Тренажер Лунный степпер

Тренажер Лунный степпер

Гуманитарные науки

Гуманитарные науки

Биржа студенческих   работ. Контрольные, курсовые, рефераты.

Выполнение 
работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Выполнение работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Занимайтесь онлайн 
        с опытными репетиторами

Занимайтесь онлайн
с опытными репетиторами

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Готовые шпаргалки, шпоры

Готовые шпаргалки, шпоры

Отчет по практике

Отчет по практике

Приглашаем авторов для работы

Авторам заработок

Решение задач по математике

Закажите реферат

Закажите реферат

Архитектура Windows, драйвера, локальная сеть, защита

Локальные сети
Роль локальных сетей
Топологии
Общая шина
Звезда
Кольцо
Дерево
Многозначность топологии
Выбор конфигурации
Правила модели 1
Расчет по модели 2
Fast Ethernet
Сегменты
Задержки сигнала
Проектирование
Выбор оборудования
Сетевые программные средства
Формулы Шеннона
Типы линий передачи
Структура модема
Методы модуляции
Особенности стандартов
Классификация модемов
Программные средства для модемов
Витая пара
Коаксиальные кабели
Оптоволоконные кабели
Физика Лекции и примеры
Бескабельные каналы
Согласование линий связи
Кодирование информации
Пакеты
Адресация пакетов
Методы управления
Централизованный метод
Децентрализованное управление
Маркерный метод
Эталонная модель OSI
Аппаратура локальных сетей
Протокол
Одноранговые сети
Сетевые средства Novell
Сетевые средства Microsoft
LANtastic фирмы Artisoft
Сети Ethernet
Сеть Token-Ring
Сеть Arcnet
Сеть FDDI
Сеть 100VG-AnyLAN
Сверхвысокоскоростные сети
Алгоритмы шифрования
Стандартные методы шифрования
Программные средства защиты
Управления обменом CSMA/CD
Алгоритм доступа к сети
Оценка производительности сети
Ошибки в сети
Снижение числа ошибок
Помехоустойчивое кодирование
Циклические коды
Аппаратура 10BASE5
Аппаратура 10BASE2
Аппаратура 10BASE-T
Аппаратура 1OBASE-FL
Аппаратура 100BASE-TX
Аппаратура 100BASE-T4
Аппаратура 100BASE-FX
Определение типа сети
Адаптеры Ethernet
Характеристики адаптеров
Адаптеры с внешними трансиверами
Концентраторы Ethernet
Репитеры
Класы концентраторов
Коммутирующие концентраторы
Коммутаторы Cut-Through
Коммутаторы Store-and-Forward
Мосты и маршрутизаторы
Функции мостов
Функции маршрутизаторов
Теоретическая кибернетика
Теоретическая информатика
Моделирование систем
Математическая модель
Аналитическая модель
Имитационное моделирование
Метод суперпозиции
метод Монте-Карло
Теория массового обслуживания
уравнения Колмогорова
Формула Литтла
Пример СМО
Теоретическая механика
Проекция силы на ось
Момент сил
Уравнение движения точки
Основы динамики
Инженерная графика Аксонометрические проекции 3-x мерных тел
Машиностроительное черчение Последовательность выполнения эскизов
Сопративления материалов
Растяжение и сжатие
Изгиб
Понятие о теориях прочности
Механические испытания материалов
Построить недостающие проекции точек
Требования к машинам и деталям
Классификация машин
Червячные передачи
Подшипники качения
Соединение деталей
Компьютерная сеть
Концепция вычислительных сетей
многотерминальные системы
Распределенные компьютерные сети
Многомашинная система
Распределенная программа
RS-232C
топология
История искусства византийской империи
Общая шина
Ethernet повторитель
Коммутатор
Для конечного пользователя
о пользе стандартизации
Многоуровневый подход
стек коммуникационных протоколов
Уровни модели OSI
канальный уровнь
Сетевой уровень
Транспортный уровень
Сеансовый уровень
стандарты Internet
Стек TCP/IP Стек IPX/SPX
Глобальные сети
Глобальные сети с коммутацией пакетов
Структура
режим коммутации пакетов Х.25
Выделенный канал
Стандарт V.34
Протокол SLIP
Протокол PPP
Маршрутизатор
Модемы ISDN Сети Х.25
Сети frame relay
Технология АТМ
Удаленный доступ Почта
ADSL-модемы трафик IP
Средства анализа и управления сетями
Управление конфигурацией сети
Управление безопасностью
Архитектуры систем
платформенный подход
Стандартизуемые элементы
Анализатор протоколов
Сетевые анализаторы
приборы мониторинга
протокол UDP
спецификация RMON
Структура ЛС
Топология «шина» «звезда» «кольцо» «дерево»
Коаксиальный кабель
Оптоволоконный кабель
Протокол
Сеть Token-Ring
Arcnet FDDI
lOOVG-AnyLAN
Fast Ethernet
Стандарт шифрования
Циклические коды
100BASE-TX
100ВА5Е-Т4
100BASE-FX
IEEE 802.3
концентраторы
Коммутаторы
Первая модель
Вторая модель
Стандарт V.34
Накопители на магнитной ленте
резервное копирование информации
мини-кассеты
Стандарты накопителей на DAT
Внешнее подключение
Программы резервирования
Накопители на оптических дисках
Запись и воспроизведение данных
Буферы (кэш)
Накопители CD-R
Компьютерная алгебра
Ортогональные многочлены
Интегральные функции
Эллиптические функции
Функции Бесселя
Потоки и файлы
Графика и звук
Трехмерная графика
Работа с выражениями
Основы программирования
Методы программирования
Линейная алгебра
Создание рядов
Нахождение полинома
Численные расчеты
Статистические расчеты
Построение гистограмм
Регрессия
Построение 3D-параметрических графиков
Опции численного интегрирования
Математика лекции задачи
Математический анализ
Линии второй степени

