цифровая техника это что
Что относится к цифровой технике?
Современная офисная техника позволяет сделать работу сотрудников коммерческого подразделения более лёгкой и эффективной. Кроме того, цифровая техника обеспечивает защиту коммерческой информации и материальных ценностей.
К цифровой техники можно отнести:
Сотрудникам офиса коммерческой компании приходится заниматься обработкой большого количества как бумажной, так и электронной документации. Разумеется, персональный компьютер является основным устройством, предназначенным для обработки данных, однако, он способен решить далеко не все производственные задачи. Офисная техника должна выполнять такую работу, как размножение, уничтожение и обрезка документации, ламинирование, сканирование и печать отчётов. Кроме того, информация должна передаваться по различным линиям связи.
Практически в каждом офисе можно встретить такую оргтехнику, как принтер (струйный либо лазерный). Принтер – это незаменимое устройство, позволяющее перенести цифровые данные на бумажный носитель. Полиграфические предприятия, занимающиеся печатью рекламных материалов, используют широкоформатные плоттеры.
Для записи деловых писем либо фиксации хода конференции многие современные руководители используют диктофоны цифровые, обладающие встроенной памятью. Эти устройства могут подключаться к компьютеру для обработки и передачи записанных данных. Дополнительными функциями диктофонов являются автостоп, автореверс, счётчик, активация записи по наличию голоса и т.п. Качество полученной записи зависит не только от характеристик самого аппарата, но и от способа кодирования сигнала.
Для получения дубликатов текстов и изображений используется копировальная машина. Выбирать данное устройство следует, исходя из предполагаемой частоты использования и количества копий материалов. Большой популярностью в офисах многих компаний пользуется факс – этот агрегат будет особенно полезен организациям, сотрудники которых часто рассылают коммерческие предложения.
Сохранность коммерческой документации и материальных ценностей является одной из наиболее важных задач, возлагаемых на руководителя предприятия. Обеспечить безопасность помогут GSM-системы, позволяющие выявить наличие возгорания, незаконное проникновение либо иную нештатную ситуацию.
Не следует также забывать о компьютерной безопасности – в противном случае конкуренты могут попытаться похитить ценную информацию (клиентские базы, отчётности и прочую документацию), хранящуюся в электронном виде. Своевременное обновление установленного ПО и антивирусных систем позволит избежать многих неприятностей.
Что такое цифровая техника?
Это отрасль техники (электроники), в которой сигналы, действующие в схемах, могут, как правило, иметь лишь два крайних (дискретных) уровня; высокий и низкий в отличие от аналоговых сигналов, которые имеют произвольные уровни и изменяются непрерывно (рис. 12.1).
Рис. 12.1. Пример цифрового (а) и аналогового (б) сигналов:
1 — высокий уровень; 2 — низкий уровень
Элементы схем (лампы, транзисторы, диоды) работают как электронные ключи и находятся в одном из двух крайних состояний: пропускания (включения) или запирания (выключения).
Главные достоинства цифровой техники: высокая надежность и очень высокая помехоустойчивость. Кроме того, «двухуровенность» сигналов часто исключает ошибки при передаче и воспроизведении информации, содержащейся в цифровом сигнале, поскольку распознавание двух крайних уровней сигнала является надежным даже при наличии больших искажений и помех.
Цифровая техника находит широкое применение в измерительных, устройствах, математических и вычислительных машинах, различных профессиональных электронных устройствах и все более широко в бытовой аппаратуре повседневного использования. Во многих случаях введение цифровой техники вместо аналоговой увеличивает надежность работы и точность (в частности, устраняется погрешность отсчета), упрощает конструкцию, уменьшает габаритные размеры и массу устройств, упрощает программирование, дает возможность регистрации информации. Используемые в цифровой технике схемы имеют также ряд преимуществ: их можно изготавливать в виде полупроводниковых интегральных микросхем.
Технологии и изобретения в электронике, которые изменили мир
Содержание
Содержание
В 20 веке произошел рывок во многих научных областях, которые перевернули рынок и наполнили его совершенно новыми товарами. Все, что мы сегодня покупаем — от калькулятора до смартфона, от активной колонки до большого ЖК-телевизора, — все это продукты научно-технического рывка, произошедшего в 20 веке. Давайте вспомним самые важные научные прорывы, которые навсегда изменили рынок и нашу жизнь.
Между ключевым открытием в науке или гениальным изобретением и тем моментом, когда индустрия производства товаров начинает пользоваться ими и наполняет рынок совершенно новыми товарами, зачастую проходят десятки лет.
