《汽車空調制冷劑回收、凈化、加注工藝規范》(JTT_774-2010)解析電氣自動化專業英語翻譯電氣自動化專業英語翻譯電氣自動化專業英語翻譯電氣自動化專業英語（翻譯1-3）

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2008-06-1916:46閱讀471評論0字號：

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小第一部分：電子技術第一章電子測量儀表電子技術人員使用許多不同類型的測量儀器。一些工作需要精確測量面另一些工作只需粗略估計。有些儀器被使用僅僅是確定線路是否完整。最常用的測量測試儀表有：電壓測試儀，電壓表，歐姆表，連續性測試儀，兆歐表，瓦特表還有瓦特小時表。所有測量電值的表基本上都是電流表。他們測量或是比較通過他們的電流值。這些儀表可以被校準并且設計了不同的量程，以便讀出期望的數值。1．1安全預防儀表的正確連接對于使用者的安全預防和儀表的正確維護是非常重要的。儀表的結構和操作的基本知識能幫助使用者按安全工作程序來對他們正確連接和維護。許多儀表被設計的只能用于直流或只能用于交流，而其它的則可交替使用。注意：每種儀表只能用來測量符合設計要求的電流類型。如果用在不正確的電流類型中可能對儀表有危險并且可能對使用者引起傷害。許多儀表被設計成只能測量很低的數值，還有些能測量非常大的數值。警告：儀表不允許超過它的額定最大值。不允許被測的實際數值超過儀表最大允許值的要求再強調也不過分。超過最大值對指針有傷害，有害于正確校準，并且在某種情況下能引起儀表爆炸造成對作用者的傷害。許多儀表裝備了過載保護。然而，通常情況下電流大于儀表設計的限定仍然是危險的。1．2基本儀表的結構和操作許多儀表是根據電磁相互作用的原理動作的。這種相互作用是通過流過導體的電流引起的（導體放置在永久磁鐵的磁極之間）。這種類型的儀表專門適合于直流電。不管什么時候電流流過導體，磁力總會圍繞導體形成。磁力是由在永久磁鐵力的作用下起反應的電流引起。這就引起指針的移動。導體可以制成線圈，放置在永久磁鐵磁極之間的樞鈕（pivot中心）上。線圈通過兩個螺旋型彈簧連在儀器的端子上。這些彈簧提供了與偏差成正比的恢復力。當沒有電流通過時，彈簧使指針回復到零。表的量程被設計來指明被測量的電流值。線圈的移動（或者是指針的偏移）與線圈的電流值成正比。如果必須要測量一個大于線圈能安全負載的電流，儀表要包含旁路或者分流器。分流器被容納在儀表盒內或者連接到外部。例子一個儀表被設計成最大量程是10A。線圈能安全負載0。001A，那分流器必須被設計成能負載9。999A。當時。001A流過線圈時指針指示10A。圖1。1（A）說明了一個永久磁鐵類型儀表。圖1。1（B）顯示了一個外部分流器連接到儀表端子上。永久磁鐵類型儀表可以被用作安培表或者電壓表。當量程被設計成指示電流并且內阻保持最小時，這個表可以作為安培表用。當量程被設計成指示電壓，內阻相對高一些時，這個表可以用來測量電壓值。注意：不管如何設計，指針移動的距離取決于線圈的電流值。為了讓這類表用在交流電中，在設計時必須作微小的改動。整流器可以把交流變成直流電。整流器合并進儀表中并且量程要指示出正確的交流電壓值。整流器類型的儀表不能用于直流電中并且它一般被設計成電壓表。如圖1。2，電測力計是另一種能用于交流電的既能作安培表也能作電壓表的儀器。它由兩個固定線圈和一個移動線圈構成。這三個線圈通過兩個螺旋型彈簧串聯在一起。這個彈簧支撐住移動線圈。當電流流行性過線圈時移動線圈順時針方向移動。電測力計因為屬永久磁鐵型儀表，量程不是均勻分布的。作用在動線圈上的力根據流過該線圈的電流平方來變化。有必要在量程開始比量程結束分割的密一點。分割點之間距離越大，儀表的讀數越精確。爭取精確的讀值是重要的。移動葉片結構是儀表的另一種類型。電流流過線圈引起兩個鐵片（葉片）磁化。一個葉片是可動的，另一個是固定的。在兩個葉片間的磁的作用引起可動葉片扭轉。移動的數值取決于線圈的電流值。警告：所有描述的取決于磁力作用的儀器，都不要放置在另一個磁性物質附近。它的磁力可能對引起儀表故障或者導致測量值不準確。1．3測量儀器的使用電壓表是設計來測量電路的電壓或者通過元器件的壓降。電壓表必須與被測量的電路或元器件并聯。1．3．1壓力檢驗計交-直流電壓檢驗計是一種相當粗糙但對電工來說很有用的儀器。這種儀器指示電壓的近似值。更常見類型指示的電壓值如下：AC，110，220，440，550V，DC，125，250，600V。許多這種儀器也指示直流電的極性。那就是說(i.e=thatis)電路中的導體是陽性（正）的還是陰性（負）。電壓檢驗計通常用來檢驗公共電壓，識別接地導體，檢查被炸毀的保險絲，區分AC和DC。電壓檢驗計很小很堅固，比一般的電壓表容易攜帶和保存。圖1。31。4描述了用電壓檢驗計檢查保險絲的用法。為了確定電路或系統中的導體接地，把測試儀連接在導體和已建立的地之間。如果測試儀指示了一個電壓值，導體沒有接地。對每一個導體重復這個步驟直到零電壓出現（見圖1。5）。為了確定任意兩個導體間的近似電壓值，把測試儀連接在導體之間。警告：要認真讀并遵守電壓檢驗計提供的說明書。1．3．2電壓表電壓表比電壓檢驗計測量更精確。因為電壓表與被測量的電路或元件并聯，必須有相對高一點的電阻。內阻要保證通過儀表的電流最小。流過儀表的電流越小，對電路特性的影響越小。儀表的靈敏度用符號O/V表示。這個數值越高儀表的質量越好。高靈敏度可使電路特性的改變減到最小。電工使用的儀表精確度在95%到98%之間。這個精確度范圍對大多數應用是滿意的。然而，電力工作者力求最精確的可能讀數是重要的。一個精確讀數可以在儀表盤上顯示也可以直接讀出來。如果在指針后面有鏡子，調整視線的角度直到指針在鏡子中看不到映象。如要更精確可以使用數字表。電壓表有與電壓檢驗計同樣的應用。電壓表比電壓檢驗計更精確。因而，也支持更多的應用。例如，如果一個建筑物的供電電壓低于正常值，電壓表能指示出這個問題。電壓表也用來確定饋電線和支線電路導體的壓降值。電壓表有時有不只一個量程。選擇一個能更精確測量的量程很重要。選擇器開關范圍達到這個目的。注意：開始用一個適當的高一點的量程，然后逐漸降低到在限定范圍之內的最低量程。設定選擇器開關在可用的最低量程上能使讀數達到最精確。使用儀表之前，要檢查儀表確保指針指在零上。在儀表盤下面有一個調整螺釘。一個輕微的扭動就能使指針偏移。扭轉調整螺釘使指針對準零線。當在DC中使用電壓表時，保持正確的極性是很重要的。大多數的直流電源和儀表都用顏色標記極性。紅色指示陽極，黑色指示陰極。如果電路和元件的極性未知，觸一下端子的導線觀察指針。如果指針猶豫著試圖擺動，儀表導線連接就要顛倒一下。警告：不要讓儀表連接反的極性。1．3．3安培表安培表是用來測量電路或部分電路的電流數量的。他與被測電路元件串聯連接。儀表的電阻必須非常低這樣不會影響流過電路的電流。當測量很靈敏的設備的電流，安培表電流的輕微改變可能會引起設備的故障。安培表象電壓表一樣，也有一個調零的調整螺釘。許多儀表也有鏡子幫助使用者保證讀數精確。安培表常用來找出過載或者開路。他們也用來平衡線路的負荷和確定故障位置。安培表總是與被測電路或元件串聯連接。如果使用在DC下要檢查極性。圖1。6（A）顯示了安培表測量電路的電流。圖1。6（B）顯示的是AC安培表。歐姆表用來測量電阻，它內裝電池提供操作時需要的動力。警告：在接上歐姆表之前，必須確認電路或部件沒有與常規電源相連接。將歐姆表與一個沒有斷開電源的電路相連可能回損壞儀表甚至導致使用者受傷。歐姆表的刻度的讀取方向與其它儀表相反，當儀表電流開路時，指針應當指向無窮大。