Микросхема или. Должны ли в ракетах использоваться только свободные программы?

Нужно ли требовать, чтобы SpaceX выпускала свободные программы для своих ракет. Как это соотносится со свободным ПО в бытовой технике и других устройствах. Стоит ли рассматривать запуск спутников как услугу или как продажу ракеты. Почему важна свобода программ в личных устройствах, но не обязательна в ракетах SpaceX.

Ключевые тезисы статьи о свободном ПО в ракетах

Статья Ричарда Столлмана рассматривает вопрос о необходимости использования свободного программного обеспечения в ракетах и других устройствах. Автор приводит следующие основные аргументы:

• Для бытовой техники (например, кондиционеров) важно, чтобы пользователь мог контролировать и изменять программы, если они предполагают обновление.
• Если программы в устройстве не меняются и взаимодействие ограничено простым протоколом, нет принципиальной разницы между программой и специализированной микросхемой.
• SpaceX не продает ракеты, а оказывает услуги по запуску, поэтому контроль над программами ракет должен принадлежать компании, а не клиентам.
• Для личных устройств и компьютеров важна свобода программ, чтобы пользователь мог контролировать свою вычислительную деятельность.
• Нужно различать услуги по запуску спутников и «услуги-замены программ», которые ограничивают свободу пользователей.

Свободное ПО в бытовой технике: за и против

Рассматривая вопрос о свободном ПО в бытовой технике, Столлман выделяет несколько ключевых моментов:

• Если программы в устройстве предполагают обновление, они должны быть свободными, чтобы пользователь мог их контролировать.
• Для устройств с фиксированным функционалом нет принципиальной разницы между программой и специализированной микросхемой.
• Важнее контролировать функционал устройства (например, возможность отключить слежку), чем иметь доступ к исходному коду программ.

Таким образом, необходимость свободного ПО в бытовой технике зависит от конкретного устройства и его функций.

Запуск спутников: услуга или продажа ракеты?

Автор проводит важное разграничение между продажей ракет и оказанием услуг по запуску:

• SpaceX не продает ракеты, а предоставляет услуги по запуску аппаратов.
• Клиенты SpaceX не управляют ракетами сами, это делает компания.
• Ситуация аналогична перевозке груза транспортной компанией — контроль над транспортным средством принадлежит перевозчику, а не клиенту.

Это разграничение важно для понимания, кому должен принадлежать контроль над программным обеспечением ракет.

Почему важна свобода программ в личных устройствах?

Столлман подчеркивает важность свободы программ в личных устройствах и компьютерах:

• Пользователь должен иметь контроль над своей вычислительной деятельностью.
• Важно иметь возможность изучать, изменять и распространять программы на своих устройствах.
• Это позволяет защититься от слежки и других нежелательных функций.

Автор предостерегает от «услуг-замен программ», которые ограничивают свободу пользователей, перенося контроль на серверы компаний.

Государственное финансирование и свободное ПО

В статье поднимается вопрос о связи государственного финансирования и необходимости выпуска свободного ПО:

• SpaceX получала значительную финансовую поддержку от правительства США.
• Автор считает, что условием такой поддержки должен быть выпуск программ ракеты под свободной лицензией.
• Это позволило бы обществу получить пользу от государственных инвестиций в виде доступа к технологиям.

Данный аргумент поднимает более широкий вопрос о том, как обеспечить общественную пользу от государственного финансирования частных компаний.

Проблемы вредоносного ПО в современных устройствах

Столлман обращает внимание на проблемы, связанные с вредоносным ПО в современных устройствах:

• Автомобили Tesla содержат программы для слежки и наблюдения, которые может изменять только компания.
• Подобные проблемы могут существовать и в ракетах SpaceX.
• Движение за право на ремонт борется за минимальные свободы пользователей, но встречает сопротивление производителей.

Эти примеры иллюстрируют более широкую проблему ограничения прав пользователей в современных устройствах.

Заключение: баланс между свободой пользователей и технологическим прогрессом

Статья Ричарда Столлмана поднимает важные вопросы о балансе между свободой программного обеспечения и технологическим прогрессом. Основные выводы:

• Необходимость свободного ПО зависит от типа устройства и его функций.
• Важно различать личные устройства и услуги, оказываемые компаниями.
• Государственное финансирование должно способствовать открытости технологий.
• Нужно бороться с тенденцией ограничения прав пользователей в современных устройствах.

Эти вопросы становятся все более актуальными по мере проникновения программного обеспечения во все сферы нашей жизни, от бытовой техники до космических технологий.

Микросхема 7453

7453

Описание

Микросхема 7453 (74H53) содержит логический элемент 4ИЛИ-НЕ с расширяющими входами. Входы этого элемента соединены с выходами четырех двухвходовых элементов И (серия 7453) или трех двухвходовых и одного трехвходового элементов И (серия 74H53).

Работа схемы

На выходе Q (серия 7453) формируется напряжение низкого уровня лишь в том случае, когда на входы А и В, или С и D, или Е и F, или G и Н подается напряжение высокого уровня.

Расширяющие входы микросхемы 7453 (74H53) должны оставаться открытыми, если они не используются.

Интегральная микросхема серии 74H53 содержит один логический элемент И с тремя входами, а также три логических элемента И с двумя входами.

В технической литературе эти логические микросхемы 74H53 иногда обозначаются как схемы AOI (И-ИЛИ с инвертированием). Такое обозначение не очень удачно, поскольку логический элемент ИЛИ и инвертор вместе образуют логический элемент ИЛИ-НЕ. Так как в данной схеме выход логического элемента ИЛИ не выведен отдельно, его выходной сигнал всегда инвертируется, то есть в каждом случае реализуется функция ИЛИ-НЕ.

Применение

Реализация логических функций И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

Производится следующая номенклатура микросхем: 7453, 74H53.

Технические данные

Тип микросхемы	7453
Время задержки прохождения сигнала, нс	10,5
Ток потребления, мА	5

Состояние микросхем 7453 Входы Выход A B C D E F G H Q 1 1 X X X X X X 0 X X 1 1 X X X X 0 X X X X 1 1 X X 0 X X X X X X 1 1 0 Все другие комбинации 1

Состояние микросхем 74H53 Входы Выход A B C D E F G H I Q 1 1 X X X X X X X 0 X X 1 1 X X X X X 0 X X X X 1 1 1 X X 0 X X X X X X X 1 1 0 Все другие комбинации 1

Справочник «Цифровые Интегральные Микросхемы»

Справочник «Цифровые Интегральные Микросхемы» [ Содержание ]

---

2.

4.2 Микросхемы типа ЛА, ЛИ

Чтобы рассмотреть схемотехнику, составим таблицу функций элементов И, И-НЕ для двух входов А и В (простейший вариант). Каждая переменная А и В моделируется электронным ключом, который можно замкнуть или разомкнуть. Если ключи соединены последовательно, то они работают согласно логике И: ток в цепи появится, если замкнуть оба ключа: и А и В. Если активными входными сигналами считать замыкание ключей А и В и назвать это событие логической 1, то, последовательно перебирая состояние этих ключей, составим таблицу входных и выходных данных для элементов И и И-НЕ.

Таблица состояний

Логический элемент	Входные переменные		Выходная функция
	А	B	И	НЕ-И
	0	0	0	1
	0	1	0	1
	1	0	0	1
	1	1	1	0

Рассмотрим способ реализации логической операции И-НЕ на элементах ТТЛ. На рис. 2.8, а приведена принципиальная схема двухвходового логического элемента И-НЕ.

Рис. 2.8.а. Принципиальная схема логического элемента.

Подавая от ключей S1 и S2 на входы А и В напряжение высокого В и низкого Н уровней, составим таблицу выходных уровней элемента.

Таблица состояний логического элемета

Вход		Выход Q(НЕ-И)	Вход		Выход Q(НЕ-И)
А	B		A	B
Н	Н	В	0	0	1
Н	В	В	0	1	1
В	Н	В	1	0	1
В	В	Н	1	1	0

Напряжение низкого уровня Н появляется на выходе Q, когда на обоих входах А и В присутствует высокое напряжение В. Условное графическое обозначение двухвходового логического элемента показано на рис 2.8, в

Рис 2.8.в. Условное обозначение элемента.