Чарльз Бэббидж, создавший механическую вычислительную машину в 1833 году, прообраз современных компьютеров, вряд ли предполагал, что через полтора столетия миниатюрные цифровые вычислительные машины заполнят все ниши рынка — от наручных часов, мультиварок и стиральных машин, и до смартфонов и персональных компьютеров.
Должно было произойти еще немало научных открытий и придумано изобретений, которые, дополняя друг друга, создали почву для революционного переворота рынка. Одним из таких изобретений стало создание транзистора.
Изобретение транзистора
В первой половине 20 века в электронике активно применялись вакуумные лампы, обладавшие рядом серьезных минусов: высокое тепловыделение, ненадежность, большие размеры. В 1947 году усилиями трех ученых фирмы Bell Telephone Laboratories был изобретен первый биполярный транзистор. Ученые У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен в 1956 году получили за это изобретение нобелевскую премию по физике.
Потенциал этого изобретения был оценен не сразу и вытеснение вакуумных ламп в электронных устройствах транзисторами затянулось надолго. Все поменяло изобретение в 1960 году МОП-транзистора, который стал фундаментом современной электроники. Сокращение МОП означает «металл-оксид-полупроводник», а еще его называют транзистором с изолированным затвором.
Последовавшая следом миниатюризация электронных компонентов перевернула рынок. Громоздкие устройства стали заменяться небольшими и экономичными. Радиоприемники размером с пачку сигарет, электронные наручные часы и карманные калькуляторы в 1970-х годах уже никого не удивляли.
Но главное предназначение транзистора оказалось в возможности создания компактных и быстрых ЭВМ, электронно-вычислительных машин, которые начали бурное развитие в 1960-х годах. В 1970-х годах произошла их минитюаризация за счет применения интегральных микросхем и, как следствие, нарастающий выход на потребительский рынок.
В конце 1970-х и начале 1980-х годов происходит взрывной рост числа различных домашних компьютеров: Apple II, Commodore 64, ZX Spectrum, Atari 400, Amiga 1000. Возможность играть в компьютерные игры, писать электронную музыку и программировать стала доступна каждому. Рынок электронных развлечений, зародившийся тогда, сейчас превратился в многомиллиардную отрасль, которая двигает прогресс в электронной сфере.
Выход в сентябре 2020 года видеокарт линейки Ampere от Nvidia: GeForce RTX 3090, RTX 3080 и RTX 3070, это прямое следствие и развитие тех первых домашних компьютеров с их скромными разрешениями и 8-ю или 16-ю цветами. Технологические наработки, полученные при развитии игровых видеокарт, той же компанией Nvidia вкладываются в развитие устройств искусственного интеллекта, машинного обучения и персональных суперкомпьютеров NVIDIA DGX Station.
Благодаря миниатюризации транзисторов и интегральных микросхем мы имеем сейчас рынок смартфонов, которые быстро нарастили мощность настолько, что сделали ПК ненужным для многих. Смартфон сейчас — это и средство общения, и замена телевизору, и музыка, и игры, и даже работа. Но все это было бы невозможным без миниатюрных систем питания, таких как литий-ионные батареи.
Литий-ионные батареи и мобильная техника
Уже вначале 1980-х годов была возможность делать очень компактные электронные устройства. Например, домашний компьютер ZX Spectrum вполне можно было сделать мобильным, похожим на современные игровые консоли Nintendo Switch, но все упиралось в отсутствие компактных и емких аккумуляторов. Положение дел на рынке мобильной техники тех лет очень хорошо характеризует популярный анекдот про «суперчасы» и чемодан батареек к ним.
Все изменилось в начале 1990-х годов, когда на рынке появились литий-ионные (li-Ion) батареи. Главный вклад в их развитие внесли ученые из разных стран: Джон Гуденоу, Стэнли Уиттингемиз и Акира Ёсино. Разработка велась с конца 1970-х годов, а в 2019 году интернациональный коллектив получил за изобретение литий-ионных батарей нобелевскую премию по химии.
Устройство литий-ионных батарей довольно простое, а эффективность дает подбор уникальных материалов. Грубо говоря, у li-Ion батареи один электрод сделан из графита, а второй — из оксида кобальта. Разделенные полупроницаемой мембраной, электроды взаимодействуют с электролитом, богатым ионами лития.
Литий-ионные батареи оказались нужны везде — в только-только появившихся мобильных телефонах, ноутбуках, часах, калькуляторах и множестве других электронных устройств. Рынок таких девайсов начал бурно развиваться и если сейчас вы оглядитесь по сторонам, то обязательно увидите маленькое электронное устройство с Li-Ion батареей: смартфон, планшет, смарт-часы, калькулятор, ноутбук или беспроводную мышь.
