Что объединяет электронные часы и современный компьютер?

Автор: · Дата: 22 Декабрь 2012 · Есть 1 комментарий

Лупинос К.А. Группа РE-11


Электрические и электронные часы

 

Принцип работы электронных часов

Сердце электронных часов — кварцевый генератор. Он вырабатывает электрические импульсы с высокой точностью. Как маятник у механических часов, только работает  гораздо быстрее.

Работу кварцевого генератора обеспечивает пьезоэлектрический эффект. Кварц — это такой кристалл, который изменяет свою форму, когда по нему проходит электричество, и наоборот: при изменении своей формы он вырабатывает электричество обратно.

Главная деталь генератора — пластинка из кварца нужного размера. От размера зависит частота собственных механических колебаний пластинки. Эту пластину закрепляют между двумя электродами, на которые подается переменный ток. Пластинка сгибается от тока и при разгибании сама вырабатывает электрический импульс. Частота этих импульсов равна частоте разгибания – собственных механических колебаний пластинки.

 Для электронных часов обычно используются генераторы с частотой 32768 герц, это 32768 импульсов в секунду. Такая частота удобна с технологической точки зрения, ведь это 2 в 15 степени. Чтобы понизить эту частоту до 1 герца надо уменьшить частоту в два раза 15 раз подряд.

Время течет куда медленнее, чем генератор вырабатывает электрические импульсы. Значит, нужно уменьшить количество импульсов до одного в секунду (1 герц). Для этого используется делитель частоты. Это электронная схема, которая уменьшает частоту входящих сигналов. На входе мы получаем 32768 герц, а на выходе — 1 герц. То, что нужно — часы могут показывать секунды.

Немного из истории

Чтобы вывести время у нас есть три цифровых дисплея: секунды, минуты и часы. Раз в секунду мы получаем электрический импульс, который отправляем на дисплей с секундами, его значение увеличивается на один. Параллельно этот импульс отправляем на следующий делитель частоты, который уменьшает частоту в 60 раз: получаются минуты и отправляются на дисплей с минутами. Следующий делитель обеспечивает дисплей с часами.

Электронные часы со стрелками работают почти так же, только обходятся одним делителем. Электрический импульс раз в секунду приходит на миниатюрный электрический двигатель. Тот поворачивает шестеренку, двигающую секундную стрелку. Дальше работает механика: все преобразования для минутной и часовой стрелок идут через систему шестеренок.

Часы, основанные на подсчете периодов колебаний от стабильного кварцевого генератора с помощью счетчиков делителей и выводом показаний на электронный дисплей имеет разные способы отображения информации:

  • электро-люминесцентный вакуумный дисплей

  • светодиодный дисплей

  • жидко-кристаллический дисплей

Первые электронные часы делались на отдельных лампах затем транзисторах и микросхемах. Позже были сделаны и наручные электронные часы обладающие светодиодным дисплеем, но они могли показывать время очень недолго: слишком прожорливыми оказывались светодиоды, затем использовали свойства жидких кристаллов ориентироваться во внешнем электрическом поле и пропускать свет с одним направлением поляризации. Будучи помещенным между двумя поляризаторами, свет от внешнего источника вовсе поглощался системой поляризатор-жидкий кристалл-поляризатор-отражатель при наличии электрического поля становился темным и образовывал элемент изображения. В результате этого было значительно снижено энергопотребление, и замена элементов питания происходит намного реже. В современные электронные часы встроен как правило микроконтроллер, и у часов появилось много сервисных функций (будильники, мелодии, календари и т.д.), но микроконтроллер так же продолжает считать периоды колебаний все того же кристалла кварца.

“Существуют также электронные часы, основанные на принципе подсчета периодов частоты питающей сети, во многих странах существуют очень жесткие требования к стабильности частоты, но все же при колебании нагрузки частота сети может изменяться, и точность таких часов не может считаться оптимальной, хотя для многих людей она является достаточной.”

