Средства передачи данных.

Средства передачи данных обеспечивают связь и дистанционный обмен информацией между территориально удаленными объектами в распределенных системах сбора и обработки информации, системах телеобработки данных, вычислительных сетях, системах связи и других информационных системах. Такими объектами могут быть регистраторы информации, абонентские пункты, ЭВМ, объекты управления, выступающие в зависимости от направления передачи информации в качестве отправителя (источника) или получателя (приемника) сообщений. Средства передачи данных производят доставку сообщений от отправителя к получателю по линиям связи.

Линия связи представляет собой физическую среду и технические средства в ней, с помощью которых передаются сигналы. Ею могут быть проводные линии или области пространства, используемые для распространения электромагнитных волн, содержащие различные ретрансляционные средства. Если поступающее от отправителя сообщение имеет неэлектрическую природу (текст, чертеж, кодовые комбинации, зафиксированные на машинных носителях), то его необходимо преобразовать в электрический сигнал, называемый первичным. Обычно такой сигнал не может непосредственно передаваться по линии связи.

Поэтому первичный сигнал подвергается дальнейшему преобразованию (кодированию, модуляции), в результате которого образуется линейный сигнал, пригодный для передачи по линии связи. На приемной стороне производится обратное преобразование принятого линейного сигнала сначала в первичный сигнал, а затем в сообщение, которое с определенной верностью воспроизводит переданное сообщение из-за возможных помех в линии связи и искажений сигналов в аппаратуре. Для выполнения указанных функций на передающей и приемной стороне устанавливают соответствующие технические средства. Совокупность линии связи и входных и выходных технических средств, обеспечивающих передачу информации от одного узла к другому или от отправителя к получателю, называется каналом связи. Если передаче подлежат дискретные данные, то каналы связи принято называть каналами передачи данных, а их входные и выходные средства – аппаратурой передачи данных.

Источниками информации для каналов передачи данных могут служить считыватели с машинных носителей, клавиатуры дисплеев и пишущих машинок, каналы ввода-вывода ЭВМ и другое оборудование, устанавливаемое на ВЦ, абонентских пунктах, объектах управления и т.д.

Приемниками информации могут быть непосредственно ЭВМ, печатающие устройства, магнитные накопители.

Основными характеристиками каналов передачи данных являются скорость, надежность и верность передачи. По скорости каналы делятся на низкоскоростные (телеграфные) – скорость передачи данных до 100 … 200 бит/с, среднескоростные (телефонные) – 200 … 56 600 бит/с и высокоскоростные (групповые телефонные каналы с параллельной передачей данных, радиоканалы, спутниковые каналы и т.д.) – выше 128 000 бит/с.

Надежность характеризует способность канала передачи данных работать без отказов, ее показателем обычно служит среднее время наработки на отказ. Верность характеризует степень соответствия принятого сообщения передаваемому и определяется вероятностью появления ошибки при передаче сообщения.

Средства и системы передачи данных делятся:

1. по типу используемой физической среды – на проводные (телеграфные и телефонные) и беспроводные (радиорелейные и спутниковые).

2. по форме представления информации – на аналоговые и цифровые.

3. по виду передаваемых сигналов – на непрерывные и дискретные.

В телефонных системах линией связи являются токопроводящие цепи в виде проводов либо многожильных экранированных кабелей, по которым звуковые сигналы передаются с помощью электрических аналоговых напряжений. Уплотнение каналов (виртуальное объединение на одной проводной паре) осуществляется частотным разделением сигналов с гармоническими несущими, отстоящими на величину (интервал), превышающую тональную частоту. В России эта величина принята равной 4 кГц, а стандарт предусматривает несколько групп уплотнения.

В телеграфных системах используются те же линии связи, что и в телефонных. Однако количественный принцип передачи сигналов, при котором передаются и воспроизводятся мгновенные значения сигналов, заменен на качественный (вырожденный цифровой), когда передача–прием осуществляется кодированием и распознаванием сигналов на их соответствие двоичным «0» или «1». В этом случае для передачи одного сигнала (сообщения) требуется меньшая полоса частот (в России 140 Гц). Отметим также, что при передаче телеграфных сообщений по телефонным каналам с помощью аппаратуры вторичного уплотнения в одном виртуальном телефонном канале образуется двенадцать телеграфных.

Волоконно-оптические линии, изготовленные из кварцевого стекла, полоса частот в которых достигает величины в несколько сотен мегагерц при потерях в волокне около 0,1 дБ/км являются относительно новыми. В них производится уплотнение каналов методом разделения по длине световых волн (аналог частотного), что уменьшает взаимное влияние виртуальных каналов и допускает организацию 10 … 20 каналов в одном единственном волокне при длине участка регенерации до 20 км. Волоконный кабель может содержать тысячи волокон. Достоинством этих каналов является также высокая помехозащищенность.