Пределы

Неопределенный интеграл

Определенный интеграл
Основные правила интегрирования
Множества и отображения

Геометрические преобразования

Тройные интегралы примеры решений

Двойные интегралы примеры решений

Понять, что такое драйвер, мы попробуем на типовом примере взаимодействия прикладной программы с драйвером. В NT существует два типа драйверов: драйверы пользовательского режима и драйверы режима ядра. В этом разделе мы рассмотрим, какое программное обеспечение необходимо для разработки и отладки драйверов, а также его установку и настройку Для построения драйверов и связанных с ними прикладных программ используется утилита BUILD, входящая в состав DDK. Необходимо особо отметить, что драйверы предполагается писать на С, а не на C++. Microsoft не поддерживает использование C++ для компонентов ядра.

Общая архитектура Windows NT

В этой главе рассматриваются ключевые архитектурные особенности и характеристики ОС Windows NT. Эти сведения необходимы для получения представления о назначении различных компонентов ОС, их взаимодействии друг с другом, а также для ознакомления с терминологией При обсуждении архитектуры ОС Windows NT постоянно используются понятия «режим пользователя» и «режим ядра», поэтому стоит определить, что это значит. Защищенный режим является основным и наиболее естественным режимом работы 32-разрядных процессоров. Этот режим был в полной мере реализован в процессорах серии i386 и с тех пор существенных изменений не претерпел. Основные характеристики Windows NT На NT иногда ссылаются как на операционную систему на основе микроядра (microkernel-based operating system). Идея, лежащая в основе концепции микроядра, состоит в том, что все компоненты ОС за исключением небольшой основы (собственно, микроядра) исполняются как процессы пользовательского режима. Базовые компоненты в микроядре исполняются в привилегированном режиме.

Подсистемы окружения операционной системы NT реализованы как системы типа клиент/сервер. Микроядро и Слой Абстрагирования от Оборудования (HAL) изолируют подсистемы Исполнительной Системы от конкретной архитектуры процессора. В исполнительной системе объект (object) - это отдельный образец статически определенного типа объектов, существующий во время выполнения. Поток (thread) - единица исполнения в NT. Поток - это сущность внутри процесса, которую ядро направляет на исполнение, он может принадлежать только одному процессу. NT позволяет нескольким единицам исполнения - потокам - выполняться одновременно, быстро переключаясь между ними. Такое поведение называется многозадачностью (multitasking).

Виртуальное адресное пространство (virtual address space) процесса - это набор адресов, которые могут использовать потоки процесса, оно равно четырем гигабайтам (232 байт), два из которых предназначены для использования программой, а другие два зарезервированы для ОС. NT поддерживает только архитектуру с симметричной мультипроцессорной обработкой - SMP Windows NT разработана со встроенной сетевой поддержкой и включает широкую поддержку сети, интегрированную с системой ввода/вывода и интерфейсом Win32 API. Структура Windows NT Серверы Windows NT называются защищенными подсистемами, так как каждый из них - это отдельный процесс, память которого защищена от других процессов системой виртуальной памяти исполнительной системы NT.

Подсистема среды - это сервер пользовательского режима, реализующий API некоторой ОС Другой тип защищенных подсистем - неотъемлемые подсистемы - это серверы, выполняющие важные функции ОС. Надо отметить, что в разных источниках понятие исполнительной системы интерпретируется по-разному Диспетчер Объектов (object manager), который является вероятно наименее известной из подсистем Исполнительной Системы NT, является также одним из наиболее важных. Система ввода/вывода исполнительной системы - это часть кода ОС, получающая запросы ввода/вывода от процессов пользовательского режима и передающая их, в преобразованном виде, устройствам ввода/вывода. История развития компьютерной графики

Ядро ОС Windows NT реагирует на прерывания и исключения, занимается планированием потоков, сохранением и восстановлением контекстов потоков, направляет потоки на выполнение, выполняет межпроцессорную синхронизацию, предоставляет набор сервисов, элементарных объектов и интерфейсов, используемых компонентами исполнительной системы Слой абстрагирования от оборудования (Hardware Abstraction Layer, HAL) является относительно тонким слоем кода, взаимодействующим напрямую с процессором, шинами и другим оборудованием, и отвечает за обеспечение стандартного интерфейса к платформенно-зависимым ресурсам для ядра, диспетчера ввода/вывода и драйверов устройств. Windows NT имеет двухуровневую модель приоритетов В любое время исполняющийся код будет иметь определенный уровень IRQL. Этот уровень определяет, что позволено делать коду, применяется ли к коду механизм квантования времени планировщика и каковы его взаимосвязи с другими потоками исполнения. Динамические приоритеты и приоритеты реального времени

NT управляет прерываниями путем отображения уровней прерывания контроллера прерываний в собственную аппаратно-независимую таблицу уровней прерываний. Сведения об IRQL показывают, что уровень Dispatch Level связан с операциями планирования Текущий уровень IRQL свой у каждого CPU. Код режима ядра может определить IRQL, в котором он выполняется, посредством вызова функции KeGetCurrentlrql Организация памяти в защищенном режиме работы процессора Как уже отмечалось, системное адресное пространство сильно отличается от пользовательского

Как мы уже отмечали, линейный и виртуальный адреса в NT совпадают Эта возможность позволяет приложениям совместно использовать одну и ту же физическую память (обращаясь при этом к различным виртуальным адресам) Диспетчер Памяти в NT экспортирует единственную структуру для контроля данных - Объект-Секцию Диспетчер памяти использует структуру MDL для описания набора страниц физической памяти, составляющих буфер виртуальной памяти в контексте памяти некоторого процесса. Функции работы с памятью

В исполнительной системе драйвер устройства и файловая система строятся и выглядят для остальной части ОС одинаково Итак, файловый объект - это объект, видимый из режима пользователя, который представляет всевозможные открытые источники или приемники ввода/вывода: файл на диске или устройство (физическое, логическое, виртуальное). Драйверы скрыты от программ пользовательского режима. Устройства (физические, логические и виртуальные), создаваемые и управляемые драйверами, видны программам пользовательского режима как именованные файловые объекты Диспетчер ввода/вывода определяет тип объекта - объект-устройство, используемый для представления физического, логического или виртуального устройства, чей драйвер был загружен в систему. Что происходит при успешном открытии объекта-устройства (неважно, с помощью какой функции: CreateFile() или NtCreateFile()?

Сейчас мы коротко рассмотрим операции установки и управления драйверами Точки входа драйвера Драйвер режима ядра не может использовать API пользовательского уровня или стандартные библиотеки времени исполнения языка С. Можно использовать только функции ядра. Диспетчер ввода/вывода вызывает точку входа DriverEntry при загрузке драйвера Код пользовательского уровня не может напрямую вызвать код режима ядра

Характеристики подсистемы ввода/вывода При осуществлении операции ввода/вывода диспетчер ввода/вывода создает специальный пакет, описывающий эту операцию - пакет запроса ввода/вывода (I/O Request Packet, IRP). Описатель для буфера данных инициатора запроса находится в фиксированной части IRP. NT использует коды функции ввода/вывода для определения конкретной операции ввода/вывода, которая будет иметь место для конкретного объекта-файла. Информация, требуемая для выполнения запроса ввода/вывода, содержится в различных элементах как фиксированной части IRP, так и стека размещения ввода/вывода.

Ранее в качестве одной из характеристик подсистемы ввода/вывода упоминалась ее многоуровневость Стек драйверов обычно создается самими драйверами Подключение фильтра к устройству Сериализация - это процесс выполнения различных операций в нужной последовательности Когда немедленное завершение запроса ввода/вывода в диспетчерской функции невозможно, драйвер должен указать Диспетчеру ввода/вывода, что обработка запроса продолжается.

Всякий раз, когда запрос ввода/вывода удерживается драйвером в течение продолжительного отрезка времени, драйвер должен быть готов к отмене данного запроса. Механизмы синхронизации Спин-блокировка - простейший механизм синхронизации Спин-блокировки абсолютно необходимы в случаях, когда требуется синхронизация кода, работающего на повышенных уровнях IRQL. Ресурсы являются вариантом быстрого мьютекса

Обобщенная таблица механизмов синхронизации Любой исполняемый код, как и код драйвера, работает в контексте некоторого потока. В процессе системной инициализации NT создает несколько потоков в процессе System В случае, когда использование системных рабочих потоков невозможно, драйвер должен создать свой собственный поток. Как говорилось в разделе, посвященном механизмам синхронизации, поток является диспетчерским объектом, который переходит в сигнальное состояние при своем завершении. Одной из основных обязанностей NT является сопряжение компьютера с его периферийными устройствами Драйверам устройств необходим способ сообщения NT, что они хотят, чтобы исполнялась определенная функция, когда процессор получает прерывание, относящееся к их устройствам. Вдобавок к использованию для работы Диспетчера (планировщика) NT, IRQL dispatch_level также используется для обработки Отложенных Вызовов Процедур (DPC)

Сетевая архитектура Windows NT

Эта глава посвящена рассмотрению сетевой архитектуры ОС Windows NT. Рассматривается соответствие сетевой архитектуры модели OSI, описаны сетевые интерфейсы, сетевые компоненты, их предназначение и взаимосвязи. Чтобы помочь производителям в стандартизации и интегрировании их сетевого программного обеспечения, Международная организация по стандартизации (ISO) определила программную модель пересылки сообщений между компьютерами - модель соединения открытых систем (Open System Interconnection reference model, OSI). Windows NT реализует несколько сетевых API для обеспечения поддержки сетевых приложений и совместимости с промышленными стандартами. Приложения получают доступ к удаленным файлам, используя стандартные Win32-функции ввода/вывода (открытия, закрытия, чтения, записи и т. п) Windows NT обеспечивает множество независимых от сети WNet-функций, которые позволяют работать через провайдеров разных сетей.

Это прикладной программный интерфейс, позволяющий обмениваться запросами ввода/вывода с удаленным компьютером. Именованные каналы обеспечивают надежное двунаправленное взаимодействие между двумя процессами, независимо от того, является ли принимающая сторона локальной или удаленной. Этот API реализует 16 и 32-разрядные сокеты - стандартный сетевой интерфейс, используемый UNIX. Winsock поддерживает надежное, ориентированное на соединение, а также ненадежное, не ориентированное на соединение взаимодействия. Средство удаленного вызова процедур позволяет создавать распределенные приложения, вызывающие функции, реализованные как локально, так и на удаленных компьютерах. Network DDE используется для установления и поддержания сетевых соединений, необходимых для динамического обмена данными между приложениями, выполняющимися на разных компьютерах в сети.

Сервер Windows NT поддерживает удаленный доступ (RAS) для создания временных соединений с системами, которые не находятся в локальной сети, обычно это соединения через телефонные линии. Интерфейс TAPI - множество функций, позволяющих запрограммировать устройства, передающие данные по телефонным линиям, не зависящим от конкретного устройства образом, предоставляя пользователям возможность взаимодействия по телефону. В Windows NT приложения могут использовать интерфейс DLC, обращаясь к библиотеке dlcapi.dll. Cтандартный протокол Internet для обмена управляющей информацией между консолями управления, такими как HP Openview, Novell NMS, IBM NetView, Sun Net Manager, и набором управляемых устройств, такими как маршрутизаторы, мосты, концентраторы. COM API фирмы Microsoft позволяет приложениям состоять из разных компонентов, где каждый компонент является заменяемым самостоятельным модулем.

Сетевые сервисы - это процессы, похожие на защищенные подсистемы Сетевые файловые системы позволяют пользователям разделять свои локальные диски с другими пользователями в локальной или глобальной сети. Сетевой редиректор является компонентом уровня ядра, предоставляющий ин-терфейс файловой системы локальным пользователям, для этого он принимает запросы ввода/вывода для удаленных файлов и устройств, пересылает их сетевому серверу на удаленном узле, получает данные с удаленного компьютера и предоставляет их локальному пользователю Этот компонент должен отвечать на удаленные запросы, полученные от редиректора на клиентской стороне, взаимодействуя с локальной файловой системой или принтером В случае сетевых файловых систем, несмотря на то, что весь механизм транспортировки данных скрыт от пользователя файловой системы, он все равно знает, каю данные хранятся локально, а какие были получены с удаленного серверного узла.

Маршрутизатор многосетевого доступа (Multiple Provider Router, MPR) - это библиотека DLL, предоставляющая приложениям интерфейс API WNet, и определяющая к какой сети следует обратиться, когда приложение использует этот интерфейс для просмотра удаленной файловой системы. Многосетевой UNC (Multiple UNC Provider, MUP) - драйвер, определяющий, к какой сети следует обратиться, когда приложение использует стандартный Win32 API ввода/вывода для открытия удаленных файлов. Windows NT предоставляет для взаимосвязи между транспортными драйверами и TDI-клиентами уровня ядра, такими как эмуляторы сетевых интерфейсов, редиректоры, серверы, единый программный интерфейс, называемый интерфейсом транспортных драйверов (Transport Driver Interface, TDI). Транспортный протокол NetBEUI STREAMS, основанная на UNIX STREAMS, является средой для существующих STREAMS-совместимых транспортных драйверов, которая обеспечивает переносимость этим драйверам в ОС Windows NT из других ОС с незначительными модификациями или вовсе без изменений.

В 1989 г Microsoft и 3Com совместно разработали спецификацию интерфейса взаимодействия между подуровнем MAC канального уровня модели OSI и драйверами протоколов, располагающихся на вышележащих уровнях. Стандарт получил название Network Driver Interface Specification (NDIS - спецификация интерфейса сетевых драйверов). Драйвер протокола верхнего уровня в своей верхней части предоставляет TDI-интерфейс или, возможно, другой интерфейс, необходимый пользователям сети. Обобщенная схема сетевой архитектуры Windows NT Связь между сетевыми программными компонентами

Анализ сетевой архитектуры ОС Windows NT с точки зрения возможностей реализации средств защиты и анализа сетевого трафика Используемые средства построения объединенных сетей и их влияние на уровень расположения средства защиты (согласно модели OSI) От расположения средства защиты относительно иерархии сетевых компонентов, зависит количество проходящих через это средство данных, и, следовательно, возможность контроля и защиты этих данных Рассмотрим особенности реализации средств защиты на различных уровнях сетевой архитектуры ОС Windows NT. Разработка приложений или DLL с функциями защиты - это самая тривиальная и обеспечивающая наименьшую гибкость реализация.

Реализация защиты на уровне системных DLL, предоставляющих приложениям различные сетевые интерфейсы Почти все сетевые сервисы, такие как сервис рабочей станции (LanMan Workstation), сервис сервера (LanMan Server), сервис оповещений (alerter), сервис сообщений (messenger), обозреватель сети (Computer Browser), DHCP client содержатся в одном ЕХЕ-файле с именем services. Один из способов обеспечения прозрачной защиты связан с заменой механизма предоставления функций «родного» API. С этого момента начинается анализ сетевых компонент, исполняющихся в привилегированном режиме - режиме ядра, и являющихся драйверами. Система ввода/вывода Windows NT является расширяемой. Один из методов расширения возможностей системы ввода/вывода - разработка и применение драйверов-фильтров.

Как уже отмечалось ранее, драйвер mup.sys вовлекается при попытке достижения удаленных разделяемых ресурсов, используя UNC имена Драйвер файловой системы обеспечивает пользователям механизм хранения и получения информации, реализуя возможности по созданию, модификации, удалению, разделению файлов и идентификации файлов по их символическим/логическим именам. Транспортные драйверы являются, фактически, стандартными драйверами промежуточного уровня и реализуют в своей верхней части стандартный интерфейс, со-тветствующий TDI спецификации. Реализация защиты с помощью перехвата функций NDIS - библиотеки Разработка NDIS драйверов промежуточного уровня - это один из хорошо документированных механизмов расширения возможностей системы ввода/вывода ОС Windows NT.

Реализация защиты на уровне драйверов сетевых устройств Сравнительный анализ способов реализации защиты Зависимость способа реализации средства защиты от предъявляемых к нему требований Переносимость и поддержка многопроцессорности NDIS предоставляет механизм спин-блокировок, который может быть использован, чтобы синхронизировать доступ к общим ресурсам между потоками, имеющими одинаковый приоритет.

Драйвер протокола выделяет ресурсы под NDIS-пакеты, заполняет их данными и посылает вниз следующему NDIS-драйверу. Множество функций интерфейса верхнего уровня драйвера сетевой карты и функций интерфейса нижнего уровня драйвера протокола разработаны для поддержки асинхронных операций. Промежуточный NDIS-драйвер обычно экспортирует функции MiniportXxx на своем верхнем уровне и функции ProtocolXxx на своем нижнем уровне Точка входа DriverEntry Возможные обязательные и необязательные функции протокольной части промежуточного драйвера перечислены ниже Возможные обязательные и необязательные функции минипортовой части промежуточного драйвера перечислены ниже Пример реализации драйвера шифрования сетевых пакетов

Передача дискретных данных по линиям связи

Сетевая технология Пропускная способность Волоконно-оптические кабели физическое кодирование аналоговая модуляция цифровое, логическое кодирование ИКМ Канальный уровень Компрессия Коммутация каналов, пакетов, сообщений Виртуальные каналы

Общая характеристика протоколов локальных сетей

Взаимодействия узлов стандартизация локальных сетей метод доступа к среде кадры 10Base-5 Стандарт 10Base-2 Стандарт 10Bаse-T Сети Token Ring Технология FDDI технологии Fast Ethernet 100Base-FX 100Base-TX 100Base-T4 100VG-AnyLAN Gigabit Ethernet

Построение локальных сетей на базе коммутаторов

коммутационная матрица Комбинированные коммутаторы Технология виртуальных сетей Производительность коммутатора фильтрация трафика

Маршрутизация в локальных сетях

маршрутизация таблицы маршрутизации Протоколы маршрутизации функция маршрутизатора Сетевой протокол Dynamic Host Configuration Protocol DNS Структура IP-пакета маски сегмент Протокол RIP Протокол OSPF Протокол IPX TCP-сообщения

Механизм идентификации и аутентификации в ОС Windows NT Основные сведения о процессе Winlogon Протокол взаимодействия процесса Winlogon и библиотеки GINA В ОС Windows NT для идентификации используется имя пользователя, а для подтверждения введенного имени - процедура аутентификации, использующая символьный пароль пользователя. Сетевая аутентификация пользователя осуществляется в процессе его подключения к серверу с целью получения доступа к сетевым ресурсам (например, к сетевому диску) Основные подходы к созданию изолированной программной среды При создании системы защиты информации (СЗИ) от несанкционированного доступа необходимо реализовать следующие функциональные подсистемы Реализация драйвером перехвата файловых операций основана на недокументированном механизме перехвата системных сервисов, описанном в разделе «Реализация защиты на уровне собственного API для ОС Windows NT». Собственный обработчик создания (открытия) файла может, например, проверить права доступа текущего процесса к создаваемому (открываемому) файлу Реализация драйвером функции получения имени обращающегося к ресурсу процесса необходима для создания системы защиты от НСД не ниже 3 класса по классификации Руководящих документов Государственной технической комиссии РФ Вывод сообщений на «синий» экран Процедура распределения IRP_MJ_DEVICE_CONTROL драйвера контроля доступа Модифицированная библиотека Gina