В 1952 г. появились в специальной печати сообщения, что фирмы «Лип-Безансон» во Франции и «Элджин Уотч Компани» в США начали работать над производством электрических наручных часов. Однако прошло еще целых 12 лет, прежде чем первые типы этих часов появились на рынке. Главной причиной такой задержки было отсутствие миниатюрных источников электроэнергии. Замена пружины энергией гальванического элемента тоже была связана с большими проблемами. Первые электрические элементы были крупногабаритными и обладали малой емкостью. Чтобы справиться с этим препятствием, часовые фирмы стали изыскивать различные пути. Фирма «Дойтче Урен-Роверке» в Пфор-шхайме разместила, например, гальванический элемент в браслете часов, а фабрика братьев Юнгханс в Шрамберге выбрала для этой цели просторный корпус часов декоративной формы. Некоторые французские и швейцарские часовые фирмы размещали микробатареи в крышках под часовым механизмом или же ухитрялись размещать их в самом механизме. Однако во всех случаях батарея увеличивала размер часов и их вес по сравнению с пружинным приводом.

Схема электронных наручных часов с диодным выпрямителем

Примерно около 1960 г. многие французские часовые фирмы стали работать над идеей замены гальванического элемента маленьким аккумулятором с большим количеством зарядных циклов. Леон Хато в Париже встроил в электрические наручные часы маленький аккумулятор с диодным выпрямителем (см. рис. выше), который имел лишь вторичную обмотку трансформатора для зарядки от сети. Первичная обмотка, присоединяемая к сети, находилась в отдельном штативе, в который часы вкладывались при дозарядке аккумулятора. По несколько более сложному пути решения этой же проблемы пошла фирма «Эбош С.А.» в Невшателе. Она разместила в крышке футляра маленький аккумулятор, который заряжался током от полуторавольтовой карманной батареи через привод, идущий в полости кнопки для управления стрелками.

Итак, электрические или электронные часы. Пора выяснить различие между этими двумя типами часов. У электрических часов дозировкой энергии, необходимой для их хода, управляет электрический контакт механического типа. Передаточный механизм является простым механическим редуктором, осциллятором в обычных случаях бывает баланс. Переход от электрических часов на электронные характеризуется заменой сравнительно мало надежного электрического контакта электронным полупроводниковым элементом – транзистором. Функции остальных элементов электрических и электронных часов с балансовыми осцилляторами, по существу, аналогичны.

Электронные схемы современных балансовых наручных часов имеют много вариантов, но все они выполняют роль того или иного электронного ключа.
Интересное решение предложила известная электротехническая фирма «Филиппе» в Эйдховене, Голландия. Излучение небольшого количества радиоактивного вещества, нанесенного на баланс, воспринимает особый миниатюрный встроенный приемник, который трансформирует это излучение в электроэнергию, приводящую в действие балансовый осциллятор непосредственно через транзисторный усилитель.
Не менее интересный принцип, основанный на магнитострикционном явлении, использовала швейцарская фирма «Баэни Сосайте Аноним». Под магнитострикцией понимается изменение размеров ферромагнитного вещества (в данном случае волоска часов) в результате намагничивания его. Под действием магнитного поля изменяется кривизна волоска и происходит угловой поворот его витков, придающий силовой импульс балансу. Однако магнитострикционные материалы имеют весьма неустойчивый модуль упругости, что вызывает колебания возвращающей силы волоска, сопровождающиеся значительным изменением продолжительности времени колебания баланса.
Трудности со стабилизацией амплитуды привели к попыткам заменить волосковые осцилляторы крутильными осцилляторами, где обычный волосок заменили две несущие цилиндрические витые пружины. Опоры оси баланса здесь, собственно говоря, отпадают, и для них остается второстепенная роль предохранителя при резких сокращениях и ударах. В некоторых случаях удалось вместо цилиндрических витых пружин использовать торсионные пластины формы V, Y или X.

Современные компьютеры

Принцип работы современных компьютеров

  1. Принцип программного управления: работа ЭВМ регламентируется программой, что позволяет, вводя разные программы, решать разные задачи. Команды, из которых состоит программа, интерпретируются специально введенным в схему устройством – устройством управления. Структура отдельной команды имеет вид: <код операции> <операнды>, где <код операции>  определяет, какая операция должна выполняться, <операнды> – список тех констант, адресов, имен переменных или других элементов, над которыми выполняется данная операция. Каждая команда имеет определенный объем, измеряемый байтами;
  2. Принцип условного перехода: команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые меняют последовательное выполнение команд в зависимости от значений данных;
  3. Принцип размещения программы в памяти: программа, требуемая для работы ЭВМ, предварительно размещается в памяти компьютера, а не вводится команда за командой;
  4. Принцип иерархии памяти: память ЭВМ не однородна. Для часто используемых данных выделяется память меньшего объема, но большего быстродействия; для редко используемых данных выделяется память большего объема, но меньшего быстродействия;
  5. Принцип двоичной системы счисления: для внутреннего представления данных и программ в памяти ЭВМ применяется двоичная система счисления, которую можно проще реализовать технически.

