Die Entwicklung der elektronischen Komponentenbasis

Im Jahr 1898 wurde in der illustrierten Wochenzeitschrift The Journal of Newest Discoveries and Inventions ein Artikel mit dem Titel Home-Based Wireless Wiring Experiments veröffentlicht. Der Sender wurde auf einer Rumkorf-Spule hergestellt, und der Empfänger war tatsächlich A.S. Popova. Mit dem beschriebenen Empfänger und Sender konnte ein Signal in einer Entfernung von bis zu 25 m gesendet werden, was für diese Zeit eine enorme Leistung war.

Bereits 1924 erschien die erste Ausgabe des Radio-Amateur-Magazins. Mitte 1930 wurde die Zeitschrift in "Radio Front" umbenannt und unter diesem Namen bis Juli 1941 veröffentlicht. In den Jahren des Zweiten Weltkriegs wurde das Magazin natürlich nicht veröffentlicht. Die erste Nachkriegsausgabe des Magazins wurde im Januar 1946 veröffentlicht. Ab dieser Januar-Ausgabe wurde das Magazin Radio genannt. Die Abdeckung ist in der Abbildung dargestellt.

Das Auffälligste an diesem Problem ist, dass nach den Schaltkreisen der Detektorempfänger die Farbmarkierung der Widerstände wie heute angegeben wird! Es stimmt auch, dass dies eine neue amerikanische Kennzeichnung ist. In Russland tauchten erst Ende des 20. Jahrhunderts „gestreifte“ Widerstände auf, und selbst dann in importierten Radiorecordern und Fernsehgeräten. "Unseren" gelang es jedoch, farbcodierte Halbleiter zu verwenden: Sie versuchten, die Bedürfnisse der Verteidigungsindustrie zu befriedigen, und klassifizierten alles so weit, dass es einfach unmöglich wurde zu verstehen, um welche Art von Transistor oder Diode es sich handelte. Diese Farbmarkierung wurde erst zum gegenwärtigen Zeitpunkt vollständig veröffentlicht, nur inländische Transistoren wurden praktisch nicht mehr verwendet.

Abb. 1. Cover der ersten Ausgabe des Radio Magazins

Das Magazin beschrieb zunächst das Design von Röhrenempfängern, Sendern und Audioverstärker. Von der ersten Ausgabe an veröffentlichte das Radio-Magazin Referenzdaten für elektronische Röhren und andere Funkkomponenten. Es wurden auch Fragen entschieden, wo mit Amateurfunk-Experimenten begonnen werden sollte: vom Studium der Theorie bis zum sofortigen Aufnehmen eines Lötkolbens?

Die Amateurfunk-Elementbasis

Eine interessante historische Tatsache: als es noch nicht war elektrischer LötkolbenDann kam die übliche Fünf-Copeck-Münze zur Rettung. Sie wurde auf eine bestimmte Weise geschärft und mit einem Holzgriff an einen Eisendraht genietet. Die Münze wurde in der Flamme einer Alkohollampe erhitzt und erfüllte die Funktion eines Lötkolbens vollständig. Natürlich scheint ein solcher Rat einfach lächerlich, aber es war!

Mit einer modernen Elementbasis, die ständig mit neuen Mikroschaltungen und Transistoren aktualisiert wird, hat ein solcher „Lötkolben“ einfach nichts zu tun, da in einigen Fällen ein Mikroskop zur Reparatur elektronischer Geräte verwendet werden muss. Somit bestimmt die Elementbasis nicht nur das Design elektronischer Geräte, sondern auch, welche Werkzeuge diese Geräte zusammenbauen oder reparieren.

Ganz einfach und klar kann die Entwicklung der Elementbasis gemäß der modernen Computerterminologie auf verschiedenen Computergenerationen verfolgt werden. Seit fast vierzig Jahren zieht der wachsende Markt für Personal Computer als Lokomotive die Siliziumtechnologie hinter sich her, wodurch immer mehr elektronische Komponenten auftauchen.

