1. Что такое мгновенное, амплитудное и действующее значения переменного тока?
2. От каких факторов зависит частота переменного тока?
3. Что такое фаза, начальная фаза, сдвиг фаз?
4. Что называется векторной диаграммой? Какую информацию можно получить из векторной диаграммы?
5. Какие элементы цепи обладают активным сопротивлением, а какие реактивным?
6. От каких факторов зависит реактивное сопротивление?
7. Сравните, как сдвинуты по фазе ток и напряжение в цепях с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью
8. По каким формулам рассчитываются индуктивное и емкостное сопротивления?
9. Дать определение активной и реактивной мощностям. В чем их различие?
10. Как рассчитывается полное сопротивление неразветвленной цепи?
11. В каких единицах измеряется полная, активная и реактивная мощность?
12. Как найти активную мощность через полную и реактивную мощность?
13. Что такое резонанс напряжений? Какими признаками он характеризуется?
14. Как настроить цепь в резонанс напряжений?
Цель лекции
Сформировать представление о дисциплине «Информатика» и ее фундаментальной роли в системе подготовки специалиста.
План лекции
1. Происхождение вычислительных машин.
2. Изучение алгоритмов.
Вычислительная техника (computerscience) является научной дисциплиной, призванной дать научное обоснование таким вопросам, как проектирование ЭВМ, программирование на компьютере, обработка информации, алгоритмические решения задач и алгоритмические процессы. Она обеспечивает основание для применения компьютера сегодня и в будущем. Широта предмета означает, что невозможно быть хорошо осведомленным в вычислительной технике, изучив только несколько разделов, как изолированные друг от друга предметы или просто разобравшись, как использовать современное компьютерное оборудование. Чтобы понять вычислительную технику, нужно освоить множество разделов этой науки в их развитии.
Цель данной лекции — предоставить эти сведения. Она являет собой вводный курс в историю и перспективы развития вычислительной техники.
Происхождение вычислительных машин
Абстрактные машины, созданные математиками в первые десятилетия XX века, составляют важную часть родословного дерева современных компьютеров. Другие ветви этого дерева уходят далеко в прошлое. Действительно, поиск машин, которые выполняют алгоритмические задачи, имеет длинную историю.
Одним из первых вычислительных механизмов были счеты. Их история уходит корнями в античную Грецию и Рим. Это устройство очень просто, оно состоит из шариков, нанизанных на стержни, которые в свою очередь крепятся на прямоугольной рамке. Шарики двигаются вправо и влево на стержне, и их местоположение определяет хранящееся значение. Именно при помощи расположения шариков этот «компьютер» представляет и хранит данные. Контролирует выполнение алгоритма человек. Таким образом, счеты сами по себе являются просто системой хранения данных, которая должна быть объединена с человеком, чтобы стать полноценной вычислительной машиной.
Не так давно вычислительные машины были механическими. В число их изобретателей входят француз Блез Паскаль (1623-1662), немец Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716) и англичанин Чарльз Бэббидж (1792-1871). В этих машинах данные были представлены различными положениями регистров, причем ввод данных осуществлялся механическим установлением регистров в нужное положение. Выходные данные на машинах Паскаля и Лейбница можно было получить, наблюдая за конечным положением регистров, так же как мы читаем числа на счетчике пройденных километров автомобиля. В отличие от них Бэббидж работал над машиной (названной им Аналитической), которая бы распечатывала полученные значения на бумаге, так чтобы была исключена возможность ошибки при расшифровке результата.
Что касается способности следовать алгоритму, мы можем заметить возрастание гибкости в этих машинах. Машина Паскаля выполняла только операцию сложения. Следовательно, соответствующая последовательность шагов была включена в структуру машины. Подобным же образом в машине Лейбница алгоритмы были заключены в архитектуре машины, хотя она и предлагала разнообразные арифметические операции, из которых оператор мог выбирать. Разностная машина Бэббиджа (только одна демонстрационная модель этой машины была построена) подвергалась изменению для выполнения различных расчетов, а его Аналитическая машина (на постройку которой он не получил субсидий) должна была получать указания в виде отверстий на бумажных картах. Таким образом, Аналитическая машина Бэббиджа была бы программируемой. А его сторонник Августа Ада Байрон считается сегодня первым в мире программистом.