可以通過調整旋紐使指針與無窮大標志對準。多數歐姆表有數個量程，量程選擇開關應當置于最能為精確測量的位置（刻度）。量程一般為：r*1、r*10、r*100、r*1000。如果選擇開關置于r*1，表盤顯示的值即為測量值；如果選擇開關置于r*100，表盤顯示的值必須乘以100。……兆歐表，一般認為是由其商品名MEGGER而得名，是一種測量極高電阻的儀器。例如，用來測量電路導體或馬達繞組絕緣體的電阻。兆歐表被設計成用來測量兆歐級的電阻；一兆歐等于一百萬歐姆。一個稱之為磁發電機的小型發電機被包含于兆歐表外殼之內，它為儀表提供動力，就像歐姆表中的電池所起的作用。磁力發電機可以手動發電或由電池以及其它設備提供電源。兆歐表有很多不同電壓檔，其中最常用的設計工作于以下數值：500V、1000V、和1000V。磁力發電機產生的電壓取決于被測電阻的類型和歐姆值。因為兆歐表是設計用于測量極高電阻，它們通常用于絕緣測試。肉眼觀測絕緣性能和用歐姆表進行漏電測試不是非常可靠，而兆歐表測試是維修電工們最為可靠的測試方法之一。警告：在兆歐表連接到導體或電路之前，電路必須斷電。絕緣測試通常是在導體與地之間進行，所以良好的接地是測試過程中至關重要的一部分。應當用兆歐表和低電阻歐姆表檢測以確認接地的良好連通性。絕緣測試應當在安裝期間進行，并在以后定期進行。對于額定電壓在600V或以下的電路和設備，可以使用1000V磁力發電機。必須對測試進行記錄，包括測試日期、時間、溫度、濕度和電阻值。由于大氣狀況會影響絕緣電阻，一段時間內可能會有很多不同的測試值，因為絕緣電阻隨著溫度、濕度和空氣質量的不同而不同。絕緣的共同敵人是濕氣、污垢、油污、和化學物質，盡可能地保持設備和導體的清潔和干燥是非常重要的。良好的保養習慣和定期的絕緣測試應該成為制度而不是偶爾為之。兆歐表的快速通常被標注為最小10000歐姆，最大200兆歐。額定工作于600V的導體的絕緣能力應當顯示其絕緣電阻在600000歐姆以上。對于馬達、發電機、變壓器和類似額定工作于1000V或以下的設備，其最小絕緣電阻必須在1兆歐以上。對于工作于額定電壓在1000V以上的導線和設備來說，一個不錯的計算規則是：將額定電壓除以1000即得到了該設備以兆歐為單位的最小絕緣電阻。周期性的絕緣測試應當至少每兩個月進行一次，絕緣電阻值隨溫度和空氣狀況的不同而不同，但是，1年到18個月的長時期內，絕緣電阻持續下降的趨勢意味著存在問題，電路和設備必須接受檢查。電能表等于功率和時間的乘積。電表用于測量在某段時間內消耗的功率。對于直流電表，其速度正比于功率，它記錄了給予用戶的瓦時或千瓦時數。因為很多用戶需要大量能源，標準電表被設計成以千瓦時顯示。交流電表的工作原理為感應原理。移動磁場產生電流流過鋁制圓盤，這種電流稱為渦流，它所產生的磁場于運動磁場相互作用，使得圓盤轉動。旋轉的圓盤驅動一個齒輪鏈，使指針依次顯示（電功值）。電表有四個或5個刻度盤，每個刻度盤有一個指針，標刻有0到9，刻度盤讀數從左到右（從右到左），從右到左刻度盤分別顯示個位、十位、百位、千位和萬位。如圖1.11，4位刻度盤顯示1238千瓦時。如果指針在兩個數之間，總是讀取兩個數中較小的那個Chap2固體功率器件的基本原理2．1引言（緒論）本章將集中討論固態功率器件或功率半導體器件，并且只研究它們在采用相控（電壓控制）或頻率控制（速度控制）的三相交流鼠籠式感應電機的功率電路中的應用。2．2固態功率器件有五種用于固體交流電機控制中的功率元器件：（1）二極管（2）晶閘管（例如：可控硅整流器SCR）（3）電子晶體管（4）門極可關斷晶閘管（GTO）（5）雙向可控硅晶閘管SCR和雙向可控硅一般用于相位控制（相控）。各種二極管，晶閘管SCR，電子晶體管，門極可關斷晶閘管的聯合體用于頻控。這些器件的共性是：利用硅晶體形成的薄片構成P-N結的各種組合。對二極管，SCR，GTO一般P結叫正極N結叫負極；相應的電子晶體管叫集電極和發射極。這些器件的區別在于導通和關斷的方法及電流和電壓的容量。讓我們根據他們的參數簡單看一下這些元器件。2．2．1二極管圖2。1顯示了一個二極管，左邊部分顯示的是在硅晶體中的一個PN結，右邊顯示的是二極管的原理圖符號。當P相對于N是正時，由于節上有一個相當低的壓降，前向電流開始流動。當極性相反時，只有一個極小的反向漏電流流動。這些用圖2。2闡明。前向電壓通常大約有1V，不受電流額定值的影響。二極管正向導通電流的額定值取決于其尺寸和設計，而這二者是根據器件散熱的要求來確定的，以保證器件不超過最大結溫（通常為200C）。反向擊穿電壓是二極管的另一個重要參數。它的值更取決于二極管的內部設計而不是它的物理尺寸。注意：一個二極管只有當加上正向電壓時才會正向導通。它沒有任何固有（內在的）的方法控制導通的電流和電壓值。二極管主要用在交流電路中作整流器，這意味著它們把AC整流成DC，同時產生的直流電流和電壓值沒有固有的控制方法。單二極管可用額定值到4800A和最大反向電壓1200V，2000A最大反向電壓4400V。2．2．2晶閘管圖2。3顯示了晶閘管（一般也叫可控硅）的PN結排列和它的原理圖符號。注意這不同的結從正到負是PNPN，還有一個門極連到了內部的P層。如果沒有連門極，并且陽極加反向電壓，從正極到負極就沒有電流通過。這是因為內部P結由于未通電而工作在阻斷電路。這種情況對于正向阻斷狀態也是正確的。然而，當陽極是正的并且正信號作用到門上，則電流將從正極一直流向負極即使門極沒有正信號。換言之，門極能打開晶閘管但不能關斷它。關斷晶閘管的唯一方法是通過外部方式在正極強加上一個零電流。因此在前向導通只能通過強加零電流停止方面，晶閘管與二極管是相似的。然而，晶閘管與二極管在如何啟動前向導通方面是不同的。（1）陽極是正（2）門時刻是正。這個特性暗指了術語“可控硅”。圖2。4闡明了晶閘管的穩態伏安特性。注意反向電壓和反向泄漏電流的形狀與二極管的很相似。反向電壓導通時比二極管的高，通常有1。4V。阻斷狀態也有一個極小的前向泄漏電流。在二極管中，穩態電流值是由器件的性能和底座（散熱器）散發的熱量確定的。晶閘管的最大結溫比二極管要低，大約在125C。這意味著在同樣的額定電流下，加上1。4V的前向壓降，晶閘管比二極管的前向壓降大的多。單晶閘管可用額定值在最大反向電壓2200V超過2000A，在在最大反向電壓4000V超過1400A。2．2．3電子晶體管（電子管）圖2．5列出了一個典型功率電子管的結排列，原理符號圖和伏安特性。如果集電極為正，除非在基電極和發射極間有電流才有電流從集電極到發射極。與晶閘管比較，只有在基極有電流時，電子管沒有從集電極到發射極的自鎖電流。基極開路，集電極到發射極將阻斷電流。功率電子管與晶閘管在控制前向導通的啟動時相似。它與晶閘管不同的地方在于它能控制關斷和交流電機頻率控制所必需的換向。注意伏安特性沒有顯示反向特性。一般的，一個反向分流二極管連在發射極和集電極之間，以保護電子管受反向電壓傷害。功率電子管的可用額定值是最高反向電壓1000V400A。2．2．4門極可關斷晶閘管GTO圖2。6顯示了GTO的原理符號。GTO與晶閘管的相似處在于PNPN結的排列和前向電流的操作。如果陽極是正的，導體的啟動是通過作用在門上的正脈沖。然而硅片和結是利用特殊特性設計的，所以即使陽極保持正值，加到門上的強負電流作用迫使前向電流阻斷。GTO常用的瞬間額定值是PRV1200V2400A。2．2．5雙向可控硅圖2。7顯示了雙向可控硅的原理符號圖。一個雙向可控硅由一個特殊的晶閘管包（包含前向和反向晶閘管）組成，它的操作由一個門極控制。他們常用在調光器電路中或者作為繼電器的開關，這樣截止態下很小的泄漏電流不會引起其它控制器的誤操作。