Что такое компьютер и как он устроен. Что значит атмосферный двигатель и как устроен атмосферник Что значит как устроен

Что такое храм? Чем храм отличается от часовни и церкви? Зачем нам ходить в церковь? Как устроен православный храм?

Храм, церковь, часовня: в чем отличия

Храм (от старорус. «хоромы», «храмина») - архитектурное сооружение (здание), предназначенное для совершения богослужений и религиозных обрядов.

Христианский храм также называют «церковью». Само слово «церковь» происходит от греч. Κυριακη (οικια) - (дом) Господа.

Фото — Юрий Шапошник

Собором обычно называют главную церковь города или монастыря. Хотя местная традиция может не слишком строго придерживаться этого правила. Так, например, в Санкт-Петербурге есть три собора: Исаакиевский, Казанский и Смольный (не считая соборов городских монастырей), а в Свято-Троицкой Сергиевой Лавре соборов два: Успенский и Троицкий.

Церковь, где находится кафедра правящего епископа (архиерея), называется кафедральным собором.

В православном храме обязательно выделяют алтарную часть, где находится Престол, и трапезу – помещение для молящихся. В алтарной части храма, на Престоле, совершается таинство Евхаристии.

В Православии часовней принято называть небольшое здание (сооружение), предназначенное для молитвы. Как правило, часовни возводятся в память о событиях, важных для сердца верующего человека. Отличие часовни от храма состоит в том, что часовня не имеет Престола и там не совершается Литургия.

История храма

Нынешний богослужебный устав предписывает совершать богослужение главным образом в храме. Что касается самого наименования храм, templum, то оно вошло в употребление около 4 века, ранее так именовали язычники свои места, где собирались для молитвы. У нас, христиан, храмом называется особое посвященное Богу здание, в котором собираются верующие для получения благодати Божией чрез таинство Причащения и другие таинства, для возношения молитв Богу, имеющих общественный характер. Так как в храме собираются верующие, составляющие собою Церковь Христову, то храм называется также «церковью,» слово, происшедшее от греческого «кириакон» что значит: «дом Господень».

Освящение собора Архангела Михаила, заложенного в 1070 г. Радзивиловская летопись

Храмы христианские, как особые богослужебные здания, стали появляться у христиан в значительном числе лишь после прекращения гонений со стороны язычников, то есть с IV века. Но и до этого храмы уже начали строиться, по крайней мере, с 3 века. Христиане первой иерусалимской общины еще посещали ветхозаветный храм, но для совершения Евхаристии они собирались уже отдельно от иудеев «по домам» (Деян. 2:46). В эпоху гонений на христианство со стороны язычников главным местом богослужебных собраний христиан были катакомбы. Так назывались особые подземелья, вырытые для погребения умерших. Обычай погребения мертвых в катакомбах был довольно распространен в дохристианской древности, как на востоке, так и на западе. Места погребений, по римским законам, признавались неприкосновенными. Римское законодательство допускало также свободное существование погребальных обществ, какого бы вероисповедания они ни держались: они пользовались правом собраний в местах погребений своих сочленов и даже могли иметь там свои алтари для отправления их культов. Отсюда понятно, что первые христиане широко пользовались этими правами, вследствие чего главными местами богослужебных собраний их, или первыми храмами древности, были катакомбы. Эти катакомбы сохранились до настоящего времени в разных местах. Наибольший интерес представляют нам лучше всего сохранившиеся катакомбы в окрестностях Рима, так называемые «катакомбы Каллиста.» Это целая сеть переплетающихся между собой подземных коридоров с разбросанными кое-где среди них более или менее обширными помещениями, как бы комнатами, носящими название «кубикул.» В этом лабиринте, без помощи опытного проводника, весьма легко запутаться, тем более, что коридоры эти расположены иногда в несколько этажей, и можно из одного этажа незаметно перейти в другой. Вдоль коридоров выдолблены ниши, в которых и замуровывались усопшие. Кубикулы представляли собой фамильные склепы, а еще большие помещения «крипты» представляли собой те именно храмы, в которых христиане во времена гонений отправляли свои богослужения. В них устанавливалась обыкновенно гробница мученика: она служила престолом, на котором совершалась Евхаристия. Отсюда и ведет свое начало обычай полагать в новоосвященном храме святые мощи внутри престола и в антиминсе, без которого не может совершаться Божественная литургия. По сторонам этого престола или гробницы устроялись места для епископа и пресвитеров. Самые большие помещения катакомб принято называть «капеллами» или «церквами.» В них нетрудно уже различить многие составные части нашего современного храма.

Храм в Священном Писании

Ветхозаветный Иерусалимский храм преобразовал Церковь Нового Завета, в которую должны войти все народы для поклонения Богу в духе и истине (Ин. 4:24). В Священном Писании Нового Завета тема храма нашла наиболее яркое освещение в Евангелии от Луки.

Благовестие от Луки начинается с описания знакового события, совершившегося в храме Иерусалимском, а именно с описания явления архангела Гавриила старцу Захарии. Упоминание об архангеле Гаврииле ассоциируется с пророчеством Даниила о семидесяти седминах, то есть с числом 490. Это значит, что пройдет 490 дней, включающих 6 месяцев до Благовещения Деве Марии, 9 месяцев до Рождества Христова, то есть 15 месяцев, равняющихся 450 дням, и 40 дней до Сретения Господня, и в этом же самом храме явится обетованный пророками Мессия Христос, Спаситель мира.

В Евангелии от Луки Симеон Богоприимец в Иерусалимском храме возвещает миру «свет к просвещению язычников» (Лк. 2:32), то есть свет к просвещению народов. Здесь же – Анна пророчица, вдова 84 лет, «которая не отходила от храма, постом и молитвою служа Богу день и ночь» (Лк. 2:37), и которая явила в своей богоугодной жизни светлый прообраз многих православных русских старушек, носительниц подлинного церковного благочестия на общем мрачном фоне слепого религиозного отступления в условиях жесткого богоборческого режима.

В Евангелии от Луки мы находим единственное во всём каноне Нового Завета свидетельство о детстве Господа Иисуса Христа. Это драгоценное свидетельство евангелиста Луки имеет своим предметом событие, происходившее в храме. Святой Лука повествует, что каждый год Иосиф и Мария ходили в Иерусалим на праздник Пасхи и что однажды 12-летний Отрок Иисус остался в Иерусалиме. Иосиф и Мария на третий день «нашли Его в храме, сидящего посреди учителей» (Лк. 2:46).

В ответ на их недоумение Божественный Отрок произнес исполненные непостижимого смысла таинственные слова: «Зачем было вам искать Меня? Или вы не знали, что Мне должно быть в том, что принадлежит Отцу Моему?» (Лк. 2:49). Евангелие от Луки заканчивается описанием Вознесения Христова на небо и возвращением апостолов в Иерусалим с указанием на то обстоятельство, что они «пребывали всегда в храме, прославляя и благословляя Бога» (Лк. 24:53).

Тема храма имеет свое продолжение в книге Деяний святых апостолов, которая начинается с описания Вознесения Христа Спасителя и Сошествия Святого Духа на учеников Христовых с указанием на то, что «все… верующие были вместе… и каждый день единодушно пребывали в храме» (Деян. 2:44-46). Свидетельство книги Деяний ценно в том отношении, что относится к освещению исторического аспекта бытия Церкви Христовой. В Новом Завете храм является сосредоточием, видимым проявлением и конкретным обнаружением жизни Единой Святой Соборной и Апостольской Церкви, актуальным воплощением соборного религиозного опыта народа Божия.

Зачем ходить в церковь?

Надо для себя осмыслить, что такое Церковь вообще. Вопрос мирского человека, для которого Церковь – это что-то непонятное, чуждое, отвлеченное, далекое от его реальной жизни, поэтому он и не входит в нее. Апостол Павел отвечает на него так, как никто больше не смог ответить за всю историю человечества: «Церковь есть тело Христово», при этом добавляет – «столп и утверждение истины». И дальше добавляет, что мы все «уди от части», то есть члены этого организма, частички, клеточки, можно сказать. Здесь уже чувствуешь какую-то очень глубокую тайну, это уже не может быть чем-то отвлеченным – организм, тело, кровь, душа, работа всего тела и соподчиненность, соорганизованность этих клеточек. Мы подходим к вопросу отношения к вере в Бога мирского человека и церковного. Церковь – это не столько юридический институт и общественная организация, но, прежде всего, это то, о чем говорит апостол Павел – некое таинственное явление, общность людей, Тело Христово.

Человек не может быть один. Он должен принадлежать какому-то направлению, философии, взглядам, мировоззрению, и если в какое-то время ощущение свободы, внутреннего выбора, оно – особенно в молодости – интересно для человека, то опыт жизни показывает, что человек не может добиться ничего в жизни один, ему нужно иметь какой-то круг, какую-то социальную общность. На мой взгляд, чисто индивидуалистичен такой мирской подход к «личному» Богу вне церкви, это просто иллюзия человеческая, это невозможно. Человек принадлежит человечеству. И та часть человечества, верующая в то, что Христос воскрес, и свидетельствующая об этом – это и есть Церковь. «Будете Мне свидетелями», - говорит Христос апостолам – «даже до края земли». Православная церковь это свидетельство свое осуществляет, и во время гонений осуществляла, и эта традиция сохранилась поколениями людей в разных обстоятельствах.