Курс теоретических основ электротехники

Физика Лекции и примеры решения задач контрольной работы

  • Механические и электромагнитные колебания Гармонические колебания и их характеристики Колебаниями называются движения или процессы, которые характеризуются определенной повторяемостью во времени. Колебательные процессы широко распространены в природе и технике, например качание маятника часов, переменный электрический ток и т. д
  • Свободные гармонические колебания в колебательном контуре Среди различных электрических явлений особое место занимают электромагнитные колебания, при которых электрические величины (заряды, токи) периодически изменяются и которые сопровождаются взаимными превращениями электрического и магнитного полей.
  • Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний (механических и электромагнитных) и его решение. Автоколебания
  • Амплитуда и фаза вынужденных колебаний (механических и электромагнитных). Резонанс
  • Переменный ток Установившиеся вынужденные электромагнитные колебания можно рассматривать как протекание в цепи, содержащей резистор, катушку индуктивности и конденсатор, переменного тока.
  • Переменный ток, текущий через конденсатор емкостью С
  • Резонанс напряжений Если в цепи переменного тока, содержащей последовательно включенные конденсатор, катушку индуктивности и резистор Лабораторная работа №116. Получение и измерение вакуума Цель работы: ознакомиться с методами получения и измерения вакуума. Определить скорость откачки форвакуумного насоса.
  • Мощность, выделяемая в цепи переменного тока Мгновенное значение мощности переменного тока равно произведению мгновенных значений напряжения и силы тока
  • Упругие волны Волновые процессы. Продольные и поперечные волны Колебания, возбужденные в какой-либо точке среды (твердой, жидкой или газообразной), распространяются в ней с конечной скоростью, зависящей от свойств среды, передаваясь от одной точки среды к другой.
  • Уравнение бегущей волны. Фазовая скорость. Волновое уравнение
  • Принцип суперпозиции. Групповая скорость Если среда, в которой распространяется одновременно несколько волн, линейна, т. е. ее свойства не изменяются под действием возмущений, создаваемых волной, то к ним применим принцип суперпозиции (наложения) волн: при распространении в линейной среде нескольких волн каждая из них распространяется так, как будто другие волны отсутствуют, а результирующее смещение частицы среды в любой момент времени равно геометрической сумме смещений, которые получают частицы, участвуя в каждом из слагающих волновых процессов.
  • Интерференция волн Согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов связывают с понятием когерентности. Волны называются когерентными, если разность их фаз остается постоянной во времени. Очевидно, что когерентными могут быть лишь волны, имеющие одинаковую частоту.
  • Звуковые волны Звуковыми (или акустическими) волнами называются распространяющиеся в среде упругие волны, обладающие частотами в пределах 16—20 000 Гц. Волны указанных частот, воздействуя на слуховой аппарат человека, вызывают ощущение звука.
  • Ультразвук и его применение По своей природе ультразвук представляет собой упругие волны, и в этом он не отличается от звука. Однако ультразвук, обладая высокими частотами (n>20 кГц) и, следовательно, малыми длинами волн, характеризуется особыми свойствами, что позволяет выделить его в отдельный класс явлений
  • Электромагнитные волны Экспериментальное получение электромагнитных волн Существование электромагнитных волн — переменного электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве с конечной скоростью, — вытекает из уравнений Максвелла
  • Элементы геометрической и электронной оптики Основные законы оптики. Полное отражение
  • Тонкие линзы. Изображение предметов с помощью линз Раздел оптики, в котором законы распространения света рассматриваются на основе представления о световых лучах, называется геометрической оптикой. Под световыми лучами понимают нормальные к волновым поверхностям линии, вдоль которых распространяется поток световой энергии. Геометрическая оптика, оставаясь приближенным методом построения изображений в оптических системах, позволяет разобрать основные явления, связанные с прохождением через них света, и является поэтому основой теории оптических приборов.
  • Элементы электронной оптики Область физики и техники, в которой изучаются вопросы формирования, фокусировки и отклонения пучков заряженных частиц и получения с их помощью изображений под действием электрических и магнитных полей в вакууме, называется электронной оптикой. Комбинируя различные электронно-оптические элементы — электронные линзы, зеркала, призмы, — создают электронно-оптические приборы, например электронно-лучевую трубку, электронный микроскоп, электронно-оптический преобразователь.
  • Интерференция света Развитие представлений о природе света Основные законы оптики известны еще с древних веков. Так, Платон (430 г. до н. э.) установил закон прямолинейного распространения и закон отражения света. Аристотель (350 г. до н. э.) и Птоломей изучали преломление света.
  • Дифракция света Принцип Гюйгенса — Френеля Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле — любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Благодаря дифракции волны могут попадать в область геометрической тени, огибать препятствия, проникать через небольшие отверстия в экранах и т. д. Например, звук хорошо слышен за углом дома, т. е. звуковая волна его огибает.
  • Разрешающая способность оптических приборов Используя даже идеальную оптическую систему (такую, для которой отсутствуют дефекты и аберрации), невозможно получить стигматическое изображение точечного источника, что объясняется волновой природой света. Изображение любой светящейся точки в монохроматическом свете представляет собой дифракционную картину, т. е. точечный источник отображается в виде центрального светлого пятна, окруженного чередующимися темными и светлыми кольцами.
  • Понятие о голографии Голография (от греч. «полная запись») — особый способ записи и последующего восстановления волнового поля, основанный на регистрации интерференционной картины. Она обязана своим возникновением законам волновой оптики — законам интерференции и дифракции.
  • Поляризация света Естественный и поляризованный свет Следствием теории Максвелла является поперечность световых волн: векторы напряженностей электрического Е и магнитного Н полей волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости v распространения волны (перпендикулярно лучу)
  • Поляризационные призмы и поляроиды В основе работы поляризационных приспособлений, служащих для получения поляризованного света, лежит явление двойного лучепреломления. Наиболее часто для этого применяются призмы и поляроиды
  • Вращение плоскости поляризации Некоторые вещества (например, из твердых тел — кварц, сахар, киноварь, из жидкостей — водный раствор сахара, винная кислота, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации.
  • Теория атома водорода по Бору Модели атома Томсона и Резерфорда Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах вещества («атомос» — неразложимый) возникло еще в античные времена (Демокрит, Эпикур, Лукреций).
  • Линейчатый спектр атома водорода Исследования спектров излучения разреженных газов (т. е. спектров излучения отдельных атомов) показали, что каждому газу присущ определенный линейчатый спектр, состоящий из отдельных спектральных линий или групп близко расположенных линий. Самым изученным является спектр наиболее простого атома — атома водорода.
  • Элементы квантовой механики Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества Французский ученый Луи де Бройль (1892—1987), осознавая существующую в природе симметрию и развивая представления о двойственной корпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 г. гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма.
