Асинхронный генератор принцип работы и устройство: Принцип работы и устройство генератора переменного тока

Принцип работы и устройство генератора переменного тока

В настоящее время для вырабатывания электрической энергии применяются в основном синхронные генераторы. Асинхронные машины используются чаще всего как двигатели.

Генераторы, производящие переменный ток, в общем случае состоят из неподвижной обмотки  — статора и подвижной – ротора.

Отличие синхронной машины от асинхронной состоит в том что в первых магнитное поле статора вращается одновременно с движением ротора, а в асинхронных либо опережает либо запаздывает от поля в ротора.

Широкое распространение синхронных машин обусловлено их качественными параметрами. Синхронные генераторы вырабатывают высокостабильное напряжение, пригодное для подключения широкого спектра электроприборов.

При КЗ в нагрузке или большой потребляемой мощности, по обмоткам статора протекает значительный ток, который может привести к выходу генератора из строя. Для таких машин обязательно наличие охлаждения – на вал ротора помещают турбину, охлаждающую всю конструкцию.

В виду этого синхронные генераторы чувствительны к условиям окружающей среды.

Асинхронные генераторы в большинстве случаев имеют закрытый корпус и нечувствительны к большому пусковому току энергопотребителей.

Однако для их работы нужен внешний мощный подмагничивающий ток. В целом асинхронные генераторы вырабатывают нестабильное напряжение. Достаточно широко такие генераторы распространены как источники энергии для сварочных аппаратов.

Синхронные генераторы распространены как преобразователи механической энергии в электрическую на гидростанциях, ТЭЦ, в качестве бытовых бензо- и дизельгенераторов, в качестве бортовых источников энергии на транспорте.

Принцип работы и устройство генератора переменного тока

Рис. 1

Статоры синхронного и асинхронного генератора не отличаются друг от друга по конструкции.

Сердечник статора состоит из нескольких пластин электротехнической стали, изолированных между собой и собранных в единую конструкцию (Рис. 1 ). На пазы с внутренней стороны статора устанавливаются катушки обмоток.

Для каждой фазы обмотка включает в себя две катушки, установленные напротив друг друга и соединенные последовательно. Такая схема обмоток называется двухполюсной.

Всего на статоре установлено три катушечные группы (Рис. 2), со сдвигом в 120 градусов. Фазовые группы соединены между собой в «звездой» или  «треугольником». Встречаются катушечные группы с большим числом полюсов. Угол сдвига катушки относительно друг друга рассчитывается в общем случае по формуле (2π/3)/n, где n–количество полюсов обмотки.

Рис. 2

 

Ротор генератора представляет собой электромагнит, возбуждающий в статоре переменное магнитное поле. Для малогабаритных генераторов небольшой мощности зачастую на роторе расположены обычные магниты
.

Рис. 3

Ротор синхронного генератора нуждается во внешнем возбудителе – генераторе постоянного тока, в простейшем случае установленному на том же валу что и ротор.

Возбудитель должен обеспечивать изменение тока в роторе для регулирования режима работы и возможность быстрого гашения магнитного поля при аварийном отключении.

Роторы различаются на явнополюсные и не явнополюсные. Конструкция  явнополюсных  роторов (Рис. 3)состоит из полюсов электромагнитов 1, образованных полюсными катушками 2, соединенными с сердечником 3. Возбуждение на обмотку подается через кольцевые контакты 4.

Такие роторы применяются при небольшой частоте вращения, например в гидротурбинах. При более быстром вращении вала, возникают значительные центробежные силы, которые могут разрушить ротор.

В этом случае используют не явнополюсные роторы (Рис. 4). Не явнополюсный ротор содержит пазы 1, образованные в сердечнике 2. В пазах закрепляются роторные обмотки (на Рис. 4 условно не показаны). Внешнее возбуждение также передается через контакты 3. Таким образом, ротор с неявными полюсами представляет собой статор «наизнанку».

Рис. 4

Магнитное двухполюсное поле вращающего ротора можно заменить аналогичным полем постоянного магнита, вращающегося с угловой скоростью ротора. Направление тока в каждой обмотке определяется по правилу буравчика.

Если ток, например направлен от начала обмотки А к точке X, то такой ток будет условно принят за положительный  (Рис. 5 ). При вращении ротора в обмотке статора возникает переменный ток, со сдвигом по фазе в 2 π/3.

 

Рис. 5

Для привязки изменения тока фазы А к графику рассмотрим вращение по часовой стрелки. В начальный момент времени, магнитное поле ротора не создает ток в катушечной группе фазы А, (Рис. 6, положение а).

В обмотке фазы B действует отрицательный (от конца обмотки к началу), а в обмотке фазы С – положительный токи. При дальнейшем вращении ротор сдвигается на 90 градусов вправо (Рис.6, б). Ток в обмотке А занимает максимальное положительное значение, а в фазовых обмотках Bи С – промежуточное отрицательное.

Магнитное поле ротора сдвигается еще на четверть периода, ротор сдвинут на угол в 180 градусов(Рис. 6, в). Ток в обмотке А снова достигает нулевого значения, в обмотке В положительный, в обмотке фазы С – отрицательный.

При дальнейшим вращении ротора в точке фазовый ток обмотке А достигает максимального отрицательного значения, ток в обмотках В и С – положительный (Рис. 6, г). Дальнейшее вращение ротора повторяет все предыдущие фазы.

Рис. 6

Синхронные генераторы предназначены для подключения нагрузки  с большим коэффициентом мощности (cosϕ>0.8). При росте индуктивной составляющей нагрузки возникает эффект размагничивания ротора, приводящий к снижению напряжения на выводах.

Для его компенсации, приходится увеличивать ток возбуждения, приводящий к увеличению температуры обмоток. Емкостная нагрузка напротив, увеличивает подмагничивание ротора и увеличивает напряжение.

Однофазные генераторы достаточно мало распространены  в промышленности. Для получения однофазного тока фазовые обмотки трехфазного соединяют в общую цепь. При этом возникают небольшие потери по мощности по сравнению с трехфазным включением.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил.

Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Что такое асинхронный генератор 🚩 генератор электрического тока на солярке или бензине 🚩 Квартира и дача 🚩 Другое

Асинхронные генераторы — это альтернативные источники электрической энергии. Приводом для вращения ротора асинхронного генератора служит двигатель внутреннего сгорания, который обычно работает на бензине, или дизель, который работает на солярке.

Данный генератор состоит из двух частей, одна из которых является неподвижной и называется статор и является основанием. Подвижная часть называется ротором, он вращается внутри статора.

Статор и ротор изготавливают из специальной электротехнической стали, которая очень хорошо проводит магнитные потоки, образующиеся при их работе. Асинхронные генераторы могут быть как трехфазными, так и однофазными. Это зависит от количества и типа соединения обмоток в статоре и роторе.

Токопроводящую часть роторов выполняют алюминия и электротехнической стали. При начале вращения генератора двигателем внутреннего сгорания, расположенном на одной платформе вместе с генератором, образуется бегущее магнитное поле, которого впоследствии преобразуется в электрический ток.

Частота и мощность получаемого электрического тока на прямую зависят от скорости вращения генератора. Чем выше скорость вращения генератора, тем больше мощность и напряжение, если скорость падает, то понижаются и характеристики электрического тока. Поэтому на многих генераторах устанавливается автоматическое регулирование этих параметров, чтобы они не отразились на качестве выдаваемой энергии.

К недостаткам асинхронных генераторов можно отнести тот факт, что они сами являются потребителями реактивной мощности, и вследствие перегрузки при запуске в статорной обмотке будут протекать значительные токи, которые могут привести к выходу обмотки из строя. Для ликвидации данного дефекта конструкции используются конденсаторы.

