Классификация логических элементов: типы, принципы работы и применение

Что такое логические элементы и как их можно классифицировать. Какие основные типы логических элементов существуют. Как устроены и работают разные виды логических элементов. Где применяются логические элементы в современной технике.

Что такое логические элементы и их классификация

Логические элементы — это устройства, реализующие базовые логические операции. Они являются основой цифровой электроники и вычислительной техники. Логические элементы можно классифицировать по нескольким признакам:

• По виду обрабатываемых сигналов:
  • Потенциальные — работают с уровнями напряжения
  • Импульсные — работают с импульсами
  • Импульсно-потенциальные — комбинированные
• По элементной базе:
  • Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)
  • Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)
  • КМОП-логика
  • И другие
• По виду выполняемой логической функции:
  • Элементы И, ИЛИ, НЕ
  • Элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ
  • Элементы исключающее ИЛИ
  • Триггеры, счетчики и др.

Основные типы логических элементов

Рассмотрим подробнее наиболее распространенные типы логических элементов:

Элементы И, ИЛИ, НЕ

Это базовые логические элементы, реализующие одноименные логические функции:

• И — выход активен только если активны все входы
• ИЛИ — выход активен если активен хотя бы один вход
• НЕ — инвертирует входной сигнал

Элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ

Комбинированные элементы, сочетающие функции И или ИЛИ с инверсией. Широко используются из-за простоты реализации.

Триггеры

Элементы памяти, способные хранить 1 бит информации. Различают RS-, D-, T-, JK-триггеры и другие виды.

Принципы работы логических элементов

Рассмотрим принципы работы логических элементов на примере транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ):

1. Входные сигналы подаются на эмиттеры многоэмиттерного транзистора
2. Многоэмиттерный транзистор реализует нужную логическую функцию
3. Выходной каскад формирует стандартные уровни выходного сигнала
4. Для улучшения характеристик используются дополнительные транзисторы

Как работает ТТЛ-элемент И-НЕ? При низком уровне на любом входе открывается соответствующий эмиттерный переход многоэмиттерного транзистора. Это приводит к закрытию выходного транзистора и высокому уровню на выходе. Только когда на всех входах высокий уровень, выходной транзистор открывается и формирует низкий уровень на выходе.

Применение логических элементов

Логические элементы нашли широкое применение в современной технике:

• Компьютеры и вычислительная техника
• Системы автоматического управления
• Цифровая обработка сигналов
• Телекоммуникационное оборудование
• Бытовая электроника
• Автомобильная электроника
• Промышленная автоматика

Развитие технологий позволило создавать сложные микросхемы, содержащие миллионы логических элементов. Это открыло путь к созданию высокопроизводительных процессоров, памяти большого объема и других устройств, без которых невозможно представить современный мир.

Эволюция технологий логических элементов

С момента создания первых логических элементов технологии их изготовления прошли большой путь развития:

1. Релейно-контактная логика — использование электромеханических реле
2. Ламповая логика — применение электронных ламп
3. Транзисторная логика — появление полупроводниковых транзисторов
4. Интегральные микросхемы — объединение элементов на одном кристалле
5. СБИС — сверхбольшие интегральные схемы с миллионами транзисторов
6. Нанотехнологии — создание элементов размером в несколько нанометров

Каждый этап развития приводил к уменьшению размеров, снижению энергопотребления и увеличению быстродействия логических элементов. Это позволило создавать все более мощные и компактные вычислительные устройства.

Перспективы развития логических элементов

Развитие логических элементов продолжается и сегодня. Некоторые перспективные направления:

• Квантовые вычисления — использование квантовых эффектов
• Оптические компьютеры — обработка информации с помощью света
• Нейроморфные вычисления — имитация работы нейронов мозга
• Молекулярная электроника — создание элементов на уровне отдельных молекул

Эти технологии могут привести к появлению принципиально новых типов логических элементов и вычислительных устройств, обладающих недостижимыми сегодня характеристиками.

Заключение

Логические элементы являются фундаментальной основой современной цифровой техники. Их развитие от простейших реле до сложнейших интегральных микросхем обеспечило прогресс в области вычислительной техники и электроники. Понимание принципов работы и классификации логических элементов необходимо для разработки и эксплуатации современных цифровых устройств.

Классификация логических элементов

В зависимости от вида используемых сигналов логические элементы подразделяются:

1. Потенциальныелогические элементы, в которых входные и выходные сигналы представляют собой перепады напряжений. Здесь полезно ввести понятия положительной и отрицательной логики. В положительной логике логической единице соответствует высокий уровень напряжения, а логическому нулюнизкий; в отрицательной логике логической единице соответствует низкий уровень напряжения, а логическому нулювысокий (см. рис.1.6).

2. Импульсныелогические элементы, в которых отсутствие импульсов соответствует логическому нулю, а наличие импульсалогической единице.

3. Импульсно-потенциальныеэлементы.

В зависимости от типа используемых элементов логические элементы подразделяются:

1. Диодно-резисторная логика (ДРЛ). Как самостоятельные такие логические элементы не используются из-за больших потерь; они используются вместе с транзисторами.

2. Диодно-транзисторная логика (ДТЛ).

3. Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ). На одном транзисторе реализуется какая-либо логическая функция и, чтобы сделать четким выходной сигнал, за транзистором подключают выходной инвертор, который нормализует уровни выходного сигнала.

4. Транзисторная логика (ТЛ).

Характерной особенностью ТТЛ ЛЭ является наличие на их входе многоэмиттерных транзисторов (МЭТ), с помощью которых реализуется требуемая логическая функция. Рассмотрим четырехвходовый ЛЭ (рис.1.7), у которого многоэмиттерный транзистор VT

Mимеет четыре эмиттера. Они расположены так, что их непосредственное взаимодействие через участок базы практически отсутствует. МЭТ является эквивалентом нескольких транзисторов, включенных по схеме рис.1.8.

База многоэмиттерного транзистора VT_M подключена к источнику ЭДС Е₀. ТранзисторVT₁инвертирует логическую функцию, реализуемую транзисторомVT_M. Рассмотрим работу ЛЭ.

