"Бывает нечто, о чём говорят: "смотри, вот это новое"; но это было уже в веках, бывших прежде нас"
Екклезиаст гл.1 ст. 10

понедельник, 13 февраля 2012 г.

ВВЕДЕНИЕ В КРИПТОГРАФИЮ

Криптография (от греч. κρυπτός — скрытый и γράφω — пишу) — наука о методах обеспечения конфиденциальности (невозможности прочтения информации посторонним) и аутентичности (целостности и подлинности авторства, а также невозможности отказа от авторства) информации.

Имеются свидетельства, что криптография, как техника защиты текста, возникла вместе с письменностью, что способы тайного письма были известны уже древним цивилизациям Индии, Египта и Месопотамии.

Согласно свидетельствам древнеримского историка Цезарь использовал в переписке моноалфавитный шифр, вошедший в историю как Шифр Цезаря. Он описал его в своей книге «Записке о галльской войне». В шифре Цезаря каждая буква алфавита циклически сдвигается на определённое число позиций. Величину сдвига можно рассматривать как ключ шифрования. Сам Цезарь использовал сдвиг на три позиции. Для взлома шифра нужно было бы перебирать 25 вариантов (для латинского алфавита), до тех пор, пока не получится осмысленный текст.

Квадрат Полибия

Во 2-ом веке до н.э. в Древней Греции был изобретён Квадрат Полибия. В нём буквы алфавита записывались в квадрат 5 на 5 (буквы I и J записывались в одной ячейке), после чего передавались номер строки и столбца соответствующие символу исходного текста. Некоторые исследователи полагают, что это можно рассматривать как первую систему, уменьшавшую (сжимавшую) исходный алфавит, и в некотором смысле, как прообраз современной системы двоичной передачи данных.



Шифр Виженера

Самым известным криптографом 16 века можно назвать Блеза де Виженера (Blaise de Vigenère). В своём трактате 1585 года он описал шифр, названный впоследствие его именем.
В шифре Цезаря каждая буква алфавита сдвигается на несколько позиций; например в шифре Цезаря при сдвиге +3, A стало бы D, B стало бы E и так далее.

Шифр Виженера состоит из последовательности нескольких шифров Цезаря с различными значениями сдвига. Для шифрования используется таблица алфавитов, называемая tabula recta (таблица Виженера). Применительно к латинскому алфавиту таблица Виженера составляется из строк по 26 символов, причём каждая следующая строка сдвигается на несколько позиций. Таким образом, в таблице получается 26 различных шифров Цезаря. На разных этапах кодировки шифр Виженера использует различные алфавиты из этой таблицы. На каждом этапе шифрования используются различные алфавиты, выбираемые в зависимости от символа ключевого слова.

Например, предположим, что исходный текст имеет вид:

ATTACKATDAWN

Человек, посылающий сообщение, записывает ключевое слово(«LEMON») циклически до тех пор, пока его длина не будет соответствовать длине исходного текста: LEMONLEMONLE

Первый символ исходного текста A зашифрован последовательностью L, которая является первым символом ключа.

Первый символ L шифрованного текста находится на пересечении строки L и столбца A в таблице Виженера.

Точно так же для второго символа исходного текста используется второй символ ключа; то есть второй символ шифрованного текста X получается на пересечении строки E и столбца T.

Остальная часть исходного текста шифруется подобным способом.

Исходный текст: ATTACKATDAWN

Ключ: LEMONLEMONLE
Зашифрованный текст: LXFOPVEFRNHR
Расшифрование производится следующим образом:

находим в таблице Виженера строку, соответствующую первому символу ключевого слова; в данной строке находим первый символ зашифрованного текста.
Столбец, в котором находится данный символ, соответствует первому символу исходного текста. Следующие символы зашифрованного текста расшифровываются подобным же образом.

Математическая криптография

Как наука криптография начала развиваться только в 20 веке. В 1918 году выходит монография Уильяма Ф. Фридмана ( William F. Friedman) «Индекс совпадения и его применение в криптографии» («Index of Coincedence and Its Applications in Cryptography»). Работа выходит в открытой печати, несмотря на то, что была выполнена в рамках военного заказа. Однако, после первой мировой войны, правительства стран засекретили все работы в области криптографии.