隨著增加電流容量可控硅的可用性使他們用于交流電機的相位控制中。2．3功率半導體容量功率器件在穩態交流電機馬力范圍大于600V時如何用，用在哪里摘要顯示在表2。1中。馬力額定值基于沒有并聯的器件。2．4功率半導體的物理特性在物理特性條件下，有三類最常用的功率半導體：（1）栓接式（2）薄片或冰球式（3）絕緣散熱器類型。他們的共同特征是需要與其它器件有物理聯系。這器件叫散熱器，為了保持結溫在設計值內把內部熱量散發出去。散熱器吸收結的熱量通過散熱片，輪片（螺旋槳葉片）或者液體冷卻劑發散出去。液體冷卻劑幾乎從不用于600V級的固態交流電動機控制中，而且也不包含在我們的討論中。這三類功率半導體的不同在于它們如何安裝，他們如何與散熱器連接。2．4．1栓接式螺紋部分可能是PN結的一部分，或者是與有源電子部分電子絕緣。在任一種情況下，螺紋部分常常插入散熱器的螺紋孔。栓接式器件在小馬力額定值下常用來作為直接功率控制器件，在大馬力額定值下常用來作為輔助保護器件。在后一種情況下，它們常直接安裝在較大器件使用的散熱器上，如冰球式設計。2．4．2冰球式器件典型冰球式功率器件可能是二極管，可控硅或GTO。尺寸范圍直徑從近似25MM到100MM。每一個平坦的面即不是P也不是N結。熱傳遞和導電從這表面產生。冰球式器件典型安裝是聯接鋁型材的散熱器。特別的箝位電路，聯接絕緣混合劑和扭矩扳手都是需要的，用來確定光熱傳遞和電導率。由于栓接式和冰球式器件的散熱器都能傳遞電流，他們必須與機械底托電子絕緣。輪片能加到散熱器上增加熱量排放并且增大固定負荷狀態的完成。由于散熱器能在同樣電壓水平下作為功率器件，冰球式和栓接式的固態AC電動機控制必須通過附件（外殼）供給。附件（外殼）必須有合適的通風口或熱交換器使得熱量能散發。它不會用在放在安全封套中的用法，例如象NEMA12的密封盒或相似的外圍物。2．4．3絕緣散熱器件絕緣散熱器功率器件可能是二極管，可控硅，GTO，三極管或雙向可控硅。單個的包包含器件的聯合體，在內部以線加固。區別的特征是術語“絕緣散熱器”。有一個鋁底盤在每個包下面。這個底板與功率器件之間是導熱并絕緣的。結的大部分熱量傳給了鋁盤。這個底板依次安裝在第二個更大的散熱底板上。這個更大的散熱底板在對面有鰭狀表面。絕緣散熱器的設計使它自己是個完全封閉的設計。他們也有經過預包裝的已經內部加固過的復合器件的優點。他們的缺點是通過底部安裝的底板散熱的能力有限，所以固定負荷狀態必須小于開放的散熱器—安裝在冰球式器件上。盡管如此，絕緣散熱器在一般應用和器件容量的使用上迅速增長。在較高的左上角的排列是唯一的，同樣它聯合了有所有封閉設計的絕緣散熱器概念的冰球式的優點（例如，易替換，易互換）。它也被恰當的稱為“開放塊狀”模式。2．5換流在深入的討論實際的固態交流電機的控制之前，將換流的概念和種類闡述清楚是必要的。換流的不同類型指所有討論的固態電動機控制。換流是功率半導體器件中負載電流被截止或停止流動或轉換到另一回路的過程。有以下三種換流方式：（1）自然或線電壓換流（2）負載換流和（3）強制換流。圖2.8為用于將交流轉換為直流的功率半導體電路，在數學上可以證明這種特殊電路可以將60Hz460V三相交流電轉換為包含60Hz脈動成分的600V直流電。既然60Hz正弦交流線電壓在每次正和負半周結束時都會過零，因此在線電壓的每個半周結束時，功率半導體是自動（關斷）換流的，這也就是自然或電網（線電壓）換流。假設某一時刻圖2.8電路產生的直流電壓作用于一個具有反極性的電壓源之上（見圖2.9），且該直流電壓稍高于600V，如果該半導體器件為二極管，則會導致短路的發生。但是，如果這些器件是晶閘管、三極管或可關斷晶閘管，由于它們除非觸發，都處于關斷狀態，沒有電路流過，所以不會有像使用二極管時的短路現象發生。因為器件將在每個半周經歷一次零電壓，所以如果它們在每個半周的任意時刻導通后，在每個周期結束時，交流線電壓將使器件換流。這也是有電流從直流端流向交流端的自然或電網換流。負載換流發生于如下情形：負載具有某種特性可以導致交流電壓自動為零，繼而將導致器件每半個周期換流或關斷一次。電機的旋轉加上直流場的效果導致電機輸入端正弦電壓的產生。這種正弦波電壓，如果連接到功率半導體器件，將提供半周一次的換流或關斷，這就是負載換流，見圖2.11。電路見圖2.11，它不能用于交流鼠籠式感應電機，因為激勵或勵磁電流來源于與線電流功率部件相同的電源。可以為功率半導體控制系統加裝特殊電路，一旦感應電機速度達到某一值時，可以為電機提供負載換流。對于大型電機這樣更為節省成本，但對于373kW/600V的電機不太多見。強制換流技術用于這類電機。圖2.12所示為由功率半導體饋電的交流鼠籠式感應電機，依次由直流源饋電。如上所述，交流鼠籠式感應電機不能產生換流或使正弦波形轉變極性，假設期望通過依次開、閉功率半導體器件以提供電機的頻率調節，則強制換流必須用于器件的關閉。如果是三極管，基極信號將使其導通，基極信號的撤除將使其截止，三極管的強制換流不需要其它功率器件。對可關斷可控硅，正門極脈沖使其導通，而負門極脈沖使其產生換流或關斷，與三極管一樣，其強制換流不需要其它輔助功率器件對于前面提到的晶閘管，門電路對關斷無效，必須由與陰極和陽極并聯的輔助功率器件使陰極和陽極之間電流為零。典型的結構包括一個電容和一個晶閘管，如圖2.13所示，當主晶閘管導通時，電容充電，主晶閘管關斷的同時，輔助晶閘管同時導通，因而電容放電，強制主晶閘管陽極中的電流為零。2.6總結緊記功率半導體器件在固態交流電機控制中使用的三種重要的選項是：（1）功率半導體器件（二極管、晶閘管、三極管和可關斷晶閘管和雙向可控硅）可以用于控制交流電壓、交流轉換為直流、直流轉換為交流、和直流開關。（2）采用哪種類型的器件取決于要實現的功能和器件輸入和輸出側功率電流的特性。決定很大程度取決于可以使用的換流類型——電網、負載、或強迫換流。（3）器件的物理特性（拴接式、冰球式、或絕緣散熱式）和相關的冷卻要求，在很大程度上取決于對成本的均衡考慮和控制器外殼的要求。記住這三種選項的判據和性能，讓我們期待下一步器件會有最好的表現，從將它們用于固態交流電機的相控啟動器開始

4數字電子4.1數字的概念什么是數字信號(1)一個歷史例子。"聽，我的孩子們，你們將會聽到保羅·瑞維爾午夜策馬飛奔的傳奇，"根據朗費羅的詩，保羅·瑞維爾通過波士頓老北教堂的鐘樓那里給新英格蘭農民發信號。（如果英軍今晚無論是從陸地還是從海上來犯，在老北教堂鐘樓的拱門上高掛一盞燈籠作為信號）"一盞燈籠表示從陸地來，兩盞燈籠表示從海上來"。那就是說，如果英國軍隊從波士頓陸地向康科德前進，展示一盞燈，如果他們穿過Mystie河走間接航線，兩盞燈將被展示。愛國者們收到的消息就是數字形式的編碼。我們今天將說這兩個"位"的信息通過代碼運傳送(嚴格地說，二位能表明4個可能消息，并且要求可分辨的燈，一個紅燈和一個白色的燈).第一個燈光通知英國軍隊正前進，第2盞燈指示他們通過什么路線來。因為想象只有兩條路，信息的第二位能被解釋為表明兩條路線之一。如果信息能被一系列的YES/NO所定義，信息就能以數字形式確定。每個變量只可能有兩種狀態在傳送信息方面使用。這種方法把信息簡化為一系列是/不看起來有局限性，但是這種方法實際上十分有用。數目可以以基數2表示，字母表可以表示成數字代碼。的確，有限輸出的任何情形都可以被簡化成數字代碼。具體的，n位數字能描述成2n個可能狀態。如同在我們的歷史例子中，數字通訊能用明確定義的代碼在兩種情況下都通知到大家。(2)瑞維爾通訊碼分析。