Среди простейших ИС ТТЛ преобладают элементы И, И-НЕ. Каждый из корпусов ИС типа ЛА и ЛИ содержит от двух до четырех логических элементов, а микросхемы ЛА2 и ЛА19 содержат по одному логическому элементу И-НЕ на восемь и двенадцать входов соответственно.

Цоколевки микросхем типа ЛА и ЛИ и их условные графические обозначения приведены на рис. 2.9, а основные параметры даны в табл. 2.3.

Рис 2.9. Условные обозначения и цоколевки микросхем ЛИ
Рис 2.9. Условные обозначения и цоколевки микросхем ЛА

Следует особо выделить группу микросхем, логические элементы которых имеют выходы с открытым коллектором (ЛА7…ЛА11, ЛА13. ЛА18), (ЛИ2, ЛИ4, ЛИ5). Схема двухвходового логического элемента И-НЕ с открытым коллектором показана на рис. 2.10, а.

Рис. 2.10а. Принципиальная схема логического элемента И-НЕ

Для формирования выходного перепада напряжения к выходу такого элемента необходимо подключить внешний нагрузочный резистор Rн. Такие микросхемы применяются для обслуживания сегментов индикаторов, зажигания ламп накаливания, светодиодов (рис. 2.10,б).

Рис. 2.10б. Схема подключения ламп накаливания и светодиодов

При необходимости в схемах можно использовать элемент ТТЛ с двухтактным выходом. Для некоторых микросхем с открытым коллекторным выходом (ЛА11) нагрузку можно подключать к более высоковольтному источнику питания (рис. 2.10,в).

Рис. 2.10в. Схема подключения нагрузки к высоковольтному источнику

Такое включение необходимо для зажигания газоразрядных и электролюминесцентных индикаторов. Выходы с открытого коллектора используют для подключения обмоток реле.

Выходы нескольких элементов с открытым коллектором можно присоединять к общей нагрузке Rн (рис. 2.10, г).

Рис. 2.10г. Схема подключения нескольких элементов к общей нагрузке

Такое подключение позволяет реализовать логическую функцию И, называемую «монтажное И». Схему (рис. 2.10. г) используют для расширения числа входов логического элемента.

Следует помнить, что двухтактные выходы ТТЛ нельзя соединять параллельно, это приводит к токовой перегрузке одного из элементов.

Многовходовые составные логические элементы с открытым коллектором и общим сопротивлением нагрузки Rн реализуются наиболее просто, однако они не позволяют получить предельное быстродействие. Более лучший способ увеличения числа входов осуществляется с помощью специальной микросхемы-расширителя, имеющей дополнительные выводы коллектора и эмиттера фазоразделительного каскада VT2 (рис. 2.11). Одноименные вспомогательные выводы нескольких таких элементов можно объединять.

Рис. 2.11а. Принципиальная схема 2И-НЕ с дополнительными выводами коллектора и эмиттера.

Рис. 2.11б. Условное обозначение расширителя и способ соединения нескольких микросхем.

Микросхема К531ЛА16 (магистральный усилитель) может передавать данные в линию с сопротивлением 50 Ом.

Микросхемы ЛА17, ЛА19 — это логические элементы И-НЕ с тремя состояниями на выходе, т. е. они имеют дополнительный вход /ЕО (Enable output), дающий разрешение по выходу. На рис. 2.12 показана схема элемента, который имеет третье выходное состояние Z, когда выход размыкается.

Рис. 2.12. Принципиальная схема логического элемента с тремя состояниями на выходе.

Для этой цели в схему стандартного сложного инвертора ТТЛ вводится дополнительный инвертор DDI и диод VD2. Если на этот вход /ЕО подать от переключателя S1 напряжение высокого уровня — 1, то выходное напряжение инвертора DD1 станет низким, т. е. катод диода VD2 будет практически соединен с корпусом. Из-за этого коллектор транзистора VT2 будет иметь нулевой потенциал, т. е. транзистор VT2 будет закрыт. Транзисторы VT3 и VT4 будут находиться в режиме отсечки, т. е. оба закрыты. Следовательно, выходной вывод как бы «висит» в воздухе, микросхема переходит в состояние Z с очень большим выходным сопротивлением. Если на вход ЕО подается разрешающий низкий уровень — О, то логический элемент И-НЕ работает как в обычном режиме.

Таблица состояний логического элемента.

	Вход		Выход
	/EO	I	/Y
	0	0 1	1 0
	1	0 1	Z

Такие логические элементы разработаны специально для обслуживания проводника шины данных. Если к такому проводнику присоединить много выходов, находящихся в состоянии Z, то они не будут влиять друг на друга. Активным передающим сигналом должен быть лишь один логический элемент, только от его выхода в проводник шины данных будет поступать информация. Следовательно, соединенные вместе выходы не должны быть одновременно активными.

Чтобы сигналом разрешения (низкий уревень — О) , подаваемым на вход /EO, подключался к проводнику выход только одного логического элемента, необходимо предусмотреть дополнительный (защитный) временной интервал, т. е. переключать входы /ЕО различных элементов с паузой. Сигналы разрешения, даваемые выходам разных элементов, не должны перекрываться.

Микросхема К531ЛА19-это 12-входовый логический элемент И-НЕ с дополнительным инверсным входом /ЕО. Сигнал появится на его выходе, если на вход /ЕО подано напряжение низкого уровня — О. Выход логического элемента перейдет в разомкнутое состояние Z, если на вход /ЕО подается напряжение высокого уровня. В состоянии Z элемент потребляет ток Iпот.z=25 мА. Время задержки перехода выхода к разомкнутому состоянию tзд.1z= 16 нс, время задержки перехода выхода tзд.0z= 12 нс (от напряжения низкого выходного уровня), при условии, что Сн = 15 пФ [1].

---

Справочник «Цифровые Интегральные Микросхемы»

Справочник «Цифровые Интегральные Микросхемы» [ Содержание ]

---

2.

4.3 Микросхемы типа ЛЕ, ЛЛ

Как отмечалось в предыдущем разделе, функцию ИЛИ-НЕ можно реализовать с помощью логического элемента И-НЕ (рис. 2.8.а), переименовав его логические уровни (такой способ непрактичен) или применив специальную ИС ИЛИ-НЕ (рис. 2.13.а), где напряжение низкого уровня Н соответствует логическому нулю, а напряжение высокого уровня В-логической единице. т. е. как и в ранее приводимых ИС.

Рис. 2.13а. Принципиальная схема логического элемента

В таких элементах ТТЛ используются не один, а два многоэмиттерных транзистора VT1, VT4 и параллельное соединение двух транзисторов в фазоразделительном каскаде (VT2, VT3). Для получения инверсии добавлен обычный выходной каскад с транзистором-повторителем VT5 и ключевым транзистором VT6. Условное обозначение элемента ИЛИ-НЕ и таблица состояний для двухвходового элемента приведены в табл. 2.13,б.

Таблица состояний

Логический элемент	Вход		Выход
	А	B	Q(/ИЛИ)
	0	0	1
	0	1	0
	1	0	0
	1	1	0

На рис. 2.14 приведена наиболее распространенная типовая схема логического элемента ИЛИ-НЕ на два входа.

Рис. 2.14. Типовая принципиальная схема элемента 2ИЛИ-НЕ

Каждый из корпусов ИС типа ЛЕ, ЛЛ содержит от двух до четырех логических элементов.

Цоколевки микросхем типа ЛЕ и ЛЛ н их условные графические обозначения даны на рис. 2.15, а основные параметры приведены в табл. 2.4.

Рис. 2.15. Условные обозначения и цоколевки микросхем типа ЛЕ и ЛЛ

Микросхема ЛЛ1 содержит четыре двухвходовых элемента ИЛИ, а ЛЛ2 — два двухвходовых элемента ИЛИ с мощным открытым коллекторным выходом.