В беспроводных системах используется радиосвязь в УКВ, дециметровом и сантиметровом диапазонах, что позволяет существенно увеличить канальность. Поскольку в этих диапазонах устойчивая связь обеспечивается лишь в пределах прямой видимости (без огибания радиоволнами поверхности Земли), линия связи включает в себя ряд приемно-передающих станций с ретрансляторами (радиорелейные линии связи) или высоколетящие геостационарные (на высоте примерно 40 тыс. км с периодом обращения, равным периоду обращения Земли) спутники (космические линии связи). Помимо уменьшения количества ретрансляторов спутниковые системы имеют еще одно достоинство – передаваемый сигнал проходит лишь малую часть расстояния вблизи Земли, в зонах, насыщенных радиопомехами от технических и естественных (грозы, загрязнения атмосферы) источников. Это повышает верность и надежность спутниковых систем связи.

Телеграф — древнейший вид связи, возникший еще на заре цивилизации. Вначале он был акустическим и оптическим, а с конца XIX века стал электрическим.

В древности для передачи сообщений при помощи звука применялись барабаны, а позже—рупоры и колокола. Оптический телеграф — это костры, факелы, семафоры. В 1794 году на линии Париж и Лилль (225 км) заработал первый семафорный (оптический) телеграф, построенный братьями К. и Н. Шаппами. Передающее семафорное устройство из подвижных реек устанавливалось на верху башни, и линия телеграфа Шаппа представляла собой цепочку таких башен, расположенных на расстоянии прямой видимости друг от друга. Сигналы сообщения передавались последовательно от башни к башне.

В том же 1794 году независимо от К. Шаппа замечательный русский механик И. П. Кулибин создал аналогичное устройство. Его оптический телеграф представлял собой три свободно закрепленные на оси деревянные планки, которые с помощью шнуров и блоков устанавливались в различные положения относительно друг друга. К сожалению, семафорный телеграф Кулибина постигла судьба неприятия и забвения, которую разделили многие его выдающиеся изобретения, такие, как одноарочный мост, самобеглая коляска, лифт и другие.

Оптический телеграф имел много существенных недостатков, но необходимость в сравнительно быстром средстве связи привела к широкому распространению его в первой трети XIX столетия.

У нас в стране первый семафорный телеграф был построен в 1824 году между Петербургом и Шлиссельбургом (60 км). Затем оптический телеграф связал Петербург с Кронштадтом (1834 год, расстояние 30 км), Царским Селом (1835 год, 25 км) и Гатчиной (1835 год, 52 км). В 1839 году по системе Шато, представляющей собой усовершенствованный вариант оптического телеграфа Шаппа, была построена самая длинная в мире линия связи между Петербургом и Варшавой протяженностью 1200 км. На этом пути было расположено 149 промежуточных станций-башен высотою до 20 метров, и все расстояние сигнал пробегал за 15 минут.

Оптический телеграф у нас в стране просуществовал до 1854 года. Он уступил место электрическому телеграфу, возникновение которого явилось результатом открытий и изобретений XVII—XVIII вв. в области электричества.

В 1795 году испанский инженер Ф. Сальва построил первую линию электрического телеграфа между Мадридом и Аранхуэсом (50 км), в основу которой был положен способ передачи сообщений, разработанный шотландским ученым Чарльзом Морисоном в 1753 году. Электрические заряды передавались по проводам, количество которых равнялось числу букв в алфавите. А на приемной станции бумажка с написанной на ней буквой притягивалась к тому шарику, на который поступал электрический заряд с передающей станции.

В 1802 году тот же Ф. Сальва создал электрохимический телеграф, в оснозу которого был положен принцип разложения воды под действием электрического тока. В телеграфе Сальвы было столько сосудов с подкисленной водой, сколько букв в алфавите. К каждому сосуду подходила пара проводов, и при передаче сообщения над проводами-электродами, опущенными в сосуд, поднимались пузырьки газа, сигнализируя о том, какая буква передается.

Семь лет спустя немецкий ученый С. Т. Зёммеринг усовершенствовал электрохимический телеграф Ф. Сальвы, сведя все электроды в один сосуд и ограничив их число восемью парами. Каждая буква алфавита передавалась комбинацией сигналов, поступающих на две различные пары электродов.

В 1816 году английский физик Ф. Роналдс создал телеграф, в котором использовались часовые механизмы. По сигналу, поступающему с передающей станции, часы одновременно пускались в ход, а связанные с ними диски попеременно открывали в прорезях буквы. Поступающие сигналы указывали, какую открывшуюся в данный момент букву надо записать, чтобы составить из этих букв телеграмму.

