lection 13 (Презентации лекций)

Лекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойСвязь ЭВМ с внешней средой: линии связи между ЭВММетоды кодирования информации: амплитудная, фазовая, частотная и другиетипы модуляции.Распределенные линии для разных диапазонов частот. Двух- и многопроводныелинии. Телеграфное уравнение. Скорость распространения сигналов и волновоесопротивление. Согласование с нагрузкой.Модем. Передача данных через телефонные линии связи. Коаксиальный кабель,витая пара и радиоканал.Оптические волокна и волоконно-оптические кабели. Распространение света пооптическим волокнам. Оптические моды, дисперсия мод, отсечка. Градиентныеволокна и волокна со ступенчатым профилем показателя преломления.Оптические передатчики и приемники: свето- и фотодиоды, полупроводниковыелазеры.Предельная скорость передачи информации.

Оптические солитоныФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойИстория: марафон и голубиная почтаСогласно легенде греческий воин по имени Филиппидв 490 году до н.э. после битвы при Марафонепробежал, не останавливаясь, от Марафона до Афин(42 км 195 метров), чтобы возвестить о победе греков.Добежав до Афин, он успел крикнуть «Радуйтесь,афиняне, мы победили !» и упал замертвоМарафон- Греки сообщали имена победителей Олимпиад спомощью почтовых голубей.- В Египте при Нур ад-Дине (1146-1173 г.г.) за парупочтовых голубей платили по 1000 динариев- Почтовые голуби использовались в 1572-1574 г.г.при осаде городов Харлем и ЛейденПочтовые голубиФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойИстория: оптическая связьИндейские кострыСемафор283 г. до н.э.- Александрийский маяк1868 - Найт,Лондон, первый светофорФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойИстория: связь по проводам и без проводовКод Морзе (после 1914 г. азбука Морзе) - способзнакового кодирования т.е. представления букв, цифр,знаков препинания и др. символов последовательностьютроичных сигналов: длинных («тире») и коротких «точек».Единица времени - длительность точки. Длительностьтире - 3 точки. Пауза между элементами знака - точка,знаками в слове - 3 точки, словами - 7 точекПринцип кодирования: буквы,которые чаще используются (ванглийском языке), кодируютсяболее простыми сочетаниямизнаковСэмюэль Морзеи его кодФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойИстория: связь по проводамТелеграф - метод и технические средства дляпередачи информационного сигнала по проводамили другим каналам электросвязиТелеграфный аппарат1774 1787 1798 1837 1844 -Лесаж, Женева, первый телеграфный аппарат(24 провода соединяют две станции)Ломон, станции соединяет всего один проводСальва, Мадрид, первая телеграфная линияСэмюэль Морзе, телеграфный аппаратВайль, усовершенствует аппарат МорзеАппарат МорзеФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13.

Связь ЭВМ с внешней средойИстория: связь без проводовА.С. ПоповНикола ТеслаГульельмо МаркониРадиотелеграф – средство для передачи (обмена)текстовой информации (информацией) по радио.Буквы алфавита представлены комбинациями точек итире (код Морзе).

В настоящее время используется восновном энтузиастами и иногда военными радистамиФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойИстория: оптическая связьГелиограф (оптический телеграф) - устройство дляпередачи информации на расстояние посредствомсветовых вспышек. Его главная часть - подвижноезеркало, посредством наклонов которого проводятсерию вспышек (обычно с помощью азбуки Морзе)в направлении получателя сигналаОптический телеграфДальность связи в хороших условиях (солнечный день,чистая атмосфера) могла превышать 50 км.

Рекорддальности связи был поставлен в США в 1894 году(расстояние между точками передачи и приѐма 295 км,обе располагались на горных вершинах).Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойВидео- или радиоимпульс ?Импульс - кратковременный всплеск какой-товеличины в определѐнном, конечном промежуткевремениРазличают видеоимпульсы - единичные выбросыкакой-либо формы и радиоимпульсы - всплескиамплитуды высокочастотных колебаний на т.н.несущей частотеПоследовательностиимпульсовВ отличие от видеоимпульсов радиоимпульсы имеютнулевую площадь и поэтому могут распространяться сминимальными потерями энергииФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойМодуляцияМодуляция - процесс изменения одного или нескольких параметроввысокочастотного несущего колебания по закону низкочастотногоинформационного сигнала (сообщения).Передаваемая информация содержится в управляющем (модулирующем) сигнале,а переносчиком информации является высокочастотное колебание, называемоенесущим, характеристики которого заведомо известныВ результате модуляции спектрнизкочастотного информационногосигнала переносится в область высокихчастот.

