Твіст ефект в нематичних рідких кристалах. Бакалаврська робота з Програмування. Робота № 517688

Перехід до торгівельного партнера Binance

Твіст ефект в нематичних рідких кристалах

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Електронні прилади

Інформація про роботу

Рік:

2011

Тип роботи:

Бакалаврська робота

Предмет:

Програмування

Варіант:

1 4 52

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Анотація Дипломна робота присвячена розробленню лабораторного стенду для дослідження твіст-ефекту в нематичних рідких кристалах із використанням віртуального середовища Java. Описано твістефект у нематичних рідких кристалах і сучасні мультимедійні методи програмування. Проведені розрахунки з економічної частини та з охорони праці. Q-Sat Q-Sat-08 – 9339 Q-Sat-09 – 9339 Annotation Diploma work dedicated to the development of laboratorial setup for the investigation of twist-effect in nematic liquid crystal by means of Java software. The twist-effect in nematic liquid crystals and modern programming software are described in this diploma work. The permanent calculations in economical and safety work part of this diploma work are described. Зміст ВСТУП РОЗДІЛ 1. ЕЛЕКТРООПТИЧНІ ЕФЕКТИ В НЕМАТИЧНИХ РІДКИХ КРИСТАЛАХ……………………………………………………. 7 ВИСНОВОК ДО РОЗДІЛУ 1……………………………………………... 20 РОЗДІЛ 2. ОСОБЛИВОСТІ ПРОГРАМУВАННЯ НА JAVA……….. 21 ВИСНОВОК ДО РОЗДІЛУ 2……………………………………………... 32 РОЗДІЛ 3. РОЗРОБЛЕННЯ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДУ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ТВІСТ ЕФЕКТУ В ВІРТУАЛЬНОМУ СЕРЕДОВИЩІ JAVA.................................................................................. 33 ВИСНОВОК ДО РОЗДІЛУ 3……………………………………………... 47 РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ…………………………………………… 48 РОЗДІЛ 5. ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА ………………………………… 54 ВИСНОВОК ДО РОЗДІЛУ 5……………………………………………... 62 ВИСНОВКИ………………………………………………………………… 63 СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ…………………………………………………. 64 ВСТУП Розвиток сучасної електронної техніки неможливо уявити без інтенсивного розвитку сучасних програмних засобів обробки інформації. Із розвитком сучасних телекомунікаційних технологій можливий швидкий оперативний обмін інформацією на великих відстанню і на високій швидкості. На сьогоднішній день існує багато програмних засобів для мультимедійного програмування. Серед них найпоширенішою є програмний продукт від ORACLE’ – Java. Створення мови Java - це дійсно один із самих значних кроків вперед в області розробки середовищ програмування за останні 20 років. Мова HTML (Hypertext Markup Language - мова розмітки гіпертексту) був необхідний для статичного розміщення сторінок у "Всесвітній павутині" WWW (World Wide Web). Мова Java необхідна для якісного стрибка в створенні інтерактивних, мультимедійних продуктів для мережі Internet. Надзвичайна здатність Java виконувати свій код на будь-який з підтримуваних платформ досягається тим, що її програми транслюються в якесь проміжне представлення, яке називається байт-кодом (bytecode). Байт-код, в свою чергу, може інтерпретуватися в будь-якій системі, в якій є середа часу виконання Java. Більшість ранніх систем, в яких намагалися забезпечити незалежність від платформи, володіло величезним недоліком - втратою продуктивності (Basic, Perl). Незважаючи на те, що в Java використовується інтерпретатор, байт-код легко перекладається безпосередньо в "рідні" машинні коди (Just In Time compilers) "на льоту". При цьому досягається дуже висока продуктивність. Середовище Java - це щось набагато більше, ніж просто мова програмування. У неї вбудований набір ключових класів, що містять основні абстракції реального світу, з яким доведеться мати справу вашим програмам. Основою популярності Java є вбудовані класи-абстракції, які зробили його мовою, дійсно незалежним від платформи. Бібліотеки, подібні MFC / COM, OWL, VCL, NeXTStep, Motif і OpenDoc прекрасно працюють на своїх платформах, однак сьогодні головною платформою стає Internet. РОЗДІЛ 1. ЕЛЕКТРООПТИЧНІ ЕФЕКТИ В НЕМАТИЧНИХ РІДКИХ КРИСТАЛАХ У Львівському університеті більше ста років тому, а саме у 1861 році рідкокристалічний стан речовини спостерігав професор Юліан Планер [1]. Зокрема він писав: “Холестерилхлорид … плавиться приблизно при температурі кипіння води і розплав в процесі охолодження дає у відбитому світлі яскраво фіолетове, а в на просвіт – жовто-зелене забарвлення” [2, 3], і на цей час цей матеріал не мав означення рідкокристалічного. Отриманий, 14 березня 1888 року, лист від доцента Німецької вищої технічної школи у Празі Фрідріха Рейнітцера, допоміг