Микросхемы ЛЕ2, ЛЕЗ имеют для каждого четырехвходового элемента вход разрешения EI (Enable input), а один из элементов ЛЕ2 имеет, кроме того, выводы расширения числа входов Р и /Р. Во время действия команды ЕI разрешается (или запрещается) прием сигнала по входу логического элемента. Для подачи такой команды на микросхему необходимо предусмотреть дополнительный вывод разрешения по входу EI. Если по этому входу запрещается прием сигналов, то он обозначается как инверсный /EI.

На рис. 2.16 показана схема организации входа разрешения, управляемого инверсной командой. Транзисторы VT1 и VT4 имеют дополнительные, объединенные эмиттеры, образующие вход /EI.

Рис. 2.11а. Принципиальная схема логического элемента с дополнительным входом разрешения EI

Если на этот вход /EI подать напряжение низкого уровня Н, то входные токи транзисторов VT1 и VT4 через переключатель S1 будут замыкаться на корпус. Поэтому основные входы А и В не смогут принять никакую комбинацию сигналов высокого и низкого уровней. На выходе Q будет зафиксировано напряжение высокого уровня независимо от уровней сигналов на входах А и В. Если на вход разрешения /EI подать сигнал высокого уровня В, то прохождение сигналов со входов А и В будет разрешено. Если входы А и В обьединить и подать на них последовательность импульсов, то на выходе Q она появится в инверсной форме.

Таблица состояний логического элемента.

	Вход		Выход
	/EI	A, B	/Q
	1	0 1	1 0
	0	0 1	1

Среди логических элементов ИЛИ-НЕ имеются два буферных с мощными выходами — ЛЕ5, ЛЕ6. Для них допустимый ток нагрузки порядка 70 мА.

---

Микросхема ИЛИ-НЕ 7402. OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Микросхема ИЛИ-НЕ 7402

Микросхема, содержащая единственную логическую схему ИЛИ-НЕ, показана на рис. 9.26. Напряжения на двух входах А и В показаны как последовательности импульсов различной длительности с амплитудой 1 В. Схема ИЛИ-НЕ вводится с помощью вызова подпрограммы (командой X) в которой узлы 1, 2 и 3 относятся ко входам А и В и выходу Y соответственно. При вызове подпрограммы устройство называется 7402. Окончательный вид входного файла:

Digital Circuit Using NOR gate

VCC 4 0 5V

X 1 2 3 7402

V1 1 0 PWL(Сs 0V 0.1ms 1V 1s 1V 1.0001s 0V

+2s 0V 2.0001s 1V 3s 1V 3.0001s 0V 4s 0V 4.0001s 1V 5s

+1V)

V2 2 С PWL(0s 0V 1.5s 0V 1,50001s 1V 2.5s 1V 2.50001s 0V

+3.5s 0V 3.50001s 1V 3.7s 1V 3.70001s 0V 5s 0V)

R 4 3 100k

.lib eval.lib

.tran 0.01ms 5s

.probe

.end

Рис. 9.26. Схема ИЛИ-НЕ с двумя входами

В приложении Е можно найти описание модели

.subckt 7402 А В Y …

в котором показана вся подпрограмма. Ее не нужно включать во входной файл, достаточно ссылки на библиотеку EVAL.LIB, которая содержит всю необходимую информацию. В Probe получите напряжения v(1) и v(2), отображающие входные сигналы A и B, и напряжение v(3), отображающее выходной сигнал Y. Ваши результаты должны соответствовать приведенным на рис. 9.27, который показывает сигналы в виде трех отдельных графиков. В совокупности они просто представляют собой диаграмму синхронизации для нашей логической схемы.

Рис. 9.27. Входное и выходное напряжения в схеме ИЛИ-НЕ 

В распечатке выходного файла (рис. 9.28) показана только часть общего файла. Распечатка параметров модели была опущена, чтобы сэкономить место. Обратите внимание, что аналого-цифровые команды реализуются в форме вызова подпрограмм, автоматически генерируемых подпрограммой 7402. Они имеются для каждого из трех узлов ИЛИ-НЕ. Команды для источника питания цифровой схемы также генерируются автоматически. Обратите внимание на листинг $G_DPWR=5 V наряду с другими узловыми напряжениями.

Digital Circuit Using NOR gate

VCC 4 0 5 V X 1 2 3 7402

V1 1 0 PWL(0s 0V 0. 1ms 1V 1s 1V 1.0001s 0V

+2s 0V 2.0001s 1V 3s 1V 3,0001s 0V 4s 0V 4.0001s 1V 5s 1V)

V2 2 0 PWL (0s 0V 1.5s 0V 1.50001s 1V 2.5s 1V 2.50001s 0V

+3.5s 0V 3,50001s 1V 3.7s 1V 3.70001s 0V 5s 0V)

R 4 3 100k

.opt nopage

.lib eval.lib

.trail 0.01ms 5s

.probe

.end

**** Generated AtoD and DtoA Interfaces ****

* Analog/Digital interface for node 3

* Moving X.U1:OUT1 from analog node 3 to new digital node 3$DtoA

X$3_DtoA1

+ 3$DtoA

+ 3

+ $G DPWR

+ $G_DGND

+ DtoA_STD

+ PARAMS: DRVH= 96.4 DRVL= 104 CAPACITANCE= 0

*

* Analog/Digital interface for node 1

* Moving X.U1:IN1 from analog node 1 to new digital node 1$AtoD

X$1_AtoD1

+ 1

+ 1$AtoD

+ $G_DPWR

+ $G_DGND

+ AtoD_STD

+ PARAMS: CAPACITANCE= 0

* * Analog/Digital interface for node 2

* Moving X.U1:IN2 from analog node 2 to new digital node 2$AtoD

X$2_AtoD1

+ 2

+ 2$AtoD

+ $G_DPWR

+ $G_DGND

+ AtoD_STD

+  PARAMS: CAPACITANCE= 0

* Analog/Digital interface power supply subcircuits X$DIGIFPWR 0 DIGIFPWR

**** Diode MODEL PARAMETERS

**** BJT MODEL PARAMETERS

**** Digital Input MODEL PARAMETERS

**** Digital Output MODEL PARAMETERS

**** Digital Gate MODEL PARAMETERS

**** Digital IO MODEL PARAMETERS

**** INITIAL TRANSIENT SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 0.0000  ( 2) 0.0000  ( 3) 3.5028  ( 4) 5.0000

($G_DGND)    0.0000 ($G_DPWR)    5.0000

(X$1_AtoD1.1) .0915 (X$1_AtoD1.2) .0457

(X$1_AtoD1.3) .8277 (X$2_AtoD1.1) .0915

(X$2_AtoD1.2) .0457 (X$2_AtoD1.3) .8277

DGTL NODE : STATE DGTL NODE : STATE DGTL NODE : STATE DGTL NODE : STATE

( 2$AtoD) : 0     ( 3$DtoA) : 1     ( 1$AtoD) : 0

Рис. 9.28. Выходной файл при анализе схемы ИЛИ-НЕ

В качестве упражнения измените сигналы синхронизации для двух входов так, чтобы они создали области совпадения, отличные от уже использованных, и выполните моделирование снова. Опираясь на ваши теоретические сведения о работе схемы ИЛИ-НЕ, проверьте результаты.

В заключение замените схему 7402 на логическую схему И 7408 и проведите аналогичный анализ.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

УМЗЧ — лампы, микросхемы или транзисторы?

   Статья приготовлена для оценки традиционных методов построения усилителей звуковой частоты. Мы с вами знаем, что усилители мощности в основном можно построить на лампах, на микросхемах или на транзисторах, в отдельных случаях гибридные, но основными компонентами любых видов усилителей будут именно лампа, микросхема или транзистор. Давайте поговорим о каждом из них отдельно, расценим достоинства и недостатки, качество и затраты.

   Пожалуй смаым традиционным для сборки УМЗЧ из указанных является микросхема. Очень часто радиолюбители конструируют свои усилители на микросхемной основе. Микросхема — готовый блок усилителя мощности со всеми удобствами — защитой от перегрева, статики, переплюсовки питания, защита от КЗ выхода с шиной, от перегрева и т.п. Внутри микросхемы собран транзисторный усилитель, нужно только запаять пару комплектующих деталей к выводам микросхемы и усилитель готов. Есть микросхемы, в которых это количество сведено к минимуму (1-2 детали). 