Асинхронные генераторы рекомендуется использовать, если к параметрам напряжения не применяются высокие требования, генератор работает в плохой окружающей обстановке (например, повышенная запыленность), не возможно качественно обслуживать генератор при эксплуатации, а также если существует возможность перегрузок и аварийных режимов работы.

Несмотря на то, что генератор легко выдает мощность в 380 Вольт, не используйте ее без крайней нужды. Безопасное для работы генератора напряжение – 220 Вольт.

Позаботьтесь о заземлении, оградите устройство от детей и животных.

Не гоняйте генератор на холостом ходу.

Альтернатор генератора: синхронный (щеточный) или асинхронный (бесщеточный)

Выбор генератора всегда был не самым простым вопросом и не так уж редко даже те, кто не понаслышке был знаком с такого рода оборудованием сталкивался с проблемами при выборе и уж что говорить о неподготовленном потребителе. Существует множество аспектов при выборе генератора для лома или же для промышленного применения, все эти аспекты необходимо знать и в равной степени уделять им внимание для формирования верного выбора агрегата, чтобы он мог полностью удовлетворить Вас своей работой.

Сегодня мы будет говорить о том, чтобы верно подобрать генератор исходя от того, какой тип альтернатора на него установлен, для того, чтобы выбранный Вами генератор обеспечивал Вас стабильным напряжением и не имел сбоев в своей работе. На первый взгляд вопрос очень сложный, но все не так страшно как кажется, выбор будет колебаться между всего двумя видами генераторов, синхронный, то есть щеточный, или асинхронный, бесщеточный альтернатор. Сегодня чаще всего покупаются модели именно с синхронным альтернатором, и почему Вы поймете далее. Надеемся, что сможем как можно лучше посвятить Вас в этот вопрос данной статьей.

Все об альтернаторе

Для начала стоит сказать немного о самом названии, в самом начале, когда технология, служащая для выработки электрического тока так и называлась, альтернатор, позже его стали называть генератор, весь, и альтернатор и двигатель и другие его части в сборе, это название проще и отражает саму суть работы такого агрегата – преобразование одного вида энергии в другой.

Что же касается самого альтернатора, то можно с полной уверенностью сказать что именно он является самой важной частью в любом генераторе, ведь именно от отвечает за самую важную работу этого агрегата, а именно преобразование кинетической работы, продуцируемой вращением вала двигателя в электрический ток переменного типа. Состоит альтернатор из подвижной и неподвижной части, как и любой электродвигатель, из статора и ротора.  

Вращение в альтернаторе производится за счет электродвижущей силы, а для возникновения оной необходимо возбудить магнитное поле на обмотке. В этом плане между альтернаторами разнице нет, разница лишь в том, в какой способ электромагнитное поле передается на а обмотку статора, а именно на синхронные и асинхронные. В конструктивном плане разница в том, что синхронный альтернатор имеет обмотку на роторе, в то время как асинхронный не имеет ее и способы передачи соответственно у них разные.

Если не углубляться в теорию и рассмотреть строение альтернаторов, то коротко говоря у синхронного альтернатора более сложное строение за счет наличия и щеток, и обмоток на роторе и статоре, а асинхронный по конструкции более простой по конструкции. Считается, что последний менее надежен и менее вынослив, но это еще не делает его хуже, чем первый, все зависит от того, в каких условиях применяется генератор, есть множество факторов, которые могут поменять их местами или уровнять.

Достоинства синхронного альтернатора

Есть разница между тем, какой обмоткой будет обладать Ваш альтернатор, если же Вы хотите купить генератор для редких включений, и Вы не намерены подавать на него слишком большую нагрузку, то есть смысл сэкономить деньги и купить алюминиевый тип, если же работать генератор будет часто и должен будет выдерживать достаточно высокую нагрузку, то стоит подумать о медной обмотке. Альтернатор с медной обмоткой будет давать максимально качественный ток на выходе. Важная часть синхронного альтернатора – это щетки, именно они отвечают за снятие тока со статора на ротор. Главное преимущество такого альтернатора – это возможность выдерживать пиковые нагрузки и кратковременные перепады и выдавать качественное электричество на выходе, что и делает его столь востребованным. Также стоит отметить, что только с таким генератором будет совместима система AVR. Синхронный генератор будет более правильным выбором для работы в бытовых условиях, для запитки дома или другого объекта с чувствительной к перепадам технике. Стоит отметить и высокую стоимость такого оборудования, такой генератор будет стоить дороже генератора с асинхронным альтернатором.

Недостатки синхронного альтернатора

Главным недостатком синхронного альтернатора можно назвать то, что он требует достаточно тщательного технического обслуживания. Щетки необходимо периодически заменять, график замены напрямую зависит от того, какие щетки установлены на альтернатор, угольные изнашиваются быстрее, медно-графитовые изнашиваются дольше. Помимо того, что у щеточного узла есть такой расходный материал как щетки, требующие периодической замены, сам альтернатор греется из-за трения щеток о ротор, и поэтому требует наличия охлаждения и тут есть побочный эффект.

Для охлаждения двигателя применяется вентилятор, который всасывает воздух и охлаждает обмотку, а вместе с воздухом он тянет и пыль, грязь и даже влагу. Более дорогие модели имеют достаточно высокий класс защиты для того, чтобы оградить альтернатор от влаги и пыли, но полностью защититься невозможно.

Преимущества асинхронного альтернатора

Преимущество асинхронного альтернатора заключается в том, что он имеет более простую конструкцию, а с этим и стоимость его меньше. Для движения подвижной части не требуется щетки для снятия электричества, достаточно магнитного поля и конденсаторов. Стоит отметить высокую степень защиты и отсутствие необходимости в сервисном обслуживании. Так как такой альтернатор нагревается намного меньше синхронного, отпадает необходимость в охлаждении, благодаря чему его конструкция более уплотненная, что позволило предотвратить попадание пыли, грязи и влаги внутрь альтернатора. Это делает его долговечным и надежным. Вес и физические размеры асинхронного альтернатора также намного меньше, чем у синхронного, так что и сам генератор компактнее. Также ощутимым преимуществом такого генератора будет в том, что его альтернатору не страшны короткие замыкания, что делает его хорошим вариантом для работы со сварочным оборудованием.

Недостатки асинхронного альтернатора

Помимо положительных сторон у него также есть и отрицательные стороны, которые заключаются в том, что выходящее напряжение не самого высокого качества, оно может скакать, а так как этот тип альтернатора несовместим с работой AVR, это может существенно отразится на его работе в бытовых условиях, например для запитки дома. Стоит отметить, что низкий уровень качества тока и скачки напряжения на выходе у асинхронного генератора вызвано тем, что он плохо переносит стартовые пиковые нагрузки от аппретуры, подключаемой к нему, и это может вызвать плачевные последствия для техники, очень чувствительной к перепадам напряжения, например компьютеры, телефоны и другая электроника.

Помните, что не все асинхронные генераторы имеют очень большие скачки напряжения на выходе, хороший проверенный бренд всегда будет устанавливать на свой генератор только самый надежный двигатель, который будет поддерживать постоянное число оборотов при скачках нагрузки, обеспечивая минимальные отклонения от нормы в работе генератора.

Подведение итогов, какой альтернатор выбрать: синхронный или асинхронный

При выборе между синхронным и асинхронным альтернатором стоит отталкиваться от того, в каких условиях будет применяться генератор и какие цели будут перед ним стоять и уже от этого отталкиваться при выборе.

Для того чтобы обеспечить свой дом или дачу стабильным электричеством, без перепадов и резких скачков, то стоит конечно же купить генератор синхронный, или щеточный, так как он будет давать на выходе ровное напряжение и качественный ток, что очень важно при подключении чувствительной аппретуры. Также такой генератор пригоден для работы с медицинским оборудованием, лабораторным или офисным оборудованием. Для всех этих целей старайтесь покупать модели с функцией AVR.