Значительной вехой в развитии криптографии является фундаментальный труд Клода Шеннона (Claude Elwood Shannon) «Теория связи в секретных системах» (Communication Theory of Secrecy Systems), являвшимся секретным докладом, представленным автором в 1945 году, и опубликованного им в «Bell System Technical Journal» в 1949 году. В этой работе, по мнению многих современных криптографов, был впервые показан подход к криптографии в целом как к математической науке. Были сформулированы её теоретические основы и введены понятия, с объяснения которых сегодня начинается изучение криптографии студентами.

В 1975 году публикуется работа Уитфилда Диффи (Whitfield Diffie) и Мартина Хеллмана (Martin Hellman) «Новые направления в криптографии» («New Directions in Cryptography»). Данная работа открыла новую область в криптографии, теперь известную как криптография с открытым ключом (Public-key cryptography).

С конца 1990 годов начинается процесс открытого формирования государственных стандартов на криптографические протоколы.




четверг, 9 февраля 2012 г.

ЭЛЕКТРОГРАФИЯ И ФОТОХИМИЧЕСКОЕ КОПИРОВАНИЕ И ЭЛЕКТРОГРАФИЯ

Электрографию придумал Честер Карлсон. Первый оттиск он и его помощник Отто Корнеи получили в своей домашней лаборатории в Нью-Йорке 22 октября 1938 года. Патент на эту технологию был получен 6 октября 1942 года.
Долгое время Карлсон безуспешно пытался внедрить свое изобретение, доказывая, что оно абсолютно необходимо для бизнеса, но везде ему отказывали, ссылаясь на то, что его изобретение слишком громоздко и сильно пачкает листы, к тому же, человек может значительно лучше справиться с задачей копирования.



Удача улыбнулась ему в 1944 году в Battelle Institute, расположенном в штате. Там ему предложили усовершенствовать технологию и даже нашли точное слово для названия данного процесса — «электрофотография». После чего лицензию на дальнейшую разработку и производство копировальных аппаратов приобрела фирма Haloid Company.. Именно тогда было решено, что слово «электрофотография» слишком научное и может отпугнуть потенциального покупателя. Помощь в поиске более удачного названия оказал местный профессор-филолог. Он придумал термин «ксерография» от греческих слов «xeros» — «сухой» и «graphos» — «писание», а потом уже сам изобретатель Карлсон додумался сократить слово до простого «ксерокс».

В итоге в 1948 году первые ксероксы появились на рынке, а первая модель называлась просто — Model A. После выпуска в 1959 году первой полностью автоматической модели Xerox 914 компания Haloid сменила название на Xerox Corporation. Умер Честер Карлсон в 1968 году.

До изобретения Карлсона для размножения документов широко использовался фотохимический медод копирования

1930 г. Копировальный аппарат, СССР

Фотохимическое копирование использует низко-чувствительную фотобумагу.
Ферропруссиатная бумага — использовалась в начале XX века. Даёт белые линии на светлом синем фоне («синька»).
Диазокопировальная бумага — применялась до широкого распространения ксерокопирования. Давала коричневые (иногда красные или синие) копии.и.

Фотохимическое копирование может быть двух типов: - на просвет — оригинал на полупрозрачной основе располагается на столешнице изображением вверх и покрывается фотобумагой, светочувствительным слоем. Производится экспонирование. После обработки получается прямое изображение оригинала (если фотобумага лежала чувствительным слоем вверх) или зеркальное (если вниз). - рефлексное — фотобумага располагается на столешнице чувствительным слоем вверх и накрывается оригиналом, изображением вниз.

Засветка фотобумаги осуществляется светом, отражённым от не закрашенных участков оригинала; закрашенные же участки поглощают свет и засветка фотобумаги в этих местах меньше. Для получения рабочих копий необходимо повторное копирование.


1939г. Компактный копировальный аппарат, США




понедельник, 6 февраля 2012 г.

ИСКУССТВО ТАЙНОПИСИ

Стеганография - от греч. στεγανοσ — скрытый и греч. γραφω — пишу. В отличие от криптографии, которая скрывает содержимое секретного сообщения, хотя его существование может быть и обнаружено, стеганография скрывает само его существование.