   Микросхем в современном рынке море, на самые разные потребности. Благодаря быстрому развитию техники сейчас можно найти микросхемы с мощностью от долей ватта до сотен ват, в отдельных случаях до нескольких киловатт, но как право микросхемы повышенной мощности достаточно дефицитны и дороги, но взамен сотни тысяч микросхем -знаменитые TDA — они как правило самые часто повторяемые, дешевые и обладают достаточно хорошими характеристиками.

   Для постройки усилителя мощности на 100 ватт, самым дешевым вариантом является микросхема серии TDA7294/93 — стоит 3 доллара. Микросхемный звук стоит на ровне с транзисторным, имеет качественное звучание, малое количество комплектующих компонентов, следовательно простую конструкцию. Также весьма выгодная цена, высокие показатели, возможность широкого выбора. В следующшей части мы поговорим о транзисторных усилителях.

Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

Должны ли в ракетах быть только свободные программы? Свободные программы и бытовая техника

Это перевод страницы, написанной на английском языке.

Должны ли в ракетах быть только свободные программы? Свободные программы и бытовая техника

Ричард Столмен

Могла бы быть ракета полностью на свободных программах? Следует ли нам требовать, чтобы в SpaceX освобождали программы в своих ракетах-носителях? Я не думаю, что меня спрашивали об этом всерьез, но ответ на этот вопрос может осветить сходные проблемы разного рода изделий, которые люди покупают в реальной жизни.

Насколько я знаю, программы как таковые не способны создавать тягу. Ракета по необходимости является принципиально физическим устройством, так что она не может буквально быть свободной программой. Но в ее состав могут входить компьютеризованные системы управления и телеметрии, а тем самым и программы.

Если бы кто-то предложил продать мне ракету, я относился бы к ней как к любой другой технике. Рассмотрим, к примеру, кондиционер. Если он содержит программы, которые будут изменяться, то все программы в нем должны быть свободны, и я сам должен быть вправе решать, вносить ли какое-то изменение. Однако если программы в нем никогда не предполагается менять и он общается только по ограниченному протоколу, такому как кнопки на панели управления, пульт дистанционного управления, протокол USB с фиксированным набором команд, то я бы не считал жизненно важным знать, что̀ находится внутри кондиционера: содержит он специализированную микросхему или процессор, выполняющий программу,— я как пользователь непосредственно различий не вижу. Если он и содержит программу, ее с таким же успехом могла бы заменить специализированная микросхема, так что мне все равно, как именно это реализовано.

Я возражал бы, если бы этот кондиционер отправлял кому-то сведения о моей деятельности, независимо от того, как это реализовано. Опять-таки, нет непосредственной разницы, специализированная это микросхема или специализированная программа. Свободные программы в нем могли бы дать мне способ отключить слежку, но это не единственный способ. Другой способ — отсоединить или отключить его антенны цифровой связи.

Если ракета содержит программы, выпуск их в качестве свободных мог бы быть вкладом в сообщество и мы высоко ценили бы этот вклад, но это уже другая тема. Такой выпуск делает также возможным для людей, купивших эти ракеты, работать над улучшением программ в них, хотя необратимая природа многих сбоев в ракетах может отбить охоту копаться в них.

Читатели обратили внимание, что SpaceX получала важную финансовую поддержку со стороны правительства США для разработки своих ракет. По-хорошему, условием этой поддержки должен быть выпуск компанией SpaceX программ ракеты под свободной лицензией, даже если она применяет эти программы только внутри своих собственных ракет.

По опыту автомобилей Tesla, которые битком набиты вредоносными программами слежки и наблюдения — эти программы может изменять компания Tesla, но не владелец — я предполагаю, что в ракетах SpaceX это тоже есть. Если когда-нибудь ракеты будут продавать, как сегодня автомобили и трактора, программы в них были бы несправедливы, они, вероятно, были бы вредоносны. Если бы измененные программы мог устанавливать производитель, но не владелец, это тоже было бы несправедливо. Это начинают признавать: возьмем, к примеру, движение за право ремонта, которое борется только за начало этих свобод (гораздо меньше, чем освобождение программ автомобиля) и тем не менее встречает жесткий отпор.

Однако, по-моему, SpaceX ракеты не продает; по-моему, компания предоставляет услуги по запуску аппаратов на своих ракетах. Это полностью меняет дело: если вы клиент, вы не ведете ракету; это делает SpaceX.

Ракета, которой пользуется компания SpaceX,— это не то же, что ваш собственный автомобиль или грузовик, или даже автомобиль или грузовик, сданный вам в прокат. Это сравнимо с грузовиком трансагентства, в котором в настоящий момент транспортируются ваши книги или мебель по указанному вами назначению. Контроля над программами в таком грузовике заслуживает трансагентство, а не текущий клиент.

Есть смысл рассматривать работу по перевозке ваших вещей в открытое море или в открытый космос как услугу, потому что она в основном самостоятельна и в основном независима от клиента (“в основном” не значит “абсолютно” или “на 100%”), так что инструкции по работе просты (доставить эти ящики по адресу А к сроку С).

Если SpaceX выпустила бы программы ракет под свободной лицензией, это дало бы вам право делать, применять и распространять измененные версии, но не дало бы вам права изменять программы, работающие в ракете SpaceX.

Но есть вид деятельности, которым гипотетический космический аппарат будущего мог бы заниматься и который никогда не должен рассматриваться как услуга: частная вычислительная деятельность. Дело в том, что частная вычислительная деятельность — это в точности то, что вы могли бы свободно делать на своем собственном компьютере, когда есть подходящие свободные программы.

Когда задача программы — проводить для вас вычисления, вы вправе требовать контроля над тем, что̀ она делает и как, а не только того, чтобы она подчинялась вашим приказам так, как она их понимает. Другими словами, вы вправе пользоваться своей собственной копией свободной программы, работающей на компьютере под вашим контролем.

Не удивительно, что есть компании, которые хотели бы, чтобы вы уступили им контроль над своей вычислительной деятельностью, помечая эту деятельность как “услуги”, выполняемые на их серверах программами, которые они контролируют. Даже такие вещи, которыми пользователь управляет в самых мелочах, как редактирование текста! По этой схеме вас заставляют заменить их властью вашу свободу. Мы называем это “услугой-заменой программ” (см. “Кого на самом деле обслуживает сервер?”), и мы отвергаем это.

Например, представьте себе гипотетический “интеллектуальный космический корабль” компании SpaceX, который в качестве “услуги” желает знать все о вашем предприятии, чтобы серверы SpaceX могли решать за вас, какие грузы покупать и продавать на каких планетах. Такая услуга планирования была бы услугой-заменой программ — следовательно, медвежьей услугой. Вместо пользования ею вам следует проводить это планирование с помощью своей копии свободной программы на своем собственном компьютере.

Тогда SpaceX и другие могли бы правомерно предлагать вам невычислительную услугу транспортировки грузов, а вы могли бы иногда ею пользоваться; или вы могли бы выбрать какой-то другой метод, например, купить космический корабль и работать на нем самим.

Микросхемы

Ксения Рыкова для ПостНауки

Микросхема, или чипы, — электронное вычислительное устройство, которое обрабатывает информацию, выраженную в единицах и нулях. Чипы работают на основе транзисторов — радиоэлектронных полупроводниковых элементов, которые управляют входящим электротоком. Главный элемент транзистора — p-n-переход (от англ. positive — положительный и negative — отрицательный): в нем соприкасаются полупроводники с противоположными типами проводимости.

В одной микросхеме умещается до миллиарда транзисторов, и это дает большие вычислительные мощности. На базе микросхем созданы современные компьютеры и умная электроника.