В православии, в церкви есть очень важная вещь – есть реальность, есть трезвость. Человек постоянно вглядывается в себя и не своим собственным зрением исследует что-то в себе и в окружающей жизни,а просит помощи и участия в своей жизни благодати Божией, которая как бы просвечивает всю его жизнь. И здесь очень важен становится как раз авторитет традиции, тысячелетний опыт церкви. Опыт живой, действенный и действующий в нас через благодать Духа Святаго. Вот это дает другие плоды и другие результаты.

Устройство православного храма

Внутреннее расположение храмов определяется еще с глубокой древности целями христианского богослужения и символическим воззрением на их значение. Как всякое целесообразное здание, христианский храм должен был удовлетворять тем целям, для которых он предназначался: во-первых, в нем должно было находиться удобное пространство для священнослужителей, совершавших богослужение, во-вторых, помещение, где стояли бы молящиеся верные, то есть уже крещеные христиане; и, в-третьих, должно было быть особое помещение для оглашенных, то есть еще не крещеных, а только готовившихся принять крещение, и кающихся. Сообразно этому, как в ветхозаветном храме было три отделения «святое святых,» «святилище» и «двор,» так и христианский храм издревле разделялся на три части: алтарь, средняя часть храма, или собственно «церковь,» и притвор.

Алтарь

Важнейшая часть христианского храма есть алтарь. Наименование алтарь
происходит от латинского alta ara - возвышенный жертвенник. По обычаю древней
Церкви алтарь помещался всегда в полукружии на восточной стороне храма.
Христиане усвояли востоку высшее символическое значение. На востоке был рай, на
востоке соделано спасение наше. На востоке восходит вещественное солнце, дающее
жизнь всему живущему на земле, на востоке же взошло и Солнце Правды, дающее
вечную жизнь человечеству. Восток всегда признавался символом добра, в
противоположность западу, который считался символом зла, областью нечистых
духов. Сам Господь Иисус Христос олицетворяется под образом востока: «Восток имя
ему,» (Зах. 6:12; Пс. 67:34), «Восток с высоты» (Лук. 1:78), а св. пророк
Малахия называет Его «Солнцем правды» (4:2). Вот почему христиане в молитвах
всегда обращались и обращаются на восток (см. Св. Василия Великого 90 правило).
Обычай римо-католиков и протестантов обращать алтари к западу установился на
западе не ранее 13 века. Алтарь (по-гречески «вима,» или «иератион») означает высокое место, кроме того знаменует собою также земной рай,
где жили прародители, те места, откуда шествовал Господь на проповедь, Сионскую
горницу, где установил Господь Таинство Причащения.

Алтарь есть место одних
священнодействующих, которые, подобно небесным бесплотным силам, служат перед
престолом Царя Славы. Мирянам вход в алтарь запрещается (69 прав., 6-го вселен.
собора, 44 пр. Лаод. собора). Могут входить в алтарь лишь причетники, помогающие
при совершении богослужения. Женскому полу вход в алтарь запрещается безусловно.
Только в женских монастырях разрешается входить в алтарь постриженной монахине
для уборки алтаря и прислуживания. Алтарь, как показывает самое его название (от
латинских слов alta ara, что значит «высокий жертвенник» (устраивается выше
других частей храма ступенью, двумя, а иногда и более. Таким образом, он
становится более видимым для молящихся и наглядно оправдывает свое символическое
значение «горнего мира.» Входящий в алтарь обязан положить три земных поклона в
будничные дни и богородичные праздники, а в воскресные дни и господские
праздники три поясных поклона.

Святой престол

Главную принадлежность алтаря составляет
святой престол, по-гречески «трапеза,» как он называется иногда и по
церковно-славянски в наших богослужебных книгах. В первые века христианства в
подземных церквах катакомб престолом служила гробница мученика, по необходимости
имевшая форму удлиненного четырехугольника и примыкавшая к алтарной стене. В
древних же надземных церквах престолы стали устраиваться почти квадратные, на
одной или на четырех подставках: делались они деревянными в виде обыкновенного
стола, но потом стали изготовляться из драгоценных металлов, иногда устраивались
престолы каменные, мраморные. Престол знаменует собой небесный престол Божий, на
котором таинственно присутствует Сам Господь Вседержитель.
Он именуется также
«жертвенником» (по-гречески «фисиастирион»), потому что на нем
приносится Бескровная Жертва за мир. Престол изображает собою и гроб Христов,
ибо на нем полагается Тело Христово. Четырехугольная форма престола символически
изображает то, что на нем приносится жертва для всех четырех стран света, что
все концы земли призываются ко вкушению Тела и Крови Христовой.

Соответственно двоякому значению престола, он облачается в две одежды,
нижнюю белую одежду, которая называется «срачицей» (по-гречески «катасаркион» «приплотие») и изображает собой плащаницу, коею было обвито Тело
Спасителя, и верхнюю «индитию» (от греческого «эндио» «одеваю») из драгоценной
блестящей одежды, которая изображает славу престола Господня. При освящении
храма нижняя одежда срачица обвивается вервию (веревкой), которая символизирует
собою узы Господа, коими Он был связан, когда Его вели на суд к первосвященникам
Анне и Каиафе (Иоан. 18:24). Вервь обвязывается вокруг престола так, что со всех
четырех сторон его получается крест, символизирующий собою тот крест, которым
злоба иудеев низвела Господа во гроб и который послужил к победе над грехом и
адом.

Антиминс

Важнейшую принадлежность престола составляет антиминс (от
греческого «анти» «вместо» и латинского mensa «менса» «стол, престол»), или
«вместопрестолие.» В настоящее время антиминс представляет собою шелковый плат с
изображением положения Господа Иисуса Христа во гроб, четырех Евангелистов и
орудий страданий Христа Спасителя, внутри которого, в особом мешочке с обратной
стороны, вложены частицы св. мощей. История антиминса восходит к первым временам
христианства. Первые христиане имели обычай совершать Евхаристию на гробах
мучеников. Когда христиане с 4 века получили возможность свободно строить
надземные храмы, они, в силу укоренившегося уже обычая, стали переносить в эти
храмы из разных мест мощи св. мучеников. Но так как число храмов все
увеличивалось, то трудно было уже для каждого храма достать целые мощи. Тогда
стали класть под престол только хотя бы частицу св. мощей. Отсюда и ведет свое
начало наш антиминс. Он является, в сущности, переносным престолом.
Благовестники, отправлявшиеся в дальние страны для проповеди Евангелия,
императоры, отправлявшиеся в походы с духовенством и походными церквами должны
были брать с собой и походные престолы, каковыми явились антиминсы.
Ряд известий
об антиминсах, с таковым именно названием, мы имеем уже с 8 века, а сами
антиминсы, дошедшие до нас в виде вещественных памятников, восходят к 12
столетию. Сохранившиеся до нас древние русские антиминсы приготовлялись из
холста, имели надпись и изображение креста. Надписи указывают, что антиминс
заменяет собою освященный престол; тут же указывается имя архиерея, освятившего
«сей престол,» место его назначения (для какой церкви) и подпись о мощах («тут
мощи»). С 17 века на антиминсах появляются уже более сложные изображения, как
положение во гроб Спасителя, а холст заменяется шелком. Первоначально во всякий
престол, освящаемый архиереем, вкладывались св. мощи (в металлическом ковчежце
под престолом или в углублении в верхней доске престола). Такие престолы не
нуждались в антиминсах. Храмы же, которые не освящались епископами, освящались
чрез присланные епископами антиминсы со св. мощами. Вследствие этого, одни храмы
имели престолы со св. мощами, но не имели антиминсов; другие имели престолы без
св. мощей, но имели антиминсы. Так было и в Русской Церкви в первое время после
принятия христианства. Но с течением времени, сначала в Греческой, а потом и в
Русской Церкви, антиминсы стали возлагаться и на престолы, освященные
архиереями, но пока без св. мощей. С 1675 г. в Русской Церкви был заведен обычай
возлагать антиминсы со св. мощами во всех церквах, даже и освященных архиереями.
Антиминс, выданный архиереем священнику, стал, как бы видимым знаком полномочия
священника совершать Божественную литургию, находясь в подчинении архиерея,
выдавшего этот антиминс.

Антиминс лежит на престоле, сложенный вчетверо.
Внутри его полагается «губа,» или по-гречески «муса.» Она знаменует ту
губу, которую, напоив желчью и оцтом, подносили к устам Господа, висевшего на
кресте, и служит для отирания частиц Тела Христова и частиц, вынутых в честь
святых, живых и умерших, при погружении их в св. чашу при окончании Литургии.

Антиминс, сложенный вчетверо, заворачивается еще в особый шелковый плат,
который несколько больше его по размерам, и называется «илитоном» от греческого
«илэо,» что значит «обвертываю.» Илитон изображает собою те пелены, которыми
повит был Господь по рождестве Своем, и одновременно ту плащаницу, в которую
обернуто было Его Тело при погребении Его во гробе.

Ковчег

Для хранения Св. Таин ныне ставится на самом престоле ковчег, или
кивот, называемый также дарохранительницей. Он делается наподобие гроба Господня
или в виде церкви. Там же хранится обычно и св. миро.

