Elektronisko komponentu bāzes attīstība

1898. gadā ilustrētajā nedēļas žurnālā The Journal of Newest Discoveries and Inventions tika publicēts raksts ar nosaukumu Bezvadu vadu eksperimentu mājas ierīce. Raidītājs tika izgatavots uz Rumkorf spoles, un uztvērējs patiesībā bija ļoti līdzīgs A.S. Popova. Izmantojot aprakstīto uztvērēju un raidītāju, bija iespējams pārraidīt signālu līdz 25 m attālumā, kas tam laikam bija milzīgs sasniegums.

Jau 1924. gadā tika izdots radioamatieru žurnāla pirmais numurs. 1930. gada vidū žurnāls tika pārdēvēts par “Radio fronti”, un ar šo nosaukumu tas tika izdots līdz 1941. gada jūlijam. Otrā pasaules kara gados žurnāls, protams, netika publicēts. Pirmais žurnāla pēckara numurs tika publicēts 1946. gada janvārī. No šī gada janvāra numura žurnālu sāka saukt par Radio. Tās pārsegs ir parādīts attēlā.

Pārsteidzošākais šajā jautājumā ir tas, ka pēc detektoru uztvērēju ķēdēm tiek nodrošināts rezistoru krāsu marķējums, kā tas ir šodien! Tiesa, tas arī saka, ka tas ir jauns amerikāņu marķējums. Krievijā “svītraini” rezistori parādījās tikai divdesmitā gadsimta beigās, un pat tad tie bija importēto radio magnetofonu un televizoru iekšpusē. Bet "mūsējiem" izdevās iegūt krāsu kodētus pusvadītājus: cenšoties aizsardzības nozares vajadzībām, viņi visu klasificēja tādā mērā, ka kļuva vienkārši neiespējami saprast, kāds tranzistors vai diode tas bija. Šo krāsu marķējumu sāka pilnībā publicēt tikai šobrīd, tikai vietējos tranzistorus praktiski pārstāja lietot.

Att. 1. Žurnāla Radio pirmā numura vāks

Sākumā žurnāls aprakstīja cauruļu uztvērēju, raidītāju un audio pastiprinātāji. Kopš pirmajiem izdevumiem žurnāls Radio publicēja atsauces datus par elektroniskajām caurulēm un citiem radio komponentiem. Tika arī nolemts, kur sākt radioamatieru eksperimentus: sākot studēt teoriju vai uzreiz paņemt lodāmuru?

Amatieru radio elementu bāze

Interesants vēsturisks fakts: kad tā vēl nebija elektriskais lodāmurs, pēc tam glābšanā nonāca parastā piecu kaķu monēta. Viņa bija noteiktā veidā asināta un kniedēta ar dzelzs stiepli ar koka rokturi. Uzsildot spirta lampas liesmā, monēta pilnībā tika galā ar lodāmura funkciju. Tagad, protams, šāds padoms šķiet vienkārši smieklīgs, bet tā tas bija!

Ar moderno elementu bāzi, kas tiek pastāvīgi atjaunināta ar jaunām mikroshēmām un tranzistoriem, šādam “lodāmuram” vienkārši nav nekā kopīga, jo dažos gadījumos elektroniskā aprīkojuma labošanai ir nepieciešams izmantot mikroskopu. Tādējādi elementārā bāze nosaka ne tikai elektronisko ierīču dizainu, bet arī to, kādus instrumentus šīs ierīces montēs vai remontēs.

Gluži vienkārši un skaidri, saskaņā ar mūsdienu datoru terminoloģiju, elementu bāzes attīstību var izsekot dažādu paaudžu datoriem. Tagad gandrīz četrdesmit gadus pieaugošais personālo datoru kā lokomotīves tirgus aiz sevis vilk silīcija tehnoloģiju, kas izraisa arvien vairāk elektronisku komponentu parādīšanās.

Elektromehāniskie datori

Pat pirms datoru radīšanas tika izmantotas elektromehāniskās skaitļošanas ierīces - cilnes. Pirmo tabulētāju 1890. gadā izgudroja Hermans Hopperits ASV, lai aprēķinātu skaitīšanas rezultātus. Informācija tika ievadīta, izmantojot perfokartes, un apstrādes rezultāti tika izdoti izdruku veidā uz papīra.

Tabulatori bija galvenais skaitīšanas staciju aprīkojums - MSS. PSRS laikā MSS izdzīvoja līdz divdesmitā gadsimta septiņdesmitajiem gadiem, vismaz kā lielu valsts uzņēmumu sastāvdaļa. KC galvenais mērķis bija darba samaksa.Tieši no turienes parādījās norēķinu lapas, kuras joprojām sauc par “saknēm”.

Tabulatora “modernais” izskats ir parādīts attēlā (kvadrāts no labās malas ir darba programma, ko drukāti vadi uz plākstera paneļa). Šādas datortehnikas svars sasniedza 600 kg.

Att. 2. cilne

“Programma” ir parādīta nākamajā attēlā. Krāsainie vadi savienoja kontaktligzdas, kuras tekstolīta paneļa otrā pusē beidzās ar kontaktiem savienojumam ar tabulatoru.

Att. 3. Patch cilnes panelis

1939. gadā ASV pēc militārā pasūtījuma IBM izstrādāja datoru Mark 1. Tā elementārā bāze bija elektromehāniskie releji. Viņa pabeidza divu skaitļu pievienošanu 0,3 sekundēs un reizināšanu ar 3. Marka 1 tika izstrādāta, lai aprēķinātu ballistiskās tabulas. Datoru marķējumā 1 bija apmēram 750 tūkstoši detaļu, kuru savienošanai bija nepieciešami 800 km vadi. Tās izmēri: augstums 2,5 m, garums 17 m.

Datoru un elementu bāzes paaudzes

Pirmās paaudzes datori tika uzbūvēti uz elektroniskām caurulēm. Tātad Lielbritānijā 1943. gadā tika izveidots Colossus dators. Tiesa, tas bija ļoti specializēts, tā mērķis bija atšifrēt vācu kodus, uzskaitot dažādas iespējas. Ierīcē bija 2000 lampas, bet ātrums bija 500 rakstzīmes sekundē.

Pirmais universālais caurulīšu dators ir ENIAC, kas tika izveidots 1946. gadā Amerikas Savienotajās Valstīs pēc militārpersonu pasūtījuma. Šī datora izmēri ir ļoti iespaidīgi: 25 m garš un gandrīz 6 m augsts. Mašīnā bija 17 000 elektronu lampu un tika veiktas aptuveni 300 reizināšanas operācijas sekundē, kas ir daudz vairāk nekā releja mašīnā Mark 1. Enerģijas patēriņš bija aptuveni 150 kW. Izmantojot datoru aprēķinus, ENIAC pierādīja teorētisko iespēju izveidot ūdeņraža bumbu.

Padomju Savienībā no 1948. gada līdz 1952. gadam tika izstrādāti arī cauruļu datori, tāpat kā Amerikas Savienotajās Valstīs, kurus galvenokārt izmantoja militārie spēki. Viens no labākajiem padomju laikā ražotajiem cauruļu datoriem būtu jāatzīst par BESM sērijas mašīnām (liela elektroniskā aprēķināšanas iekārta). Kopumā seši BESM-1 ... BESM-2 (caurule) BESM-3 ... BESM-6 modeļi jau tika ražoti ar tranzistoriem. Izveidošanas laikā katrs šīs sērijas modelis bija labākais pasaulē universālo datoru klasē.

Otrās paaudzes datori no 1955. līdz 1970. gadam

Otrās paaudzes elementārā bāze bija tranzistori un pusvadītāju diodes. Salīdzinot ar caurulīšu datoriem, tranzistoru datori bija mazāki, enerģijas patēriņš arī bija daudz mazāks. Otrās paaudzes datoru veiktspēja sasniedza līdz pusmiljonam operāciju sekundē, parādījās magnētisko datu nesēju ārējās atmiņas ierīces - tika izveidotas magnētiskās lentes un magnētiskās bungas, algoritmiskās valodas un operētājsistēmas.

Trešās paaudzes datori 1965. – 1980

Trešajā paaudzē par elementu bāzi tika izmantotas mazas un vidējas pakāpes integrācijas mikroshēmas - vienā korpusā bija līdz vairākiem desmitiem pusvadītāju elementu. Pirmkārt, viņi bija K155, K133 sērijas mikroshēmas. Šādu datoru ātrums sasniedza 1 miljonu operāciju sekundē, parādījās vienkrāsas burtciparu video termināļi (otrās paaudzes mašīnās tika izmantoti teletipi un speciāli rakstāmmašīnas).

Turpmākā elementu bāzes attīstība ļāva izveidot lielas (LSI) un super lielas (VLSI) integrācijas mikroshēmas. Vienā gadījumā šādas mikroshēmas satur vairākus simtus elementu. Šīs PSRS mikroshēmas pārstāvēja K580 sērija.

Ceturtās paaudzes dators 1980 - klāt

Šī paaudze ir dzimusi pateicoties tam, ka Intel 1971. gadā izveidoja mikroprocesoru, kurš bija vienkārši revolucionārs. Intel 4004 mikroshēma ar 3,2 * 4,2 mm kristāla izmēru, saturēja 2300 tranzistorus un pulksteņa frekvenci 108 KHz. Tā skaitļošanas jauda bija līdzvērtīga ENIAC datoram. Pamatojoties uz šo ierīci, tika izveidots jauna veida datora mikrodators.Pirmos personālos datorus (PC) Apple izlaida 1976. gadā, bet 1980. gadā IBM uzņēmās vadību, izveidojot savu IBM PC, kura arhitektūra ir kļuvusi par profesionālo datoru starptautisko standartu. Intel pašreizējie otrās paaudzes Core i7 procesori satur vairāk nekā miljardu tranzistoru struktūru.

Att. 4. Munkroprocessor intel

Mikrokontrolleri

Stāsts par radioelektronikas elektronisko komponentu attīstību būtu nepilnīgs, pat nerunājot par to mikrokontrolleri tik populārs radioamatieru projektēšanā. Pēc vecās terminoloģijas tos sauca par vienas mikroshēmas mikrodatoriem.

Mikroprocesors, programmas atmiņa un RAM, ievades / izvades porti ir apvienoti vienā vairāku kontaktu gadījumā. Lai aprēķinātu laika intervālus, mikrokontrolleriem ir taimeri, daudziem modeļiem ir analogās ieejas, kas ļauj iztikt bez ārējām ADC ierīcēm. Kontrolieri ar PWM moduli (PWM) tiek izmantoti invertora metināšanas mašīnu un asinhronu elektromotoru regulējamu piedziņu ķēdēs. Ir pat kontrolieri ar iebūvētu radio kanālu, kas ļauj izveidot bezvadu savienojumu.

Pirmais Intel 8048 MCS-48 saimes mikrokontrollers tika izlaists 1976. gadā. Tam bija 27 I / O līnijas, astoņu bitu taimeris, datu atmiņa un programmas atmiņa un, protams, mikroprocesors. Pašlaik šie mikrokontrolleri ir kļuvuši par vēsturi.

Skatīt šo tēmu: Mikrokontrolleru programmēšana iesācējiem

8051 kontrolieri

1980. gadā dzima Intel 8051 ģimene (MCS-51). Šīs ģimenes arhitektūra izrādījās tik veiksmīga, ka šīs ģimenes mikrokontrolleri tiek izmantoti vēl šodien. Protams, šajā laikā dažādas firmas (apmēram duci) ir izstrādājušas daudzus šīs ģimenes modeļus. Interesants fakts: mikroprocesora instrukciju sistēma kopš tās pirmsākumiem nekad nav mainījusies, kas neliedza attīstīt jaunus mikrokontrolleru modeļus. Laika gaitā MCS-51 dod ceļu jaunākām ģimenēm.

Viens no tiem kļuva Mikroshēmu PIC mikrokontrolleri. To popularitāti, pirmkārt, izraisīja zemā cena, liels ātrums, ērtas ostas. Tāpēc MK PIC kļuva par labāko, ja vēlaties izveidot lētu un diezgan vienkāršu vadības sistēmu.

Mikrokontrolleru milzīgo popularitāti šķiņķu vidū izraisa ne tikai zemā šo mikroshēmu cena, bet arī tas, ka, lai izveidotu jaunu ierīci, ir pietiekami vienkārši uzrakstīt MK citu programmu. Tad, pat neko nemainot ķēdē, jūs, piemēram, varat izgatavot pulksteni vai daudzkanālu taimeri no frekvences mērītāja.

Piektās paaudzes dators

Faktiski cīņa par tās izveidi starp firmām sākās 1981. gadā. Domājams, ka piektās paaudzes datori izskatās pēc cilvēka smadzenēm, kuras kontrolē balss. Šāda mākslīgā intelekta izveidošanai būs nepieciešams attīstīt pilnīgi atšķirīgas tehnoloģijas, pilnīgi atšķirīgus tehniskos risinājumus un izveidot pilnīgi jaunu elementāru bāzi. Japāna ir pielikusi milzīgas pūles šajā sakarā, bet rezultāts vēl nav sasniegts. Arī ASV nevēlas atpalikt no Japānas - IBM arī veic pētījumus šajā jomā. Bet arī īpašie sasniegumi vēl nav redzami.

Att. 5. Mūsdienu mikroprocesors

Patērētāju elektronika

Kā minēts iepriekš, strauji augošais, augošais personālo datoru tirgus ir kļuvis par lokomotīvi elektronikas attīstībai. Pateicoties tam, mūsdienu sadzīves tehnika atgādina specializētu datoru. Televizoriem, mājas kinoteātriem, DVD atskaņotājiem ir tādi darbības parametri, kādus pirms divdesmit gadiem vienkārši nebija iespējams iedomāties.

Pat veļas mazgājamās mašīnas, ledusskapji, vienkārši jaunā gada vītne kontrolē mikrokontrolleri. Mūsdienu dziedošās un runājošās bērnu rotaļlietas, kas izgatavotas Ķīnā, arī ar mikrokontrolleru.Starp citu, pārsteidzošs fakts: divdesmitā gadsimta sešdesmitajos gados ķīnieši pat nespēja organizēt detektoru uztvērēju ražošanu, un tagad gandrīz visa elektronika tiek ražota Ķīnā.

Rūpniecībā arī jebkura mūsdienīga tehnoloģiskā procesa vadības ierīce, pat ne ļoti sarežģīta, ir veidota uz mikrokontrolleru bāzes, un tai parasti ir saskarne savienošanai ar datoru. Šāda saskarne ir, piemēram, elektroniski elektrības skaitītājikas ļauj tos izmantot automātiskās uzskaites sistēmās.

Mūsdienu elektronisko komponentu uzticamība ir diezgan augsta. Neskatoties uz to, nav nekas neparasts, ka jebkura elektroniskā iekārta kļūst nelietojama un nepieciešama remontam. Iekšā sadzīves elektronisko iekārtu sabrukšanas gadījums ne vienmēr ir iespējams aizvest bojāto ierīci uz specializētu darbnīcu, tas ne tikai atrodas visur. Tad radio amatieri nāk uz glābšanu, remontējot aprīkojumu savās mājas darbnīcās.

Šādu mājas meistaru kvalifikācija, kā likums, ir ļoti augsta, jo tiek remontēts ļoti plašs elektronisko iekārtu klāsts: no vienkāršiem durvju zvaniem līdz satelīta televīzijas sistēmām. Šādu semināru organizēšana un organizēšana mājās tiks apspriesta nākamajā rakstā.

Boriss Aladyshkin 

Skatīt arī mūsu mājas lapā:

Mikrokontrolleru izveides un attīstības vēsture, to galvenie veidi, īpašības un atšķirības

Radioamatieru darbnīca - darbarīki, materiāli un mērinstrumenti