вівторок, 9 лютого 2016 р.

Пристрої, що використовуються для роботи з даними і сигналами

Здебільшого ми навіть не замислюємось над тим, що встановлюючи диск із відеофільмом у пристрій для його читання (відеоплеєр), ми використовуємо технологію відтворення зображення і звуку, якої не було ще кілька десятків років тому. Для зберігання даних, які записано на один оптичний диск, тоді потрібно було кілька кілометрів кінострічки.
Для того, щоб вчасно прокинутись, ми вже не заводимо будильник, а встановлюємо на мобільному телефоні час, коли він розбудить нас замовленою нами мелодією. За допомогою цього телефону ми не лише спілкуємось, й фотографуємо, знімаємо відео, записуємо звук.

Автомобілі, стають більш «розумними» — гальмами на більшості автомобілів керують спеціальні вбудовані комп’ютери за програмою, яка не дає автомобілю втратити управління на слизькій дорозі, пальне подається теж під контролем програмного управління.
Нас оточують пристрої, яких не було 10—20 років тому, і які з’явилися завдяки розвитку інформаційних технологій (ІТ) (рис. 1.13)
Рис. 1.13. Основні етапи розвитку мобільних пристроїв зв’язку
Завдяки розвитку ІТ ми маємо можливість користуватися не лише мобільними телефонами, а й цифровими фотоапаратами, які забезпечують значно якісніше зображення, ніж їх попередники — фотоапарати плівкові, виробництво яких протягом останнього десятиліття майже припинилось. Звичайно, цифровий фотоапарат складніший, ніж плівковий, але ця складність робить його набагато зручнішим у використанні (див. рис. 1.14 на с. 22).

Рис. 1.14. Сучасні цифрові фотоапарати (зовнішній вигляд і внутрішня будова)
Процес виготовлення зображення з використанням цифрового фотоапарата доступний практично для кожного. Рівень автоматизації процесу такий, що достатньо навести фотоапарат на об’єкт, натиснути кнопку, після чого передати електронну версію зображення на комп’ютер із застосуванням спеціальної програми і надрукувати фото на папері. Більше того, програмні засоби, які додаються до всіх сучасних цифрових фотоапаратів, забезпечують можливості редагування зображень, зменшення або збільшення їх, нанесення написів, зміну властивостей зображень або зміну властивостей їх фрагментів (рис. 1.15).
Певні можливості редагування зображення як цілого об’єкта надає графічний редактор Paint
Практично нині майже не використовують звукозаписувальні пристрої із записом на магнітну плівку, на зміну їм прийшли цифрові диктофони.
Більшість сучасних побутових приладів (мікрохвильова піч, телевізор, пральна машина, швейна машина, навіть праска, не кажучи вже про автомобіль) мають у своєму складі спеціалізований мікрокомп’ютер, який керує їх роботою (рис. 1.16).


Рис. 1.15. Програмний засіб для редагування і друкування цифрових фотографій
Пристрої, засновані на використанні інформаційних технологій, зазвичай виконують процеси сприйняття даних, їх опрацювання і зберігання, тобто основні процеси, які вивчає інформатика.