Принцип работы и устройство микросхемы

Основа смартфонов и ноутбуков — это монокристаллический кремний. На нем инженеры формируют микросхемы из электронных компонентов: резисторов, транзисторов и конденсаторов. Чтобы избежать помех, микросхеме нужен диэлектрик для изоляции транзисторов друг от друга и металлические развязки-проводники для соединения. Транзистор преобразует входной ток и передает простейшую информацию в виде единиц и нулей. Ими оперирует булева алгебра для базовых логических функций: отрицания, тождества, сложения и пересечения.

Регистры настраиваются под каждую логическую функцию, а после объединяются в единую схему — процессор или микроконтроллер. Они выполняют вычислительное действие. В современных микросхемах на один кристалл кремния миллиарды транзисторов, поэтому настраивает и размещает их компьютер, а не человек.

Производство микросхем

Кристаллы для микросхем выращивают по методу Чохральского: в расплав кремния помещается небольшой кусочек кремния, затем его медленно вращают, и он начинает вытягиваться и застывать. В итоге получается цилиндр монокристаллического кремния, его нарезают на несколько пластин. В кремний добавляют атомы различных элементов (мышьяк, фосфор, бор), формируя базовый элемент транзистора — p-n-переход. Пленка из оксида кремния изолирует транзисторы, а металлические развязки соединяют их между собой.

После этого в корпусе DIP (dual-in-line-package — прямоугольный корпус с двумя рядами контактов по бокам) кристалл соединяют с входами и выходами микросхемы. Как только кристалл распаян, то есть на нем появились контактные площадки, к ним приваривается проволочка и соединяется с ножками DIP. Затем микросхему помещают в корпус из эпоксида или пластика. При этом кристалл стоит поместить на медную или золотую подложку для отвода тепла: через микросхему в секунду проходит большой объем энергии, и нужна система охлаждения.

Микросхемы в основном делают на монокристаллах кремния, сырья для которого на планете очень много. Но есть и альтернативные материалы: сапфир, углерод, арсенид галлия, германий. Микросхемы на монокристалле сапфира отличаются тем, что их можно использовать в силовой электронике, когда в ход идут большие токи. Из-за этого их часто применяют в оборонных технологиях. Микросхемы из германия больше устойчивы к низким температурам, а галлиевые устройства подходят для работы с сигналами высоких частот (в диапазоне от гигагерца и выше) — в мобильной связи и Wi-Fi.

В качестве одной из альтернатив кремнию рассматривается углерод. У него есть три фазы: полупроводниковый карбин, проводящий графит и диэлектрик — алмаз, который можно использовать как полупроводник. Микросхемы на основе углерода позволят работать в широком температурном диапазоне. В устройствах на углеродных нанотрубках отсутствует p-n-переход, а его повреждение — частая причина поломки микросхемы.

Отдельный интерес представляют гибридные интегральные схемы — электронный компонент с элементом в виде сверхпроводника. Сверхпроводник позволяет избавиться от омических потерь — перехода энергии тока в тепловую энергию — и увеличить энергоэффективность. Благодаря этому тратится меньше энергии на единицу обработанной информации. На сверхпроводниках основан SQUID (Superconducting Quantum Interference Device — сверхпроводящий квантовый интерферометр) — магнитометр, который может измерять слабые магнитные поля.

Производство микросхем требует особых норм безопасности, соблюдение которых чрезвычайно важно. Для обработки кремния используется плавиковая кислота — она обжигает нервные окончания и растворяет кости. При фотолитографии используются канцерогенные растворители и добавки — они раздражают слизистую оболочку и кожу.

Когда микросхемы утилизируют, из них необходимо выделить драгоценные металлы — в основном золото, но также серебро или платину и так далее. Этот процесс также требует соблюдения норм экологической безопасности.

Параметры микросхемы

Главная задача микросхемы — быстрая и правильная обработка информации. Это зависит от нескольких параметров.

Один из них — это тактовая частота работы. Внутри чипа один транзистор может отличаться от другого, поэтому их нужно синхронизировать. Для этого используется кварц в качестве генератора частоты. Относительно него вся информация передается с заданной частотой такта. Чем чаще частота, тем больше передается информации. Быстродействие всей системы определяет и резистивная емкостная нагрузка элемента — это не только число транзисторов, но и проводимость их каналов.

Применение микросхем

Микросхемы выполняют вычислительные функции. Они интерпретируют и обрабатывают информацию, которая сводится к единицам и нулям и выражается булевой алгеброй. Из микросхем создаются разные устройства — от датчиков движения до средств машинного зрения и умных пылесосов.

До массового распространения микросхем распылители жидкости или газа в автомобиле были механическими. Форсунка настраивалась так, чтобы бензин впрыскивался в определенный промежуток времени. Сейчас инжекторы снабжены микроконтроллером, который управляет топливными клапанами — регулирует расход горючего.
Микросхемы используют в датчиках влажности воздуха на основе оксида олова. Например, конденсатор, в котором в качестве диэлектрика используется пористый оксид олова, меняет свою емкость, если в него попадает вода. Рядом с конденсатором присутствует интегральная схема, которая анализирует емкость и определяет значение влажности.

Поломки микросхем

Наиболее уязвимая часть микросхемы — это p-n-переход, основная часть транзистора. Между p- и n-областями образуется переходный слой, в котором нет свободных носителей заряда. Если в эту решетку попадает высокоэнергетическая частица — квант от солнца или иной звезды, — то она вносит носителей заряда, и появляется дополнительный ток носителей заряда. В итоге это может нарушить работу логической цепи или разрушить ее.

Из-за этой особенности для военных нужд долгое время использовали вычислительные машины на вакуумных лампах. Транзисторный приемник выйдет из строя при ядерном взрыве от высокоэнергетичных квантов, даже если устройство находилось далеко от эпицентра, а приемник на лампах продолжит работать.

P-n-переход в микросхемах может разрушаться и по естественным причинам. Когда чип работает, выделяется тепло, причем в больших количествах. Ускоряется диффузия (взаимопроникновение атомов веществ) элементов металлических соединений и примеси, с помощью которой по отдельности формировались p- и n-переходы. В итоге p-n-переход исчезает.

Будущее микросхем

Главный вопрос будущего микросхем — что будет, когда перестанет работать закон Мура. Основатель Intel Гордон Мур вычислил, что количество транзисторов на монокристалле удваивается каждые 24 месяца. Это происходит благодаря уменьшению самих транзисторов, однако у этого процесса есть предел, который рано или поздно наступит.

В производстве центральных процессоров есть ограничения. Согласно закону Джина Амдала, общая вычислительная мощность растет, если распределять задачи между ядрами процессора. Практическое применение закона — создание многоядерных процессоров — позволило совершить рывок в микроэлектронике 10 лет назад, когда Intel представила двухъядерный процессор Core Duo. Но этот же закон вводит ограничения на рост производительности от распределения по ядрам.

Дата-центрам, серверам, суперкомпьютерам требуется много энергии на единицу переработанной информации, поэтому сокращение энергозатрат, в том числе и на охлаждение, — задача будущего микросхемотехники.

Определение микросхемы Merriam-Webster

mi · cro · cir · cuit | \ ˈMī-krō-ˌsər-kət \

Определение микросхемы

Подскажите.

.. Что такое гибридная интегральная схема? — ES Components

A гибридная интегральная схема , HIC , гибридная микросхема или просто гибридная — это миниатюрная электронная схема, состоящая из отдельных устройств, таких как полупроводниковые устройства (например, транзисторы и диоды) и пассивные компоненты ( например, резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы), прикрепленные к подложке или печатной плате (PCB). Гибридные схемы часто залиты эпоксидной смолой, как показано на фото.Гибридная схема служит компонентом на печатной плате так же, как монолитная интегральная схема; разница между этими двумя типами устройств заключается в том, как они сконструированы и изготовлены.

