...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь - Попов Георгий Леонтьевич - Страница 25

Итак, основная идея уже четко прорисована: из цветного изображения нужно получить три изображения в основных цветах. В свою очередь, их можно преобразовать в непрерывные токи и затем в двоичные кодовые импульсы для того, чтобы передать по назначению или поместить в электронную память.

Выделение трех одноцветных изображений — красного, зеленого и синего — из неподвижного или подвижного многокрасочного изображения довольно легко осуществляется цветными светофильтрами, пропускающими только свой цвет и задерживающими все остальные. На выходе каждого светофильтра ставится свой анализатор яркости: перемещающийся фотоэлемент с источником света для неподвижного изображения или передающая телевизионная трубка для подвижного. Чтобы воспроизвести цветное изображение, достаточно совместить на фотопленке, фотобумаге или экране восстановленные обычным путем красное, зеленое и синее изображения.

Ну вот, мы и завершили первую часть нашего повествования об удивительной, поистине магической системе счисления, содержащей всего две цифры, но позволяющей сколь угодно точно отобразить окружающий мир, его звуки, его движение. Всего с помощью двух понятий: один и нуль, или ДА и НЕТ, можно представить необозримые массивы информации — текстовой, звуковой, визуальной. Казавшееся вначале непостижимым, невозможным становится теперь естественным, научным, логичным.

Источниками информации могут быть не только люди или компьютеры. Ими также являются различные датчики (температуры, скорости ветра, смещения и т. п.), машины и механизмы и другие устройства. И любая информация может быть преобразована в цифровую форму! Потребители информации — это люди, компьютеры, машины (различные исполнительные механизмы, такие как роботы, станки, устройства автоматики и пр.). В любом случае, находятся ли источник и потребитель информации рядом или на расстоянии сотен и тысяч километров, информацию нужно уметь передавать. О том, как это делается, и пойдет речь в следующих главах.

НЕОБЫКНОВЕННОЕ ПУТЕШЕСТВИЕ

Медные рельсы

Дорога ты, дорога.

Стальная колея!..

М. Исаковский

Путешествие по стальной колее… Кто из нас не ездил различными железнодорожными маршрутами? И с каким неподдельным интересом мы вглядывались в мелькающий за окном незнакомый нам мир! Ритмы конца XX — начала XXI в. стремительно меняют все вокруг. Современная стальная колея — это не только рельсы, вокзалы и станции, но и сложнейшие системы автоматики и телемеханики, сигнализации и связи, управления движением. Но сейчас речь пойдет не об этом.

Мы предлагаем совершить не менее увлекательное путешествие по "медной колее". Ведь именно по ней протянулись на десятки тысяч километров маршруты, которыми следуют… нет, не люди, а биты — эти неутомимые "почтальоны", разносящие информацию по всему свету, заглядывающие в самые отдаленные уголки нашей планеты. В путь, читатель!

Биты начали путешествовать еще в глубокой древности. Так, в эпоху тамтамов прародители битов — звуки мерных ударов по барабану, — оповещая племя об опасности, переносились через расстояния с помощью колебаний воздуха. В эпоху костров и факельных телеграфов переносчиками битов служили световые колебания. Вспомните, как общался с соседом узник замка Иф граф Монте-Кристо. Позже русские революционеры использовали для передачи сообщений в тюрьмах механические колебания в стенах, возникающие при постукивании по ним. Век, подаривший миру электрический телеграф, "пересадил" биты на новый вид "транспорта" — электрические колебания. Этот "экспресс" остается основным и в наши дни.

Чтобы представить, как биты передаются с помощью электричества, заглянем в школьный курс физики. В любом веществе всегда найдется некоторое количество атомов, потерявших электроны со своих внешних орбит. "Улизнувшие" от атомов электроны беспорядочно "слоняются" в межатомном пространстве, другими словами, движутся хаотично. В металлических проводниках таких свободных электронов настолько много, что они непрерывно сталкиваются с атомами и друг с другом.

Под действием внешних электрических сил (скажем, электродвижущая сила батареи в телеграфе Морзе) электроны, кроме этих беспорядочных движений, непрерывно смещаются в одном определенном направлении. Именно это упорядоченное движение в одну сторону и называется электрическим током.

Мы уже знаем, что биты, несущие информацию о тексте, речи, музыке или изображении, сначала превращаются в электрические импульсы. Скажем, для комбинации из 5 битов 10101 импульсная последовательность будет содержать только первый, третий и пятый импульсы. Второй и четвертый импульсы будут отсутствовать. Наоборот, для комбинации 01010 в импульсной последовательности будут присутствовать только второй и четвертый импульсы. Как же эти импульсы передаются по металлическим проводам? При воздействии электрического импульса на проводник электроны в нем начинают двигаться упорядоченно. Если импульса нет, электроны совершают лишь хаотические движения. Таким образом, электроны, перемещаясь скачкообразно (не напоминают ли вам эти перемещения прыжки кенгуру?), переносят информацию по металлическому проводнику. А если проводник очень длинный? Сколько времени пройдет, пока электроны "доскачут" от одного его конца до другого?

Известно, что электрический ток распространяется так же быстро, как и свет, преодолевая за I с расстояние около 300000 км. Однако не следует думать, что с такой гигантской быстротой перемещаются электроны в проводнике. Они за 1 с проходят путь, не превышающий всего несколько миллиметров. Процесс распространения тока вдоль проводника можно сравнить с процессом передачи кирпичей по конвейеру, составленному из людей. Всего один такт движения в начале конвейера приводит в движение весь конвейер и заставляет буквально через очень короткий промежуток времени сделать такой же такт в конце конвейера. Таким образом, если сравнить появление очередного импульса на входе из двух металлических проводников с подачей очередного кирпича на людской конвейер, то возникновение импульса на выходе цепи будет подобно выдаче кирпича с нашего конвейера. Хотя, заметим, сами кирпичи (так же, как и электроны) перемещаются несравненно медленнее.

И если уж продолжить образные сравнения, то провода нам представятся медными рельсами, по которым мчится электропоезд — электрический ток, а электрические импульсы — удобные полки в этом электропоезде: на них заняли свои места путешественники — биты. В мгновение ока они прибывают по нужному адресу.

Но почему "рельсы" — медные, а, скажем, не стальные?

Кстати, вначале они были стальными. Первые электрические импульсы, рожденные электрическим телеграфом в 40-х годах XIX в., переносили биты информации по неизолированным стальным проводам, подвешенным на столбах. Такие столбовые линии назывались воздушными. Хотя еще и сегодня кое-где можно увидеть, как вдоль дорог тянутся столбы с навешенными на них рядами проволок, но воздушные линии — это прошлое электрической связи. Прошлое, уходящее на наших глазах. А ее настоящее — прежде всего кабели, основой которых являются медные проводники, или жилы. Так почему же они все-таки медные?

Здесь нам вновь придется обратиться к школьному курсу физики. Электрический ток будет больше в проводнике из такого металла, где внешние электроны связаны с ядром очень слабо (и поэтому больше свободных электронов блуждает в межатомном пространстве) и где, кроме того, меньше размеры атомов и они дальше расположены один от другого (в этом случае электронам легче двигаться в межатомном пространстве). Говорят, что проводники из таких металлов обладают наименьшим сопротивлением току.