Предположим, что на все входы Х₁– Х₄поданы одинаковые сигналы, соответствующие логической единице:

Х₁= Х₂= Х₃= Х₄= Х¹= Е_к. (1.5)

Обычно Е_К> Е₀, т.е. потенциал базы меньше потенциалов эмиттеров, и, следовательно, все эмиттерные переходы в этом случае будут закрыты, транзисторVT

1 войдет в режим насыщения, и выходной сигналF = 0.

Если на один из входов, например на Х₁, будет подан сигнал, соответствующий логическому нулю, то соответствующий эмиттерный переход транзистораVT_Mбудет открыт. Появится коллекторный ток

I_KM = ₁I_ЭМ, (1.6)

где

I_ЭМ=I_БМ(1+_М), (1.7)

I_БМ= Е₀/R₀. (1.8)

Для увеличения нагрузочной способности логического элемента на его выходе включают сложный инвертор (рис. 1.9).

Предположим, что на все входы Х₁– Х₄поданы одинаковые сигналы, соответствующие логической единице. Тогда транзисторVT_Mработает в инверсном режиме, транзисторыVT

1 иVT₃открыты и насыщенны, а транзисторVT₂закрыт, чему способствует диод смещенияVD₁. Через диодVD₁протекает небольшой ток закрытого транзистораVT₂, напряжение базы которого определяется выражением

U_БЭ2=U_КЭ1–U_БК3–U_CM< 0. (1.9)

Если на один из входов, например на Х₁, будет подан сигнал, соответствующий логическому нулю, то соответствующий эмиттерный переход транзистораVT_Mбудет открыт. ТранзисторVT_M работает в обычном режиме, транзисторыVT₁ иVT₃ запираются, а транзисторVT₂открыт и работает как эмиттерный повторитель. Выходное напряжение определяется потенциалом коллектора транзистораVT₁.

U_ВЫХ¹ = E_K – I_K01

R_K1 – U_БЭ2–U_D. (1.10)

В этом режиме при закрытом VT₁ токI_KM мал и, следовательно, транзисторVT_M находится в режиме глубокого насыщения.

Классы логических элементов кратко

Логические функции так и остались бы красивой абстракцией без их воплощения в реальном мире вещей, поэтому для прикладной реализации функций алгебры логики созданы устройства, называемые логическими элементами. В современной технике можно встретить огромное разнообразие механизмов от простейших до очень сложных, работа которых базируется на принципах математической логики. В этой статье кратко рассказано о классах логических элементов и выделены несколько общих признаков классификации.

Что такое классификация логических элементов

В современном мире все привыкли ассоциировать логические элементы с электронными микросхемами. Однако электроника получила бурное развитие только во второй половине XX века, а элементам математической логики уже больше двух тысячелетий.

Считают, что основоположником логики как науки является древнегреческий ученый Аристотель. Он первым вывел логическую теорию, систематизировав имеющиеся на тот момент знания о логике, сформулировал правила логического мышления.

Рис. 1. Аристотель.

Где используются логические элементы?

Неэлектронные логические элементы не утратили актуальности и в настоящее время. Это связано с тем, что электроника, как самодостаточная отрасль занимает относительно небольшой сегмент экономики. По сути это класс устройств, который связан непосредственно с обработкой информации — компьютеры, мобильные телефоны, телевизоры, схемы управления.

Однако реальная хозяйственная деятельность предполагает наличие огромного количества инструментов для физической обработки материалов, химических производств, поддержания технологических процессов. Для производства тех же компьютеров требуется масса подготовительной работы, которая связана скорее не с обработкой информации, а с обработкой стали, кремния и изготовлением полимеров.

Несмотря на то, что все современные станки и механизмы снабжены электроникой, позволяющей с высокой точностью поддерживать технологический процесс, некоторые операции логичнее поручить самому исполнительному устройству и реализовать на его элементной базе. Во-первых, это сокращает цепочку сигналов от механизма до электронного блока управления и обратно, позволяя увеличить быстродействие. Во-вторых, исключает из цепочки электронный блок управления, увеличивая надежность, а иногда и безопасность системы в целом.

Таким образом, в зависимости от вида энергии, преобразование которой происходит при работе того или иного устройства можно выделить следующие классы логических элементов:

• механические;
• гидравлические;
• пневматические;
• электрические;
• электронные;
• оптические.

Помимо вышеперечисленных основных видов в литературе часто встречаются их комбинации, например электромеханические элементы.

Рис. 2. Схема гидравлического элемента ИЛИ.

Электронная элементная база

Конечно не стоит недооценивать электронику, с помощью которой наиболее полно и просто реализуются сколь угодно сложные логические функции. Именно благодаря развитию электронных компонентов максимально раскрыт потенциал некогда абстрактной дисциплины. Можно с уверенностью утверждать, что принципы, сформулированные еще Лейбницем и Булем определили развитие современных технологий.

Работа различных электронных устройств основана на принципах булевой алгебры. Английский математик Джордж Буль первым формализовал работу с высказываниями, введя понятия их истинности и ложности. Этот подход как раз и реализован в современных вычислительных устройствах, которые функционируют на бинарном принципе и воспринимают только два сигнала: ноль и единица.

По сути, элементная база логических элементов носит скорее эволюционный характер и связана с вытеснением старых технологий более новыми, быстродействующими и эффективными. К основным видам можно причислить:

• РТЛ. Резисторно-транзисторная логика.
• ДТЛ. Диодно-транзисторная логика.
• ТТЛ и ТТЛ(Ш). Транзисторно-транзисторная логика и более продвинутый вариант – с использованием диодов Шоттки.
• ЭСЛ. Эмиттерно-связанная логика.
• КМОП. Комплементарные МОП-транзисторы.

Стоит отметить, что наибольшим быстродействием и экономичностью на текущий момент обладают именно КМОП-микросхемы, которые практически вытеснили остальные типы реализаций.

Рис. 3. Схема элемента ИЛИ-НЕ, построенного на полевых транзисторах.

Что мы узнали?