Самые ранние примеры стеганографии были описаны греческим историком Геродотом (Herodotus). На обритую голову раба наносилась татуировка с тайным сообщением, и когда волосы отрастали, раб отправлялся к адресату, который брил его голову и считывал послание. Общеизвестно, что в древней Греции тексты писались на дощечках, покрытых воском. Для сокрытия секретного текста соскабливали воск с дощечек, писали сообщение на поверхности дерева, затем снова покрывали дощечку воском.
Невидимые (симпатические) чернила также были популярным методом химической стеганографии в течение многих столетий. Текст, записанный такими чернилами, можно прочитать только при определенных условиях, таких как нагрев, химический проявитель и т. д. Древние римляне писали между строками текста, используя невидимые чернила, в качестве которых использовались фруктовые соки, моча, и молоко.

В XV веке монах Тритемиус (Tritemius), занимавшийся криптографией и стеганографией, описал различные методы скрытой передачи информации. Позднее, в 1499 году, эти записи были объединены в книгу "Steganographia". Современный анализ трактата "Стеганография" говорит о том, что предположительно магические ритуалы, описанные в трактате, на самом деле были описанием процесса шифрования, позволяющего скрыть тайный текст в нечто неочевидное. И то, что на понимание этого потребовались сотни лет, признание того, насколько хороша стеганография как метод сокрытия данных.

Стеганография предполагает, что передаваемый текст "растворяется" в сообщении большего размера. Но если взять и извлечь из него некоторые символы по определенному закону или наложением трафарета, получим вполне конкретное тайное сообщение.


На рисунке пример использования данного метода и способ прочтения его с использованием трафарета - Решётки Кардано (Cardan Grille). Таким способом пользовались Ришелье и Грибоедов.

Другие методы стеганографии включают использование условных слов и фраз, использование микрофотоснимков, незначительные различия в написании рукописных символов, маленькие проколы напечатанных символов, «жаргонные шифры», где слова имеют другое обусловленное значение и множество других способов по скрытию истинного смысла тайного сообщения в открытой переписке или при контакте.

Так в годы второй мировой войны германские агенты для скрытой передачи информации в обычных открытках и письмах применяли микроточку (microdots). Микроточка представляла собой крошечную фотографию размером с обычную точку, который вклеивалась на место знаков препинания. Такие письма не вызывавшие подозрений цензуры, содержали не только тексты, но и чертежи.

А это пример применения симпатических чернил в «Золотом жуке» Эдгара По : Растворите цафру в царской водке и разведите потом в четырёхкратном объёме воды, чернила будут зелёными. Растворите кобальтовый королёк в нашатырном спирте – они будут красными. Ваша запись вскоре исчезнет. Но появится вновь, если вы прогреете её вторично…».

Широко используются стеганографические способы защиты денежных знаков, ценных и государственных бумаг в настоящее время, постоянно развиваясь и совершенствуясь.

СОВРЕМЕННАЯ СТЕГАНОГРАФИЯ:


Работа Шеннона (Claude Elwood Shannon) «Теория связи в секретных системах» (1945) с грифом секретно, которую рассекретили и опубликовали только в 1949 году дала нам общую теорию тайнописи. В современном понимании стеганографическая система – это совокупность средств и методов, которые используются для формирования скрытого канала передачи информации. Компьютерная стеганография занимается вопросами её реализации с использованием компьютерной техники. В современной компьютерной стеганографии существует два основных типа файлов: сообщение— файл, который предназначен для скрытия, и контейнер—файл, который может быть использован для скрытия в нем сообщения. При этом контейнеры бывают двух типов. Контейнер—оригинал (или “Пустой” контейнер) — это контейнер, который не содержит скрытой информации. Контейнер—результат (или “Заполненный” контейнер) — это контейнер, который содержит скрытую информацию. Под ключом понимается секретный элемент, который определяет порядок занесения сообщения в контейнер.

Стеганография, как и любое изобретение человечества, может быть использована как для благих целей, так и для злонамеренных. Законные цели включают водяные знаки, цифровые подписи, которые являются частью объекта защиты и аутентифицируют права собственности или подтверждают подлинность объекта. Наконец, стеганография может использоваться для сохранения ценной информации. Но также, с её помощью можно скрыть служебную или секретную информацию в виде безобидного файла, опубликовать его на сайте или послать электронной почтой злоумышленникам.