  • Принцип причинности в квинтовой механике Из соотношения неопределенностей часто делают вывод о неприменимости принципа причинности к явлениям, происходящим в микромире. При этом основываются на следующих соображениях. В классической механике, согласно принципу причинности — принципу классического детерминизма, по известному состоянию системы в некоторый момент времени (полностью определяется значениями координат и импульсов всех частиц системы) и силам, приложенным к ней, можно абсолютно точно задать ее состояние в любой последующий момент.
  • Линейный гармонический осциллятор — система, совершающая одномерное движение под действием квазиупругой силы, — является моделью, используемой во многих задачах классической и квантовой теории (см. § 142). Пружинный, физический и математический маятники — примеры классических гармонических осцилляторов
  • Элементы современной физики атомов и молекул Атом водорода в квантовой механике Решение задачи об энергетических уровнях электрона для атома водорода (а также водородоподобных систем: иона гелия Не+, двукратно ионизованного лития Li++ и др.) сводится к задаче о движении электрона в кулоновском поле ядра.
  • Периодическая система элементов Менделеева Принцип Паули, лежащий в основе систематики заполнения электронных состояний в атомах, позволяет объяснить Периодическую систему элементов Д. И. Менделеева (1869) — фундаментального закона природы, являющегося основой современной химии, атомной и ядерной физики.
  • Рентгеновские спектры Большую роль в выяснении строения атома, а именно распределения электронов по оболочкам, сыграло излучение, открытое в 1895 г. немецким физиком В. Рентгеном (1845—1923) и названное рентгеновским. Самым распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, в которой сильно ускоренные электрическим полем электроны бомбардируют анод (металлическая мишень из тяжелых металлов, например W или Pt), испытывая на нем резкое торможение
  • Молекулярные спектры. Комбинационное рассеяние света Строение молекул и свойства их энергетических уровней проявляются в молекулярных спектрах — спектрах излучения (поглощения), возникающих при квантовых переходах между уровнями энергии молекул. Спектр излучения молекулы определяется структурой ее энергетических уровней и соответствующими правилами отбора (так, например, изменение квантовых чисел, соответствующих как колебательному, так и вращательному движению, должно быть равно ± 1).
  • Оптические квантовые генераторы (лазеры) Практически инверсное состояние среды осуществлено в принципиально новых источниках излучения — оптических квантовых генераторах, или лазерах (от первых букв английского названия Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — усиление света с помощью вынужденного излучения).
  • Квантовая статистика — раздал статистической физики, исследующий системы, которые состоят из огромного числа частиц, подчиняющихся законам квантовой механики.
  • Понятие о квантовой теории теплоемкости. Фононы Квантовая статистика устранила трудности в объяснении зависимости теплоемкости газов (в частности, двухатомных) от температуры. Согласно квантовой механике, энергия вращательного движения молекул и энергия колебаний атомов в молекуле могут принимать лишь дискретные значения.
  • Квантовая теория электропроводности металлов — теория электропроводности, основывающаяся на квантовой механике и квантовой статистике Ферми — Дирака, — пересмотрела вопрос об электропроводности металлов, рассмотренный в классической физике. Расчет электропроводности металлов, выполненный на основе этой теории, приводит к выражению для удельной электрической проводимости металла
  • Элементы физики твердого тела Понятие о зонной теории твердых тел Используя уравнение Шредингера — основное уравнение динамики в нерелятивистской квантовой механике, — в принципе можно рассмотреть задачу о кристалле, например найти возможные значения его энергии, а также соответствующие энергетические состояния. Однако как в классической, так и в квантовой механике отсутствуют методы точного решения динамической задачи для системы многих частиц. Поэтому эта задача решается приближенно сведением задачи многих частиц к одноэлектронной задаче об одном электроне, движущемся в заданном внешнем поле. Подобный путь приводит к зонной теории твердого тела.
  • Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории Зонная теория твердых тел позволила с единой точки зрения истолковать существование металлов, диэлектриков и полупроводников, объясняя различие в их электрических свойствах, во-первых, неодинаковым заполнением электронами разрешенных зон и, во-вторых, шириной запрещенных зон.
  • Собственная проводимость полупроводников Полупроводниками являются твердые тела, которые при Т=0 характеризуются полностью занятой электронами валентной зоной, отделенной от зоны проводимости сравнительно узкой (DЕ порядка 1 эВ) запрещенной зоной. Своим названием они обязаны тому, что их электропроводность меньше электропроводности металлов и больше электропроводности диэлектриков.
  • Примесная проводимость полупроводников Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной проводимостью, а сами полупроводники — примесными полупроводниками. Примесная проводимость обусловлена примесями (атомы посторонних элементов), а также дефектами типа избыточных атомов (по сравнению со стехиометрическим составом), тепловыми (пустые узлы или атомы в междоузлиях) и механическими (трещины, дислокации и т. д.) дефектами. Наличие в полупроводнике примеси существенно изменяет его проводимость. Например, при введении в кремний примерно 0,001 ат.% бора его проводимость увеличивается примерно в 106 раз.
  • Фотопроводимость полупроводников — увеличение электропроводности полупроводников под действием электромагнитного излучения — может быть связана со свойствами как основного вещества, так и содержащихся в нем примесей. В первом случае при поглощении фотонов, соответствующих собственной полосе поглощения полупроводника, т. е. когда энергия фотонов равна или больше ширины запрещенной зоны (hn ³ DE), могут совершаться перебросы электронов из валентной зоны в зону проводимости , что приведет к появлению добавочных (неравновесных) электронов (в зоне проводимости) и дырок (в валентной зоне). В результате возникает собственная фотопроводимость, обусловленная как электронами, так и дырками.
  • Термоэлектрические явления и их применение Согласно второму закону Вольта, в замкнутой цепи, состоящей из нескольких металлов, находящихся при одинаковой температуре, э.д.с. не возникает, т. е. не происходит возбуждения электрического тока. Однако если температура контактов не одинакова, то в цепи возникает электрический ток, называемый термоэлектрическим. Явление возбуждения термоэлектрического тока (явление Зеебека), а также тесно связанные с ним явления Пельте и Томсона называются термоэлектрическими явлениями.
  • Контакт электронного и дырочного полупроводников (p-n-переход) Граница соприкосновения двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой — дырочную проводимость, называется электронно-дырочным переходом (или p-n-переходом). Эти переходы имеют большое практическое значение, являясь основой работы многих полупроводниковых приборов. p-n-Переход нельзя осуществить просто механическим соединением двух полупроводников. Обычно области различной проводимости создают либо при выращивании кристаллов, либо при соответствующей обработке кристаллов.
  • Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы) Односторонняя проводимость контактов двух полупроводников (или металла с полупроводником) используется для выпрямления и преобразования переменных токов. Если имеется один электронно-дырочный переход, то его действие аналогично действию двухэлектродной лампы—диода. Поэтому полупроводниковое устройство, содержащее один p-n-переход, называется полупроводниковым (кристаллическим) диодом. Полупроводниковые диоды по конструкции делятся на точечные и плоскостные.
  • Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа
  • Спин ядра и его магнитный момент Использование приборов высокой разрешающей способности и специальных источников возбуждения спектра позволило обнаружить сверхтонкую структуру спектральных линий. Ее существование В. Паули объяснил (1924) наличием у атомных ядер собственного момента импульса (спина) и магнитного момента.
  • Радиоактивное излучение и его виды Французский физик А. Беккерель (1852—1908) в 1896 г. при изучении люминесценции солей урана случайно обнаружил самопроизвольное испускание ими излучения неизвестной природы, которое действовало на фотопластинку, ионизировало воздух, проникало сквозь тонкие металлические пластинки, вызывало люминесценцию ряда веществ.
  • Закон радиоактивного распада. Правила смещения Под радиоактивным распадом, или просто распадом, понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро — дочерним.
  • Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц Практически все методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений (a, b, g) и частиц основаны на их способности производить ионизацию и возбуждение атомов среды. Заряженные частицы вызывают эти процессы непосредственно, а g-кванты и нейтроны обнаруживаются по ионизации, вызываемой возникающими в результате их взаимодействия с электронами и ядрами атомов среды быстрыми заряженными частицами. Вторичные эффекты, сопровождающие рассмотренные процессы, такие, как вспышка света, электрический ток, потемнение фотопластинки, позволяют регистрировать пролетающие частицы, считать их, отличать друг от друга и измерять их энергию.
  • Импульсная ионизационная камера — это детектор частиц, действие которого основано на способности заряженных частиц вызывать ионизацию газа. Ионизационная камера представляет собой заполненный газом электрический конденсатор, к электродам которого подается постоянное напряжение. Регистрируемая частица, попадая в пространство между электродами, ионизует газ. Напряжение подбирается так, чтобы все образовавшиеся ионы, с одной стороны, доходили до электродов, не успев рекомбинировать, а с другой — не разгонялись настолько сильно, чтобы производить вторичную ионизацию.
  • Ядерные реакции и их основные типы Ядерные реакции — это превращения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами (в том числе и с g-квантами) или друг с другом. Наиболее распространенным видом ядерной реакции является реакция, записываемая символически следующим образом
  • Открытие нейтрона. Ядерные реакции под действием нейтронов Нейтроны, являясь электрически нейтральными частицами, не испытывают кулоновского отталкивания и поэтому легко проникают в ядра и вызывают разнообразные ядерные превращения. Изучение ядерных реакций под действием нейтронов не только сыграло огромную роль в развитии ядерной физики, но и привело к появлению ядерных реакторов
  • Реакция деления ядра К началу 40-х годов работами многих ученых—Э. Ферми (Италия), О. Гана (1879—1968), Ф. Штрассмана (1902—1980) (ФРГ), О. Фриша (1904—1979) (Великобритания), Л. Мейтнер (1878—1968) (Австрия), Г.Н. Флерова (р. 1913), К.Н. Петржака (Россия) — было доказано, что при облучении урана нейтронами образуются элементы из середины Периодической системы — лантан и барий. Этот результат положил начало ядерным реакциям совершенно нового типа — реакциям деления ядра, заключающимся в том, что тяжелое ядро под действием нейтронов, а как впоследствии оказалось и других частиц делится на несколько более легких ядер (осколков), чаще всего на два ядра, близких по массе.
  • Цепная реакция деления Испускаемые при делении ядер вторичные нейтроны могут вызвать новые акты деления, что делает возможным осуществление цепной реакции деления — ядерной реакции, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции. Цепная реакция деления характеризуется коэффициентом размножения k нейтронов, который равен отношению числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыдущем поколении. Необходимым условием для развития цепной реакции деления является требование k ³ 1.
  • Понятие о ядерной энергетике Большое значение в ядерной энергетике приобретает не только осуществление цепной реакции деления, но и управление ею. Устройства, в которых осуществляется и поддерживается управляемая цепная реакция деления, называются ядерными реакторами. Пуск первого реактора в мире осуществлен в Чикагском университете (1942) под руководством Э. Ферми, в России (и в Европе) — в Москве (1946) под руководством И. В. Курчатова.
  • Реакция синтеза атомных ядер. Проблема управляемых термоядерных реакций Источником огромной энергии может служить реакция синтеза атомных ядер — образование из легких ядер более тяжелых.
  • Космическое излучение Развитие физики элементарных частиц тесно связано с изучением космического излучения — излучения, приходящего на Землю практически изотропно со всех направлений космического пространства. Измерения интенсивности космического излучения, проводимые методами, аналогичными методам регистрации радиоактивных излучений и частиц , приводят к выводу, что его интенсивность быстро растет с высотой, достигает максимума, затем уменьшается и с h »50 км остается практически постоянной
  • Типы взаимодействий элементарных частиц Согласно современным представлениям, в природе осуществляется четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.
  • Тепловое излучение и его характеристики Тела, нагретые до достаточно высоких температур, светятся. Свечение тел, обусловленное нагреванием, называется тепловым (температурным) излучением. Тепловое излучение, являясь самым распространенным в природе, совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества (т. е. за счет его внутренней энергии) и свойственно всем телам при температуре выше 0 К. Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром, положение максимума которого зависит от температуры. При высоких температурах излучаются короткие (видимые и ультрафиолетовые) электромагнитные волны, при низких — преимущественно длинные (инфракрасные).
  • Закон Кирхгофа Кирхгоф, опираясь на второй закон термодинамики и анализируя условия равновесного излучения в изолированной системе тел, установил количественную связь между спектральной плотностью энергетической светимости и спектральной поглощательной способностью тел. Отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела; оно является для всех тел универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры (закон Кирхгофа)
  • Законы Стефана — Больцмана и смещения Вина Из закона Кирхгофа следует, что спектральная плотность энергетическое светимости черного тела является универсальное функцией, поэтому нахождение ее явной зависимости от частоты и температуры является важной задачей теории теплового излучения.
  • Оптическая пирометрия. Тепловые источники света Законы теплового излучения используются для измерения температуры раскаленных и самосветящихся тел (например, звезд). Методы измерения высоких температур, использующие зависимость спектральной плотности энергетической светимости или интегральной энергетической светимости тел от температуры, называются оптической пирометрией. Приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра называются пирометрами. В зависимости от того, какой закон теплового излучения используется при измерении температуры тел, различают радиационную, цветовую и яркостную температуры.
  • Виды фотоэлектрического эффекта. Законы внешнего фотоэффекта Гипотеза Планка, блестяще решившая задачу теплового излучения черного тела, получила подтверждение и дальнейшее развитие при объяснении фотоэффекта — явления, открытие и исследование которого сыграло важную роль в становлении квантовой теории. Различают фотоэффект внешний, внутренний и вентильный. Внешним фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.
Линейная алгебра и аналитическая геометрия