пожалуйста, предоставляйте поочередно линию каждому телеграфному аппарату.
Впрочем, есть одна небольшая деталь: счетчик "называет" следующую цифру только при получении разрешения. Кто же дает разрешение? Это делает еще одна, третья но счету, микросхема - тактовый генератор, который, как бы отбивая такт за тактом, выдает один за одним импульсы, "разрешающие" счет.
Пусть вас не смущает тот факт, что для создания "электронных щеток" пришлось использовать не одну, а несколько микросхем. В основном так и проектируют сейчас сложные устройства: их собирают из стандартных микросхем подобно тому, как ребенок собирает понравившуюся ему модель из стандартных деталей конструктора или, еще более близкий пример, как из одного и того же набора "радиокубиков" в руках юных радиолюбителей рождаются совершенно различные радиотехнические устройства - радиоприемники, усилители, генераторы, "мигалки" для елочных гирлянд и др. Однако современный уровень микроминиатюризации электронных схем таков, что не представляет труда изготовить все используемые нами устройства в одной интегральной схеме с большей степенью интеграции - ВИС. Так что, если это вам необходимо, делай те индивидуальный заказ и получайте вашу специализированную БИС.
Довершим проектирование нашей "многоканальной системы передачи цифровой информации с временным разделением каналов" (так официально называется то, что мы с вами делаем). Очевидно, "электронные щетки" на приемной станции не отличаются от своих собратьев, "работающих на передачу": они аналогичным путем подключают линию поочередно к приемным аппаратам. Только называют их демультиплексором, подчеркивая приставкой "де" обратную по сравнению с мультиплексором функцию: не аппараты - к линии, а линию - к аппаратам. В качестве линии связи выберем самую современную - одно из волокон в оптическом кабеле связи. Ввести в него луч света проще всего с помощью светодиода, а управлять его световым потоком будут сами передаваемые импульсы: есть импульс на выходе мультиплексора - светодиод излучает свет, нет импульса - и светодиод "молчит". Проект готов - с помощью современного оборудования организовано четыре канала для передачи цифровых потоков между телеграфными аппаратами.
Не следует думать, что таким путем можно создавать каналы только для телеграфных сообщений. В схеме ничего не изменится, если вместо них на входы мультиплексора будут поступать двоичные импульсы, например, речевых сигналов (надеемся, вы еще не забыли, как их получают?). Правда, скорости цифровых потоков при разговорной речи в сотни раз выше, чем при телеграфировании, и это требует более частого открывания "дверей" мультиплексора. Но данная проблема решается довольно просто: нужно только повысить в соответствующее число раз частоту следования импульсов тактового генератора.
Быстродействие микросхем - одна из важнейших их характеристик. Лучшие из них могут переключаться с частотой более миллиарда раз в секунду, т.е. через каждую миллиардную долю секунды. Немыслимое быстродействие! Его даже трудно представить. И это дает основания для самых оптимистических прогнозов в применении микросхем при организации высокоскоростных потоков цифровой информации.
Ручейки сливаются в реки
Ты течешь, как река,
странное название...
Цифровой поток... Название на первый взгляд действительно странное. В обыденной речи куда чаще встречаются другие, более привычные словосочетания: воздушный поток, водный поток, финансовый поток. Эти слова вызывают у каждого из нас самые разные ассоциации. При упоминании, например, о воздушном потоке одни представляют легкий воздушный шар, увлекаемый им, другие - вихри и ураганы, нередко приводящие к катастрофам.
Вероятно, самые широкие представления связаны у многих с сочетанием "водный поток". Это может быть и непокорная горная речка, "кипящая" и извивающаяся, словно змея меж расщелин, и могучий водопад, с грохотом бросающийся со скалы, и тихо журчащий родничок, дарующий путникам живительную влагу.
При упоминании же о потоках цифровых никаких особых ассоциаций не возникает. И это естественно, ведь мы их не видим. Нет у человека органов чувств, способных улавливать биты, "перевозимые" таким неосязаемым транспортом, как радиоволны, инфракрасный лазерный луч, электрический ток. Человек, правда, придумал много всяких "хитрых" приборов, расширяющих возможности органов чувств, однако на сегодняшний день среди них нет такого, который бы позволил увидеть цифровой поток, так сказать, воочию.
Мы уже не раз прибегали к разного рода аналогиям. Например, колебания синусоидального тока сравнивали с колебаниями маятника, строение атома - со строением Солнечной системы. И хотя физическая сущность сравниваемых явлений и процессов была разной, а сходство между ними - чисто внешним, это помогало нам достаточно просто объяснить многие сложные вещи. Вот и сейчас удобно сравнить цифровые "потоки-невидимки" со зримо ощутимыми потоками воды в полноводных реках, небольших речушках и зыбких ручейках.
