaçlı grafiklerle çalışmak, kullanılan bilgisayarın oldukça önemli parametrelerini gerektirir. Ne yazık ki (yalnızca yazar için), bu alandaki teknolojik ilerlemenin hızı olağandışı bir şekilde yüksektir ve kitabın yazılması, hazırlanması, basılması ve dağıtılması için zaman çizelgesi bunlara ayak uyduramamaktadır, bu nedenle yalnızca gerekli olan temel parametreleri ele alacağız. bilgisayar başına oturan her tasarımcı tarafından anlaşılmalıdır.

Kişisel bilgisayar, her şeyden önce, bir bilgisayarın tüm ana bileşenlerinin bulunduğu bir sistem birimidir. Bir bilgisayarın "beyni" mikroişlemci - bilgisayarın merkezi cihazı, tüm uygulama programlarının yürütülmesini ve tüm cihazların kontrolünü sağlayan, birkaç santimetre kare büyüklüğünde bir elektronik devredir. Mikroişlemci, bir silikon plaka üzerinde bulunan ultra büyük (boyut olarak değil, sayısı birkaç milyona ulaşan elektronik bileşenlerin sayısında) entegre devre şeklinde yapılır.

Mikroişlemciler aşağıdaki ana parametrelerde farklılık gösterebilir:

Tip (model) mikroişlemcilerin üretilmesi anlamına gelir, örneğin topluca "286", "386", "486", "Pentium" olarak adlandırılan serinin işlemcileri vardır.

Saat Sıklık saniyede gerçekleştirilen temel işlem sayısını belirler. Hertz (Hz) cinsinden ölçülür. Saat hızı, işlemcinin performansını sağlayan ana parametredir. İşlemci türü ne kadar yüksek olursa, saat hızı da o kadar yüksek olur. İlk kişisel bilgisayar modellerinden biri, saat hızı 4,77 MHz olan bir işlemciye sahipti ve en yeni işlemciler 1 GHz bariyerini geçti.

Bit derinliği veri yolları üzerinden aynı anda (senkron) iletilen bit sayısını belirler. Bilgisayar performansı da doğrudan bit derinliği ile ilgilidir. Bu parametre, sıçramalar ve sınırlar içinde değişir: 8 bit, ardından 16, 32 bit ve son olarak 64 bit veriyolları.

Bir bütün olarak bir bilgisayar, performansını etkileyen bir dizi başka parametre ile karakterize edilir.

operasyonel hafıza ( veya RAM - rastgele erişimli bellek), işlemcinin "attığı" bellek miktarını belirler. Rastgele erişim belleği hızlı ve değişkendir (güç kaynağı kapatıldığında bilgiler tamamen kaybolur), içinde mevcut yürütülebilir program ve bunun için gerekli veriler bulunur. Bu değer ne kadar yüksek olursa, aynı anda işleme için o kadar fazla bilgi kullanılabilir. Nispeten kısa bir tarihsel dönemde RAM miktarı, modern sistemlerde (en mütevazı konfigürasyonlarda bile) 640 KB'den onlarca MB'ye yükselmiştir. Bir bilgisayarın performansı (hızı) doğrudan RAM miktarına bağlıdır.

Video belleği -özel bir video kartında bulunan ayrı bir RAM'dir. Bu bellek, geçerli ekran görüntüsüne karşılık gelen verileri içerir.

Modern bir kişisel bilgisayarda, cihazların (modüllerin) bileşimini pratik olarak özgürce değiştirmenize izin veren açık mimari ilkesi uygulanır. Ana bilgi yoluna çok sayıda çevresel cihaz bağlanır. Aynı zamanda, bazı cihazların başkaları tarafından değiştirilebilmesi çok önemlidir. Mikroişlemci ve bellek yongaları bile istisna değildir.

Çevresel cihazların bilgi yoluna donanım bağlantısı, adı verilen özel bir blok aracılığıyla gerçekleştirilir. kontrolör(bazen adaptör olarak adlandırılır). Ve harici cihazların çalışmasının yazılım kontrolü de özel programlar tarafından sağlanır - sürücüler, genellikle işletim sistemine entegre edilir.

BÖLÜM 2. DİJİTAL ELEKTRONİK DEVRELER

Dijital elektroniğin temel kavramları

Elektronik cihazların amacı, bildiğiniz gibi, elektrik sinyalleri biçimindeki bilgileri almak, dönüştürmek, iletmek ve depolamaktır. Elektronik cihazlarda çalışan sinyaller ve buna göre cihazların kendisi iki büyük gruba ayrılır: analog ve dijital.

analog sinyal - seviye ve zamanda sürekli olan bir sinyal, yani. böyle bir sinyal herhangi bir zamanda mevcuttur ve belirtilen aralıktan herhangi bir seviye alabilir.

nicelenmiş sinyal - sadece niceleme seviyelerine karşılık gelen belirli nicelenmiş değerleri alabilen bir sinyal. İki bitişik seviye arasındaki mesafe, nicemleme adımıdır.

