вторник, 12 января 2016 г.

3. Волоконная оптика - прикольное изобретение человечества. часть 3

Теперь немного о "цифре". Капля истории для понимания. Цифровые данные - это математическая модель информации, нечто строгое и жесткое.


Вот на рисунке выше перфолента, а ниже перфокарта. Их можно только уничтожить, а не переписать.


Эти носители хранили информацию, которую считывали первые компьютеры. А компьютеры, как известно, "питаются" цифровой информацией.

Принцип питания простой - распознается дырка и не дырка, то есть 1 и 0 (это и есть те цифры, из-за которых название "цифровое"). А уж под этой условностью, 1 и 0, могло подразумеваться всё, что угодно.
Например - включить - выключить, открыть - закрыть, прибавить - убавить.
Этот набор команд уже позволял управлять станками без участия человека. Вот так и появился станок с ЧПУ - числовым программным управлением.

Ниже, наверное, первый станок с ЧПУ. Год рождение - 1804. Жаккардова машина зевообразовательный механизм ткацкого станка для выработки крупноузорчатых тканей. Управлялся с помощью перфокарт. Цифровое управление единицей и нулем!

Жаккардова машина


Вы думаете,что время перфолент и перфокарт прошло? Не совсем так.
На видео ниже пример использования записи на старых перфолентах для воспроизведения музыки. Умельцы специально сделали "станок" для этого.



Как вы знаете, прогресс не стоял на месте, и использование 1 и 0 в виде простых команд через некоторое время перестало устраивать. Тогда стали использовать группы единиц и нулей, и это были уже "слова". Появился машинный язык. И тут же понадобились спецификации языка, то есть правила для "говорящих" на машинном языке.

Не буду подробно останавливаться на этом. Смотрите про развитие машинного языка самостоятельно. Очень сложный и объемный материал для профессионалов-программистов. Нам же интересно сейчас несколько другое.

Скакнем вперед! 
Далее Мир понесся в цифровую эпоху. Языками цифр уже пишут программы. Например, появляется программа «Hello, World» для процессора архитектуры x86 (ОС MS DOS, где вывод при помощи BIOS прерывания int 10h) выглядит следующим образом (в шестнадцатеричном представлении):
BB 11 01 B9 0D 00 B4 0E 8A 07 43 CD 10 E2 F9 CD 20 48 65 6C 6C 6F 2C 20 57 6F 72 6C 64 21

Шестнадцатеричное представление - думаете, что это значит 16 ячеек в "слове", хранящих 1 или 0? А вот и нет.
Есть еще восьмеричное представление. А это что значит?

А все объясняется просто:
алфавит 16-ричной системы счисления таков — (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F),
то есть используются цифры от 0 до 9 и латинские буквы от A до F для обозначения цифр.
В отличие от нее 8-ричная система использует цифры от 0 до 7.
Теперь понятно, что началось все с двоичной системы, где имеем 1 и 0.

Про байты и биты пока умолчу, чтобы не засорять тему. Мы и так достаточно отвлеклись на "цифру".
Про программирование можно рассказывать отдельно и много. Возможно, что и эту тему я озвучу, но позже. Скажу только, что технологу без понимания программирования нельзя. А еще лучше быть программистом. Я освоил эту сторону жизни и не жалею. Не только получил новые рычаги "власти" над техникой, но и стал лучше понимать окружающий Мир.


К примеру, красота на верхней картинке - это фракталы. Тоже сделаны с цифровой жесткостью, а какое изящное многообразие!

Вот так же и наш Мир - с первого взгляда кажется, что всё сложно до безумия, но вдруг что-то легко поддается осмыслению. Но только если приложить некие мерки, точнее, меры.

Упертые мыслители придумывают или открывают новые ключи понимания Природы и удивляют своими лекциями ленивое человечество, показывая Мир разными новыми сторонами и гранями. И каждый "ключ понимания" - это элемент, раскрывающий часть матрицы жизни.

Ключ шифрования

Каждый новый ключ-матрица как бы накладывается на общеизвестный Мир, и мы видим зашифрованное. И эти открытия, судя по всему, практически безконечны.

Однако, вернемся к нашему волоконно-оптическому вопросу.
И в этой части мы должны рассмотреть отличие цифрового метода передачи информации от аналогового.

Без всяких научных заморочек можно сказать, что нам надо передать на несущей частоте дырки, как в перфокарте или единицы и нули. Способов есть несколько. Остановлюсь на простом представлении, как это выглядит на синусоиде.

Смотрим на картинку ниже и видим, как нижняя синусоида почему-то сильно изменилась.



Еще картинка.


И еще.


Показаны способы передачи 1 и 0. Как видим, эти способы несколько разные. Но это не особо важно сейчас для нашего рассматриваемого вопроса - волоконной оптики.

Однако снова придется отступить от темы и задаться вопросом, а почему оптическое волокно предпочтительнее медного кабеля для передачи цифровым способом?

Ответ прост - в оптическое волокно можно больше затолкать информации. Во много раз больше. Для оценки возможностей кабеля есть такое понятие - полоса пропускания канала, вернее, провода.

У оптоволокна полоса пропускания значительно шире медного провода и скорость передачи до 20 Тбит/с.
Для сравнения, у коаксиального медного кабеля максимальная скорость передачи может достигать 1Гбит/с, то есть в 20 000 раз меньше.

Ниже табличка значений этих всех бит.

 

Вернемся к образному языку. Другими словами полоса пропускания - это как бы пропускная способность городских ворот, когда измеряется количество людей, проходящих в ворота города за какое-то время. Это и есть ширина полосы пропускания ворот. Нормальный, думаю, образ для понимания.


Ну вот. На этом про "цифру" можно пока остановиться. 
Продолжим разговор о волоконной оптике в следующей части.

P.S. - Простите за отклонения в сторону от главного вопроса статьи. Дело в том, что без этих отклонений будет трудно объяснять напряженную работу мысли технолога или ученого.

Благодарю за внимание.
С уважением, Виктор Мирошкин.