Идея передачи алгоритма машине при помощи отверстий на бумаге не принадлежит Бэббиджу. Он заимствовал ее у Жозефа Жаккарда (1752-1834), построившего в 1801 году ткацкий станок, в котором шаги, время ткацкого процесса, определялись расположением отверстий на бумажных картах. Алгоритм, которому следовал ткацкий станок, мог быть легко изменен для производства различных узоров на ткани. Другим исследователем, использовавшим идею Жаккарда, был Герман Холлерит (1860-1929), который применил этот способ кодирования информации в виде отверстий на бумажных картах для ускорения процесса составления таблиц во время переписи населения в Америке в 1890 году (именно эта работа Холлерита привела к созданию IBM). Впоследствии такие карты стали называться перфокартами и оставались распространенным способом управления машиной до 70-х годов XX века. На самом деле этот способ живет и сейчас, как показали проблемы, возникшие в 2000 году во время президентских выборов.
Технологии того времени не позволяли производить сложные механические машины, спроектированные Паскалем, Лейбницем и Бэббиджем, они требовали больших материальных затрат. Но с успехами в области электроники в начале XX века этот барьер был преодолен. Примером этого прогресса являются электромеханическая машина Джорджа Стибица, построенная в 1940 году компанией BellLaboratories, и машина MarkI, собранная ГовардомЭйкеном и группой инженеров IBM в 1944 году в Гарвардском университете. Эти машины были созданы с использованием электромеханических реле. Они устарели почти сразу же, как только были построены, потому что другие исследователи применяли технологию электронных ламп, чтобы создать полностью электронную машину. По-видимому, первой такой машиной была машина Атанасова-Берри, построенная в период с 1937 по 1941 год в колледже штата Айова (сейчас университет) Джоном Атанасовым и его ассистентом Клиффордом Берри. Другая машина, названная Colossus, была собрана под руководством Томми Флаверса в Англии для дешифровки кодов, которыми пользовались немецкие войска в конце второй мировой войны (на самом деле таких машин было построено около десяти, но условия военной секретности не позволили стать факту их существования частью «родословного дерева» компьютеров). Скоро последовали другие, более гибкие машины, такие как ENIAC (electronicnumericalintegratorandcalculator - электронно-цифровой интегратор и вычислитель), разработанная Джоном Моучли и ПросперомЭккертом в Электротехнической школе Мура университета штата Пенсильвания.
С этого момента история развития вычислительных машин становится историей развития технологий, которая включает в себя изобретение транзисторов и последующую разработку интегральных схем, запуск спутника связи и прогресс в области оптических технологий. Сегодня настольные компьютеры (так же как и их меньшие мобильные братья) обладают большими вычислительными способностями, чем машины 40-х годов, занимавшие целые комнаты, и могут быстро обмениваться информацией через системы глобальной связи.
Роль абстракции.Понятие абстракции так прочно входит в предмет вычислительной техники и проектирование вычислительных систем, что нам следует обратиться к нему в этой вводной главе. Термин «абстракция» относится к различию между внешними свойствами объекта и элементами его внутреннего строения. Именно абстракция позволяет нам игнорировать внутренние элементы сложного механизма, такого как компьютер, автомобиль или микроволновая печь, и использовать его как целостный объект. Кроме того, именно про помощи абстракции и разрабатываются такие сложные системы. Например, автомобиль проектируется иерархическим способом. На самом верхнем уровне его представляют как состоящий из больших компонентов, таких как мотор, подвеска и трансмиссия, не рассматривая внутренние элементы каждого из этих компонентов. В свою очередь каждый из этих элементов также состоит из своих элементов.
Аппаратное обеспечение обычного персонального компьютера имеет похожее строение. Можно считать, что на верхнем уровне оно состоит из таких компонентов, как системный блок, клавиатура, монитор, мышь и принтер. Если мы сосредоточим внимание на принтере, то увидим, что он состоит из механизма подачи бумаги, системы управления и системы выброса чернил. Кроме того, механизм подачи бумаги состоит из еще более мелких компонентов: подставки для бумаги, двигателя перемещения бумаги и канала подачи бумаги.
Мы видим, что абстракция позволяет нам конструировать, анализировать и управлять большими и сложными вычислительными системами, которые были бы ошеломляющими, если их рассматривать целиком на детальном уровне. Применяя абстракцию, мы можем подходить к таким системам на разном уровне детализации. На каждом уровне мы рассматриваем систему с точки зрения ее составляющих, которые называются абстрактными инструментами (abstracttool) и чью внутреннюю структуру мы игнорируем. Это позволяет нам сосредоточиться на том, как каждый элемент взаимодействует с другим элементом на одном уровне и как они вместе формируют элемент более высокого уровня. Следовательно, мы можем выделить часть системы, которая является существенной для решения задачи, и не потеряемся в море деталей. В этом и состоит достоинство абстракции.
Следует заметить, что абстракция применима не только к науке и технике. Она является важным способом упрощения, при помощи которого наше общество создало определенный образ жизни, который иначе был бы невозможен.