Elektromechanische Computer

Schon vor der Schaffung von Computern wurden elektromechanische Computergeräte eingesetzt - Registerkarten. Der erste Tabulator wurde bereits 1890 von Hermann Hopperit in den USA erfunden, um die Ergebnisse einer Volkszählung zu berechnen. Die Informationen wurden mit Lochkarten eingegeben und die Verarbeitungsergebnisse in Form von Ausdrucken auf Papier ausgegeben.

Tabulatoren waren die Hauptausrüstung von Maschinenzählstationen - MSS. In der UdSSR überlebte MSS bis in die siebziger Jahre des 20. Jahrhunderts, zumindest als Teil großer staatlicher Unternehmen. Das Hauptziel des Kundencenters war die Gehaltsabrechnung.Von dort aus entstanden Siedlungsblätter, die immer noch als „Wurzeln“ bezeichnet werden.

Das Erscheinungsbild des „modernen“ Tabulators ist in der Abbildung dargestellt (das Quadrat auf der rechten Seite ist das Arbeitsprogramm, das durch Drähte auf dem Patchfeld eingegeben wird). Das Gewicht einer solchen Computertechnologie erreichte 600 kg.

Abb. 2. Tab

Das „Programm“ ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Farbige Drähte verbanden die Buchsen, die auf der anderen Seite des Textolite-Panels mit Kontakten zum Anschluss an den Tabulator endeten.

Abb. 3. Registerkarte "Patch"

1939 entwickelte IBM in den USA auf Befehl des Militärs den Mark 1-Computer. Seine elementare Basis waren elektromechanische Relais. Sie vervollständigte die Addition von zwei Zahlen in 0,3 Sekunden und die Multiplikation in 3. Mark 1 wurde entwickelt, um ballistische Tabellen zu berechnen. Computer Mark 1 enthielt ungefähr 750.000 Teile, für deren Anschluss 800 km Kabel erforderlich waren. Seine Abmessungen: Höhe 2,5 m, Länge 17 m.

Generationen von Computern und Elementbasis

Die erste Computergeneration wurde auf elektronischen Röhren aufgebaut. In Großbritannien wurde 1943 der Colossus-Computer entwickelt. Es war zwar hochspezialisiert, aber es diente dazu, deutsche Codes durch Aufzählung verschiedener Optionen zu entschlüsseln. Das Gerät enthielt 2000 Lampen, während die Geschwindigkeit 500 Zeichen pro Sekunde betrug.

Der erste universelle Röhrencomputer ist ENIAC, der 1946 in den USA im Auftrag des Militärs hergestellt wurde. Die Abmessungen dieses Computers sind sehr beeindruckend: 25 m lang und fast 6 m hoch. Die Maschine enthielt 17.000 Elektronenröhren und führte ungefähr 300 Multiplikationsoperationen pro Sekunde durch, was viel mehr als die Mark 1-Relaismaschine ist. Der Stromverbrauch betrug ungefähr 150 kW. Mit Hilfe von Computerberechnungen bewies das ENIAC die theoretische Möglichkeit, eine Wasserstoffbombe herzustellen.

In der Sowjetunion wurde in der Zeit von 1948 bis 1952 auch die Entwicklung von Röhrencomputern durchgeführt, wie in den Vereinigten Staaten, die hauptsächlich vom Militär genutzt wurden. Einer der besten in der Sowjetunion hergestellten Röhrencomputer sollte als Maschine der BESM-Serie (große elektronische Rechenmaschine) anerkannt werden. Insgesamt wurden bereits sechs BESM-1 ... BESM-2 (Röhren) BESM-3 ... BESM-6-Modelle mit Transistoren hergestellt. Zum Zeitpunkt der Erstellung war jedes Modell dieser Serie das beste der Welt in der Klasse der Universalcomputer.

Die zweite Computergeneration 1955 - 1970

Die Elementbasis der zweiten Generation waren Transistoren und Halbleiterdioden. Im Vergleich zu Röhrencomputern waren Transistorcomputer kleiner, und der Stromverbrauch war ebenfalls viel geringer. Die Leistung von Computern der zweiten Generation erreichte bis zu einer halben Million Operationen pro Sekunde, externe Speichergeräte auf magnetischen Medien erschienen - Magnetbänder und Magnettrommeln, algorithmische Sprachen und Betriebssysteme wurden erstellt.