Örneklenmiş sinyal  Değerleri yalnızca zaman anlarında ayarlanan bir sinyal, örnekleme anları olarak adlandırılır. Bitişik örnekleme noktaları arasındaki mesafe - örnekleme adımı
... sabit ile
Kotelnikov teoremi uygulanabilir:
, nerede sinyal spektrumunun üst kesim frekansıdır.

Dijital sinyal - seviye olarak nicelenmiş ve zaman örneklenmiş sinyal. Dijital bir sinyalin nicelenmiş değerleri genellikle belirli bir kodla kodlanır, örnekleme işlemi sırasında seçilen her örnek, sembolleri iki değere sahip olan karşılık gelen bir kod sözcüğü ile değiştirilir - 0 ve 1.

Analog elektronik cihazların tipik temsilcileri iletişim cihazları, radyo yayıncılığı, televizyondur. Analog cihazlar için genel gereksinimler minimum bozulmadır. Bu gereksinimleri karşılama isteği, elektrik devrelerinin ve cihaz tasarımının karmaşıklığına yol açar. Analog elektroniğin bir başka sorunu, gerekli gürültü bağışıklığının elde edilmesidir, çünkü bir analog iletişim kanalında gürültü temelde kaçınılmazdır.

Dijital sinyaller, ya kapalı (akım sıfıra yakın) veya tamamen açık (gerilim sıfıra yakın) olan transistörler olan elektronik devrelerden oluşur, bu nedenle önemsiz güç yayarlar ve dijital cihazların güvenilirliği analog olanlardan daha yüksektir.

Dijital cihazlar, parazitlere karşı analog cihazlara göre daha bağışıktır, çünkü harici küçük parazitler cihazların hatalı çalışmasına neden olmaz. Hatalar, yalnızca düşük bir sinyal seviyesinin yüksek olarak algılandığı veya tam tersinin algılandığı bu tür arızalarda ortaya çıkar. Dijital cihazlar, hataları düzeltmek için özel kodlar da kullanabilir. Analog cihazlarda böyle bir olasılık yoktur.

Dijital cihazlar, transistörlerin ve diğer devre elemanlarının parametrelerinin ve özelliklerinin yayılmasına (kabul edilebilir sınırlar içinde) duyarsızdır. Hatasız olan dijital cihazların ayarlanması gerekmez ve özellikleri tamamen tekrarlanabilir. Bütün bunlar, entegre teknoloji kullanan cihazların seri üretiminde çok önemlidir. Dijital entegre devrelerin üretim ve işletiminin maliyet etkinliği, modern radyo-elektronik cihazlarda sadece dijital değil, aynı zamanda analog sinyallerin de dijital olarak işlenmesine yol açmıştır. Sayısal filtreler, düzenleyiciler, çoğaltıcılar vb. yaygındır.Dijital işlemeden önce analog sinyaller, analogdan sayısala dönüştürücüler (ADC) kullanılarak sayısala dönüştürülür. Tersine dönüştürme - analog sinyallerin dijitale dönüştürülmesi - dijitalden analoğa dönüştürücüler (DAC) kullanılarak gerçekleştirilir.

Sayısal elektronik cihazlar tarafından çözülen çeşitli görevlerle, işlevleri yalnızca iki basamakla çalışan sayı sistemlerinde gerçekleşir: sıfır (0) ve bir (1). Elektrik sinyalleriyle ikili rakamların kodlanma türüne göre, dijital teknolojinin unsurları potansiyel (statik) ve dürtü (dinamik) olanlara ayrılır.

V potansiyel sıfır ve bir öğeleri, keskin bir şekilde farklı iki voltaj seviyesine karşılık gelir. Bu durumda, elektrik potansiyeli sıfır olarak alınan gövdeye göre gerilimler hem pozitif hem de negatif olabilir. Olumlu ve olumsuz mantıkta çalışan unsurlar vardır. Pozitif mantığa sahip elemanlarda 0'dan 1'e geçiş artan potansiyel ile gerçekleşir. Negatif mantıkta, mantıksal 1 olarak daha negatif bir voltaj alınır.

V dürtü elemanlar, mantıksal bir varlığa karşılık gelir ve mantıksal bir sıfır, bir dürtünün yokluğuna karşılık gelir.