Рис. 1.16. Роботизована лінія збирання автомобільних кузовів
Нині основою виробництва стають технології, засновані на використанні програмно-керованих автоматів, роботів, систем автоматизованого управління виробництвом. Найпершими застосуваннями таких автоматів були токарні верстати з програмним управлінням, використовуючи які
можна було з великою точністю виточити дуже складну деталь. Кваліфікація токаря вже не мала великого значення — верстат виконував програму, створену комп’ютером, за яким працював інженер, що проектував виріб.
Іншим цікавим застосуванням спеціалізованих мікрокомп’югерів у виробництві є використання роботів, яких «навчає» людина.
Як це відбувається? Досвідчений маляр бере в руки фарбувальний пістолет і виконує фарбування деталі (кузова легкового автомобіля, наприклад). Комп’ютер записує всі його рухи, увімкнення і вимкнення подачі фарби. Так відбувається кілька разів. Потім, з використанням спеціальної програми, аналізується якість фарбування деталей, вибирається найкращий за якістю і витратою фарби варіант, який і записується у вигляді програми фарбування деталі. Таким чином людина «навчає» робот, який потім невтомно працює, звільняючи людину від необхідності виконувати важку одноманітну роботу в шкідливому для здоров’я ^ середовищі.
Інший приклад. Для створення програми вишивання зображення для швейної машинки з програмним управлінням художник створює ескіз майбутньої вишивки, виокремлює на ньому кольори. Спеціалізований програмний засіб аналізує ескіз і створює програму переміщення п’ялець (тримача матерії, на якій здійснюється вишивання).
Загальним для всіх автоматичних пристроїв, крім того, що вони діють під управлінням комп’ютера, є наявність у них частин, які забезпечують отримання цими комп’ютерами даних, що описують властивості об’єктів, з якими взаємодіє пристрій або якими керує комп’ютер. Так, наприклад, у фотоапараті для отримання якісної світлини необхідно регулювати час, протягом якого світло потрапляє на світлочутливі елементи, та регулювати положення об’єктиву, при якому створюється чітке зображення.
Керування автомобілем вимагає подання у спеціалізований мікрокомп’ютер даних про швидкість автомобіля, положення керма, педалей тощо.
Система захисту приміщення від небажаного проникнення має «повідомити» мікрокомп’ютеру дані про те, чи немає в приміщенні рухомих об’єктів, чи не відкриті вікна або двері тощо.
Гральна приставка має кілька органів управління, головним з яких є джойстик. Положення джойстика вказує напрям руху об’єктів на екрані.
Сигнали, які може сприймати комп’ютер, можуть бути лише електричними, тому всі властивості об’єктів, які слід передати в комп’ютер, мають бути перетворені на зміни в колі електричного струму. Найпростішим способом створення електричного сигналу є замикання або
розмикання кола. Для цього побудовано перетворювачі, які створюють сигнали відчинення або закриття дверей, вікон. Складніші пристрої перетворюють на електричні сигнали інші властивості об’єктів — вагу, швидкість, температуру, освітленість, звук. Такі пристрої мають загальну назву — датчики, або первинні перетворювачі сигналів.
Основою технологічного оточення сучасної людини є інформаційні технології і пристрої, які використовують сучасні досягнення науки і технологій. Основною складовою більшості сучасних пристроїв є спеціалізовані мікрокомп’ютери, дані і сигнали для яких виробляються датчиками.
Перевіряємо себе
Вправи 1. Поясніть, що є спільного в сучасній швейній машинці, автомобілі, мобільному телефоні, цифровому фотоапараті?
Вправа 2. Поясніть, які сигнали можуть бути передані в комп’ютер?
Вправа 3. Поясніть, які дані про об’єкт «автомобіль» має отримати спеціалізований комп’ютер, що керує його гальмами й двигуном?
Вправа 4. Поясніть, які властивості об’єкта «миша» передаються у комп’ютер для керування ним?
Вправа 5. Поясніть, чим відрізняється створення програми переміщення п’яльців швейної машинки в режимі «вишивання» від створення програми фарбування деталі шляхом «навчання» робота?
Виконуємо самостійно
Завдання І. Дослідити клас, у якому ви навчаєтесь. Які автоматичні, програмно-керовані та інші електронні пристрої є в ньому?
Завдання 2. Які властивості об’єкта «інтерактивна дошка» (або етилує, маркер) перетворюються на сигнал, який передається в комп’ютер?

Словничок до


Поняття
Значення
Інформація
Відомості, які людина отримує з повідомлень, що передаються у вигляді тексту, зображень (рухомих і нерухомих) та звуку
Дані
Властивості об’єктів, подані в числовій формі або описані словами
Об’єкт
Усе, що може спостерігати людина, або те, що уявляє
Комп’ютер
Електронний цифровий програмований пристрій (електронна обчислювальна машина) для проведення обчислень, а також приймання, оброблення, зберігання і видачі інформації
Телефон
Пристрій, призначений для двобічного обміну повідомленнями у формі звуку на великі відстані за допомогою електричних сигналів
Комунікатор
Пристрій, який, крім функцій телефону, забезпечує зберігання даних, їх опрацювання. Зазвичай має більший, ніж у телефоні, екран і алфавітно-цифрову клавіатуру
Диктофон
Пристрій, який використовують для звукозапису мови з метою її подальшого прослуховування
Факс
Текстовий (графічний) документ, який пересилається телефонними лініями. Часто факсимільну машину теж скорочено називають факсом
Плеєр
Пристрій, призначений для відтворення звуку і/або відеозаписів
Калькулятор
Електронний обчислювальний пристрій для виконання операцій над числами або алгебраїчними формулами. Комп’ютерна програма, яка відтворює функції калькулятора. Спеціалізована програма, яка автоматично проводить певні обчислення
Фотокамера
Прилад для фіксації оптичного зображення на спеціальному носії (зазвичай фотоплівці або у формі комп’ютерного файлу на електронній карті пам’яті)
Кінокамера
Пристрій для запису рухомого зображення
Гральна приставка
Спеціалізований електронний пристрій, розроблений і створений для того, щоб грати у відеоігри. Найчастіше використовуваним пристроєм виводу є телевізор або, рідше, комп’ютерний монітор
Навігатор
Радіоелектронний пристрій, який використовується для визначення положення об’єкта в просторі
Програмно керований автомат
Загальна назва для будь-якого пристрою, дія якого заснована на використанні програми, що може змінюватись (комп’ютер, верстат з програмним управлінням, світлофор, швейна машинка з функцією вишивання тощо)