Киворий

Над престолом в древних храмах устраивался, как называют его латинские писатели
ciborium, по гречески киворий, или по-славянски сень, род балдахина,
поддерживаемого четырьмя колоннами. Сень бывала и в старых русских церквах. Она
символизирует собою, как бы небо, распростертое над землей, на которой
приносится жертва за грехи мира. Вместе с тем, сень обозначает «невещественную
Божию скинию,» то есть славу Божию и благодать, которой покрывается Он Сам,
одеяйся светом, яко ризою, и Седяй на превознесенном престоле славы Своей.

Под киворием над серединой престола висел перистерий сосуд в виде
голубя, в котором хранились запасные Св. Дары на случай причащения больных и для
Преждеосвященных Литургий. В настоящее время это изображение голубя кое-где
сохранилось, но оно потеряло свое первоначальное практическое значение: голубь
этот служит теперь уже не сосудом для хранения Св. Таин, а лишь символом Св.
Духа.

Дискос

Дискос — (по-гречески «глубокое блюдо») это круглое металлическое блюдо, обычно золотое
или серебряное, на подставке, в виде ножки, на которое полагается «Агнец,» то
есть та часть просфоры, которая на Литургии претворяется в Тело Христово, а
также и другие частицы, изымаемые из просфор при начале Литургии. Дискос
символизирует собою ясли, в которые был положен новорожденный Богомладенец, а
вместе с тем и гроб Христов.

Потир

Потир или чаша (от греческого «потирион» сосуд для пития). Это есть тот сосуд, из которого верующие приобщаются Тела и Крови Христовой, и который напоминает собою ту чашу, из которой Господь приобщил в первый раз Своих учеников на Тайной вечери. При начале Литургии в эту чашу
вливается вино с добавлением небольшого количества воды (так, чтобы вино не потеряло свойственного ему вкуса), которое претворяется на Литургии в истинную Кровь Христову. Эта чаша и напоминает также «чашу страданий» Спасителя.

Звездица

Звездица (по-гречески «астир, астерискос») состоит из двух дуг,
соединенных между собою крестообразно. Напоминая звезду, приведшую волхвов в
Вифлеем, звездица ставится на дискосе для того, чтобы покровцы не касались
расположенных на дискосе частиц и не смешивали их.

Современного потребителя электроники очень сложно удивить. Мы уже привыкли к тому, что наш карман законно занимает смартфон, в сумке лежит ноутбук, на руке послушно отсчитывают шаги «умные» часы, а слух ласкают наушники с активной системой шумоподавления.

Забавная штука, но мы привыкли носить с собой не один, а сразу два, три и более компьютеров. Ведь именно так можно назвать устройство, у которого есть процессор . И вовсе неважно, как выглядит конкретный девайс. За его работу отвечает миниатюрный чип, преодолевший бурный и стремительный путь развития.

Почему мы подняли тему процессоров? Все просто. За последние десять лет произошла настоящая революция в мире мобильных устройств.

Между этими устройствами всего 10 лет разницы. Но Nokia N95 тогда нам казалась космическим девайсом, а на ARKit сегодня мы смотрим с определенным недоверием

А ведь все могло бы сложиться иначе и потрепанный Pentium IV так бы и остался пределом мечтаний рядового покупателя.

Мы постарались обойтись без сложных технических терминов и рассказать, как работает процессор, и выяснить, за какой архитектурой будущее.

1. С чего все началось

Первые процессоры были абсолютно не похожи на то, что вы можете видеть, приоткрыв крышку системного блока вашего ПК.

Вместо микросхем в 40-е годы XX века использовались электромеханические реле , дополненные вакуумными лампами. Лампы выполняли роль диода, регулировать состояние которого можно было за счет понижения или повышения напряжения в цепи. Выглядели такие конструкции так:

Для работы одного исполинского компьютера нужны были сотни, иногда тысячи процессоров. Но, при этом, вы не смогли бы запустить на таком компьютере даже простенький редактор, как NotePad или TextEdit из штатного набора Windows и macOS. Компьютеру банально не хватило бы мощности.

2. Появление транзисторов

Первые полевые транзисторы появились еще в 1928 году. Но мир изменился лишь после появления так называемых биполярных транзисторов , открытых в 1947-м.

В конце 40-х физик-экспериментатор Уолтер Браттейн и теоретик Джон Бардин разработали первый точечный транзистор. В 1950 его заменил первый плоскостной транзистор, а в 1954 году небезызвестный производитель Texas Instruments анонсировал уже кремниевый транзистор.

Но настоящая революция наступила в 1959 году, когда ученый Жан Энри разработал первый кремниевый планарный (плоский) транзистор, который стал основой для монолитных интегральных схем.

Да, это немного сложно, поэтому давайте копнем немного глубже и разберемся с теоретической частью.

3. Как работает транзистор

Итак, задача такого электрического компонента как транзистор заключается в управлении током. Проще говоря, этот немного хитрый переключатель, контролирует подачу электричества.

Основное преимущество транзистора перед обычным переключателем в том, что он не требует присутствия человека. Т.е. управлять током такой элемент способен самостоятельно. К тому же, он работает намного быстрее, чем вы бы самостоятельно включали или отключали электрическую цепь.

Из школьного курса информатики вы, наверняка, помните, что компьютер «понимает» человеческий язык за счет комбинаций всего двух состояний: «включено» и «выключено». В понимании машины это состояние "0" или "1".

Задача компьютера заключается в том, чтобы представить электрический ток в виде чисел.

И если раньше задачу переключения состояний выполняли неповоротливые, громоздкие и малоэффективные электрические реле, то теперь эту рутинную работу взял на себя транзистор.

С начала 60-х транзисторы стали изготавливать из кремния, что позволило не только делать процессоры компактнее, но и существенно повысить их надежность.

Но сначала разберемся с диодом

Кремний (он же Si – "silicium" в таблице Менделеева) относится к категории полупроводников, а значит он, с одной стороны, пропускает ток лучше диэлектрика, с другой, – делает это хуже, чем металл.

Хочется нам того или нет, но для понимания работы и дальнейшей история развития процессоров придется окунуться в строение одного атома кремния. Не бойтесь, сделаем это кратко и очень понятно.

Задача транзистора заключается в усилении слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

У атома кремния есть четыре электрона, благодаря которым он образует связи (а если быть точным – ковалентные связи) с такими же близлежащими тремя атомами, формируя кристаллическую решетку. Пока большинство электронов находятся в связи, незначительная их часть способна двигаться через кристаллическую решетку. Именно из-за такого частичного перехода электронов кремний отнесли к полупроводникам.

Но столь слабое движение электронов не позволило бы использовать транзистор на практике, поэтому ученые решили повысить производительность транзисторов за счет легирования , а проще говоря – дополнения кристаллической решетки кремния атомами элементов с характерным размещением электронов.

Так стали использовать 5-валентную примесь фосфора, за счет чего получили транзисторы n-типа . Наличие дополнительного электрона позволило ускорить их движение, повысив пропуск тока.

При легировании транзисторов p-типа таким катализатором стал бор, в который входят три электрона. Из-за отсутствия одного электрона, в кристаллической решетке возникают дырки (выполняют роль положительного заряда), но за счет того, что электроны способны заполнять эти дырки, проводимость кремния повышается в разы.

Предположим, мы взяли кремниевую пластину и легировали одну ее часть при помощи примеси p-типа, а другую – при помощи n-типа. Так мы получили диод – базовый элемент транзистора.

Теперь электроны, находящиеся в n-части, будут стремится перейти в дырки, расположенные в p-части. При этом n-сторона будет иметь незначительный отрицательный, а p-сторона – положительный заряды. Образованное в результате этого «тяготения» электрическое поле –барьер, будет препятствовать дальнейшему перемещению электронов.

Если к диоду подключить источник питания таким образом, чтобы "–" касался p-стороны пластины, а "+" – n-стороны, протекание тока будет невозможно из-за того, что дырки притянутся в минусовому контакту источника питания, а электроны – к плюсовому, и связь между электронами p и n стороны будет утеряна за счет расширения объединенного слоя.

Но если подключить питание с достаточным напряжением наоборот, т.е. "+" от источника к p-стороне, а "–" – к n-стороне, размещенные на n-стороне электроны будут отталкиваться отрицательным полюсом и выталкиваться на p-сторону, занимая дырки в p-области.

Но теперь электроны притягивает к положительному полюсу источника питания и они продолжаются перемещаться по p-дыркам. Это явление назвали прямым смещением диода .

Диод + диод = транзистор

Сам по себе транзистор можно представить как два, состыкованных друг к другу диода. При этом p-область (та, где размещены дырки) у них становится общей и именуется «базой».

У N-P-N транзистора две n-области с дополнительными электронами – они же «эмиттер» и «коллектор» и одна, слабая область с дырками – p-область, именуемая «базой».

Если подключить источник питания (назовем его V1) к n-областям транзистора (независимо от полюса), один диод получит обратное смещение и транзистор будет находиться в закрытом состоянии .

Но, как только мы подключим еще один источник питания (назовем его V2), установив "+" контакт на «центральную» p-область (базу), а "–" контакт на n-область (эмиттер), часть электронов потечет по вновь образованной цепи (V2), а часть будет притягиваться положительной n-областью. В результате, электроны потекут в область коллектора, а слабый электрический ток будет усилен.