Если же главная цель генератора – это строительные работы на открытом воздухе, где большая загрязненность, пыль и влага, то стоит купить генератор с асинхронным альтернатором, который имеет большую устойчивость ко всем этим факторам. К тому же он пригоден для работы со сварочным оборудованием, так как исключен риск короткого замыкания при работе такого оборудования.

 

Асинхронное программирование. Совместная многозадачность — Блог

Это второй пост из серии по асинхронному программированию. Вся серия пытается ответить на простой вопрос: «Что такое асинхронность?». Вначале, когда я впервые начал разбираться в вопросе, я думал, что знаю, что это такое. Оказалось, что я ничего не знал об асинхронности. Итак, давайте узнаем!

Всего серий:

---

В предыдущем посте мы говорили о том, как обеспечить одновременную обработку нескольких запросов.Поэтому мы предположили, что это можно реализовать с помощью потоков или процессов. Однако есть еще один вариант — кооперативная многозадачность (она же не вытесняющая многозадачность).

Здесь мы говорим, что операционная система определенно потрясающая, поскольку есть планировщики / планировщики, она может обрабатывать процессы, потоки, переключаться между ними и т. Д. К сожалению она все еще не знает, как работает наше приложение , поэтому она будет приостановить поток / процесс в случайный момент (вероятно, не самый лучший), сохранить контекст и переключиться на следующий поток / процесс (также известный как вытесняющая многозадачность).Но мы, разработчики, знаем, как работает наше приложение. Мы знаем, что у нас есть короткие периоды, когда некоторые вычислительные операции выполняются на ЦП, но большую часть времени мы ждем сетевого ввода-вывода, и мы лучше знаем, когда переключаться между обработкой отдельных запросов.

С точки зрения ОС, совместная многозадачность — это всего лишь один поток выполнения , но внутри него приложение имеет право решать, когда переключаться между обработкой отдельных запросов / команд. Как только некоторые данные поступают, приложение считывает их, анализирует запрос, отправляет данные, например, в базу данных, и это операция блокировки, но вместо ожидания ответа от базы данных оно может начать обработку другого запроса.Это называется «кооперацией», потому что все задачи / команды должны взаимодействовать, чтобы вся схема планирования работала. Они перемежаются друг с другом, но в одном потоке управления, известном как кооперативный планировщик, роль которого заключается в запуске процессов и предоставлении им возможности добровольно вернуть управление.

Это проще, чем вытесняющая многозадачность, потому что разработчик всегда знает, что когда одна задача выполняется, другая — нет. Хотя в однопроцессорной системе многопоточное приложение также будет выполняться с чередованием, программист, использующий потоки, все равно должен думать об ошибках, чтобы приложение не работало некорректно при переключении на многоядерную систему.Однако однопоточная асинхронная система всегда будет выполняться с чередованием даже в многоядерной системе.

Сложность написания таких программ заключается в том, что этот процесс переключения, поддержание контекста как такового, организация каждой задачи как последовательности более мелких шагов, выполняемых с прерываниями, ложится на плечи разработчиков. С другой стороны, мы выигрываем в эффективности, потому что нет ненужных переключений контекста, таких как контекст процессора при переключении между потоками и процессами.

Есть два способа реализовать совместную многозадачность — обратных вызовов и кооперативных потоков .

Обратный звонок

Все совместные операции приводят к тому, что действие должно произойти когда-нибудь в будущем , и наш поток выполнения должен вернуть результат, когда он будет готов. Итак, чтобы получить результат, мы должны зарегистрировать обратный вызов — если запрос / операция успешна, он вызовет одну функцию, если запрос / операция не будет успешной, он вызовет другую. Обратный вызов — это явный подход , т.е. разработчик должен писать программы так, как будто он действительно не знает, когда будет вызвана функция обратного вызова.

Это наиболее широко используемый вариант, поскольку он является явным и поддерживается большинством современных языков. Также есть Futures или Promises — это то же самое внутренне, но с более понятным API.

Плюсы и минусы:

• Он отличается от многопоточных программ и не имеет их проблем;
• Обратные вызовы принимают исключения;
• Обратный вызов становится запутанным и трудным для отладки.

Совместные потоки

Второй способ подразумевается, когда разработчики пишут программу таким образом, что, кажется, не существует совместной многозадачности. Есть разные оттенки этого подхода: пользовательские потоки (также известные как зеленые потоки) или сопрограммы.

Используя зеленые потоки, мы можем выполнить операцию блокировки, как мы делали раньше, и сразу же ожидать результата, как если бы он был неблокирующим. Но есть черная магия «под капотом» — есть фреймворк или язык программирования, который делает операцию блокировки неблокирующей и передает управление другому потоку выполнения, но не в смысле потока операционной системы, а в смысле логический поток ( поток пользовательского уровня ).Эти потоки выполняются «обычным» пользовательским процессом, а не ОС.

В сопрограммах вы должны писать программы, которые добавляют некоторые «контрольные точки», где ваша функция может быть приостановлена ​​и возобновлена. Выход может быть выполнен путем вызова других сопрограмм, которые позже могут вернуться в точку, в которой они вызывают исходную сопрограмму. Сопрограммы очень похожи на потоки. Однако сопрограммы являются многозадачными совместно, в то время как потоки имеют тенденцию быть многозадачными с вытеснением. Нет необходимости в примитивах синхронизации, таких как мьютексы, семафоры и т. Д.и нет необходимости в поддержке со стороны операционной системы.

Плюсы и минусы:

• Они контролируются на уровне пользовательского пространства, а не ОС;
• Они похожи на синхронное программирование;
• Включает все проблемы обычного многопоточного программирования, кроме переключения контекста ЦП.

Модели реакторов / проакторов

В рамках совместной многозадачности всегда есть механизм обработки, который отвечает за всю обработку ввода-вывода.Он называется Reactor по названию шаблона проекта. Интерфейс реактора говорит: «Дайте мне несколько ваших сокетов и ваших обратных вызовов, и когда этот сокет будет готов для ввода-вывода, я вызову ваши функции обратного вызова. Задача реактора — реагировать на события ввода-вывода, делегируя все обработка в соответствующий обработчик (worker). Обработчики выполняют обработку, поэтому нет необходимости блокировать ввод-вывод, если обработчики или обратные вызовы для событий зарегистрированы, чтобы позаботиться о них.

Цель шаблона проектирования реактора — избежать общей проблемы создания потока для каждого сообщения, запроса и соединения.Он получает события от нескольких обработчиков и последовательно распределяет их по соответствующим обработчикам событий. В принципе, стандартный Reactor позволяет запускать приложение с одновременными событиями, сохраняя при этом простоту однопоточной обработки. Обычно он использует неблокирующий синхронный ввод-вывод (проверьте мультиплексирование в моделях ввода-вывода). Что более интересно, так это паттерн Проактор. Это асинхронная версия паттерна Reactor. Обычно он использует истинные асинхронные операции ввода-вывода, предоставляемые ОС (проверьте AIO в моделях ввода-вывода).

Но у такого подхода есть ограничения.

Во-первых, использование этого шаблона ограничивает типы операций, которые вы можете выполнять на любой поддерживаемой платформе. С другой стороны, реакторы могут обрабатывать любые типы событий. Во-вторых, есть ограничения на буферное пространство. Буфер должен быть для каждой асинхронной операции на время ввода-вывода, который может работать вечно. Эти две парадигмы лежат в основе HTTP-сервера nginx, Node.js через libuv, Twisted Python и новых библиотек asyncio в Python.