Отто Леману встановити, що стан досліджуваних ним речовин, є проміжним між твердим кристалічним і рідким станом і він назвав цей стан мезоморфним (з грецької (((( – проміжний). Оскільки цей стан мав властивість текучості, як рідина, і оптичні властивості, як тверде кристалічне тіло, Отто Леман запропонував назвати його рідкокристалічним. Рідкокристалічний стан – проміжний стан (мезофаза) між ізотропною рідиною і кристалічним твердим тілом. Рідкі кристали – це речовини, в яких молекули певним чином впорядковані, в яких існує анізотропія механічних, електричних, магнітних та оптичних властивостей. (Поняття анізотропія означає залежність значення будь-якої величини від напрямку вимірювання). Таким чином в рідких кристалах поєднуються властивості рідин та твердих тіл. Речовини, які можуть утворювати рідкокристалічні фази (мезофази), називають мезогенними фазами або мезогенами і для таких речовин характерним є явище мезоморфізму. Рідкокристалічні фази утворюються анізометричними органіч-ними молекулами (тобто такими, для яких істотною є різниця між довжиною і шириною молекули). Якщо рідкокристалічний стан утворюються у сполуках при їх нагріванні або охолодженні, то такі сполуки називають термотропними рідкими кристалами. А коли рідкокристалічний стан утворюються у сполуках внаслідок розчинення деяких твердих кристалів, то отримують ліотропні рідкі кристали. Рідкокристалічний стан речовини існує в певному температурному інтервалі, який може змінюватись в широких межах включаючи і кімнатні температури. Цей температурний інтервал називається температурним інтервалом існування мезофази. Класифікація рідких кристалів показана на рис.1.1. Рис. 1.1. Класифікація рідких кристалів Термотропні рідкі кристали, утворені внаслідок нагрівання твердої речовини, існують у певному інтервалі температури та тиску. Отже, термотропні РК характеризуються температурою плавлення Тпл і температурою просвітлення Тпр або температурою переходу в ізотропну рідину Тіз. При цьому термодинамічно стійкий анізотропний стан обмежений певними фазовими переходами з виділенням (або поглинанням) схованої теплоти плавлення. Для характеристики розташування молекул у мезофазах вводять одиничний вектор , який вказує напрямок переважної орієнтації довгих осей молекул і його називають – директор. Типове схематичне зображення розташування молекул і напрямку орієнтації директора у шарі для трьох типів термотропних рідких кристалів зображено на рис. 1.2 [3]. Рис. 1.2. Схематичне розташування молекул і напрямку орієнтації директора у термотропних рідких кристалах: а – нематичних; б – холестеричних; в – смектичних Для дослідження електрооптичних, магнітооптичних властивостей рідких кристалів використовують рідкокристалічну комірку, яку ще називають, з англійської ( sandwich, через багатошарову структуру (рис.1.3). Тут 1 ( скляні пластини, 2 – прозорі електроди, 3 – молекули рідкого кристала, 4 ( діелектричні прокладки. Рис. 1.3. Типова рідкокристалічна комірка: 1 – скляні пластини; 2 – прозорі електроди; 3 ( молекули рідкого кристала; 4 – діелектричні прокладки Внутрішню поверхню пластин обробляють таким способом, щоб створити початкову орієнтацію молекул рідкого кристала. Коли переважна орієнтація довгих осей молекул рідкого кристала розташована паралельно до скляних підкладок, ми отримуємо планарну орієнтацію (рис.1.4 а), коли вона перпендикулярна до підкладок, маємо гомеотропну орієнтацію (рис. 1.4 б), можлива також похила або орієнтація під кутом ( (рис. 1.4 в). Орієнтація шару РК створюється декількома способами: механічною обробкою поверхні підкладки; нанесенням орієнтуючих покриттів (з можливою подальшою механічною обробкою); введенням у РК орієнтуючих домішок; внесенням в шар РК мономерів з подальшою полімеризацією Рис. 1.4 Схематичне представлення орієнтації рідкокристалічних молекул і напрямку директора: а – планарна орієнтація; б – гомеотропна орієнтація; в – похила орієнтація Директор є феноменологічною характеристикою дальнього порядку в розташуванні молекул, тому РК класифікують залежно від орієнтації директора щодо центра мас молекул. Таким напрямком під час досліджень властивостей РК є, наприклад, напрямок директора , а всі отримані величини позначаються відповідними позначками: (( – паралельно до напрямку директора і ( ( перпендикулярно до напрямку директора. Особливістю оптичних властивостей рідких кристалів є наявність у них головних показників заломлення: nо – характеризує поширення світлової хвилі, електричний вектор якої перпендикулярний до оптичної осі; ne – для хвилі, електричний вектор якої паралельний до оптичної осі. У нематиків оптична вісь