為了更進一步確定數字的信息的概念，我們將定義兩個來描述保羅瑞維爾通信系統的數字變量，讓B描述是否英國人正來，并且L描述他們正來的路線。數學變量，B和L，是不平常的數學變量，因為每一個只能有兩個值。我們可以用我們希望的任何名字給兩值命名：是/不，真/假，一/0，高/低，甚至黑色/白色。當這類數學被通過符號邏輯用于哲學論據分析時，變量的值被叫對還是錯，根據邏輯命題被闡述的正確性。近來，命名一/0已經開始被工程師和程序員(處理數字代碼)更喜歡。這種命名有明顯的優勢，適用于二進制數字系統(base2)處理數字信息，但是這些命名偶爾對數字系統的討論造成混亂。雖然如此,我們將使用ONE/ZERO的1/0作為我們數字變量B和L的兩種可能的狀態。因此B和L的定義是如果英國人將來，B=1如果英國人不來，B=0如果通過海上來，L=1如果由陸路來，L=0第一個光(B)唯一確定他是否騎馬。當第一光出現時，他騎上他的馬。但是他不能離開直到第2盞燈(L)出現(或者不出現),對于第2盞燈來說顯示英國人的路線并且因此部分確定要被宣布的消息。(3)用電力描述數字信息。在數字電子方面，數字變量通過邏輯級描述。在任何規定時間，電壓預計有一值或者另一個，或者更確切在一個范圍內。在一個典型系統里，0和0.8V之間的電壓將被認為是數字的零，在0.8和2V之間的電壓將被禁止；如果電壓屬于這范圍，你知道數字設備需要修理了。這些定義顯示在圖4.1中。作為一個數字電路的插圖，我們將考慮放大器開關作為一條非門電路。非電路的輸出是輸入的數字“補碼”或者“反”。首先我們將用一個真值表描述非電路的定義。這在圖4.2顯示：A描述輸入，可能1或者0；B描述輸出，也可能是1或者0，但是由輸入決定。非或者邏輯補的操作，以真值表以下的那些方程式用代數方式被表達。我們現在將確定放大器開關的邏輯級這樣它能執行非的功能。電路的輸入輸出特性被在圖4.3中重復。顯然，我們希望10V為1區域，0.7V在0區域。那就是說，輸入是10V(數字1),輸出應該少于0.7V(數字0),反之亦然。因此，我們可能考慮數字0的范圍從0-1V，數字1的范圍大約從8-10V。這對一個工作的數字系統能很好工作，但是離開能勝任的范圍。那就是說，希望擴展區域1和0的有效范圍，以允許晶體管和電源電壓的變化以及混雜在信號里的噪音等因素的影響。在目前例子中，我們能以錯誤操作的范圍0-1.5V作為數字0，好的操作范圍5-10V作為數字1；即由于這些定義電路作為一條并非電路，即，它執行合乎邏輯的補足。這些邏輯級被用圖4.4顯示。幅數字的信息的畫像(1)電梯門控制器。已經解釋數字的信號的性質，信息被用電力描述多么數字啊，并且晶體管電路怎樣有進行數字的操作的可能性，我們轉向顯示怎樣以數字形式描述一種形勢的一個更完整的例子。我們的目的介紹和和或者數字功能并且更進一步說明那些語言和數學的那些數字方法。在一個典型的升降機上的門在自動關門的它上有一只定時器，如果沒有人進入升降機并且敦促一只按鈕另一層。它也喝一"電的眼睛"防止門接近一位乘客。讓我們描述一命令給門關閉機制與二進制的易變的D(D=1途經關閉如果)一起.門(D)的狀況將被3個二進制的變量控制：T描述州(定時器正跑的T=1方法，時間還沒有過去)的定時器;B描述某人敦促一只按鈕的另一層(一枚鈕扣已經被推的B=1方法)的結果;S描述州安全裝置(某人在門內的S=1方法).我們看見D是因變數，并且是一個3項自變數(T，B和S)的功能.記住這些全部是二進制的變量，并且因此可能只是1或者O。D=f(T,B,S)這樣的一個數學函數怎樣可以被描述？如圖中所示,描述一個二進制的功能的一種有用的方法是一張事實桌子4.5.這里我們已經列舉自變數的全部可能的結合并且表現因變數的合適的價值。通常，有n自變數，每一個有兩可能狀態什么時候，將有2n可能結合(23在這箱內),可能被列舉確定函數。事實桌子為展示這樣的列舉提供一個有系統的形式。名字事實桌子歷史上從代表的朱鷺類型的應用到合乎邏輯的辯論的有系統的調查起源。因為這些個協會，數字電路經常被叫為邏輯電路。(2)事實桌子表現。圖4.5禮物事實桌子給電梯門功能。讓我們看出我們怎樣在圖4.5確定1's和0's。1's和0's在前3根柱子起因于一有系統的8種可能性的數，或者說明。我們叫它"數"因為我們已經使用的圖案形成計入這個基礎2個數字系統。但是你想起它，這種圖案是清楚的：我們為S最迅速地更送l和O，更為B慢，和為T最慢，因此包括全部可能的結合。這些代表我們的自變數的價值。為在最后柱子里填寫1's和O's，我們首先地看著S柱子，這描述保險開關。當保險開關指示某人站在門(S=1)里時，我們不想要門關上,我們把0放進D專欄(0方法不關門的D=)為每1在S柱子里。8個國家中的4個的這賬。其它4個國家取決于按鈕和定時器。如果S=0(沒有什么堵塞門),如果兩枚這枚鈕扣中的任一枚被推，門應該關上(B=1)或者定時器終止(T=0).我們檢查剩下的4個國家并且把1放進欄目D，如果他們1歲在那些T專欄內在那些B專欄或者0內。使用這個角色，我們發現3結合導致門的關上。第一個，全部0's，描述對門的結束用盡的定時器。第2描述被推的一枚鈕扣和同時用盡的定時器，并且在定時器用盡之前，第3描述被推的一枚鈕扣。當然，在安全機制允許門關上的全部3容易。(3)并非功能。這種真值表法是用于描述一個二進制的功能一種暴力方式。相同信息可能用代數方式描述通過和，或者以及并非二進制功能。沒考慮第一個并非功能,合乎邏輯的補足,在圖的忠誠桌子里描述4.2.那些并非功能涉及這個問題，因為并非S允許那些門關閉，而不T促使那些被定時器那些門的關閉。S功能的不以加變量或者表示指出的一最好時期描述用代數方式：S'沒表示并非S。我們需要不到那時0是引發或者或者和因為由1開出的這幾次扳機的結合。(4)或者功能。或者二進制起作用在&lined在圖4.6。因變數，C=一或者B，1什么時候或者一或者B(或者兩)是(是)是1.這如此包括的或者因為包括那些箱在哪里兩個一和B在1。或者功能在描述那些對這定時器和那些鈕扣的被結合影響涉及我們的升降機問題。當定時器過去時，我們希望門得到信號關閉(T=0)或者鈕扣被推(B=1)或者兩個。用代數方式表示這的這種方法是T'或者B。這個功能的事實桌子被用圖4.7顯示。在在圖里建造事實桌子方面4.7，我們增加一根并非T柱子。然后我們在在任何一個以前的兩根柱子里有1的任何地方把1放進最后柱子，因為這些是變量我們是ORlng。(5)和功能。下一步我們需要解釋保險開關。和功能被要求，因為我們表示必須那些同時對關門的脈沖和那些缺乏那些門障礙的事件。那些忠誠桌子適合和在圖4.8功能出現。這里我們得到1只有當時兩個一和B在1。為我們的關上門的易變的(D)完成事實桌子,我們必須和S'有最后一柱子在內圖4.7為了蓋住全部可能性。因此，我們可能說明關閉的途經起的作用被解釋為二進制或者合乎邏輯的功能，Eq。(4.1)在圖里用代數方式說明與忠誠桌子相同的信息我們通過考慮到全部可能的結合解決的4.5。我們以數字形式代表信息現在已經介紹一種方法了，我們已經確定一些基本的邏輯關系。電路能執行邏輯操作多電的緊挨著描述的我們毫米象那樣和和或者。4.2異步數字系統邏輯符號。數字系統由大量的與非、或非和非門，加上我們以后要討論的存儲器和定時電路構成，所有的相互連接執行某些有用的任務，例如計數器和時間顯示、電壓測量。或進行數學運算。如果我們畫出這種系統的電路圖，包括所有三極管、二極管和相互連接，我們將面臨的是一個不可能完成的，而且是不必要的任務，之所以說是不必要，是因為任何讀電路的人都會在心中將這些元器件組織在一起成為標準電路，并且用獨立門的系統函數的方式思考。