ской империи факельный телеграф применяли для передачи сообщений по цепочке сигнальных стен.
Итак, есть два проекта факельного телеграфа. Их различие обусловлено выбором разных систем кодирования сообщений.
Чей же проект лучше: наш или Клеоксена и Демоклита?
Сравнение показывает, что, во-первых, наш проект проще (сейчас бы сказали: имеет меньшую сложность), так как вместо двух стен нужно строить только одну, а вместо десяти — только пять. Во-вторых, наш проект дешевле (по современному — имеет лучшие экономические показатели: меньшие капитальные затраты на сооружение стен, меньшие эксплуатационные расходы на замену сгоревших факелов, т. е. имеет, вообще говоря, меньшую стоимость).
Еще один показатель качества работы системы связи — время, или скорость, передачи сообщения. В нашем проекте передача и прием факельных сигналов производятся быстрее, так как факелов всего пять, однако у александрийских инженеров быстрее осуществляется декодирование принятых сообщений (оно проще). Так что, вероятно, время передачи сообщения (вместе с кодированием и декодированием) будет в обоих проектах примерно одинаковым.
Так что же, наш проект лучше? Не будем спешить с выводами. Иногда один недостаток может свести на нет десятки преимуществ. Дело в том, что при приеме кодированного сообщения может произойти ошибка и тот или иной символ будет распознан неверно. Ошибка при приеме сообщения может произойти как из-за наличия помех при передаче (плохой видимости вследствие дождя, тумана; посторонних факельных огней, сбивающих с толку наблюдателей за стенами), так и из-за искажений в аппаратуре на приемной стороне (оптических дефектов в зрительном приборе, с помощью которого наблюдают за факелами; и наконец, плохого зрения у наблюдателей). Таким образом, речь идет о способности системы противостоять действию помех, т. е. о помехоустойчивости системы передачи сообщений.
Если сообщением является слово ОМЕГА, то по каналу связи нашего факельного телеграфа передается код:
При наличии указанных выше помех и искажений наблюдатель на приемной станции может не различить, например, в каком проеме передающей стены (третьем или четвертом) выставлен факел при передаче букв Е и Г. Точно так же возможны и другие ошибки.
В факельном же телеграфе Клеоксена и Демоклита не нужно разглядывать, в каком проеме стены выставлен факел: достаточно просто подсчитать количество горящих над стеной факелов. Такой способ приема сообщений более надежный, и поэтому появление ошибки в их системе менее вероятно. Говоря современным языком, помехоустойчивость факельной системы передачи сообщений, разработанной древними специалистами, выше, чем у системы передачи, разработанной нами, современными специалистами. Но за повышение помехоустойчивости Клеоксену и Демоклиту пришлось "платить" высокую цену: возросли сложность и стоимость системы передачи.
Таким образом, однозначно ответить на вопрос, чей проект лучше и кто выбрал более удачный способ кодирования сообщений, не удается. Все зависит от того, что нужно в конечном счете получить от системы передачи сообщений: минимальную сложность, минимальную стоимость, максимальную скорость, минимальную вероятность ошибки и т. д. Часто пытаются найти компромисс между этими противоречивыми требованиями.
Теперь перенесемся в первую половину XIX в. Этот период ознаменовался рождением электрического телеграфа. Рассказ о нем начнем с изобретения первого в мире пишущего елеграфа.
…1832 год. Известный американский художник, профессор живописи, первый президент национальной Академии художеств Самюэл Финли Морзе возвращался из Европы в Америку на пароходе "Салли".
Разнообразие в длительное и скучное путешествие внес молодой английский физик Ч. Джексон, с которым Морзе познакомился на борту парохода. Увлекательные беседы молодого физика об электричестве и показанные им опыты с магнитной стрелкой произвели на Морзе сильное впечатление. И, возможно, именно во время этих бесед у него возникли идеи, с блеском реализованные через 5 лет в конструкции первого в мире пишущего телеграфа. Во всяком случае, сходя с парохода, Морзе попросил капитана запомнить этот день, ибо был уверен, что тот еще услышит о гениальном изобретении на борту парохода.
Все эти 5 лет были для Морзе мучительными. Он забросил профессию художника и находился в очень стесненном материальном положении. К тому же он овдовел, на его руках осталось трое детей. Приходилось подрабатывать, давая частные уроки рисунка. Иногда в доме буквально нечего было есть. Положение улучшилось, когда Морзе получил кафедру рисунка в Нью-Йоркском университете. Целыми днями он теперь пропадал в университетской мастерской (возился там в рваном фартуке, грязный, с испачканными руками, вызывая возмущение у своих коллег, уважаемых профессоров).