С 1753 по 1839 год было предложено 47 различных систем телеграфа. Но, бесспорно, лучшим из них было устройство, разработанное русским ученым и изобретателем Павлом Львовичем Шиллингом. Самую сложную в то время проблему — воспроизведение электрических сигналов на приемном конце линии — П. Л. Шиллинг решил с помощью электромагнитов или мультипликаторов, как их называл автор. Союз электричества и магнетизма оказался очень плодотворным для электросвязи. Достаточно вспомнить, что электромагнит был важнейшим элементом и в телеграфе Морзе и в телеграфе Бодо, что электромагниты широко используются в современных системах электросвязи и телеуправления.

21 октября 1832 года состоялась первая публичная демонстрация телеграфа П. Л. Шиллинга, Для передачи какой-либо буквы нужно было нажать на белые или черные клавиши передатчика согласно специальному коду. Электрические импульсы в приемнике поступали на мультипликаторы — катушки из изолированной проволоки — и создавали магнитное поле. Расположенные над мультипликаторами магнитные стрелки отклонялись в ту или другую сторону и заставляли поворачиваться висящие на тех же нитях бумажные диски, одна сторона которых была черной, а другая — белой. Каждой букве или цифре соответствовала определенная комбинация бумажных дисков.

Телеграфная связь, передача на расстояние буквенно-цифровых сообщений — телеграмм — с обязательной записью их в пункте приёма; осуществляется электрическими сигналами, передаваемыми по проводам, и (или) радиосигналами; вид электросвязи. Отличительная особенность телеграфной связи — документальность: сообщение вручается адресату в виде печатного (реже рукописного) текста. Это, а также быстрота передачи сообщений обусловили значительное развитие телеграфной связи, особенно в сфере управления, деловой и коммерческой связи. Кроме передачи телеграмм, ею пользуются для ведения документируемых переговоров, передачи цифровой информации, новостей для прессы, радио и телевидения. Начиная с 50—60-х гг. 20 в. средства телеграфной связи используются также при передаче данных.

Телефон - устройство для передачи и приёма звука на расстоянии. Современные телефоны осуществляют передачу посредством электрических сигналов.

Неэлектрические «телефоны»

В целом, телефон — это любое устройство, способное передавать звук на большое расстояние. Самые первые телефоны были механическими приборами, которые базировались на распространении звука в сплошных средах (воздух) или другие физические средства, в отличие от электрических приборов, использующих электромагнитные сигналы.

«Верёвочный телефон» также известен много веков. В нем две диафрагмы соединялись бечёвкой или проводом.

Электрический телефон

Тысячелетие за тысячелетием люди общались, только используя распространение звука в сплошной среде — воздухе. Для передачи сообщений на большие расстояния использовались примитивнейшие методы, вроде свиста, гонга или барабанного боя. Изобретению устройства, которое для передачи и приёма звука использовало бы свойства электричества, предшествовало появление электрического телеграфа и его успешное применение в течение первой половины XIX века.

1849—1854 гг. Шарлем Бурселем, инженером-механиком и вице-инспектором парижского телеграфа, разработана идея телефонирования. Первый принцип действия телефона Ш. Бурсель изложил в своей диссертации в 1854 году, но до практического осуществления телефонной связи он не дошёл. Ш. Бурсель был также первым, кто употребил слово «телефон».

В 1861 году немецкий физик и изобретатель Иоганн Филипп Рейс продемонстрировал другое устройство, которое также могло передавать музыкальные тона и человеческую речь по проводам. Аппарат имел микрофон оригинальной конструкции, источник питания (гальваническую батарею) и динамик. Сам Рейс назвал сконструированное им устройство Telephon.

Телефон, запатентованный в США 1876 году Александром Беллом, назывался «говорящий телеграф». Трубка Белла служила по очереди и для передачи, и для приёма человеческой речи. В телефоне А. Белла не было звонка, позже он был изобретён коллегой А. Белла — Т. Ватсоном (1878 год). Вызов абонента производился через трубку при помощи свистка. Дальность действия этой линии не превышала 500 метров.

B 1877 году изобретатель Ваден применил для вызова абонента телеграфный ключ, который замыкал цепь звонка (позднее ключ был заменён кнопкой). В том же году петербургский завод немецкой фирмы «Сименс и Гальске» начал изготавливать телефонные аппараты с двумя телефонными трубками — одна для приёма другая для передачи речи.

B 1878 году русский электротехник П. M. Голубицкий применил в телефонных аппаратах конденсатор и разработал первый русский телефон оригинальной конструкции, в котором было применено несколько постоянных магнитов. В 1885 году Голубицкий разработал систему централизованного питания микрофонов телефонных аппаратов.

В 1877—1878 годах Томас Эдисон предложил использовать в угольных микрофонах вместо угольного стержня угольный порошок, то есть изобрёл угольный микрофон с угольным порошком, который практически без изменений проработал до 1980 года, а в некоторых местах работает до сих пор.