Компьютер (ЭВМ - электронно-вычислительная машина) - это программируемое электронное устройство, предназначенное для создания, обработки, хранения и воспроизведения информации. В своем докладе Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен ПК, чтобы быть универсальным и эффективным устройством для обработки информации.
Компьютер должен иметь следующие устройства:
- арифметическо - логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции.
- Устройство управления, организующее процесс выполнения программ.
- Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных.
- Внешние устройства для ввода-вывода информации.
Память компьютера состоит из пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть легко доступны для других устройств компьютера.
Схема связей между устройствами ПК
Оперативная
память
Управляющие связи
Информационные связи
Последовательность выполняемых действий:
1. С помощью какого-либо внешнего устройства в память ПК вводится программа.
2. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится 1-ая команда программы и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций и запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.
3. После выполнения одной команды Устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находиться за только что выполненной командой, однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода).
Т.о. устройство управления выполняет инструкции программы автоматически. Т.е. без вмешательства человека. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами ПК.
Выделяют аппаратную (HardWare) и программную (SoftWare) части. Аппаратная часть - набор электронных и электронно-механических составляющих компьютера. Аппаратная часть состоит из вычислительного блока и внешних устройств.
Вычислительный блок включает процессор и память. Процессор - это устройство, выполняющее операции (команды) с информацией (данными). Память (ОЗУ - оперативно запоминающее устройство) - устройство, содержащее команды и данные для процессора. Процессор и память устанавливаются на материнской плате.
Внешние устройства делятся на устройства ввода, вывода и накопители информации. Внешние устройства крепятся к материнской плате либо непосредственно, либо через специальные платы (карты). Материнская плата с процессором, памятью и платами внешних устройств находятся в системном блоке компьютера.
К устройствам ввода информации относятся:
клавиатура - ввод текстовой информации;
мышь, световое перо, трекбол - ввод информации путем "указания", например выбор одного из предложенных вариантов, или указание координат;
сканер - ввод текстовой и графической информации с бумажных носителей;
микрофон - ввод звуковой информации.
К устройствам вывода информации относятся:
· монитор (дисплей) - вывод текстовой, графической и видео информации;
· принтер, плоттер (графопостроитель) - вывод информации на бумажный носитель;
· динамик (колонки) - вывод звуковой информации.
Классификация накопителей информации
накопитель
емкость
примечание
На жестких магнитных дисках (HDD)
до 160 Гигабайт
Диск несменный. Высокое быстродействие.
На гибких магнитных дисках (FDD)
1,44 Мегабайта на диск
Низкая скорость и надежность
На лазерных дисках (CD)
Формат CD - до 800 Мегабайт на диск
Такие носители делятся на читающие и пишущие. Во втором случае необходимо знать, какой диск используется R - однократная запись или RW - многократно перезаписываемый диск
Цепями синусоидального тока называются такие электрические цепи, в которых электрические величины (электродвижущие силы, напряжения и токи) изменяются во времени по гармоническому (синусоидальному) закону.
Источниками в цепях синусоидального тока являются генераторы переменного тока,
в которых возбуждаются синусоидальные Э.Д.С.
Рассмотрим физические аспекты генерирования переменных токов и напряжений.
Соответственно известной схеме с рамкой в магнитном поле, её вращение приводит к возбуждению в ней Э.Д.С. индукции.
Количественно, величина возбуждаемой Э.Д.С., определяется соотношением
где индукция внешнего магнитного поля, линейная скорость вращения контура, длина стороны контура, угол между векторами скорости и индукции, угловая скорость вращения, текущее время.
Обозначив – получаем, что
.
Таким образом, в контуре возбуждается синусоидальная э.д.с., которая является причиной появления тока, который, также как и э.д.с., изменяется во времени по гармоническому (синусоидальному) закону.
2.Соотношения напряжения и тока на идеальных элементах схем замещения.
Рассматривая конкретный идеализированный элемент электрической цепи, будем считать заданным синусоидальный ток и характеристику этого элемента ( ).
Поставленная задача будет заключаться в определении напряжения и требуемых количественных и временных соотношений.
а) Идеальный резистивный элемент R.
Дано:
По участку цепи с резистором проходит ток
, где начальная фаза тока.
Найти:
Напряжение
Решение.
Примечание. Векторные диаграммы используются для наглядности представления расчётных характеристик в цепях переменного тока.
Определение 1.
Совокупность векторов электрических величин, изображённых в общей координатной системе, называется векторной диаграммой.
Используя закон Ома, записываем, что
,
где фаза напряжения, .
Полученный результат говорит о том, что амплитуда напряжения пропорциональна амплитуде тока, начальные фазы равны между собой и фазовый сдвиг (это разность фаз!) между током и напряжением равен нулю.
На рисунках вверху (средний) показана соответствующая векторная диаграмма и временная развёртка тока и напряжения на резисторе (справа).
б) Идеальный индуктивный элемент L.
Дано:
По участку цепи с индуктивным элементом проходит ток , где начальная фаза тока.