збігається з напрямом директора. Оптична анізотропія (n описується виразом: (n = ne - nо = n(( - n( Оскільки при реалізації будь-якого електрооптичного ефекту шар рідкого кристалу піддається дії електричного поля, є важливими параметрами діелектрична анізотропія і електропровідність. Для речовин, які складаються із неполярних молекул, поляризація включає дві складові: електронну та іонну. В речовині з полярними молекулами тобто молекулами, які володіють постійним дипольним моментом, додається ще й поляризація орієнтації, яка пов’язана з тенденцією постійних дипольних моментів орієнтуватись паралельно електричному полю. Для ізотропних речовин діелектрична проникність є ізотропна. В твердих кристалічних речовинах проникність за звичай анізотропна, але дипольні моменти практично фіксовані і тому поляризації орієнтації не існує. У випадку рідких кристалів виникає складна ситуація, коли анізотропія проникності поєднується з поведінкою рідких кристалів, як рідини. Анізотропія діелектричної проникності (( визначається: (( = ((( - ((, де (( та ((( – діелектрична проникність відповідно перпендикулярно та вздовж напряму директора. Електрооптичні ефекти в нематичних рідких кристалах поділяють на ефекти, які пов’язані із проходженням струму в шарі рідкого кристалу ( струмові та ефекти, в яких проходженням струму можна знехтувати, оскільки основну роль відіграє орієнтація молекул в наслідок прикладання зовнішнього електричного поля ( польові ефекти. У свою чергу польові ефекти розділяють на орієнтаційні, які безпосередньо пов’язані з орієнтацією молекул у шарі рідкого кристалу і деформаційні ( ефекти, в яких, внаслідок особливої будови молекул РК, зовнішнє електричне поле, яке їх орієнтує, приводить до виникнення деформації шару нематичного рідкого кристалу. Розглянемо, коротко, особливості виникнення і протікання цих електрооптичних ефектів в нематичних рідких кристалах. Орієнтаційні електрооптичні ефекти в НРК. В орієнтаційних електрооптичних ефектах збуджуючому впливу електричного поля протидіє момент пружних сил, що намагається повернути структуру НРК до рівноважного стану, заданого початковими умовами орієнтації. Тому доцільно розглянути основні положення теорії пружності НРК, розвиненої в роботах Озеена та Франка [6]. Континуальна теорія пружності НРК. У мікроскопічній області рідкого кристала існує певна вісь переважної орієнтації молекул визначає директор НРК. Введемо декартову систему координат, і нехай ||z і L ( напрям довгої осі молекули рідкого кристалу. Для трьох різних видів деформацій НРК можна виписати шість незалежних ненульових компонентів: поперечний вигин ( ; кручення ( ; поздовжній вигин ( . Далі постулюється, що зміну густини вільної енергії рідкого кристала можна виразити через шість компонентів деформації у вигляді: (1.1) де Kі і Kij (=Kji) ( константи пружності Франка, а а1 = S1; a2 = t2; a3 = b1; a4 = -t1; a5 = S2; a6 = b2. Зважаючи на властивості симетрії НРК з (1.1), можна отримати вираз для густини вільної енергії НРК: (1.2) Як видно з (1.2), пружні властивості НРК визначаються трьома константами пружності K11, K22, K33, які відповідають трьом видам деформації (решта компонентів тензора пружності перетворюються на 0 через властивості симетрії). Зміна густини вільної енергії під дією магнітного і електричного поля враховується за допомогою таких виразів: (1.3) Рівноважне положення директора НРК можна розрахувати за мінімумом вільної енергії, що визначається сумою (1.2) і (1.3) з урахуванням граничних умов. Внаслідок анізотропії діамагнітної та діелектричної сприйнятливості вільна енергія ансамблю молекул НРК у зовнішньому магнітному чи електричному полі має мінімум при певній орієнтації молекулярних осей (директора) щодо поля. За додатних значень (( та (( директор намагається встановитися вздовж поля, за від’ємних – перпендикулярно до нього. Якщо у початковому стані напрямки поля та директора НРК не відповідають умові мінімуму вільної енергії, за доволі сильного поля, здатного подолати сили пружності НРК, відбудеться переорієнтація директора та встановиться його новий стаціонарний розподіл. Цей ефект відкрито та детально досліджено Фредеріксом і Цвєтковим [2]. Залежно від знака діелектричної анізотропії та вихідної орієнтації молекул НРК, можна спостерігати три різновиди деформацій, або три основних геометрії спостереження. Розглянемо випадок, коли (( > 0, а вихідна орієнтація молекул (рис. 1.5 а) характеризується розміщенням директора НРК паралельно до електродів вздовж осі ОX (||ОX). Шар НРК характеризується двозаломленням з певною величиною (n. Електричне поле, діючи проти пружної сили взаємодії молекул