Для допитливих
Розвиток людства не був би можливим без обміну відомостями між людьми. До обміну новинами або іншою інформацією люди прагнули в усі часи, навіть у доісторичні. З давніх-давен люди від покоління до покоління передавали набуті знання, сповіщали про небезпеку, обмінювалися відомостями. Спілкування між ними починалося з окремих звуків, жестів, міміки, за допомогою криків люди передавали інформацію на відстань. У Персії в VI ст. до н. е. раби стояли на високих вежах, криками передавали повідомлення один одному. У бойових умовах накази передавали ланцюжком, що складався з воїнів. На великі відстані відомості передавали умовними знаками. У Стародавньому Китаї використовували гонги, а аборигени Африки й Америки — дерев’яні ба- рабани-тамтами, б’ючи по них то швидше, то повільніше, то з різною силою. Комбінуючи звуки, можна було передавати новини з достатньою швидкістю і на значні відстані.
Розвиток полювання, виробництва, особистих і суспільних відносин розширював сферу спілкування між людьми, головним засобом якого стала мова. Але спілкування через мовлення має два суттєві недоліки: обмеженість у просторі (мову чути лише на короткі відстані) і в часі (звуки сприймаються лише в момент мовлення).
Уже в давні часи виникла потреба передавання повідомлень на відстань і закріплення їх у часі. Для закріплення відомостей в часі використовували предмети, яким надавалось певне умовне символічне значення: хрест — знак поховання, стріла — знак напрямку, пластинки із зарубками, камінці з позначками, шнурки з вузликами.
Поступово найбільшого поширення набуває графічний спосіб передавання інформації — письмо. Нині відомо чотири основні типи письма: піктографічне, ідеографічне, складове та алфавітне.
Піктографічне письмо — історично найдавніший тип письма. Це розповідь малюнками. Прикладом такого письма є наскельні зображення (петрогліфи).
Ідеографічне письмо — це теж малюнкове письмо, але більш розгорнуте. Ним передають не стільки зображені предмети, скільки думки, поняття. На основі малюнкового письма виникли так звані не- алфавітні системи: клинопис, ієрогліфічне й китайське письмо. Наприклад, у м. Ніневія (столиця Ассирії) було відкрито першу у світі бібліотеку. У ній зберігалось близько ЗО тис. глиняних табличок. На табличках зображені математичні дії (+, -, : , *), геометричні фігури, піднесення до квадрата, табличка множення, табличка визначення відсотків. Ассирійців можна вважати і першодрукарями. Нони друкували царські, державні й господарські укази таким чином: на дереві вирізали форму букв і текстів, які переносили на м’яку глину. Готову продукцію сушили на сонці або в печах. Трикутна у своїй основі паличка слугувала за перо й ручку.
Силабічне (складове) письмо — вид письма, у якому графічними знаками позначають склади. Тому спершу власні імена, а пізніше й інші слова почали розкладати на склади а кожен склад позначати ієрогліфом. Це вже було складове (силабічне) письмо. Ще пізніше приголосний звук стали позначати ієрогліфом, а голосний — значком над ієрогліфом. Якщо таким чином записати слова голос, море, весело, то це матиме вигляд: г*л*с, м*р', в’с’л*. Кількість знаків у складовому письмі поступово зменшувалась. Так, у фінікійців, писемність яких була поширена в багатьох країнах Середземного моря, таких знаків було вже 22.
У Давній Греції у IX ст. до н. е. на основі фінікійського письма виник новий вид писемності — алфавітне письмо, у якому голосні й приголосні звуки позначали окремими знаками. Сукупність знаків (букв), розміщених у певному порядку, які застосовують у певній мові для передачі на письмі звуків мови, називаються алфавітом або азбукою. Ці назви виникли із складання назв перших двох букв алфавіту. З грецьких «альфа» і «віта» (інакше «бета») виникла назва «алфавіт», а із назв букв старослов’янського кириличного алфавіту «азь» (сучасна а) і «буки» (сучасне б) — «азбука». І система письма, і форма букв грецького алфавіту з деякими змінами були використані при створенні алфавітів різних народів, зокрема й слов’янського.
На основі фінікійського письма сформувались майже всі літерно- звукові системи письма Європи. Найдавніші пам’ятки грецького письма належать до кінця IX — першої половини VIII ст. до н. е.
На території України ще 6 тис. років тому склалася культура прадавніх хліборобів, названа Трипільською. Майже 1500 р. проіснувала вона і внесла у світову історію відчутні позитивні зміни. Прадавнє населення вирощувало злакові культури, створювало чудову за формою та художнім оздобленням кераміку, споруджувало двоповерхові оселі, винайшло й передало наступним поколінням систему забудови міст.