由于這個原因，我們用標準邏輯符號設計和繪制數字電路，如圖4.9所示（門；中＋（或）和－（或）標志是可選的，門的符號定義了其功能），輸出端的小圓圈表示反相，這樣沒有小圓圈的話，三角形將表示一個放大倍數為一的放大器（或緩沖器），第二個符號表示或門。如上所示，不過，普通電路哪個倒置的那些。這些個邏輯符號只顯示輸入和輸出連接。實際門，被電報告知進一條數字電路，將有電源(Ucc)并且也建立于連接基礎上。圖4.10為一座四倍，二輸入端門NAND門顯示連接。注意到輸出功率被用打下好基礎的7在別針之間使用14和7。(2)邏輯系列。如果你希望建造一條數字電路，你將不裝配一大堆二極管，電阻器并且著手把他們布線在一起，進標準門電路第一個，然后進更大的功能。你將購買已經在一條集成電路(IC)上建立的門,并且在一個塑料膠囊內包裝。這商業的IC"片"包括一同包裝的4扇NAND門。一個設計的重要的部分將是選擇一個細節"邏輯系列，"取決于你的最后的產品的自然和工作環境。邏輯系列由可以被一同連結做數字的系統的大量可選的兼容電路組成。邏輯系列在用來進行邏輯操作的電路的細節方面不同。這是一些邏輯系列。(1)二極管晶體管邏輯(DTL)電路現在過時。我們使用這類簡單的邏輯只說明邏輯門的原則。(2)高閾值邏輯(HTL)電路類似于DTL門，但是代替兩個系列二極管包括一個齊納二極管，并且使用更大的能力電源電壓，Ucc。這個齊納二極管為接通晶體管提高閾電平并且因此通過大的邊為1和0分開電壓地區，說10V。電噪音是一個問題的地方，這個邏輯系列有用，為了防止適度的噪音信號，可以漏入電路，從影響電路作為有效的數字的信號。例如，你電路必須經營在附近一大dc電動機或者焊接機器的一電弧，你將使用HTL電路(3)晶體管晶體管邏輯電路(TTL)電路代替二極管使用專用晶體管。這些電路被廣泛地使用，因為他們迅速接通，要求謙虛的權力操作，并且是廉價的。在這個邏輯系列使用的電路相當大比DTL電路錯綜復雜。(4)補充的金屬氧化物半導體(CMOS)邏輯電路使用場效應晶體管(FETs),不同于晶體管的類型。這些電路要求極少權力經營并且用于低的功耗是重要的要求的地方，如同在電池經營的計算器。(5)發射極耦合邏輯(ECL)非常迅速的門開關和被用象高計頻器那樣的高速電路使用。有與其說是這些，倒不如說是邏輯系列。邏輯電路的設計非常復雜，并且在這個地區的專家必須親密熟悉在規定的時間可提供的全部可能的產品和邏輯系列。實現邏輯函數(1)并非功能。經常并非電路被要求，那些設計者掙一將在之外一也非或者NAND電路。圖4.11顯示做的兩種方法一臺并非(或者逆變器)在一條NAND電路之外。要被在更低的實現方面在數字的1修理的輸入將通過一臺電阻器附著Ucc電源。與此類似，如果一個人要求一次輸入被在0修理，這次輸入將被打下好基礎。建立于一次輸入基礎上用來用A也非門沒意識到并非功能，我們在本章的末端將前往一個實踐問題的。(2)電梯門控功能的實現。在部分，我們得到適合給(D=1方法關閉)的一電梯門服藥的一邏輯表達式基于定時器(T=1表示那些定時器仍然跑，不要關門),一按鈕開關(某人已經敦促按鈕另一層的B=1方法，關門),以及一個安全裝置(S=1方法某人正堵塞門，de不關門).進我們已經發展的表達式邏輯表達式,改寫,見圖4.12.我們首先將意識到與NAND一起的功能也不門。在圖4.12的實現利用6扇門：也非，一NAND和4NOTs，這被NANDs完成的一。這實現進邏輯門符號基于直接的邏輯表達式的翻譯。圖4.12直截了當的和也不門的使用NAND的電梯門功能的實現。我們可能通過為D操作表示到一個更方便的形式完成更簡單的實現。Eq。(4.2)顯示這樣的一次操作。在Eq里。(4.2)第一個形式如同在圖4.12是D的相同的表示，除了我們注意到它兩次。我們做這，因為我們想要最后的結果讓D被準備，即，不某些事情。如果我們，這被要求意識到那些最后操作A也非或者NAND門。第2個形式起因于使用de摩根的定理對個別的條件分配一NOTs。3個形式與第2相同,除了我們已經從S。除去雙倍的補足這最后形式證明方便因為實現與一起也非門。圖4.13顯示實現。注意，以致于我們使一不在之外也非類似于這種方式我們意識到一不與早NAND一起。de摩根的定理如此導致更簡單的實現。圖4.13簡單實現d使用的電梯門功能也非門。4.3時序數字系統4.2節中的邏輯電路被稱為組合邏輯電路，因為其輸出直接與輸入相關而且沒有存儲器。當存儲電路成為邏輯電路的一部分時，這樣的系統被稱為時序電路，因為其輸出與電路的輸入和歷史有關（取決于輸入加上其歷史）。在這一節中，我們將展示在邏輯電路中存儲器如何被逐步引入，以及存儲單元如何大大地增加了邏輯電路的應用。

基本的存儲器為雙穩態電路，我們將在這一節中進行討論。在圖4.14中，我們給出了兩級串聯的放大－開關電路，第一級T1的輸入作為第二級T2的輸入，它被稱為兩級放大器，因為兩級放大發生在相對獨立的兩級，每一級都與原始的放大－開關單元相同。在圖4.15中，給出了輸入電壓從零開始時的電路整體輸入輸出特性。當輸入為零時，第一級晶體管T1將截止，第二級晶體管T2將飽和，當輸入電壓上升，第一級晶體管將在輸入電壓上升到0.7V以上時脫離截止，但是，的二級晶體管將繼續保持飽和，直到第一級的輸出下降到大約4V，這樣的4V輸出大約需要3V輸入；因此，在脫離飽和以及整個兩級放大器的輸出增加前，輸入必須增加到大約3V。在這一范圍內兩級晶體管都處于動態范圍，輸出快速上升，當第二級晶體管輸出降到低于0.7V時，第二級晶體管將截止。這樣當輸入在3到4V之間時，兩級晶體管工作于動態范圍。如果我們將兩級放大器的輸入和輸出相連，將會發生什么呢？圖4.16（a）給出了這樣一個電路，它為了強調改動后電路的對稱性而重新繪制過。我們還增加了輸入端，我們不久將對此加以討論。從數學上看，這種連接要求Ui=Uo，它定義了一條通過原點，具有相同斜率的直線，圖4.16（b）中，我們在放大器特性中畫出了這條直線，而放大特性也應當被滿足。這條直線不是負載線，但是我們在考慮負載線時所遵守的同樣的前提也適合于這里：要滿足兩種特性，解必須位于它們的交點（S）。結果，我們為三個交點作出標記，S1和S2為穩定解，但標記為U的交點不穩定。在圖4.16（c）中我們提出一種力學模擬裝置：當杠桿靜止于每面墻時處于穩定平衡，但處于無摩擦支點的平衡位置是不穩定平衡而且實際上不會發生。標記為S1的穩定位置發生在晶體管T2飽和而T1截止，標記為S2的穩定位置發生在晶體管T1飽和而T2截止。電路將永遠保持在兩個穩定狀態除非施加外部信號迫使它變為另一個狀態，就像圖4.16（c）中的杠桿，將斜靠在一面墻上，除非外力將它移向另一面墻。通過給截止的晶體管施加一個足夠的正電壓，我們可以切換電路的狀態，在輸入端加入二極管以確保電路的狀態不會影響輸入端的驅動電路。圖4.16（a）所示電路稱為雙穩態（或鎖存）電路，它可以作為電子存儲器。例如當你按下計算器的按鍵時，信號被鎖存在計算器中以在你釋放按鍵后保留按鍵信息，然后保留的信息在所有數字信息輸入后被提供給計算器進行處理。1）R-S觸發器。我們可以用標準邏輯門實現鎖存功能，圖4.17給出了用兩個或非門構成的鎖存電路。每個或非門的輸出作為另一個或非門的輸入，輸入端被標注為S（用于置位）R（用于復位），輸出端被標注為Q和Q’，因為搓搓多路提供反相輸出，這種電路稱為R-S觸發器，與她在圖4.16（b）雙穩態電路中的運算類似。.讓我們考慮R和S都為零但是Q’為1的情況，這時輸入NOR1為1，因此其輸出（Q）為零，而這與Q’為1的假設一致這意味著兩個輸入都為零。由對稱性，鎖存電路在Q＝1和Q’＝0時也是穩定的。2）門控和鐘控觸發器。