і поверхні, викликає деформацію поперечного згину НРК (Sдеформацію), яка характеризуються константою пружності K11. У доволі сильному полі директор переорієнтовується вздовж осі OZ i двозаломлення зникає ((n ( 0). Цей ефект називають по-різному: керованим двозаломленням, орієнтаційним ефектом, нормальною деформацією, керованою різницею ходу тощо. А найчастіше, його називають S-ефектом відповідно до типу деформації. Рис.1.5. Типи орієнтації НРК: а - S-ефект; б Вефект; в Тефект (напрямок електричного поля Е вказаний стрілкою) [3] На рис. 1.6 подано зміну інтенсивності монохроматичного світла, яке пройшло через РК комірку, під дією на нього імпульсу напруги. Внаслідок переорієнтації та зворотної релаксації директора НРК маємо зміну інтенсивності з осциляціями на передньому і задньому фронтах світлового імпульсу. Рис.1.6. Зміна інтенсивності світла І, яке пройшло через шар НРК з S-орієнтацію та аналізатор, під час дії на комірку імпульсу напруги U Повна зміна фазової затримки може становити 30π (по 15 максимумів на передньому і задньому фронтах осцилограми), а чутливість до напруги (Ф/(U = (/l B, де (Ф – фазова затримка [8]. Якщо (( < 0 і у вихідному стані ||OZ, вихідна орієнтація молекул РК ( перпендикулярна, двозаломлення у початковому стані ( відсутнє, проте воно з’являється після накладання поля на шар рідкого кристала (рис. 1.5. б). Поле намагається встановити директор перпендикулярно до осі OZ (оскільки (( < 0), Деформація повздовжнього згину, яка при цьому виникає, характеризується константою пружності K33 (Вдеформація). Відповідний електрооптичний орієнтаційний ефект називається ( В-ефектом. У разі високоякісної гомеотропної орієнтації НРК для В-ефекту характерне дуже різке зростання оптичного пропускання зі збільшенням напруги, тобто поріг є дуже різким (рис. 1.7). Це зумовлено дуже слабким розсіюванням світла гомеотропно орієнтованим шаром (схрещені поляроїди). Найчастіше експериментальні закономірності однакові для S- та В-ефектів. Вефект досліджувався переважно для МББА. Поріг та хід фазової затримки в залежності від зовнішньої напруги добре узгоджуються з теорією. Рис.1.7. В-ефект. Оптичне пропускання монохроматичного світла ((=0,63 мкм) в залежності від напруги Третій вид деформації виникає при (( > 0 за початкової орієнтації, показаної на рис. 1.5 в. Тут ||ОX на одному з електродів, але ||ОY на іншому, внаслідок чого НРК набуває закрученої на 1/4 оберту оптично активної структури. Ця структура повертає площину поляризації падаючого пучка світла на 90°. Електричне поле намагається встановити директор вздовж осі OZ ((( > 0), викликаючи деформацію, в якій важливу роль відіграє константа пружності K22 (Т-деформація). Після переорієнтації НРК оптична активність зникає; відповідний електрооптичний ефект має назву твіст-ефекту (Т-ефект згідно з наведеною вище класифікацією). Можна уявити собі і зворотний твістефект для орієнтації ||OZ, (( < 0 та спеціальної підготовки підкладок для переважної орієнтації НРК в електричному полі вздовж ОХ на одному боці РК підкладки і вздовж на іншому. За граничних умов, ( = 0 при Z = 0 і ( = (/2 при Z = d (рис. 1.8) твіст-ефект має місце для довжин хвиль, які задовольняють умову Могена: ( << (ne – nо)P0, де P0 – крок спіралі. При достатньо великій товщині (d 10 мкм) умова Могена виконується для всіх довжин хвиль видимого діапазону (( < 1 мкм) і твісткомірка закручує на (/2 вектор поляризації монохроматичного світла. Рис. 1.8. Орієнтація молекул у твіст-комірці та залежності кутів ( і ( від координат за відсутності поля ( а і у зовнішньому полі, яке значно перевищує порогове ( б За відсутності поля твіст-структура в паралельних поляроїдах непрозора у разі поширення світла вздовж нормалі до обмежувальних поверхонь. При прикладанні поля, вищого від критичного (за однакової геометрії), закручена структура руйнується, і тому площина поляризації світла, яке поширюється вздовж осі z, не повертається на кут (/2, а залишається незмінною, внаслідок чого вся система є прозорою. Теорія відгуку твіст-комірки на зовнішнє поле будується за тією самою схемою, що і для S-ефекту. Різниця полягає в тому, що у разі твіст-ефекту шукається залежність від координати Z не тільки для кута нахилу молекул ((Z), але й для їх азимуту ((Z), тобто задача є двовимірною. В результаті у вираз для порогового поля, яке визначає початок деформації: входять усі три модулі пружності НРК. Із підвищенням напруги кут нахилу ((Z) збільшується. При доволі великій напрузі в центральній частині шару молекули практично перпендикулярні до електродів, (m ( (/2. Цим молекулам неможливо приписати певного азимуту, і центральна частина