Багато вчених вважають, що трипільці — предки протослов’ян. У цій цивілізації корені нашої культури, світоглядні засади народного мистецтва. У похованні епохи Трипілля знайдено прясло з жіночим іменем. Прадавні хлібороби вміли передавати усну мову писемними знаками. Виявлено кілька фрагментів посуду з писемними знаками, нанесеними способами малювання, прокреслювання та вишкрябування на сирій глині. Учені стверджують: у трипільців склалася своєрідна система письма й лічби, а відтак для їх розшифрування потрібні додаткові дослідження.
У період формування племінного ладу в слов’ян (перша половина 1 тисячоліття до н. е.) існувало примітивне письмо. У давньоболгарській пам’ятці кінця IX — початку X ст. «Сказання про письмена» чорноризця Храбра воно називається «черги і рєзі». Це були найпростіші знаки й форми рисочок, зарубок, племінні та родові знаки, клейма, знаки власності, календарні знаки тощо. Вони зустрічаються на предметах побуту, горщиках, давньоруських монетах, зразках письма — усе це можна побачити в експозиціях музеїв.
З утворенням ранньослов’янської державності, розвитком дипломатичних і торгівельних зв'язків слов’яни починають використовувати візантійське письмо, пристосовуючи його до особливостей своєї мови. Виникає письмо, яке дослідники назвали протокирилівським. У «Житіях» Константина (Кирила) розповідається, що перебуваючи в Херсонесі, він знайшов там «Євангеліє», «Псалтир», «руськими письменами писано». Можливо, це й було протокириличне письмо.
Великий інтерес становить «Софійська азбука», яку було виявлено в Михайлівському вівтарі Софійського собору в Києві. Вона складалася з 27 літер: 23 грецьких і 4 слов’янських: Б, Ж, Ш, Щ. Накреслення букв аналогічні до кирилиці, але це не є кирилична азбука. Учені-лінгвісти вважають, щр це — алфавіт, яким користувалися на Русі ще за часів князів Аскольда й Діра.
Наступний етап у розвитку слов’янського письма пов’язаний із діяльністю болгарських просвітителів Кирила (826—869 рр.) і Мефодія (820—885 рр.). Вважається, що Кирило переробив відоме йому протокириличне письмо, систематизувавши його та пристосувавши до передавання звуків слов’янської мови. Один із учнів Кирила Климент доповнив створену азбуку кількома новими літерами. Таким чином було створено азбуку, яку назвали кирилиця.
Слід зауважити, що протягом багатьох століть зберігалася й звукова сигналізація. Завдяки «барабанному телеграфу» відомості про просування ворожих військ поширювалися на значні відстані і випереджали офіційні донесення кур’єрів. Засобом звукової сигналізації були також ріжки, труби, дзвони, а після винайдення пороху — постріли з рушниць і гармат. Дзвін на Русі сповіщав про пожежу, про урочистості й печалі.
З розвитком цивілізації звукову сигналізацію поступово витісняла більш досконала — світлова. Історично першим засобом світлової сигналізації було вогнище. Багаття слугувало сигналом древнім грекам, римлянам, карфагенцям і російським козакам у селянській війні 1670— 1671 рр. Вогневу сигналізацію вночі або димову — вдень багаттями із сирої трави або сирих гілок широко використовували на південних кордонах сторожові пости козаків. При появі ворога в Запорізькій Січі сигнал передавали ланцюжком багать, утворених на узвишші, сповіщаючи про небезпеку.
Літопис світлової сигналізації був би неповний без згадки про те, що жителі архіпелагу, відокремленого Магеллановою протокою від південного краю Південно-американського материка, також користувалися сторожовими багаттями, що спонукало англійського мореплавця Джеймса Кука дати архіпелагу назву «Вогненна Земля».
Мова багать і дзеркал була хоч і швидка, але малоінформативна: багаття несли мало відомостей, тому додатково посилали гінців із докладними повідомленнями. Спосіб «смолоскипного телеграфу», заснованого на повідомленнях, переданих смолоскипами в проміжках між зубцями стін, що відповідало певній букві коду, також не був поширений.
Французький механік Клод Шаппа винайшов оптичний, або семафорний, телеграф. Передавання повідомлення відбувалося за допомогою обертання поперечини навколо своєї осі, прикріпленої до металевою жердини на даху башти. Російський механік-самоук Іван Кулібін винайшов власну систему семафорного телеграфу, яку він назвав «дальновещающей машиной», з оригінальним сигнальним алфавітом і кодом.