Выдыхаем!

4. Так как все-таки работает компьютер?

А теперь самое главное .

В зависимости от подаваемого напряжения, транзистор может быть либо открыт , либо закрыт . Если напряжение недостаточное для преодоления потенциального барьера (того самого на стыке p и n пластин) – транзистор будет находится в закрытом состоянии – в состоянии «выключен» или, говоря языком двоичной системы – "0".

При достаточно напряжении транзистор открывается, а мы получаем значение «включен» или "1" в двоичной системе.

Такое состояние, 0 или 1, в компьютерной индустрии назвали «битом».

Т.е. мы получаем главное свойство того самого переключателя, который открыл человечеству путь к компьютерам!

В первом электронном цифровом вычислителе ЭНИАК, а проще говоря – первом компьютере, использовалось около 18 тысяч ламп-триодов. Размер компьютера был сопоставим с теннисным кортом, а его вес составлял 30 тонн.

Для понимания работы процессора нужно понять еще два ключевых момента.

Момент 1 . Итак, мы определились с тем, что такое бит . Но с его помощью мы можем лишь получить две характеристики чего-либо: или «да» или «нет». Для того, чтобы компьютер научился понимать нас лучше, придумали комбинацию из 8 битов (0 или 1), которую прозвали байтом .

Используя байт можно закодировать число от нуля до 255. Используя эти 255 чисел – комбинаций нулей и единиц, можно закодировать все что угодно.

Момент 2. Наличие чисел и букв без какой-либо логики нам бы ничего не дало. Именно поэтому появилось понятие логических операторов .

Подключив всего два транзистора определенным образом, можно добиться выполнения сразу нескольких логических действий: «и», «или». Комбинация величины напряжения на каждом транзисторе и тип их подключения позволяет получить разные комбинации нулей и единиц.

Стараниями программистов значения нулей и единиц, двоичной системы, стали переводить в десятичную для того, чтобы мы могли понять, что именно «говорит» компьютер. А для ввода команд привычные нами действия, вроде ввода букв с клавиатуры, представлять в виде двоичной цепи команд.

Проще говоря, представьте, что есть таблица соответствия, скажем, ASCII, в которой каждой букве соответствует комбинация 0 и 1. Вы нажали кнопку на клавиатуре, и в этот момент на процессоре, благодаря программе, транзисторы переключились таким образом, чтобы на экране появилась та самая, написанная на клавише буква.

Это довольно примитивное объяснение принципа работы процессора и компьютера, но именно понимание этого позволяет нам двигаться дальше.

5. И началась транзисторная гонка

После того, как в 1952 году британский радиотехник Джеффри Дамер предложил размещать простейшие электронные компоненты в монолитном кристалле полупроводника, компьютерная индустрия сделал семимильный шаг вперед.

От интегральных схем, предложенных Дамером, инженеры быстро перешли на микрочипы , в основе которых использовались транзисторы. В свою очередь, нескольких таких чипов уже образовывали сам процессор .

Разумеется, что размеры таких процессоров мало чем схожи с современными. К тому же, вплоть до 1964 года у всех процессоров была одна проблема. Они требовали индивидуального подхода – свой язык программирования для каждого процессора.

  • 1964 год IBM System/360. Компьютер, совместимый с универсальным программным кодом. Набор инструкций для одной модели процессора мог использоваться и для другой.
  • 70-e годы. Появление первых микропроцессоров. Однокристальный процессор от Intel. Intel 4004 – 10 мкм ТП, 2 300 транзисторов, 740 КГц.
  • 1973 год Intel 4040 и Intel 8008. 3 000 транзисторов, 740 КГц у Intel 4040 и 3 500 транзисторов при 500 кГц у Intel 8008.
  • 1974 год Intel 8080. 6 мкм ТП и 6000 транзисторов. Тактовая частота около 5 000 кГц. Именно этот процессор использовался в компьютере Altair-8800. Отечетсвенная копия Intel 8080 – процессор КР580ВМ80А, разработанный Киевским НИИ микроприборов. 8 бит.
  • 1976 год Intel 8080 . 3 мкм ТП и 6500 транзисторов. Тактовая частота 6 МГц. 8 бит.
  • 1976 год Zilog Z80. 3 мкм ТП и 8500 транзисторов. Тактовая частота до 8 МГц. 8 бит.
  • 1978 год Intel 8086 . 3 мкм ТП и 29 000 транзисторов. Тактовая частота около 25 МГц. Система команд x86, которая используется и сегодня. 16 бит.
  • 1980 год Intel 80186 . 3 мкм ТП и 134 000 транзисторов. Тактовая частота – до 25 МГц. 16 бит.
  • 1982 год Intel 80286. 1,5 мкм ТП и 134 000 транзисторов. Частота – до 12,5 МГц. 16 бит.
  • 1982 год Motorola 68000 . 3 мкм и 84 000 транзисторов. Этот процессор использовался в компьютере Apple Lisa.
  • 1985 год Intel 80386 . 1,5 мкм тп и 275 000 транзисторов.Частота – до 33 МГц в версии 386SX.

Казалось бы, продолжать список можно было бы до бесконечности, но тут инженеры Intel столкнулись с серьезной проблемой.

6. Закон Мура или как чипмейкерам жить дальше

На дворе конец 80-х. Еще в начале 60-х один из основателей компании Intel Гордон Мур формулировал так называемый «Закон Мура». Звучит он так:

Каждые 24 месяца количество транзисторов, размещенных на кристалле интегральной схемы, удваивается.

Назвать этот закон законом сложно. Вернее будет окрестить его эмпирическим наблюдением. Сопоставив темпы развития технологий, Мур сделал вывод, что может сформироваться подобная тенденция.

Но уже во время разработки четвертого поколения процессоров Intel i486 инженеры столкнулись с тем, что уже достигли потолка производительности и больше не могут разместить большее количество процессоров на той же площади. На тот момент технологии не позволяли этого.

В качестве решения был найден вариант с использованием рядом дополнительных элементов:

  • кэш-памяти;
  • конвейера;
  • встроенного сопроцессора;
  • множителя.

Часть вычислительной нагрузки ложилась на плечи этих четырех узлов. В результате, появление кэш-памяти с одной стороны усложнило конструкцию процессора, с другой – он стал значительно мощнее.

Процессор Intel i486 состоял уже из 1,2 млн транзисторов, а максимальная частота его работы достигла 50 МГц.

В 1995 году к разработке присоединяется компания AMD и выпускает самый быстрый на тот момент i486-совместимый процессор Am5x86 на 32-битной архитектуре. Изготавливался он уже по 350 нанометровому техпроцессу, а количество установленных процессоров достигло 1,6 млн штук. Тактовая частота повысилась до 133 МГц.

Но гнаться за дальнейшим наращиванием количества установленных на кристалле процессоров и развитии уже утопической архитектуры CISC (Complex Instruction Set Computing) чипмейкеры не решились. Вместо этого американский инженер Дэвид Паттерсон предложил оптимизировать работу процессоров, оставив лишь самые необходимые вычислительные инструкции.

Так производители процессоров перешли на платформу RISC (Reduced Instruction Set Computing]. Но и этого оказалось мало.

В 1991 году выходит 64-битный процессор R4000, работающий на частоте 100 МГц. Через три года появляется процессор R8000, а еще через два года – R10000 с тактовой частотой вплоть до 195 МГц. Параллельно развивался рынок SPARC-процессоров, особенностью архитектуры которых стало отсутствие инструкций умножения и деления.

Вместо борьбы за количество транзисторов, производители чипов стали пересматривать архитектуру их работы . Отказ от «ненужных» команд, выполнение инструкций в один такт, наличие регистров общего значения и конвейеризация позволили оперативно наращивать тактовую частоту и мощность процессоров, не извращаясь с количеством транзисторов.

Вот лишь некоторые из появившихся с период с 1980 по 1995 год архитектур:

  • SPARC;
  • ARM ;
  • PowerPC;
  • Intel P5;
  • AMD K5;
  • Intel P6.

В их основе лежала платформа RISC, а в некоторых случаях и частичное, совмещенное использование CISC-платформы. Но развитие технологий вновь подталкивало чипмейкеров продолжить наращивание процессоров.

В августе 1999 года на рынок выходе AMD K7 Athlon, изготовленный по 250 нанометровому техпроцессу и включающий 22 млн транзисторов. Позднее планку подняли до 38 млн процессоров. Потом до 250 млн.

Увеличивался технологический процессор, росла тактовая частота. Но, как гласит физика, всему есть предел.

7. Конец транзисторных соревнований близко

В 2007 году Гордон Мур выступил с весьма резким заявлением:

Закон Мура скоро перестанет действовать. Устанавливать неограниченное количество процессоров до бесконечности невозможно. Причина тому - атомарная природа вещества.

Невооруженным глазом заметно, что два ведущих производителям чипов AMD и Intel последние несколько лет явно замедлили темпы развития процессоров. Точность технологического процесса выросла всего до нескольких нанометров, но размещать еще больше процессоров невозможно.

И пока производители полупроводников грозятся запустить многослойные транзисторы, проводя параллель с 3DNand памятью, у упершейся в стену архитектуры x86 еще 30 лет назад появился серьезный конкурент.