Dijital cihazların çalışması genellikle saatli yeterince yüksek frekanslı bir saat üreteci. Bir saat döngüsü sırasında, en basit mikro işlem uygulanır - okuma, kaydırma, mantıksal komut vb. Bilgiler dijital bir kelime şeklinde sunulur. Kelimeleri aktarmak için iki yöntem kullanılır - paralel ve sıralı. Seri kodlama, dijital cihazlar arasında bilgi alışverişinde kullanılır (örneğin, bilgisayar ağlarında, modem iletişimlerinde). Dijital cihazlarda bilgi işleme, kural olarak, maksimum performans sağlayan paralel bilgi kodlaması kullanılarak gerçekleştirilir.

Dijital cihazlar oluşturmak için eleman tabanı, her biri belirli sayıda mantıksal eleman (LE) kullanılarak uygulanan dijital entegre devrelerden (IC'ler) oluşur - temel mantıksal işlemleri gerçekleştiren en basit dijital cihazlar.

Tüm dijital cihazlar iki ana sınıftan birinde sınıflandırılabilir: kombinasyonel (belleksiz) ve sıralı (bellekli). Kombinasyonelçıkışlarının herhangi bir andaki durumu, aynı anda giriş değişkenlerinin değerleri tarafından benzersiz bir şekilde belirlenen cihazlar olarak adlandırılır. Bunlar mantıksal elemanlar, kod dönüştürücüler (kodlayıcılar ve kod çözücüler dahil), kod dağıtıcılar (çoğullayıcılar ve çoğullayıcılar), kod karşılaştırıcılar, aritmetik mantık cihazları (toplayıcılar, çıkarıcılar, çarpanlar, ALU'nun kendisi), salt okunur bellek (ROM), programlanabilir mantık matrisleridir. (PLM).

Çıkış durumu tutarlı Dijital bir cihazın (sonlu otomat) belirli bir zamanda, yalnızca girişlerindeki mantıksal değişkenlerle değil, aynı zamanda önceki zamanlardaki varış sırasına (sırasıyla) da bağlıdır. Başka bir deyişle, sonlu durumlu makineler, mantıksal sinyallerin gelişinin tüm geçmişini yansıtan ve tetikleyiciler üzerinde yürütülen bellek öğelerini zorunlu olarak içermelidir, birleşik dijital cihazlar ise tamamen yalnızca mantıksal öğeler üzerine kurulabilir. Sıralı dijital cihazlar arasında tetikleyiciler, kayıtlar, sayaçlar, rasgele erişim belleği (RAM), mikroişlemci cihazları (mikroişlemciler ve mikro denetleyiciler) bulunur.

Çeşitli dijital cihazları incelemeden önce, yapımında kullanılan matematiksel aparatın unsurlarını tanıyalım. Bileşen parçaları, mantıksal işlevleri tanımlamak ve dönüştürmek için sayı sistemleri ve yöntemleri kavramıdır.

9. Dijital elektroniğin matematiksel temelleri

9.1. Konumsal sayı sistemleri

Sayı sistemi rasgele bir sayıyı, sayılar adı verilen sınırlı bir karakter kümesiyle görüntüleme yolu olarak adlandırılır. Bu basamağın numaraya eklendiği ağırlığı belirleyen pozisyon numarasına denir. deşarj, ve belirtilen özelliğe sahip sayı sistemleri konumsal.

Genel olarak n- pozitif bit n keyfi bir yarıçapta r formun toplamı ile temsil edilir

(9.1)

nerede a k- değerleri 0 ile () aralığındaki doğal serinin üyelerine eşit olan sayı kaydındaki bireysel rakamlar r– 1).

Dijital elektronik cihazlarla hesaplamalar yapılırken iki kararlı duruma sahip elemanlar kullanılır. Bu nedenle dijital teknolojide konumsal ikili sayı sistemi (2 tabanlı) yaygınlaşmıştır. olarak adlandırılan her ikili basamakta biraz, 1 veya 0 olabilir. Sayının (ikili kod) aynı gösterimi, birler ve sıfırlar dizisidir. İkili bir sayıyı ondalık sayıdan ayırt etmek için sağdaki son ekle tamamlayacağız. V(ikili), montajcılar olarak adlandırılan özel makine yönelimli programlama dillerinde olduğu gibi.

Sayının ikili kodunun bitişik bitlerinin ağırlıkları iki kat farklıdır ve en sağdaki bitin (en az önemli) ağırlığı 1'dir. Bu nedenle, örneğin

101101B = 1. 2 5 + 0. 2 4 + 1. 2 3+1. 2 2 + 0. 2 1 + 1. 2 0 = 45.