Die dritte Computergeneration 1965 - 1980

Für die dritte Generation wurden Mikroschaltungen mit kleinem und mittlerem Integrationsgrad als Elementbasis verwendet - bis zu mehreren zehn Halbleiterelementen waren in einem Gehäuse enthalten. Zuallererst waren sie es Mikroschaltungen der Serien K155, K133. Die Geschwindigkeit solcher Computer erreichte 1 Million Operationen pro Sekunde, monochrome alphanumerische Videoterminals erschienen (Teletypen und spezielle Schreibmaschinen wurden in Maschinen der zweiten Generation verwendet).

Die Weiterentwicklung der Elementbasis führte zur Schaffung von Mikroschaltungen mit großer (LSI) und super großer (VLSI) Integration. In einem Fall enthält eine solche Mikroschaltung mehrere hundert Elemente. Diese Mikroschaltungen in der UdSSR wurden von der K580-Serie vertreten.

Computer der vierten Generation 1980 - Heute

Diese Generation wurde dank der Entwicklung eines Mikroprozessors durch Intel im Jahr 1971 geboren, der einfach revolutionär war. Der Intel 4004-Chip mit einer Kristallgröße von 3,2 × 4,2 mm enthielt 2300 Transistoren und hatte eine Taktfrequenz von 108 kHz. Die Rechenleistung entsprach der des ENIAC-Computers. Auf Basis dieses Gerätes wurde ein neuartiger Computermikrocomputer geschaffen.Die ersten Personal Computer (PCs) wurden 1976 von Apple herausgebracht. 1980 übernahm IBM die Führung, indem es einen eigenen IBM PC entwickelte, dessen Architektur zum internationalen Standard für professionelle PCs geworden ist. Die aktuellen Core i7-Prozessoren der zweiten Generation von Intel enthalten über eine Milliarde Transistorstrukturen.

Abb. 4. M.undCroprocessor intel

Mikrocontroller

Eine Geschichte über die Entwicklung der elektronischen Komponenten der Funkelektronik wäre unvollständig, wenn nicht zu erwähnen Mikrocontroller so beliebt jetzt in Amateurfunk-Designs. Nach alter Terminologie wurden sie Single-Chip-Mikrocomputer genannt.

Ein Mikroprozessor, ein Programmspeicher und RAM, Eingangs- / Ausgangsanschlüsse sind in einem mehrpoligen Gehäuse kombiniert. Um Zeitintervalle zu zählen, verfügen Mikrocontroller über Timer, viele Modelle über analoge Eingänge, sodass Sie auf externe ADC-Geräte verzichten können. Steuerungen mit einem PWM-Modul (PWM) werden in Schaltkreisen von Wechselrichterschweißmaschinen und einstellbaren Antrieben von asynchronen Elektromotoren verwendet. Es gibt sogar Controller mit einem eingebauten Funkkanal, der eine drahtlose Verbindung ermöglicht.

Der erste Mikrocontroller der MCS-48-Familie von Intel 8048 wurde 1976 veröffentlicht. Es hatte 27 E / A-Leitungen, einen 8-Bit-Timer, einen Datenspeicher und einen Programmspeicher und natürlich einen Mikroprozessor. Derzeit sind diese Mikrocontroller Geschichte geworden.

Siehe dieses Thema: Mikrocontroller-Programmierung für Anfänger

8051 Controller

1980 wurde die Intel 8051-Familie (MCS-51) geboren. Die Architektur dieser Familie erwies sich als so erfolgreich, dass die Mikrocontroller dieser Familie noch heute verwendet werden. Natürlich haben in dieser Zeit verschiedene Firmen (etwa ein Dutzend) viele Modelle dieser Familie entwickelt. Eine interessante Tatsache: Das Mikroprozessor-Befehlssystem hat sich seit seiner Einführung nie geändert, was die Entwicklung neuer Modelle von Mikrocontrollern nicht verhinderte. Im Laufe der Zeit weicht der MCS-51 neueren Familien.