Структура Принстонской машины.

Основные составляющие компьютера и их характеристики

Процессор самая главная часть компьютера – его мозг и сердце в одном флаконе. Сегодня на рынке процессоров борьба идёт между двумя гигантами – AMD и Intel. У каждой из этих фирм свои сторонники и противники, достоинства и недостатки. Но лучше обращать внимание на сам продукт, а не на производителя.
Есть мнение, что чем выше частота, тем выше производительность. Это уже давно не так. Процессоры AMD, имея частоту ниже, чем у Intel, с успехом конкурируют с ними. Например, модель Athlon64 3000+ сравнима c Pentium 4 3000, хотя 3000+ это всего лишь рейтинг, реальная частота 2000 МГц, то есть на треть меньше, чем у конкурента.
Итак, если компьютер вам нужен для работы с видео, то лучше взять процессоры Core2Duo или Core2Quad. Для игр подойдут они же, + Athlon64 X2 и Phenom. Для работы с офисными приложениями или для экономии средств можно взять Intel Celeron или AMD Sempron – бюджетные варианты старших моделей.

Материнская плата – вторая самая важная часть компьютера. Она связывает все его части в единое целое, координирует их работу. Если она выйдет из строя, то, скорее всего, придется менять весь компьютер, ведь все комплектующие подключаются именно к ней, имеют с ней «совместимость», она является связующим звеном. А найти такую же модель через два-три года использования компьютера практически нереально – процесс обновления моделей в компьютерной индустрии идет стремительно и то, что было новинкой вчера, сегодня уже старье.
По производителям можно выделить материнские платы Asus, Abit, MicroStar, Giga-Byte.
Если вы не специалист, вам вряд ли что-нибудь скажет описание или характеристики материнской платы, поэтому внимание стоит обратить только на встроенные в нее вещи.  Если встроенный “звук” удовлетворит большинство покупателей (но не тех, кто будет заниматься музыкой, например, композиторов, диджеев), то встроенное “видео” подойдёт лишь для офисных приложений и очень старых игр. С 3D-приложениями и новыми играми, скорее всего, будут проблемы .
Не собираетесь играть в «навороченные» игры и делать 3D-проекты? Материнская плата вас вообще не должна волновать. Подойдет любая, недорогая.

Оперативная память (RAM) – важное условие быстродействия компьютера. В ней хранятся данные, с которыми вы работаете в данный момент. При выключении компьютера или перезагрузке операционной системы, эти данные автоматически стираются. Чем больше у вас памяти, тем больше обрабатывается данных в единицу времени, тем быстрее работает компьютер.
Сколько нужно оперативной памяти? Если вы собираетесь работать с офисными приложениями, сидеть в Интернете, слушать фильмы и музыку, то вам хватит 512 мегабайт. Если же вы хотите играть в современные игры, работать с видео или графикой, вам нужно минимум 2 гигабайта памяти.
Важное замечание! Все вышесказанное относится к операционной системе Windows XP и более ранним версиям Windows, а также операционным системам Mac OS (устанавливаемым на компьютерах Apple). Если у вас на компьютере предустановлена (установлена производителем или продавцом) Windows Vista, то оперативной памяти должно быть не меньше 4 гигабайт! С меньшим количеством Vista, сама активно использующая оперативную память для своих системных нужд, работает очень медленно. Имейте это в виду!


Жесткий диск (HDD, винчестер) – это хранилище ваших данных. Если у вас сломается любая другая часть, то вы потеряете лишь деньги. При неисправности жесткого диска вы потеряете информацию, которая может быть намного дороже всего компьютера.
Поэтому главный вопрос при выборе винчестера: какой объём памяти вам нужен. Если вы увлекаетесь фотографией, фильмами или музыкой, то нужно взять жесткий диск хотя бы на 500 Гб. Для справки: один DVD-фильм занимает 4,5 Гб, HDTV-фильм столько же как новая игра – 11 Гб, средняя коллекция музыки – 40 Гб. Если компьютер будет нужен вам для работы с документами и Интернетом, хранения фильмов обычного качества и нескольких игр, то вполне хватит диска на 250 Гб.

Видеокарта (видеоадаптер) – это устройство, которое работает с графикой. То есть всё, что вы видите на экране монитора – результат работы видеокарты (иначе и быть не может, ведь монитор подключен именно к ней). От неё зависит, насколько быстро и качественно будет отображаться картинка.
Если вы не собираетесь играть в «навороченные» игры, то вам, говоря откровенно, подойдет любая. Поэтому пропускайте этот пункт и переходите к следующему.
Если же вы фанат игр, любитель смотреть на компьютере фильмы хорошего качества, тогда, советую, хорошенько разобраться в вопросе.
Встроенная в материнскую плату видеокарта подойдёт лишь для работы с офисными приложениями, фильмов-музыки и Интернета, простых игр. Об играх нового поколения не может быть и речи. Поэтому, если у вас есть деньги и вы собираетесь играть в новые игрушки, нужно чтобы на вашем компьютере стоял отдельный видеоадаптер.
Некоторые ошибочно полагают, что чем больше объём видеокарты, тем она лучше. На самом деле производительность видеоадаптера зависит от его процессора (не путать с процессором самого компьютера).
Сначала обратите внимание при выборе на разрядность шины памяти. Она должна быть не меньше 128 бит. Количество бит влияет на быстродействие видеокарты. Для современных игр лучше взять модель с минимум 256 битами.
Выбирать видеоадаптеры нужно однозначно с интерфейсом PCI-Express, AGP уже устарели, хоть и держат ещё какую-то часть рынка.
Далее нужно выбрать модель видеокарты и фирму-изготовителя. Чипсеты (наборы микросхем) для видеокарты производят два гиганта: ATI – серия Radeon и Nvidia – серия Geforce. Борьба между ними идёт уже много лет и бьются они на равных, поэтому посоветовать какую-то одну фирму нельзя, все дело в ваших личных предпочтениях.
Видеокарты Nvidia Geforce имеют немного более высокую цену и производительность. Видеокарты ATI Radeon демонстрируют хорошее быстродействие при довольно невысоких ценах. Если вы будете играть в игры или работать с графикой, то лучше взять ATI Radeon не ниже 3870 или Nvidia Geforce не ниже 9600GT.
ATI и Nvidia изготавливают лишь чипсеты, а сами видеокарты производят другие фирмы: Giga-Byte, ASUS, PalitDaytona, Sparkle, Sapphire. Но здесь марка производителя уже практически не важна.

Блок питания снабжает энергией все части компьютера, поэтому от его качества зависит стабильность работы. Некачественное питание сокращает срок службы всех других устройств и, более того, может привести к их поломке. Для нового компьютера средней конфигурации мощность блока питания должна быть не меньше 450 ватт (Вт). Чем больше ватт, тем лучше. Очень хорошие блоки питания делают фирмы FSP Group  и Inwin  (последняя, кстати, производит не только блоки питания, но и сами компьютерные корпуса).
Существуют следующие виды корпусов:

  • MiniTower – очень компактный корпус компьютера, но не способный поместить в себя все современные комплектующие.
  • MidiTower – стандартный, наиболее распространённый корпус, подходит для любых офисных и домашних компьютеров.
  • BigTower – большой и просторный корпус для серверов и сложных вычислений. Если ваша работа связана с кодированием и обработкой видео или графикой, то можете взять его – сможете добиться очень высокой производительности.

Подведем итоги

Как мы заметили, общего немного.

  • Прежде всего часы на компьютере поддерживает не процессор, а биос. Процессор при выключении, как можно догадаться, не работает. Поэтому в компьютерах на материнской плате есть автономные электрические  часы, питаются они от аккумуляторной “таблеточной” батареи.
  •  Так же наличие микроконтроллеров. Они содержаться как в материнской плате компьютера, так и во многих электронных часах.

Источники

 

Популярность: 46%

Рубрика: Новини ·  

Комментарии

  1. Дмитрий:

    10



Оставить комментарий или два

Пожалуйста, зарегистрируйтесь для комментирования.