Литий-ионные батареи сейчас переживают апогей своего развития, их все уменьшающийся вес и увеличивающаяся емкость позволяют строить на их основе даже средства передвижения: электро-самокаты, электро-велосипеды, моноколеса и гироскутеры.
Отдельно стоит упомянуть квадрокоптеры, которые совсем недавно появились на рынке. Их создание было невозможно без миниатюризации управляющей электроники и системы питания. Популярные модели могут держаться в воздухе около получаса, производя качественную видеосъемку.
Но прогресс не стоит на месте и в этом году стали появляться новости о создании атомных батарей со сроком службы в 20 и более лет. Представьте, как изменится рынок мобильной техники, если ее больше не надо будет заряжать.
Изобретение жидкокристаллических экранов
Современная мобильная техника немыслима без ЖК-экрана, который позволил кардинально уменьшить размеры и вес устройств. Еще каких-то 15-20 лет назад ЭЛТ-экраны удерживали лидирующие позиции на рынке ПК, мониторов и бытовых телевизоров, но сегодня на этом рынке безоговорочно царствуют ЖК-дисплеи.
А в мобильной технике и миниатюрной электронике — в наручных часах, калькуляторах, небольших информационных дисплеях, ЖК-экраны стали доминировать еще в 70-х годах прошлого века.
Основой ЖК-экранов является вещество цианофенил, которое, находясь в жидком состоянии, имеет свойства, присущие кристаллам. Первые описания подобных веществ сделал ученый Ф. Ренитцер еще в 1888 году, но никто не знал, как применить их свойства на практике.
В 1930 году ученые из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение, но рынок еще не был готов к этой революционной технологии. Как и в случае с другими важнейшими изобретениями, время между первыми работающими образцами и массовым появлением на рынке измеряется десятилетиями.
Только в 1960-х годах компания RCA представила прототип наручных часов с ЖК-экраном. Большой вклад в развитие ЖК-экранов внесла корпорация Sharp, выпустив первый в мире калькулятор CS10A с ЖК-экраном в 1964 году. А в 1976 году на рынке появился первый телевизор с ЖК-экраном диаметром 5,5 дюйма и разрешением 160х120 точек.
В 1980-е годы Sharp остается ведущим разработчиком ЖК-экранов, выпустив в 1987 году первый цветной дисплей диаметром 3 дюйма, основанный на технологии STN (Super-TwistedNematic), а в 1988 году — первый в мире цветной ЖК-дисплей диаметром 14 дюймов.
В 1990-х годах начинается бурное развитие рынка ЖК-экранов, изобретаются новые технологии, такие как IPS (англ. in-plane switching). Небольшие дисплеи понадобились везде — в мобильных телефонах, ноутбуках, видеокамерах и фотоаппаратах.
Сегодня ЖК-экраны окружают нас везде, где бы мы ни находились: телевизор, ноутбук, планшет, смартфон, смарт-часы и даже электронный термометр — везде стоит ЖК-экран. Переоценить их воздействие на мобильную электронику трудно — ведь они компактны, дешевы, позволяют создавать сенсорные экраны и потребляют совсем мало энергии.
На рынке сегодня доминируют три основные технологии изготовления ЖК-дисплеев: TN+film, IPS (SFT, PLS) и MVA. Каждая из технологий имеет свои достоинства и недостатки и, судя по всему, еще долго будут соседствовать на рынке.
Изобретение светодиодных экранов
Яркий свет огромных рекламных панелей, который окружает нас в городах, бегущие цифры на табло рейсов в аэропортах и железнодорожных вокзалов, огромные информационные экраны в биржах и на стадионах — это все светодиодные экраны. Уже мало кто помнит времена, когда все эти экраны и вывески создавались на базе громоздких и прожорливых ламп накаливания. Экономичные и недорогие светодиоды заняли рынок быстро и незаметно.
Первые упоминания о светодиодном эффекте были получены в 1907 году от британского экспериментатора Генри Раунда из компании Маркони Лабс. Он описал электролюминесценцию, которая происходит при прохождении тока в соединении металла и карбида кремния, выражающуюся в желтом, оранжевом и зеленом свечении.
И опять прошло почти полвека между изобретением и его первой практической реализацией. Только в 1962 году был выпущен светодиод красного цвета, который можно было использовать в производстве информационных табло. Разработал его ученый Ник Холоньяк для компании General Electric.
Но светодиоды оставались очень дорогими до 1970-х годов, когда их удешевление совпало с радикальным увеличением их яркости и появлением новых цветов свечения.