Принцип алгебры логики используется во всех сферах техники, а не только в электронно-цифровых устройствах. Базовая классификация устройств, реализующих функции алгебры логики, построена на основе вида энергии, преобразование которой происходит при работе устройства.

Оценка статьи

А какая ваша оценка?

9.1: Классификация элементов: Периодический закон и периодическая таблица

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

24230

Цели обучения

• Познакомиться с историей периодической таблицы.

Современная периодическая таблица возникла благодаря длительной истории попыток химиков упорядочить элементы в соответствии с их свойствами, чтобы помочь в предсказании химического поведения. Одним из первых, кто предложил такое расположение, был немецкий химик Иоганн Доберейнер (1780–1849), который заметил, что многие из известных элементов можно сгруппировать в триады (набор из трех элементов, обладающих сходными свойствами) — например, хлор , бром и йод; или медь, серебро и золото. Доберейнер предложил сгруппировать все элементы в такие триады, но последующие попытки расширить его концепцию не увенчались успехом. Теперь мы знаем, что части периодической таблицы — 9В частности, блок 0030 d содержит триады элементов, имеющих существенное сходство. Средние три члена большинства других столбцов, такие как сера, селен и теллур в группе 16 или алюминий, галлий и индий в группе 13, также имеют удивительно похожий химический состав.

К середине 19 века были определены атомные массы многих элементов. Английский химик Джон Ньюлендс (1838–1898), предположив, что химический состав элементов может быть связан с их массой, расположил известные элементы в порядке возрастания атомной массы и обнаружил, что каждый седьмой элемент обладает сходными свойствами (рис. \(\PageIndex {1}\) ). (Благородные газы все еще были неизвестны.) Поэтому Ньюлендс предположил, что элементы можно разделить на октавы. Группа из семи элементов, соответствующих горизонтальным рядам в основных элементах группы (не считая благородных газов, которые в то время были неизвестны) ., что соответствует горизонтальных строк в основной группе элементов. К сожалению, «закон октав» Ньюлендса, похоже, не работал для элементов тяжелее кальция, и его идея была публично высмеяна. На одном научном собрании Ньюлендса спросили, почему он не расположил элементы в алфавитном порядке, а не по атомной массе, поскольку это имело бы такой же смысл! На самом деле Ньюлендс был на правильном пути — за некоторыми исключениями, атомная масса действительно увеличивается с атомным номером, и подобные свойства проявляются каждый раз, когда набор из нс ² np ⁶ подоболочек заполнен. Несмотря на то, что в таблице Ньюлендса не было логического места для блочных элементов d , он был отмечен за свою идею Лондонским королевским обществом в 1887 году.

Примечание: Джон Ньюлендс (1838–1898)

Джон Александр Рейна Ньюлендс был английским химиком, который работал над созданием периодической таблицы. Он заметил, что свойства элементов повторяются через каждый седьмой (или кратный семи) элемент, как музыкальные ноты повторяются через каждую восьмую ноту.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Расположение элементов в октавах, предложенное Ньюлендсом. Приведенная здесь таблица сопровождала письмо 27-летнего Ньюлендса редактору журнала Chemical News , в котором он писал: «Если элементы расположены в порядке их эквивалентов, с небольшими перестановками, как в сопроводительной таблице можно заметить, что элементы, принадлежащие к одной и той же группе, обычно появляются на одной и той же горизонтальной линии. Также будет видно, что числа аналогичных элементов обычно различаются либо на 7, либо на некоторое число, кратное семи; другими словами, члены одной и той же группы стоят друг к другу в том же отношении, что и крайние точки одной или нескольких октав в музыке. Так, в группе азота между азотом и фосфором находится 7 элементов; между фосфором и мышьяком — 14; между мышьяком и сурьмой — 14; и, наконец, между сурьмой и висмутом также 14. Эти своеобразные отношения я предлагаю условно назвать Закон Октав . Я и т. д. Джон А. Р. Ньюлендс, FCS Лаборатория, 19, Грейт-Сент-Хелен, ЕС, 8 августа 1865 года».

Периодическая таблица приобрела свою современную форму благодаря работам немецкого химика Юлиуса Лотара Мейера (1830–1895) и русского химика Дмитрия Менделеева (1834–1907), оба из которых сосредоточились на взаимосвязях между атомной массой и различными физическими и химическими характеристики. В 1869 году они независимо друг от друга предложили практически одинаковое расположение элементов. Мейер выровнял элементы в своей таблице в соответствии с периодическими изменениями простых атомных свойств, таких как «атомный объем» (рис. \(\PageIndex{2}\) ), который он получил путем деления атомной массы (молярной массы) в граммах на моль на плотность (\(\rho\)) элемента в граммах на кубический сантиметр. Это свойство эквивалентно тому, что сегодня определяется как молярный объем, молярная масса элемента, деленная на его плотность (измеряется в кубических сантиметрах на моль): 9{3}/моль \справа ) \метка{7.1.1}\]

Как показано на рисунке \(\PageIndex{2}\), щелочные металлы имеют самые высокие молярные объемы твердых элементов. На графике зависимости атомного объема от атомной массы Мейера неметаллы находятся на восходящей части графика, а металлы — на пиках, впадинах и нисходящих участках.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Изменение атомного объема в зависимости от атомного номера, адаптировано из графика Мейера 1870 . Обратите внимание на периодическое увеличение и уменьшение атомного объема. Поскольку инертные газы еще не были открыты на момент составления этого графика, пики соответствуют щелочным металлам (группа 1).

Примечание: Дмитрий Менделеев (1834–1907)

Когда стекольный завод его семьи был уничтожен пожаром, Менделеев переехал в Санкт-Петербург, Россия, чтобы изучать естественные науки. Он заболел, и не ожидалось, что он выздоровеет, но он защитил докторскую диссертацию с помощью своих профессоров и сокурсников.

Помимо периодической таблицы, еще одним вкладом Менделеева в науку был выдающийся учебник Основы химии , которым пользовались многие годы.