Как ручейки сливаются в реки, так и малые потоки информации, направляясь в единое "русло" - линию связи, - образуют более крупные. Характер реки (малой, средней, большой) независимо от ее длины, площади бассейна, географического положения можно точно определить по такому показателю, как средний расход воды. Это объем воды в кубических метрах, протекающей в течение 1 с через сечение русла реки в месте наблюдения. При слиянии двух и более рек средний расход воды образовавшегося единого потока равен сумме этих показателей для каждой реки. Например, средний расход воды Волги у города Волгограда составляет 8060 м3 /с, а реки Камы в месте впадения в Волгу - 3 500 м3/с, значит, все остальные реки, речушки и ручьи, образующие саму Волгу, имеют средний расход, равный разности этих двух величин, - 4 560 м3/с.
Подобная картина происходит и при объединении нескольких цифровых потоков. Их скорости - число бит, переданных по линии за секунду, - суммируются. Так, если четыре потока цифр, каждый со скоростью 100 бит/с, объединить в один поток, как это мы делали в предыдущей главе, скорость последнего возрастет до 400 бит/с.
Каждая река и речушка на нашей планете неповторимы, уникальны, т.е. существуют как бы в единственном экземпляре. Даже такая характеристика, как расход воды, строго индивидуальна и регулируется самой природой. Попытки человека изменить ее чаще всего приводят к отрицательным экологическим последствиям (поэтому и были объявлены "вне закона" проекты переброски части стока северных рек в бассейн Волги и поворота сибирских рек).
Потребности людей в общении, в обмене различного рода информацией также очень индивидуальны. Изучение информационных потоков (аналогичное анализу потоков пассажиров на городском транспорте) позволило выяснить, сколько требуется для общения людей каналов связи. Для различных населенных пунктов это число разное. Например, в таком крупном городе, как Москва, междугородная телефонная станция вынуждена предоставлять своим абонентам десятки тысяч только телефонных каналов связи с разными городами, а кроме того, есть запросы на междугородные каналы для телеграфа, видеотелефона, компьютера и т. п. В то же время в небольшом районном центре оказалось достаточным иметь десятка два-три телефонных каналов, да с десяток телеграфных. Реки и ручейки информации, бурное половодье и тихие заводи. Цифровые потоки - это последовательности нулей и единиц, передаваемых по линии связи. Две цифры - 0 и 1- могут нести информацию о речи, тексте, изображении и т.д. При этом скорости потоков будут, естественно, отличаться: для текста - 50-100 бит/с, для компьютерных данных - 200 бит/с и выше, для речи - 64 кбит/с, для подвижной "картинки" - более 100 Мбит/с.
Как же "строить" цифровые системы передачи? Сколько цифровых потоков можно объединять и направлять в одну линию связи - провод в электрическом кабеле, ствол в радиорелейной или спутниковой линии, волоконный световод в оптическом кабеле? Можно ли стандартизовать скорости передачи?
Начнем с того, что узлы различных систем передачи должны быть однотипными или, иначе, унифицированными. Эта мысль не является оригинальной. Совершенно очевидно, что в заводских условиях легче наладить производство однотипной аппаратуры, чем разнотипной. Кроме того, при наличии большого "ассортимента" оборудования пришлось бы выпускать еще и толстые каталоги всех его разновидностей. А так - набирай по желанию любую систему передачи из стандартных заводских "блоков".
Не нужно еще забывать, что цифровые системы передачи разрабатываются и применяются во всем мире. Коммуникации связи давно уже не знают государственных границ, особенно в наше время. Представьте, что каждая страна начнет выпускать аппаратуру, не согласовывая ее со стандартами, принятыми в других странах. В этом случае придется навсегда расстаться с надеждой связать устойчивой телефонной связью, скажем, Москву и Вашингтон. Значит, государства должны договориться, на каких принципах они будут проектировать аппаратуру.
С этой целью создан межгосударственный орган - Международный союз электросвязи (МСЭ), работающий в Женеве (Швейцария). Он рекомендует строить цифровые системы передачи по иерархическому принципу.
Иерархия (от греческих слов ιερoς - священный и αρoς - власть) - порядок подчинения нижестоящих органов и должностных лиц вышестоящим по строго определенным ступеням (иерархическая лестница). Это - одна общепринятая трактовка. Согласно другой, иерархия - расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему. И в природе, и в обществе мы часто сталкиваемся с различными иерархиями.
Планета Земля вместе с еще восемью планетами входит в Солнечную систему. В свою очередь, наша Солнечная система - это маленькая частица громадной звездной системы, которую называют Галактикой. Подсчитано, что только в нашем "звездном острове" - Галактике - существует до 1,5 млрд планетных систем типа Солнечной. Велика и грандиозна наша Галактика. От одного ее края до друг ого свет бежит почти 100 тыс. лет, а ведь от ближайшей звезды он доходит до нас примерно за 4 года.