Толстопленочная технология часто используется в качестве соединительной среды для гибридных интегральных схем. Использование межсоединения из толстой пленки с трафаретной печатью обеспечивает преимущества универсальности по сравнению с тонкой пленкой, хотя размеры элементов могут быть больше, а нанесенные резисторы — с более широким допуском. Многослойная толстая пленка — это метод для дальнейшего улучшения интеграции с использованием изолирующего диэлектрика с трафаретной печатью, чтобы соединения между слоями выполнялись только там, где это необходимо.Одним из ключевых преимуществ для разработчика схем является полная свобода выбора номинала резистора в толстопленочной технологии. Планарные резисторы также печатаются методом трафаретной печати и включены в конструкцию толстопленочных межсоединений. Состав и размеры резисторов могут быть выбраны для получения желаемых значений. Конечное значение резистора определяется конструкцией и может регулироваться лазерной подстройкой. После того, как гибридная схема полностью заполнена компонентами, точная настройка перед окончательным испытанием может быть достигнута с помощью активной лазерной подстройки.
Некоторые современные технологии гибридных схем, такие как гибриды LTCC-подложки, позволяют встраивать компоненты в слои многослойной подложки в дополнение к компонентам, размещенным на поверхности подложки. Эта технология позволяет создать схему, которая до некоторой степени является трехмерной.

Преимущества гибридных схем

• Могут использоваться компоненты, которые не могут быть включены в монолитную ИС, например, конденсаторы большой емкости, компоненты намотки, кристаллы, катушки индуктивности .

• Разработчик схем имеет полную свободу в выборе номинала резистора в толстопленочной технологии.

• Состав и размеры резисторов могут быть выбраны для получения желаемых значений.

• Окончательное значение резистора определяется конструкцией и может быть скорректировано с помощью лазерной подстройки.

• Точная настройка перед финальным испытанием может быть достигнута с помощью активной лазерной подстройки.

• Некоторые современные технологии гибридных схем, такие как гибриды LTCC-подложка, позволяют встраивать компоненты в слои многослойной подложки в дополнение к компонентам, размещенным на поверхности подложки.

Микросхемы | MIT Press

Ведущие нейробиологи обсуждают функцию микросхем, функциональных модулей, которые действуют как элементарные процессоры, соединяющие отдельные клетки с системами и поведением.

Микросхемы, функциональные модули, которые действуют как элементарные блоки обработки, соединяющие отдельные клетки с системами и поведением, могут обеспечить связь между нейронами и глобальной функцией мозга. Микросхемы предназначены для выполнения определенных функций; Примеры этих функциональных модулей включают корковые столбы в сенсорных кортиках, клубочки в обонятельных системах насекомых и позвоночных, а также сети, генерирующие различные аспекты моторного поведения. В этом томе Dahlem Workshop ведущие нейробиологи обсуждают, как микросхемы работают для объединения уровней отдельных клеток и систем, и сравнивают внутреннюю функцию микросхем с их подтипами ионных каналов, связностью и рецепторами, чтобы понять принципы конструкции и функции микросхем. .

Главы охватывают четыре основных области исследования микросхем: двигательные системы, включая локомоцию, дыхание и саккадические движения глаз; полосатое тело, самая большая входная станция базальных ганглиев; обонятельные системы и нервная организация клубочков; и неокортекс. За каждой главой следует групповой отчет — совместное обсуждение старших ученых.

авторов Лидия Алонсо-Нанкларес, Хагай Бергман, Мария Блатоу, Дж.Поль Болам, Ансгар Бюшгес, Антонио Капути, Жан-Пьер Шанжукс, Хавьер ДеФелипе, Карстен Дюш, Поль Файнштейн, Стюарт Файрстайн, Ив Френьяк, Райнер В. Фридрих, К. Джованни Галиция, Анн М. Грейбил, Чарльз А. Грир, Стен Грилнер, Тадаши Иса, Оле Кин, Минору Кимура, Андерс Лансер, Жиль Лоран, Пьер-Мари Льедо, Вольфганг Маасс, Генри Маркрам, Дэвид А. Маккормик, Кристоф М. Мишель, Питер Момбертс, Ханна Моньер, Ханс-Иоахим Пфлюгер, Дитмар Plenz, Diethelm W. Richter, Silke Sachse, H.Себастьян Сеунг, Кейт Т. Силлар, Джеффри С. Смит, Дэвид Л. Спаркс, Д. Джеймс Сурмайер, Эёрс Сзатмари, Джеймс М. Теппер, Джефф Р. Виккенс, Рафаэль Юсте

Справочник по технологии гибридных микросхем

— 2-е издание

У

есть собственная консалтинговая фирма AvanTeco, специализирующаяся на материалах и процессах для электроники. Он имеет степень бакалавра химии в Фордхэмском университете и докторскую степень по химии в Принстонском университете, где он был старшим научным сотрудником DuPont.Его области знаний включают материалы и процессы для электронных приложений, в первую очередь для систем высокой надежности, гибридных микросхем, печатных схем и других технологий межкомпонентной упаковки. Он является экспертом в области полимерных материалов, включая клеи, покрытия, герметики, изоляцию, надежность, основанную на режимах и механизмах отказов. Доктор Ликари имеет сорокалетнюю карьеру, посвященную изучению и развитию микроэлектронных материалов и процессов.

Заметные достижения на протяжении всей этой карьеры включают в себя проведение первых исследований надежности и использования клеев для прикрепления матриц для микросхем, которые он проводил в середине 1970-х — начале 1980-х годов, в результате чего промышленность и правительство осознали разрушительное влияние следов количество ионных примесей в эпоксидных смолах. Он провел ранние исследовательские разработки по использованию паст для толстопленочных проводников из неблагородных металлов (Cu) для толстопленочных керамических схем. Он провел первые исследования по использованию парилена в качестве диэлектрического и пассивирующего покрытия для МОП-устройств и в качестве иммобилайзера частиц для гибридных микросхем. Он разработал первые фотоопределяемые толстопленочные пасты для проводников и резисторов, которые были предшественниками процесса Фоделя DuPont, на который он получил патент в Англии. И он разработал первое фотоотверждаемое эпоксидное покрытие с использованием катионного фотоинициирования, используя соль диазония в качестве каталитического агента (U.С. 3205157). Эта работа упоминается как новаторская в обзорной статье Дж. В. Кривелло «Открытие и разработка катионных фотоинициаторов на основе ониевых солей», J. Polymer Chemistry (1999)

Прецизионная связь между микросхемой и микросхемой дальнего действия соединяет лобную и сенсорную коры в мозге млекопитающих

Основные моменты

•

Клоны сенсорных возбуждающих нейронов получают определенные дальнодействующие пресинаптические входы

•

Пресинаптические сигналы нейроны во фронтальной области организованы в дискретные радиальные кластеры

•

Пресинаптические нейроны во фронтальной области выборочно формируют синапсы друг с другом

•

Взаимная коммуникация микросхем соединяет лобную и сенсорную коры

Резюме

Резюме

Фронтальная область коры головного мозга обеспечивает поступление сигналов на большие расстояния в сенсорные области для модуляции активности нейронов и обработки информации.Эти схемы дальнего действия имеют решающее значение для точного сенсорного восприятия и сложного управления поведением; однако об их точной схемотехнике известно немного. Здесь мы специально идентифицировали пресинаптические входные нейроны к отдельным клонам возбуждающих нейронов как единицу, которая составляет функциональные микросхемы в сенсорной коре головного мозга мыши.

Интересно, что входные нейроны дальнего действия во фронтальной, но не контралатеральной сенсорной области пространственно организованы в дискретные вертикальные кластеры и предпочтительно образуют синапсы друг с другом, а не соседние невходные нейроны.Более того, сборка отдаленных пресинаптических микросхем во фронтальной области зависит от избирательной синаптической связи клонов возбуждающих нейронов в сенсорной области, которые обеспечивают входы во фронтальную область. Эти данные свидетельствуют о том, что высокоточная реципрокная связь между микросхемой и микросхемой на больших расстояниях опосредует взаимодействия лобно-сенсорной области в коре головного мозга млекопитающих.