Лучший подход

Но ни один из вариантов не идеален. Комбинация работает лучше всего, потому что кооперативная многозадачность обычно выигрывает, особенно если ваши соединения зависают надолго. Например, веб-сокет — это длительное соединение. Если вы выделяете один процесс или один поток для обработки одного веб-сокета, вы значительно ограничиваете количество одновременных подключений к одному внутреннему серверу. И поскольку соединение будет длиться долгое время, важно поддерживать много одновременных подключений, в то время как с каждым подключением будет мало работы.

Проблема с многозадачностью в том, что она может использовать только одно ядро ​​процессора. Понятно, что вы можете запускать несколько экземпляров приложения на одном компьютере, хотя это не всегда удобно и имеет свои недостатки). Поэтому рекомендуется запускать несколько процессов с помощью реактора / проактора и использовать совместную многозадачность в каждом процессе.

Эта комбинация позволяет, с одной стороны, использовать все доступные ядра процессора в нашей системе, а с другой стороны, она эффективно работает внутри каждого ядра, не выделяя много ресурсов для обработки каждого отдельного соединения.

Заключение

Сложность написания приложений, использующих совместную многозадачность, заключается в том, что этот процесс переключения при сохранении контекста как такового ложится на плечи бедных разработчиков. С другой стороны, используя этот подход, мы достигаем эффективности, избегая ненужных переключений.

Более интересное решение — это сочетание совместной многозадачности с паттернами Reactor / Proactor.

В следующем посте мы поговорим о самом асинхронном программировании и о том, чем оно отличается от синхронного программирования, о старых концепциях, но рассматриваемых на новом уровне и с использованием новых терминов.

---

Ознакомьтесь с моей книгой по асинхронным концепциям:

---

Предыдущая запись Следующая запись

PPT — Принцип работы микрокомпьютера и технология интерфейса — Введение Презентация PowerPoint

Принцип работы микрокомпьютера и технология интерфейса — Введение 计算机 学院 李 李 Телефон ： 13882153765 Эл. Почта ： [email protected] OICQ: 1340915

5

Содержание курса • Архитектура и механизм ЦП 8088/8086 • Система инструкций 8088/8086 и программирование на языке ассемблера • Архитектура и механизм системы ПК (шина ПК) • Базовый интерфейс ввода-вывода и базовое программирование для интерфейса ввода-вывода

Содержание данного раздела • 1.Базовая архитектура микрокомпьютера • 2. Основные сигналы и временная процедура в микрокомпьютере • 3. Машинные инструкции и язык ассемблера

Основные части компьютера • Центральный блок процесса • Шина • Память • Интерфейс ввода / вывода • Устройство ввода / вывода • Для всех компьютеров необходимы пять основных частей.

Общая архитектура компьютера Шина памяти ЦП (данные, адрес, управление) Интерфейс ввода-вывода Интерфейс ввода-вывода Интерфейс ввода-вывода Устройство ввода-вывода Устройство ввода-вывода Устройство ввода-вывода

Essential Ячейка памяти в компьютере • Регистрация в ЦП • Ячейка памяти • Порт ввода-вывода (регистрация в интерфейсе ввода-вывода) • Три типа основных ячеек памяти на всех компьютерах.• Вопросы: • 1. Какова основная функция автобуса? • 2. Чем в основном занимаются наши программы?

Адрес • Каждая ячейка памяти имеет уникальный адрес. • Адрес должен быть предоставлен на шине, прежде чем ячейка памяти сможет работать.

Двоичная информация • Хотя при разработке программы мы используем десятичные числа, вся информация в компьютере является двоичной. • В компьютере только два типа сигналов: 0 и 1. • Базовая единица ячейки памяти — бит.

Базовый блок памяти 维持 置 1 清 0 非法 SD RD Qn Qn + 1 QQ 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 * 1 * 1 1 0 1 1 0 SD RD 0 1

Базовый блок памяти

Базовый блок адреса — байт • Байт состоит из 8 бит. • В микрокомпьютере каждая уникальная ячейка памяти представляет собой байт с уникальным адресом. • Длина слова — это максимальное количество бит, которое ЦП может обрабатывать синхронно.

(1) Центральный процессор Pentium 4 80386 Pentium 8088CPU

(1) Центральный процессор • (1) ЦП автоматически управляет другими частями компьютера с временной логикой. • (2) ЦП выполняет программы в памяти.

Временная процедура • Временная процедура — это процедура контроля, выполняемая поэтапно и упорядоченно. • ЦП выполняет два типа временных процедур.

Временная процедура • 1) Выполнение без инструкций: • чтение байтов инструкции из памяти, • процедура прерывания и т. Д.• 2) Выполнение инструкций (Программа состоит из инструкций, хранящихся в памяти)

Большинство операций во временной процедуре • чтение или запись регистров в ЦП, ячейке памяти или порте ввода / вывода • выполнение арифметических или логических операций с ALU (Арифметический логический блок)

(2) Системная шина PCIBus ISABus

(2) Системная шина • Шина обеспечивает необходимые сигнальные соединения между ЦП, памятью и интерфейсом ввода-вывода.• В архитектуре шины есть три типа шины: адресная шина, шина данных и шина управления.

(2) Системная шина Адресная шина системной шины (AB) Шина данных генератора (DB) Шина управления (CB) Подсистема ЦП Память Интерфейс ввода-вывода Устройство ввода-вывода Архитектура микрокомпьютера

Работа шины в временной процедуре • Когда должна работать ячейка памяти или порт ввода / вывода, операция шины необходима во временной процедуре. • Работа регистров в CPU не требует системной шины.

Адресная шина • Адрес ячейки должен быть предоставлен на адресной шине, когда ячейка должна работать (чтение или запись). • Как правило, более высокая часть адреса предназначена для выбора микросхемы, а нижняя часть адреса — для выбора ячейки. • Адресная шина — это однонаправленная шина.

Шина данных • Когда ЦП записывает двоичные данные в ячейку памяти или порт ввода-вывода, он выводит сигналы данных на шину данных. • Когда ЦП считывает двоичные данные из ячейки памяти или порта ввода-вывода, он вводит сигналы данных с шины данных.• Шина данных двунаправленная.

Шина управления • ЦП отправляет основные сигналы управления по шине управления в память или интерфейс ввода-вывода. (Например, сигналы RD и WR). • Интерфейс ввода / вывода отправляет базовые сигналы состояния по шине управления на CPU (например, сигнал прерывания). • Наблюдается индивидуально, шина управления однонаправленная. В целом он двунаправленный.

(3) Память

(3) Память • Память — это центр хранения данных компьютера.• Если ожидается выполнение программы, она должна быть сначала загружена в память. • Инструкции, составляющие программу, и данные, используемые программой, хранятся в памяти.

(4) Интерфейс ввода / вывода • Интерфейс ввода / вывода — это цепь, соединяющая системную шину и устройство ввода / вывода. • Зачем нужен интерфейс между шиной и устройством? • 1) Разница сигналов: сигналы в устройствах ввода-вывода сильно отличаются от сигналов на системной шине. • 2) Разница в скорости передачи: скорости передачи данных устройства ввода-вывода и ЦП могут сильно отличаться.

(4) Интерфейс ввода-вывода

Порт ввода-вывода • Регистры в интерфейсе ввода-вывода называются портами ввода-вывода при разработке программы. • В интерфейсе есть три типа порта ввода / вывода: данные, команда и порт состояния отдельно.

Функции интерфейса ввода-вывода • 1) Обеспечивает преобразование сигналов между устройством ввода-вывода и системной шиной. • 2) Он обеспечивает буфер данных, чтобы избежать потери данных при передаче из-за разницы в скорости передачи между устройством и ЦП.

Функции интерфейса ввода-вывода • 3) Обеспечивает способы взаимодействия между ЦП и устройствами ввода-вывода. • 4) Позволяет управлять устройствами с помощью программы.