Eines davon wurde Mikrochip PIC-Mikrocontroller. Ihre Popularität wurde vor allem durch günstige, schnelle und bequeme Häfen verursacht. Daher wurden MK PICs die besten, wenn Sie ein kostengünstiges und ziemlich einfaches Steuerungssystem erstellen möchten.

Die enorme Beliebtheit von Mikrocontrollern bei Schinken wird nicht nur durch den niedrigen Preis dieser Mikroschaltungen verursacht, sondern auch durch die Tatsache, dass es ausreicht, um ein neues Gerät zu erstellen, einfach ein anderes Programm an den MK zu schreiben. Dann können Sie beispielsweise auch ohne Änderung der Schaltung eine Uhr oder einen Mehrkanaltimer aus einem Frequenzmesser erstellen.

Computer der fünften Generation

Tatsächlich begann der Kampf um seine Gründung zwischen den Firmen 1981. Die fünfte Generation von Computern soll wie ein menschliches Gehirn aussehen, das von der Stimme gesteuert wird. Die Schaffung einer solchen künstlichen Intelligenz erfordert die Entwicklung völlig unterschiedlicher Technologien, völlig unterschiedlicher technischer Lösungen und die Schaffung einer völlig neuen elementaren Basis. Japan hat diesbezüglich große Anstrengungen unternommen, aber das Ergebnis wurde noch nicht erreicht. Auch die USA wollen nicht hinter Japan zurückbleiben - IBM forscht auch in diesem Bereich. Besondere Erfolge sind aber auch noch nicht sichtbar.

Abb. 5. Moderner Mikroprozessor

Unterhaltungselektronik

Wie oben erwähnt, ist der schnell wachsende, sich entwickelnde PC-Markt zur Lokomotive für die Entwicklung der Elektronik geworden. Dank dessen ähneln moderne Haushaltsgeräte einem spezialisierten Computer. Fernseher, Heimkinos und DVD-Player haben solche Betriebsparameter, dass man sich das vor zwanzig Jahren einfach nicht vorstellen konnte.

Auch Waschmaschinen, Kühlschränke, einfach Neujahrsgirlande von Mikrocontrollern gesteuert. Modernes singendes und sprechendes Kinderspielzeug made in China, auch mit Mikrocontroller-Steuerung.Übrigens eine bemerkenswerte Tatsache: In den sechziger Jahren des 20. Jahrhunderts konnten die Chinesen nicht einmal die Produktion von Detektorempfängern aufnehmen, und heute wird fast die gesamte Elektronik in China hergestellt.

In der Industrie basiert auch jedes moderne technologische Prozesssteuerungsgerät, auch wenn es nicht sehr komplex ist, auf Mikrocontrollern und verfügt in der Regel über eine Schnittstelle zum Anschließen an einen PC. Eine solche Schnittstelle sind beispielsweise elektronische StromzählerDamit können Sie sie in automatischen Messsystemen verwenden.

Die Zuverlässigkeit moderner elektronischer Komponenten ist recht hoch. Es ist jedoch nicht ungewöhnlich, dass elektronische Geräte unbrauchbar oder reparaturbedürftig werden. In Fall eines Ausfalls von elektronischen Haushaltsgeräten Es ist nicht immer möglich, das fehlerhafte Gerät zu einer spezialisierten Werkstatt zu bringen. Es ist einfach nicht überall. Dann kommen Funkamateure zur Rettung und reparieren Geräte in ihren Werkstätten zu Hause.

Die Qualifikationen solcher Heimmeister sind in der Regel sehr hoch, da eine Vielzahl elektronischer Geräte repariert werden: von einfachen Türklingeln bis hin zu Satellitenfernsehsystemen. Die Organisation und Organisation solcher Workshops zu Hause wird im nächsten Artikel erörtert.

Boris Aladyshkin 

Siehe auch auf unserer Website:

Die Geschichte der Entstehung und Entwicklung von Mikrocontrollern, ihre Haupttypen, Merkmale und Unterschiede

Amateurfunkwerkstatt - Werkzeuge, Materialien und Messinstrumente für die Arbeit