Найти:
Напряжение
Решение.
При протекании тока, в цепи возбуждается э.д.с. самоиндукции .
Согласно второму правилу Кирхгофа с учётом знаков, можно записать, что
εS ,
где фаза напряжения, .
По аналогии с законом Ома для резистора в данном случае можно ввести понятие индуктивного сопротивления.
Определение 2.
Коэффициент пропорциональности между амплитудами напряжения и тока, а именно , называется индуктивным сопротивлением индуктивного элемента.
Тогда .
Полученные результаты говорят о том, что амплитуда напря жения пропорциональна амплитуде тока (с коэффициентом пропорциональности, равным индуктивному сопротивлению), а фазовый сдвиг между током и напряжением равен (напряжение опережает ток на четверть периода!), в отличие от резистивного элемента, где таковой отсутствовал!
На рисунках вверху (средний) показана соответствующая векторная диаграмма и временная развёртка тока и напряжения на индуктивном элементе (справа).
б) Идеальный ёмкостной элемент С.
Дано:
По участку цепи с емкостным элементом проходит ток , где начальная фаза тока..
Найти: Напряжение
Решение.
Если в цепи протекает ток, то заряд на ёмкости будет равен .
По определению или .
Подставляя под знак интеграла выражение для тока (постоянную интегрирования принимакем равной нулю, так как, физически, постоянная составляющая напряжения на ёмкости отсутствует!), находим, что
,
где .
По аналогии с законом Ома для резистора в данном случае можно ввести понятие ёмкостногосопротивления.
Определение 3.
Коэффициент пропорциональности между амплитудами напряжения и тока, а именно , называется екостным сопротивлением емкостного элемента.
Тогда .
Полученные результаты говорят о том, что амплитуда напряжения пропорциональна амплитуде тока (с коэффициентом пропорциональности, равным емкостному сопротивлению), а фазовый сдвиг между током и напряжением равен (ток опережает напряжение по фазе на четверть периода!), в отличие от резистивного элемента, где таковой отсутствовал!
На рисунках (средний) показана соответствующая векторная диаграмма и временная развёртка тока и напряжения на емкостном элементе (справа).
Примечание.Индуктивное и емкостное сопротивления идеализированных элементов объединяются общим названием РЕАКТИВНЫЕ сопротивления.
3. Резонанс напряжений.
Рассмотрим схему из последовательно соеди напряжений нённых идеализированных элементов ,отличительной особенностью которой являетсявозможность явления,называемого резонансом напряжений.
Пусть в цепи протекает синусоидальный ток – .
Расчётные соотношения для токов и напряжений на элементах рассматриваемого участка цепи были получены ранее.
Аналогичным образом, можно получить соотношение, связывающее ток и напряжение для всего участка в целом.
Опуская промежуточные выкладки, записываем, что суммарное падение напряжения будет равно
где так называемое, полное сопротивление участка последовательно соединённых идеализированных элементов – ,которое определяет пропорциональную связь между модулями напряжения и тока – , а также сдвиг по фазе между ними – .
Итак,
· модуль полного сопротивления – ;
· фазовый сдвиг напряжения относительно тока – .
Примечание. Величина суммарного фазового сдвига определяется активным и реактивными сопротивлениями. В зависимости от их величин .
Особенностью рассмотренной схемы, как указано ранее, является возможность возникновения, так называемого, «резонанса напряжений».
Физически, это явление предполагает равенство амплитуд напряжений на реактивных элементах при противоположной их направленности. В этом случае падение напряжения происходит только на резисторе.
Обратимся к выражениям для модуля полного сопротивления и фазового сдвига..
При резонансе полное сопротивление цепи должно быть минимальным. Это возможно, когда . В этом случае , фазовый сдвиг - , а ток максимален.
Из равенства следует условие возникновения резонанса в терминах частоты сигнала, а именно,
Информационные связи
Рассмотрим физические аспекты генерирования переменных токов и напряжений.
индукция внешнего магнитного поля, 
линейная скорость вращения контура, 
длина стороны контура, 
угол между векторами скорости и индукции, 
угловая скорость вращения, 
текущее время.
получаем, что
.
).
проходит ток
, где 
начальная фаза тока.
,
фаза напряжения, 
.
проходит ток 
.
εS 
,
фаза напряжения, 
.
, называется индуктивным сопротивлением индуктивного элемента.
.
(напряжение опережает ток на четверть периода!), в отличие от резистивного элемента, где таковой отсутствовал!
проходит ток 
.
или 
.
,
.
, называется екостным сопротивлением емкостного элемента.
.
(ток опережает напряжение по фазе на четверть периода!), в отличие от резистивного элемента, где таковой отсутствовал!
Пусть в цепи протекает синусоидальный ток – 
.
так называемое, полное сопротивление участка последовательно соединённых идеализированных элементов – 
, а также сдвиг по фазе между ними – 
.
;
.
.
. В этом случае 
, фазовый сдвиг - 
, а ток 
максимален.
Из равенства 
.