141018 (Человек и развитие СМК)

Мы живем в удивительное время. Атомные электростанции и

атомоходы, космические корабли и синхрофазатроны, луч лазера и

сверхзвуковые самолёты, ЭВМ и роботы. Самое удивительное, что че-

ловечество разучилось удивляться тому, что автомат ли на Луне,

или человек в космосе, облёт космического корабля вокруг Венеры

или встреча с Сатурном.

Более 60 лет тому назад, а точнее в тридцатые годы в Мос-

кве начали действовать две первые автоматические телефонные стан-

ции (АТС). В настоящее время автоматической и полуавтоматической

связью практически охвачен весь земной шар.

Передача информации на расстояние - одно из самых замеча-

тельных достижений человечества. Виды связи различны. Это теле-

фон, телеграф, радиовещание, телевидение, передача различного ро-

да данных для обработки их вычислительными центрами. А средства

связи - это проводная связь (в основном кабельная) и беспроволоч-

ная, т.е. радиосвязь, будь то через специальные спутники Земли,

по радиорелейным линиям или просто длинно-, средне- или коротко-

волновая.

Современная сеть передачи информации базируется во-первых

на абонентских устройствах (телефоны, телевизоры, телеграфные ап-

параты), во-вторых на станциях, обеспечивающих соединение абонен-

тов между собой, распределение потоков информации по направле-

ниям; в-третьих на линиях связи, соединяющих абонентов со стан-

циями и станции между собой.

Неизменным остаётся стремление человечества передавать ин-

формацию на максимально возможное, неограниченное расстояние. Те-

леграфирование - это запись на расстоянии, телефонирование - это

звучание на расстоянии, телевидение - это изображение на расстоя-

нии.

К обмену новостями или информацией люди стремились во все

времена, даже в доисторические. Общение между людьми начиналось с

отдельных звуков, жестов, мимики, затем посредством криков люди

передавали информацию на расстояние. В Персии в VI веке до н.э.

рабы стояли на высоких башнях и звучными голосами, криками пере-

давали сообщения от одного к другому. В боевых условиях приказы

передавались по цепочке, состоящей из воинов, на расстоянии пере-

давались условными знаками сообщения. В Древнем Китае пользова-

лись гонгами, а аборигены Африки и Америки пользовались деревян-

ными барабанами-тамтамами, ударяя по ним то быстрее, то медлен-

нее, то с разной силой, комбинируя звуки, можно было передавать

известия с достаточной быстротой и на значительные расстояния.

Звуковая сигнализация сохранялась многие столетия. Благода-

ря "барабанному телеграфу" сведения о продвижении неприятельских

войск распространялись на значительные расстояния и опережали

официальные донесения курьеров. Средством звуковой сигнализации

были также рожки, трубы, колокола, а после изобретения пороха -

выстрелы из ружей и пушек. Колокольный звон на Руси возвещал о

пожаре, о торжествах и печали.

По мере развития человеческого общества звуковую сигнализа-

цию постепенно оттесняла более совершенная - световая. Историчес-

ки первым средством световой сигнализации были костры. Костры

служили сигналом древним грекам, римлянам, карфагенам и русским

казакам в крестьянской войне 1670 - 1671 г. К огневой сигнализа-

ции по ночам или к дымовой - днём из сырой травы или сырых веток

широко прибегали на южных границах России сторожевые посты каза-

ков. При появлении неприятеля в Запорожской Сечи пользовались це-

почкой костров, сооружённых на возвышенных местах, возвещаяя о

грозящей опасности. Летопись световой сигнализации была бы непол-

ной без упоминания о том, что жителя архипелага, отделённого Ма-

гелановым проливом от южной оконечности Южно-американского мате-

рика, также пользовались сторожевыми кострами, что дало основа-

ние английскому мореплавателю Джеймсу Куку присвоить архипелагу

название "Огненной Земли".

Язык костров и зеркал был хотя и быстр, но очень беден.

Костры несли мало информации; дополнительно посылались гонцы с

необходимыми подробными сообщениями. Способ "факельного телегра-

фа", основанного на сообщениях, передаваемых факелами в промежут-

ках между зубцами стен, что соответствовало определённой букве

кода, также не нашло применения на практике.

Французским механиком Клодом Шаппом был изобретён оптичес-

кий, или семафорный, телеграф. Передача информации происходила с

помощью вращения перекладины вокруг своей оси, прикреплёной к ме-

таллическому шесту на крыше башни. Русский механик-самоучка Иван

Кулибин изобрёл систему семафорного телеграфа, которую он назвал

"дальновещающей машиной", с оригинальным сигнальным алфавитом и

слоговым кодом. Изобретение Кулибина было забыто царским прави-

тельством и в России пользовались изобретением французского инже-

нера Шаппа.

Открытие магнитных и электрических явлений привело к повы-

шению технических предпосылок создания устройств передачи инфор-

мации на расстояние. С помощью металлических проводов, передатчи-

ка и приёмника можно было проводить электрическую связь на значи-

тельное расстояние. Стремительное развитие электрического телег-

рафа требовало конструирования проводников электрического тока.

Испанский врач Сальва в 1795 году изобрёл первый кабель, который

представлял из себя пучок скрученных изолированных проводов.

Решающее слово в эстафете многолетних поисков быстродей-

ствующего средства связи суждено было сказать замечательному рус-

скому учёному П.Л. Шиллингу. В 1828 году был испытан прообраз бу-

дущего электромагнитного телеграфа. Шиллинг был первым, кто на-

чал практически решать проблему создания кабельных изделий для

подземной прокладки, способных передавать электрический ток на

расстояние. Как Шиллинг, так и русский физик, электротехник Яко-

би пришли к выводу о бесперспективности подземных кабелей и о це-

лесообразности воздушных проводящих линий. В истории электроте-

леграфии самым популярным американцем был Сэмюэл Морзе. Он

изобрёл телеграфный аппарат и азбуку к нему, позволяющие с по-

мощью нажатия на ключ передавать информацию на дальние расстоя-

ния. Благодаря простоте и компактности устройства, удобству мани-

пуляций при передаче и приёме и, главное, быстродействию телег-

раф Морзе в течение полустолетия был наиболее распространённой

системой телеграфа, применявшейся во многих странах.

Передача на расстояние неподвижных изображений осуществил в

1855 году итальянский физик Дж. Казелли. Сконструированный им ап-

парат мог передавать изображение текста, предварительно на-

несённого на фольгу. С открытием электромагнитных волн Максвелом

и эксперементальным установлением их существования Герцем нача-

лась эпоха развития радио. Русский учёный Попов сумел впервые пе-

редать по радиосвязи сообщение в 1895 году. В 1911 г. русский

учёный Розинг осуществил первую в мировой практике телевизионную

передачу. Суть эксперемента состояла в том, что изображение

преобразовывалось в электрические сигналы, которые с помощью

электромагнитных волн переносились на расстояние, а принятые сиг-

налы преобразовывались обратно в изображение. Регулярные телеви-

зионные передачи начались в середине тридцатых годов нашего века.

Долгие годы упорных поисков, открытий и разочарований было

потрачено на создание и конструирование кабельных сетей. Ско-

рость распространения тока по жилам кабеля зависит от частоты то-

ка, от электрических свойств кабеля, т.е. от электрического соп-

ротивления и ёмкости. По истине триумфальным шедевром прошлого

века была трансатлантическая прокладка проводного кабеля между

Ирландией и Ньюфаундлендом, производимая пятью экспедициями.

Появление и развитие современных кабелей связи обязаны

изобретению телефона. Термин "телефон" старше способа передачи на

расстояние человеческой речи. Практически пригодный аппарат для

передачи человеческой речи был изобретён шотландцем Беллом. Белл

в качестве передающего и приёмного устройства использовал наборы

металлических и вибрирующих пластинок - камертонов, настроенных

каждый на одну музыкальную ноту. Аппарат, передающий музыкальную

азбуку не имел успеха. Позже Белл с Ватсоном запатентовали описа-

ние способа и устройства для телефонной передачи голосовых и дру-

гих звуков. В 1876 г. Белл впервые продемонстрировал свой теле-

фон на Всемирной электротехнической выставке в Филадельфии.

Вместе с развитием телефонных аппаратов изменялись кон-

струкции различных кабелей для приёма и передачи информации. Зас-

луживает внимания инженерное решение, запатентованное в 1886 го-

ду Шелбурном (США). Он предложил скручивать одновременно четыре

жилы, но составлять цепи не из рядом лежащих, а из противолежа-

щих жил, т.е. расположенных по диагоналям образованного в попе-

речном сечении квадрата. Для достижения гибкости в конструкции

кабеля и изоляционной защиты токопроводящих жил потребовалось

около полувека. К началу XX века была создана оригинальная кон-

струкция телефонных кабелей и освоена технология их промышленно-

го производства. К самой оболочке предъявлялись требования гиб-

кости, стойкости к многократным изгибам, растягивающим и сжимаю-

щим нагрузкам, вибрациям, возникающим как при транспортировке,

так и при эксплуатации, стойкости против коррозии. С развитием

химической промышленности в XX веке начал меняться материал обо-

лочки кабелей, теперь она уже стала пластмассовой или металлоп-

ластмассовой с полиэтиленом. Развитие конструкции сердечника для

городских телефонных кабелей всегда шло по пути увеличения макси-

мального числа пар и уменьшения диаметра токопроводящих жил. Ра-

дикальное решение проблеммы обещает принципиально новое направле-

ние в развитии кабелей связи: волоконно-оптические и просто опти-

ческие кабели связи. Исторически мысль об использовании в кабе-

лях связи вместо медных жил стеклянные волокна (световоды) при-

надлежит английскому физику Тиндалю.

С развитием телевидения, космонавтики и сверхзвуковой авиа-

ции возникла нобходимость создания световодов вместо металла в

кабелях. Уникальные возможности оптических кабелей состоят в том

что по одному волокну (точнее по паре волокон) можно передавать

миллион телефонных разговоров. Для передачи информации ис-

пользуются различные виды связи: кабельные, радиорелейные, спут-

никовые, тропосферные, ионосферные, метеорные. Кабели совместно с

лазерами и ЭВМ позволят создать принципиально новые системы теле-

коммуникаций.

История развития средств связи и телекоммуникаций неотдели-

ма от всей истории развития человечества, поскольку любая практи-

ческая деятельность людей неотделима и немыслима без их общения,

без передачи информации от человека к человеку.

Современное производство немыслимо без электронно-вычисли-

тельных машин (ЭВМ), ставших мощным средством переработки и ана-

лиза сообщений. Любое сообщение имеет информационный параметр.

Например, изменение звукового давления во времени будет информа-

ционным параметром речи. Различные буквы и знаки препинания тек-

ста являются информационным параметром текстового сообщения. Зву-

ковые колебания, соответствующие речи, являются примером непре-

рывного сообщения. Любой текст и знаки препинания относятся к

дискретному сообщению.

Передача сообщений на расстояние с использованием электри-

ческих сигналов называется электросвязью. Электрические сигналы

могут быть непрерывными и дискретными. Информационный параметр

непрерывного сигнала (напряжение, сила тока, напряжённость элек-

тромагнитного поля, частота) с течением времени может принимать

любые значения в заданных пределах. Информационный параметр дис-

кретного сигнала (например напряжение) принимает одно из двух

значений U

Под системой электросвязи можно понимать совокупность тех-

нических средств и среды распространения электрических сигналов

обеспечивающих передачу сообщений от отправителя к получателю.

Любая система электросвязи содержит три элемента: устройство

преобразований сообщений в сигнал (передатчик), устрйство обрат-

ного преобразования сигнала в сообщение (приёмник) и промежуточ-

ный элемент, обеспечивающий прохождение сигнала (канал связи).

Средой распространения электросвязи может быть искуствен-

ное сооружение, созданное человеком (проводная электросвязь) или