Источники:

Code Wars: Steganography, Signals Intelligence, and Terrorism.  Maura Conway
Секреты стеганографии. www.securitylab.ru
"КОМПЬЮТЕРНАЯ СТЕГАНОГРАФИЯ" ж-л "Специальная Техника"
Steganography: Hiding Data Within Data. Gary C. Kessler
Древнее искусство тайнописи и шпионы в Америке. Марк Уорд. BBC




АНАЛОГОВЫЙ КОМПЬЮТЕР II


Аналоговая вычислительная машина (АВМ), вычислительная машина, в которой каждому мгновенному значению переменной величины, участвующей в исходных соотношениях, ставится в соответствие мгновенное значение другой (машинной) величины, часто отличающейся от исходной физической природой и масштабным коэффициентом.

Представлением числа в механических аналоговых компьютерах служит, например, количество поворотов шестерёнок механизма. В электрических — используются различия в напряжении. Они могут выполнять такие операции, как сложение, вычитание, умножение, деление, дифференцирование, интегрирование и инвертирование.

Особенности представления исходных величин и построения отдельных решающих элементов в значительной мере предопределяют сравнительно большую скорость работы АВМ, простоту программирования и набора задач, ограничивая, однако, область применения и точность получаемого результата.

АВМ отличается также малой универсальностью (алгоритмическая ограниченность) — при переходе от решения задач одного класса к другому требуется изменять структуру машины и число решающих элементов.

Логарифмическая линейка является одной из ранних реализаций аналового вычислительного устройства.

Графики и номограммы — следующая разновидность аналоговых вычислительных устройств — для определения функций нескольких переменных; впервые встречаются в руководствах по навигации в 1791.

В 1814 английский учёный Дж. Герман разработал аналоговый прибор — планиметр, предназначенный для определения площади, ограниченной замкнутой кривой на плоскости. Планиметр был усовершенствован в 1854 немецким учёным А. Амслером. Его интегрирующий прибор с катящимся колесом привёл позднее к изобретению английским физиком Дж. Томсоном фрикционного интегратора.

В 1876 другой английский физик У. Томсон применил фрикционный интегратор в проекте гармонического анализатора для анализа и предсказывания высоты приливов в различных портах. Он показал в принципе возможность решения дифференциальных уравнений путём соединения нескольких интеграторов, однако из-за низкого уровня техники того времени идея не была реализована.

Первая механическая вычислительная машина для решения дифференциальных уравнений при проектировании кораблей была построена А. Н. Крыловым в 1904. В основу её была положена идея интеграфа — аналогового интегрирующего прибора, разработанного польским математиком Абданк-Абакановичем (1878) для получения интеграла произвольной функции, вычерченной на плоском графике.

Дальнейшее развитие механических интегрирующих машин связано с работами американского учёного В. Буша, под руководством которого была создана чисто механическая интегрирующая машина (1931), а затем её электромеханический вариант (1942).

В 1936 русский инженер Н. Минорский предложил идею электродинамического аналога.

Толчок развитию современных АВМ постоянного тока дала разработка Б. Расселом (1942—44, США) решающего усилителя.

Большое значение имели работы советского математика С. А. Гершгорина (1927), заложившие основы построения сеточных моделей.

В 1936 в СССР под руководством И. С. Брука были построены механический интегратор и электрический расчётный стол для определения стационарных режимов энергетических систем.

В 40-х гг. была начата разработка электромеханического ПУАЗО на переменном токе и первых электронных ламповых интеграторов (Л. И. Гутенмахер). Работы, проведённые под руководством Гутенмахера (1945—46), привели к созданию первых электронных аналоговых машин с повторением решения.

В 1949 в СССР под руководством В. Б. Ушакова, В. А. Трапезникова, В. А. Котельникова, С. А. Лебедева был построен ряд АВМ на постоянном токе.


АВМ применяется при решении следующих задач

Контроль и управление

В системах автоматического управления АВМ пользуются, как правило, для определения или формирования закона управления, для вычисления сводных параметров процесса (кпд, мощность, производительность и др.). Если задано математическое выражение, определяющее связь сводного параметра или управляющего воздействия с координатами объекта, АВМ служат для решения соответствующего уравнения. Результат вычислений поступает либо на исполнительный механизм (замкнутая система), либо к оператору. В последнем случае АВМ работает как информационное устройство. Например, АВМ широко распространены для оценки экономической эффективности энергетических систем, и те же АВМ могут управлять исполнительными механизмами, т. е. служить автоматическими регуляторами. Когда закон управления заранее не определён, а заданы лишь некоторый критерий оптимальности и граничные условия, АВМ применяются в системах поиска оптимального управления и служат математической моделью объекта. Опережающий анализ, основанный на быстродействии. Многократно решая систему уравнений, описывающих управляемый процесс, учитывая его текущие характеристики, АВМ за короткое время «просматривает» большое число вариантов решений, отличающихся значениями параметров, подлежащих изменению при управлении процессом. Намного опережая ход процесса, АВМ прогнозирует сигналы управления, которые могут обеспечить необходимое качество протекания процесса. Найденные машиной значения передаются на регулирующие устройства, например в виде положений их уставок, после чего поиск наилучшего варианта продолжается. В режиме опережающего анализа АВМ выполняют функции либо машин-советчиков, когда оператор пользуется результатами полученных на машине расчётов для ручного или полуавтоматического управления, либо управляющих машин, автоматически учитывающих текущие характеристики процесса и управляющих им по оптимальным показателям. Выбор наилучшего режима технологического процесса осуществляется также самонастраивающимися математическими машинами в режиме опережающего анализа.

Экспериментальное исследование поведения системы с аппаратурой управления или регулирования в лабораторных условиях

С помощью АВМ воспроизводится та часть системы, которая по каким-либо причинам не может быть воспроизведена в лабораторных условиях. Связь АВМ с аппаратурой управления или регулирования в основном осуществляется преобразующими устройствами, в которых машинные переменные изменяются по масштабу и форме представления. Анализ динамики систем управления или регулирования. Заданные уравнения объекта решаются в выбранном масштабе времени с целью нахождения основных параметров, обеспечивающих требуемое протекание процесса. Особо важны быстродействующие АВМ, с помощью которых в ускоренном масштабе времени можно решать некоторые итеративные задачи, задачи оптимизации, а также реализовать Монте-Карло метод, требующий многократного решения стохастических дифференциальных уравнений. Здесь АВМ резко сокращает время проведения расчётов и делает наглядными результаты.

Решение задач синтеза систем управления и регулирования сводится к подбору по заданным техническим условиям структуры изменяемой части системы, функциональных зависимостей требуемого вида и значений основных параметров. Окончательный результат получается многократным повторением решения и сопоставлением его с принятым критерием близости. Задачи этого типа часто сводятся к отысканию экстремума некоторого функционала.

Решение задач по определению возмущений или полезных сигналов, действующих на систему. В этом случае по дифференциальным уравнениям, описывающим динамическую систему, по значениям начальных условий, известному из эксперимента характеру изменения выходной координаты и статистическим характеристикам шумов в измеряемом сигнале определяется значение возмущения или полезного сигнала на входе.

АВМ может также служить для построения приборов, автоматически регистрирующих возмущения и вырабатывающих сигнал управления в зависимости от характера и размера возмущений.


Решающие эллементы


АВМ состоят из некоторого числа решающих элементов, которые по характеру выполняемых математических операций делятся на линейные, нелинейные и логические.

Линейные решающие элементы выполняют операции суммирования, интегрирования, перемены знака, умножения на постоянную величину и др.

Нелинейные (функциональные преобразователи) воспроизводят нелинейные зависимости.

Различают решающие элементы, предназначенные для воспроизведения заданной функции от одного, двух и большего числа аргументов. Из этого класса обычно выделяют устройства для воспроизведения разрывных функций одного аргумента (типичные нелинейности) и множительно-делительные устройства (см. Перемножающее устройство).

К логическим решающим элементам относятся устройства непрерывной логики, например предназначенные для выделения наибольшей или наименьшей из нескольких величин, а также устройства дискретной логики, релейные переключающие схемы и некоторые др. специальные блоки.

Для связи устройств непрерывной и дискретной логики широко пользуются гибридными логическими устройствами (например, компараторами).

Все логические устройства обычно объединяются в одном, получившем название устройства параллельной логики. Оно снабжается своим наборным полем для соединения отдельных логических устройств между собой и с остальными решающими элементами АВМ.

