Studiul și Prezentarea Comutatoarelor Analogice

Argument

Termenul "computer" este un sinonim pentru calculator electronic, preluat identic ca formă şi ca sens din limba engleză. El a intrat în limba română mai tîrziu decît ordinator, un alt sinonim pentru calculator electronic preluat din limba franceză.

Termenul "computer" apare pentru prima oară la pag. 215 din „Micul Dicţionar enciclopedic – Ed. enciclopedică Română, Bucureşti, 1972”, unde este definit ca sinonim pentru termenul "calculator electronic" şi "ordinator", însă el a intrat în circulaţie în limba vorbită şi scrisă înainte de această dată prin cursurile de la facultăţile de profil, revistele şi cărţile de specialitate (Ştiinţă şi tehnică, ş.a.) şi literatura ştiinţifico-fantastică, SF.

În engleză, substantivul computer s-a format din verbul englez to compute, preluat în 1631 din franceză (verbul computer), preluat la rîndul său din latină (verbul computare) care are înţelesul a calcula, a socoti.

Computerul este un calculator electronic digital, modular şi extensibil.Un computer, numit şi calculator, calculator electronic sau ordinator, este o maşină de prelucrat date şi informaţii conform unei liste de instrucţiuni numită program. Calculatoarele care sînt programabile liber şi pot, cel puţin în principiu, prelucra orice fel de date/informaţii se numesc universale (engleză: general purpose, pentru scopuri generale). Ştiinţa prelucrării informaţiilor cu ajutorul computerelor se numeşte informatică. Computerele actuale nu sînt doar maşini de prelucrat informaţii, ci şi dispozitive care facilitează comunicarea respectivelor informaţii între doi sau mai mulţi utilizatori, de exemplu sub formă de numere, text, imagini, sunet sau video.

În principiu, orice computer care deţine un anumit set minimum de funcţii (altfel spus, care poate emula o maşină Turing) poate îndeplini funcţiile oricărui alt asemenea computer, indiferent că este vorba de un Personal Digital Assistant sau PDA sau de un supercomputer (vezi şi teza Church-Turing). Această versatilitate a condus la folosirea computerelor cu arhitecturi asemănătoare pentru cele mai diverse activităţi, de la calculul salarizării personalului unei companii pînă la controlul roboţilor industriali sau medicali (calculatoare universale).

Computerele de astăzi vin în forme şi prezentări diverse. Probabil cel mai familiar este computerul personal şi varianta sa portabilă, laptop -ul sau notebook -ul. Însă cea mai răspîndită formă este acea a computerului integrat (embedded) - înglobat complet în dispozitivul pe care îl conduce. Multe maşini, de la avioanele de luptă pînă la aparatele foto digitale, sînt controlate de computere integrate.

Cel mai vechi mecanism cunoscut care se pare că putea funcţiona ca o maşină de calculat se consideră a fi "Ceasul" din Antikythira, datînd din anul 87 î.Hr. şi folosit aparent pentru calcularea mişcărilor planetelor. Tehnologia care a stat la baza acestui mecanism nu este cunoscută.

O dată cu revigorarea matematicii şi a ştiinţelor în timpul Renaşterii europene au apărut o succesiune de dispozitive mecanice de calculat, bazate pe principiul ceasornicului, de exemplu maşina inventată de Blaise Pascal. Tehnica de stocare şi citire a datelor pe cartele perforate a apărut în secolul al XIX-lea. În acelaşi secol, Charles Babbage este cel dintîi care proiectează o maşină de calcul complet programabilă (1837), însă din păcate proiectul său nu va prinde roade, în parte din cauza limitărilor tehnologice ale vremii.

În prima jumătate a secolului al XX-lea, nevoile de calcul ale comunităţii ştiinţifice erau satisfăcute de computere analogice, foarte specializate şi din ce în ce mai sofisticate. Perfecţionarea electronicii digitale (datorată lui Claude Shannon în anii 1930) a condus la abandonarea computerelor analogice în favoarea celor digitale (numerice), care modelează problemele în numere (biţi) în loc de semnale electrice sau mecanice. Este greu de precizat care a fost primul computer digital; realizări notabile au fost: computerul Atanasoff-Berry, maşinile Z ale lui Konrad Zuse - de exemplu computerul electromecanic Z3, care, deşi foarte nepractic, a fost probabil cel dintîi computer universal, apoi calculatorul ENIAC cu o arhitectură relativ inflexibilă care cerea modificări ale cablajelor la fiecare reprogramare, precum şi calculatorul secret britanic Colossus, construit pe bază de lămpi şi programabil electronic.