8. Что ждет «обычные» процессоры

«Закон Мура» признан недействительным еще с 2016 года. Об этом официально заявил крупнейший производитель процессоров Intel. Удваивать вычислительную мощность на 100% каждые два года чипмейкеры больше не состоянии.

И теперь у производителей процессоров есть несколько малоперспективных вариантов.

Первый вариант – квантовые компьютеры . Попытки построить компьютер, который использует для представления информации частицы, уже были. В мире существует несколько подобных квантовых устройств, но они способны справляться лишь с алгоритмами небольшой сложности.

К тому же, о серийном запуске подобных устройств в ближайшие десятилетия не может идти и речи. Дорого, неэффективно и… медленно!

Да, квантовые компьютеры потребляют намного меньше энергии, чем их современные коллеги, но при этом работать они будут медленнее до тех пор, пока разработчики и производители комплектующих не перейдут на новую технологию.

Второй вариант – процессоры со слоями транзисторов . О данной технологии всерьез задумались и в Intel, и в AMD. Вместо одного слоя транзисторов планируют использовать несколько. Похоже, что в ближайшие годы вполне могут появится процессоры, в которых будут важны не только количество ядер и тактовая частота, но и количество транзисторных слоев.

Решение вполне имеет право на жизнь, и таким образом монополистам удастся доить потребителя еще пару десятков лет, но, в конце концов, технология опять-таки упрется в потолок.

Сегодня же, понимая стремительное развитие ARM-архитектуры, Intel провела негромкий анонс чипов семейства Ice Lake. Процессоры будут изготавливаться по 10-нанометровому технологическому процессу и станут основой для смартфонов, планшетов и мобильных устройств. Но произойдет это в 2019 году.

9. Будущее за ARM

Итак, архитектура x86 появилась в 1978 году и относится к типу платформы CISC. Т.е. сама по себе она предполагает наличие инструкций на все случаи жизни. Универсальность – главный конек x86.

Но, в тоже время, универсальность сыграла с этими процессорами и злую шутку. У x86 есть несколько ключевых недостатков:

  • сложность команд и откровенная их запутанность;
  • высокое потребление энергии и выделение теплоты.

За высокую производительность пришлось попрощаться с энергоэффективностью. Более того, над архитектурой x86 сейчас трудятся две компании, которых можно смело отнести к монополистам. Это Intel и AMD. Производить x86-процессоры могут только они, а значит и правят развитием технологий только они.

В тоже время разработкой ARM (Arcon Risk Machine) занимаются сразу несколько компания. Еще в 1985 году в качестве основы для дальнейшего развития архитектуры разработчики выбрали платформу RISC.

В отличие от CISC, RISC предполагает разработку процессора с минимально необходимым количеством команд, но максимальной оптимизацией. Процессоры RISC намного меньше CISC, более энергоэффективны и просты.

Более того, ARM изначально создавался исключительно как конкурент x86. Разработчики ставили задачу построить архитектуру, более эффективную чем x86.

Еще с 40-х годов инженеры понимали, что одной из приоритетных задач остается работа над уменьшением габаритов компьютеров, а, в первую очередь - самих процессоров. Но вряд ли почти 80 лет назад кто-либо мог предположить, что полноценный компьютер будет меньше спичечного коробка.

Архитектуру ARM в свое время поддержала компания Apple, запустив производство планшетов Newton на базе семейства ARM-процессоров ARM6.

Продажи стационарных компьютеров стремительно падают, в то время как количество ежегодно реализуемых мобильных устройств уже исчисляется миллиардами. Зачастую, помимо производительности, при выборе электронного гаджета пользователя интересуют еще несколько критериев:

  • мобильность;
  • автономность.

x86 архитектура сильна в производительности, но стоит вам отказаться от активного охлаждения, как мощный процессор покажется жалким на фоне архитектуры ARM.

10. Почему ARM – неоспоримый лидер

Вряд ли вы будете удивлены, что ваш смартфон, будь то простенький Android или флагман Apple 2016 года в десятки раз мощнее полноценных компьютеров эпохи конца 90-х.

Но во сколько мощнее тот же айфон?

Само по себе сравнение двух разных архитектур – штука очень сложная. Замеры здесь можно выполнить лишь приблизительно, но понять то колоссальное преимущество, что дает построенные на ARM-архитектуре процессоры смартфона, можно.

Универсальный помощник в таком вопросе – искусственный тест производительности Geekbench. Утилита доступна как на стационарных компьютерах, так и на Android и iOS платформах.

Средний и начальный класс ноутбуков явно отстает от производительности iPhone 7. В топовом сегменте все немного сложнее, но в 2017 году Apple выпускает iPhone X на новом чипе A11 Bionic.

Там, уже знакомая вам архитектура ARM, но показатели в Geekbench выросли почти вдвое. Ноутбуки из «высшего эшелона» напряглись.

А ведь прошел всего один год.

Развитие ARM идет семимильными шагами. Пока Intel и AMD год за годом демонстрируют 5 – 10% прирост производительности, за тот же период производители смартфонов умудряются повысить мощность процессоров в два – два с половиной раза.

Скептически настроенным пользователям, которые пройдутся по топовым строчкам Geekbench лишь хочется напомнить: в мобильных технологиях размер – это то, что прежде всего имеет значение.

Установите на стол моноблок с мощным 18-ядерный процессором, который «в клочья разрывает ARM-архитектуру», а затем положите рядом iPhone. Чувствуете разницу?

11. Вместо вывода

Объять 80-летнюю историю развития компьютеров в одном материале невозможно. Но, прочитав данную статью, вы сможете понять как устроен главный элемент любого компьютера – процессор, и чего стоит ждать от рынка в последующие годы.

Безусловно, Intel и AMD буду работать над дальнейшим наращиванием количества транзисторов на одном кристалле и продвигать идею многослойных элементов.

Но нужна ли вам как покупателю такая мощность?

Вряд ли вас не устраивает производительность iPad Pro или флагманского iPhone X. Не думаю, что вы недовольны производительностью расположившейся на кухне мультиварки или качеством картинки на 65-дюймовом 4K-телевизоре. А ведь во всех этих устройствах используются процессоры на ARM-архитектуре.

Windows уже официально заявила, что с интересом смотрит в сторону ARM. Поддержку этой архитектуры компания включила еще в Windows 8.1, а ныне активно работает над тандемом с ведущим ARM-чипмейкером Qualcomm.

На ARM успела посмотреть и Google – операционная система Chrome OS поддерживает эту архитектуру. Появились сразу несколько дистрибутивов Linux, которые также совместимы с данной архитектурой. И это только начало.

И лишь попробуйте на минутку представить, каким приятным будет сочетание энергоэффективного ARM-процессора с графеновым аккумулятором. Именно эта архитектура позволит получить мобильные эргономичные гаджеты, которые смогут диктовать будущее.

4.62 из 5, оценили: 34 )

сайт Большая статья, наливайте чай.

Современный магнитный компас, используемый туристами, охотниками и даже работниками спасательных служб, пожалуй, наиболее простой из всех видов компасов, известных на сегодняшний день.

Глядя на такое снаряжение и его функциональность, можно сделать следующий вывод. Главное - при сооружении чего-либо нового помнить о правилах использования элементов, входящих в состав конечного изделия, и реально оценивать возможность их использования в условиях, для которых новое снаряжение предназначается. А то вопреки всем законам физики на свет начнут появляться новые чайники с «низким» носиком и компасы, вмонтированные в ножи.

Если же говорить о компасах в целом, то нужно отметить, что человечество изобрело множество различных видов компасов, отличающихся не только по внешнему виду, но и по принципу работы, а значит и по внутреннему строению. Многие из них устроены намного сложнее рассмотренных моделей. Да и среди магнитных тоже не всегда все просто: чего только стоит устройство морского (судового) компаса с его системой противодействия магнитным девиациям, позволяющей уменьшить влияние больших масс железа на стрелку компаса, минимизируя ее отклонение.

Мы же с вами рассмотрели только магнитный компас, поскольку именно он наиболее применим к условиям туризма, а также может быть сконструирован самостоятельно из подручных средств в случае возникновения непредвиденной аварийной ситуации, которая произошла вдалеке от цивилизации. Понимание изложенного материала позволит человеку выбрать оптимальную для его потребностей модель, а при необходимости - и починить оную.

Что такое компьютер . Компьютер, как следует из его названия (на английском слово computer произошло от слова compute – считать, вычислять) – это вычислительное устройство . На самом деле, кроме как считать, считать много и быстро компьютер ничего более и не умеет. Различные периферийный устройства вывода, такие как монитор, принтер, аудио аппаратура, веб-камера и т.п. просто способны по-разному результаты этих вычислений преобразовывать в понятные нам сигналы. Различные устройства ввода (клавиатура, манипуляторы, планшеты и т.д.) занимаются обратной задачей: преобразованием внешних воздействий в понятные компьютеру наборы команд и данных. То, без чего компьютер просто не может существовать – это центральный процессор и запоминающее устройство (память компьютера). Первое умеет считать, а второе – хранить исходные данные и результаты вычислений. Компьютер производит вычисления по заранее заложенной в него программе. Программы пишут люди, а дело компьютера – их выполнять. Об этом чуть более подробно в конце материала, а сейчас вкратце о том, в каком виде компьютер воспринимает информацию.