В зависимости от физической природы машинных величин различают механические (в которой машинные переменные воспроизводятся механическими перемещениями), пневматические (переменные представлены в виде величин давления в различных точках специально построенной сети. Элементами такой АВМ являются дроссели, емкости и мембраны), гидравлические, электромеханические (машинными переменными являются механические, обычно угол поворота и электрические величины) и электронные АВМ (переменные представляются электрическим напряжением).

Наиболее распространены электронные АВМ, отличающиеся значительно более широкой полосой пропускания, удобством сопряжения нескольких машин между собой и с элементами аппаратуры управления. Эти машины собираются из готовых радиотехнических узлов и полуфабрикатов.

Решающие элементы АВМ строятся в основном на базе многокаскадных электронных усилителей постоянного тока с большим коэффициентом усиления в разомкнутом состоянии и глубокой отрицательной обратной связью.

В зависимости от структуры и характера входной цепи и цепи обратной связи операционный усилитель выполняет линейную или нелинейную математическую операцию или комбинацию этих операций. Вследствие не идеальности работы отдельных решающих элементов, неточности установки их коэффициентов передачи и начальных условий, решение, найденное с помощью АВМ, имеет погрешности.

Результирующая погрешность зависит не только от перечисленных первичных источников, но и от характера и особенностей решаемой задачи. Как правило, погрешность увеличивается с ростом числа решающих (особенно нелинейных) элементов, включенных последовательно.

Практически можно считать, что погрешность при исследовании устойчивых нелинейных систем автоматического управления не превышает нескольких %, если порядок набираемой системы дифференциальных уравнений не выше 10-го.

По структуре различают АВМ с ручным и с автоматическим программным управлением.

В первом случае решающие элементы перед началом решения соединяются между собой в соответствии с последовательностью выполнения математических операций, задаваемых исходной задачей.

В машинах с программным управлением последовательность выполнения отдельных математических операций меняется в процессе решения задачи в соответствии с заданным алгоритмом решения.

Изменение в ходе решения порядка выполнения отдельных операций обусловливает прерывистый характер работы машины: период решения сменяется периодом останова (для выполнения требуемых коммутаций).

При таком режиме АВМ должна снабжаться аналоговым запоминающим устройством.

Наличие памяти и дискретность характера работы машины дают возможность организовать многократное использование отдельных решающих элементов и тем сократить их число, не ограничивая класса решаемых задач, правда, за счёт снижения быстродействия.

Значительный интерес представляют машины: с большой частотой повторения решения (30—1000 гц) в связи с созданием систем автоматического управления, а также с необходимостью организации поиска оптимальных в некотором смысле структур и параметров систем управления.

Повышение эффективности АВМ связано с внедрением в аналоговую технику цифровых методов, в частности цифровых дифференциальных анализаторов, у которых отдельные решающие элементы выполняют математические операции над приращениями переменных, представленных в одном из цифровых кодов, с передачей результатов от элемента к элементу по принципам АВМ.

Применение цифровых дифференциальных анализаторов, особенно последовательных, для специальных АВМ, не требующих высокого быстродействия, снижает общий объём аппаратуры, хотя в остальных случаях они по всем техническим показателям и возможностям существенно уступают цифровым вычислительным машинам.

Гораздо большими возможностями обладают гибридные вычислительные системы, у которых исходные величины представлены одновременно в цифровой и аналоговой форме.

Перспективны для полной автоматизации АВМ так называемые матричные модели. Их основной недостаток — большое количество аппаратуры — в связи с появлением интегральных схем уже не имеет решающего значения.


Представление величин в АВМ


Из теоретических основ электротехники известно, что переходные процессы в линейных электрических цепях описываются с помощью дифференциальных уравнений. Поскольку линейные элементы электрических цепей дешевы и имеют малые габариты, то они получили наиболее широкое распространение при построении АВМ. Таким образом, все независимые переменные (функции) представляются в АВМ с помощью напряжений постоянного тока.

Независимой переменной является машинное время, т.е. время, прошедшее с момента пуска модели.

Такое представление не является единственно возможным. Для построения модели может использоваться любой другой физический процесс, описываемый теми же математическими зависимостями, что и моделируемый процесс.

В частности, существовали аналоговые интеграторы, в которых математическая функция представлялась потоком воды (объемом воды, протекающим через водовод в единицу времени). В этом случае интеграл данной функции был равен объему воды, накопленному в некотором сосуде-“интеграторе”.