Периодическая таблица Менделеева

Менделееву, впервые опубликовавшему свою периодическую таблицу в 1869 году (рис. \(\PageIndex{3}\) ), обычно приписывают происхождение современной периодической таблицы. Ключевое отличие его расположения элементов от расположения Мейера и других состоит в том, что Менделеев не предполагал, что все элементы были открыты (фактически в то время было известно только около двух третей встречающихся в природе элементов). Вместо этого он намеренно оставил пробелы в своей таблице для атомных масс 44, 68, 72 и 100, ожидая, что будут обнаружены элементы с такими атомными массами. Эти пробелы соответствуют элементам, которые мы теперь знаем как скандий, галлий, германий и технеций.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Периодическая таблица Менделеева, опубликованная в немецком журнале Annalen der Chemie und Pharmacie в 1872 году. Заголовки столбцов «Reihen» и «Gruppe» по-немецки означают «ряд» и « группа.» Формулы указывают тип соединений, образованных каждой группой, где «R» означает «любой элемент», а верхние индексы используются там, где мы сейчас используем нижние индексы. Атомные массы показаны после знаков равенства и увеличиваются в каждой строке слева направо.

Группы в таблице Менделеева определяются тем, сколько атомов кислорода или водорода необходимо для образования соединений с каждым элементом. Например, в группе I два атома водорода, лития, лития, натрия, натрия и калия образуют соединения с одним атомом кислорода. В группе VII один атом фтора F, хлора Cl и брома Br взаимодействует с одним атомом водорода. Обратите внимание, как у этого подхода возникают проблемы с переходными металлами. Примерно до 1960, прямоугольный стол, разработанный на основе таблицы Менделеева и основанный на реактивности, был стандартным перед лекционными аудиториями химии.

Наиболее убедительным свидетельством в пользу менделеевского расположения элементов было открытие двух ранее неизвестных элементов, свойства которых близко соответствовали его предсказаниям (таблица \(\PageIndex{1}\)). Два пробела, которые Менделеев оставил в своей первоначальной таблице, находились под алюминием и кремнием, ожидая открытия двух пока неизвестных элементов, эка — алюминий и эка — кремний (от санскритского эка , что означает «один», как в «один за алюминием»). Наблюдаемые свойства галлия и германия так хорошо совпадали со свойствами eka -алюминия и eka -кремния, что после их открытия периодическая таблица Менделеева быстро получила признание.

Видео \(\PageIndex{1}\) : Гениальная таблица Менделеева.

Когда химические свойства элемента свидетельствовали о том, что ему, возможно, было отведено неправильное место в более ранних таблицах, Менделеев тщательно пересмотрел его атомную массу. Он обнаружил, например, что ранее сообщавшиеся атомные массы бериллия, индия и урана были неверными. Первоначально сообщалось, что атомная масса индия составляет 75,6, исходя из предполагаемой стехиометрии InO для его оксида. Если бы эта атомная масса была правильной, то индий должен был бы быть помещен в середину неметаллов, между мышьяком (атомная масса 75) и селеном (атомная масса 78). Поскольку элементарный индий — серебристо-белый металл , однако Менделеев постулировал, что стехиометрия его оксида действительно In ₂ O ₃ , а не InO. Это означает, что атомная масса индия на самом деле равна 113, что ставит этот элемент между двумя другими металлами, кадмием и оловом.

Таблица \(\PageIndex{1}\): Сравнение предсказанных Менделеевым в 1869 г. свойств эка-алюминия и эка-кремния со свойствами галлия (открыто в 1875 г.) и германия (открыто в 1886 г.)

Собственность	eka -Алюминий (прогноз)	Галлий (наблюдаемый)	eka -кремний (прогноз)	Германий (наблюдаемый)
«> атомная масса	68	69.723	72	72,64
элемент	металл	металл	грязно-серый металл	серо-белый металл
	«> низкотемпературный*	т.пл. = 29,8°С	высокая температура	т.пл. = 938°С
	\(\rho\) = 5,9 г/см 3	\(\rho\) = 5,91 г/см 3	\(\rho\) = 5,5 г/см 3	\(\rho\) = 5,323 г/см 3
оксид	«> Е 2 О 3	Га 2 О 3	ЭО 2	ГеО 2
	\(\rho\) = 5,5 г/см 3	\(\rho\) = 6,0 г/см 3	\(\rho\) = 4,7 г/см 3	\(\rho\) = 4,25 г/см 3
» rowspan=»2″> хлорид	ECl 3	GaCl 3	ECl 4	GeCl 4
летучий	т.пл. = 78°С п.н.* = 201°C	п.н. < 100°C	п.н. = 87°C
*т. пл. = температура плавления; кп = температура кипения.

Одной из групп элементов, отсутствующих в таблице Менделеева, являются благородные газы, все они были открыты более чем 20 лет спустя, между 1894 и 1898 годами, сэром Уильямом Рамзи (1852–1916; Нобелевская премия по химии 1904 года). Изначально Рамзи не знал, где разместить эти элементы в периодической таблице. Аргон, открытый первым, имел атомную массу 40. Это было больше, чем у хлора, и сравнимо с массой калия, поэтому Рамзай, используя те же рассуждения, что и Менделеев, решил поместить инертные газы между галогенами и атомами калия. щелочные металлы.

Роль атомного числа в периодической таблице

Несмотря на свою полезность, периодическая таблица Менделеева была полностью основана на эмпирических наблюдениях, подкрепленных очень небольшим пониманием. Только в 1913 году молодой британский физик Х. Г. Дж. Мозли (1887–1915), анализируя частоты рентгеновских лучей, испускаемых элементами, обнаружил, что в основе порядка элементов лежит атомный номер . , а не атомная масса. Мозли предположил, что расположение каждого элемента в его ряду соответствует его атомному номеру 9.0030 Z — количество положительных зарядов (протонов) в ядре. Например, аргон, хотя и имеет атомную массу больше, чем у калия (39,9 а.е.м. против 39,1 а.е.м. соответственно), в периодической таблице занимал от до калия. Анализируя частоты испускаемых рентгеновских лучей, Мозли заметил, что атомный номер аргона равен 18, тогда как атомный номер калия равен 19, что указывает на то, что они действительно расположены правильно. Мозли также заметил три пробела в своей таблице частот рентгеновского излучения, поэтому он предсказал существование трех неизвестных элементов: технеция ( Z = 43), обнаружен в 1937 г.; прометий ( Z = 61), открытый в 1945 г.; и рений ( Z = 75), открытый в 1925 году.

Примечание: Г. Г. Дж. Мозли (1887–1915)

Мозли оставил свою исследовательскую работу в Оксфордском университете, чтобы присоединиться к британской армии в качестве офицера связи во время Первой мировой войны. Он был убит во время битвы при Галлиполи в Турции.

Пример \(\PageIndex{1}\)

До его открытия в 1999 г. некоторые теоретики считали, что элемент с0030 Z из 114 существующих в природе. Используйте рассуждение Менделеева, чтобы назвать элемент 114 как эка -______; затем определите известный элемент, химический состав которого, как вы предполагаете, будет наиболее близок к химическому составу элемента 114.

Дано: атомный номер

Запрошено: имя с использованием префикса Используя периодическую таблицу, найдите строку n = 7. Определите местоположение неизвестного элемента с помощью Z = 114; затем идентифицируйте известный элемент, который находится непосредственно над этим местоположением.

Назовите неизвестный элемент, используя префикс eka — перед именем известного элемента.

Решение:

A Строка n = 7 может быть заполнена, если предположить существование элементов с атомными номерами больше 112, которые находятся под ртутью (Hg). Считая три клетки вправо, мы получаем элемент 114, который находится непосредственно под свинцом (Pb). B Если бы Менделеев был жив сегодня, он бы назвал элемент 114 эка -свинец.

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

Используя рассуждения Менделеева, назовите элемент 112 как eka -______; затем назовите известный элемент, чей химический состав, по вашим прогнозам, наиболее похож на химический состав элемента 112.

Ответ: эка -ртуть

Резюме

• Элементы в периодической таблице расположены в соответствии со своими свойствами, и Периодическая таблица помогает предсказать химическое поведение.

В периодической таблице элементы располагаются в соответствии с их электронными конфигурациями, так что элементы в одном столбце имеют одинаковые конфигурации валентных электронов. Периодические изменения размеров и химических свойств являются важными факторами, определяющими типы химических реакций, которым подвергаются элементы, и виды химических соединений, которые они образуют. Современная периодическая таблица была основана на эмпирических корреляциях таких свойств, как атомная масса; ранние модели с использованием ограниченных данных отмечали существование триад и октав элементов со схожими свойствами. Периодическая таблица приобрела свой нынешний вид благодаря работе Дмитрия Менделеева и Юлиуса Лотара Мейера, которые оба сосредоточились на взаимосвязи между атомной массой и химическими свойствами. Мейер расположил элементы по их атомному объему, который сегодня эквивалентен молярному объему , определяемому как молярная масса, деленная на молярную плотность. Корреляция с электронной структурой атомов была установлена, когда Г. Г. Дж. Мозли показал, что периодическое расположение элементов определяется атомным номером, а не атомной массой.

Участники и авторство

Изменено Джошуа Халперном (Университет Говарда)

---

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Лицензия

   CC BY-NC-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Показать страницу TOC

   № на стр.

2. Теги

   На этой странице нет тегов.

Создание эффективных информационных систем здравоохранения

У этого занятия две цели обучения. К концу этого модуля вы сможете:

Видео: Наведение порядка в хаосе (3 мин)

Добро пожаловать в модуль по Классификация логических моделей и систем . Мы начнем этот модуль с видеоролика, который закладывает основу для изучения информационных систем здравоохранения. В этом коротком видеоролике показан один из сценариев, в котором информация, собранная при взаимодействии пациента и поставщика медицинских услуг, может привести к улучшению ухода за пациентами, долгосрочному лечению заболеваний и пользе для общественного здравоохранения.

Инструкции: Нажмите или коснитесь видео, чтобы воспроизвести его.

Видеорефлексия : В этом видео представлен пример потока информации в форме заказа лаборатории, результатов лабораторных анализов и различных отчетов о лабораторных тестах от уровня учреждения до национального уровня. В реальной жизни способ заказа и регистрации теста на вирусную нагрузку может быть более сложным.

Чтение: Что такое информационная система здравоохранения? (5 мин)

Информационные системы являются частью нашей повседневной жизни. Давайте разобьем этот термин на составные части, чтобы лучше понять, как мы начинаем наводить порядок из хаоса.

Информация представляет собой набор точек данных, которые передают значение. Например, мы собираем данные о росте, длине тела, окружности головы и возрасте, чтобы определить, правильно ли растет новорожденный. Каждая из этих точек данных объединяется, чтобы сообщить клиницистам, находится ли новорожденный на правильном пути или не развивается.

Системы представляют собой набор стандартизированных практик, процедур и принципов, обеспечивающих единообразие в данном контексте. Системы повсюду в нашей работе здравоохранения. Стандартный процесс измерения артериального давления включает в себя ряд систем: процедура определения места размещения манжеты для измерения артериального давления и стетоскопа, калибровка и регулировка самих устройств, а также практика прослушивания — все это свидетельствует о наличии систем, которые позволяют нам собирать кровяное давление стандартным и точным способом.

Информационные системы здравоохранения — это технологии, которые позволяют медицинским работникам собирать множество точек данных стандартным способом, чтобы можно было управлять, улучшать и оптимизировать уход за пациентами. Информационные системы здравоохранения нацелены на поддержку взаимодействия между поставщиком и пациентом в пунктах обслуживания, в крупных учреждениях и среди населения. Информация, содержащаяся и организованная в системах, может использоваться для принятия клинических, программных и политических решений.

К популярным информационным системам здравоохранения относятся: электронные медицинские карты, лабораторные информационные системы, информационные системы управления логистикой, мобильные платформы и районные информационные системы здравоохранения. Каждая из этих технологий предоставляет уникальную услугу, которая может помочь в оказании помощи отдельному человеку в популяции.

