Борис Крук - ...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

Обратите внимание, скорость передачи двоичных цифр в телеграфном проводе возросла - она стала больше той, которая имела бы место при подключении к проводу только одного передатчика и одного приемника (в примере на рисунке - в 4 раза).

А сколько телеграфных аппаратов можно подключить таким способом к одному проводу или, иными словами, до какой степени можно "укорачивать" передаваемые импульсы? Это определяется несколькими факторами. Прежде всего тем, какой длительности импульсы способно зарегистрировать приемное устройство. Во времена Бодо в приемниках телеграфных аппаратов использовались электромагниты. Ясно, что они не могли фиксировать очень короткие импульсы, поэтому к проводу нельзя было подключать более 5-9 телеграфных аппаратов. Скорость передачи двоичных цифр в линии была невысока - 75-100 бит/с. Вот и успевали за минуту передать лишь 800-1200 букв или других знаков. Современные же электронные устройства регистрации умеют "ловить" чрезвычайно короткие импульсы, например такие, которые образуются лишь при скоростях в сотни мегабит в секунду.

Кроме того, для распространения по линии коротких импульсов (а это значит - передача высокоскоростная) она должна быть широкополосной, скажем, такой, как спутниковая или оптическая. Наконец, когда с линией соединено много аппаратов, механические распределители не будут успевать "обслуживать" их. Нужны быстродействующие "электронные щетки". Значит, если использовать электронные регистраторы сверхкоротких импульсов, "быстрые" электронные распределители и современные линии связи, то окажется возможным предоставлять линию сразу многим абонентам. И притом не десяткам, а сотням и даже тысячам.

Изобретение Ж. Бодо, появившись на свет в эпоху примитивных телеграфных аппаратов и "столбовых" телеграфных линий, спустя столетие, в век электроники и компьютеров, обрело новую жизнь в виде современнейших, сплошь начиненных микросхемами систем передачи. В них движущиеся к одним и тем же пунктам "хилые" потоки цифровой информации от отдельных источников - людей, компьютеров и т. п. - собираются в мощный поток цифр, "бешено" несущихся по скоростной (подземной, космической или другой) супермагистрали. Таков наш стремительный век.

Сейчас обратимся к техническим терминам. Не пугайтесь, мы не собираемся ими подавлять вас. Говоря языком инженеров, Бодо организовал для каждой пары телеграфных аппаратов свой канал связи. На рисунке их четыре. Канал не существует постоянно, все время. Вы видите, что связь между аппаратами периодически прерывается. Она возникает только в строго определенные, отведенные для данной пары аппаратов, промежутки времени, которые так и называют "канальные". Ущерба в этом нет никакого: ведь каждый импульс (неважно, что он "укороченный") успевает "добежать" по проводу до приемника.

Можно организовать подобных каналов не четыре, а больше. Но сколько бы их ни было, они не мешают друг другу, поскольку каждый "работает" в свое время. Про них говорят: каналы разделены во времени, что на просторечном языке звучит как "всяк сверчок знай свой шесток". Когда специалисты произносят слова "многоканальная система передачи цифровой информации с временным разделением каналов", они прекрасно понимают, что скрывается за этими скучными, сугубо техническими терминами.

Давайте попробуем вместе с вами реализовать идею Бодо - передачу по одной линии связи потоков цифр от нескольких телеграфных аппаратов, - но на основе современных технических средств.

Прежде всего для организации каналов нам потребуются "электронные щетки", которые будут подключать по очереди телеграфные аппараты к линии. Подобные устройства выпускаются промышленностью, и мы можем воспользоваться готовыми изделиями. Это - мультиплексоры. Выполняются они в виде очень компактных микросхем, а их функции - как раз те, что заложены в механических распределителях Бодо: подключение того или иного из соединенных с их входами устройств к общему выходу. Полому в корпусе микросхемы предусмотрены ножки, которые являются входными шинами (в зависимости от типа микросхемы число этих ножек может быть разным), а также одна ножка - выходная шина. Просим не путать эти шины с автомобильными. Напомним, что в микроэлектронике шина — это провод, точнее токопроводящая металлическая дорожка, нанесенная специальным образом на кристалле микросхемы.

Но иметь мультиплексоры - еще полдела. Образно говоря, они подобны помещению с несколькими входными дверями и одной выходной. Кто-то еще должен открывать двери. В распределителе Бодо эту "миссию" брал на себя мотор - он "вел" щетку по ламелям. В мультиплексоре этим занимаются специальные управляющие импульсы. Они-то и приоткрывают на миг каждую его "входную дверь", пропуская "томящийся" за ней импульс.

Система управления мультиплексором заслуживает того, чтобы немного на ней задержаться. Для подачи управляющих импульсов в корпусе микросхемы предусмотрены дополнительные ножки. Почему мы употребили множественное, а не единственное число "ножка"? Дело в том, что управление "дверями" осуществляется двоичным кодом. И для каждого разряда нужна своя ножка. Кстати, вы уже сталкивались с этим, когда читали главу "Волшебный шкафчик", где речь шла о выборе с помощью двоичного кода ячейки памяти в запоминающем устройстве.

Представьте, что мультиплексор имеет четыре входа. Тогда для перебора всех входов достаточно использовать 2-разрядный двоичный код, дающий четыре комбинации цифр: 00, 01, 10, 11, и, значит, для организации управляющих шин в корпусе нужны всего две дополнительные ножки - по числу разрядов.

Соединение аппаратов с линией происходит по очень простому правилу: на управляющих шинах комбинация 00 - к выходу мультиплексора подключен его первый вход; комбинация 01 - подключен только второй вход; комбинация сменилась на 10 - только третий вход и, наконец, при комбинации 11 - подключен только четвертый вход. Удобно? Несомненно. Ведь если входов не четыре, а, скажем, восемь, для управления достаточно иметь три двоичных разряда, в случае 16 входов - четыре разряда, а для 32 входов - всего пять разрядов.

- Но кто должен менять комбинации управляющего кода? - воскликнет недоумевающий читатель.

Нам крупно "повезло", что мы живем не в XIX, а в XXI в. Достигнуты такие фантастические успехи в развитии микроэлектроники, что почти не приходится заботиться о разработке таких "мелочей", как устройство для смены кода. Разумеется, оно давно существует в виде микросхемы и называется двоичным счетчиком. Промышленностью выпускаются самые разнообразные счетчики. Все они "умеют" считать двоичные числа: одни - от 0 до 3, другие - от 0 до 7, третьи - от 0 до 15 и т. д. Выбирайте подходящий для вас счетчик, соединяйте его разрядные шины с управляющими шинами мультиплексора и, пожалуйста, предоставляйте поочередно линию каждому телеграфному аппарату.