Часть 1. Особенности представления информации в компьютере

Минимальной единицей информации для компьютера является один бит , который может принимать два значения. Одно из значений считают равным 1, а другое 0. На уровне “железа” (аппаратной части компьютера) единица информации представлена триггерами – классом электронных устройств, которые обладают возможностью длительно оставаться в одном из двух состояний. Значение выходного напряжения таких электронных устройств может иметь два значения, одно из которых ассоциируют с нулем, а другое с единицей. Если бы на базе полупроводников можно было легко и эффективно создавать электронные устройства, способные подолгу находиться, например, в трех или четырех состояниях, то и битом тогда считали бы единицу информации, принимающую три и более разных значений. Поскольку все же современные компьютеры построены на базе триггеров, то и система счисления в них используется двоичная.

Что такое система счисления . Система счисления – это способ представления числовой информации, определяемый набором символов. Для нас привычной является десятичная система счисления, представленная набором цифр от 0 до 9. Компьютеру для представления информации достаточно двух символов: 0 и 1. Почему это так - я попытался ответить чуть выше, когда описывал природу триггеров – аппаратной основы современных компьютеров. Как представляются числа в различных системах счисления, я покажу на примере десятичной, двоичной и шестнадцатеричной систем. Последняя широко используется в низкоуровневом программировании, поскольку более компактна, чем двоичная, а числа, представленные в 16-ричной легко перевести в 2-ю и наоборот.

Десятичная система счисления “СИ10”: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}. Двоичная система счисления “СИ2”: {0,1} Шестнадцатеричная система счисления “СИ16”: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F} (для обозначения чисел 10, 11, 12, 13, 14 и 15 используются символы A, B, C, D, E и F)

Итак, пример: рассмотрим, как представляется число 100 с использованием этих систем.

“СИ10”: 100=1*100 +0*10+0*1 “СИ2” : 01100100=0*128+1*64 +1*32 +0*16+0*8+1*4 +0*2+0*1 “СИ16”: 64=6*16+4*1

Все это различные позиционные системы счисления с разным основанием . Позиционными системами счисления называют те системы, в которых вклад в общую сумму от каждого разряда определяется не только значением этого разряда, но и его позицией. Примером не позиционной системы счисления является римская система с ее L,X,V,I. Получаем, что значение числа, которое обозначается в позиционной системе счисления с определенным основанием, вычисляется следующим образом:

N=D 0 *B 0 +D 1 *B 1 +…+D n-1 *B n-1 +D n *B n , где D i – величина разряда на i-м месте, начиная с 0, а B – основание системы счисления. Не забываем, что B 0 =1.

Как перевести число из шестнадцатеричной системы в двоичную и наоборот . Все просто, каждый разряд в 16-ричной системы переводите в 4 разряда двоичной системы и записывайте результат последовательно хоть слева направо, хоть справа налево. Наоборот: разбиваете двоичное число на тетрады (по 4 разряда строго справа налево) и каждую тетраду отдельно заменяете на один из символов 16-ричной системы счисления. Если последняя тетрада оказалась неполной, до дополняете ее нулями слева. Пример:

1010111100110 -> 0001(1).0101(5).1110(14).0110(6) -> 15E6

Для того, чтобы быстро умножить или разделить число на основание системы счисления, достаточно просто сдвинуть все разряды влево (умножение) и вправо (деление). Умножение на 2 в двоичной системе счисления называют сдвигом влево (в конце добавляется 0), а целочисленное деление на 2 – сдвигом вправо (последний символ убирается). Пример:

11011(27) > 1101(13)

Единицы информации компьютера . С минимальной единицей информации в вычислительной технике разобрались – это бит. Но минимальным адресуемым набором информации является не бит, а байт – набор информации, представленный 8-ю битами и, как следствие, способный хранить 256 (2 8) различных значений. Что значит минимальный адресуемый набор информации ? Это значит, что вся память компьютера поделена на участки, каждый из которых имеет свой адрес (порядковый номер). Минимальный размер такого участка – байт. Я, конечно, упрощаю картину, но на данный момент такого представления достаточно. Почему именно 8 бит? Так сложилось исторически, а впервые 8-ми битовая (байтовая) адресация была применена в вычислительных машинах компании IBM. Наверное, сочли удобным, что единицу информации легко представить ровно двумя символами шестнадцатеричной системы счисления. А теперь развеем мифы насчет объемов данных, обозначаемых практически всем знакомыми словами килобайт , мегабайт , гигабайт , терабайт и т.д.

1 килобайт (кб) = 2 10 байт = 1024, а не 1000 байт. 1 мегабайт (мб) = 2 20 байт = 1048576 байт = 1024 килобайт, а не 1000.000 байт. 1 гигабайт (гб) = 2 30 байт, 1 терабайт (тб) = 2 40 байт и т.д.

Часть 2. Устройство компьютера

Как устроен компьютер . Или из чего состоит компьютер . Дальнейшее повествование будет построено следующим образом. Описание устройства компьютера будет представлено на различных уровнях. На первом уровне я обозначу основные составляющие современного компьютера, на втором и последующих уровнях буду более детально описывать каждую его часть. Для быстрого поиска нужной вам информации пользуйтесь следующей навигацией.

Уровень 1. Общее устройство компьютера

Системный блок

Системный блок компьютера – это тот самый ящик, из которого торчит шнур питания, к которому подключены монитор, клавиатура, мышь и принтер, и в который вставляют компакт диски, флешки и прочие внешние устройства. Можно сказать, что все устройства, которые подключены к системному блоку извне являются периферийными устройствами – выполняющими второстепенные задачи компьютера. Ну а в самом системном блоке находится все самое ценное и необходимое: блок питания, системная материнская плата и центральное процессорное устройство (центральный процессор) - “мозги” компьютера. А также, модули управления периферийными устройствами (контроллеры), видео и звуковая карты, сетевая карта и модем, транспортные магистрали для передачи информации (шины) и много еще чего полезного. Тем не менее, все это в первую очередь справедливо для домашних и офисных компьютеров. Например, глядя на ноутбук, сложно сказать, где у него заканчивается системный блок, и начинаются периферийные устройства. Все это деление условно, тем более что есть еще и коммуникаторы, планшетные компьютеры и прочие портативные вычислительные устройства.

К этой категории относят все устройства, которые позволяют вводить информацию в компьютер. Например, клавиатура, мышь, джойстик, веб камера и сенсорный экран позволяют это делать человеку, а устройство чтения компакт-дисков или карты памяти просто считывает информацию с внешнего носителя автоматически. К устройствам ввода чаще относят только средства ввода информации человеком, а все остальные называют приводами внешних носителей данных .

Это устройства, которые предназначены для вывода результатов вычислений компьютера. Монитор выводит информацию в графическом электронном виде, принтер делает практически то же самое, но на бумаге, а аудио система воспроизводит информацию в виде звуков. Все это средства обратной связи с человеком в ответ на ввод им информации через устройства ввода.

Прочие устройства

К этой категории можно отнести любые подключаемые к компьютеру устройства от флеш карт и портативных жестких дисков, до модемов (в том числе wi-fi), роутеров и т.п. Классифицировать устройства – дело неблагодарное, поскольку делать это можно абсолютно по-разному, и всегда можешь оказаться прав. Например, встроенный модем сложно отнести к периферийным устройствам, хотя внешний модем выполняет абсолютно те же функции. Модем – это устройство для организации связи между компьютерами, и абсолютно не важно, где он находится. То же самое можно сказать про сетевую карту. Жесткий диск – это, прежде всего, энергонезависимое запоминающее устройство, которое может быть как внутренним, так и внешним. Приведенная выше классификация оборудования компьютера опирается в первую очередь на физическое месторасположения того или иного устройства в классическом персональном компьютере и только потом на его назначение. Это всего лишь один из способов классификации и не более того.

Уровень 2. Начинка системного блока современного компьютера

Для начала пару слов о быстродействии компьютера . Это свойство характеризуется тактовой частотой и производительностью системы. Чем они выше – тем быстрее работает компьютер, но это не синонимы. Производительность любого компонента системы – это количество выполняемых им элементарных операций в секунду. Тактовая частота – это частота синхронизирующих импульсов, подаваемых на вход системы генератором тактовых импульсов, что, в свою очередь, и определяет количество выполняемых последовательно операций за единицу времени. Но производительность можно увеличить, обеспечив возможность выполнять элементарные операции параллельно при той же тактовой частоте, примером чего является многоядерная архитектура центрального процессора. Таким образом, нужно оценивать не только тактовую частоту, с которой работает процессор, но и его архитектуру.