Преобразование сигнала • 1) Преобразование между аналоговым сигналом и цифровым сигналом • Пример: звуковой вход и выход • 2) Преобразование между различными цифровыми сигналами

Преобразование сигнала • Для входного устройства входной сигнал преобразуется в двоичные данные и хранятся в порту данных интерфейсом, ожидая чтения ЦП.• Для устройства вывода ЦП записывает выходные двоичные данные в порт данных, ожидая вывода через интерфейс.

Буфер данных • Для устройства ввода, если устройство обеспечивает ввод, когда ЦП занят, интерфейс сохраняет входные данные в порту данных. • Для устройства вывода, если ЦП обеспечивает вывод, когда интерфейс занят, интерфейс сохраняет выходные данные в порту данных.

Взаимодействие между интерфейсом ввода-вывода и ЦП • 1) ЦП отправляет команды на интерфейс с командным портом.• Например: • Установка режима работы интерфейса или устройства

Взаимодействие между интерфейсом ввода-вывода и ЦП • 2) ЦП проверяет состояние интерфейса с портом состояния. • Например: • ЦП проверяет состояние входа, чтобы узнать, есть ли входные данные в порту данных. • ЦП проверяет состояние вывода, чтобы узнать, были ли выведены выходные данные в порт данных.

Взаимодействие между интерфейсом ввода-вывода и ЦП • 3) Прерывание (активное состояние) • Например: • Если есть входные данные в порте данных, интерфейс отправляет сигнал прерывания на ЦП.

Программируемый интерфейс • ЦП взаимодействует с интерфейсом ввода-вывода посредством операций порта ввода-вывода (в основном с помощью инструкций ввода-вывода). • Обычно эти операции порта ввода / вывода выполняются упорядоченно и логично. • Если мы создадим программу для выполнения этих операций с портом ввода-вывода, эта программа будет называться драйвером.

(5) Устройство ввода / вывода

Содержание этой главы • 1. Базовая архитектура микрокомпьютера • 2. Основные сигналы и временная процедура в микрокомпьютере • 3.Машинные инструкции и язык ассемблера

Базовые сигналы • Часы (CLK, отправляются генератором часов) • Чтение (RD, отправляется ЦП) • Запись (WR, отправляется ЦП) • Выбор микросхемы (CS, создается по адресу Шина) • Прерывание (INT, отправлено интерфейсом) • Подтверждение прерывания (INTA отправлено ЦП)

Часы • Часы: периодический сигнал, отправляемый генератором тактовых импульсов, его цикл называется тактовым циклом （时钟 周期 ， 节拍） . • Тактовый сигнал необходим для временной процедуры CPU.• Тактовый цикл — это основная единица времени во временной процедуре.

время T Часы

Часы • Любая временная процедура состоит из нескольких тактов. • Тактовый цикл также используется для описания скорости процесса CUP. • Более короткий цикл подразумевает более быструю обработку.

Чтение и запись • Операции шины (временная процедура с системной шиной), выполняемые ЦП, можно резюмировать как чтение и запись.• Когда ЦП ожидает чтения или записи ячейки памяти или порта ввода / вывода, он отправляет сигнал чтения или записи на шину управления.

Цикл чтения и записи • Время, затрачиваемое на чтение или запись, всегда состоит из нескольких тактовых циклов. • Время, затрачиваемое на чтение или запись, называется циклами чтения или записи.

Выбор микросхемы • Когда ЦП ожидает чтения или записи внешней ячейки, адрес ячейки должен быть предоставлен на адресной шине.• Декодер адреса (на адресной шине или в микросхемах) декодирует старшую часть адреса ячейки для генерации сигнала выбора микросхемы. • Сигнал выбора микросхемы используется для выбора микросхемы памяти или микросхемы интерфейса ввода / вывода, а адрес нижней части используется для определения местоположения ячейки.

Address Decoder Address Decoder Output ： <= 2n Input ： n

Chip Select • Важно: только когда выбор микросхемы действителен для микросхемы, ячейки в ней могут работать.

Прерывание и подтверждение прерывания • Когда устройство ввода ожидает передачи входных данных в ЦП • или устройство вывода ожидает выходные данные от ЦП, • оно может послать сигнал прерывания в ЦП с шиной управления.

Прерывание и подтверждение прерывания • Если подтверждение прерывания ЦП разрешено, • и когда текущая инструкция была завершена ЦП, • ЦП отправляет сигнал подтверждения прерывания на интерфейс ввода / вывода.

Загрузить Подробнее …

Асинхронные (индукционные) генераторы

Это это ротор, который отличает асинхронный генератор от синхронного. Ротор состоит из ряда медных или алюминиевых стержней, которые электрически соединены алюминиевыми концевыми кольцами.

На картинке вверху страницы вы видите, как ротор снабжен «железным» сердечником, состоящим из набора тонких изолированных стальных пластин с отверстиями для проводящих алюминиевых стержней. Ротор расположен в середине статора, который в данном случае также представляет собой 4-полюсный статор, который напрямую подключен к трем фазам электрической сети.

Работа двигателя

Когда ток подключен, машина начнет вращаться, как двигатель, со скоростью, которая немного ниже синхронной скорости вращающегося магнитного поля от статора.Что теперь происходит?

Если мы посмотрим на стержни ротора сверху (на рисунке справа), мы увидим магнитное поле, которое движется относительно ротора. Это вызывает очень сильный ток в стержнях ротора, которые оказывают очень небольшое сопротивление току, так как они закорачиваются концевыми кольцами.

Затем ротор развивает свои собственные магнитные полюса, которые, в свою очередь, увлекаются электромагнитной силой вращающегося магнитного поля в статоре.

Работа генератора

Теперь, что произойдет, если мы вручную проворачиваем этот ротор точно с синхронной скоростью генератора, например 1500 об / мин (оборотов в минуту), как мы видели для 4-полюсного синхронного генератора на предыдущей странице? Ответ: ничего. Поскольку магнитное поле вращается с точно такой же скоростью, что и ротор, мы не видим индукционных явлений в роторе, и он не будет взаимодействовать со статором.

Но что, если увеличить скорость выше 1500 об / мин? В этом случае ротор движется быстрее, чем вращающееся магнитное поле от статора, что означает, что статор снова индуцирует сильный ток в роторе. Чем сильнее вы проворачиваете ротор, тем больше мощности передается в виде электромагнитной силы на статор и, в свою очередь, преобразуется в электричество, которое подается в электрическую сеть.

Генератор скольжения

Скорость асинхронного генератора будет изменяться в зависимости от приложенной к нему вращающей силы (момента или крутящего момента).На практике разница между частотой вращения на пиковой мощности и на холостом ходу очень мала, около 1%. Эта разница в процентах от синхронная скорость , называется скольжением генератора. Таким образом, 4-полюсный генератор будет работать на холостом ходу при 1500 об / мин, если он подключен к сети с током 50 Гц. Если генератор вырабатывает максимальную мощность, он будет работать со скоростью 1515 об / мин.

Это очень полезное механическое свойство: генератор будет немного увеличивать или уменьшать свою скорость при изменении крутящего момента.Это означает, что коробка передач будет меньше изнашиваться. (Более низкий пиковый крутящий момент). Это одна из наиболее важных причин для использования асинхронного генератора, а не синхронного генератора на ветряной турбине, которая напрямую подключена к электрической сети.

Автоматическая регулировка полюсов ротора

Вы заметили, что мы не указали количество полюсов статора при описании ротора? Замечательная особенность ротора с сепаратором заключается в том, что он автоматически подстраивается под количество полюсов статора.Таким образом, один и тот же ротор можно использовать с большим количеством полюсов.