шару не повертає площини поляризації світла. Вся зміна кута ((Z) зосереджена в областях, прилеглих до електродів. Ці приелектродні області надто тонкі, щоб виконувалась умова Могена, і в результаті, якщо поле доволі високе, твіст-структура взагалі перестає повертати площину поляризації світла, тому комірка прозора у паралельних поляроїдах. Відсікання режиму Могена та пов’язане з ним різке збільшення пропускання відбувається, якщо поля істотно перевищують поріг деформації, оскільки для цього відсікання необхідно, щоб кут (m був приблизно (/2 у доволі великій (центральній) області шару. Тому оптичний поріг твіст-ефекту завжди перевищує поріг початку деформації. Для твіст-ефекту характерним є високий оптичний контраст у поєднанні з низькою робочою напругою. На рис. 2.6 зображено принцип дії твіст-комірки. Типовий перетворювач цього типу складається з двох скляних пластинок, на які з одного боку приклеюється поляризатор або аналізатор, а на інший бік наносяться електроди та орієнтуючі шари. Ці шари орієнтують молекули РК планарно, але так, що біля електродів ці напрямки взаємно перпендикулярні. Структура має двозаломлюючі властивості та повертає площину поляризації світла на кут, який дорівнює кутові її закручення (в нашому випадку 90°). Найчастіше товщина шару рідкого кристала дорівнює 5–15 мкм. У конкретних рідкокристалічних матеріалах з певною оптичною анізотропією для отримання відповідності повороту спіралі та товщини шару повинна виконуватися умова: Δn·d >> (/4, де (n = n0 –nc; d – товщина шару; ( – довжина хвилі світла, яке проходить через РК шар. Рис. 1.9. Принцип дії твіст-комірки (поляризатор та аналізатор схрещені): 1 – поляризатор; 2 – скляна пластина; 3 – молекули рідкого кристала; а – за відсутності поля; б – за наявності поля Твіст-ефект виникає в нематичних рідких кристалах з додатною анізотропією діелектричної проникності, великим питомим опором, до складу яких додатково входить ліво- чи правозакручуючна оптично активна речовина, яка полегшує отримання однорідно скрученої структури [6]. Біле світло, яке падає на комірку, пройшовши через поляризатор, скло, електроди та орієнтуючий шар, потрапляє на шар рідкого кристала. У вимкненому стані (без поля) він скручений, і площина поляризації світла також обертається на кут 90°. Це світло, потрапляючи на аналізатор (з віссю, поверненою на кут 90° відносно поляризатора), проходить далі без перешкод. Після прикладання електричного поля до шару молекули РК з (( > 0 орієнтуються згідно з силовими лініями поля (тоді отримуємо шар з гомеотропною орієнтацією). Така структура РК не повертає площини поляризації, в зв’язку з чим світло потрапляє на аналізатор без змін. Площина його поляризації перпендикулярна до осі аналізатора, який не пропускає світла. Через це стандартна картинка, отримана за допомогою твіст-ефекту, має вигляд чорного зображення на світлому фоні. Можна також розміщувати поляризатор і аналізатор паралельно, в цьому разі картинка буде негативом попередньої, тобто білі (прозорі) символи на чорному фоні. Крім твіст-ефекту в нематичних рідких кристалах використовується і супертвіст-ефект. У комірках на супертвіст-ефекті кут закручування молекул ( дорівнює або (, або 3/2(. Цей ефект характеризується крутішою електрооптичною характеристикою. Дія електричного та магнітного поля на шар рідкого кристала є аналогічною. Коли магнітне поле (H(, (( > 0) перевищує певне критичне (порогове) значення, оптичні властивості РК шару різко змінюються. Магнітне поле та поверхня стекол, на якій створена початкова орієнтація молекул НРК, створюють моменти сил, що діють на молекули РК, і коли поле H перевищить Hпор, молекулам в об’ємі РК шару енергетично вигідніше розвернутись у напрямі поля ( ефект Фредерікса. Цей ефект, відкритий Фредеріксом і Золіною [5], може бути використаний для розрахунку, на підставі теорії пружності НРК, констант пружності Франка. Три основні випадки початкової орієнтації НРК (планарна, гомеотропна і твіст) було розглянуто в роботі [2], в яких розраховані порогові напруженості магнітного поля , розподіл директора залежно від Н, а також величина фазової затримки, де Kii – константи пружності Франка. Існує кілька способів спостереження переходу Фредерікса. Усі вони ґрунтуються на вимірюванні залежності від поля якогось анізотропного параметра речовини. Наприклад, можна вимірювати діелектричну сталу, електропровідність, теплопровідність, дихроїзм або двозаломлення. Більш чутливим є метод двозаломлення. Цікавий електрооптичний ефект спостерігали автори [9] в шарі нематичного рідкого кристалу з додатньою діелектричною анізотропією і круговою початковою умовою