Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Первая комплектация двигателя что это


Для автомобилей и агрегатов установлены первая и вторая комплектности.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Автомобиль первой комплектности – это автомобиль, со всеми составными частями включая запасные колеса.

Автомобиль второй комплектности – сдают в капитальный ремонт без платформы, металлического кузова, и специального оборудования.

Двигатель первой комплектности это двигатель в сборе со всеми составными частями, установленными на нем, включая сцепление, компрессор, вентилятор, насос гидроусилителя рулевого управления, топливную аппаратуру, приборы системы охлаждения и смазочной системы, воздухоочиститель, электрооборудования.

Двигатель второй комплектности – это двигатель в сборе со сцеплением.

 

-Для грузовых автомобилей и их агрегатов установлены первая и вторая комплектности.

-Для автобусов и легковых автомобилей только первая.

-Силовых агрегатов – первая.

-Для дизельных двигателей – первая,

-Для карбюраторных двигателей первая и вторая.

В КР не принимаются – грузовые автомобили, если их кабины и рамы подлежат списанию. Автобусы и легковые автомобили, если их кузова не могут быть восстановлены. Агрегаты и узлы, у которых базовые или основные детали подлежат списанию.

Авто и агрегаты должны быть: очищены от грязи и не должны иметь деталей, которые отремонтированы способами, исключающими возможность последующего ремонта. Все сборочные единицы детали и приборы должны быть закреплены на машине в соответствии с конструкцией.

Техническое состояние автомобилей сдаваемых в КР – должно обеспечить, как правило, возможность запуска двигателя и испытание пробегом до 3 км.

Автомобили, имеющие повреждения аварийного характера или неисправности при которых запуск двигателя и движение невозможно, или может повлечь дальнейшее разрушение деталей, сдается в КР не на ходу.

Сборочные единицы, сдаваемые в ремонт, должны иметь справку, подтверждающую необходимость КР, составленную заказчиком. Двигатель и другие агрегаты должны быть укомплектованы деталями, предусмотренными конструкцией. Допускается отсутствие на двигателе и сборочных единицах отдельных крепежных деталей.

Двигатели и их сборочные единицы не должны иметь деталей, отремонтированных таким способом, исключающих их дальнейшее использование. Они должны быть очищены и вымыты, смазка и вода слиты. Все отверстия, через которые могут проникнуть атмосферные осадки и грязь должны быть закрыты крышками или пробками- заглушками.

Тара и транспортные средства, применяемые для перевозки двигателя и агрегатов должны обеспечивать их сохранность. К каждому двигателю и отдельно сдаваемому топливному насосу прилагается паспорт и справка.

Поступающие в ремонт автомобили и их составные части называют ремонтным фондом.

4.3 Приемка автомобилей и агрегатов в ремонт.

Прием ремонтного фонда производятся представителями ремонтного предприятия, которые проверяет его комплексность и соответствие техническим требованиям. Предприятие, эксплуатирующее авто (заказчик) направляет в ремонт авто и агрегаты, руководствуясь существующими положениями ГОСТов и руководством на КР, а представители АРП принимают их на основании тех же положений.

Техническое состояние агрегатов осуществляется на контрольно-измерительных стендах (диагностирование). Составляется заключение о техническом состоянии автомобиля или агрегата с указанием места, вида и причин дефектов.

Процесс приемки автомобиля в КР состоит из следующих стадий:

Предварительный технический осмотр и выявление комплектности.

Наружная мойка, окончательный технический осмотр, с правом вскрывать любую сборочную единицу.

Составляется приемо-сдаточный акт по установленной форме в трех экземплярах. В акте отмечается техническое состояние и комплектность. Акт подписывается представителями от АРП и от заказчика. Первый и третий экземпляр остаются на ремонтном предприятии, а второй выдаётся заказчику.

Если машина или сборочная единица не отвечает техническим требованиям на приемку, то она в капитальный ремонт не принимается, но может быть принята на восстановительный ремонт.

Принятые в ремонт автомобили и агрегаты отправляются в склад ремонтного фонда, где хранятся до поступления в ремонт. Рем. фонд можно хранить под навесами, на площадках с твердым покрытием (автомобили) или на складах, (агрегаты) оборудованных стеллажами, подъёмными механизмами, средствами транспортировки.

Топливную аппаратуру и электрооборудование хранят в отдельных, закрытых, вентилируемых помещениях. Не допускается совместное хранение топливной аппаратуры, электрооборудования и веществ, вызывающих коррозию.

 

Сортировка деталей и дефектация деталей.

Дефектация деталей проводится с целью определения их технического состояния и сортировки в соответствии с техническими условиями. В результате дефектации все детали разделяют на три группы

-годные для дальнейшего использования,

-подлежащие восстановлению

 -негодные, брак.

 Результаты дефектации и сортировки фиксируются путём маркировки деталей краской.

Зеленой краской отмечают годные детали, которые отправляют на комплектовочный склад.

Красной краской - негодные, которые транспортируются на склад утиля.

Желтой краской детали требующие восстановления.

Для последних, при маршрутной технологии ремонта, устанавливается номер маршрута, после чего они направляются на склад деталей ожидающих ремонта.

В целях экономии времени на дефектации следует контролировать только те дефекты по которым деталь относят к группе негодных. К таким дефектам относят сквозные внутренние трещины блока цилиндров, трещины в блоках и картерах выходящие на посадочные поверхности или ребра жесткости или пробоины которые превышают оговоренные в технических условиях.

Основным документом, которым руководствуются при дефектации и сортировке деталей, являются технические требования на дефектацию, составляемые в виде карт на деталь каждого наименования.

Они содержат;

-наименование,

-номер детали по каталогу,

-ее материал и твердость поверхностей,

-перечень возможных дефектов

-эскиз детали с указанием мест расположения дефектов,

-способы их выявления и необходимый для этого инструмент,

-номинальные размеры детали по рабочему чертежу,

-допустимые без ремонта размеры и в ряде случаев предельные размеры,

-рекомендации по устранению дефектов.

Результаты контроля и сортировки де­талей заносятся в дефектовочные ве­домости. Статистическая обработка указанных ведомостей позволяет оп­ределить необходимые для целей пла­нирования работы и обеспечения за­пасными частями авторемонтного предприятия. Для учета ввелены показатели — коэффи­ циенты годности (Кг),восстановления (Кв) и сменности (Ксм),показывающие соответственно, какая часть деталей данного наименования может быть ис­пользована при ремонте повторно без восстановления, какая часть подлежит восстановлению и какая часть подле­жит замене. Численно их значения оп­ределяются по следующим зависимо­стям:

      Кг = nr / N ; Кв = nB / N ; KC = n см / N ,  (9.1)

где n г , n в , n см— соответственно число год­ных, требующих восста­новления и негодных де­талей в выборке;

N— число деталей выборки (обычно N > 100 шт. каж­дого наименования дета­лей).

Полученные коэффициенты ис­пользуют при планировании восста­новления деталей.

                                                                           

Комплектование деталей.

 

Комплектование предшествует сборке. Оно выполняется с целью обес­печения ритмичной работы постов сборки. При этом детали накаплива­ются в комплектовочном отделении, поступая в него из:

- дефектовочного от­деления,

- со склада запасных частей,

- из отделений цеха восстановления и изготовления деталей.

В процессе комплектования выпол­няют следующий комплекс работ:

-накопление, учет и хранение дета­ лей, сборочных единиц и комплектую­ щих деталей;

-накопление оперативной информа­ ции о недостающих деталях, сбороч­ ных единиц, комплектующих изделий;

-подбор сопряженных деталей по ремонтным размерам, размерным и массовым группам;

-подбор и подгонка деталей в от­ дельных соединениях;

-подбор составных частей сборочно­ го комплекта по номенклатуре и коли­ честву;

-доставка сборочных комплектов к постам сборки до начала выполнения сборочных работ.

Наиболее ответственной задачей комплектования является подбор де­талей по размерам с целью обеспече­ния требуемой точности сборки, т. е. точности заданного характера сопря­жений (зазоры, натяги) и взаимного расположения деталей и их поверхностей. В ремонтной практике применя­ют три способа подбора деталей в ком­плекты:

- штучный,

- групповой

- сме­ шанный.

Штучный метод применяется на мелких ремонтных предприятиях с большой номенклатурой автомобилей. Характеризуется он большими затра­тами времени на комплектацию.

При групповой комплектации допуски раз­меров двух сопрягаемых деталей раз­бивают на несколько интервалов, а де­тали сортируют в соответствии с этими интервалами на размерные группы, маркируя их цифрами, буквами или красками. Групповую комплектацию применяют для подбора ответствен­ных деталей, таких как гильзы, порш­ни, плунжерные пары и др.

При сме­шанной комплектации используют оба способа. Ответственные детали комп­лектуют групповым, а менее ответст­венные штучным способом.

Комплектация часто сопровожда­ется слесарно-подгоночными операци­ями (опиловкой, зачисткой, притиркой и др.).

Крупногабаритные и нетранс­портабельные детали и узлы (блок ци­линдров, картеры, детали кабины, ку­зова) доставляют на посты сборки, минуя комплектовочное отделение.