R-S觸發器需要進行一些改進來實現存儲器和數字信號處理的完全的功能。一個問題是所有時間里，R-S觸發器立即響應R和S輸入的信號，當邏輯信號應當同時到達而事實上由于不同的延時而到達時間有輕微的不同時，就會發生定時問題（競爭冒險），這種定時問題可能產生短暫的無用的脈沖，被稱為“干擾”。門控觸發器見圖4.19（a），它只在門控信號抵達G（門控端）時才響應R和S端的輸入。注意我們這里用與非門構造觸發器，這時，交叉耦合的與非門的禁止狀態為00，它對應于以前的R和S端的11輸入，這種觸發器也具有置位（Pr）和清除（Cr）輸入端用于設置門的鎖存狀態，它們在0狀態有效，在邏輯符號中用輸入端的小圓圈顯示。圖4.19（c）所示真值表列出了輸出狀態，脈沖（Qn+1）是輸入R和S和脈沖（Qn）之前的狀態的函數。特別地，當RS＝00，輸出脈沖信號不發生變化（Qn+1＝Qn）。注意如果在門控輸入端使用一個反相器，我們可以使得選通發生在G＝0，這在圖4.19（b）中觸發器符號中用門控輸入端的小圓圈表示。這樣R和S輸入在門控信號為1時有效。一般來說，這種定時，或同步，信號由時鐘脈沖通過數字系統傳送，如圖4.20。這種對稱時鐘信號在開關完成時每個周期提供兩次（例如，當CK=>1和當(CK)′=>1)時）。輸入的控制時間可能被更進一步通過如圖4.21中所示在一電阻電路內使時鐘信號有差異降低，并且把結果用于輸入門。引發的這邊緣通過建造小耦合電容器進集成電路的輸入被完成。電路可以被用于在主要或者鐘的后沿引發。邊緣的符號引發突然倒轉被在汞內顯示。為主要和后沿引發的4.22。區分對于邊緣來說注意引發是在時鐘輸入的三角形。在波形的邊緣引發限制時間，在其期間輸入是活躍的，因此消除故障的服務器。通過使用電路在主要或者后沿引發，設計者在每個時鐘周期里能在兩次在一條電路內通過信號。電氣自動化專業英語（翻譯9上）

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2008-06-1916:51閱讀2226評論9字號：

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小第三部分計算機控制技術

計算機網絡介紹獨立技術已經支配了過去3個世紀中的每一個。18世紀是伴隨工業革命的大機械系統的時間。19世紀是蒸氣機的時代。在20世紀，關鍵技術是信息的收集，處理，以及分配（分類）。在其他發展中，我們已經看見全世界電話網絡的安裝，收音機和電視的發明，計算機工業的誕生和空前的發展，以及通信衛星的發射。由于技術的快速進步，這些領域正在快速融合。信息的收集、傳送、存儲和處理之間的區別正在迅速消失。擁有數百遍布世界各地的辦公室的組織，通常期望只按一下按鈕，即使他們在最遙遠的村落也能檢查當前工作狀態。作為我們收集，處理，分配信息的才能的增長，更復雜信息處理的那些需求更迅速的增長了。雖然計算機工業與其他工業相比很年輕(例如,汽車和空運),在很短的時間內計算機工業已經取得壯觀的進步。在他們存在的前兩十年期間，計算機系統是高度集中的，通常在一個單獨的大房間內。通常，這個房間有玻璃墻，參觀者能通過它看到里面的電子奇跡。一個中型公司或者大學可能有一兩個計算機，而大機構有至少幾打。在20年內，比郵票還要小的同樣大功率的計算機將會成千上萬的大量生產，是純粹的科學幻想。計算機與通信的合并已經對電腦系統組織的方式有深遠的影響。一臺大型計算機充斥一個房間給用戶處理他們的工作，這樣的"計算機中心"的概念，現在完全是過時的。為組織內部所有的計算需求提供服務的舊的單機模式已經被另一個模式替換，在這個模式中，由許多獨立的但又相互聯系在一起的計算機完成工作任務。這些系統被叫為計算機網。這些網絡的設計和組織是這章的主題。我們將使用"計算機網絡"這個術語，來表達自治計算機的相互連接的集合。如果兩臺計算機之間能交換信息，也可以說他們是互連的。連接不一定非要通過銅線，光纖，微波，通信衛星也能被使用。通過需要計算機是自治的，我們希望從我們定義的系統中排除哪一個有清楚的主/從關系，如果一臺計算機能強迫啟動，停止，或者控制另一個，計算機不是自治的。有一個控制單元和很多從屬機器的系統不是一個網絡；有遠程打印機和終端的大型計算機也不是。在計算機網絡和分布系統之間在文獻（資料）上相當混亂。在分布系統內關鍵區別是,那些存在的多自治計算機對用戶是透明的(即,不可見)。他能鍵入一個命令運行程序，并且運行它。選擇最好的處理器是操作系統的責任，發現并且把全部輸入的文件傳送到處理器，并且把結果放進合適的地方。換句話說，一個分布系統的用戶不會意識到有多臺處理器；它看起來象實際上的單處理機。處理器的工作分配和文件存入磁盤，文件在他們被儲存的地方和需要的地方的運動，心臟全部其他系統函數都必須是自動的。對于一個網絡，用戶必須明確地登錄到一臺機器，明確地遠程提交作業，明確地移動文件并且一般親自處理全部網絡管理。對于一個分布系統，沒有什么必須被要求去做；不依賴于用戶的知識，它全部自動通過系統做了。實際上，一個分布系統是在一個網絡之上建造的一個軟件系統。軟件給它一種高度的內聚性（粘結性）和透明度。因此在一個網絡和分布系統之間的區別在于軟件(特別是操作系統),而不是硬件。雖然如此，在兩個主題之間有相當多的重疊。例如，分布系統和計算機網都需要移動文件。差別在于誰產生運動，系統還是用戶。

9.1計算機網絡的用途在我們開始詳細檢查技術問題之前，很值得投入一些時間，指出人們為什么對計算機網絡感興趣和計算機網絡能被用來作什么。公司網絡很多組織有大量的計算機運行，經常他們離得很遠。例如，一個公司有很多工廠，可能每個地方都有一計算機在跟蹤存貨清單，顯控生產，并且做本地的薪水名冊。最初，這些計算機中的每個可能與其他隔離，但是在一些點上，管理者可能決定連結它們，以選出和關聯整個公司的信息。放進更一般的形式考慮，這里的問題是資源共享，目標就是將全部程序，設備，特別是數據，不管物理位置在哪兒的資源和用戶，在網絡上的任何人可得到。換句話說，一個用戶碰巧離他的數據1000公里的事實不應該阻止他使用數據，好象他們在本地。這個目標可能被總結為結束"地理暴行（專政）"的嘗試第2個目標是通過有可選的資源提供高可靠性。例如，全部文件可能復制在2或者3臺機器上，如果他們中的一個是不可獲得(由于硬件失敗)的，,其它副本可以被使用。另外，多CPU的存在表明如果其中一個壞了，其他的能接管它的工作，雖然以降低的性能的代價。對于軍隊，銀行業，空中交通管制，核反應堆安全和很多其他應用來說，在硬件問題前持續操作的能力具有最大的重要性。另一個目標是省錢。小型計算機與大的相比較，有更高的性價比。主機(空間尺寸計算機)大約比個人計算機快十倍，每用戶，有數據保存在一臺或更多共享文件服務器中。這個模型，那些用戶被叫為客戶機，并且整個安排被叫作客戶機/服務器模型。它在圖9.1說明。在客戶機服務器模型里，一般從客戶機到要求工作的服務器，通訊采取一條請求消息的形式。服務器響應并且送回回復。通常，有很多客戶使用小數量og服務器。另一聯網目標是可伸縮性，這種性能是通過增加更多的處理器，工作量增長是逐漸增加系統的性能。對集中化主機，當系統是完整時，它必須被更大的替換，通常對用戶有更大的花費和更大的混亂。由于客戶機服務器模型，新客戶機和新服務器可以按需要增加。建立計算機網的又一個目標確實與技術無關。計算機網能在廣泛分開的雇員中提供一種強有力的通訊媒介。使用一個網絡，為兩個或更多離得很遠的人們寫同一份報告更容易。一個工人對在線資料作一下變動的時候，其他的人能立即而不是等了幾天就看見變化。這樣的加速使遙遠的許多人之間的合作容易，而在以前這是不可能的。