Ключевые слова

кортикальный контур

модуляция сверху вниз

клон возбуждающего нейрона

столбчатая микросхема

дальнодействующая схема

внутриутробный маркировка ретровирусов

отслеживание вируса бешенства

четырехкратное отслеживание Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Просмотреть аннотацию

© 2019 Elsevier Inc.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Различные реакции микросхем на сопоставимые входные данные от одной и обеих копий идентифицированного проекционного нейрона

РЕЗЮМЕ

Нейронные входы в микросхемы часто представлены в виде множественных копий явно эквивалентных нейронов. Однако до сих пор мало что известно об относительном влиянии на выход микросхемы активации всех или только некоторых копий такого входа. Мы исследуем эту проблему на стоматогастральном ганглии краба ( Cancer borealis ), в котором микросхема желудочной мельницы (жевания) активируется модулирующим комиссуральным нейроном 1 (MCN1), билатерально спаренным модуляторным проекционным нейроном.Оба MCN1 содержат одни и те же ко-трансмиттеры, влияют на одни и те же нейроны микросхемы желудочного мельника, могут управлять двухфазным ритмом мельницы желудка и совместно активируются всеми идентифицированными путями активации MCN1. Здесь мы определяем, является ли реакция микросхемы мельницы желудка эквивалентной при стимуляции одного или обоих MCN1 в условиях, когда пара подобрана для коллективного срабатывания с той же общей скоростью и паттерном, что и одиночная стимуляция MCN1. Двойная стимуляция MCN1 вызвала более последовательно скоординированные ритмы, и эти ритмы имели более длинные фазы и периоды цикла.Эти разные результаты от одиночной и двойной стимуляции MCN1 могли быть результатом относительно скромной и эквивалентной скорости возбуждения желудочного нейрона LG (латеральный желудок) во время каждого подобранного набора стимуляций. Опосредованное нейроном LG ионотропное ингибирование окончаний аксона MCN1 является спусковым крючком для перехода от фазы ретракции к фазе растяжения. Это влияние нейронов LG на MCN1 было более эффективным во время двойной стимуляции, где частота активации каждого MCN1 была вдвое меньше, чем во время согласованных одиночных стимуляций.Таким образом, эквивалентная индивидуальная и совместная активация класса модуляторных проекционных нейронов не обязательно приводит к эквивалентному выходу микросхемы.

Сноски

• Конкурирующие интересы

  Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих или финансовых интересов.

• Вклад авторов

  Концептуализация: G.F.C., A.P.C., M.P.N .; Методология: G.F.C., A.P.C., M.P.N .; Формальный анализ: G.F.C., A.P.C .; Исследование: Г.F.C., A.P.C .; Ресурсы: M.P.N .; Курирование данных: G.F.C., A.P.C .; Написание — черновик: М.П.Н .; Написание — просмотр и редактирование: G.F.C., A.P.C., M.P.N .; Визуализация: A.P.C .; Кураторство: М.П.Н .; Администрация проекта: М.П.Н .; Финансирование: M.P.N.

• Финансирование

  Эта работа была поддержана Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (R01-NS029436, M.P.N.). Депонируется в ЧВК для выпуска через 12 месяцев.

• highwire.org/Journal» hwp:start=»2020-05-01″> Поступила 01.05.2020 г.
• Принято 13 августа 2020 г.

• © 2020. Опубликовано компанией «Компания биологов»

Высокопроизводительный анализ микросхем человеческого мозга с помощью мультинейронного патч-зажима нового поколения

Существенных изменений:

1) Одной из основных проблем является система очистки пипеток, адаптированная авторами. В соответствии с исходным протоколом CR Forest, необходим дополнительный этап для очистки остаточного детергента, приставшего к внешней поверхности наконечника пипетки с помощью ACSF, перед перемещением пипеток в записывающую камеру для попытки пластыря, однако Пэн и его коллеги пропустили этот шаг.Авторы заявляют, что есть веская практическая причина для пропуска этого шага, но данных в поддержку этой практики предоставлено мало или они отсутствуют. Они утверждают, что не было различий в качестве записи или электрофизиологических свойствах между пипетками вначале и после очистки, но эти утверждения должны быть подтверждены данными. В частности, было бы важно сообщить, как мембранный потенциал, входное сопротивление, синаптические события и параметры потенциала действия (амплитуда, ширина и др.) Изменяются со временем после исправления и повторного сопоставления.

Благодарим вас за понимание нашего обоснования отказа от дополнительной очистки. Мы согласны с тем, что эта практика и наше заявление о неизменной физиологии нейронов должны быть подтверждены дополнительными данными. Чтобы оценить возможное влияние нашего протокола очистки на качество записи и электрофизиологические свойства, мы провели дополнительные эксперименты на острых срезах мозга из моторной коры головного мозга крыс. Мы зарегистрировали 81 нейрон в 12 срезах мозга от 2 животных (P21, P22) с помощью 28 пипеток с двумя последовательными циклами очистки и сравнили клеточную и синаптическую физиологию. Мы исключили 4 интернейрона, кроме того, были исключены 9 клеток с деполяризованным мембранным потенциалом, которые были зарегистрированы на свежих и очищенных пипетках с равной вероятностью (3/28 клеток со свежими пипетками, 2/28 клеток после первой очистки и 4/28 клеток после второй очистки. ), подробнее см. в разделе «Материалы и методы».

Мы построили график распределения клеточных и синаптических свойств свежих и очищенных пипеток на рисунке 3. Кроме того, мы рассчитали среднее относительное изменение и его доверительный интервал для всех запрошенных параметров.Мы обнаружили, что относительное изменение среднего значения этих параметров находится в пределах 10%. Мы также рассчитали доверительный интервал этих относительных средних изменений, который представляет собой границы статистически значимой эквивалентности. В целом, мы не нашли доказательств систематического воздействия нашего подхода к очистке на клеточную или синаптическую физиологию. Мы включили статистические результаты в качестве исходных данных на рис. 3 и соответствующим образом адаптировали раздел «Материалы и методы».

2) В статье слишком много внимания уделяется анализу связности и игнорируются его ограничения, например.г., ложные негативы. Авторы могут пожелать, вместо этого, подчеркнуть, что мультипатч-запись в настоящее время является единственным доступным методом для анализа прочности и краткосрочной пластичности моносинаптической связи.

Мы благодарим рецензента за то, что он поднял этот вопрос, и соглашаемся с тем, что существуют ограничения в отношении анализа связности с использованием мультипатч-записей. Мы включили параграф, посвященный потенциальным причинам ложноотрицательных результатов в Обсуждение.

Мы также согласны с тем, что синаптическая сила и кратковременная пластичность являются важными параметрами этих связей.Несмотря на то, что парная конфигурация записи с фиксацией состояния представляет собой оптимальный подход к анализу этих параметров, их также можно определить, комбинируя записи с фиксацией фиксации с двухфотонным снятием каркаса глутамата или оптогенетической стимуляцией. Однако надежность пресинаптической стимуляции может быть ниже, чем при использовании метода патч-кламп. Мы подчеркнули важность этих параметров и технические преимущества мультипатч-подхода в соответствующем разделе «Обсуждение».

3) Важные отсутствующие экспериментальные детали включают в себя указание на возможность исправления ячеек во время записи из других ячеек, время, необходимое для проверки возможности подключения, и анализ распределения расстояний между записанными ячейками (например,g., является ли распределение ячеек по расстояниям, полученным для продления записи, таким же, как полученное изначально?).

Хотя проверка возможности подключения одновременно с установкой исправлений сэкономит время, мы воздержались от этого по нескольким практическим причинам, которые мы изложили в новом абзаце в разделе «Результаты». Мы также включили время, необходимое для проверки возможности подключения и измерения внутренних свойств ячеек (раздел «Результаты»).

Мы благодарим рецензента за то, что он поднял важный вопрос о том, что межсоматические расстояния могут влиять на вероятность соединения, и что необходимо контролировать местоположения репатриированных ячеек, чтобы предотвратить возможное смещение.Как и предполагалось, мы проанализировали эффект очистки с расширением на межсоматическое расстояние в наших предыдущих экспериментах с предубикулумом крыс и обнаружили аналогичное распределение между кластерами, полученными с очисткой с расширением и без нее. Мы построили распределение расстояний на Рисунке 5 — в приложении 1 к рисунку и обсудили их в разделе «Результаты».