На каждую деталь в комплектовоч­ном отделении заполняют карточку, в которой указывают номер стеллажа, шифр ячейки, сменный приход-расход  и остаток деталей. На каждое комп­лектуемое изделие заполняют комп­лектовочную карту (ГОСТ 3.1105 — 84), в которой указывают номера цеха,

участка, рабочего места, обозначения деталей и сборочных единиц, материа­лов и комплектующих изделий и др. Кодированная запись указанной ин­формации позволяет применять вычис­лительную технику при ее обработке.

Рабочие места в комплектовочном отделении специализируются по наи­менованиям узлов и агрегатов.

 

Методы обеспечения точности сборки

Автомобили и агрегаты, собранные из отдельных деталей, хорошо работа­ют в том случае, если каждая деталь в них будет занимать заданное ей место относительно других деталей. Пра­вильное положение деталей и их по­верхностей и осей относительно дру­гих деталей в изделии нормируется расчетом размерных цепей.

Основные термины, обозначения и определения размерных цепей установлены ГОСТ 16319—80, а методы расчета цепей — ГОСТ 16320—80. При расчете размерных цепей могут решаться прямая и обратная задачи. В первом случае по установленным требованиям к замыкающему звену определяются номинальные размеры, допуски, координаты середин полей допусков и предельные отклонения всех составляющих размерную цепь звеньев. При решении обратной задачи по значениям номинальных размеров, допусков, координат середин их полей, предельных отклонений составляющих звеньев определяются те же характеристики замыкающего звена либо при необходимости вычислить погрешность замыкающего звена устанавливаются поле рассеяния, координаты его середины или границы отклонений замыкающего звена на основании аналогичных данных для составляющих звеньев. Решением обратной задачи проверяется правильность решения прямой задачи.

Размерная цепь представляет со­ бой замкнутый контур взаимосвязан­ ных размеров, обусловливающих их численные значения и допуски. Раз­ мерная цепь состоит из составляющих, замыкающего (исходного) и других ви­ дов звеньев.

Составляющее звено — звено раз­ мерной цепи, изменение которого вы­ зывает изменение замыкающего (ис­ ходного) звена. Составляющие звенья линейных размерных цепей обознача­ются прописными буквами русского алфавита с цифровыми индексами (на­ пример, А 1,А2или Б1, Б2и т. д.).

Замыкающее (исходное) звено — звено, получаемое в цепи последним в результате решения поставленной за­ дачи при изготовлении или ремонте (или возникающее в результате поста­новки задачи при проектировании из­делия). Оно обозначается той же бук­ вой алфавита, что и составляющие звенья с индексом ∆ (например, А или Б и т. д.).

По характеру воздействия на за­мыкающее звено составляющие звенья подразделяются на увеличива­ ющие и уменьшающие. К увеличиваю­щим относятся звенья, с увеличением которых замыкающее звено увеличивается, а к уменьшающим — звенья, с увеличением которых замыкающее звено уменьшается. Некоторые сбо­рочные размерные цепи содержат ком­ пенсирующее звено.

Компенсирующее звено — звено, изменением размера которого достига­ ется требуемая точность замыкающе­ го звена. Компенсирующее звено обоз­ начается той же буквой алфавита с соответствующим цифровым индек­сом и буквой "к" (например, А, А). По расположению звеньев различают линейные, плоскостные и пространст­венные размерные цепи. Наиболее широкое распространение имеют ли­нейные цепи, у которых все звенья, входящие в размерную цепь, парал­лельны друг другу и связаны линейной зависимостью.

Требуемая точность замыкающего звена той или иной размерной цепи при сборке достигается следующими методами:

-полной взаимозаменяемости, при котором точность замыкающего звена обеспечивается включением в размер­ ную цепь звена без подбора, выбора или изменения его размеров;

-неполной взаимозаменяемости, при котором точность замыкающего звена достигается не у всех соедине­ний, а у обусловленной их части при включении в размерную цепь любого звена без подбора, выбора или измене­ ния его размеров;

-групповой взаимозаменяемости, при котором точность замыкающего звена обеспечивается включением в размерную цепь звеньев, принадлежа­ щих к одной из размерных групп, на которые звенья предварительно рас­ сортированы;

- пригонки , при котором точ­ ность замыкающего звена достигается изменением размеров компенсирую­ щего звена путем снятия слоя металла;

- регулирования , при котором точность замыкающего звена достигается изме­ нением размеров компенсирующего звена без снятия слоя металла.

Сборочные размерные цепи, у ко­торых точность замыкающего звена обеспечивается методом полной взаимозаменяемости, должны рассчиты­ваться по методу максимума-миниму­ма, а цепи, у которых точность замы­кающего звена достигается методом неполной взаимозаменяемости — ве­роятностным методом.

ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

Пайка – процесс получения неразъемного соединения металла, находящегося в твердом состоянии, при помощи расплавленного металла или сплава, имеющего температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы.

При ремонте автомобиля пайку используют для устранения трещин и пробоин в радиаторе, топливных и масляных баках, трубопроводах, приборов электрооборудования и т.д.

Пайка имеет следующие преимущества:

+ простота технологического процесса, применяемого оборудования.

+ сохранение точной формы, размеров, химического состава деталей.

+ возможность соединения деталей, изготовленных из разнородных металлов.

+ достаточно высокая прочность соединения деталей.

+ низкая себестоимость восстановления деталей.

Основной недостаток – некоторое снижение прочности соединения деталей по сравнению со сваркой.

Легкоплавкие припои представляют собой сплавы цветных металлов. Наибольшее применение получили оловянно-свинцовые припои (ПОС): ПОС-18, ПОС-30, ПОС-40, ПОС-50 (цифры – содержание олова). Эти припои применяются для восстановления деталей, работающих при высоких температурах и небольших нагрузках (радиатор, топливный бак, электрические провода).

Тугоплавкие припои представляют собой чистые цветные металлы и их сплавы. Медно-цинковые припои марок ПМЦ-54, ПМЦ-48 (цифры указывают процентное содержание меди в припое) применяют для пайки меди, бронзы, латуни и других металлов. Лучшие тугоплавкие припои – серебряно-медно-цинковые ПСр10, ПСр25, ПСр12М (цифра указывает %-ное содержание серебра в припое). Эти припои позволяют получать высокопрочные и пластичные соединения, но очень дорогие.

 


 Двигатель

- Википедия

Анимация, демонстрирующая четыре стадии цикла четырехтактного бензинового двигателя внутреннего сгорания:
  1. Индукция (Топливо входит в состав)
  2. Компрессия
  3. Зажигание (Топливо сожжено)
  4. Эмиссия (выхлопной газ)

машина, которая преобразует одну форму энергии в механическую энергию

Двигатель , или , двигатель - это машина, предназначенная для преобразования одной формы энергии в механическую. [1] [2] Тепловые двигатели, как и двигатель внутреннего сгорания, сжигают топливо для создания тепла, которое затем используется для работы. Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическое движение, пневматические моторы используют сжатый воздух, а заводные моторы в игрушечных игрушках используют упругую энергию. В биологических системах молекулярные двигатели, такие как миозины в мышцах, используют химическую энергию для создания сил и, в конечном итоге, движения.

Терминология [править]

Слово двигатель происходит от древнеанглийского двигателя , от латинского ingenium - корень слова гениального .Доиндустриальное оружие войны, такое как катапульты, требучеты и тараны, называлось осадных орудий , и знание того, как их создавать, часто считалось военной тайной. Слово джин , как в хлопок джин , является сокращением от двигатель . Большинство механических устройств, изобретенных во время промышленной революции, были описаны как двигатели - паровой двигатель является ярким примером. Однако оригинальные паровые двигатели, такие как Томас Савери, были не механическими, а насосами.Таким образом, пожарная машина в своем первоначальном виде была просто водяным насосом, при этом двигатель доставлялся в огонь лошадьми. [3]

В современном использовании термин «двигатель » обычно описывает устройства, такие как паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания, которые сжигают или иным образом потребляют топливо для выполнения механической работы, прикладывая крутящий момент или линейную силу (обычно в форме тяги). Устройства, преобразующие тепловую энергию в движение, обычно называют просто двигателями . [4] Примеры двигателей, которые создают крутящий момент, включают известные автомобильные бензиновые и дизельные двигатели, а также турбовалы. Примеры двигателей, которые производят тягу, включают турбовентиляторы и ракеты.

Когда был изобретен двигатель внутреннего сгорания, термин «двигатель » первоначально использовался для отличия его от парового двигателя, который в то время широко использовался для питания локомотивов и других транспортных средств, таких как паровые катки. Термин двигателя происходит от латинского глагола moto , который означает приводить в движение или поддерживать движение.Таким образом, мотор - это устройство, которое передает движение.

Двигатель и двигатель являются взаимозаменяемыми на стандартном английском языке. [5] В некоторых технических жаргонах два слова имеют разные значения, в которых двигатель - это устройство, которое сжигает или иным образом потребляет топливо, изменяя свой химический состав, а двигатель - это устройство, приводимое в действие электричеством, воздухом или гидравлическое давление, которое не меняет химический состав своего источника энергии. [6] [7] Однако в ракетостроении используется термин ракетный двигатель, хотя они потребляют топливо.

