Особенности протекания информационных процессов в технических устройствах
Закономерности, которые изучает информатика, общи применительно к различным сферам окружающего мира: живой природе, человеческим сообществам, созданным человеком техническим системам. Везде имеют место получение, хранение, обработка, передача и использование информации. Вместе с тем, в каждой из этих сред движение информации имеет свои особенности.
Ниже будет рассмотрена специфика информационных процессов в техносфере — части окружающего мира, являющейся совокупностью искусственно созданных человеком утилитарных устройств и сооружений. Следует учитывать, что технические устройства создает не только человек, но и другие животные: муравьи, пчелы, бобры и т.п. Более того, некоторые живые существа сами являются прототипами технических устройств, как, например, стрекоза для вертолета. Однако такие объекты, хоть они и могут быть предметами исследования информатики, не относятся к техносфере, поскольку не созданы человеком.
Эволюция техники в информационном контексте
С течением времени создаваемые человеком в практических целях устройства совершенствовались с точки зрения связанных с ними информационных процессов.
Первые инструменты лишь усиливали способности человеческих органов. Многие из них в модернизированном виде используются до сих пор, например, ножи, сверла, молотки, иглы. Такие устройства характеризует относительная простота изготовления, использования и управления их свойствами. Например, если нож затупился - это понятно по непосредственным ощущениям (плохо режет), его нужно заточить или заменить. Довольно рано появился и класс простых измерительных инструментов: линейка, чашечные весы, песочные часы, флюгер и т.п. С их помощью человек не воздействует на природу, а собирает сведения для будущего воздействия на нее. В древности появились и счетные устройства (абак), но они применялись не в технических, а скорее в экономических целях.
Со временем появлялись всё более сложные машины для выполнения больших объемов работ по перемещению и преобразованию материи: повозка, корабль, ветряная мельница и т.п. Для управления ими требовались дополнительные механизмы. Например, руль корабля можно рассматривать как управляющее устройство: на вход подается угол поворота рычага или штурвала, на выходе - соответствующий маневр.
Рисунок 1. Эволюция корабельного руля. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
С приходом Промышленной революции (XVII в.) на смену примитивным приборам приходят механические: хронометры, барометры и т.п., причем благодаря промышленному способу производства они становятся доступны широкому кругу людей. Появляются первые попытки применить измерительные устройства для непосредственного управления механизмами (обратная связь). Так, в паровой машине (см. рисунок) поступление пара в цилиндр автоматически уменьшалось, если скорость вращения вала превышала определенное значение, регистрируемое центробежным барометром.
Рисунок 2. Механическое устройство с обратной связью: центробежный клапан препятствует чрезмерному раскручиванию вала паровой машины. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Инженерное дело превращается в XVIII-XIX вв. в самостоятельную отрасль знания. Успешные технические решения и их воплощения становятся результатом не озарений и усилий талантливых одиночек, а соблюдения записанных с помощью общепризнанных знаковых систем алгоритмов (чертежей, технической документации, стандартов). Тогда же появляются устройства не только для получения и хранения информации, но и для ее обработки: арифмометры, логарифмические линейки. Появились и первые программируемые автоматы, использующие полноценные программы, записанные с помощью перфокарт (ткацкие станки Жокарда, музыкальные автоматы).
Революционные изменения в информационных процессах вызвали успехи электротехники, сделанные в конце XIX - начале XX вв. К середине 1970-х годов доминирующими становятся информационные процессы на основе цифровых технологий, записывающих и обрабатывающих информацию с помощью электронных импульсов (нолей и единиц).
Получение, хранение, обработка и передача информации в современной технике
В современных автоматических электронных устройствах информация поступает от датчиков, среди которых можно выделить:
- датчики освещенности;
- акустические датчики (реагируют на звук);
- климатические датчики (измеряют температуру, влажность, давление);
- датчики положения в пространстве (GPS-приемники, ультразвуковые сонары, гироскопы).
Хранение и обработка информации, полученной от датчиков, ведется в электронных устройствах, называемых контроллерами. В них используются менее мощные, чем в компьютерах, специализированные экономичные процессоры, поскольку электронные устройства часто работают в автономном режиме от источников питания с ограниченным ресурсом.
Рисунок 3. Робот на базе контроллера Arduino с ультразвуковым измерителем расстояния до препятствия. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Результатом обработки информации в современных автоматических устройствах становится воздействие на окружающую среду или передача собранной информации пользователю. Для механического воздействия используются электродвигатели, соленоиды (электромагниты), мощные осветительные и акустические приборы. Для приема и передачи информации используются как традиционные средства (радиосигналы стандартов WiFi, Bluetooth, пульты с инфракрасными излучателями), так и специальные телеметрические линии и протоколы (технологии ZigBee, Z-Wave, RS-485, MODBUS). Пользовательские интерфейсы позволяют корректировать поведение устройств с помощью клавиатур, джойстиков, пультов и наблюдать за возвращаемой информацией посредством светодиодов, табло, мониторов, зуммеров и т. п.