Существуют различные типы АВМ, имеющие свои особенности. Однако, функциональные узлы большинства АВМ одинаковы по своему назначению. Поэтому в общем виде АВМ может быть представлена следующей структурной схемой:

Решающие блоки АВМ – основные блоки машины, осуществляющие выполнение математических операций над машинными переменными.

Измерительные приборы – используются для измерения вводимых исходных величин и результатов решения.

Система питания обеспечивает все необходимые напряжения для питания решающих блоков и других устройств машины.

Система управления объединяет все блоки машины в единое целое и обеспечивает их функционирование и управление ими.

Базовым линейным решающим блоком электронных АВМ является операционный усилитель (ОУ).

Операционный усилитель представляет собой усилитель постоянного тока (УПТ) с большим коэффициентом усиления, охваченный глубокой отрицательной обратной связью.

С помощью различных комбинаций электрических емкостей и сопротивлений на входе усилителя и в цепи его обратной связи можно реализовать следующие математические операции над непрерывными величинами, представленными в виде напряжений постоянного тока:

· умножение на постоянный коэффициент

· изменение знака (инвертирование в аналоговом смысле)

· алгебраическое сложение

· интегрирование (во времени)

· дифференцирование (во времени)


Классификация


Все АВМ можно разделить на две основных группы:

1. Специализированные — предназначены для решения заданного узкого класса задач (или одной задачи).
2. Универсальные — предназначены для решения широкого спектра задач.


ИСТОЧНИКИ:

Виртуальный компьютерный музей
The Analog Computer Museum's Collection





воскресенье, 5 февраля 2012 г.

АНАЛОГОВЫЙ КОМПЬЮТЕР

Компьютер выполняет задачу по обработке информации. Информация для обработки предоставляется в виде сигнала. Сигнал - это любая физическая величина (например, температура, давление, интенсивность света, сила тока), изменяющаяся со временем. Именно благодаря этому изменению сигнал может нести в себе информацию. Сигнал может быть двух видов: аналоговый - непрерывно меняющейся во времени и могущий принимать любые значения и цифровой – имеющий только два мгновенных значения 0 или 1, есть сигнал или его нет. Аналоговый сигнал может быть конвертирован в цифровой и наоборот. Операции, производимые над сигналами, можно условно разделить на три группы: передача, обработка, хранение. То есть, при определённом воздействие на обрабатывающий механизм, он должен отреагировать требуемым образом и вывести конечный результат на устройство отображения или хранения (пример – механические весы).

По определению, данному Энциклопедией Британика (Encyclopædia Britannica) , аналоговым компьютером называется любой класс устройств, в которых непрерывное изменение физических величин, таких как электрический потенциал, давление жидкости, или механическое движение представлено мгновенным значением другой величины соответствующей решаемой задаче.

Большая Советская Энциклопедия дает такое определение аналоговой вычислительной машины: "Аналоговая вычислительная машина (АВМ), вычислительная машина, в которой каждому мгновенному значению переменной величины, участвующей в исходных соотношениях, ставится в соответствие мгновенное значение другой (машинной) величины, часто отличающейся от исходной физической природой и масштабным коэффициентом. Каждой элементарной математической операции над машинными величинами, как правило, соответствует некоторый физический закон, устанавливающий математические зависимости между физическими величинами на выходе и входе решающего элемента (например, законы Ома и Кирхгофа для электрических цепей, выражение для эффекта Холла, лоренцовой силы и т. д.)".

Аналоговые компьютеры хорошо подходят для моделирования динамических систем, когда расчеты осуществляются в режиме реального времени. Другие основные области современного применения аналоговых компьютеров включают анализ работы атомных электростанций, промышленных химических процессов на основе гидравлических систем, так как требования безопасности не позволяют использовать электричество.


История аналоговых вычислителей насчитывает миллиарды лет, ведь любое живое существо реагирует на изменение параметров внешней и внутренней среды, а это аналоговое вычисление по определению.


Древнейшим же рукотворным аналоговым компьютером может считаться Антикитерский механизм, который датируется 150 годом до нашей эры. Механическое устройство применялось для астрономических расчетов и целей навигации. Вычисления выполнялись за счёт соединения 37 бронзовых колёс и нескольких циферблатов. Для проведения расчетов механизм выполнял операции сложения, вычитания и деления.