Тепловой двигатель также может служить первичным двигателем - компонентом, который преобразует поток или изменения давления жидкости в механическую энергию. [8] Автомобиль, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания, может использовать различные двигатели и насосы, но в конечном итоге все такие устройства получают свою мощность от двигателя. Другой способ взглянуть на это состоит в том, что двигатель получает энергию от внешнего источника, а затем преобразует ее в механическую энергию, в то время как двигатель создает энергию от давления (получаемого непосредственно от взрывной силы сгорания или другой химической реакции, или вторично от действие некоторой такой силы на другие вещества, такие как воздух, вода или пар). [9]

История [править]

Античность [править]

Простые машины, такие как дубинка и весло (примеры рычага), являются доисторическими. Более сложные двигатели, использующие энергию человека, животных, воду, ветер и даже энергию пара, уходят в глубь древности. Человеческая сила была сосредоточена на использовании простых двигателей, таких как лебедка-кабестан, лебедка или беговая дорожка, а также на веревках, шкивах и механизмах блокировки и захвата; эта сила передавалась обычно с умноженными силами и уменьшенной скоростью.Они использовались в кранах и на кораблях в Древней Греции, а также в шахтах, водяных насосах и осадных машинах в Древнем Риме. Авторы тех времен, включая Витрувия, Фронтина и Плиния Старшего, рассматривают эти двигатели как обычное дело, поэтому их изобретение может быть более древним. К 1-му веку нашей эры крупный рогатый скот и лошади использовались на мельницах, приводя в движение машины, подобные тем, которые приводились в действие людьми в более ранние времена.

По словам Страбона, водная мельница была построена в Каберии, в королевстве Митридата, в 1 веке до нашей эры.Использование водяных колес в мельницах распространилось по всей Римской империи в течение следующих нескольких веков. Некоторые были довольно сложными, с акведуками, дамбами и шлюзами для поддержания и направления воды, наряду с системами зубчатых колес или зубчатых колес из дерева и металла для регулирования скорости вращения. Более сложные небольшие устройства, такие как механизм Antikythera, использовали сложные цепочки передач и циферблатов, чтобы действовать как календари или предсказывать астрономические события. В стихотворении Авсония в 4 веке нашей эры он упоминает о камнерезной пиле, приводимой в движение водой.Героя Александрии приписывают многим таким ветряным и паровым машинам в 1-м веке нашей эры, включая Aeolipile и торговый автомат, часто эти машины ассоциировались с поклонением, такие как анимированные алтари и автоматизированные двери храма.

Средневековье [править]

Средневековые мусульманские инженеры использовали шестерни в мельницах и водоподъемных машинах и использовали плотины в качестве источника воды, чтобы обеспечить дополнительную мощность для водяных мельниц и водоподъемных машин. [10] В средневековом исламском мире такие достижения позволили механизировать многие производственные задачи, ранее выполнявшиеся с помощью ручного труда.

В 1206 году аль-Джазари использовал систему шатунов для двух своих водоподъемных машин. Элементарное паротурбинное устройство было описано Таки аль-Дином [11] в 1551 году и Джованни Бранкой [12] в 1629 году. [13]

В 13 веке твердотопливный ракетный двигатель был изобретен в Китай. Управляемый порохом, этот простейший двигатель внутреннего сгорания был неспособен обеспечить устойчивую мощность, но был полезен для приведения оружия в действие на высоких скоростях в направлении врагов в бою и для фейерверков.После изобретения это новшество распространилось по всей Европе.

Промышленная революция [править]

Двигатель Boulton & Watt 1788 г.

Паровая машина Watt была первым паровым двигателем, который использовал пар при давлении чуть выше атмосферного для привода поршня, чему способствовал частичный вакуум. Совершенствование конструкции парового двигателя Newcomen 1712 года, парового двигателя Watt, спорадически развивающегося с 1763 по 1775 год, стало большим шагом в развитии парового двигателя. Предлагая резкое повышение эффективности использования топлива, дизайн Джеймса Уотта стал синонимом паровых двигателей, во многом благодаря его деловому партнеру Мэтью Боултону.Это позволило быстро создать эффективные полуавтоматические заводы в ранее невообразимых масштабах в местах, где гидроэнергетика была недоступна. Дальнейшее развитие привело к появлению паровозов и значительному расширению железнодорожного транспорта.

Что касается поршневых двигателей внутреннего сгорания, они были испытаны во Франции в 1807 году де Ривазом и независимо друг от друга братьями Ниепсе. Теоретически они были разработаны Карно в 1824 году. [ требуется цитирование ] В 1853–57 годах Эудженио Барсанти и Феличе Маттеуччи изобрели и запатентовали двигатель, использующий принцип свободного поршня, который, возможно, был первым четырехтактным двигателем. [14]

Изобретение двигателя внутреннего сгорания, которое впоследствии было коммерчески успешным, было сделано в 1860 году Этьеном Ленуаром. [15]

В 1877 году цикл Отто был в состоянии дать намного более высокое отношение мощности к весу, чем паровые двигатели, и работал намного лучше для многих транспортных применений, таких как автомобили и самолеты.

Автомобили [править]

Первый коммерчески успешный автомобиль, созданный Карлом Бенцем, добавил интерес к легким и мощным двигателям.Легкий бензиновый двигатель внутреннего сгорания, работающий по четырехтактному циклу Отто, был наиболее успешным для легких автомобилей, в то время как более эффективный дизельный двигатель используется для грузовых автомобилей и автобусов. Однако в последние годы турбодизельные двигатели становятся все более популярными, особенно за пределами США, даже для довольно небольших автомобилей.

Горизонтально противоположные поршни [править]

В 1896 году Карлу Бенцу был выдан патент на конструкцию первого двигателя с горизонтально расположенными поршнями.Его конструкция создала двигатель, в котором соответствующие поршни движутся в горизонтальных цилиндрах и одновременно достигают верхней мертвой точки, таким образом автоматически балансируя друг друга в отношении их индивидуального импульса. Двигатели этой конструкции часто называют плоскими двигателями из-за их формы и низкого профиля. Они использовались в Volkswagen Beetle, Citroën 2CV, некоторых автомобилях Porsche и Subaru, многих мотоциклах BMW и Honda, а также двигателях воздушных винтов.

Продвижение [править]

Продолжение использования двигателя внутреннего сгорания для автомобилей отчасти связано с совершенствованием систем управления двигателем (бортовые компьютеры, обеспечивающие процессы управления двигателем, и впрыск топлива с электронным управлением).Принудительная подача воздуха за счет турбонаддува и наддува повышает выходную мощность и эффективность двигателя. Подобные изменения были применены к меньшим дизельным двигателям, давая им почти такие же характеристики мощности, что и бензиновые двигатели. Это особенно очевидно в связи с популярностью автомобилей с меньшим двигателем с дизельным двигателем в Европе. Большие дизельные двигатели все еще часто используются в грузовиках и тяжелой технике, хотя они требуют специальной обработки, недоступной на большинстве заводов. Дизельные двигатели производят более низкие выбросы углеводородов и CO
2, но с более высоким уровнем твердых частиц и NO
x , чем бензиновые двигатели. [16] Дизельные двигатели также на 40% более экономичны, чем сопоставимые бензиновые двигатели. [16]

Увеличение мощности [править]

В первой половине 20-го века наблюдалась тенденция увеличения мощности двигателя, особенно в моделях США. [требуется уточнение ] Изменения конструкции включали в себя все известные методы увеличения мощности двигателя, включая увеличение давления в цилиндрах для повышения эффективности, увеличение размеров двигателя и увеличение скорости, с которой двигатель производит работу.Более высокие силы и давления, создаваемые этими изменениями, создавали проблемы с вибрацией и размерами двигателя, что приводило к более жестким, более компактным двигателям с V-образным расположением цилиндров и противостоянием, заменяющим более длинные прямолинейные устройства.

Эффективность сгорания [править]

Принципы проектирования, которым отдают предпочтение в Европе, из-за экономических и других ограничений, таких как более мелкие и крутые дороги, ориентированы на автомобили меньшего размера и соответствуют принципам проектирования, сосредоточенным на повышении эффективности сгорания небольших двигателей.Это позволило получить более экономичные двигатели с более ранними четырехцилиндровыми двигателями мощностью 40 лошадиных сил (30 кВт) и шестицилиндровыми двигателями мощностью до 80 лошадиных сил (60 кВт) по сравнению с американскими двигателями V-8 большого объема с номинальной мощностью в диапазон от 250 до 350 л.с., некоторые даже более 400 л.с. (от 190 до 260 кВт). [требуется уточнение ] [необходимо цитирование ]

Конфигурация двигателя [править]

Раньше при разработке автомобильных двигателей производился гораздо больший ассортимент двигателей, чем обычно используется сегодня.Двигатели варьировались от 1 до 16 цилиндров с соответствующими различиями в общем размере, весе, объеме двигателя и отверстиях цилиндров. В большинстве моделей использовались четыре цилиндра и номинальная мощность от 19 до 120 л.с. (от 14 до 90 кВт). Было построено несколько трехцилиндровых двухтактных моделей, в то время как большинство двигателей имели прямые или рядные цилиндры. Было несколько моделей V-типа и горизонтально противоположных двух- и четырехцилиндровых моделей. Верхние распредвалы часто использовались.Меньшие двигатели обычно имели воздушное охлаждение и располагались в задней части автомобиля; коэффициенты сжатия были относительно низкими. В 1970-х и 1980-х годах возрос интерес к улучшению экономии топлива, что привело к возврату к меньшим размерам V-6 и четырехцилиндровым двигателям с пятью клапанами на цилиндр для повышения эффективности. Bugatti Veyron 16.4 работает с двигателем W16, что означает, что два расположения цилиндров V8 расположены рядом друг с другом, чтобы создать форму W, разделяющую один и тот же коленчатый вал.