А в начале 1990-х годов исследователи из компании Nichia Chemical Industries изобретают недорогие диоды синего и белого цветов, за что впоследствии получили нобелевскую премию по физике.
Нельзя не упомянуть о важнейшей нише светодиодов — системах освещения. Светодиоды за последние 10 лет перевернули рынок систем освещения, вытеснив лампы накаливания и галогенные лампы из наших домов. Энергоэффективные диоды теперь стоят почти в каждой лампочке и уличном фонаре. Подсветка ЖК-экранов, лампочки в фонариках — практически любой источник света сегодня изготавливается с применением светодиодов.
Беспроводные сети — пара слов о Wi-Fi
Современный расцвет мобильной электроники был бы невозможен без удобной и надежной связи между устройствами. Сегодня эта роль лежит на Wi-Fi, самом популярном беспроводном стандарте связи. Это самая молодая технология из упомянутых, ведь стандарт Wi-Fi был разработан совсем недавно, в 1998 году, в лаборатории радиоастрономии CSIRO, в Австралии.
Максимальная скорость стандарта Wi-Fi 802.11a в 1999 году составляла внушительные для тех лет 54 Мбит/с. А сегодня, спустя 20 лет, в стандарте 802.11ax скорость доходит до 11 Гбит/с.
За какие-то 10 лет практически в каждой квартире появилась Wi-Fi-точка, которая позволяет нашим мобильным устройствам получать интернет на огромной скорости. Сложные онлайн-игры, видеосвязь, музыка, а тем более — видео высокой четкости на наших смартфонах, все это заслуга Wi-Fi-связи.
Итоги
Анализируя ключевые научные прорывы, которые перевернули рынок электронных устройств, сразу замечаешь два фактора, которые заметно влияют на итоговый результат.
Во-первых, это заметный временной интервал между изобретением и практическим внедрением технологии. Иногда проходит полвека, прежде чем гениальное изобретение начинает приносить плоды. Но, в последние годы этот интервал становится все короче, ведь научно-технический прогресс ускоряется.
А во-вторых, очень заметно такое влияние прорывов в разных областях науки и техники, что потом, спустя несколько десятилетий они, дополняя друг друга, позволяют создать совершенно новое устройство.
И смартфон, с которого, скорее всего, вы читаете этот текст — это и миниатюрные транзисторы в интегральных микросхемах, и мощная li-Ion батарея, и ЖК-дисплей, подсвеченный светодиодами, и Wi-Fi связь, позволяющая получать быстрый интернет без проводов.
Уберите из этой формулы что-то одно, и устройство уже не cможет существовать в том виде, к которому мы все привыкли.
Цифровая электроника и ее достоинства и недостатки
Цифровая электроника — это системы, которые используют цифровой сигнал вместо аналогового. Цифровые электронные схемы — это те, которые работают с цифровыми сигналами. Это дискретные сигналы, которые выбираются из аналогового сигнала. Цифровые схемы используют двоичную запись для передачи сигнала. Цифровая схема состоит из небольших электронных схем, называемых логическими элементами, которые используются для создания комбинированной логики. Каждый логический элемент построен для выполнения функции булевой логики, действующей на логические сигналы.
Почему ИТ-инженеры должны знать о цифровой системной электронике
Информатика и инженерия имеют несколько областей электротехники и необходимы для создания компьютерного оборудования и программного обеспечения. ИТ-инженеры обучаются электронному инжинирингу, разработке программного обеспечения и интеграции аппаратного программного обеспечения, а не только разработке программного обеспечения или электронному инжинирингу Начиная с разработки отдельных микроконтроллеров, микропроцессоров, персональных компьютеров и суперкомпьютеров, компьютерные инженеры, работающие с микросхемами, участвуют во многих аппаратных и программных расчетах.
В цифровой электронике используется технология VLSI, которая значительно уменьшила размер и площадь печатных плат и повысила точность и производительность систем. Преимущественно цифровые системы имеют преимущество шифрования данных для целей связи. Передача данных безопасна. Все эти факторы ясно показывают, что цифровой электронный поток имеет широкий диапазон в будущем в современную эпоху.
Преимущества цифровой электроники
Цифровые электронные схемы относительно просты в разработке.
Имеет большую точность с точки зрения точности.
Переданные сигналы не теряются на большие расстояния.
Цифровые сигналы могут быть легко сохранены.
Цифровая электроника более устойчива к «ошибкам» и «шумам», чем аналоговая. Но в случае высокоскоростных проектов небольшой шум может вызвать ошибку сигнала.