Идея Морзе была действительно гениальной и, как все гениальное, очень простой. Он придумал принципиально новый код для передачи буквенных и цифровых сообщений — знаменитые "точки" и "тире". Этот код известен под названием азбуки Морзе и используется до настоящего времени. Рассказывают, что, создавая свой код, Морзе отправился в ближайшую типографию и подсчитал число литер в наборных кассах. Буквы, для которых литер в этих кассах было припасено больше, он сопоставил с более короткими кодовыми комбинациями (ведь они встречаются чаще), а буквы, для которых литер в кассах было мало — с более длинными кодовыми комбинациями. Например, буква Е кодируется в его азбуке одним знаком (точкой), буква Т — тоже одним знаком (тире), А — двумя знаками (точкой и тире), а Я — четырьмя знаками (точкой, тире, точкой, тире).
Телеграфный код Морзе показан на рисунке. Его можно представить в знакомой нам двоичной форме. Для этого точку обозначим 1, тире 111. Символ 0 будем использовать как элемент, отделяющий точку от тире, точку от точки, тире от тире.
Совокупность символов 000 будем применять для отделения одной кодовой комбинации от другой. В таких обозначениях слово ОМЕГА, которое мы передавали по факельному телеграфу, будет иметь следующую двоичную запись кода Морзе:
Колы, в которых различным буквам соответствуют кодовые комбинации с неодинаковым (неравным) числом разрядов (битов), называются неравномерными. Код Морзе относится к таким неравномерным кодам.
В электрическом телеграфе, так же как и в факельном, передаче подлежат буквы или какие-нибудь другие знаки. Эти буквы и знаки являются сообщениями. С помощью каких же материальных носителей сообщения переносятся в пространстве?
Если в факельном телеграфе в качестве материального носителя используется свет горящих факелов (т. е. электромагнитное излучение с длиной волны в несколько микрон), то в электрическом телеграфе материальным носителем сообщений стал электрический ток.
Самюэл Морзе публично продемонстрировал свою конструкцию электрического телеграфа 4 сентября 1837 г. в здании Нью-Йоркского университета. Принцип действия этого аппарата теперь знает, наверное, каждый школьник. На передающей стороне Морзе использовал телеграфный ключ, изобретенный ранее русским ученым, академиком Петербургской академии наук Б.С. Якоби, а на приемной стороне — электромагнит. При нажатии на ключ замыкалась электрическая цепь, соединенная с приемной станцией, и в цепи начинал протекать ток. В приемнике под его действием срабатывал электромагнит: он притягивал якорь с пишущим механизмом (карандашом или красящим колесиком) к равномерно протягиваемой бумажной ленте. Если ключ нажимали в течение короткого времени, то на ленте появлялась точка, если немного дольше — тире.
Обратите внимание на то, что ток в цепи (или в линии связи) имел в результате форму импульсов: коротких — при передаче точки, длинных — при передаче тире. Таким образом совершилось чудесное превращение: двоичные цифры 0 и 1 превратились в импульсы электрического тока, причем наличию импульса определенной длительности соответствует цифра 1, а отсутствию импульса — цифра 0. Такая материализация сообщения позволяет использовать для его хранения, передачи и обработки мощнейший арсенал средств электроники и радиотехники.
Неравномерный код Морзе очень трудно было использовать для создания буквопечатающих телеграфных аппаратов. Поэтому французский механик Жан М.Э. Бодо предложил в 1874 г. равномерный код, в котором каждая буква и знак представлялись 5-разрядным двоичным кодом (подобным тому, какой мы с вами применили в факельном телеграфе). Напомним, что 5-разрядный двоичный код позволяет перевести в набор цифр 0 и 1 только 25 = 32 буквы или знака. В русском алфавите как раз 33 буквы, но ведь надо еще обеспечить передачу десяти цифр, а также знаков препинания.
В 1855 г. американский физик Дейвид Юз предложил оригинальную идею, позволяющую оставить число разрядов в кодовой комбинации равным пяти и в то же время значительно увеличить число кодируемых знаков.
Он разделил все знаки сообщения на группы — регистры — подобно тому, как это сделано в современных пишущих машинках. Чтобы напечатать, например, заглавную букву, нужно предварительно нажать на соответствующую клавишу — каретка приподнимется и отпечатает заглавную букву, расположенную на литере выше строчной.
Код Бодо с введением регистров был положен в основу всех кодов, принятых в дальнейшем в качестве международных. На приведенном рисунке показан вариант 5-разрядного двоичного международного кода МТК-2, введенного в действие с 1932 г.
В этом коде знакомое нам слово ОМЕГА будет выглядеть так:
Однако при обмене сообщениями между ЭВМ 5-разрядного двоичного кода даже с тремя регистрами оказалось недостаточно, поскольку он позволяет перевести в двоичные цифры 0 и 1 около 90 букв, цифр и знаков, в то время как требуется более 200 знаков и символов (в их числе и специальных математических знаков и символов, понятных ЭВМ). В результате в 1966 г. был разработан 7-разрядный двоичный международный код МТК-5, позволяющий перевести в цифры 0 и 1 размещенные в двух регистрах 256 прописных и строчных букв русского и латинского алфавитов, цифры, знаки препинания и спец