Самый большой из когда-либо созданных двигателей внутреннего сгорания - это 14-цилиндровый 2-тактный дизельный двигатель с турбонаддувом Wärtsilä-Sulzer RTA96-C, который был спроектирован для оснащения Emma Mærsk , самого большого контейнеровоза в мире, когда его запускали в 2006.Этот двигатель имеет массу 2300 тонн, а при работе на скорости 102 об / мин (1,7 Гц) вырабатывает более 80 МВт и может использовать до 250 тонн топлива в день.

Двигатель можно отнести к категории в соответствии с двумя критериями: форма энергии, которую он принимает для создания движения, и тип движения, которое он выводит.

Тепловой двигатель [править]

Двигатель внутреннего сгорания [править]

Двигатели внутреннего сгорания - это тепловые двигатели, приводимые в движение теплом процесса сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания [править]
Трехтактный двигатель внутреннего сгорания, работающий на угольном газе

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой двигатель, в котором сгорание топлива (обычно ископаемого топлива) происходит с окислителем (обычно воздухом) в камере сгорания.В двигателе внутреннего сгорания расширение газов высокой температуры и высокого давления, которые образуются в результате сгорания, непосредственно прикладывает усилие к компонентам двигателя, таким как поршни или лопатки турбины или сопло, и перемещая его на расстояние , генерирует механическую работу. [17] [18] [19] [20]

Двигатель внешнего сгорания [править]

Двигатель внешнего сгорания (двигатель ЕС) представляет собой тепловой двигатель, в котором внутренняя рабочая жидкость нагревается путем сгорания внешнего источника через стенку двигателя или теплообменник.Затем жидкость, расширяясь и воздействуя на механизм двигателя, производит движение и полезную работу. [21] Затем жидкость охлаждается, сжимается и используется повторно (замкнутый цикл) или (реже) сбрасывается, а холодная жидкость втягивается (воздушный двигатель открытого цикла).

«Сжигание» относится к сжиганию топлива с окислителем, для подачи тепла. Двигатели с аналогичной (или даже идентичной) конфигурацией и работой могут использовать подачу тепла из других источников, таких как ядерные, солнечные, геотермальные или экзотермические реакции, не связанные с горением; но тогда они строго не классифицируются как двигатели внешнего сгорания, а как внешние тепловые двигатели.

Рабочая жидкость может быть газом, как в двигателе Стирлинга, или паром, как в паровом двигателе, или органической жидкостью, такой как н-пентан, в цикле органического Ренкина. Жидкость может быть любого состава; газ является наиболее распространенным, хотя иногда используется даже однофазная жидкость. В случае парового двигателя жидкость меняет фазы между жидкостью и газом.

Воздухопроницаемые двигатели внутреннего сгорания [править]

Воздушно-реактивные двигатели внутреннего сгорания - это двигатели внутреннего сгорания, которые используют кислород в атмосферном воздухе для окисления («сжигания») топлива, а не для переноса окислителя, как в ракете.Теоретически, это должно привести к лучшему удельному импульсу, чем для ракетных двигателей.

Непрерывный поток воздуха проходит через дыхательный двигатель. Этот воздух сжимается, смешивается с топливом, воспламеняется и удаляется в качестве выхлопного газа.

Примеры

Типичные воздушно-реактивные двигатели включают в себя:

реактивный реактивный двигатель
Турбовинтовой двигатель
Воздействие на окружающую среду [редактировать]

Работа двигателей обычно оказывает негативное влияние на качество воздуха и уровень окружающего звука.Все больше внимания уделяется характеристикам автомобильных систем, способствующих загрязнению. Это создало новый интерес к альтернативным источникам энергии и усовершенствованиям двигателя внутреннего сгорания. Хотя появилось несколько электромобилей с ограниченным производством на батарейках, они не оказались конкурентоспособными из-за затрат и эксплуатационных характеристик. [ цитирование необходимо ] В 21-м веке дизельный двигатель становится все более популярным среди автовладельцев.Тем не менее, бензиновый двигатель и дизельный двигатель, с их новыми устройствами контроля выбросов для улучшения характеристик выбросов, еще не подвергались значительным испытаниям. [ цитирование необходимо ] Ряд производителей представили гибридные двигатели, в основном с небольшим бензиновым двигателем в сочетании с электродвигателем и большим аккумуляторным блоком, но они также еще не достигли значительных успехов на рынке. бензиновых и дизельных двигателей.

Качество воздуха [редактировать]

Выхлопные газы двигателя с искровым зажиганием состоят из следующего: азот от 70 до 75% (по объему), водяной пар от 10 до 12%, диоксид углерода от 10 до 13.5%, водород от 0,5 до 2%, кислород от 0,2 до 2%, монооксид углерода: от 0,1 до 6%, несгоревшие углеводороды и продукты частичного окисления (например, альдегиды) от 0,5 до 1%, монооксид азота от 0,01 до 0,4%, закись азота <100 ч / млн. диоксид серы от 15 до 60 частей на миллион, следы других соединений, таких как присадки к топливу и смазочные материалы, а также соединения галогенов и металлов и другие частицы. [22] Окись углерода очень токсична и может вызвать отравление угарным газом, поэтому важно избегать скопления газа в замкнутом пространстве.Каталитические нейтрализаторы могут уменьшить токсичные выбросы, но не полностью устранить их. Кроме того, выбросы парниковых газов, главным образом углекислого газа, в результате широко распространенного использования двигателей в современном промышленно развитом мире способствуют глобальному парниковому эффекту - главной проблеме глобального потепления.

Негорючие тепловые двигатели [править]

Некоторые двигатели преобразуют тепло от не горючих процессов в механическую работу, например, атомная электростанция использует тепло от ядерной реакции для производства пара и приводит в движение паровой двигатель, или газовая турбина в ракетном двигателе может приводиться в действие путем разложения перекиси водорода.Помимо другого источника энергии, двигатель часто проектируется так же, как двигатель внутреннего или внешнего сгорания. Другая группа не горючих двигателей включает термоакустические тепловые двигатели (иногда называемые «двигателями ТА»), которые представляют собой термоакустические устройства, которые используют звуковые волны высокой амплитуды для накачки тепла из одного места в другое или, наоборот, используют разность тепла для создания звуковых волн высокой амплитуды. , В целом, термоакустические двигатели можно разделить на устройства со стоячей и бегущей волной. [23]

Нетепловой двигатель с химическим приводом [править]

Нетепловые двигатели обычно приводятся в действие химической реакцией, но не являются тепловыми двигателями. Примеры включают в себя:

Электродвигатель [править]

Электродвигатель использует электрическую энергию для производства механической энергии, обычно через взаимодействие магнитных полей и проводников с током. Обратный процесс, производящий электрическую энергию из механической энергии, осуществляется с помощью генератора или динамо.Тяговые двигатели, используемые на транспортных средствах, часто выполняют обе задачи. Электродвигатели могут работать как генераторы и наоборот, хотя это не всегда практично. Электродвигатели распространены повсеместно, и их можно найти в таких разнообразных применениях, как промышленные вентиляторы, воздуходувки и насосы, станки, бытовая техника, электроинструменты и дисководы. Они могут получать питание от постоянного тока (например, от портативного устройства с питанием от батареи или транспортного средства) или от переменного тока от центральной электрической распределительной сети.Самые маленькие моторы можно найти в электрических наручных часах. Средние двигатели с высокими стандартизированными размерами и характеристиками обеспечивают удобную механическую мощность для промышленного использования. Самые большие электродвигатели используются для приведения в движение больших судов и для таких целей, как трубопроводные компрессоры, с номинальной мощностью в тысячи киловатт. Электродвигатели могут быть классифицированы по источнику электроэнергии, по их внутренней конструкции и по их применению.

Физический принцип производства механической силы при взаимодействии электрического тока и магнитного поля был известен еще в 1821 году.Электродвигатели с возрастающей эффективностью были построены в течение 19-го века, но коммерческая эксплуатация электродвигателей в больших масштабах требовала эффективных электрических генераторов и электрических распределительных сетей.

Для сокращения потребления электроэнергии двигателями и связанными с ними углеродными следами различные регулирующие органы во многих странах ввели и внедрили законодательство, поощряющее производство и использование более эффективных электродвигателей.Хорошо сконструированный двигатель может преобразовывать более 90% входной энергии в полезную мощность в течение десятилетий. [24] Когда эффективность двигателя повышается даже на несколько процентных пунктов, экономия в киловатт-часах (и, следовательно, в стоимости) огромна. Эффективность электрической энергии типичного промышленного асинхронного двигателя может быть улучшена путем: 1) уменьшения электрических потерь в обмотках статора (например, путем увеличения площади поперечного сечения проводника, улучшения техники обмотки и использования материалов с более высоким электрическим напряжением). проводимости, такие как медь), 2) снижение электрических потерь в катушке ротора или отливки (например,Например, используя материалы с более высокой электропроводностью, такие как медь, 3) уменьшая магнитные потери, используя магнитную сталь более высокого качества, 4) улучшая аэродинамику двигателей, чтобы уменьшить механические потери в обмотке, 5) улучшая подшипники, чтобы уменьшить потери на трение, и 6) минимизация производственных допусков. Для дальнейшего обсуждения этой темы см. Премиум эффективность.)

По соглашению, электрический двигатель относится к железнодорожному электровозу, а не к электрическому двигателю.

Двигатель с физическим питанием [править]

Некоторые двигатели питаются от потенциальной или кинетической энергии, например, некоторые фуникулеры, гравитационные плоскости и конвейеры канатных дорог использовали энергию от движущейся воды или камней, а некоторые часы имеют вес, который падает под действием силы тяжести. Другие формы потенциальной энергии включают сжатые газы (например, пневматические моторы), пружины (заводные моторы) и резинки.

Исторические военные осадные машины включали в себя большие катапульты, требучеты и (в некоторой степени) тараны с питанием от потенциальной энергии.

Пневматический двигатель [править]

Пневматический двигатель - это машина, которая преобразует потенциальную энергию в виде сжатого воздуха в механическую работу. Пневматические двигатели обычно преобразуют сжатый воздух в механическую работу с помощью линейного или вращательного движения. Линейное движение может исходить либо от мембранного, либо от поршневого привода, тогда как вращательное движение обеспечивается либо лопастным пневмодвигателем, либо поршневым пневмодвигателем. Пневматические двигатели нашли широкое распространение в индустрии ручных инструментов, и постоянно предпринимаются попытки расширить их использование в транспортной отрасли.Однако пневматические двигатели должны преодолевать недостатки эффективности, прежде чем их можно будет рассматривать в качестве жизнеспособного варианта в транспортной отрасли.

Гидравлический мотор [править]

Гидравлический двигатель получает мощность от жидкости под давлением. Этот тип двигателя используется для перемещения тяжелых грузов и привода машин. [25]

Производительность [править]

Следующие используются при оценке производительности двигателя.

Скорость [править]

Скорость относится к вращению коленчатого вала в поршневых двигателях и скорости вращения роторов компрессора / турбины и роторов электродвигателя.Измеряется в оборотах в минуту (об / мин).

Тяга [править]

Тяга - это сила, действующая на двигатель самолета или его пропеллер после того, как он ускорил проходящий через него воздух.

Крутящий момент [править]

Крутящий момент - это крутящий момент на валу, который рассчитывается путем умножения силы, вызвавшей момент, на расстояние от вала.

Мощность [править]

Мощность - это показатель того, как быстро выполняется работа.

Эффективность [править]

Эффективность - это показатель того, сколько топлива расходуется на производство электроэнергии.

Уровни звука [править]

Шум транспортного средства в основном из-за двигателя на низких скоростях, а также из-за шин и воздуха, проходящего мимо автомобиля на более высоких скоростях. [26] Электродвигатели тише, чем двигатели внутреннего сгорания. Тяговые двигатели, такие как турбовентиляторы, турбореактивные двигатели и ракеты, издают наибольшее количество шума благодаря тому, как их высокоскоростные выхлопные потоки, создающие тягу, взаимодействуют с окружающим неподвижным воздухом. Технология шумоподавления включает в себя глушители системы впуска и выпуска (глушители) на бензиновых и дизельных двигателях и вкладыши шумоподавления на входах в турбовентилятор. "Howstuffworks" Инжиниринг "". Reference.howstuffworks.com. 2006-01-29. Архивировано из оригинального на 2009-08-21. Получено 2011-05-09. .

Компьютер - Википедия

Автоматическое универсальное устройство для выполнения арифметических или логических операций

Компьютер - это машина, которая может быть инструктирована для автоматического выполнения последовательностей арифметических или логических операций посредством компьютерного программирования. Современные компьютеры имеют возможность выполнять обобщенные наборы операций, называемые программами. Эти программы позволяют компьютерам выполнять чрезвычайно широкий спектр задач. «Полный» компьютер, включающий в себя аппаратное обеспечение, операционную систему (основное программное обеспечение) и периферийное оборудование, необходимое и используемое для «полной» работы, может называться компьютерной системой .Этот термин может также использоваться для группы компьютеров, которые связаны и работают вместе, в частности, для компьютерной сети или компьютерного кластера.

Компьютеры используются в качестве систем управления для широкого спектра промышленных и бытовых устройств. Это включает в себя простые устройства специального назначения, такие как микроволновые печи и пульты дистанционного управления, заводские устройства, такие как промышленные роботы и системы автоматизированного проектирования, а также устройства общего назначения, такие как персональные компьютеры и мобильные устройства, такие как смартфоны.Интернет работает на компьютерах и соединяет сотни миллионов других компьютеров и их пользователей.

Ранние компьютеры были задуманы только как вычислительные устройства. С древних времен простые ручные устройства, такие как счеты, помогали людям делать вычисления. В начале промышленной революции некоторые механические устройства были сконструированы для автоматизации долгих утомительных задач, таких как шаблоны направляющих для станков. Более сложные электрические машины делали специализированные аналоговые вычисления в начале 20-го века.Первые цифровые электронные вычислительные машины были разработаны во время Второй мировой войны. За первыми полупроводниковыми транзисторами в конце 1940-х годов последовали технологии кремниевых MOSFET (MOS-транзистор) и монолитных интегральных микросхем (IC) в конце 1950-х годов, что привело к революции микропроцессоров и микрокомпьютеров в 1970-х годах. С тех пор скорость, мощность и универсальность компьютеров резко возрастают, и число транзисторов MOS растет быстрыми темпами (как предсказывает закон Мура), что привело к цифровой революции в конце 20-го - начале 21-го веков.

Традиционно современный компьютер состоит по меньшей мере из одного обрабатывающего элемента, обычно центрального процессора (ЦП) в форме микропроцессора металл-оксид-полупроводник (МОП), наряду с некоторым типом компьютерной памяти, обычно полупроводниковой памятью МОП. чипы. Элемент обработки выполняет арифметические и логические операции, а блок упорядочения и управления может изменять порядок операций в ответ на сохраненную информацию. К периферийным устройствам относятся устройства ввода (клавиатуры, мыши, джойстик и т. Д.).), устройства вывода (экраны монитора, принтеры и т. д.) и устройства ввода / вывода, которые выполняют обе функции (например, сенсорный экран эпохи 2000-х годов). Периферийные устройства позволяют получать информацию из внешнего источника, а также позволяют сохранять и извлекать результаты операций.

этимология

Человеческий компьютер с микроскопом и калькулятором, 1952

Согласно Оксфордскому словарю английского языка , первое известное использование слова «компьютер» было в 1613 году в книге под названием «« Юн Манс »», написанной английским писателем Ричардом Брейтуэйтом: «Я читаю самый настоящий компьютер Времена, и лучший арифметик, который дышал, и он сокращает ваши дни в короткое число.«Это использование термина относилось к человеческому компьютеру, человеку, который выполнял вычисления или вычисления. Слово продолжало иметь то же значение до середины 20-го века. В течение последней части этого периода женщин часто нанимали в качестве компьютеров, потому что им можно было платить меньше, чем их коллегам-мужчинам. К 1943 году большинство человеческих компьютеров были женщинами.

Онлайн-словарь по этимологии дает первое подтвержденное использование «компьютера» в 1640-х годах, что означает «тот, кто вычисляет»; "агент существительное от compute (v.) ". Онлайновый словарь этимологии утверждает, что термин" вычислительная машина "(любого типа) употребляется с 1897 года." Онлайн словарь этимологии указывает, что "современное использование" этого термина, означать «программируемый цифровой электронный компьютер» датируется «1945» под этим названием; [в] теоретическом [смысле] с 1937 года, как машина Тьюринга ". [3]

История

До 20 века

Устройства использовались, чтобы помочь вычислениям в течение тысяч лет, главным образом используя непосредственную переписку с пальцами.Самым ранним счетным устройством была, вероятно, форма подсчета. Более поздние вспомогательные средства ведения учета во всем Плодородном Полумесяце включали в себя камни (глиняные сферы, конусы и т. Д.), Которые представляли количество предметов, вероятно, скота или зерен, запечатанных в полые необожженные глиняные контейнеры. [4] [5] Одним из примеров является использование счетных стержней.

Китайский суанпан (算盘). Число, представленное на этих счетах, составляет 6 302 715 408.

Счеты изначально использовались для арифметических задач.Римские счеты были разработаны из устройств, используемых в Вавилоне еще в 2400 году до нашей эры. С тех пор было изобретено много других форм досок или таблиц. В средневековом европейском счетном доме на стол ставили клетчатую ткань, а на ней, согласно определенным правилам, двигались маркеры, помогая при расчете денежных сумм. [6]

Механизм Antikythera, как полагают Дерек Дж. Де Солла Прайс, считается самым ранним механическим аналогом «компьютера». [7] Он был разработан для расчета астрономических положений. Он был обнаружен в 1901 году в развалинах Антикитеры у греческого острова Антикитера, между Китерой и Критом, и датируется годом до нашей эры. 100 до н. Устройства такого уровня сложности, которые сопоставимы с антикитерическим механизмом, появятся только через тысячу лет.

Многие механические средства для расчета и измерения были созданы для астрономического и навигационного использования. Планисфера была звездной картой, изобретенной Абу Райханом аль-Бируни в начале 11 века. [8] Астролябия была изобретена в эллинистическом мире в 1-м или 2-м веках до нашей эры и часто приписывается Гиппарху. Комбинация planisphere и dioptra, астролябия была фактически аналоговым компьютером, способным решать несколько различных проблем в сферической астрономии. Астролябия, включающая в себя компьютер с механическим календарем [9] [10] и шестерни, была изобретена Аби Бакром из Исфахана, Персия, в 1235 году. astrolabe, [12] ранняя стационарная машина для обработки знаний [13] с зубчатой ​​передачей и зубчатыми колесами, [14] c. 1000 н.э.

Сектор, вычислительный инструмент, используемый для решения задач пропорциональности, тригонометрии, умножения и деления, а также для различных функций, таких как квадраты и кубические корни, был разработан в конце 16-го века и нашел применение в стрельбе, геодезии и навигации.

Планиметр представлял собой ручной инструмент для расчета площади замкнутой фигуры с помощью механической привязки.

Правило скольжения было изобретено около 1620–1630 гг., Вскоре после публикации концепции логарифма.Это аналоговый компьютер с ручным управлением для умножения и деления. По мере развития правил скольжения добавленные шкалы предоставляли обратные величины, квадраты и квадратные корни, кубы и корни кубов, а также трансцендентные функции, такие как логарифмы и экспоненты, круговую и гиперболическую тригонометрию и другие функции. Правила скольжения со специальными шкалами все еще используются для быстрого выполнения рутинных расчетов, таких как правило кругового скольжения E6B, используемое для расчетов времени и расстояния на легких самолетах.

В 1770-х годах Пьер Жаке-Дроз, швейцарский часовщик, создал механическую куклу (автомат), на которой можно было бы писать с ручкой. Переключая количество и порядок его внутренних колес, можно получать разные буквы и, следовательно, разные сообщения. По сути, он может быть механически «запрограммирован» на чтение инструкций. Наряду с двумя другими сложными машинами кукла находится в Музее искусства и истории в Невшателе, Швейцария, и до сих пор работает. [15]

Машина предсказания прилива, изобретенная сэром Уильямом Томсоном в 1872 году, была очень полезна для навигации на мелководье.В нем использовалась система шкивов и проводов для автоматического расчета прогнозируемых уровней приливов за определенный период в определенном месте.

Дифференциальный анализатор, механический аналоговый компьютер, разработанный для решения дифференциальных уравнений путем интегрирования, использовал колесно-дисковые механизмы для выполнения интеграции. В 1876 году лорд Кельвин уже обсуждал возможную конструкцию таких калькуляторов, но он был в тупике из-за ограниченного выходного крутящего момента шариковых и дисковых интеграторов. [16] В дифференциальном анализаторе выход одного интегратора управлял входом следующего интегратора или графическим выходом.Усилитель крутящего момента позволил этим машинам работать. Начиная с 1920-х годов, Ванневар Буш и другие разработали механические дифференциальные анализаторы.

Первое вычислительное устройство

Чарльз Бэббидж, английский инженер-механик и политемат, создал концепцию программируемого компьютера. Считается «отцом компьютера», [17] он концептуализировал и изобрел первый механический компьютер в начале 19 века. После работы над его революционным разностным двигателем, предназначенным для помощи в навигационных вычислениях, в 1833 году он понял, что возможен гораздо более общий дизайн, аналитический двигатель.Ввод программ и данных должен был осуществляться на машине с помощью перфокарт, метод, который в то время использовался для управления механическими станками, такими как жаккардовый станок. Для вывода машина будет иметь принтер, кривой плоттер и колокол. Машина также сможет набивать номера на карточках для последующего чтения. Engine включает в себя арифметико-логический блок, поток управления в форме условных ветвлений и циклов и встроенную память, что делает его первым проектом для компьютера общего назначения, который в современных терминах можно охарактеризовать как полный по Тьюрингу. [18] [19]

Машина на сто лет опередила свое время. Все детали для его машины должны были быть сделаны вручную - это было серьезной проблемой для устройства с тысячами деталей. В конце концов, проект был распущен с решением правительства Великобритании о прекращении финансирования. Неспособность Бэббиджа завершить аналитическую работу можно объяснить главным образом политическими и финансовыми трудностями, а также его желанием разработать все более изощренный компьютер и двигаться вперед быстрее, чем кто-либо другой.Тем не менее, его сын, Генри Бэббидж, закончил упрощенную версию вычислительного устройства аналитического механизма ( мельница ) в 1888 году. Он успешно продемонстрировал его использование в вычислительных таблицах в 1906 году.

Аналоговые компьютеры

В течение первой половины 20-го века многие потребности в научных вычислениях удовлетворялись все более изощренными аналоговыми компьютерами, которые использовали прямую механическую или электрическую модель проблемы в качестве основы для вычислений. Однако они не были программируемыми и, как правило, не обладали универсальностью и точностью современных цифровых компьютеров. [20] Первый современный аналоговый компьютер представлял собой машину для прогнозирования приливов, изобретенную сэром Уильямом Томсоном в 1872 году. Был концептуализирован дифференциальный анализатор, механический аналоговый компьютер, предназначенный для решения дифференциальных уравнений путем интегрирования с использованием колесно-дисковых механизмов. в 1876 году Джеймс Томсон, брат более известного лорда Кельвина. [16]

Искусство механических аналоговых вычислений достигло своего апогея с помощью дифференциального анализатора, созданного Х. Л. Хазеном и Ванневаром Бушем в Массачусетском технологическом институте с 1927 года.Это построено на механических интеграторах Джеймса Томсона и усилителях крутящего момента, изобретенных Х. У. Ниманом. Дюжина таких устройств была построена до того, как их устаревание стало очевидным. К 1950-м годам успех цифровых электронных компьютеров положил конец большинству аналоговых вычислительных машин, но аналоговые компьютеры продолжали использоваться в течение 1950-х годов в некоторых специализированных приложениях, таких как образование (системы управления) и авиация (правило скольжения).

Цифровые компьютеры

электромеханический

К 1938 году военно-морские силы Соединенных Штатов разработали электромеханический аналоговый компьютер, достаточно малый для использования на борту подводной лодки.Это был компьютер данных торпеды, который использовал тригонометрию для решения проблемы стрельбы торпедой по движущейся цели. Во время Второй мировой войны подобные устройства были разработаны и в других странах.

Копия Zuse Z3, первого полностью автоматического, цифрового (электромеханического) компьютера.

Ранние цифровые компьютеры были электромеханическими; электрические выключатели приводили в действие механические реле для выполнения расчетов. Эти устройства имели низкую рабочую скорость и в конечном итоге были заменены намного более быстрыми полностью электрическими компьютерами, первоначально используя вакуумные лампы.Z2, созданный немецким инженером Конрадом Цузе в 1939 году, был одним из первых примеров электромеханического релейного компьютера. [21]

В 1941 году Цузе последовал за своей более ранней машиной с Z3, первым в мире работающим электромеханическим программируемым, полностью автоматическим цифровым компьютером. [22] [23] Z3 был построен с 2000 реле, с длиной слова 22 бита, которые работали на тактовой частоте около 5–10 Гц. [24] Программный код был предоставлен на перфорированной пленке, в то время как данные могли быть сохранены в 64 словах памяти или предоставлены с клавиатуры.В некотором отношении он был очень похож на современные машины, впервые применив многочисленные достижения, такие как числа с плавающей запятой. Вместо сложной для реализации десятичной системы (используемой в более раннем проекте Чарльза Бэббиджа) использование бинарной системы означало, что машины Zuse проще в сборке и потенциально более надежны, учитывая технологии, доступные в то время. [25] Z3 был завершен по Тьюрингу. [26] [27]

Вакуумные трубки и цифровые электронные схемы

Элементы чисто электронных схем вскоре заменили свои механические и электромеханические эквиваленты, в то время как цифровые вычисления заменили аналоговые.Инженер Томми Флауэрс, работавший на исследовательской станции почтового отделения в Лондоне в 1930-х годах, начал исследовать возможное использование электроники для телефонной станции. Экспериментальное оборудование, которое он построил в 1934 году, было введено в эксплуатацию пять лет спустя, преобразовав часть телефонной сети в систему электронной обработки данных с использованием тысяч вакуумных трубок. [20] В США Джон Винсент Атанасофф и Клиффорд Э. Берри из Университета штата Айова разработали и протестировали Atanasoff – Berry Computer (ABC) в 1942 году, [28] первый «автоматический электронный цифровой компьютер». [29] Эта конструкция также была полностью электронной и использовала около 300 вакуумных трубок с конденсаторами, закрепленными в механически вращающемся барабане для памяти. [30]

Во время Второй мировой войны британцы в Блетчли-Парке добились ряда успехов в взломе зашифрованных немецких военных сообщений. Немецкая шифровальная машина Enigma была впервые атакована с помощью электромеханических бомб, которыми часто управляли женщины. [31] [32] Чтобы взломать более совершенную немецкую машину Lorenz SZ 40/42, используемую для высокопоставленных армейских коммуникаций, Макс Ньюман и его коллеги заказали Флауэрс для строительства Колосса. [30] Он провел одиннадцать месяцев с начала февраля 1943 года, проектируя и строя первый Колосс. [33] После проверки работоспособности в декабре 1943 года Colossus был отправлен в парк Блетчли, куда он был доставлен 18 января 1944 года. [34] и атаковал свое первое сообщение 5 февраля. [30]

Colossus был первым в мире электронно-цифровым программируемым компьютером. [20] Использовалось большое количество клапанов (вакуумных трубок). Он имел бумажный ввод и мог быть настроен на выполнение различных логических операций над своими данными, но он не был завершен по Тьюрингу.Были построены девять Mk II Colossi (Mk I был преобразован в Mk II, в общей сложности десять машин). Colossus Mark I содержал 1500 термоэлектронных клапанов (трубок), но Mark II с 2400 клапанами работал в 5 раз быстрее и проще в работе, чем Mark I, что значительно ускоряло процесс декодирования. [35] [36]

ENIAC был первым электронным устройством, выполненным по Тьюрингу, и выполнил расчеты баллистической траектории для армии США.

ENIAC [37] (электронный числовой интегратор и компьютер) был первым электронным программируемым компьютером, построенным в США.S. Несмотря на то, что ENIAC был похож на Колосса, он был намного быстрее, более гибким и полным по Тьюрингу. Как и «Колосс», «программа» на ENIAC определялась состояниями его соединительных кабелей и коммутаторов, что очень далеко от электронных машин с хранимыми программами, появившихся позже. После того, как программа была написана, ее необходимо было механически установить в машину с ручным сбросом штекеров и переключателей. Программистами ENIAC были шесть женщин, часто известных под общим названием «Девушки ENIAC».

Он сочетает в себе высокую скорость электроники с возможностью программирования для многих сложных задач.Он может складываться или вычитаться 5000 раз в секунду, в тысячу раз быстрее, чем любая другая машина. У этого также были модули, чтобы умножить, разделить, и квадратный корень. Высокая скорость памяти была ограничена 20 словами (около 80 байтов). Построенная под руководством Джона Мочли и Дж. Преспера Эккерта в Университете Пенсильвании, разработка и строительство ENIAC продолжались с 1943 года до полной эксплуатации в конце 1945 года. Машина была огромной, весом 30 тонн, потребляла 200 киловатт электроэнергии и содержит более 18 000 вакуумных ламп, 1500 реле и сотни тысяч резисторов, конденсаторов и индукторов. [40]

Современные компьютеры

Концепция современного компьютера

Принцип современного компьютера был предложен Аланом Тьюрингом в его оригинальной работе 1936 года, [41] О вычислимых числах . Тьюринг предложил простое устройство, которое он назвал «Универсальная вычислительная машина» и которое теперь известно как универсальная машина Тьюринга. Он доказал, что такая машина способна вычислять все, что можно вычислить, выполняя инструкции (программы), хранящиеся на ленте, что позволяет машине быть программируемой.Фундаментальная концепция дизайна Тьюринга - это хранимая программа, в которой все инструкции для вычислений хранятся в памяти. Фон Нейман признал, что центральная концепция современного компьютера была связана с этой статьей. [42] Машины Тьюринга по сей день являются центральным объектом изучения в теории вычислений. За исключением ограничений, налагаемых их конечными хранилищами памяти, современные компьютеры, как говорят, полны по Тьюрингу, то есть имеют возможность выполнения алгоритма, эквивалентную универсальной машине Тьюринга.

Хранимые программы

Ранние вычислительные машины имели фиксированные программы. Изменение его функции потребовало перемонтажа и реструктуризации машины. [30] С предложением компьютера с хранимой программой все изменилось. Компьютер с хранимой программой включает в себя конструкцию набора команд и может хранить в памяти набор инструкций (программу), которые детализируют вычисления. Теоретические основы для компьютера с хранимой программой были заложены Аланом Тьюрингом в его статье 1936 года.В 1945 году Тьюринг вступил в Национальную физическую лабораторию и начал работу над созданием электронного цифрового компьютера с хранимой программой. Его отчет 1945 года «Предлагаемый электронный калькулятор» был первой спецификацией для такого устройства. Джон фон Нейман из Университета Пенсильвании также распространил свой первый проект отчета по EDVAC в 1945 году. Он был построен в Университете Виктории в Манчестере Фредериком С.Уильямс, Том Килберн и Джефф Тутилл, и запустили свою первую программу 21 июня 1948 года. [43] Она была разработана в качестве испытательного стенда для трубки Уильямса, первого цифрового устройства хранения с произвольным доступом. [44] Хотя компьютер считался «маленьким и примитивным» по меркам своего времени, он был первой рабочей машиной, которая содержала все элементы, необходимые для современного электронного компьютера. [45] Как только Baby продемонстрировал осуществимость своего проекта, в университете был начат проект по превращению его в более удобный для использования компьютер, Manchester Mark 1.Грейс Хоппер была первой, кто разработал компилятор для языка программирования.

Mark 1, в свою очередь, быстро стал прототипом Ferranti Mark 1, первого в мире коммерчески доступного компьютера общего назначения. [46] Построенный Ferranti, он был доставлен в Манчестерский университет в феврале 1951 года. По крайней мере семь из этих более поздних машин были доставлены в период с 1953 по 1957 год, одна из них была доставлена ​​в лаборатории Shell в Амстердаме. [47] В октябре 1947 года директора Британской компании общественного питания J.Компания Lyons & Company решила принять активное участие в коммерческом развитии компьютеров. Компьютер LEO I начал функционировать в апреле 1951 г. [48] и запустил первую в мире обычную обычную офисную компьютерную работу.

Транзисторы

Концепция полевого транзистора была предложена Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом в 1925 году. Джон Бардин и Уолтер Браттейн, работая под руководством Уильяма Шокли в Bell Labs, построили первый рабочий транзистор, точечный контактный транзистор, в 1947 году, который был затем последовал биполярный транзистор Шокли в 1948 году. [49] [50] Начиная с 1955 года транзисторы заменили вакуумные трубки в компьютерных конструкциях, породив «второе поколение» компьютеров. По сравнению с вакуумными трубками транзисторы имеют много преимуществ: они меньше и требуют меньше энергии, чем вакуумные трубки, поэтому выделяют меньше тепла. Переходные транзисторы были намного надежнее вакуумных трубок и имели более длительный, неопределенный срок службы. Транзисторные компьютеры могут содержать десятки тысяч двоичных логических схем в относительно компактном пространстве.Однако транзисторы с ранним переходом были относительно громоздкими устройствами, которые было сложно изготовить на основе массового производства, что ограничивало их целым рядом специализированных применений. [51]

В Манчестерском университете команда под руководством Тома Килберна спроектировала и построила машину с использованием недавно разработанных транзисторов вместо клапанов. [52] Их первый транзисторный компьютер и первый в мире был введен в эксплуатацию к 1953 году, а вторая версия была завершена в апреле 1955 года.Однако машина использовала клапаны для генерации тактовых сигналов 125 кГц и в схемах для чтения и записи в памяти магнитного барабана, поэтому это был не первый полностью транзисторный компьютер. Это различие относится к Harwell CADET 1955 года, [53] , построенному отделом электроники Исследовательского центра по атомной энергии в Харвелле. [53] [54]

МОП-транзистор (МОП-транзистор), показывающий клеммы затвора (G), корпуса (B), истока (S) и стока (D).Ворота отделены от корпуса изоляционным слоем (розового цвета).

Полевой транзистор металл-оксид-кремний (MOSFET), также известный как МОП-транзистор, был изобретен Мохамедом М. Аталлой и Дауоном Кангом в Bell Labs в 1959 году. [55] Это был первый действительно компактный транзистор это может быть миниатюрным и массовым производством для широкого спектра применений. [51] Обладая высокой масштабируемостью, [56] и значительно меньшим энергопотреблением и более высокой плотностью, чем транзисторы с биполярным переходом, [57] , MOSFET позволил построить интегральные схемы высокой плотности. [58] [59] В дополнение к обработке данных он также позволил на практике использовать МОП-транзисторы в качестве элементов памяти ячеек памяти, что привело к разработке МОП-полупроводниковой памяти, которая заменила более раннюю магнитную память в компьютерах. [60] MOSFET привел к революции микрокомпьютеров, [61] и стал движущей силой компьютерной революции. [62] [63] МОП-транзистор является наиболее широко используемым транзистором в компьютерах, [64] [65] и является фундаментальным строительным блоком цифровой электроники. [66]

Интегральные схемы

Следующим значительным достижением в области вычислительной мощности стало появление интегральной схемы (ИС). Идея интегральной схемы была впервые разработана ученым-радаром, работающим в Королевском радиолокационном учреждении Министерства обороны Джеффри В. А. Даммером. Даммер представил первое публичное описание интегральной схемы на Симпозиуме по прогрессу в области качества электронных компонентов в Вашингтоне, округ Колумбия, 7 мая 1952 года. [67]

Первые рабочие микросхемы были изобретены Джеком Килби из Texas Instruments и Робертом Нойсом. в Fairchild Semiconductor. [68] Килби записал свои первые идеи относительно интегральной схемы в июле 1958 года, успешно продемонстрировав первый работающий интегрированный пример 12 сентября 1958 года. [69] В своей заявке на патент от 6 февраля 1959 года Килби описал свое новое устройство как «тело из полупроводникового материала ... в котором все компоненты электронной схемы полностью интегрированы». [70] [71] Однако изобретение Килби было гибридной интегральной схемой (гибридной ИС), а не монолитной интегральной микросхемой (ИС). [72] Микросхема Килби имела внешние проводные соединения, что затрудняло массовое производство. [73]

Нойс также выдвинул свою идею интегральной схемы на полгода позже, чем Килби. [74] Изобретение Нойса было первым настоящим монолитным чипом ИС. [75] [73] Его чип решил многие практические проблемы, которых не было у Килби. Произведенный в Fairchild Semiconductor, он был сделан из кремния, а чип Килби был изготовлен из германия.Монолитная ИС Нойса была изготовлена ​​с использованием планарного процесса, разработанного его коллегой Джином Хёрни в начале 1959 года. В свою очередь, плоский процесс был основан на процессах пассивации поверхности кремния и термического окисления, разработанных Мохамедом Аталлой в Bell Labs в конце 1950-х годов. [76] [77] [78]

Современные монолитные ИС представляют собой преимущественно интегральные микросхемы МОП (металл-оксид-полупроводник), построенные из МОП-транзисторов (МОП-транзисторов). [79] После того, как первый MOSFET был изобретен Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году, [80] Аталла впервые предложил концепцию интегральной микросхемы MOS в 1960 году, а затем Канг в 1961 году, отметив, что Простота изготовления МОП-транзистора сделала его полезным для интегральных схем. [51] [81] Самая ранняя экспериментальная микросхема MOS, которая была изготовлена, была 16-транзисторной микросхемой, построенной Фредом Хейманом и Стивеном Хофштейном в RCA в 1962 году. [82] General Microelectronics позже представила первую коммерческую ИС MOS в 1964, [83] разработано Робертом Норманом. [82] После разработки в 1967 году Робертом Кервином, Дональдом Кляйном и Джоном Сарасом в Bell Labs Роберта Кервина, Дональда Кляйна и Джона Сараса самосовмещаемого затвора (кремниевого затвора) была разработана первая ИС с кремниевым затвором и самосовмещенными затворами. Федерико Фаггин из Fairchild Semiconductor в 1968 году. [84] С тех пор MOSFET стал самым важным компонентом устройства в современных микросхемах. [85]

Разработка интегральной микросхемы MOS привела к созданию микропроцессора [86] [87] и ознаменовала взрыв в коммерческом и персональном использовании компьютеров. Хотя вопрос о том, какое именно устройство было первым микропроцессором, является спорным, отчасти из-за отсутствия согласия относительно точного определения термина «микропроцессор», во многом неоспоримо, что первым однокристальным микропроцессором был Intel 4004, [88 ] , разработанный и реализованный Федерико Фаггиным с его MOS-технологией с кремниевым затвором, [86] вместе с Тедом Хоффом, Масатоши Шимой и Стэнли Мазором из Intel. [89] [90] В начале 1970-х годов технология MOS IC позволила интегрировать более 10 000 транзисторов в одном кристалле. [59]

Системы на чипе (SoC) представляют собой законченные компьютеры на микрочипе (или чипе) размером с монету. [91] Они могут иметь или не иметь встроенную RAM и флэш-память. Если он не встроен, ОЗУ обычно размещается непосредственно над (так называемый пакет на упаковке) или ниже (на противоположной стороне печатной платы) SoC, а флэш-память обычно располагается прямо рядом с SoC, все это делается для повысить скорость передачи данных, так как сигналы данных не должны преодолевать большие расстояния.Со времени ENIAC в 1945 году компьютеры значительно продвинулись, современные SoC (такие как Snapdragon 865) имеют размер монеты, а также в сотни тысяч раз мощнее, чем ENIAC, интегрируют миллиарды транзисторов и потребляют всего несколько ватт. силы.

Мобильные компьютеры

Первые мобильные компьютеры были тяжелыми и работали от сети. IBM 5100 50 фунтов был ранним примером. Более поздние портативные устройства, такие как Osborne 1 и Compaq Portable, были значительно легче, но все же их необходимо было подключить.Первые ноутбуки, такие как Grid Compass, сняли это требование, включив батареи - и с продолжающейся миниатюризацией вычислительных ресурсов и улучшением срока службы портативных батарей, популярность портативных компьютеров в 2000-х годах возросла. [92] Те же разработки позволили производителям интегрировать вычислительные ресурсы в сотовые мобильные телефоны к началу 2000-х годов.

Эти смартфоны и планшеты работают на различных операционных системах и в последнее время стали доминирующим компьютерным устройством на рынке. [93] Они питаются от системы на микросхеме (SoC), которые представляют собой полноценные компьютеры на микрочипе размером с монету. [91]

Типы

Компьютеры можно классифицировать различными способами, в том числе:

По архитектуре

По размеру, форм-фактору и назначению

Оборудование

,

Аналитический двигатель | Описание и факты

Analytical Engine , который обычно считается первым компьютером, спроектированным и частично построенным английским изобретателем Чарльзом Бэббиджем в 19 веке (он работал над ним до своей смерти в 1871 году). Работая над механизмом различий, более простой вычислительной машиной, заказанной британским правительством, Бэббидж начал придумывать способы ее улучшения. Главным образом он думал об обобщении его операции, чтобы он мог выполнять другие виды вычислений.К тому времени, когда в 1833 году закончилось финансирование его Механизма различий, он задумал нечто гораздо более революционное: вычислительную машину общего назначения под названием Аналитический механизм.

Аналитический двигатель Часть (завершено в 1910 году) Аналитического двигателя Чарльза Бэббиджа. Лишь частично построенная во время смерти Бэббиджа в 1871 году, эта часть содержит «мельницу» (функционально аналогичную центральному процессору современного компьютера) и механизм печати. Музей науки Лондона

Британика Викторина

Компьютеры и технологии

Что означает интернет-префикс WWW?

Аналитический двигатель должен был быть полностью автоматическим механическим цифровым компьютером общего назначения с программным управлением.Было бы в состоянии выполнить любой расчетный набор до него. Нет никаких доказательств того, что кто-либо до того, как Бэббидж когда-либо задумывал такое устройство, не говоря уже о том, чтобы пытаться его создать. Машина была разработана, чтобы состоять из четырех компонентов: мельница, магазин, считыватель и принтер. Эти компоненты являются основными компонентами каждого компьютера сегодня. Мельница была вычислительным устройством, аналогичным центральному процессору (ЦП) в современном компьютере; хранилище было местом хранения данных до обработки, точно аналогично памяти и хранилищу на современных компьютерах; и считыватель и принтер были устройствами ввода и вывода.

Как и в случае с «Разностным механизмом», проект был гораздо более сложным, чем что-либо ранее построенное. Магазин должен был быть достаточно большим, чтобы вместить 1000 50-значных номеров; это было больше, чем емкость любого компьютера, созданного до 1960 года. Машина должна была управляться паром и обслуживаться одним оператором. Возможности печати были также амбициозными, как и для механизма различий: Бэббидж хотел максимально автоматизировать процесс, вплоть до создания печатных таблиц чисел.

Считыватель был еще одной новой функцией аналитического движка. Данные (числа) должны были вводиться на перфокартах с использованием технологии считывания карт жаккардового станка. Инструкции также должны были быть введены на карточках, еще одна идея, взятая непосредственно у Жозефа-Мари Жаккарда. Использование карточек с инструкциями сделало бы его программируемым устройством и намного более гибким, чем любая существующая машина. (В 1843 году математик Ада Ловелас написала в своих заметках для перевода французской статьи об аналитическом механизме, как машина может использоваться, чтобы следовать программе для вычисления чисел Бернулли.За это ее называли первым программистом. Еще одним элементом программируемости была ее способность выполнять инструкции не в последовательном порядке. Он должен был иметь своего рода способность принимать решения в своей передаче условного управления, также известной как условное ветвление, благодаря чему он мог бы перейти к другой инструкции в зависимости от значения некоторых данных. Эта чрезвычайно мощная функция отсутствовала во многих ранних компьютерах 20-го века.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской.Подпишитесь сегодня

По большинству определений, Analytical Engine был настоящим компьютером, как его понимали сегодня - или был бы, если бы у Бэббиджа больше не было проблем с реализацией. На самом деле создание его амбициозного замысла было сочтено невозможным, учитывая современную технологию, и неспособность Бэббиджа сгенерировать обещанные математические таблицы с помощью механизма различий ослабила энтузиазм в отношении дальнейшего государственного финансирования. Действительно, британскому правительству было очевидно, что Бэббидж больше заинтересован в инновациях, чем в создании таблиц.

Тем не менее, аналитический движок Бэббиджа был чем-то новым под солнцем. Его самая революционная особенность заключалась в возможности изменить свою работу путем изменения инструкций на перфокартах. До этого прорыва все механические средства для расчетов были просто калькуляторами или, как механизм различий, прославленными калькуляторами. Аналитический движок, хотя на самом деле не завершенный, был первой машиной, которая заслуживала называться компьютером.


Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020