Dört bitişik bit denir not defteri, 8 bitlik bir gruba denir bayt, ve 16 bitten - makine kelimesi... 1024 (2 10) baytın toplamına kilobayt, 1024 kilobayt - megabayt, 1024 megabayt - gigabayt denir.

1 GB = 2 10 MB = 2 20 KB = 2 30 bayt .

Modern kişisel bilgisayarlar, sabit manyetik disklerdeki hafızalarında onlarca gigabayt dijital bilgi depolayabilir.

İkili sayı sistemindeki aritmetik işlemler son derece basittir ve donanımda uygulanması kolaydır. Ancak, bir dijital cihaza bilgi girerken ve çıktı verirken, daha tanıdık bir ondalık sayı sisteminde sunulmalıdır. İkili sayıları ondalık eşdeğere dönüştürme prosedürünü basitleştirme isteği, bcd kod. Bu kodda, ondalık sayının basamaklarını tek tek yazmak için ikili sayılarının tetradlarını kullanırlar.

Bu dijital bilgi işleme cihazları nelerdir? Dijital cihazlar, bilgisayar tarafından erişilebilir bir biçimde sunulan bilgileri işlemek için kullanılan cihazlardır. Bunlar: dokunmatik ekranlar tarayıcılar kameralar video kameralar cep telefonları web kameraları belge kameraları projektörler kablosuz veri aktarım cihazları video gözetim sistemleri

Video kameralar Video kamera, hareketli görüntüleri kaydetmek veya televizyona iletmek için uyarlanmış, ışığa duyarlı bir eleman üzerinde çekilen nesnelerin optik görüntülerini elde etmek için bir elektronik film çekme cihazıdır. Genellikle paralel ses kaydı için bir mikrofonla donatılmıştır.

Web kameraları Web kamerası (aynı zamanda web kamerası), İnternet üzerinden (Instant Messenger gibi programlarda veya başka herhangi bir video uygulamasında) daha fazla aktarım için gerçek zamanlı olarak görüntü yakalayabilen bir dijital video veya fotoğraf kamerasıdır.

Projektörler Projektör, bir lambanın ışığını, ışık akısı konsantrasyonuyla küçük bir yüzey veya küçük bir hacimde yeniden dağıtan bir ışık aygıtıdır. Projektörler, esas olarak, nesnelerin görüntülerini cihazın dışında bulunan bir yüzeye, bir ekrana yansıtmak için bir ışık kaynağının kullanılmasına izin veren optik-mekanik veya optik-dijital cihazlardır.

Bluetooth kablosuz iletim cihazları, cep ve sıradan kişisel bilgisayarlar, cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, yazıcılar, dijital kameralar, fareler, klavyeler, joystickler, kulaklıklar, kulaklıklar gibi cihazlar arasında kısa mesafeli iletişim için güvenilir, ucuz, her yerde bulunan bir radyo frekansında bilgi alışverişi sağlar. .

GPRS (Genel Paket Radyo Servisi) kablosuz veri iletim cihazları, paket veri iletimini gerçekleştiren GSM mobil iletişim teknolojisi üzerinden bir eklentidir. GPRS, bir hücresel ağ kullanıcısının, GSM ağındaki diğer cihazlarla ve İnternet dahil olmak üzere harici ağlarla veri alışverişi yapmasına olanak tanır. GPRS, çevrimiçi harcanan süreye göre değil, iletilen/alınan bilgi miktarına göre faturalandırmayı üstlenir.

Kablosuz veri aktarım cihazları Bir kablo döşemeden bir ağ kurmanıza izin verir, ağ kurma ve genişletme maliyetini azaltabilir. Dış mekanlar ve tarihi değeri olan binalar gibi kablonun kurulamadığı yerler kablosuz ağlar tarafından sunulabilir. Cep telefonlarının aksine, Wi-Fi ekipmanı dünyanın farklı ülkelerinde çalışabilir. Wi-Fi (İngilizce Wireless Fidelity "kablosuz sadakat"), Kablosuz LAN ekipmanı için bir standarttır.

Video gözetimi Video gözetimi (kapalı devre televizyon, CCTV kapalı devre televizyon sistemi), görsel kontrol veya otomatik görüntü analizi (yüzlerin, durum numaralarının otomatik olarak tanınması) için tasarlanmış optoelektronik cihazlar kullanılarak gerçekleştirilen bir işlemdir.

Dijital bilgi işleme cihazları Yazar: Dmitry Tarasov, 2009