Echipa de proiectare a ENIAC-ului, recunoscînd neajunsurile acestuia, a elaborat o altă arhitectură, mult mai flexibilă, ce a ajuns cunsocută sub numele de arhitectură von Neumann sau arhitectură cu program memorat. Aceasta stă la baza aproape tuturor maşinilor de calcul actuale. Primul sistem construit pe arhitectura von Neumann a fost EDSAC.În anii 1960, lămpile (tuburile electronice) au fost înlocuite de tranzistori, mult mai eficienţi, mai mici, mai ieftini şi mai fiabili, ceea ce a dus la miniaturizarea şi ieftinirea computerelor. Din anii 1970, adoptarea circuitelor integrate a coborît şi mai mult preţul şi dimensiunea computerelor, permiţînd printre altele şi apariţia calculatoarelor personale de astăzi.Primele calculatoare electronice digitale, fiind foarte mari şi scumpe, erau folosite la calcule ştiinţifice complicate, de multe ori pentru scopuri militare. ENIAC-ul a fost proiectat pentru calculul tirurilor de artilerie, dar a fost folosit şi la calculul densităţilor transversale de neutroni, în proiectarea bombei cu hidrogen.

Multe din supercomputerele contemporane sînt folosite pentru simulări de arme nucleare. Alte calculatoare au fost utilizate în criptanaliză, de exemplu primul computer electronic programabil, Colossus.În ciuda concentrării de la început pe aplicaţii ştiinţifice şi militare, computerele au început repede să fie adoptate şi în alte domenii, precum cel al afacerilor. LEO, unul din primele computere bazate pe arhitectura von Neumann, era folosit la gestiunea stocurilor încă din anii 1950. O dată cu apariţia microprocesoarelor şi ieftinirea semnificativă a computerelor, acestea şi-au găsit aplicare în contabilitate, birotică, alcătuirea de previziuni meteo şi de altă natură, în calculele matematice repetitive precum şi în calcul tabelar.În domeniul artelor, calculatoarele sînt întrebuinţate pentru generarea şi editarea de sunet, imagini şi video. Astăzi aceste activităţi sînt efectuate aproape exclusiv pe computer. De asemenea, industria jocurilor pe calculator este una foarte lucrativă.Computerele au fost folosite pentru comanda mecanismelor din momentul în care au devenit suficient de mici şi de ieftine pentru acest scop. Primele aplicaţii majore pentru computerele integrate au fost ghidarea misiunilor Apollo şi a rachetelor Minuteman. Astăzi se întîlnesc din ce în ce mai rar echipamente mecanice care să nu fie comandate într-o formă sau alta de un computer. Unele din cele mai cunoscute asemenea echipamente sînt roboţii, maşini mai mult sau mai puţin asemănătoare omului şi aptitudinilor sale. Computerele sînt din ce în ce mai mult utilizate în domotică, pentru aplicaţii casnice de genul "dacă e cineva acasă deschide televizorul la 7 seara" sau "reduce căldura noaptea".Roboţii industriali sînt o prezenţă obişnuită în producţia de masă, însă roboţii umanoizi încă nu au ajuns la nivelul la care sînt portretizaţi în literatura de anticipaţie science-fiction (SF), şi sînt astăzi doar jucării sau subiecte de cercetare.

CAPITOLUL 1 COMUTATOARE ANALOGICE

1.1 Comutator analogic electronic

Este în esenţă un întrerupător fără piese în mişcare, realizat cu unul sau mai multe dispozitive electronice şi comandat electric. În funcţie de valoarea semnalului de comandă el se află fie în starea conductoare, fie în starea blocată.

Comutatoarele analogice se folosesc în circuitele de comutaţie analo-gică, care au rolul ca, în funcţie de valoarea unui semnal de comandă, fie să transmită la ieşire semnalul de intrare variabil continuu în timp (semnal analogic), fie să blocheze trecerea lui spre ieşire. Pentru a-şi îndeplini în bune condiţii rolul care le revine, comutatoarele analogice trebuie să satisfacă mai multe cerinţe, dintre care menţionăm aici prezenţa următoarelor trei proprietăţi principale: