4 févr. 2007

Pri la moderna elektroniko

* Averto - Tiu blogero povas esti tro teknika kaj enuigi neinteresantojn.

Longtempe antaŭ mi vidis humurdesegnaĵon sur kiu estis desego de du sciencistoj kiuj dum estis skribintaj komplikajn matematikajn formulojn sur kretotabulo, hororite rigardis kafopretigilon el kiu elvenis fumo. Tio veras ke laborantoj en sciencaj fakoj ofte estas senhelpaj pri ĉiutagaj praktikaj teknikaĵoj. Ili ofte estas tiom okupitaj pri siaj profesiaj fakoj ke malpli ofte trovas tempon kaj energion por lerni multajn eksteraprofesiajn aferojn. Mi mem estas ege mallerta pri la mekaniko kaj mekanikaj sistemoj. Pro tio ĉiam kiam en nia laboratorio mi bezonas tiajn ilojn por iu speciala tasko mi petas teknikiston por ke li konstruu ilin (sen teknikistoj multaj el sciencaj progresoj ne okazis - iliaj nomoj ofte ne menciiĝas sed ilia ekzisto estas necesa por sciencaj esploroj). Mi ne scipovas tornarton aŭ fajladon sed mi havas grandan intereson pri la elektroniko. Tial mi ĉiuokaze provas pli profundigi miajn scikonojn pri la elektronikaj aparatoj, elementoj kaj cirkvitoj. Lastatempe mi trovis fortunon por lerni ion (por mi) novan pri la moderna elektroniko. Eble vi scias kio estas integrita cirkvito (IC-o). Ili estas cirkvitoj ege malgrandigitaj kaj gravuritaj sur slabon el duonkonduktanta materio (ofte sed ne ĉiam silicio). Hodiaŭ oni trovas ilin en ĉiuj elektronikaj aparatoj ekde tre simplaj ĝis tre kompleksaj. ICoj mem havas diversajn tipojn kaj oni povas klasifiki ilin laŭ diversaj kriterioj. Eble la plej uzataj ICoj estas ankaŭ la plej simplaj el ili. Almenaŭ en mia tempo (eble dek jaroj antaŭ) ĉiu kiu komencis lerni la elektronikon unue iniciĝis al du gravaj kaj multe uzataj ICoj; la operacia amplifilo 741 kaj la oscililo 555 (antaŭ kaj post tiuj ĉiferoj povis veni aliaj simboloj por montri specialan version aŭ produktintan firmaon de tiuj ICoj ekz. NE555, LM741). Ili estas du tre simplaj ICoj kiujn oni devas kombini kun aliaj elektronikaj elementoj kiel transistoroj, kondensiloj kaj rezistiloj por fari kompletajn cirkvitojn.

Elektronika cirkvitoPost tio mi lernis kiel konstrukcii kaj konstrui elektronikajn aparatoj per mikroregiloj [ang. microcontroller]. La unua mikroregilo kun kiu mi lernis labori estis Zilog Z-80. Kiam mi estis en mezlernejo la mikrokomputilo Sinclair Spectrum estis la unua hejmkomputilo kiu venis en la merkato. Tiutempe mi ne povis aĉeti unu el tiujn komputilojn sed interesiĝis lerni kiel ili funkcias esperante ke iu tago mi povos konstrui ĝin mi mem. Tiu komputilo uzis la procezilon Z-80 kaj tial mi komencis lerni kiel ĝi funkcias kaj kiujn aliajn komponantojn ĝi bezonas por funkcii. Pliposte aliaj modeloj de personaj komputiloj venis kaj la procezilo Z-80 abundiĝis (kaj multekostiĝis). Kiam mi iris al universitato ĉiuj projektoj de aparatregado konstrukciiĝis per ĝi. Mi eĉ projektis konstruon de tre simpla roboto per Z-80. Post ĝi mi interesiĝis pri pli moderna mikroregilo. Ĝi estis la procezilo Motorola M68000. Tiun procezilon mi tre ŝatas kaj preferas al ĉiuj aliaj proceziloj (certe pli ol tiuj de Intel kiel ekzemple 8086). Konstrukcii aparatojn kun ĝi estas ege amuza.

Kiam vi traktas signalojn kiuj venas de diversaj mezuriloj kaj detektiloj vi bezonas specialan procezilon kies nomo estas cifereca procezilo de signalo [ang. digital signal processor - DSP]. Certe unu el la plej ĉefaj produktantoj de tiaj proceziloj estas la firmao Texas Instruments.

Kompreneble amatora konstrukcianto de elektronikaj aparatoj ne bezonas uzi kompleksajn komponantojn kiel ekzemple procezilo Pentium. Hodiaŭ eĉ ne plu necesas konstrukcii tuton de elektronika cirkvito. Tie estas cirkvitaj tabuloj kiujn oni povas aĉeti kaj adapti ilin laŭ sia bezono (ofte per alŝutado de programo en ili). Lastatempe mi interesiĝis pri tiaj elektronikaĵoj. Koro de tiaj cirkvittabuloj estas ICo kiun oni povas modifi. Aŭ ĝi estas FPGA [ang. field programmable gate array - surloke programebla reto da logikaj elementoj] aŭ CPLD [ang. complex programmable logic device - kompleksa logika aparato programebla]. Antaŭe kiam oni konstruis ICon, ĉiuj komponantoj bezonataj por ĝia funkcio metiĝis sur ĝi. Ĝiaj funkcioj estis bone determinitaj kaj se necesis ŝanĝi ion pri ĝi oni devis konstrukcii denove alian ICon. Hodiaŭ oni povas meti multajn komponantojn sur malgrandega slabo de duonkonduktanto. Nun eblas malŝpari tiujn komponantojn. FPGA kaj CPLD tiel funkcias. Sur ili estas milionoj da elektronikaj komponantoj. Kaj tiuj komponantoj estas interkonektitaj laŭ diversaj manieroj. Kiam vi programas iun el ilin vi determinas kiuj el tiuj komponantoj devas ignoriĝi kaj la restaj komponantoj kiel devas interkonektiĝi (oni ignoras iujn interkonektojn). Vi povas ŝanĝi tiun ordon (kun alŝutado de alia programo en la ICo) kaj ĝi faras aliajn taskojn. Kompreneble oni ankoraŭ ne povas fari ĉion per tiuj ICoj, sed ili estas grandaj progresoj de la teknologio. Supozu ke elektronika cirkvito en sondilo sur Marso paneas. Ankaŭ supozu ke tiu paneo estas pro difekto en FPGA aŭ CPLD-a elemento. Nun aŭ en la Tero oni povas trovi la problemon kaj sendi programon por preterigi la difektitan parton aŭ eblas konstrui la cirkviton tiel ke ĝi mem trovu kaj solvu la problemon (fakte tio estas jam farita kaj ne plu estas sciencfikciaĵo - tion faris la usona organizaĵo pri la spacaj espoloroj NASA por ripari la sondilon sur Marso). La kora elemento de la poŝtelefonoj ankaŭ estas FPGA aŭ CPLD. Iufoje por aldoni novan funkcion aŭ plibonigi alian funkcion ne sufiĉas ŝanĝi programojn de poŝtelefono sed necesas modifi ĝiajn elektronikajn cirkvitojn. Tiam la firmao sendas programon al la aparato kaj tiu programo modifas la koran elementon por adapti ĝin al la novaj taskoj. Niatempe du firmaoj estas la plej bonaj konstruantoj de FPGA kaj CPLD. Ili estas Xilinx kaj Altera. Nun mi estas komencinta plani cirkviton uzante FPGA (plejeble de Xilinx) por konekti ĝin al komputila konektingo USB kaj per ĝi ŝalti kaj malŝalti serion da LED-oj (lumelsendantaj diodoj). Tio estas ekscitanta projekto kaj mi multon lernos.

1 commentaire:

Anonyme a dit...

kara becxjo:

ni decidis ke fari iun formuon pri SF kaj F cxe Akademio de Fantasto -cxu vi konas gxin?- pri Esperanta SF kaj F!
fakte tiu estos tradukmetiejo, tamen mi kore deziras inviti vin al nia Forumo: fantasta tradukmetiejo!
B.v. viziti gxin!

sukceson

FIFIo