Астролябия - с четвертого века до нашей эры и до наших дней этот прибор используется для астрономических вычислений. В 1623 году Вильгельм Шиккард (Wilhem Schickard) придумал «Считающие часы» — первый механический калькулятор, умевший выполнять четыре арифметических действия.



В 1642 году Блез Паскаль (Blaise Pascal) представил свой вариант механического калькулятора.



Примерно в 1820 году Чарльз Томас (Charles Xavier Thomas) создал первый, серийно выпускаемый механический калькулятор, который мог складывать, вычитать, умножать и делить.



В 1873 году Уильям Томсон (William Thomson (Lord Kelvin)) построил предсказатель приливов (tide-predicting machine).



Важной вехой в развитии современной модели аналогового компьютера, было изобретение так называемого дифференциального анализатора (Differential Analyzer) в начале 30-х годов прошлого века Ванневаром Бушем (Vannevar Bush), американским инженером-электриком. Это были машины, которые использовали механические интеграторы (передачи с переменной скоростью) для решения дифференциальных уравнений и были первыми практичными и надежными устройствами в своем роде.



В 1931 году американские военные приняли на вооружение бомбовый прицел Карла Нордена (Carl Norden). Прицел содержал электромеханический дифференциатор , вычисляющий необходимую поправку. Все входные данные прицел Нордена получал непосредственно с датчиков, без вмешательства человека, цель сопровождалась автоматически, по достижении точки сброса прицел подавал команду на бомбометание, сводя ошибки штурмана практически к нулю. Но это уже история электромеханических и электронных вычислителей, и я надеюсь продолжить этот обзор.


ИСТОЧНИКИ:

Encyclopædia Britannica
wiseGEEK clear answers for common questions
The Analog Computer Museum's Collection ComputerBild - Арифметика без цифр
answers.com
Analog and digital signals. All About Circuits
Vannevar Bush's Differential Analyzer
William Thomson's tide predicter
The first mechanical calculators




среда, 1 февраля 2012 г.

КАК ИЗГОТОВИТЬ ЭЛЕКТРОБАТАРЕЮ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ

ТЕРМОБАТАРЕЯ I

Термобатарея, для выработки электроэнергии с помощью нагрева, может быть изготовлена при помощи деревянной рамы (A), некоторого количества гвоздей (B), забитых в раму и соединенных жёстким медным проводом (C). Соединения, для достижения хороших результатов, необходимо хорошо пропаять, так как вырабатываемое напряжение низкое и сопротивление плохо пропаянных соединений может остановить ток. Поставщиком тепла может быть спиртовка или другой аналогичный прибор.
- Предоставил А. С. А., Чикаго.

ИСТОЧНИК: The Boy Mechanic: Volume 1, 700 Things For Boys To Do, Popular Mechanics 1913


ТЕРМОБАТАРЕЯ II


Термобатарею можно сделать из медных и железных пластин длиной 100 мм и шириной 10… 15 мм. Толщина пластин должна быть 0, 5… 1 мм. Концы пар разных металлов спаиваются оловянным припоем в виде гармошки, которая разворачивается в круг.
Между внутренними спаями следует проложить кусочки слюды или обмотать их асбестовым шнуром, чтобы они не соприкасались. Для нагрева внутренних спаев необходимо использовать открытый огонь, например, горелку, печь, керосиновую лампу. На крайний случай — костер. Но нагревать нужно осторожно, чтобы конструкция не распаялась. После прогрева термобатареи из 10 пластин можно получить напряжение 4… 5 В, что позволяет питать транзисторные радиоприемники, рассчитанные на 6 В.

ИСТОЧНИК: deadland.ru


ЗЕМЛЯНАЯ БАТАРЕЯ

Первые образцы земляной батареи были построены Александром Бейном (Alexander Bain) в 1841. Бейн закопал пластины из цинка и меди в земле на расстояние одного метра друг от друга и получил напряжение в цепи около одного вольта.
Эффективность батареи зависит от качества грунта, размеров и материала электродов. Наибольшую электродвижущую силу удается получить при использовании гальванических пар цинк-уголь, алюминий-медь, цинк-медь.

ИСТОЧНИК: en.wikipedia.org/wiki/Earth_battery