Теперь о компонентах компьютера. С корпусом и блоком питания, я думаю, все понятно и без комментариев. Системная материнская плата и центральный процессор – это сердце компьютера и именно они занимаются управлением процессами вычислений. О них более подробный рассказ чуть ниже. Шины – это средство передачи информации между различными устройствами компьютера. Шины делятся на шины управления , которые передают коды команд; адресные шины , которые, как следует из их названия, служат для передачи адреса определенного контекстом команды набора аргументов или адреса, куда следует поместить результат; и шины данных , которые передают, непосредственно, сами данные - аргументы и результаты выполнения команд. Контроллеры – это микропроцессорные устройства, предназначенные для управления жесткими дисками, приводами внешних носителей информации и прочими видами устройств. Контроллеры – это посредники между инфраструктурой центрального процессора и конкретным устройством, подключенным к компьютеру. Жесткий диск – это энергонезависимое устройство хранения информации. Энергонезависимость запоминающего устройства – это его способность не утрачивать информацию после отключения питания. Помимо пользовательских данных, жесткий диск содержит программный код операционной системы, включая драйверы различных устройств. Драйвер устройства – это программа, управляющая его контроллером. Операционная система, например, Microsoft Windows, управляет всеми устройствами посредством драйверов, которые имеют понятный ей программный интерфейс. Драйверы, как правило, разрабатываются поставщиками комплектующих компьютера отдельно для каждого вида операционной системы. Также, системный блок не может обойтись без системы охлаждения и панели управления, позволяющей включать и выключать компьютер.

Уровень 3. Как работает компьютер

Как в компьютере представлены данные . Все данные для компьютера – это набор чисел. Как хранятся положительные целые числа , я рассказал в самом начале. Данные, которые могут быть как положительными, так и отрицательными, в первом разряде (в 1-м бите) хранят знак (0-плюс, 1-минус). Про особенности хранения вещественных чисел рассказывать подробно не буду, но следует знать, что вещественные числа в компьютере представляются с помощью мантиссы и экспоненты . Мантисса - это правильная дробь (числитель меньше знаменателя), у которой первый знак после запятой больше нуля (в двоичной системе это означает, что после запятой первый разряд - 1). Значение вещественных чисел вычисляется по формуле D=m*2 q , где m – мантисса, а q -экспонента, равная log 2 (D/m). В памяти компьютер хранит не саму мантиссу, а ее значащую часть - знаки после запятой. Чем больше разрядов (битов) выделено под мантиссу, тем выше точность представления вещественных данных. Пример:

Число ПИ в десятичной системе счисления выглядит примерно так: ПИ=3,1415926535... Приведем число к виду правильной дроби, умноженной на 10 в соответствующей степени: ПИ=3,1415926535 = 0.31415926535*10 1 =m*10 q , где m=0.31415926535, q=1.

Таким образом, мы представили вещественное число в виде двух целых чисел, поскольку для хранения мантиссы достаточно хранить только знаки после запятой (31415926535). Нужно учитывать, что и мантисса и экспонента могут быть как положительными, так и отрицательными числами. Если число отрицательное, то и мантисса отрицательная. Если число меньше одной десятой, то экспонента отрицательная (в десятичной системе счисления). В двоичной системе счисления экспонента отрицательная, если число меньше 0.5. Теперь попробуем проделать то же самое в двоичной системе счисления.

Немного округлим исходное число: ПИ 10 =3.1415=3+0.1415 Итак, 3 в двоичной системе это 11. Теперь разберемся с дробной частью. 0.1415=0 *0.5+0 *0.25+1 *0.125+…= 0 *2 -1 +0 *2 -2 +1 *2 -3 +… В итоге получим примерно следующее: ПИ 2 =11,001001000011=0.11001001000011*2 2 =m*2 q , где m=0.11001001000011, а q=2.

Теперь должно стать понятным, что я имел в виду под точностью представления вещественных чисел. На мантиссу потрачено 14 разрядов, а для числа ПИ удалось сохранить только лишь несколько знаков после запятой (в десятичной системе счисления). Также, работая на компьютере, можно столкнуться со следующей формой записи числа:

6,6725E-11 Это не что иное, как 6,6725*10 -11 Текст – это последовательность символов, а каждый символ имеет свой числовой код. Кодировок текста существует несколько. Наиболее известные и широко применяемые кодировки текста – это ASCII и UNICODE. Графика – это последовательность точек, каждая из которых соответствует определенному цвету. Каждый цвет представлен 3-мя целыми числами: составляющей красного (red), зеленого (green) и синего (blue) цветов RGB палитры. Чем больше разрядов отводится под хранение цвета, тем большим спектром цветов вы можете оперировать. Видео – это просто последовательность статических кадров. Существуют технологии сжатия видео, которые, к примеру, отдельные участки видео хранят как один кадр и последовательность дельт – отличий последующих кадров от предыдущего. При условии, что соседние кадры отличаются не абсолютно всеми точками (например, мультипликация), такой подход позволяет сэкономить на общих объемах материала. Звук – это сигнал, который из аналогового представления можно перевести в цифровое путем дискретизации и квантования (оцифровки). Естественно, что оцифровка приведет к потере качества, но такова цена цифрового звучания.

Как организован процесс вычислений . Материнская плата – это печатная плата, на которой установлен центральный процессор (ЦП ). Также, через специальные разъемы к материнской плате подключены модули оперативной памяти, видеокарта, звуковая карта и прочие устройства. Материнская плата – это агрегирующее звено в архитектуре современного компьютера. Материнская плата снабжена системным контроллером (северный мост ), обеспечивающим связь центрального процессора с оперативной памятью и графическим контроллером, а также, периферийным контроллером (южный мост ), отвечающим за связь с контроллерами периферийных устройств и постоянным запоминающим устройством. Северный и Южный мост вместе образуют чипсет материнской платы - ее базовый набор микросхем. Оперативная память или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ ) – это энергозависимая память компьютера, в которой хранятся исполняемый и сами данные программы. Объем оперативной памяти влияет на производительность компьютера, поскольку именно ОЗУ определяет объем обрабатываемой в каждый момент времени информации. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ ) – это энергоне зависимая память компьютера, которая хранит самую важную для него информацию, в том числе программу первоначальной загрузки компьютера (до загрузки операционной системы) – BIOS (basic input/output system - базовая система ввода-вывода). Данные ПЗУ обычно записывает производитель материнской платы. Видеокарта – это самостоятельная плата со своим процессором и своей оперативной памятью (видеопамять), предназначенная для быстрого преобразования графической информации в тот вид, который можно напрямую вывести на экран. Процессор видеокарты оптимизирован для работы с графикой, в том числе, для обработки трехмерной графики. Тем самым, процессор видеокарты разгружает центральный процессор от такого вида работ. Чем выше объем видеопамяти, тем быстрее и чаще компьютер способен обновлять данные на экране, и тем шире может быть спектр используемых цветов. Центральное процессорное устройство (ЦПУ) может состоять из нескольких процессоров, каждый из которых способен параллельно остальным выполнять свою программу. Раньше процессор и ядро процессора были синонимами. Сейчас ЦПУ может состоять из нескольких процессоров, а каждый процессор из нескольких ядер. Ядро микропроцессора – это арифметико-логическое устройство (АЛУ ), контроллер ядра и набор системных регистров . АЛУ, как следует из его названия, умеет выполнять с числами, загруженными в регистры . Набор регистров служит для хранения адреса текущей команды (команды хранятся в оперативной памяти, а регистр IP (Instruction Pointer) указывает на текущую команду), адресов загружаемых для выполнения команды данных и самих данных, включая результат выполнения команды. Ядро, собственно, и управляет всем этим процессом, выполняя низкоуровневые команды процессора. К таким командам относятся загрузка данных в регистры, выполнение арифметических операций, сравнение значений двух регистров, переход к следующей команде и т.д. Сам микропроцессор обменивается данными с оперативной памятью посредством контроллера оперативной памяти. Хотя время доступа к оперативной памяти намного меньше, чем, к примеру, время доступа к информации на жестком диске, но при интенсивных вычислениях всех же это время становится заметным. Для организации хранения данных, время доступа к которым должно быть минимальным, служит сверхоперативная память (кэш память).


Кто или что управляет процессом вычислений . Процессом вычислений, как я уже сказал в начале, управляет компьютерная программа. Программы пишутся на различных языках программирования и чаще всего на . Основными высокого уровня являются: объявление переменных различных типов, выполнение арифметических и логических операций, условные операторы и циклы. Человеку, программирующему на языке высокого уровня не нужно задумываться, как обрабатываемая им информация представляется в компьютере. Все вычисления, в основном, описываются в привычной для него десятичной системе счисления. Программист определяет в том виде, в котором ему удобно. В его распоряжении серьезный арсенал уже готовых программных компонентов, решений и технологий программирования: , средства организации , сервисы работы с и т.д. и т.п. Далее, специальные программы, называемые компиляторами, переводят текст программы в машинный код – на язык команд, понятный центральному процессору компьютера. Как выглядит программа на языке программирования высокого уровня можно, к примеру, посмотреть на страницах этого сайта, а как выглядит программа на языке низкого уровня, приближенного к машинному коду (), смотрите ниже (эта программа всего лишь выводит сообщение “Hello, world”).

386 .model flat, stdcall option casemap:none include \masm32\include\windows.inc include \masm32\include\kernel32.inc includelib \masm32\lib\kernel32.lib .data msg db "Hello, world", 13, 10 len equ $-msg .data? written dd ? .code start: push -11 call GetStdHandle push 0 push OFFSET written push len push OFFSET msg push eax call WriteFile push 0 call ExitProcess end start

Один оператор на языке высокого уровня трансформируется в десятки, а то и сотни строк машинного кода, но поскольку это происходит автоматически, то переживать по этому поводу не стоит. В момент запуска программы, операционная система выделяет ей отдельный , загружает машинный код в оперативную память, инициализирует регистры (в регистр IP помещает адрес самой первой инструкции), и вычислительный процесс начинается.

