Информационная электроника

ИНФОРМАЦИОННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Разработка информационных средств производилась структурами, для которых промышленные устройства были побочным продуктом, основные лежали в оборонной сфере. Это затрудняет восстановление исторических данных о творцах новой техники в этой сфере и местах их деятельности.

Поэтому представляется целесообразным выделить группу наиболее фундаментальных идей и способов преобразования информации, получивших всеобщее широкое признание, и проследить развитие средств для реализации этих идей.

Электронные средства обработки информации нашли наибольший спрос и развивались наиболее интенсивно в технике связи, вычислительной технике, автоматике и управлении. Областью применения и сферой человеческой деятельности, которая стимулировала развитие информационной техники и поставляла как заказы, так и средства их выполнения, стала оборонная промышленность.

О темпах развития электронных средств в информационной электронике говорят такие даты: первый транзистор появился в 1948 г.; с 1951 г. стало интенсивно развиваться производство электронных вычислительных машин на электронных лампах (их принято называть первым поколением ЭВМ), а с 1960 г. – ЭВМ второго поколения на транзисторах; в 1964 г. появляется новое – третье поколение ЭВМ на малых

и средних интегральных схемах; с некоторой условностью можно говорить о следующем – четвертом поколении ЭВМ, выполненном на больших интегральных схемах – БИС (1970 г.).

По‑настоящему революционный сдвиг в схемотехнической микроэлектронике произошел в 1971 г., когда фирмой «Intel» был создан микропроцессор – большая интегральная схема, где на одном кристалле – чипе (от английского chip) методами интегральной технологии созданы все основные части ЭВМ: процессор, запоминающее устройство, порты ввода и вывода. Первый микропроцессор обрабатывал 4‑разрядные двоичные слова и мог использоваться для программируемых (гибко перестраиваемых пользователем) устройств автоматизации. Степень интеграции быстро нарастает, в 1980 г. сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) насчитывают до 3 млн. транзисторов на одном чипе – многослойном кристалле кремния.

В развитии промышленных средств будем опираться на общеизвестные классификации информационных устройств по видам сигналов (аналоговые, цифровые) и так называемым поколениям средств электроники и микроэлектроники. Следует отдавать себе отчет, что информационное направление промышленной электроники представляет лишь одну ветвь современных информационных средств.

Перечень устройств, которые исторически входили в сферу промышленных применений, включает:

аналоговые устройства: усилители низкой частоты, фазочувствительные ламповые и транзисторные схемы; аналоговые стабилизаторы напряжения и тока; схемы управления командо‑аппаратами, реле, приводами исполнительных устройств;

ламповые и транзисторные импульсные и ключевые устройства;

аналогово‑цифровые и цифроаналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП);

средства отображения информации индивидуального и группового пользования;

средства управления и регулирования: аналоговые и цифровые регуляторы; логические управляющие устройства; цифровые автоматы; централизованные системы управления и контроля; автоматизированные системы управления;

управляющие ЭВМ; микропроцессоры и микропроцессорные средства управления;

промышленные микроконтроллеры; средства программирования, отладки, эмуляции, обучения персонала; системы автоматизированного проектирования средств автоматизации.

Последними на настоящий момент этапами развития микропроцессорных средств управления можно считать цифровую обработку сигналов в реальном времени с помощью цифровых сигнальных процессоров, использование экспертных оценок и принципов самообучения в управлении процессами. Одним из примеров применения нестрогих понятий для построения систем автоматического регулирования служит создание регуляторов на основе нечеткой логики. Элементная и аппаратная основа современных управляющих систем сделала огромный шаг навстречу потребителю – пользователю, заказчику.

Начало формы

Конец формы

Информационная электроника представляет собой совокупность аппаратных средств и алгоритмов (способов обработки и преобразования информации), выполняющих функции сбора, обработки, хранения, отображения информации и ее использования в задачах управления промышленными объектами и устройствами. За очень короткое (исторически) время функции информационных устройств промышленной электроники расширились и усложнились, элементная база претерпела изменения, которые принято характеризовать числом сменившихся поколений электронных приборов. Изменились конструкция и технологии изготовления, вклад средств электроники в технико-экономические показатели оборудования. С целью систематизации объектов описания и изучения предлагается хронологически-объектный подход: зарождение и первые шаги информационной электроники; первые применения в энергетике и машиностроении; направления развития информационной электроники.

Несмотря на многообразие функций, выполняемых информационной электроникой, она основана на ограниченном наборе фундаментальных технических идей. Значительная их часть известна с начала столетия, они используются в различных областях техники, упоминание о них можно найти в различных частях настоящей книги. Реализация этих идей в промышленных технических средствах преобразования информации существенно зависела от состояния и уровня технологии. В области информационной электроники наиболее распространенные преобразования информации включают:

- усиление электрических сигналов;

- сканирование, развертывающее преобразование сигнала;

- обратную связь, построение замкнутых систем;

- дискретизацию (квантование) сигнала по времени и уровню.

Более новые способы, получившие развитие в середине века:

- аппаратное преобразование Фурье, в том числе быстрое преобразование Фурье;

- цифровая фильтрация сигналов.

11.4.1. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ

Информационная электроника представляет собой совокупность аппаратных средств и алгоритмов (способов обработки и преобразования информации), выполняющих функции сбора, обработки, хранения, отображения информации и ее использования в задачах управления промышленными объектами и устройствами. За очень короткое (исторически) время функции информационных устройств промышленной электроники расширились и усложнились, элементная база претерпела изменения, которые принято характеризовать числом сменившихся поколений электронных приборов. Изменились конструкция и технологии изготовления, вклад средств электроники в технико‑экономические показатели оборудования. С целью систематизации объектов описания и изучения предлагается хронологически‑объектный подход: зарождение и первые шаги информационной электроники; первые применения в энергетике и машиностроении; направления развития информационной электроники.

Несмотря на многообразие функций, выполняемых информационной электроникой, она основана на ограниченном наборе фундаментальных технических идей. Значительная их часть известна с начала столетия, они используются в различных областях техники, упоминание о них можно найти в различных частях настоящей книги. Реализация этих идей в промышленных технических средствах преобразования информации существенно зависела от состояния и уровня технологии. В области информационной электроники наиболее распространенные преобразования информации включают:

усиление электрических сигналов;

сканирование, развертывающее преобразование сигнала;

обратную связь, построение замкнутых систем;

дискретизацию (квантование) сигнала по времени и уровню.

Более новые способы, получившие развитие в середине века:

аппаратное преобразование Фурье, в том числе быстрое преобразование Фурье;

цифровая фильтрация сигналов.

^{Рис. 11.12. Первые микромодули (1955–1960 гг.)}

^{а – объемно‑плоские; б – микроэлементы, собранные в «этажерки»; в – герметизированные; г – блок аппаратуры на микромодулях}