10.1.6.Предыстория оптической связи

История передачи информации с помощью света уходит вглубь веков. С доисторических времен использовались сигналь-ные костры, маяки и т.д. Поскольку видимый диапазон как часть оптического диапазона является основой биологического зрения, то восприятие и отображение окружающего мира техническими устройствами в видимом диапазоне наиболее информативно.

Идея использования световых сигналов для передачи ин-формации была применена Наполеоном I. Поражение у Трафаль-гара в 1806 г. побудило его установить континентальную блокаду Англии и построить "зеркальный" телеграф вдоль побережья Ат-лантики для предотвращения разгрузки английских судов.

Первые оптические телеграфы были изобретены в 1890-х гг. во Франции К. Чаппом и в России - И. Кулибиным. Они пред-ставляли собой ряд сигнальных вышек, установленных на опре-деленном расстоянии друг от друга, которые последовательно принимали и передавали световые сигналы, передаваемые с по-мощью факелов. Приблизительно 30 лет спустя в России была построена семафорная линия «С.-Петербург – Варшава» длиной 1200 км. Влияние погодных условий и незащищенность от пере-хвата сообщений помешала широкому распространению подоб-ных линий.

В 1870 г. английский физик Д. Тиндал продемонстриро-вал членам Английского королевского общества возможность захвата светового луча параболической струей жидкости (на ос-нове эффекта полного внутреннего отражения). Опыт, ставший классическим, подтвердил законы отражения – преломления све-та, сформулированные в 1637 г. Р. Декартом.

В России первые световоды появились в 1870-х гг. Рус-ский электротехник В. Чиколев использовал полые, с внутренним зеркальным покрытием, металлические трубы для освещения не-скольких помещений одной дуговой лампой. В 1905 г. англича-нин Р. Вуд опубликовал работу, в которой было предложено пе-редавать свет по стеклянному или кварцевому волокну, исполь-зуя эффект полного внутреннего отражения.

10.1.7.Предыстория компьютеров

Первые цифровые счетные машины зародились в ХIХ в. Это было вызвано необходимостью быстрого и точного проведе-ния трудоемких математических вычислений при составлении математических таблиц для бытовых, астрономических и навига-ционных расчетов.

Самым первым механическим компьютером можно счи-тать машину Б. Паскаля, созданную в 1642 г. Она оперировала сложением и вычитанием в десятичной системе с помощью чи-словых колес, установленных на параллельных горизонтальных осях.

В 1673 г. немецкий философ и математик Г.-В. Лейб-ниц создал счетную машину, которая выполняла четыре основ-ных действий арифметики (так называемое "колесо Лейбница"). Компьютеры на усовершенствованных "колесах Лейбница" ис-пользовались вплоть до Второй мировой войны.

Промышленное производство калькуляторов, выполняю-щих четыре арифметические функции, началось в 1820 г. в США.

Первой серьезной разработкой в области цифровых ком-пьютеров считается работа английского математика Ч. Бебиджа, начатая по заказу британского правительства в 1823 г. для со-ставления мореходных таблиц. "Разностная машина" должна бы-ла выполнять все арифметические операции (расчет таблиц ум-ножения, логарифмов, синусов, косинусов, результатов физиче-ских измерений и наблюдений), для чего был разработан 20 - раз-рядный регистр. Однако работа осталась незавершенной. В 1833 г. математик увлекся идеей "аналитической машины", задуманной как универсальный компьютер (замысел был реализован век спустя в машине МАРК-1). Ценность проекта Ч. Бебиджа со-стояла в том, что он предсказал необходимость совмещения в счетной машине двух отдельных устройств - хранения (памяти), где находятся информация и команды, введенные в машину с по-мощью перфокарт, и перерабатывающего блока (процессора), который выполняет операции, пользуясь находящимися в памяти информацией и командами.

Математические методы того времени не позволяли удов-летворительно объяснить формальную логику, необходимую для работы вычислительных машин. В 1848 г. английский логик Дж. Буль восполнил эти пробелы. Изложенная теория позволила вы-разить логические правила в виде простых алгебраических урав-нений. Уравнение x2 ═ x для любого x системы является основ-ным в алгебре и в числовых значениях имеет только два решения: 0 и 1. Современные компьютеры используют эту двоичную сис-тему, а их логические блоки выполняют операции с двоичными числами.

1890 г. был ознаменован созданием двух современных компьютерных фирм: Burroughs и IBM. У. Барроуз, основатель первой из указанных фирм, изобрел "суммирующую листинго-вую машину" - популярный конторский калькулятор. Г. Холлерит организовал фирму Tabulating Machine, которая выпускала вы-числительные машины и использовала в них перфокарты (доку-мент № 97 хрестоматии). В 1924 г. эта фирма получила название International Business Machines Corp. (IBM). Через сто лет она создала работающую модель "аналитической машины" Ч. Бе-биджа.

Работы над аналоговыми машинами для расчета матема-тических функций начались во второй половине ХIХ в., но до середины ХХ в. заметного прогресса в аналоговых машинах не наблюдалось.

Таким образом, теория электричества стала развиваться с конца ХVII - начала ХVIII вв., начиная с первых эмпирических опытов по электричеству. Были изучены и описаны различные явления электромагнетизма, обнаружена их связь со световыми явлениями. Установлены основные законы электростатики и электродинамики, открыт закон электромагнитной индукции.

Наиболее характерной чертой в развитии научных пред-ставлений конца ХIХ в. стало обобщение и подведение итогов классических, ньютоновских концепций в физике и начало ново-го этапа в исследованиях. Введение М. Фарадеем понятия элек-тромагнитного поля и создание Д.-К. Максвеллом общей теории этого поля, вызвало стремительный рост исследований по теории фотоэффекта и фотопроводимости, а также стало началом изуче-ния свойств полупроводников.

В начале ХХ в. стало очевидным, что принципы ньюто-новской механики не описывают свойства элементарных частиц, в частности, электронов и фотонов. Разработка этой проблемы привела к созданию квантовой (волновой) механики, квантовой теории света, атомной теории, квантовой физики, теоретическому предсказанию лазерно-мазерного эффекта. Квантово-механическая теория и энергетическая зонная диаграмма позво-лили объяснить процессы, происходящие в полупроводниках и заложить основы теории полупроводников.

Теория электроники, заложенная Т. Эдисоном и продол-женная в начале ХХ в., привела к созданию первых электронных ламп, которые стали элементной базой радиоэлектроники вплоть до 1950-х гг. Было положено начало развитию промышленности электронных приборов. Развитие электронной техники потребо-вало освоения полупроводниковых материалов и стимулирова-лось работами в области радио, телевидения, ЭВМ, оптической связи. Изобретения радио и электронно-лучевой трубки явились необходимой научно-технической базой для разработки про-мышленных электронных передающих и принимающих уст-ройств.