...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь - Попов Георгий Леонтьевич (онлайн книги бесплатно полные .TXT) 📗
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.
Если наша Галактика - это звездный город или звездный остров в безбрежном океане Вселенной, то иные галактики - это другие звездные города, другие острова Вселенной. Так же как острова в океане, галактики образуют местами архипелаги - скопления десятков, а иногда и тысяч галактик. Это - Сверхгалактика. Ее диаметр составляет около 100 млн световых лет, а общая масса равна примерно квадриллиону солнечных масс.
Известно много других скоплений галактик. Все доступные для наблюдений области Вселенной входят в состав системы еще более грандиозной, чем Сверхгалактика. Эту систему называют Метагалактикой, но до ее границ ученые еще не добрались.
Другим примером иерархического построения системы является календарь. Да-да, обычный календарь, которым мы так привыкли пользоваться, что даже и не вполне отдаем себе отчет в том, как велика в нашей жизни и во всем нашем мышлении роль упорядоченного счета времени.
Считают, что само слово "календарь" произошло от одного из латинских слов calco - "провозглашать" или calcodarium - "долговая книга". Первое из них напоминает о том, что в Древнем Риме начало каждого месяца, в отличие от прочих дней, провозглашалось особо, а второе - о том, что первого числа месяца необходимо было платить долги. Календарем принято называть определенную систему счета продолжительных промежутков времени с подразделением их на отдельные, более короткие периоды - годы, месяцы, недели, дни.
