...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь - Попов Георгий Леонтьевич - Страница 45

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.

Впрочем, есть одна небольшая деталь: счетчик "называет" следующую цифру только при получении разрешения. Кто же дает разрешение? Это делает еще одна, третья но счету, микросхема - тактовый генератор, который, как бы отбивая такт за тактом, выдает один за одним импульсы, "разрешающие" счет.

Пусть вас не смущает тот факт, что для создания "электронных щеток" пришлось использовать не одну, а несколько микросхем. В основном так и проектируют сейчас сложные устройства: их собирают из стандартных микросхем подобно тому, как ребенок собирает понравившуюся ему модель из стандартных деталей конструктора или, еще более близкий пример, как из одного и того же набора "радиокубиков" в руках юных радиолюбителей рождаются совершенно различные радиотехнические устройства - радиоприемники, усилители, генераторы, "мигалки" для елочных гирлянд и др. Однако современный уровень микроминиатюризации электронных схем таков, что не представляет труда изготовить все используемые нами устройства в одной интегральной схеме с большей степенью интеграции - ВИС. Так что, если это вам необходимо, делай те индивидуальный заказ и получайте вашу специализированную БИС.

Довершим проектирование нашей "многоканальной системы передачи цифровой информации с временным разделением каналов" (так официально называется то, что мы с вами делаем). Очевидно, "электронные щетки" на приемной станции не отличаются от своих собратьев, "работающих на передачу": они аналогичным путем подключают линию поочередно к приемным аппаратам. Только называют их демультиплексором, подчеркивая приставкой "де" обратную по сравнению с мультиплексором функцию: не аппараты - к линии, а линию - к аппаратам. В качестве линии связи выберем самую современную - одно из волокон в оптическом кабеле связи. Ввести в него луч света проще всего с помощью светодиода, а управлять его световым потоком будут сами передаваемые импульсы: есть импульс на выходе мультиплексора - светодиод излучает свет, нет импульса - и светодиод "молчит". Проект готов - с помощью современного оборудования организовано четыре канала для передачи цифровых потоков между телеграфными аппаратами.

Не следует думать, что таким путем можно создавать каналы только для телеграфных сообщений. В схеме ничего не изменится, если вместо них на входы мультиплексора будут поступать двоичные импульсы, например, речевых сигналов (надеемся, вы еще не забыли, как их получают?). Правда, скорости цифровых потоков при разговорной речи в сотни раз выше, чем при телеграфировании, и это требует более частого открывания "дверей" мультиплексора. Но данная проблема решается довольно просто: нужно только повысить в соответствующее число раз частоту следования импульсов тактового генератора.

Быстродействие микросхем - одна из важнейших их характеристик. Лучшие из них могут переключаться с частотой более миллиарда раз в секунду, т.е. через каждую миллиардную долю секунды. Немыслимое быстродействие! Его даже трудно представить. И это дает основания для самых оптимистических прогнозов в применении микросхем при организации высокоскоростных потоков цифровой информации.

Ручейки сливаются в реки

Ты течешь, как река,

странное название... Б. Окуджава

Цифровой поток... Название на первый взгляд действительно странное. В обыденной речи куда чаще встречаются другие, более привычные словосочетания: воздушный поток, водный поток, финансовый поток. Эти слова вызывают у каждого из нас самые разные ассоциации. При упоминании, например, о воздушном потоке одни представляют легкий воздушный шар, увлекаемый им, другие - вихри и ураганы, нередко приводящие к катастрофам.