Когда компьютер перестал работать на перфокартах и стал таким, как мы привыкли видеть его сейчас, он начал появляться в домах на правах домашней электроники. Компьютер выполняет множество функций: на нем можно играть в компьютерные игры, слушать музыку, просматривать видеофильмы, печатать документы и т. д.
Однако компьютер очень чувствителен к скачкам напряжения и часто отказывается работать, зависает по непонятным для пользователя причинам. Это может быть обусловлено и помехами, исходящими от источника питания, в частности, скачками напряжения. Чтобы решить эти проблемы, было разработано устройство, имеющее маркировку UPS, которое принято называть источником бесперебойного питания.
В принципе, это тот же стабилизатор напряжения, только без вольтметра. Вместо него был установлен аккумулятор электрической энергии.
Дело в том, что компьютер представляет собой большой, сложный калькулятор, который с очень большой скоростью (которая зависит от тактовой частоты процессора), считывает машинные коды, состоящие из восьми знакомест (бит). Таким образом получается, что все программное обеспечение выглядит в виде логических команд, которые обрабатываются процессором в виде цифровых комбинаций. Если по каким-то причинам неожиданно отключится питание, то логическая цепь будет прервана, а это может отрицательно сказаться на программном обеспечении. Именно поэтому компьютер необходимо выключать в строго установленном порядке: выйти из всех прикладных программ и запустить программу выключения.
Теперь представьте, что где-нибудь произошла авария, для устранения которой надо отключить электричество. Как правило, об этом не предупреждают, так как это было бы очень хлопотно, поэтому электричество всегда отключается неожиданно, как говорится, «на самом интересном месте».
После этого компьютер включается с трудом. Он сканирует жесткий диск в поисках незавершенных программ, и иногда находит в своей памяти разрушенные файлы. Поэтому возникла необходимость создания такого устройства, которое позволяло бы компьютеру работать еще некоторое время даже при отсутствии электричества в сети.
Это устройство и есть бесперебойный источник питания. Аккумулятор, который в нем установлен, рассчитан на несколько минут работы без источника энергии. В случае, если электричество по каким-то причинам отключается, UPS издает сигнал, который свидетельствует о том, что электричество закончилось, пора принимать меры по выключению компьютера.
Как уже упоминалось, в источнике бесперебойного питания имеется дроссель, который отсеивает посторонние токи. Его принято называть фильтром, так как это название соответствует действительности и более понятно обывателю.
Как работает домашняя электроника?
Электричество используется не только для того, чтобы вырабатывать механическую или тепловую энергию, на нем работают электронные устройства, такие, как телевизор, видеомагнитофон, видеокамера, магнитофон, компьютер. Некоторые современные бытовые приборы, выполняющие по несколько операций сразу (например, автоматическая стиральная машина), имеют электронное управление, что позволяет сделать панель управления более компактной.
Принцип радиосвязи заключается в следующем. Передатчик преобразовывает аудио- или видеосигнал в последовательность электрических сигналов. Проходя по передающей антенне, ток высокой частоты вызывает в окружающем пространстве электромагнитные волны. Достигнув принимающей антенны, волны возбуждают в ней ток той же частоты, на которой работает передатчик. В приемнике происходит обратное преобразование сигнала.
Телевизионный сигнал преобразуется в последовательность электрических сигналов с помощью иконоскопа, который представляет собой вакуумную электронную трубку. Внутри иконоскопа расположен мозаичный экран, на который с помощью электронной пушки передается изображение. При этом заряжается каждая ячейка мозаики в зависимости от световой энергии, которая на нее попала. Электрические сигналы проходят через усилитель, а потом через передающую антенну. В телевизоре имеется кинескоп, электронная пушка которого преобразует электрические сигналы в видимое изображение.
Телевизор может иметь сразу несколько электронных вакуумных пушек. Хороший этому пример — панорамный телевизор, который имеет кинескоп в несколько раз больший, чем у обычного телевизора. Одной трубки было бы недостаточно для такого телевизора, поэтому в нем установлены три электронные пушки.
Телевизор может вообще не иметь электронной пушки. Например, ноутбуки, представляющие собой портативные компьютеры, слишком малы для того, чтобы иметь монитор с электронной пушкой, поэтому они имеют цифровой дисплей. Плазменные телевизоры не имеют электронной пушки, так как изображение в них формируется с помощью катодов, которые вызывают свечение пикселей.
В процессе передачи и обработки сигнала его приходится усиливать, так как напряжения радиосигнала недостаточно для работы передающего и принимающего устройства. Поэтому применяются различные усилители напряжения слабых электрических сигналов.
В зависимости от диапазона усилители можно разделить на низко- и высокочастотные. Усилители напряжения могут быть ламповыми, транзисторными, полупроводниковыми.
Аудио- и видеосигнал можно хранить с помощью различных носителей информации, из которых самым простым является магнитная лента разных форматов. Она применяется для записи и воспроизведения аудио- и видеозаписей. Принцип действия магнитной ленты сводится к следующему.
Поливинилхлоридная пленка покрыта специальным составом, который называется ферромагнетиком. Этот состав состоит из мельчайших частиц металлов (Fe, Сr), которые имеют свойство намагничиваться при прохождении через них электрического тока. Получив заряд, ферромагнетики могут хранить заряд бесконечно долго.
Запись осуществляется следующим образом. Передаваемый звуковой сигнал поступает на пишущую головку, по которой с определенной скоростью проходит магнитная лента. При этом ферромагнитный слой заряжается, тем самым копируя передаваемый аудио- или видеосигнал.
Для воспроизведения записи магнитная лента пропускается через воспроизводящую головку, в которой из-за заряда ферромагнетического покрытия возбуждается ток со слабым напряжением, приблизительно IV. Полученный сигнал проходит через усилитель, а потом преобразовывается в видимое изображение или звук.
Описанный выше способ хранения и передачи информации является аналоговой технологией, которую практически вытеснила другая, более совершенная технология, — цифровая. Электрические сигналы, передающие информацию, представляют собой протекающий ток с меняющимся напряжением. Цифровая технология основана на том, что аудио- и видеосигнал кодируется в электрические сигналы, имеющие значение «0» и «1». При этом можно добиться более высокого качества изображения, а также передавать информацию на более дальние расстояния.
Электромагнитные волны, несущие закодированный сигнал от передатчика к приемнику, встречают на своем пути множество препятствий, которые накладывают отпечаток на сигнал, в результате чего при передаче сигнала на длительные расстояния возникают помехи, которые трудно исправить.
С появлением цифровой технологии эту проблему стало легче решать, так как сигнал закодирован в виде комбинации чисел, а потому помехи, которые накладываются на сигнал, не имеют никакого значения при его декодировании.
Цифровая технология позволяет применять новые носители информации, самым известным из которых является лазерный диск. Он представляет собой алюминиевый диск, с обеих сторон защищенный покрытием. Информация на нем записана в виде участков, отражающих и не отражающих свет: при попадании лазерного луча на поверхность диска луч отражается или нет. Таким образом происходит передача информации.
Раньше лазерные диски записывали на специальной аппаратуре, потом изготавливалась матрица, по которой печатались другие диски. Теперь можно самому делать записи на лазерный диск, для этого существуют специальные пишущие дисководы.
Материал лазерного диска, на который записывается информация при попадании на него луча оптической системы на поверхности окисляется. Записанный сигнал выглядит в виде чередующихся отражающих и не отражающих свет участков. Это и есть цифровой способ кодирования информации.