Требуется подключение к сети

Асинхронный генератор отличается тем, что для его работы требуется намагничивание статора от сети.

Однако вы можете запустить асинхронный генератор в автономной системе, если он снабжен конденсаторами, обеспечивающими необходимый ток намагничивания.Это также требует, чтобы в железе ротора была остаточная намагниченность, то есть некоторый остаточный магнетизм при запуске турбины. В противном случае вам понадобится аккумулятор и силовая электроника или небольшой дизельный генератор для запуска системы).

Синхронное и асинхронное обучение

Академическая деятельность	Синхронный (Zoom)	Асинхронный (Moodle и другие инструменты)
Лекции	Эффективно для лекций, которые «разбиты» на более мелкие сегменты (идеальные сегменты продолжительностью 7–10 минут, максимум 15–20 минут). Сегменты лекции перемежаются с взаимодействием студентов (например,грамм. Zoom Poll, сеанс вопросов и ответов, чат вопросов и ответов, комнаты обсуждения и т. Д.) ЗАДАЧИ Мешающие факторы (отвлекающие факторы, подключение к Интернету и т. Д.) Делайте сегменты короткими, чтобы учащиеся не пропустили слишком много, если их участие прервано Уравнение участия включает короткие, частые взаимодействия с низкими ставками для поощрения участия Запустите систему, чтобы гарантировать, что вы приглашаете разных учеников делиться своими мыслями, чередуя формы взаимодействия	Эффективно для длинных лекций и / или для получения более сложной информации, чтобы студенты могли изменять темп просмотра и при необходимости проверять «важные моменты» Записанные лекции могут быть озвучены PPT, видео, демонстрации и т. Д. По возможности, лекции следует разбивать на подтемы продолжительностью 15–30 минут для облегчения изучения и повторения для студентов Более инклюзивный вариант для студентов с ограниченными возможностями, вторым языком и т. Д. Плагин H5P можно использовать для создания интерактивных видео и презентаций ЗАДАЧИ Управление временем определить крайние сроки для просмотра и поделиться со студентами и отправить напоминание вместе с объявлением о еженедельной регистрации заезда Завершение работы Назначьте задачи и крайний срок подачи для каждой презентации (краткое изложение основных моментов из 1 абзаца, размышления о содержании в журнале, 1 страница лекционных заметок и т. Д.) Вопросы, возникающие во время работы над лекциями, заданиями и т. Д. Создайте ветку обсуждения в классе по каждой теме, чтобы студенты могли задавать вопросы и делиться ответами включить ссылки на дополнительные ресурсы для ожидаемых проблемных мест
Видео	Наиболее эффективен, когда менее 10 минут и непосредственно связан с темой и задачей во время урока ЗАДАЧИ Проблемы, связанные с авторским правом Убедитесь, что все материалы имеют разрешение на использование авторских прав Доступность Отдайте предпочтение клипам с субтитрами и описанием видео, где это возможно Мешающие факторы (отвлекающие факторы, подключение к Интернету и т. Д.) предоставить студентам ссылку на видео на случай, если им нужно будет посмотреть позже	Наиболее эффективен для более длинных видеороликов, особенно если учащимся необходимо делать заметки или использовать контент для академической задачи. Плагин H5P можно использовать для создания интерактивных видеопрезентаций ЗАДАЧИ Проблемы, связанные с авторским правом Убедитесь, что все материалы имеют разрешение на использование авторских прав
Примеры из практики	Наиболее эффективен для обсуждения анализа случая, обмена выводами и сеанса вопросов и ответов ЗАДАЧИ Мешающие факторы (отвлекающие факторы, подключение к Интернету и т. Д.) Сохраняйте активность на низких лимитах Уравнение участия включает короткие, частые взаимодействия с низкими ставками для поощрения участия инициировать систему, чтобы гарантировать, что вы приглашаете разных студентов делиться своими мыслями, чередуя формы взаимодействия Мониторинг участия Посещение каждой комнаты обсуждения включают оценку коллег за вклад в группу	Наиболее эффективен для чтения кейсов, анализа информации, обмена идеями и точного анализа ЗАДАЧИ Недостаток направления / непонимание требований к задаче Убедитесь, что инструкции написаны четко, минимизируйте активность создать ветку обсуждения в классе, чтобы студенты могли задавать вопросы и делиться ответами Уравнение участия Уточнение ожиданий от участия студентов создайте роли, чтобы гарантировать, что каждый студент вносит свой вклад в работу (фасилитатор, синтезатор, критик и т. Д.)) Мониторинг участия Мониторинг студенческих должностей включают оценку коллег за вклад в группу Предлагаемая технология: Дискуссионный форум Moodle, использующий «отдельные группы» и / или сопутствующий документ (например, Moodle wiki или Google Docs) для анализа документов.
Экспериментальная / Лаборатория	Наиболее эффективен для аутентичного взаимодействия (например,ж .: собеседования, решение проблем по времени и т. д.) ЗАДАЧИ Координация участников планирование всех мероприятий в течение запланированного времени курса	Наиболее эффективен для аутентичных задач (например: разработка сложного исследовательского эксперимента, проведение обзора литературы, анализ экспериментальных данных и т. Д.) ЗАДАЧИ Ясность задачи / процесса Предоставьте модели и рубрики, чтобы прояснить ожидания создать ветку обсуждения в классе, чтобы студенты могли задавать вопросы и делиться ответами
Производительность / Создание	Наиболее эффективен для спонтанного взаимодействия, участия аудитории и небольших групп ЗАДАЧИ Соответствие «живым» критериям Корректировать требования, чтобы учесть новаторские решения задачи	Наиболее эффективен для записи выступления или технических демонстраций ЗАДАЧИ Отсутствие материалов скорректировать требования, чтобы учесть ряд материалов создайте ветку обсуждения в классе, чтобы учащиеся могли задавать вопросы и обсуждать инновационные заменяющие материалы.
Учебники	Наиболее эффективен для кратких обзоров и сессий вопросов и ответов — сосредоточен на работе, ранее выполнявшейся со студентами ЗАДАЧИ Мониторинг понимания включает частые проверки знаний (масштабный опрос, сеанс вопросов и ответов, чат, вопросы и ответы)	Наиболее эффективен для обмена проблемами и задачами со студентами, которые они выполняют и готовят вопросы перед сеансом в реальном времени. ЗАДАЧИ Ясность задачи / процесса предоставить модели и ссылки на ресурсы создать ветку обсуждения в классе, чтобы студенты могли задавать вопросы и делиться ответами
Совместная работа	Наиболее эффективен для задач мозгового штурма, коротких целенаправленных обсуждений, в качестве начальной точки взаимодействия для более сложных задач, в качестве заключительного мероприятия и т. Д. ЗАДАЧИ Обеспечение участия Обеспечьте четкое руководство до начала работы комнат для обсуждения посетить каждую комнату обсуждения открыть документ Google для каждой группы и следить за работой в Breakout требовать, чтобы группы обменивались результатами (либо на пленарном заседании, если позволяет время, либо в виде письменного резюме инструктору) включить оценку коллег за вклад в группу (если составление группы постоянное) Уравнение участия Уточнение ожиданий от участия студентов создайте роли, чтобы каждый учащийся вносил свой вклад в работу (ведущий, писатель, синтезатор, критик и т. Д.))	Наиболее эффективен для более сложных задач, требующих критического мышления, анализа, рефлексии и т. Д. Наиболее эффективен для однорангового редактирования и совместного написания текстов Более инклюзивный вариант для студентов с ограниченными возможностями, вторым языком, носителями и т. Д. ЗАДАЧИ Обеспечение участия Обеспечение четкого направления до начала задачи создавать сложные, но выполнимые задачи требовать, чтобы группы делились результатами используют активность, которую можно отслеживать (например: дискуссионный форум, семинар, Wiki и т. Д.) включить оценку коллег за вклад в работу группы (если объем работы соответствует) Уравнение участия Уточнение ожиданий от участия студентов требовать от студентов разделения работы и отчета о собственном вкладе Предлагаемая технология: дискуссионный форум Moodle с использованием «отдельных групп» и / или совместного документа (например, Google Docs) для анализа документов
Групповые обсуждения	Наиболее эффективен для небольших групп, с наводящими вопросами, которые нужно заполнить и поделиться, и разумным ограничением времени, чтобы учащиеся могли выполнять задание ЗАДАЧИ Обеспечение участия Обеспечьте четкое руководство до начала работы комнат для обсуждения посетить каждую комнату обсуждения открыть документ Google для каждой группы и следить за работой в Breakout требовать, чтобы группы делились результатами (либо на пленарном заседании, если позволяет время, либо в виде письменного резюме инструктору) включить оценку коллег за вклад в группу (если составление группы постоянное) Уравнение участия Уточнение ожиданий от участия студентов создает и моделирует роли, чтобы гарантировать, что каждый студент вносит определенный вклад в работу (ведущий, писец, синтезатор, критик и т. Д.)) и чередуйте роли, чтобы дать каждому участнику возможность попрактиковаться в каждой роли	Наиболее эффективен для групп от 4 до 9, в зависимости от количества создаваемых дискуссионных постов и количества требуемых ответов Наиболее эффективен для подтверждения понимания / успеваемости учащегося Более инклюзивный вариант для студентов с ограниченными возможностями, вторым языком и т. Д. ЗАДАЧИ Обеспечение участия задайте вопросы, требующие мышления более высокого уровня (анализ, сравнение, применение и т. Д.) требовать, чтобы группы делились результатами контролировать вклад студентов атрибутные оценки участия (для простого участия и / или качества вкладов) включить оценку коллег за вклад в работу группы (если объем работы соответствует) подумайте о том, чтобы назначить координатора дискуссии для каждой группы на ротационной основе, чтобы обсуждение продолжалось. Предлагаемая технология: Дискуссионный форум Moodle с использованием «отдельных групп»
Презентации	Наиболее эффективен для презентаций до 20 минут Лучше всего выполнить, если у студенческой аудитории есть познавательная задача во время презентаций (например: применить критерии к презентации для экспертной оценки) Должно быть ограничено до 3 презентаций в течение сеанса с прерывистыми перерывами между Может быть выполнено в комнатах обсуждения и записано для целей оценки ЗАДАЧИ Мешающие факторы (отвлекающие факторы, подключение к Интернету и т. Д.) Делайте презентации короткими, чтобы студенты не пропустили слишком много, если их участие прервано Обеспечение участия Требовать от студентов оценки презентации с использованием установленных критериев Подтверждение использования студенческого времени	Наиболее эффективен для больших классов Может быть рецензировано (например: назначение каждому студенту конкретных презентаций для просмотра и рецензирования) Может комментировать определенные моменты с помощью аудио (в дискуссионном форуме Moodle) ЗАДАЧИ Обеспечение участия Требовать от студентов оценки презентации по установленным критериям Подтверждение использования студенческого времени назначить каждого студента для просмотра определенных презентаций
Научно-исследовательские работы	Наиболее эффективно для индивидуальных или небольших групповых сессий вопросов и ответов, чтобы сообщить о проблемах и т. Д. ЗАДАЧИ Подтверждение использования учебного времени Делайте занятия короткими и целенаправленными проводить индивидуальные встречи	Наиболее эффективен, когда выполняется с определенными этапами, чтобы гарантировать, что учащиеся будут продолжать выполнение задания (например, письменное изложение темы исследования, аннотированная библиография, план работы, размышления после задания и т. Д.). ЗАДАЧИ Руководство и руководство предоставить модели и рубрики, чтобы прояснить ожидания установил крайние сроки для основных результатов присвоить часть оценки каждому результату поставки создать ветку обсуждения в классе, чтобы студенты могли задавать вопросы и делиться ответами
Оценка	Наиболее эффективен для устных презентаций и демонстраций ЗАДАЧИ Подтверждение использования учебного времени Делайте занятия короткими и целенаправленными проводить индивидуальные встречи по оценке	Наиболее эффективен для тестов с автоматической оценкой, эссе, исследовательских отчетов, задач по решению проблем, оценок участия ЗАДАЧИ Академическая честность Создание альтернативных версий тестов для отдельной группы рандомизировать порядок вопросов установить временные рамки для завершения теста создают вопросы, которые сильно привязаны к контексту и требуют от учащихся отвечать с более «личной» точки зрения (например: обсуждение конкретного контекста, предоставление обоснования, примеров и т. Д.) предлагает творческий вариант, при котором студенты могут соответствовать академическим критериям с помощью собственного выбора артефакта.

Разработка графенового транзистора с новым принципом действия

Схематическое изображение прототипа графенового транзистора.

Исследователи AIST разработали графеновый транзистор с новым принципом действия. В разработанном транзисторе два электрода и два верхних затвора помещены на графен, а графен между верхними затворами облучается пучком ионов гелия для введения кристаллических дефектов.Смещения затвора применяются к двум верхним затворам независимо, что позволяет эффективно управлять плотностями носителей в областях графена с верхним затвором. Отношение включения / выключения электрического тока примерно на четыре порядка величины было продемонстрировано при 200 К (примерно -73 ° C). Кроме того, его полярность транзистора может электрически контролироваться и инвертироваться, что до сих пор было невозможно для транзисторов. Эта технология может быть использована в традиционной технологии производства интегральных схем на основе кремния, и ожидается, что она внесет свой вклад в реализацию электроники со сверхнизким энергопотреблением за счет снижения рабочего напряжения в будущем.

Подробная информация об этой технологии была представлена ​​на Международной конференции по электронным устройствам 2012 года (IEDM 2012), проходившей в Сан-Франциско, США, с 10 по 12 декабря 2012 года.

В последние годы рост энергопотребления, связанный с распространением мобильных информационных терминалов и развитием ИТ-устройств, стал проблемой. Общественный спрос на сокращение мощности, потребляемой электронными информационными устройствами, растет.Хотя предпринимались попытки снизить мощность, потребляемую крупномасштабными интегральными схемами (БИС), считается, что обычная структура транзистора имеет внутренние ограничения. Между тем подвижность электронов графена, которая представляет собой легкость движения электронов, по крайней мере в 100 раз больше, чем у кремния. Также ожидается, что графен может быть использован для решения проблемы ограничений, присущих кремнию и другим материалам. Таким образом, графен может устранить препятствие на пути снижения мощности, потребляемой БИС, и ожидается, что графен будет использоваться в качестве материала для транзисторов со сверхнизким энергопотреблением посткремниевой эпохи, в которых используются новые функциональные атомные элементы. фильмы.

Рисунок 1: Принципы работы нового графенового транзистора и обычных транзисторов.

Однако, когда графен используется в переключающем транзисторе, электрический ток не может быть прерван в достаточной степени, потому что графен не имеет запрещенной зоны. Кроме того, хотя существует технология формирования запрещенной зоны, подвижность электронов уменьшается, когда формируется запрещенная зона, необходимая для переключения. Следовательно, требуется графеновый транзистор с новым принципом работы, который может эффективно выполнять операцию переключения с небольшой шириной запрещенной зоны.