Считаю, что в рамках этого материала рассказ о том, как устроен современный компьютер, можно закончить. Теперь вы знаете в общих чертах, из чего он состоит и как работает, а детали без труда найдете в интернете.

Любой автомобильный двигатель - сердце машины. Сегодня производителями изготавливаются моторы разного типа и модификаций. Все они конструктивно отличаются между собой, поэтому выбирая транспортное средство, необходимо знать, какой агрегат в нём установлен, его принцип работы, технические характеристики, преимущества и недостатки. Существуют компрессорный, турбированный и атмосферный двигатель.

Классификация атмосферных моторов

Атмосферник - двигатель внутреннего сгорания , в который через фильтры поступает воздух, где он смешивается с топливом. Полученная смесь попадает в камеру сгорания, воспламеняется и приводит в движение поршни, благодаря ему поддерживается вся работа автомобиля.

Двигатели внутреннего сгорания, преобразующие энергию тепла от сгорания топлива в механическую энергию движения, делятся на три группы:

  • дизельные;
  • газовые;
  • бензиновые.

Ещё в 19 столетии был создан первый бензиновый двигатель, который за время существования претерпел много изменений. Он нашёл широкое применение в автомобилестроении наряду с дизельным агрегатом. Газовый применяется только как дополнительный элемент к бензиновому мотору.

По способу подачи топлива все атмосферные агрегаты классифицируются на 2 типа:

  • карбюраторные;
  • инжекторные.

Карбюратор представляет собой узел системы питания мотора. В нём топливо смешивается с определённой частью воздуха, образуя воздушно-топливную смесь. Полученная смесь в наиболее приемлемом количестве и составе подаётся в цилиндры самого двигателя.

Инжектор или специальная форсунка - это электронно-механический узел в автомобиле, задача которого распылять топливо прямым впрыском непосредственно в цилиндр или во впускной коллектор.

Инжектор выигрывает у карбюратора по показателям эффективности. Карбюраторный агрегат потребляет больше топлива, содержание вредных веществ в выхлопе увеличивается, так как топливо сгорает менее полноценно. Управление системой требует ручной настройки.

Принцип работы

Понятие «атмосферный» говорит о том, что при горении топлива в цилиндрах принимает участие атмосферное давление. Атмосферники громоздкие и тяжёлые, поэтому конструкторы со временем нашли способ усовершенствовать их за счёт компрессоров или турбин. Тем не менее эти двигатели по-прежнему востребованы. Они устанавливаются на авто любого класса, но чаще всего на бюджетные легковые автомобили.

Двигатель работает за счёт энергии , вырабатываемой при воспламенении смеси топлива с воздухом, профильтрованным через воздушный фильтр. Эта энергия взрыва толкает поршень вниз, заставляя коленчатый вал вращаться. Вращательные движения коленвала передаются через муфту сцепления и систему трансмиссии на вращение колёс.

Агрегат работает повторяющимися одинаковыми циклами, каждый из которых состоит из четырёх тактов:

  1. Впуск воздушно-топливной смеси.
  2. Сжатие.
  3. Воспламенение.
  4. Выпуск отработанных газов.

Во время такта впуска выпускной клапан закрыт, а впускной открыт. Смесь топлива с воздухом при этом всасывается через впускной клапан в цилиндр.

С завершением хода поршня вниз впускной такт заканчивается. Горючее с воздухом втягивается в цилиндр, начинает всё больше сжиматься при подъёме поршня вверх.

Когда поршень закончит свой ход вверх, через свечу зажигания проходит электрический ток, вызывая в нём искровой разряд, немедленно взрывающий горючую смесь. Энергия взрыва опускает поршень, заставляя коленчатый вал вращаться. Эта и есть та сила, которая вращает колёса.

При завершении хода поршня вниз открывается выпускной клапан. Так как поршень начинает опять идти вверх, отработанный газ выталкивается из цилиндра через выпускной клапан. Коленчатый вал приводится во вращение дважды, пока поршень проходит через все 4 такта.

Непрерывная работа двигателя образуется постоянным повторением этих тактов - вот что значит атмосферный двигатель.

Устройство атмосферника

Как устроен двигатель, можно рассмотреть на примере четырёхтактного атмосферного. По функциям детали мотора разделяются примерно на 4 группы:

  1. Для обеспечения впуска и воспламенения топливно-воздушных смесей. К этой группе относятся головка блока цилиндров и клапанный механизм.
  2. Детали для обеспечения сжатия воздушно топливной смеси. Эта группа состоит из поршней, поршневых колец, блока цилиндра, клапана.
  3. Для передачи энергии мотора. В группе находятся шатуны, коленчатый вал, подшипники и маховики, их можно купить здесь: /uzp.net.ua/ru/podshypnyky/ .
  4. Детали для выработки искровых вспышек. Группу наполняют свечи зажигания и распределители.

Взаимодействие этих деталей мотора обеспечивает главное вращение колёс.

Головка блока цилиндров

Это главная часть двигателя, расположенная непосредственно над блоком цилиндров. Она постоянно подвергается действию сгорающих газов, имеющих высокую температуру и давление. Деталь делают из листового железа или из сплава алюминия с высокопрочными и высокотемпературными добавками.

Основание головки блока цилиндра углублено, образует вместе с поршнем и цилиндром камеру сгорания. Коэффициент полезного действия двигателя сильно зависит от формы камеры сгорания, а также от расположения клапанов и свечей зажигания.

Клапаны и сопутствующие детали

Современные четырёхтактные двигатели имеют 4 клапана для каждого цилиндра: 2 впускных и 2 выпускных. Для обеспечения эффективного впуска впускной клапан имеет больший диаметр, чем выпускной. Они изготавливаются из высокотемпературного никеля или хромированной стали.

Каждый клапан имеет сопутствующие детали: седло и пружина, которая является спиральной и создаёт тесный контакт с седлом, предотвращая утечку газа. Обычно в двигателях используется одна пружина, но в некоторых видах устанавливают по 2 штуки для каждого клапана.

Когда клапан закрыт, седло находится в плотном контакте с его поверхностью, чтобы обеспечить непроницаемость камеры сгорания.

Блок цилиндров образует каркас двигателя. Совместно с поршнями блок цилиндров играет важную роль в обеспечении преодоления давления сжатия и сгорания. Для минимизации износа деталей и утечек газа внутренняя поверхность каждого цилиндра отделена под высокое давление хромированием.

Отверстие цилиндра делается круговым. Однако верхняя часть цилиндра и поршня благодаря высокому давлению и температуре страдает от износа. Позже зазор между поршневыми кольцами и цилиндром увеличивается, приводя к потерям сжатия.

Поршень мотора

Деталь двигается в цилиндре вверх и вниз под действием давления, образующего взрывами топливно-воздушной смеси. При этом поршень через поршневой палец и шатун вращает коленчатый вал. Сечение поршня не является правильным кругом: диаметр в направлении поршневого пальца делается немного меньше для утечки теплового расширения.

Головка поршня становится гораздо горячее и расширяется больше, чем юбка. Для компенсации разницы в тепловом расширении диаметр поршня вверху сделан меньше, чем внизу. Кольца препятствуют утечкам под давлением сжатия смеси через зазор между цилиндром и поршнем. Обычно каждый поршень имеет 3 кольца.

Шатун агрегата

Он связывает поршень с коленчатым валом так, что вертикальное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленвала. Поскольку шатун подвержен непрерывно действующим силам сжатия и растяжения, он должен быть довольно прочным и хорошо закреплённым, чтобы выдерживать эти нагрузки.

Коленчатый вал

Эта деталь преобразует через шатун прямолинейное движение каждого поршня во вращательное движение. Он состоит из шатунных шеек, которые передают силу поршней и валу, коленных шеек, регулирующих вращение вала и балансировочных грузов, обеспечивающих хорошее, сбалансированное вращение вала.

Коленвал вращается с большой скоростью, подвергаясь сильным нагрузкам от поршней, поэтому он должен быть довольно прочным и закреплённым, а также хорошо сбалансированным как статически, так и динамически.

Достоинства и недостатки

Многие автомобилисты до сих пор выбирают атмосферные агрегаты благодаря их преимуществам:

  • простота строения обеспечивает лёгкость в их обслуживании, возможность устранить неисправность самостоятельно и небольшие расходы;
  • простой принцип работы;
  • низкий расход масла: около 200−500 г на 10 тыс. км;
  • замена масла через 15 тыс. - 20 тыс. км;
  • хорошо справляется с низкокачественным топливом;
  • быстрый прогрев двигателя;
  • способность пройти без капитального ремонта свыше 500 тыс. км.

Из недостатков агрегата наиболее существенными по сравнению с турбированным двигателем являются:

  • выше расход топлива;
  • ниже мощность, динамичность и экологичность.

Развитие перспективных атмосферных двигателей идёт в направлении усовершенствования рабочего процесса, в увеличении степени сжатия и управлении фазами газораспределения, в применении впрыска топлива в цилиндры, уменьшении механических потерь и затрат на вспомогательное оборудование.