Чтение: Социальные детерминанты здоровья и введение в логическую модель (5 мин)

На этом графике показан ряд социальных детерминант здоровья. В центре мишени находится человек. На наше здоровье влияют наша семья, общество, доступ к чистой воде, образование и многие другие факторы. Понятно, что мы не можем быть здоровыми без систем, услуг и сообществ, которые нас окружают.

Информационные системы здравоохранения создаются с учетом результатов. Важно, чтобы любая информационная система здравоохранения не просто записывала данные, а систематизировала данные и управляла ими, чтобы они стали частью полезной и действенной информации для клиницистов и лиц, определяющих политику.

Логические модели — это один из способов систематической организации, планирования, управления и оценки одной или нескольких систем. Далее в этом модуле мы рассмотрим различные способы классификации информационных систем здравоохранения, чтобы определить их соответствие логической модели.

При логическом рассмотрении этих методов организации данных и систем важно помнить, что информационная система здравоохранения поддерживает более крупную систему здравоохранения для достижения ее цели: улучшения здоровья пациентов и населения.

Чтение: Логические модели (5 мин)

Информационная система здравоохранения представляет собой комбинацию элементов, организованно соединенных друг с другом для получения результатов. Это означает, что информационная система здравоохранения имеет входные данные, которые работают вместе для получения результатов, которые приведут к цели информационной системы здравоохранения: улучшению здоровья.

• Каковы входные данные информационной системы здравоохранения?
• Какие действия или процессы происходят в информационной системе здравоохранения, которые производят выходные данные?
• В чем разница между выводами и результатами?

Инструкции: Давайте найдем ответы на эти вопросы. Нажмите или коснитесь кнопок ниже, чтобы открыть ответы на эти вопросы. Вам предлагается двигаться слева направо в этом упражнении.

• Входы
• Деятельность/процессы
• Выходы
• Исходы

Входы

ресурсов необходимы для поддержки деятельности/процесса программы.

Действия/Процессы

Чем на самом деле занимаются программа здравоохранения и персонал .

Выходы

Осязаемые, исчисляемые продукты , произведенные действиями/процессами.

Результаты

изменения в результате того, что сделано.

Чтение: пример логических моделей (5 мин)

Давайте рассмотрим пример. Сначала мы начнем с рассмотрения желаемых результатов.

• Каковы входные данные информационной системы здравоохранения?
• Какие действия или процессы происходят в информационной системе здравоохранения, которые производят выходные данные?
• В чем разница между выводами и результатами?

Инструкции: Давайте найдем ответы на эти вопросы. Нажмите или коснитесь кнопок ниже, чтобы открыть ответы на эти вопросы. Вам предлагается двигаться слева направо в этом упражнении.

• Входы
• Деятельность/процессы
• Выходы
• Исходы

Входы

Наконец, какие ресурсы должны быть доступны для выполнения этих действий? Это также будет вашим исходные данные , такие как:

законодательные, нормативные и плановые рамки , регулирующие работу информационной системы здравоохранения

ресурсы , включая персонал, финансирование, материально-техническое обеспечение, информационные и коммуникационные технологии и механизмы координации

Деятельность/Процессы

Итак, какая деятельность информационной системы здравоохранения дает эти результаты?

Действия включают сбор данных, хранение данных и извлечение данных. Например, сбор результатов лабораторных анализов пациента, сохранение результатов лабораторных анализов пациентов в базе данных и извлечение результатов лабораторных анализов пациентов из базы данных для включения в лабораторный отчет.

Результаты

Какие результаты информационной системы здравоохранения будут способствовать этим двум результатам?

Информационные продукты , подчеркивающие ценность данных, такие как визуализация данных (панели мониторинга, оповещения, графики и т. д.), ежедневные и ежемесячные отчеты, помогающие принимать решения.

Распространение, обмен и использование информации теми, кто принимает решения при предоставлении ухода и лечения, планировании и управлении программами здравоохранения, а также при разработке политики и стратегий в области здравоохранения.

Результаты

Нас интересуют два результата системы медицинской информации: улучшение ухода и лечения пациентов с ВИЧ и снижение долгосрочных последствий ВИЧ.

Чтение: логическая модель (5 мин)

Давайте рассмотрим логические модели, лежащие в основе двух систем, обычно используемых во многих учреждениях: электронных медицинских карт (EMR) и лабораторных информационных систем (LIS). В обоих случаях результаты одинаковы: используйте информацию для улучшения ухода и лечения пациентов.

Результаты также одинаковы: информационные продукты и обмен и использование. Входными данными являются нормативные и законодательные рамки — процедуры сбора данных ЭМИ для систем ЭМИ и процедуры лабораторной информационной системы для системы ЛИС.

Действия и процессы для каждой системы также немного отличаются. Возьмем пример вирусной нагрузки из предыдущего модуля. Отправка тестовых заказов в лабораторию будет подпадать под действия в системе EMR. В системе LIS активность будет входить в тест на вирусную нагрузку, назначенный клиницистом.

Видео: Собираем все вместе: логические модели (2 мин)

Пока у тебя отлично получается! Давайте соберем все воедино, посмотрев короткое видео о логических моделях.

Инструкции: Нажмите или коснитесь видео для воспроизведения.

Видео: Классификация систем – простая или сложная? (5 мин)

Затем посмотрите короткое видео, которое познакомит вас с классификацией систем и определением сложности данных.

Инструкции: Нажмите или коснитесь видео для воспроизведения. После просмотра короткого видео оцените свои знания, ответив на вопрос, указанный ниже.

---

Вопрос : На этой диаграмме показана простая или сложная система?

1. Простой
2. Сложный

Правильный ответ: B. Информация в этой системе течет в двух направлениях. Некоторые данные передаются в разные точки внутри системы. Поэтому на схеме показана сложная система.

Видео: Классификация систем – открытая или закрытая? (5 мин)

Продолжим разговор о классификации систем просмотром второго видео, где вы узнаете об открытых и закрытых системах.

Инструкции: Нажмите или коснитесь видео, чтобы воспроизвести его. После просмотра короткого видео оцените свои знания, ответив на вопрос, указанный ниже.

---

Вопрос : На этой диаграмме показана открытая или закрытая система?

1. Открыть
2. Закрыто

Правильный ответ: B. Это пример закрытой системы, поскольку показана только одна система. Никакие другие системы (например, лабораторная информационная система) не взаимодействуют с этой системой.

Видео: Классификация систем – стабильная или динамическая? (5 мин)

Как насчет стабильной или динамичной системы? Пожалуйста, посмотрите третье видео, в котором мы обсуждаем дополнительные классификации систем.

Инструкции: Нажмите или коснитесь видео для воспроизведения. После просмотра короткого видео оцените свои знания, ответив на вопрос, указанный ниже.

---

Вопрос : В 2008 году во многих странах была введена новая система погашения кредита. Эта услуга позволяла пользователям получать и погашать кредиты с помощью SMS-сообщений. В течение первого года пользователи начали использовать систему SMS для внесения и снятия средств со счета, хранящегося на их мобильных телефонах, перевода средств, оплаты счетов и других транзакций. Эти основные услуги в настоящее время регулярно используются миллионами клиентов. Является ли эта система стабильной или динамичной?

1. Стабильный
2. Динамический

Правильный ответ: А. После начального периода изменений система денежных переводов на основе SMS стала надежно предлагать базовый набор услуг для клиентов. Сейчас эта система стабильна.

Видео: Классификация систем – постоянная или временная? (5 мин)

Далее мы посмотрим еще одно видео и подумаем о классификации системы, постоянной или временной. После просмотра короткого видео у вас будет возможность проверить свои знания, ответив на вопрос, указанный под видео.

Инструкции: Нажмите или коснитесь видео для воспроизведения. После просмотра короткого видео оцените свои знания, ответив на вопрос, указанный ниже.

---

Вопрос : Является ли эта карта отслеживания Зика постоянной или временной?

1. Постоянный
2. Временный

Правильный ответ — B. Эта информационная система использовалась во время вспышки вируса Зика. Это не постоянная система.

Видео: Классификация систем — частная или публичная? (5 мин)

Теперь посмотрите короткое видео, в котором обсуждается классификация проприетарных и общедоступных систем. После просмотра короткого видео у вас будет возможность проверить свои знания, ответив на вопрос, указанный под видео.

Инструкции: Нажмите или коснитесь видео для воспроизведения. После просмотра короткого видео оцените свои знания, ответив на вопрос, указанный ниже.

---

Вопрос : В январе 2002 г. компания Capital Software Ltd разработала собственную систему электронной медицинской документации Integra для использования на двух объектах в Кении. Эти сайты не имеют исходного кода, вместо этого они полагаются на соглашение с Capital Software Ltd об обновлениях и поддержке. Это пример общественной системы.

1. Истинный
2. ЛОЖЬ

Правильный ответ — B. Сайты, выбравшие использовать Integra, должны подписать контракт с Capital Software Ltd и заплатить комиссию, чтобы получать обновления для системы. Capital Software LTD имеет права собственности на свою систему.

Чтение: типы программного обеспечения (15 мин)

Другой способ классификации систем заключается в том, как разрабатывается и проверяется программное обеспечение.

Инструкции: Нажмите или коснитесь кнопок ниже, чтобы открыть дополнительную информацию об этих различных типах программного обеспечения.

• Открытый код
• Бесплатное ПО
• Веб-интерфейс
• Бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом

Открытый исходный код

Открытый исходный код относится к процессу разработки любого вида программного обеспечения. В рамках этого процесса программный код и модули вносятся в программный проект многими разработчиками, часто совместно используемыми в сообществе с открытым исходным кодом. Сообщество OpenMRS является одним из примеров группы, использующей этот процесс.

Открытый исходный код — это также способ описания программного обеспечения, которое проходит экспертную оценку в рамках прозрачного процесса. Например, OpenMRS — это программное обеспечение системы электронных медицинских карт, созданное сообществом OpenMRS.

Программное обеспечение с открытым исходным кодом означает не только доступ к исходному коду. Он должен соответствовать определенным критериям:

• Бесплатное распространение
• Включает доступ к исходному коду
• Позволяет модификации
• Может ограничить распространение измененного кода
• Не допускается дискриминация лиц или групп
• Нельзя дискриминировать поля или усилия
• Права на распространение программы распространяются на все
• Лицензия не относится к продукту
• Лицензия не может ограничивать другое программное обеспечение
• Лицензия не зависит от технологий

Бесплатное ПО

Еще одним видом общедоступного программного обеспечения является бесплатное ПО. Бесплатное программное обеспечение может быть общедоступным программным обеспечением, программным обеспечением с открытым исходным кодом, разработанным через сообщество открытого исходного кода или одним разработчиком, который хочет свободно делиться разработанным программным обеспечением. Ключевая часть слова — «бесплатно». Хотя само программное обеспечение можно загрузить бесплатно, его использование может быть связано с другими расходами, такими как оплата ИТ-поддержки для его установки на компьютеры или оплата разработчиков для адаптации программного обеспечения к вашей системе и потребностям.

Firefox — один из примеров бесплатного программного обеспечения. Вы можете скачать и использовать его бесплатно.

Подумайте немного : знаете ли вы о программе медицинской информационной системы, которую можно использовать бесплатно?

Веб-системы

Еще один способ описать вашу систему — посмотреть, как она или ее информация становится доступной. В веб-системе пользователи получают доступ к данным через программное обеспечение, использующее веб-технологии (HTTP). Веб-приложения часто запускаются внутри веб-браузера и могут выполняться локально на одном компьютере, в локальной сети, не подключенной к Интернету, или через Интернет.

Бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом (FOSS)

Как вы видели, систему можно классифицировать по разным критериям: открытая или закрытая, проприетарная или общедоступная, постоянная или временная. Одна система может иметь несколько классификаций.

Например, бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом, или СОПО, не имеет лицензии или пользовательских сборов, и код может быть изменен программистом в зависимости от модели лицензии. FOSS, скорее всего, поддерживается государственными фондами, хотя некоторые из них поддерживаются частными организациями, такими как Oracle. Он разработан в сообществе заинтересованных проектировщиков и программистов информационных систем.

Викторина: Система классификации (5 мин)

Мы рассмотрели множество различных способов классификации системы. Давайте применим информацию, которую мы узнали, на практике с помощью короткой викторины. Прочитайте сценарий дела и ответьте на вопрос.

Малатка — это программное обеспечение информационной системы для управления информацией об инвентаризации оборудования. Персонал объекта вводит и просматривает данные через веб-браузер. Когда сотрудники на региональном и национальном уровне хотят просмотреть или запустить отчеты, они используют Firefox для запуска Malatka. Оно было разработано группой, особо заинтересованной в инвентаризации оборудования, и эта группа проверяет любые дополнения к программному обеспечению, внесенные другими разработчиками, чтобы убедиться, что оно работает хорошо. Малатка может быть свободно загружена всеми, кто заинтересован в использовании программного обеспечения.

Вопрос : Как бы вы классифицировали эту систему?

1. Бесплатный и с открытым исходным кодом
2. Собственный, открытый, с открытым исходным кодом, постоянный
3. Закрытый, бесплатный, открытый курс, постоянный
4. Бесплатный, открытый, с открытым исходным кодом, веб-интерфейс, постоянный

Правильный ответ: D. Программное обеспечение Malatka является бесплатным, открытым, с открытым исходным кодом, веб-интерфейсом и постоянным:

• Бесплатно : Malatka можно загрузить бесплатно.
• Открыть : Элементы за пределами учреждений, например, региональные или национальные правительственные учреждения, могут получить доступ к системе.
• Open Source : Malatka разработана группой разработчиков, которые используют процесс с открытым исходным кодом.
• Веб-интерфейс : Региональные и национальные правительства используют Интернет для доступа к системе и просмотра данных с объекта.
• Постоянный : Оборудование служит долго. Информационная система, которая отслеживает инвентаризацию и техническое обслуживание оборудования, используется в течение длительного времени.

Видео: Собираем все вместе — классификация систем (2 мин)

Ты отлично справляешься! Давайте соберем все вместе, посмотрев короткое видео о различных типах классификаций систем, которые мы обсуждали.

Инструкции: Нажмите или коснитесь видео для воспроизведения.

Упражнение: Сценарий дела ЕГО 1 (15 мин.)

Подумайте об информации, которой поделились с вами в разделе «Классификация систем», и заполните небольшой пример. Прочтите приведенный ниже сценарий, а затем ответьте на вопрос о сценарии. Если вам нужно вернуться к терминам, используемым в этом модуле, нажмите или коснитесь кнопки «Терминология».

• Открытые системы : взаимодействие с окружающей средой.
• Закрытые системы : не взаимодействуют с внешней средой.
• Веб-системы : получение информации из Интернета.
• Несетевые системы : не использовать веб-технологии.
• Постоянные системы : используются в течение длительного периода времени.
• Временные системы : устанавливаются на короткий период времени.
• Частные системы : принадлежат поставщику и обычно имеют плату за использование.
• Общедоступные системы : не принадлежат поставщикам; они создаются за счет государственных средств.

Случай Сценарий 1 : На национальном уровне д-р Обусо возглавляет техническую рабочую группу по системе медицинской информации по обзору нескольких различных систем электронных медицинских карт для использования во всех учреждениях округа Айо. Эта группа знает, что клиника Мерамита, наряду со многими другими учреждениями, расположена в труднодоступной сельской местности. Электричество и интернет не всегда доступны. Министерство здравоохранения сообщило д-ру Обузо, что финансирование информационной системы здравоохранения невелико.

Представьте, что вы на месте доктора Обузо. Какую классификацию систем вы могли бы порекомендовать группе? Переместите кружок вправо или влево на ползунке, чтобы выбрать вариант, который, по вашему мнению, лучше всего подходит для информационной системы здравоохранения доктора Обузо. Например, если вы считаете, что у них должна быть открытая система, сдвиньте красный кружок влево.

Инструкции : Используйте мышь или палец, чтобы перемещать красные круги влево и вправо на ползунке.

Упражнение: Сценарий дела HIS 2 (15 мин.)

Давайте завершим второй кейс по классификации систем. Прочтите приведенный ниже сценарий, а затем ответьте на вопрос о сценарии. Если вам нужно вернуться к терминам, используемым в этом модуле, нажмите или коснитесь кнопки «Терминология».

• Открытые системы : взаимодействие с окружающей средой.
• Закрытые системы : не взаимодействуют с внешней средой.
• Веб-системы : получение информации из Интернета.
• Несетевые системы : не использовать веб-технологии.
• Постоянные системы : используются в течение длительного периода времени.
• Временные системы : устанавливаются на короткий период времени.
• Частные системы : принадлежат поставщику и обычно имеют плату за использование.
• Общедоступные системы : не принадлежат поставщикам; они создаются за счет государственных средств.

Сценарий 2: Теперь представьте, что д-р Обусо и техническая рабочая группа по информационной системе здравоохранения дают рекомендации для столичного административного района. В этом регионе поликлиники обслуживают мобильное городское население, а также много крупных больниц. Не могли бы вы дать ту же рекомендацию, что и в отношении округа Айо?

Как и прежде, переместите кружок вправо или влево на ползунке, чтобы выбрать вариант, который, по вашему мнению, лучше всего подходит для медицинской информационной системы доктора Обузо. Например, если вы считаете, что у них должна быть открытая система, сдвиньте красный кружок влево.

Инструкции : Используйте мышь или палец, чтобы перемещать красные круги влево и вправо на ползунке.

Чтение: резюме (5 мин)

Поздравляем! Вы только что завершили этот модуль. Вы только что узнали о логических моделях, которые являются основой информационных систем здравоохранения. Логические модели имеют входы, действия или процессы, выходы и результаты. Вы также узнали о различных способах классификации систем: простые или сложные, открытые или закрытые, стабильные или динамические, постоянные или временные, проприетарные или общедоступные. Другие классификации включают открытый исходный код, бесплатное программное обеспечение и веб-приложения. Одна система может иметь несколько классификаций, как в случае программного сценария Малатка.