Напряжение в любой точке цифровой цепи может быть высоким или низким; поэтому вероятность путаницы меньше.
Цифровые схемы обладают гибкостью, которая может изменять функциональные возможности цифровых схем путем внесения изменений в программное обеспечение вместо изменения фактической схемы.
Недостатки цифровой электроники
Реальный мир является аналоговым, всех размеров, таких как свет, температура, звук и т. Д. Цифровые системы необходимы для преобразования непрерывного сигнала в дискретный, что приводит к небольшим ошибкам квантования. Чтобы уменьшить ошибки квантования, большой объем данных должен храниться в цифровой схеме.
Цифровые схемы работают только с цифровыми сигналами, поэтому для этого процесса необходимы кодеры и декодеры. Это увеличивает стоимость оборудования.
Цифровая техника
Цифровые решения (англ. Digital technology ) — технологии, которые основаны на представлении сигналов дискретными полосами аналоговых уровней, а не в виде непрерывного спектра.
Содержание
Все уровни данных технологий, в пределах полосы, представляют собой одинаковое состояние сигнала. Цифровая технология работает, в отличие от аналоговой, с дискретными, а не непрерывными, сигналами. Кроме того, сигналы имеют небольшой набор значений, как правило, два. В реальной жизни системы, особенно учётные системы хранения данных, имеют в своей основе три значения. Обычно это 0, 1, NULL, которые в булевской алгебре имеют значения «Ложь», «Истина» и в присутствии NULL «отсутствие результата» соответственно. Цифровые схемы состоят в основном из логических элементов, таких как AND, OR, NOT и др., а также могут быть связаны между собой счётчиками и триггерами. Цифровые технологии главным образом используются в вычислительной цифровой электронике, прежде всего компьютерах, в различных областях электротехники, таких как игровые автоматы, робототехника, автоматизация, измерительные приборы, радио- и телекоммуникационные устройства и многих других цифровых устройствах.
Преимущества [ | ]
Одно из преимуществ цифровых схем по сравнению с аналоговыми [1] заключается в том, что, во-первых, сигналы могут быть переданы без искажений. Например, непрерывный звуковой сигнал, передающийся в виде последовательности 1 и 0, может быть восстановлен без ошибок при условии, что уровень шума при передаче был достаточно низким и не мешал идентификации 1 и 0. Час музыки может быть сохранён на компакт-диске с использованием всего лишь около 6 млрд двоичных разрядов.
Цифровыми системами с компьютерным управлением можно управлять с помощью программного обеспечения, добавляя новые функции без замены аппаратных средств. Часто это может быть сделано без участия завода-изготовителя путём простого обновления программного продукта. Подобная функция позволяет быстро адаптироваться к изменяющимся требованиям. Кроме того, возможно применение сложных алгоритмов, которые в аналоговых системах невозможны или же осуществимы, но только с очень высокими расходами.
Хранение информации в цифровых системах проще, чем в аналоговых. Помехоустойчивость цифровых систем позволяет хранить и извлекать данные без повреждения. В аналоговой системе старение и износ может ухудшить записанную информацию. В цифровой же, до тех пор, пока общие помехи не превышают определённого уровня, информация может быть восстановлена совершенно точно.
Недостатки [ | ]
В некоторых случаях цифровые схемы используют больше энергии, чем аналоговые для выполнения одной и той же задачи, выделяя больше тепла, что повышает сложность схем, например, путём добавления кулера. Это может ограничить их использование в портативных устройствах, питающихся от батареек.
Например, сотовые телефоны часто используют маломощный аналоговый интерфейс для усиления и настройки радио-сигналов от базовой станции. Тем не менее, базовая станция может использовать энергоёмкую, но очень гибкую программно-определяемую радиосистему. Такие базовые станции можно легко перепрограммировать для обработки сигналов, используемых в новых стандартах сотовой связи.
Возможна также потеря информации при преобразовании аналогового сигнала в цифровой. Математически это явление может быть описано как ошибка округления.
В некоторых системах при потере или порче одного фрагмента цифровых данных может полностью измениться смысл больших блоков данных.
При длительном использовании файлов в интернете они могут подвергаться различным искажениям (кадрирование, уменьшение размера, наложение логотипов, переконвертация в другой формат, удаление метаданных), из-за чего возникает «цифровой износ». [2] Одним из примеров этого процесса является использование фотохостингов. Часто пользователи используют фотохостинги как место хранения фотографий и удаляют оригиналы со своих устройств, из-за чего у них остаются фотографии с ухудшившимися свойствами. [3] [4]