歸根結底（從長遠看），使用網絡提高人與人間的通訊或許將證明比技術目標更重要，例如改進的可靠性。面向人們的網絡以上給出的建造計算機網的動力（動機），性質上全部基本是經濟的和技術的。如果足夠大而且大功率的主機以可接受的價格提供，大多數公司將選擇僅僅把他們的全部數據保存在主機中，只給雇員終端并連接起來。在20世紀70年代和80年代的初期，大多數公司以這種方法操作。當個人計算機網絡超過主機，能提供一個很高的性價比優勢時，計算機網變得更受歡迎。在20世紀90年代開始，計算機網開始在家里把服務提供給私密個人。這些使用的服務和動機與先前章節里描述的"團體效率"方式非常不同。下面我們將概括開始發生的令人激動的其中3個：(1)接入遠程信息。(2)人與人間通信。(3)交互式娛樂。遠程信息的接入將有很多形式。已經發生的一個領域是進入金融機構。人們付賬，管理他們的銀行賬戶，并且通過電子方式處理他們的投資。家庭購物也變得受歡迎，能檢查數千家公司的在線目錄。一些目錄不久將提供在任何產品上只點擊產品的名字，得到瞬間錄像的能力。報紙將在線并且個性化。把你想要的一切告訴報紙都是可能的，如關于腐敗的政治家的，大火災，丑聞，流行病，但是沒有足球，謝謝。當夜里你睡時，報紙將被下載到你的計算機磁盤或者在你的激光打印機上打印。小規模中，這種服務已經存在。在報紙以外(加上雜志和科學雜志)下一步是在線的數字圖書館。依賴費用，尺寸，和筆記本電腦的重量，打印的書可能變得過時。懷疑者應該注意印刷機對中世紀照亮手稿的作用。屬于這個范疇的另一應用是，接入象當今的萬維網一樣的信息系統，包括有關藝術，生意，烹飪，政府，健康，歷史，業余娛樂，科學，體育，旅行和提及的太多其他題目的信息。所有上述應用都與個人和遠程數據庫之間的相互作用有關。網絡的第2大類使用作叫面對面（人與人）交互，基本上是21世紀對19世紀電話的答案。電子郵件已經廣泛地被數百萬人使用，并且不久將很普遍的包含音頻，視頻以及正文。可聞的雜志將花費稍微長一些時間到完美。實時電子郵件將允許遠程用戶無延遲交流，也許能彼此看見和聽到。這項技術使遙遠人們之間的虛擬會議成為可能，這叫電視會議。有時說傳輸和通信之間有一比賽，無論哪個獲勝將使另一個過時。虛擬會議可能用于遙遠學校，從遠方的專家那里得到醫學意見，以及許多其他應用。萬維新聞組，在特定的人群中關于一切可以想象的題目的討論已經很平常，并且這將漸漸地包括所有人口。一個人郵寄一消息和全部其它用戶在新聞組能讀它，這些討論的全部從幽默到熱情。第3種類是娛樂，這是一個巨大的且正在增長的工業。這里最受歡迎的應用是視頻點播(可能占據了全部休息時間)。因此大約十年后，選擇在任何國家的任何電影或者電視節目，都是可能的，并且它立刻顯示在你的屏幕上。新電影可能變成交互式，偶爾地提示用戶指示故事方向(應該MacBeth謀殺鄧肯還是等待時機)供選擇的情景提供給所有情況。電視實況轉播節目可能也變成交互式，與觀眾參加智力競賽節目，在選手中選擇，等等。另一方面，或許最受歡迎的應用將不是視頻點播。或許它將是電子游戲。我們已經有多人實時模擬（仿真）游戲，象在一座虛擬的地牢里捉迷藏，通過模擬射擊，一個隊的玩家努力擊落對方隊的玩家。如果使用護目鏡并進行3維實時，以攝影質量移動圖像，我們在世界范圍內分享虛擬現實。簡而言之，合并信息的能力，通訊娛樂將肯定引起一個基于計算機聯網的巨大新工業。社會問題聯網的廣泛介紹將涉及新社會的，倫理的，政治的問題(倫敦，1995)。我們只簡單提及他們中的一些；一項徹底的研究將至少需要一整本書。很多網絡的受歡迎的特征是新聞組或公告板，在上面人們能與有同樣思想的人交換信息。只要主題限制在技術主題或者象園藝一樣的愛好上，不會出現太多問題。當新聞組建立的題目是關于人們關心的象政治或者宗教一樣的問題時麻煩就來了。公布到這樣的組的觀點可能是對一些人深深的冒犯。此外，信息不局限于文本。高分辨率彩色照片，甚至短的錄像剪輯，現在能很容易的傳輸到計算機網絡中。某些人帶和平共處的觀點,但是另一些人感到那些記錄的某些材料(例如，兒童色情)是完全不可接受的。因此辯論很強烈。人們起訴網絡操作員，要求他們對他們傳送的內容負責，正象報紙和雜志那樣。不可避免的反應是一個網絡象一家電話公司或者郵局，并且不可能期望用戶說的送給警方。盡管他們很強大而且他們被起訴的可能性很小，讓網絡操作員檢查信息可能會造成他們刪除所有內容，因此會破壞他們用戶自由言論的權利。說這場辯論將繼續一段時間或許是安全的。另一個有趣領域是雇員權利與雇主權利。很多人在工作時讀寫電子郵件。一些雇員消息，包括下班后從一個家用終端傳送消息。并非全部雇員都同意這點。即使雇主有支配雇員的權力，這咱關系也管理大學和學生嗎？中學和學生怎么樣？在1994年,卡內基-梅隆大學決定關閉幾個新聞組的有關性的消息流，因為大學感覺資料不適當未成年人(即，這些少數學生是在18以下)。來自這次事件的副作用將要花費數年解決。計算機網提供傳送匿名消息的潛能。在一些情況下，這能力可能是合乎需要的。例如，它為學生，士兵，雇員和公民提供一種方式，揭發教授、軍官、雇主和政客的非法行為，不用懼怕報復。另一方面，在美國和大多數其他民主國家，法律明確允許一被告在法庭內有面對和挑戰原告的權利。匿名指責不能被用作證據。簡而言之，計算機網，象500年以前的印刷機一樣，允許普通市民以不同方式發表意見給不同觀眾比以前更有可能。用這種新發現的自由帶來很多未解決的社會，政治和道德問題。解決這些問題的方法作為讀者的練習留下。9.2網絡硬件現在是時間轉移我們的的注意力,從網絡的應用和社會方面到關于網絡設計的技術問題。沒有所有計算機網絡都適合的通遍承認的分類法，但是二個因素顯然很重要：傳送技術和規模。我們現在將依次檢查每一個。一般說來，有兩類傳送技術：(1)廣播式網絡。(2)點對點的網絡。廣播式網絡有單個的通訊通道讓網絡上全部機器共享。任一機器傳送短報文（在某些上下文里叫作包）其它全部機器都能得到。在包之內的一個地址字段指定誰想收到。當收到小包后，機器檢查地址字段。如果小包供本身使用，它被忽略。作為比喻，考慮站立在有許多房間一個走廊的末端某人，并且呼喊“華森，過來。我想你”。雖然包實際上可能被很多人收到(聽到)，只有華森回答，其他人忽略它。另一個例子是要全部644次航班乘客向第12門報告的一個飛機場通告。廣播系統一般也允許通過使用地址字段的一個特別代碼向全部目的地提出一個地址包的可能性。當帶著這條代碼的包被傳送時，它被網絡上每臺機器收到并且處理。這種工作方式被叫作廣播。一些廣播系統也支持對機器的子集的傳輸，有時叫作多點傳送。一個可能的計劃是預留一位表明多點傳送，剩余的n-1個地址位可能是個群號。每個機器可能“預定”任一或所有小組。當小包寄發到某一小組時，它被交付到預定那組的所有機器。相反，點對點的網絡由個別的對機器之間的很多連接組成。從源到目的，在這種網絡上的包首先必須訪問一個或更多中間機器。經常不同長度的多條路線是可能的，因此路由算法在點對點的網絡中起重要作用。作為一個一般的角色或者更小的(雖然有很多例外)，地理上局限的網絡傾向于使用廣播，而更大的網絡通常是點對點的。分類網絡的可選擇的標準是他們的規模。在圖9.2我們通過他們的物理尺寸給出了一個多處理器系統安排的分類。最高的數據流機器，是著手做相同的程序有很多功能單元的并行計算機。其次是多計算機，通過在非常短小非常快的總線上傳送信息的系統。在多計算機以外是真正的網絡，通過在更長的電纜上交換消息的計算機。這些可以被分成局域網，城域網和廣域網。最后，連接兩個或更多網絡被叫作因特網。距離作為一種分類制度非常重要，因為不同的技術被用在不同的規模里。這里我們只關心真正的網絡和他們的相互聯系。下面我們對網絡硬件的主題作簡要介紹。