орієнтації довгих осей молекул, яка досягалась механічним круговим натиранням підкладки. Прикладання електричного поля до прозорих провідних електродів приводило до відхилення від початкого стану і збільшення кута нахилу довгих осей молекул. В результаті чого спостерігалась зміна кольорів для падаючого білого випромінювання або осциляції оптичного пропускання для монохроматичного. Причина такої поведінки оптичного пропускання полягає у інтерференції звичайного і незвичайного променів, які після проходження шару НРК набували різниці фаз. ВИСНОВОК ДО РОЗДІЛУ 1. Виявлено, що серед існуючих електрооптичних ефектів в нематичних рідких кристалах, твіст ефект найбільше використовується у сучасних пристроях відображення інформації і створення віртуального начального лабораторного стенду для його вивчення є актуальним. РОЗДІЛ 2. ОСОБЛИВОСТІ ПРОГРАМУВАННЯ НА JAVA Java ( об'єктно-орієнтована мова програмування, випущена компанією Sun Microsystems у 1995 році як основний компонент платформи Java. Синтаксис мови багато в чому походить від C та C++. Java програми виконуються у середовищі віртуальної машини Java. Java програми компілюються у байткод, який при виконанні інтерпретується віртуальною машиною для конкретної платформи. В 2009 році Sun Microsystems була продана компанії Oracle, яка продовжує розвивати цю мову [10]. Три ключових елементи об'єдналися в технології мови Java і зробили її в корені відмінної від усього, що існує на сьогоднішній день. Java надає для широкого використання свої аплети (applets) - невеликі, надійні, динамічні, не залежать від платформи активні мережеві програми, що вбудовуються в сторінки Web. Аплети Java можуть налаштовуватися і поширюватися споживачам з такою ж легкістю, як будь-які документи HTML. Java вивільняє міць об'єктно-орієнтованої розробки додатків, поєднуючи простий і знайомий синтаксис з надійним і зручним в роботі середовищем розробки. Це дозволяє широкому колу програмістів швидко створювати нові програми та нові аплети. Java надає програмісту багатий набір класів об'єктів для ясного абстрагування багатьох системних функцій, використовуваних при роботі з вікнами, мережею і для вводу-виводу. Ключова риса цих класів полягає в тому, що вони забезпечують створення незалежних від використовуваної платформи абстракцій для широкого спектра системних інтерфейсів [12]. Мова Java зародилася як частина проекту створення передового програмного забезпечення (ПО) для різних побутових приладів. Реалізація проекту була почата мовою С++, але незабаром виник ряд проблем, найкращим засобом боротьби з якими була зміна самого інструмента - мови програмування. Стало очевидним, що необхідний платформо-незалежний мова програмування, що дозволяє створювати програми, які не доводилося б компілювати окремо для кожної архітектури і можна було б використовувати на різних процесорах під різними операційними системами. Народженню мови Java передувала досить цікава історія. У 1990 році розробник ПЗ компанії Sun Microsystems Патрік Нотон (Patrick Naughton) зрозумів, що йому набридло підтримувати сотні різних інтерфейсів програм, використовуваних в компанії, і повідомив виконавчому директору Sun Microsystems і своєму другу Скотту Макнілі (Scott McNealy) про свій намір перейти працювати в компанію NeXT. Макнілі, в свою чергу, попросив Нотона скласти список причин свого невдоволення і висунути таке рішення проблем, як якби він був Богом і міг виконати все, що завгодно [13]. Нотон, хоча і не розраховував на те, що хтось зверне увагу на його лист, все ж виклав свої претензії, нещадно розкритикувавши недоліки Sun Microsystems, зокрема, що розробляється в той момент архітектуру ПЗ NeWS. На подив Нотона, його лист здобуло успіх: воно було розіслано всім провідним інженерам Sun Microsystems, які не забарилися відгукнутися і висловити гарячу підтримку своєму колезі і схвалення його поглядів на ситуацію в Sun Microsystems. Звернення викликало схвалення і у вищого керівництва компанії, а саме, у Білла Джоя (Bill Joy), засновника Sun Microsystems, і Джеймса Гослінга (James Gosling), начальника Нотона. В той день, коли Нотон повинен був піти з компанії, було прийнято рішення про створення команди провідних розробників з тим, щоб вони робили що завгодно, але створили щось незвичайне. Команда з шести осіб приступила до розробки нового об'єктно-орієнтованої мови програмування, який був названий Oak (дуб), на честь дерева, що росло під вікном Гослінга. Незабаром компанія Sun Microsystems перетворила команду Green у компанію First Person. Нова компанія мала найцікавішу концепцією, але не могла знайти їй відповідного застосування. Після низки невдач