Принцип работы недавно разработанного графенового транзистора показан на рисунках 1 (a) — 1 (c). Чтобы создать транспортный зазор в графене канала между двумя верхними затворами, использовался ионный микроскоп гелия для облучения ионов гелия с плотностью 6,9 · 10 ¹⁵ ионов / см ² для введения кристаллических дефектов. Энергетическая зона графена по обеим сторонам канала может модулироваться электростатическим контролем путем приложения смещений к верхним затворам. Полярность носителей в графене может быть изменена с n-типа на p-тип, в зависимости от полярности смещений, приложенных к верхним затворам.Когда полярности на обеих сторонах канала различаются, транзистор находится в выключенном состоянии (рис. 1 (b)). Если полярности одинаковы, транзистор находится во включенном состоянии (рис. 1 (c)). Когда обычный транзистор (рис. 1 (d) — 1 (f)) находится в выключенном состоянии, транспортировка носителей блокируется барьером, сформированным на стороне истока или стока канала, имеющего транспортный зазор. Однако, как показано на рис. 1 (е), ток утечки транзистора в выключенном состоянии велик, потому что образуется только небольшой барьер.Между тем, как показано на рис. 1 (b), транспортный зазор в разработанном транзисторе работает как барьер, больший, чем у обычных транзисторов (рис. 1 (e)), и блокирует перенос заряда. В результате можно получить лучшее выключенное состояние по сравнению с обычными транзисторами.

Рисунок 3: Отношение включения / выключения электрического тока нового графенового транзистора.

В разработанном транзисторе длина канала, в котором подвижность обычно ухудшается, может быть уменьшена до длины, меньшей, чем у обычных транзисторов.Кроме того, поскольку разработанный транзистор может достигать эффективного выключенного состояния с небольшим транспортным зазором, транспортный зазор может быть меньше, чем у обычных устройств. Благодаря этим свойствам включение / выключение транзистора может выполняться быстрее, чем с обычными транзисторами, и, таким образом, считается, что БИС с более низким энергопотреблением может быть реализована за счет снижения рабочего напряжения схемы. Кроме того, транзисторы могут быть изготовлены с использованием традиционной технологии изготовления кремниевых интегральных схем, такой как литография, осаждение и легирование, а также могут быть легко произведены в масштабе пластины.

Чтобы продемонстрировать работу транзистора по новому принципу работы, транзистор был изготовлен путем формирования электродов истока и стока и пары верхних затворов на однослойном графене, изолированном от графита. Соответствующая доза ионов гелия была приложена между верхними затворами для создания канала, облученного ионами гелия (рис.2, синяя пунктирная линия), а внешний ненужный графен облучали большой дозой ионов гелия, чтобы сделать его изолятором (рис. 2, красная пунктирная линия). В результате канал транзистора имеет длину 20 нм и ширину 30 нм.

Рисунок 4: Демонстрация работы транзистора, в котором полярность транзистора была электрически инвертирована. VtgD — это напряжение затвора со стороны стока.

Включение / выключение изготовленного транзистора выполнялось при низкой температуре 200 К (примерно -73 ° С).На клеммы истока и стока подавались смещения -100 мВ и +100 мВ соответственно. Смещение затвора затвора на стороне стока было зафиксировано на уровне -2 В, а смещение затвора на стороне истока было изменено от -4 В до +4 В, и был измерен электрический ток, протекающий между электродами истока и стока. Отношение включения / выключения составляло примерно четыре порядка величины (рис. 3).

В разработанном транзисторе состояние включения или выключения регулируется в зависимости от того, одинаковы ли полярности напряжений, приложенных к двум верхним затворам, или нет.Следовательно, фиксируя смещение одного затвора и изменяя его полярность, можно контролировать, будет ли работа транзистора путем свипирования другого напряжения затвора n-типом или p-типом. В данном эксперименте напряжения -100 мВ и +100 мВ подавались на выводы истока и стока соответственно. Соотношение между током исток-сток и смещением затвора на стороне истока, когда напряжение затвора на стороне стока, V _tgD , фиксировано как положительное (рис. 4 (a)), показано на рис. . 4 (б).Логарифмический график тех же данных показан на рис. 4 (c). Здесь, когда напряжение затвора на стороне истока отрицательное, транзистор выключен, а когда оно положительное, транзистор включен. Таким образом, он работает как транзистор n-типа. Между тем, соотношение между током исток-сток и смещением затвора на стороне истока, когда напряжение затвора на стороне стока отрицательное (рис. 4 (d)), показано на рис. 4 (е) и 4 ( е). В этом случае, когда напряжение затвора на стороне истока отрицательное, транзистор включен, а когда положительный, транзистор выключен.Таким образом, он работает как транзистор p-типа. Другими словами, было фактически продемонстрировано, что полярность одиночного транзистора может быть изменена электростатическим контролем.

Полярность транзисторов обычных кремниевых транзисторов определяется типом иона для легирования, поэтому невозможно изменить полярность после формирования цепи. Однако, поскольку полярность разработанного транзистора может регулироваться электростатически, можно реализовать интегральную схему, структура схемы которой может быть электрически изменена.

Исследователи стремятся реализовать работу CMOS, в которой полярность транзисторов может быть изменена с помощью электрического управления. Они также стремятся создать прототип устройства с использованием крупномасштабной пластины с графеном, синтезированной методом CVD (химический метод осаждения из паровой фазы). В то же время будут предприняты усилия по получению графена более высокого качества, чтобы улучшить соотношение включения / выключения электрического тока при комнатной температуре и подвижность носителей.

---

Транзистор на основе графена рассматривается как кандидат на пост-CMOS-технологию

---

Предоставлено Передовая промышленная наука и технологии

Ссылка : Разработка графенового транзистора с новым принципом действия (19 февраля 2013 г.) получено 29 ноября 2020 с https: // физ.org / news / 2013-02-graphene-transistor-Princip.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Asynchronous — MDN Web Docs Glossary: ​​Определения терминов, связанных с Интернетом

Термин асинхронный относится к двум или более объектам или событиям , а не , существующим или происходящим одновременно (или нескольким связанным вещам, происходящим без ожидания предыдущего один для завершения).В вычислениях слово «асинхронный» используется в двух основных контекстах.

Сети и связь

Асинхронная связь — это метод обмена сообщениями между двумя или более сторонами, при котором каждая сторона получает и обрабатывает сообщения, когда это удобно или возможно, вместо того, чтобы делать это сразу после получения. Кроме того, сообщения могут быть отправлены, не дожидаясь подтверждения, с пониманием того, что в случае возникновения проблемы получатель запросит исправления или иным образом обработает ситуацию.

Для людей электронная почта — это асинхронный способ связи; отправитель отправляет электронное письмо, а получатель прочитает сообщение и ответит на него, когда это будет удобно, вместо того, чтобы делать это сразу. И обе стороны могут продолжать отправлять и получать сообщения, когда захотят, вместо того, чтобы планировать их друг для друга.

Когда программное обеспечение обменивается данными асинхронно, программа может запросить информацию от другого программного обеспечения (например, сервера) и продолжить выполнение других действий, ожидая ответа.Например, метод программирования AJAX (асинхронный JavaScript и XML) — теперь обычно просто Ajax, хотя в современных приложениях обычно используется JSON, а не XML — представляет собой механизм, который запрашивает относительно небольшие объемы данных с сервера с помощью HTTP, с результатом, возвращаемым при наличии, а не сразу.

Разработка программного обеспечения

Асинхронный дизайн программного обеспечения расширяет концепцию, создавая код, который позволяет программе запрашивать выполнение задачи вместе с исходной задачей (или задачами), не останавливаясь, чтобы дождаться завершения задачи.Когда вторичная задача завершена, исходная задача уведомляется с использованием согласованного механизма, чтобы она знала, что работа выполнена, и что результат, если таковой имеется, доступен.

Существует ряд методов программирования для реализации асинхронного программного обеспечения. См. Статью Асинхронный JavaScript для ознакомления с ними.

Узнать больше

Техническая ссылка

.