4) Авторы подчеркивают некоторые преимущества полуавтоматического подхода, но не определяют другие аспекты мультипатч-экспериментов, которые могут выиграть от автоматизации — например, сбор данных и онлайн-контроль качества, а также обнаружение соединения в реальном времени.Учитывая потенциал для сбора такого большого количества данных, следует рассмотреть формат данных (например, нейроданные без границ), совместное использование данных, автоматизацию обнаружения и анализа соединений.

Мы согласны с тем, что есть несколько аспектов экспериментов, которые можно автоматизировать в дальнейшем, и мы также убеждены, что увеличение объема данных требует стандартизации анализа и формата данных. Однако мы действительно видим компромисс между экспериментальной гибкостью и автоматизацией сбора и анализа данных.Поскольку мы хотели максимизировать применимость для других групп и их конкретных вопросов в этом отчете, мы использовали коммерчески доступное программное обеспечение для сбора данных, в то время как автоматический анализ трассировки для обнаружения соединений, безусловно, важен и является постоянной задачей. Хотя программное обеспечение Signal может также выполнять онлайн-анализ, мы считаем, что это необходимо только для экспериментов с замкнутым циклом. Мы включили новый абзац по этим вопросам в раздел «Обсуждение». Мы также поддерживаем усилия открытой науки и разработки стандартизированного формата данных для облегчения сотрудничества.Мы предоставили предложения по этой теме в разделе «Обсуждение».

5) Несмотря на то, что использование редких живых тканей человека и, особенно, для увеличения объема данных по каждому образцу является веским основанием для разработки систем с несколькими заплатами, возможно, еще не известно, будет ли этого достаточно, чтобы исследовать разницу между частные лица. Какие различия наблюдались при обсуждении различий между людьми? Типы ячеек, связи? Я бы посоветовал авторам смягчить это утверждение.

Мы понимаем озабоченность автора обзора относительно статистической силы наших размеров выборки для выявления значимых различий между людьми. Мы хотим подчеркнуть, что наша основная цель получения больших выборок от отдельных пациентов состоит не в том, чтобы определить эти различия между отдельными людьми, а, скорее, в том, чтобы получить возможность оценивать индивидуальную изменчивость. Мы считаем, что это очень важно, поскольку ткань получена от очень разнородной группы пациентов. Анализ данных на индивидуальном уровне может помочь нам определить инвариантные параметры, которые могут указывать на общие принципы коры головного мозга человека. С другой стороны, параметры с высокой индивидуальной вариабельностью следует анализировать с осторожностью и проводить дальнейшие исследования. Поэтому мы считаем, что получение статистически значимых наборов данных у одиноких пациентов является важным шагом для мотивации и направления будущих исследований. Мы перефразировали и детализировали нашу претензию в рукописи, чтобы лучше отразить этот аспект (Аннотация; Введение; Обсуждение).

В нашем предварительном анализе мы не обнаружили существенных различий во взаимосвязи пирамидных клеток между пациентами, в то время как мы определили, что доверительный интервал различий в вероятности соединения находился в диапазоне от -5% до 9,5%. В целом, мы полагаем, что полный анализ и обсуждение потенциальных инвариантных и вариантных параметров выходят за рамки этого технического отчета, и их лучше рассмотреть в отдельной исследовательской статье. Мы добавили статистический анализ в соответствующие разделы «Результаты» и «Материалы и методы».

[Примечание редакции: до принятия были запрошены дополнительные исправления, как описано ниже.]

Рукопись была значительно улучшена, но остается одна проблема, которую необходимо решить перед принятием, как указано ниже:

Относительно новых экспериментов по повторному связыванию после обработки Alconox без промывки Alconox (подраздел «Окончательная последовательность удаления не требует дополнительных лунок, содержащих aCSF»). Они убедительны и показывают, что в тканях мозга молодых крыс в целом наблюдается небольшой кумулятивный эффект процесса очистки на последующее здоровье нейронов.Здесь необходимо прояснить два момента.

1) Ожидают ли авторы, что результаты со зрелой мозговой тканью человека будут эквивалентны результатам с молодой мозговой тканью крысы? Есть ли какие-либо ограничения, о которых нам следует знать в этом валидационном эксперименте.

2) Были ли когда-либо одни и те же нейроны репатриированы после очистки? Это позволит провести прямое сравнение свойств нейронов до и после очистки патч-пипетки.

Мы провели эксперименты по первоначальной ревизии на крысах, потому что у нас редко есть человеческие ткани и мы не получали их во время ревизии.Мы также не пытались перепатчить одни и те же нейроны. Однако нам повезло, и мы дважды получали человеческую ткань за последние две недели, и теперь мы провели дополнительные эксперименты, чтобы оценить влияние очистки на электрофизиологические свойства человеческих нейронов.

Мы сравнили свойства нейронов, покрытых свежими (n = 24) или очищенными пипетками (n = 9, рисунок 3 — приложение к рисунку 1). Мы также перепрограммировали те же нейроны той же очищенной пипеткой (n = 9, рисунок 3 — приложение к рисунку 2) или другой свежей пипеткой (n = 5, рисунок 3 — приложение к рисунку 3).Мы смогли показать, что внутренние электрофизиологические свойства человеческих нейронов были и оставались схожими в разных условиях (статистические данные и тесты на рисунке 3 — исходные данные 1). Хотя мы действительно наблюдали значительное снижение входного сопротивления в клетках, повторно исправленных с помощью очищенной пипетки, несколько дополнительных факторов могли способствовать изменчивости в этих нейронах, например, эффект самовосстановления или прошедшее время. Эти не зависящие от очистки изменения отражаются в вариабельности, обнаруженной также в нейронах, повторно обработанных свежими пипетками (рис. 3 — приложение к рис. 3).

Поскольку мы показали, что сама пипетка не оказывает систематического влияния на внутренние свойства, мы также рассмотрели возможность того, что внеклеточный раствор, в котором были промыты пипетки, мог иметь эффект (рисунок 3 — приложение к рисунку 4). Поэтому мы исправили кластеры нейронов (n = 19) и сравнили их свойства и синаптические связи (n = 7) до и после очистки других пипеток, чтобы смоделировать изменения во внеклеточном растворе после промывания. Опять же, мы обнаружили, что потенциал мембраны покоя и кинетика потенциала действия оставались очень стабильными (средняя относительная разница в пределах 2%), в то время как входное сопротивление и сопротивление доступа увеличивались. Мы также не наблюдали особой тенденции в постсинаптических амплитудах между этими двумя состояниями, которая показывала как небольшое увеличение, так и уменьшение (n = 7, Рисунок 3 — дополнение к рисунку 5, Рисунок 3 — исходные данные 2). Мы соответствующим образом скорректировали разделы «Результаты» и «Материалы и методы» в рукописи.

В целом, мы смогли показать, что результаты наших экспериментов по очистке нейронов человека аналогичны тем, которые мы продемонстрировали на нейронах крысы, даже когда та же самая клетка была репатриирована.Мы действительно увидели, что входное сопротивление уменьшилось в клетках, повторно обработанных очищенной пипеткой, и увеличилось в клетках, зарегистрированных в ACSF после промывки. Хотя повторная синхронизация, время записи и нейронная изменчивость могут повлиять на эти параметры, мы не можем исключить эффект очистки пипетки в этом случае. Поэтому мы подчеркиваем, что эти валидационные эксперименты ограничиваются нашими вопросами настройки и исследования и что любая реализация нашей процедуры очистки другими должна быть тщательно проверена на параметры и в интересующей модели организма.Тем более, что прилипший детергент на пипетке может зависеть от множества факторов, которые необходимо учитывать и настраивать для каждой экспериментальной установки (подраздел «Окончательная последовательность изгнания не обязательно требует дополнительных лунок, содержащих aCSF»).

Кроме того, поскольку каждый патч-электрод использовался более одного раза, возможно, релевантным статистическим сравнением здесь является дисперсионный анализ повторных измерений, а не статистика популяции групп, как, по-видимому, показано на рис. 3J, K и L.

Спасибо за полезный совет.