зненацька ситуація для компанії різко змінилася: був анонсований броузер Mosaic - так народився World Wide Web, з якого почався бурхливий розвиток Internet. Нотон запропонував використовувати Oak у створенні Internet-додатків. Так Oak став самостійним продуктом, незабаром був написаний Oak-компілятор і Oak-браузер "WebRunner". У 1995 році компанія Sun Microsystems прийняла рішення оголосити про новий продукт, перейменувавши його в Java (єдине розумне пояснення назві - любов програмістів до кави). Коли Java виявилася в руках Internet, стало необхідним запускати Java-аплети - невеликі програми, що завантажуються через Internet. WebRunner був перейменований в HotJava і компанія Netscape стала на підтримку Java-продуктів [14]. Аплети Java. Кожен апплет - це невелика програма, динамічно завантажується по мережі - точно так само, як картинка, звуковий файл або елемент мультиплікації. Головна особливість аплетів полягає в тому, що вони є справжніми програмами, а не черговим форматом файлів для зберігання мультфільмів чи якоїсь іншої інформації. Аплет не просто програє один і той же сценарій, а реагує на дії користувача і може динамічно змінювати свою поведінку. Саме помітні Web-сторінки з анімацією залучили більшість ранніх прихильників мови Java. Оскільки користувачі не відразу змогли повністю освоїти найбільш революційні аспекти Java, ця мова часто порівнювався з іншими технологіями для завантаження динамічних зображень і простої взаємодії з Web-клієнтами. Компанії, традиційно займаються розробкою мультимедіа-технологій, наприклад, Adobe або MacroMedia, стверджували, що їхні продукти надають ті ж можливості, що і Java. На думку Kaleida, Taligent і NeXT, їх власні об'єктно-орієнтовані середовища розробки були не менш революційні. Microsoft заявляв про перемогу технології десятирічної давності. Насправді ніщо не може зрівнятися з тим, що ви відкриєте для себе, відчувши міць програмування на мові Java [15]. Можливість завдання будь-яких рівнів взаємодії з користувачем існує лише в тому випадку, коли використовується для розробки платформа надає повнофункціональну середу програмування. Мова програмування повинна втілювати такі якості: простоту й міць, безпека, об'єктну орієнтованість, надійність, інтерактивність, архітектурну незалежність, можливість інтерпретації, високу продуктивність і легкість у вивченні. Навіть якщо ви ніколи не напишете жодного рядка на мові Java, знати про його можливості дуже корисно, оскільки саме перераховані вище властивості мови надають динаміку сторінкам Всесвітньої павутини. Після освоєння основних понять об'єктно-орієнтованого програмування можна швидко навчитися програмувати на Java. У наші дні існує багато систем програмування, які пишаються тим, що в них однієї і тієї ж мети можна досягти десятком різних способів. У мові Java достаток рішень відсутній - для вирішення задачі у вас буде зовсім небагато варіантів. Прагнення до простоти часто призводило до створення неефективних і невиразних мов типу командних інтерпретаторів. Java до числа таких мов не відноситься - для Вас вся потужність ООП і бібліотек класів. Безпека. У популярній літературі наших днів, особливо якщо мова заходить про Internet, стало модною темою обговорення питань безпеки. Люди впевнені, що використання Internet в комерційній діяльності рівносильно написанню номера своєї кредитної картки на стінці телефонної будки. Один з ключових принципів розробки мови Java полягав в забезпеченні захисту від несанкціонованого доступу. Програми на Java не можуть викликати глобальні функції і отримувати доступ до довільних системних ресурсів, що забезпечує в Java рівень безпеки, недоступний для інших мов. Об'єктна орієнтованість. Забавно спостерігати, як численні нові діалекти старих мов безапеляційно оголошуються об'єктно-орієнтованими. Оскільки при розробці мови була відсутня важка спадковість, для реалізації об'єктів був обраний зручний прагматичний підхід. Розробники Java намагалися витримати розумний компроміс між моделлю пуристів - "все є об'єктами", і моделлю хакерів - "піди з моєї дороги". Об'єктна модель в Java проста і легко розширюється, в той же час, заради підвищення продуктивності, числа та інші прості типи даних Java не є об'єктами. Надійність. Java обмежує вас в декількох ключових областях і таким чином сприяє виявленню помилок на ранніх стадіях розробки програми. У той же час в ній відсутні багато джерел помилок, властивих іншим мовам програмування (сувора типізація, наприклад). Більшість використовуваних сьогодні програм "відмовляють" в одній з двох ситуацій: при виділенні пам'яті, або при виникненні виняткових ситуацій. У