Это позволяет при организациивещания настроить функционированиевсех приѐмо-передающих устройств наразных частотах с тем, чтобы они «немешали» друг другуФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойМодуляцияАмплитудная и фазоваямодуляцияВ качестве несущего могут быть использованыколебания различной формы (прямоугольные,треугольные и т. д.), однако чаще всего применяютсягармонические колебания. В зависимости от того,какой из параметров несущего колебания изменяется,различают виды модуляции: амплитудная, частотная,фазовая и др. Модуляция дискретным сигналомназывается цифровой модуляциейНекоторые виды импульсной модуляции:- амплитудно-импульсная модуляция (АИМ)- частотно-импульсная модуляция (ЧИМ)- широтно-импульсная модуляция (ШИМ)- фазово-импульсная модуляция (ФИМ)Физические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойИмпульсно-кодовая модуляцияИмпульсно-кодовая модуляция (ИКМ, PulseCode Modulation, PCM) используется дляоцифровки аналоговых сигналовМодуляция:На передающем конце линии связианалоговый сигнал цифруется (проводятсяего дискретизация и квантование). Частотадискретизации выбирается не ниже 2-хкратной максимальной частоты в спектреисходного аналогового сигнала. Такимобразом на выходе модулятора получаетсяпоследовательный набор битов (0 и 1)Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойИмпульсно-кодовая модуляцияДемодуляция:На приемном конце линии связи демодуляторпреобразует последовательность битов вимпульсы собственным генератором с тем жеуровнем квантования.

Далее эти импульсыиспользуются для восстановления аналоговогосигнала в ЦАПВ дельта ИКМ кодируемый сигнал разность между текущим и предыдущимзначением. Это уменьшает требуемоечисло бит на отсчет на ~25%.В адаптивной дельта ИКМ вдобавокменяется шаг квантования, что снижаеттребования к полосе пропускания призаданном отношении сигнал/шумФизические основы современных ЭВМ. ВМиК.

http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойМодемМодем - устройство, применяющееся в системах связидля физического сопряжения информационного сигналасо средой его распространения, где он не можетсуществовать без адаптации (то есть переноса его нанесущую частоты с модуляцией), и выполняющеефункцию модуляции и демодуляции этого сигналаWi-Fi модемМодулятор модема осуществляет модуляцию несущегосигнала, то есть меняет его характеристики всоответствии с изменениями входного информационногосигнала, демодулятор - обратный процесс.Модем - оконечное оборудование линии связи.Формирование данных для передачи и обработкипринимаемых данных осуществляет терминальноеоборудование (его роль может выполнять ПК)Включение DSL модемаФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойУравнения МаксвеллаЗаконы Гауссадля электрического и магнитного полейЗакон индукции ФарадеяТеорема о циркуляции магнитного поляE- напряженность электрического поляH- напряженность магнитного поляD = eE - электрическая индукцияB = mH - магнитная индукцияr- плотность свободных зарядовj- плотность тока свободных зарядовc- скорость светаМАКСВЕЛЛ ДжеймсКлеркФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойВолновое уравнениеВ отсутствие свободных зарядов и токов от уравнений первого порядка (уравненийМаксвелла) можно перейти к замкнутым (каждое уравнение зависит только от одного- электрического или магнитного – поля) уравнениям второго порядка:Одно из частных решений- циркулярно и линейно поляризованная плоские волныФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойГауссовский пучок- радиус пучка- кривизна фронта- фазовый набег- дифракционная длина- конфокальный параметр- угловая расходимостьФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойПроблема расходимостиНа больших по сравнению с дифракционной длинойрасстояниях L от источника излучения волновой фронтэлектромагнитной волны становится сферическим ивследствие закона сохранения энергии ее интенсивностьменяется обратно пропорционально квадрату LСферический фронтРешить эту проблему можно за счет использованияспециальных «направляющих» - линий связи, которыеспособны задать направление распространенияэлектромагнитной волны и компенсировать ее угловуюрасходимостьСВЧ волноводФизические основы современных ЭВМ.