局域網局域網，通常叫LANS，是在幾公里內的一座單個的大樓或者大學校園內的私有網絡。他們廣泛用來連結個人計算機和工作站，在公司辦公室和工廠共享資源(例如,打印機)并且交換信息。局域網按3種特性與其他網絡區分：(1)尺寸，(2)傳送技術，(3)拓撲結構。局域網在尺寸上是有限的（被制約），這表明最壞情況下傳輸時間在規定范圍內并事先知道。知道這種界限可確定某種設計，而不知道就不可能確定。它也簡化網絡管理。局域網經常使用一項輸送技術，全部機器接到一個單個的電纜上，象曾經在農村地區使用的電話公司共用電話線路一樣。傳統局域網以10M到100Mbps的速度傳送，有低的延遲(數十微秒),并且很少犯錯誤。更新的局域網有更高的速度,多達百個百萬比特/秒。我們將堅持傳統用百萬比特/秒(Mbps)測量線速度,而不是百萬字節/秒(MB/秒)。一兆是1000000位，不是1048576(220)位。各種各樣的拓撲用于廣播式局域網是可能的。圖9.3顯示其中的2個。有一公共總線的(例如一個線纜)網絡，在任何情況下那個機器是主人并且允許傳送。所有其他機器被要求重復接收。當兩臺或更多機器想要同時傳送時，需要一個仲裁機制來解決沖突。仲裁機制可能被集中或者分配（分布）。IEEE802.3，通常叫以太網，例如，基于總線的廣播式網絡有分布控制在10M或者100Mbps操作。每當他們想傳送數據的時候，在以太網上的計算機能傳送；如果兩個或更多的包相撞，每臺計算機只等待隨機時間并且稍后再次試驗。第2類廣播系統是環網。在環網中，每一位都獨立傳播，不等待它屬于的小包的空余。通常，每個比特在傳送一些位的時間內環航整個環，經常在完整的包被傳送之前。象所有其他廣播系統一樣，某一規則作為仲裁，對圓環的同時存取是需要的。使用了各種各樣的方法，并且稍后將被討論。IEEE802.5(IBM令牌環),是一普遍的基于圓環的在4和16Mbps速度下操作的局域網。廣播網絡能更進一步分成靜止和動態，取決于信道怎樣被分配。一個典型的靜態分配是把時間分成分離的間隔并且運行一種循環算法，只有當它的時間間隙出現時，允許每臺機器廣播。在它分配的時隙中，機器沒什么可說時，靜態分配浪費通道容量。因此多數系統試圖動態地分配信道(即，只有在要求時)。一個普通信道的動態分配方法或者集中或者分權。在集中信道分配方法里，有一個單個的實體，例如一個總線仲裁單元，它確定誰下一步發送。根據一些內部算法，通過接受請求并且做決定。在分布式信道分配方法里，沒有中心實體；每臺機器自己決定是否傳送。你可能認為這總是導致混亂，但是不會。我們以后將研究許多設計的算法，規定一種規則排除潛在的混亂。使用點對點線，另一種局域網被建立。一個具體機器和另一個具體機器用專用線路連接。這樣一個局域網真的是一個微型廣域網。我們以后將看到這些。城域網一個城域網或者MANS(復數形式：MANs，不是MEN)基本上是一個更大的局域網的版本，并且通常使用相似的技術。它可能覆蓋附近的一組組合的辦公室或者一座城市，可能是私人的或者公眾的。一個城域網同時支持數據和聲音，并且甚至可能與本地電纜電視網有關。一個城域網只有一根或兩根電纜并且不包含交換設備，它能夠把數據包在幾條潛在的輸出線之一上分流。沒有交換設計簡單化了。把城域網作為一個特別類型的主要原因是一個標準已經為他們采用，并且這個標準現在正被實現。(分布式隊列雙總線)被叫為DQDB，或者人們喜歡數目勝過字母，802.6(IEEE定義的標準的數字量)。如圖9.4中所示，DQDB由兩根單向的總線(電纜)組成，全部計算機連結在上面。每根總線有一個起點，起動傳輸活動的一個設備。預定好發送者右邊的計算機使用上面的總線。左側的使用下面的總線。一個城域網的關鍵因素是有一種廣播媒介(對802.6來說，2個電纜)全部計算機被連接上去。這與其他類網絡相比是非常簡化的設計。廣域網廣域網，或者LANS，跨越一個大的地區，經常是一個鄉村或者大陸。它包含準備給機器用戶使用的(即,應用)程序的集合。我們將依據傳統用法叫這些機器主機。術語端系統有時也用于文學方面。主機由通信子網或者簡稱子網連接。子網的工作是從主機到主機傳送消息，正如電話系統把話音從發言者帶給傾聽者。通過把網絡(子網)的純通訊和應用(主機)分離,完整的網絡設計很大地被簡化。在大多數廣域網里，子網由兩個不同的組成部分組成：傳輸線和交換設備。傳輸線(也叫電路，信道，或者中繼線路)在機器之間傳送動比特。交換設備是一種專門的計算機，用來連結兩個或更多被排列的傳輸。當數據在一條輸入線到達時，交換設備必須選擇一條輸出線轉接他們。令人遺憾，沒有標準專有名詞被用來命名這些計算機（交換機）。除了別的之外在，他們分別還叫作分組交換節點，中間系統和數據交換機。作為交換計算機的一個一般術語，使用將在這里存在。這個方式,用圖9.5顯示，每個主機一般通過路由器連接局域網。通信線路和路由器(不是主機)的集合形成子網。一離題的術語"子網"值得看一看。最初，它唯一的意思是路由器和通信線路的集合，它們把包從源主機移動到目的地主機。不過，多年以后，它也與網絡地址一道獲得第2種意思。因此這個術語有某種關于它含糊的意義。令人遺憾，并不廣泛使用適合它最初意思，因此有一些躊躇（猶豫），我們將使用兩種意思。從上下文中，意味著哪個，總會清楚。在大多數廣域網中，網絡包含許多電纜或者電話線路，每一條線連結一對路由器。然而如果兩路由器不共享電纜，希望交流的話，他們必須通過其他路由器間接連接。當一包被通過一個或更多中間路由器從一路由器傳送到另一個路由器時，包在每個中間路由器被全部得到，儲存在那里，直到被要求的輸出線是空閑的，然后分發出去。使用這個原則的子網叫作點對點，存儲轉發或者包交換子網。差不多全部的廣域網(除那些個別使用的衛星之外)有存儲轉發子網。當包很小且全部大小相同時，他們經常被叫作信元。當一個點對點的子網被使用時，一個重要的設計問題是路由器相互聯系的拓撲是如何的。圖9.6顯示幾種可能的拓撲。局部網被設計時通常有一種對稱的拓撲。相反，廣域網通常有不規則的拓撲。第2種廣域網的可能性為衛星或者地面接收系統。每路由器有一條天線，通過它能傳送并且接收信號。全部路由器能從衛星聽到輸出，并且他們也能在某些情況下聽見他們的路由器向上傳輸到衛星的信號。有時路由器連接一個實際的點對點的子網，他們中只有一條衛星天線。當廣播特性是重要的時，衛星網絡本質上是廣播并且非常有用。無線網絡便攜式電腦，例如筆記本電腦和個人數字助手(PDA),是計算機工業增長最快的部分。大多數這些計算機的擁有者在辦公室的局域網和在廣域網上面上有臺式機器，甚至在離開家或者路徑地想要連接他們的家。因為在汽車和飛機里有一個有線連接是不可能的，有許多人對無線網絡感興趣。在這節我們將簡單介紹這個課題。實際上，數字無線通信不是一個新想法。早在1901年時，意大利物理學家GuglielmoMarconi展示了船對岸的使用莫爾斯電碼的無線電報機(畢竟是電報符號二進制)。現代數字無線系統有更好的性能，但是根本意思是相同的。無線網絡有很多用途。普通的用法是便攜式辦公室。在路上的人經常想要使用他們的便攜式電子設備發送并且接收電話，傳真和電子郵件，讀遠程文件，在遙遠機器上登錄等等，并且從任何地方或者大陸，海上，或者飛機上這樣作。無線網絡對那些保持和家有聯系接觸的卡車，出租車，公共汽車和維修工人具有巨大的價值。另一種用途在災難場所(火災,洪水,地震,等等)的營救人員，這里電話系統已經被破壞。那里的計算機能發送信息，作記錄等等。最后，無線網絡對軍事上很重要。如果你必須在地球的任何地方馬上有一場戰斗，指望使用本地網絡基礎設施或許不是一個好主意。最好帶來你們自己的。雖然無線聯網和移動計算楊經常連在一起,