традиційних середовищах програмування розподіл пам'яті є досить нудним заняттям - програмісту доводиться самому стежити за усієї використовуваної в програмі пам'яттю, не забуваючи звільняти її в міру того, як потреба в ній відпадає. Найчастіше програмісти забувають звільняти захоплену ними пам'ять або, що ще гірше, звільняють ту пам'ять, яка все ще використовується небудь частиною програми. Виняткові ситуації в традиційних середовищах програмування часто виникають в таких, наприклад, випадках, як поділ на нуль або спроба відкрити неіснуючий файл, і їх доводиться обробляти за допомогою незграбних і нечитабельних конструкцій (крім Delphi). Java фактично знімає обидві ці проблеми, використовуючи збирач сміття для звільнення незайнятої пам'яті і вбудовані об'єктно-орієнтовані засоби для обробки виняткових ситуацій. Інтерактивність. Java створювалася як засіб, який повинен задовольнити нагальну потребу у створенні інтерактивних мережних програм. В Java реалізовано кілька цікавих рішень, що дозволяють писати код, який виконує одночасно масу різних функцій і не забуває при цьому стежити за тим, що і коли має статися. У мові Java для вирішення проблеми синхронізації процесів застосований найбільш елегантний з усіх коли-небудь винайдених методів, який дозволяє конструювати прекрасні інтерактивні системи. Прості в зверненні витончені підпроцеси Java дають можливість реалізації в програмі конкретного поведінки, не відволікаючись при цьому на вбудовування глобальної циклічної обробки подій. Багате об'єктне середовище. Середовище Java - це щось набагато більше, ніж просто мова програмування. У неї вбудований набір ключових класів, що містять основні абстракції реального світу, з яким доведеться мати справу вашим програмам. Основою популярності Java є вбудовані класи-абстракції, які зробили його мовою, дійсно незалежним від платформи. Бібліотеки, подібні MFC / COM, OWL, VCL, NeXTStep, Motif і OpenDoc прекрасно працюють на своїх платформах, однак сьогодні головною платформою стає Internet. У реалізації Java 1.1.6 знаходиться 23 пакета (в Java 1.0.2 їх було 8), а кількість класів - 503 (211). Зараз проходить завершальну стадію бета-тестування JDK 1.2. Для тих, хто збирається підтримувати Java 1.0 поряд з 1.1 (актуальність цієї підтримки підтверджує Borland JBuilder 2.0 та інші продукти), спеціально виділені нововведення 1.1.6. Встановлення і налаштування середовища розробки. Мінімум необхідного для програмування на Java — це JDK (Java Developer Kit - комплект розробника Java) та звичайний текстовий редактор. Щоправда бажано, щоб редактор хоча б здійснював підсвітку синтаксису програми. Наприклад можна використати безкоштовний текстовий редактор PSPad або спеціалізовані середовища розробки (IDE — інтегроване середовище розробки) як то Eclipse, NetBeans або IDEA. Деякі програмісти пропонують розпочинати з простих редакторів аби краще засвоїти роботу в командному рядку. Це мотивується ще й тим, що IDE переважно потребують значних ресурсів комп'ютера. Проте при розробці великих проектів інтегровані середовища розробки значно полегшують роботу програмістові. JDK це набір бібліотек класів, утиліт та документації для програмування на Java. Він складається з кількох компонентів. Ось основні із них [16]: компілятор javac. Транслює текст програми на Java в байт-коди віртуальної машини. інтерпретатор java. З його допомогою запускаються програми відкомпільовані в байт-код. Містить в собі JVM (Віртуальну машину Java). утиліта appletviewer. З її допомогою можна запускати аплети - графічні програми, які виконуються в інтернет браузері. Фактично вона являє собою браузер, який може запускати тільки аплети. утиліта javadoc — призначена для створення документації. Якщо ви хочете лише запускати програми написані на java, наприклад аплети в браузері, то достатньо просто завантажити JRE (Java Runtime Environment) - це мінімальний набір, який дозволяє виконувати програми написані на Java. У ньому відсутні складові, що необхідні для розробки програмного забезпечення. Для того, щоб було зручно використовувати JDK потрібно задати змінні середовища і оголосити змінну classpath. От так, наприклад, ви повинні діяти в Windows XP. Для установки відповідних змінних оточення клацніть правою кнопкою миші на робочому столі на іконці Мій комп'ютер. У контекстному меню виберіть Властивості (Properties) і перейдіть на вкладку Додатково (Advanced). В Windows Vista після вибору Властивості потрібно вибрати Додаткові параметри системи, а тоді уже вкладку Додатково

Бакалаврська робота Програмування

rekryt

22.10.2012 21:10-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись