История развития телефонной связи. История создания электрических сетей и систем

Степень развития общества во многом определяется состоянием телекоммуникаций (электросвязи).

Электросвязь обеспечивает излучение, передачу и приём знаков, письменного текста, изображений и звуков, сообщений и сигналов любого рода по проводам, радио, оптическим или другим электромагнитным системам. В электросвязи оперируют с электрическим сигналом, поэтому для передачи сообщений (речи, музыки, текстов, документов, изображений подвижных и неподвижных объектов) на расстояние (или для записи на магнитную ленту, оптический диск) их необходимо преобразовать в электрические сигналы, т. е. в электромагнитные колебания. Без средств телекоммуникаций невозможно представить не только промышленность, науку, оборону, но и быт человека. Даже самая ценная информация бесполезна, если нет каналов связи для ее передачи и приема. Количество произведенных в мире только бытовых радиоэлектронных аппаратов давно превысило число жителей на планете. И это притом, что электросвязь, компьютерная техника и радиоэлектроника развивались в основном в последние 50 лет, многие виды систем связи и бытовых аппаратов появились в последнее десятилетие, а некоторые – буквально в последние годы.

Если транспорт является средством для перемещения грузов и людей, то системы и сети телекоммуникаций – «транспортом» для «перевозки» любой информации посредством электромагнитных волн. Однако, если первый тип транспорта находится на виду и поэтому в центре внимания, то второй в основном скрыт и большинству представляется каким-то простым средством передачи телеграмм или ведения телефонных разговоров. Никто ведь не задумывается (исключая специалистов), как могут одновременно работать сотни тысяч передатчиков средней и большой мощности и более миллиарда малой, как с помощью миниатюрного мобильного аппарата можно передавать речь, данные, изображения (пока средней четкости) почти в любую точку нашей планеты, определить свое местоположение и произвести необходимые компьютерные расчеты.

Каждое из направлений развития техники передачи сообщений (телеграфия, телефония, передача данных, факсимильная связь, телевидение, звуковое вещание и т. д.) и устройства для их приёма (телеграфные аппараты, телефоны, факсы, телевизоры, радиоприёмники и т. д.) имеет свою историю изобретения, создания и эксплуатации. Известны имена многих изобретателей, но в ряде случаев трудно приписать кому-либо одному первенство в изобретении тех или иных технических средств передачи и приёма сообщений. Отметим лишь наиболее выдающиеся вехи в развитии этих областей техники.

В 1792 г. была построена (французские изобретатели братья К. и И. Шапп) первая линия семафорной передачи сигналов, связавшая Париж и Лилль (225 км). Сигнал проходил весь путь за 2 мин. Прибор для передачи сообщений назывался «тахиграф» (буквально скорописатель), а позже – «телеграф».

Оптический телеграф представлял собой цепочку башен, расположенных на вершинах холмов, на расстоянии прямой видимости. На каждой башне устанавливался вертикальный столб с тремя закрепленными перекладинами: одной длинной горизонтальной и двумя короткими, подвижно прикрепленными к ее концам. С помощью специальных механизмов перекладины меняли свое место так, что можно было образовать 92 различные фигуры. Шапп выбрал 8400 наиболее часто употребляемых слов и расположил их в кодовой книге на 92 страницах по 92 слова на каждой. С башни на башню передавался сначала номер страницы, а затем номер слова на ней.

Телеграф Шаппа был широко распространён в 19 в. В 1839–54 гг. действовала самая длинная в мире линия оптического телеграфа Петербург – Варшава (149 станций, 1200 км). По ней телеграмма, содержащая 100 сигналовсимволов, передавалась за 35 мин. Оптический телеграф различных конструкций был в эксплуатации около 60 лет, хотя и не обеспечивал (из-за погодных условий) высокую надёжность и достоверность.

Открытия в области электричества способствовали тому, что постепенно телеграф из оптического превращался в электрический. В 1832 г. русский учёный П. Л. Шиллинг продемонстрировал в Петербурге первый в мире практически пригодный электромагнитный телеграф. Первые подобные линии связи обеспечивали передачу 30 слов в минуту. Существенный вклад в эту область внесли американский изобретатель С. Морзе (в 1837 г. предложил код

– азбуку Морзе, а в 1840г. создал самопищущий аппарат, применявшийся потом на телеграфных линиях всех стран более ста лет), русский учёный Б. С. Якоби (в 1839 г. предложил буквопечатающий аппарат, в 1840 г. – электрохимический способ записи), английский физик Д. Юз (в 1855 г. разработал оригинальный вариант электромеханического буквопечатающего аппарата), немецкий электротехник и предприниматель Э. Сименс (в 1844 г. усовершенствовал аппарат Б. С. Якоби), французский изобретатель Ж. Бодо (в 1874 г. предложил метод передачи нескольких сигналов по одной физической линии – временное уплотнение; наибольшее практическое распространение получили аппараты Бодо двукратного телеграфирования, работавшие почти до середины XX в. со скоростью 760 знаков в минуту, в честь заслуг Бодо в 1927 г. его именем названа единица скорости телеграфирования – бод), итальянский физик Дж. Казелли (в 1856 г. предложил способ фототелеграфирования и осуществил его в России в 1866 г. на линии Петербург – Москва). Интересно отметить, что большинство создателей телеграфных аппаратов были всесторонне развитыми личностями. Так, Петр Львович Шиллинг был военным инженером, востоковедом и дипломатом, впоследствии – членом Петербургской академии наук; Самуэль Морзе в 1837 г. был профессором живописи Нью-Йорского университета. В 1866 г. была завершена работа по прокладке первого кабеля через Атлантический океан. Впоследствии все материки были соединены несколькими подводными линиями связи, в том числе на волоконно-оптическом кабеле.

В 1876 г. американский изобретатель А. Г. Белл получил патент на первый практически пригодный телефонный аппарат, а в 1878 г. в Нью-Хейвене

(США) была введена первая телефонная станция. В России первые городские телефонные станции появились в 1882 г. в Петербурге, Москве, Одессе и Риге. Автоматическая телефонная станция (АТС) с шаговым искателем введена в

1896 г. (г. Огаста, США.). В 1940-х гг. были созданы координатные АТС, в 1960-х – квазиэлектронные, а в 1970-х появились первые образцы электронных АТС. Развитие электросвязи шло параллельно по многим направлениям: телеграфия, телефония, проводное звуковое вещание, радиовещание, радиосвязь, факсимильная связь, телевидение, передача данных, сотовая радиосвязь, персональная спутниковая и т.д.

В течение 1906 – 1916 гг. были изобретены различные вакуумные электронные лампы (Ли де Форест – США, Р. Либен – Германия, В.И. Коваленко – Россия и др.), что явилось толчком для создания генераторов незатухающих электрических колебаний (в отличие от применявшихся до этого в радиопередатчиках искровых затухающих колебаний), усилителей, модуляторов и др. устройств, без которых не обходится ни одна система передачи.

Усилители электрических сигналов позволили увеличить дальность проводной телефонной связи благодаря использованию промежуточных усилителей, а разработка высокодобротных электрических фильтров открыла путь к созданию многоканальных систем передачи с частотным разделением каналов.

Развитие телефонии способствовало внедрению проводного звукового вещания, в котором звуковые программы передаются по отдельным от телефонных проводам. Однопрограммное проводное вещание впервые было начато в Москве в 1925 г. введением узла мощностью 40 Вт, обслуживавшего 50 громкоговорителей, установленных на улицах. С 1962 г. внедряется 3- программное проводное вещание, в котором две дополнительные программы передаются одновременно с первой методом амплитудной модуляции несущих с частотами 78 и 120 кГц. В ряде стран ведутся передачи дополнительных звуковых программ по телефонным сетям.

Теоретические и экспериментальные исследования многих ученых, прежде всего М. Фарадея, Д. Максвелла и Г. Герца, создавших теорию электромагнитных колебаний, явились основой для широкого применения электромагнитных волн, в том числе для создания беспроводных, т.е. радиосистем передачи. Важный шаг в истории электросвязи – изобретение радио А. С. Поповым в 1895 г. и беспроволочного телеграфа Г. Маркони в 1896–97 гг. Первая в мире смысловая радиограмма, преданная 12 марта 1896 г. А.С. Поповым, содержала всего два слова «Heinrich Hertz», как дань уважения памяти великого ученого, открывшего дверь в мир радио. С этого времени началось использование электромагнитных волн всё более высоких частот для передачи сообщений. Это послужило толчком для организации радиовещания и появления радиовещательных приёмников – первых бытовых радиоэлектронных аппаратов. Первые радиовещательные передачи начаты в 1919–20 гг. из Нижегородской радиолаборатории и с опытных радиовещательных станций Москвы, Казани и других городов. К этому же

времени относится начало регулярных передач радиовещания в США (1920 г.)

в Питсбурге и Западной Европе (в 1922 г.) в Лондоне.

В нашей стране регулярное радиовещание начато более 65 лет назад и ведется сейчас на длинных, средних и коротких волнах методом амплитудной модуляции, а также в УКВ диапазоне (метровые волны) методом частотной модуляции. Стереофонические программы передаются в УКВ диапазоне. Развитие радиовещания идет по пути внедрения цифровых технологий во все сферы подготовки программ, передачи, записи и приема. В ряде стран введены системы цифрового радиовещания по стандартам DRM и DAB.

В 1935 г. между Нью-Йорком и Филадельфией (расстояние 150 км) была сооружена радиолиния на 5 телефонных каналов, работавшая в диапазоне метровых волн, устойчиво распространяющихся в пределах прямой видимости. Она представляла собой цепочку приемо-передающих радиостанций (двух оконечных и двух (через 50 км) промежуточных – релейных) отстоящих друг от друга на расстоянии прямой видимости их антенн. Так появился новый вид радиосвязи – радиорелейная связь, в которой в дальнейшем перешли на диапазоны дециметровых и сантиметровых волн. Отличительной особенностью радиорелейных систем передачи является возможность одновременной работы огромного количества таких систем в одном и том же частотном диапазоне без взаимных помех, что объясняется возможностью применения остронаправленных антенн (с узкой диаграммой направленности).

Для увеличения расстояния между станциями их антенны устанавливают на мачтах или башнях высотой 70 – 100 м и, по возможности, на возвышенных местах. В этих диапазонах можно передавать большие объемы информации, к тому же здесь мал уровень атмосферных и индустриальных помех. Радиорелейные системы быстрее развертываются (строятся), дают большую экономию цветных металлов по сравнению с кабельными (коаксиальными) линиями. Несмотря на сильную конкуренцию со стороны волоконнооптических и спутниковых систем, радиорелейные системы во многих случаях незаменимы – для передачи любого сообщения (чаще телевизионных изображений) с подвижного средства на приемную станцию узким пучком радиоволн. Современные радиорелейные системы в основном цифровые.

В 1947 г. появилось первое сообщение о цифровой системе передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), разработанной фирмой «Белл» (США). Поскольку она была выполнена на лампах (транзисторы еще не существовали), то была весьма громоздкой, потребляла много электроэнергии и имела низкую надежность. Только в 1962 г. внедрена в эксплуатацию цифровая многоканальная система телекоммуникаций (МСТК) с временным разделением каналов (ИКМ-24). Сегодня цифровые МСТК и соответствующие сети строятся на основе синхронной цифровой SDH – СЦИ иерархии (с базовой скоростью 155,52 Мбит/с – STM-1, все остальные STM-n, составляющие основу аппаратуры СЦИ, обеспечивают информационный обмен со скоростями, кратными базовой) и на волоконно-оптическом кабеле.

В 1877-80 гг. М. Сенлеком (Франция), А. де Пайва (Португалия) и П. И. Бахметьевым (Россия) предложены первые проекты систем механического

телевидения. Созданию телевидения способствовали открытия многих учёных и исследователей: А. Г. Столетов установил в 1888 -90 гг. основные закономерности фотоэффекта; К. Браун (Германия) изобрёл в 1897 г. электронно-лучевую трубку; Ли де Форест (США) создал в 1906 г. трёхэлектродную лампу, существенный вклад внесли также Дж. Берд (Англия), Ч. Ф. Дженкинс (США) и Л. С. Термен (СССР), осуществившие первые проекты систем телевидения с механической развёрткой в течение 1925-26 гг. Началом ТВ-вещания в стране по системе механического телевидения c диском Нипкова (30 строк и 12,5 кадров/с) считается 1931 г. Ввиду узкой полосы частот, занимаемой сигналом этой системы, он передавался с помощью радиовещательных станций в диапазонах длинных и средних волн. Первые опыты по системе электронного телевидения были проведены в 1911 г. русским учёным Б. Л. Розингом. Существенный вклад в становление электронного телевидения внесли также: А. А. Чернышёв, Ч. Ф. Дженкинс. А. П. Константинов, С. И. Катаев, В. К Зворыкин, П. В. Шмаков, П. В. Тимофеев и Г. В. Брауде, предложившие оригинальные проекты различных передающих трубок. Это позволило создать в 1937 г. первые в стране телецентры – в Ленинграде (на 240 строк) и Москве (на 343 строки, а с 1941 г. – на 441 строку). С 1948 г. начато вещание по системе электронного телевидения с разложением на 625 строк и 50 полей/с, т. е. по стандарту, который принят сейчас большинством стран мира (в США в 1940 г. принят стандарт на 525 строк и 60 полей/с).

Работы многих учёных и изобретателей по передаче цветных изображений (А. А. Полумордвинов предложил в 1899 г. первый проект цветной ТВ-системы, И. А. Адамиан в 1926 г. – трёхцветную последовательную систему) явились основой для создании различных систем цветного телевидения. Перед исследователями и разработчиками системы цветного телевидения (ЦТВ) для целей вещания стояла сложная задача: создать систему, которая была бы взаимно-совместимой с уже существующей системой черно-белого ТВ. Для этого сигнал ЦТВ должен приниматься черно-белыми телевизорами в черно-белом виде, а сигнал черно-белого ТВ – цветными телевизорами также в черно-белом виде. Долгие годы потребовались для успешного решения этой проблемы. В конце 1953 г. в США было начато вещание по системе ЦТВ NTSC (по имени разработавшего ее национального комитета ТВ систем). В этой системе формируется полный цветной ТВ сигнал в виде суммы сигнала яркости и цветности. Последний представляет собой цветовую поднесущую, промодулированную двумя цветоразностными сигналами методом квадратурной модуляции. Сам метод передачи двух любых сообщений на одной поднесущей (со здвигом по фазе на 90°) был предложен в 40-х годах XX века советским ученым Г. Момотом.

Однако, несмотря на инженерную простоту построения кодирующего и декодирующего устройств, система NTSC не получила широкого распространения ввиду жестких требований, предъявляемых к характеристикам аппаратуры и каналов связи. Потребовалось 14 лет для разработки других систем ЦТВ (PAL и SECAM), которые менее чувствительны

к искажениям сигналов в канале передачи. Система PAL была предложена в Германии, а SECAM – во Франции. Принятый же для целей вещания стандарт SECAM доработан совместными усилиями советских и французских ученых. Системы ЦТВ NTSC, PAL и SECAM получили название композитных (от composite – составной, сложный сигнал) в отличие от компонентных систем, в которых сигналы яркости и цветоразностные (компоненты) передаются раздельно.

В настоящие время ТВ вещание в мире ведется по трем указанным аналоговым системам в отведенных участках метровых и дециметровых волн; при этом изображение передается методом амплитудной модуляции несущей, а звуковое сопровождение – методом частотной модуляции другой несущей (только в одном стандарте (L) применяется амплитудная модуляция). Аналоговое вещание постепенно вытесняется цифровым. Количество цифровых ТВ программ по стандарту DVB-S, которые можно принимать со спутников значительно превзошло число аналоговых. На различные космические орбиты запущены тысячи искусственных спутников Земли, с помощью которых осуществляются: многопрограммное непосредственное ТВ

– и радиовещание, радиосвязь, определение местоположения (координат) объектов, оповещение о терпящих бедствие, персональная спутниковая связь и много других функций.

В США с 1998 г. начат переход на цифровое телевидение высокой четности (ТВЧ) по стандарту ATSC (допускается 18 вариантов, отличающихся числом строк разложения – от 525 до 1125, видом развертки и частотой полей (кадров)). В Европе нет такой категоричности в переходе на цифровое ТВЧ, так как считается, что потенциал стандарта на 625 строк полностью еще не исчерпан. Тем не менее, аппаратура по стандарту ТВЧ (1250 строк) производится (особенно для съемки кинофильмов) и ведутся отдельные передачи.

Для доставки ТВ программ населению применяются радиосистемы: наземные в МВ и ДМВ диапазонах, спутниковые непосредственного приема, микроволновые сотовые (MMDS, LMDS, MVDS), а также системы кабельного ТВ (коаксиальные, волоконно-оптические, гибридные). Все больший вес приобретают системы КТВ (с доступов в сеть Интернет, для заказывания ТВ программ и получения других услуг).

Опытная система чёрно-белого и цветного стереотелевидения создана в I960 – 70-х гг. коллективом под руководством П. В. Шмакова в Ленинграде. Внедрение стереотелевидения в вещание сдерживается в основном отсутствием эффективного, сравнительно дешёвого и простого устройства отображения (экрана). Высказанное в свое время П.В. Шмаковым предложение об использовании летательных аппаратов для ретрансляции ТВ программ на большие территории получило широкое распространение в спутниковых системах радиосвязи и ТВ вещания. Начало этому было положено

в 1965 г. когда в СССР был запущен искусственный спутник земли (ИСЗ) «Молния-1» с приемо-передающей ретрансляционной аппаратурой. Сегодня на разных орбитах вокруг Земли вращаются несколько тысяч ИСЗ, имеющих

различное назначение. Для непосредственного приема ТВ программ с ИСЗ оптимальной является геостационарная орбита, вращаясь по которой ИСЗ оказывается как бы неподвижным относительно любой точки Земли в пределах радиовидимости. С их помощью не только ретранслируется ТВ программы (несколько сотен над странами Европы), но и программы звукового вещания, осуществляется персональная радиосвязь и широкополосный доступ в Интернет, а также ряд других функций.

Выдающимся открытием 20 в. является создание транзистора в 1948 г. У. Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином, получивших Нобелевскую премию 1956 г. Успехи полупроводниковой электроники и в особенности появление интегральных схем предопределили бурное развитие всех технических средств передачи сообщений электрическими средствами и соответствующих устройств для их приёма и записи. Кроме стационарных радиоприёмников и телевизоров появились переносные и автомобильные и даже персональная «карманная» видеоаппаратура.

Работы советских ученых Н.Г. Басова, А.М. Прохорова и американского ученого Ч. Таунса, также получивших Нобелевскую премию, позволили в 1960 г. создать лазер – высокоэффективный источник оптического излучения. Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) с использованием полупроводниковых лазерных диодов и волоконных световодов стали реальностью с 1970 г. когда в США было получено сверхчистое стекло. ВОСП открыли новую эру в технике связи по направляющим линиям. Ввиду нечувствительности к электромагнитным помехам, скрытности, малого ослабления передаваемых оптических сигналов (менее 0,01 дБ/км), большой пропускной способности (более 40 Гбит/с) они не имеют конкурентов среди существующих физических линий передачи. Исключения составляют фидерные линии (коаксиальный кабель или волновод), применяемые для подачи модулированных высокочастотных колебаний на радиопередающие станции. Строятся фотонные сети, т.е. полностью оптические, а также пассивные, которые не содержат электрические или оптические усилители.

В нашей стране создана достаточно развитая магистральная сеть для передачи любых видов информации по волоконно-оптическим линиям связи с выходом на международные линии.

В 1956 г. был создан первый профессиональный видеомагнитофон (ВМ) для записи на магнитную ленту цветных ТВ изображений (США, ф. «Ampex», которую возглавлял выходец из России), его вес составлял 1,5 тонны. Сегодня видеокамера (ТВ передающая камера с встроенным видеомагнитофоном) с расширенными функциями помещается на ладони. С 1969 г. начато освоение бытовой магнитной видеозаписи, а также производство малогабаритных студийных ВМ, а затем и видеокамер. Большой спрос на ВМ вызвал конкурентную борьбу среди фирм производителей (в основном из Японии).

В начале выпускались ВМ аналоговых форматов: U-matic, VCR (1970 г.); Betamax, VCR-LR, VHS (1975 г.); Betacam, Video-2000 (1979 г.); S- VHS (1981

г.), Video-8 (1988 г.). Но уже в 1986 г. появился первый формат (D-1) цифровой видеозаписи на магнитную ленту сигналов ЦТВ, а затем D-2 (1987 г.), D-3

(1990 г.) и D-5 (1993 г.). Эти ВМ были рассчитаны на запись цифровых потоков без сжатия со скоростями 225, 127, 125 и 300 Мбит/с соответственно: D-1 и D-5 – компонентных, D-2 и D-3 – композитных сигналов. Успешная реализация алгоритмов сжатия – устранения избыточности в ТВ изображениях (семейство MPEG стандартов) во много раз сокративших скорость цифрового потока, применение методов помехоустойчивого кодирования и спектральноэффективных многопозиционных способов модуляции открыли путь для внедрения цифрового ТВ вещания: появилась возможность в стандартном ТВ радиоканале (шириной 8 МГц для отечественного стандарта и большинства других), вместо одной аналоговой, передать 5 – 6 цифровых ТВ программ со стереофоническим звуковым сопровождением и дополнительной информацией. Это было учтено при разработке новых форматов цифровой записи на магнитную ленту как компонентных сигналов стандартной четкости

(Betacam SX, Digital Betacam, D-7 (DVSPRO), DVSPRO50, D-9 (Digitals), DVCAM, MPEG IMX и др.), так и высокой (D5-HD, D-6, CAM-HD, DVSPROHD и др.). Создателями большинства форматов являются японские фирмы, как и разработчиками трех стандартов для записи цифровых звуковых сигналов на магнитную ленту R-DAT (1981 г.), S-DAT (1982 г.) и стираемый диск – Е-DAT (1984 г.).

Совместным усилиями Philips и Sony в 1977 г. разработан цифровой вариант пластинки – компакт – диск для воспроизведения на лазерном проигрывателе. Примерно с 1985 г. начато производство DVD–дисков (однослойных, двухслойных, односторонних и двухсторонних, однократно и многократно перезаписываемых) и соответствующей аппаратуры. Появились портативные ТВ камеры с устройством записи на оптический DVD–диск. Началась эра безленточной подготовки и производства ТВ программ с хранением информации на дисковых накопителях, видеосервирах с широким применением программно-управляемых комплексов.

Современное общество невозможно представить не только без средств телекоммуникаций, но и без персональных компьютеров, локальных, корпоративных сетей передачи данных и глобальной сети Интернет. Произошла интеграция всех видов телекоммуникаций и компьютерных технологий. Цифровые сети и системы программно управляются и синхронизируются; цифровые сигналы чаще обрабатываются с помощью микропроцессоров, сигнальных процессов и формируются программно (напр., COFDM – метод модуляции и частотного уплотнения нескольких тысяч ортогональных несущих реализуется программно, так как аппаратурно трудно выполним, а он широко применяется во многих цифровых радиосистемах передачи).

Начиналось же все с простейших устройств, которые оказывали помощь человеку в проведение тех или иных расчетов (бухгалтерские счеты, арифмометр, калькулятор). Первые электронные вычислительные машины и были созданы для решения расчетных задач с большим объемом вычислений.

По закону Министерства обороны США в период с 1942 по 1946 г.г. в Пенсильванском университете создавалась ЭВМ ENIAC (Electronic Numerical

Integrator and Automatic Calculator – электронный вычислительный интегратор и автоматический вычислитель), которая использовалась в баллистической лаборатории. Оборудование размещалось во множестве шкафов, занимало большое помещение (~ 80м2 ), поражало своими размерами и весом (30 тонн, 18 тысяч электронных ламп), крайне низкой производительностью (10 – 20 тысяч операций в секунду) – на перемножение двух чисел уходило 3 миллисекунды. Владельцу ноутбука в это трудно поверить. К первому поколению относится и ЭВМ МЭСМ, созданная в 1946 – 1947 г.г. в СССР.

Второе поколение (1960 – 1969 г.г.) разрабатывалось с применением полупроводниковых приборов (IBM – 701, США; БЭСМ-4, БЭСМ-6, СССР). Быстродействие увеличилось до 100-500 тыс. оп/с, но размеры были еще большими. Третье поколение ЭВМ (IBM – 360, США; EC-1030, EC-1060,

СССР) создавались в 1970–1979 г.г. на микросхемах с малой степенью интеграции с использованием операционных систем и режима разделения времени. Основное назначение – автоматизированные системы управления, научно-технические задачи, системы автоматизированного проектирования. На больших интегральных схемах и микропроцессорах строились ЭВМ четвертого поколения (1980 – 1989 г.г.) с быстродействием в десятки и сотни мил.оп/с (ILLIAC4, CRAY, США; Эльбрус, ПС-2000, СССР и др.). Расширялась и область их применения – сложные производственные и социальные задачи, управление, автоматизированные рабочие места, коммуникации.

Одновременно с созданием больших ЭВМ интенсивно развивался класс микроЭВМ – персональных компьютеров (ПК). Первая микроЭВМ появилась в 1971 г. в США на основе 4-разрядного микропроцессора, что позволило резко уменьшить массу и габариты вычислительных устройств. Как и в случае больших ЭВМ, персональные компьютеры первого поколения были аппаратно и программно несовместимы. С появлением в 1981 г. ПК фирмы IBM ситуация стала меняться в направлении создания совместимых ПК, имеющих значительно большую разрядность и точность вычислений. Огромный спрос на быстродействующие ПК с расширенными функциональными возможностями являлся стимулом для совершенствования микропроцессоров, разрядность которых увеличилась от 4 в 1971 г. до 32 в 1986 г., а тактовая частота – от 0,5 до 25 МГц. Современные процессоры имеют 64 разряда при тактовой частоте более 4 ГГц.

Развитие радиосвязи шло по пути осваивания диапазонов все более высоких частот, в которых можно передавать значительно больший объем информации. Оставалось много нерешенных проблем по эффективному сжатию передаваемых сигналов, помехоустойчивому кодированию и созданию спектрально-эффективных методов цифровой модуляции, покрытию больших территорий многопрограммным вещанием. Нерешенной была и задача обеспечения двухсторонней радиосвязи с абонентом, который находится в пути, либо не имеет выхода на телефонную сеть общего пользования. Ведомственные системы профессиональной подвижной радиотелефонной связи (для «скорой помощи», управления дорожным и воздушным движением и т.п.) были созданы еще в 70 годах ХХ века (отечественные системы «Алтай», «Лен»,

«Вилия» и др.). Они представляли собой возимые приемо-передающие радиостанции и поэтому не были рассчитаны на массовое использование. Для этого требовалось сделать их портативными и легкими, а также в условиях ограниченного частотного ресурса найти способы многократного использования одних и тех же частот разными абонентами.

Первыми появились системы односторонней радиосвязи – пейджинговые системы (персонального радиовызова). Они позволяют передавать короткие текстовые сообщения любому владельцу портативного приемника – пейджера. Отображение принимаемых буквенно-цифровых символов осуществляется на маленьком экране (индикаторе) приемника. Текст таких сообщений с указанием номера абонента передавался сначала по телефонной линии на базовую станцию, а оттуда уже оператор передавал его на пейджер получателя. В то время это было большим достижением. В дальнейшем появилась возможность не только получать сообщения, но и отвечать на них несколькими стандартными фразами, зашитыми в память пейджера.

Так зарождались системы сотовой подвижной радиосвязи, основной принцип которых – сотовое построение и распределение частот. Территория обслуживания делится на большое количество небольших ячеек («сот» – шестиугольников) радиусом R от 1,5 до 3 км, обслуживаемых отдельной базовой радиостанцией малой мощности. Совокупность, например, семи ячеек образует кластер с соответствующими номерами используемых частот. В расположенных рядом кластерах применяются те же частоты, но присвоенные сотам так, что расстояние между центрами сот (разных кластеров) с одинаковыми частотами равно 4,5R – достаточное для исключения взаимного влияния.

Первые СПР были аналоговыми, затем повсеместно – цифровыми. Постепенно расширялись и их функциональные возможности – от двухсторонней передачи только речи до передачи данных, неподвижных и подвижных изображений (пока среднего качества). Зона обслуживания также увеличивалась – от небольшой территории города до государства в целом, а при наличии международных соглашений – и на территории других стран. К концу 1996 г. (10 лет назад) количество абонентов СПР в мире составляло чуть более 15 млн. Сегодня только в нашей стране более 4 млн. абонентов, в мире их стало более 2 млрд.

Необходимо отметить еще одно достижение конца ХХ века – создание семейства стандартов xDSL (Digital Subscribez Line – цифровая абонентская линия), разработанных для существенного повышения пропускной способности витой медной пары, используемой на абонентском участке до АТС (получившим поэтому название «последняя миля»). Применение новых видов многопозиционной модуляции позволяет по узкополосной медной паре передавать большие объемы информации: в варианте ADSL – от абонента до АТС – со скоростью 16 – 640 кбит/с, к абоненту – 6 Мбит/с на расстояние 2,7 км, а в варианте VDSL – обеспечивается передача со скоростью 52 Мбит/с (АТС – абонент) на расстояние до 300 м. Еще не так давно считалось, что по такому каналу вообще нельзя передавать ТВ сигнал. Таким образом, с

помощью технологии VDSL можно передавать до 10 цифровых ТВ программ (по 5 Мбит/с на программу) вещательного качества, что является колоссальным достижением.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Ростовский государственный колледж связи и информатики

Реферат

По дисциплине: "Физика"

На тему: " История развития электросвязи "

Выполнил: Силин Е.О.

Преподаватель: Скляров Ф.В.

г. Ростов на Дону 2014 г.

План

Введение

1. Телеграф

2. Телефон

4. Телевидение

5. Искусственные спутники Земли

6. Мобильная связь

7. Возникновение Интернета

Список литературы

Введение

С изобретением в 1835 году электрического телеграфа в истории человечества началась новая эпоха - эпоха электросвязи. Менее чем за 200 лет телекоммуникационные технологии прошли огромный путь - от громоздких и неуклюжих устройств, которыми могли пользоваться лишь государственные организации и немногие наиболее обеспеченные частные лица, до глобальной инфраструктуры, обеспечивающей связь на всем земном шаре между самыми отдаленными его уголками. Огромная скорость, с которой распространяются электромагнитные волны, позволяет за ничтожные доли секунды преодолевать расстояния в десятки тысяч километров, передавая все виды информации: звук, неподвижные и подвижные изображения, компьютерные данные и т. д.

Изначально электрическая связь была проводной. Лишь в конце XIX века была открыта и использована возможность связи без проводов, посредством электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. К настоящему времени беспроводные технологии получили исключительно широкое распространение. Однако, несмотря на использование самых современных средств и методов обработки сигналов, беспроводные средства связи проигрывают по пропускной способности кабельным линиям и вряд ли когда-нибудь их превзойдут. Это связано с тем, что электромагнитный сигнал, распространяющийся в закрытой направляющей системе (в кабеле), находится в гораздо более выгодных условиях, чем радиосигнал в открытом пространстве. На него практически не оказывают воздействия сигналы других линий, он не подвержен влиянию погодных условий, искажениям за счет многолучевого распространения и т. д.

Вместе с тем, оборудование кабельной линии связи - чрезвычайно трудоемкое и дорогостоящее мероприятие. Многие километры кабеля необходимо закопать в землю либо проложить по каналам кабельной канализации. Дополнительные трудности возникают при преодолении водных преград, автомобильных и железных дорог. Также следует учесть, что на протяжении большей части истории электросвязи использовались исключительно металлические кабели, для изготовления которых применялись такие дорогостоящие металлы, как медь и свинец.

Все эти проблемы уже на самых ранних этапах развития средств проводной связи привели к необходимости повышать эффективность использования линейно-кабельных сооружений за счет передачи одновременно нескольких сигналов по одной паре проводов. Разработка таких способов положила начало созданию аппаратуры уплотнения, или мультиплексирования. Технологии уплотнения в ходе своего развития прошли несколько этапов и к настоящему времени обеспечили создание мощной глобальной сети типовых каналов и трактов, то есть так называемой первичной, или транспортной, сети. Истории развития этих технологий и посвящена настоящая работа.

1. Телеграф

В 1792 г. Женевский физик Жорж Луи Лесаж описал свой проект линии электрической связи, основанной на прокладке 24 медных неизолированных проволок в глиняной трубе, внутри которой через каждые 1,5...2м устанавливались бы перегородки-шайбы из глазурованной глины или стекла с отверстиями для проволок. Последние, таким образом, сохраняли бы параллельное расположение, не соприкасаясь между собой. По одной неподтверждённой, но весьма вероятной версии Лесанж в 1774 г. в домашних условиях провёл несколько удачных опытов телеграфирование по схеме Морисона - с электризацией бузиновых шариков, притягивающих буквы. Передача одного слова занимала 10...15 мин, а фразы 2...3 часа.

Профессор И. Бекман из Карлсруэ в 1794 г. писал: "Чудовищная стоимость и другие препятствия никогда не позволят серьёзно рекомендовать применение электрического телеграфа.

А всего лишь через два года после этого пресовутого "никогда" по проекту испанского медика Франсиско Саьвы военным инженером Августином Бетанкуром была сооружена первая в мире линия электрического телеграфа длиной 42 км между Мадридом и Аранхуэсом.

Ситуация повторилась через четверть века спустя. С 1794 года с начало в Европе, а затем в Америке широкое распространение получил так называемый семафорный телеграф, изобретённый французским инженером Клодом Шаппом и даже описанный Александром Дюма в романе "Граф Монтекристо". На трассе линии строились на расстоянии прямой видимости (8...10 км) высокие башни с шестами типа современных антенн с подвижными перекладинами, взаимное расположение которых обозначало букву, слог или даже целое слово. На передающей станции сообщение кодировалось, и перекладины поочерёдно устанавливались в нужные положения. Телеграфисты последующих станций дублировали эти положения. На каждой башне посменно дежурили двое: один - принимал сигнал от предыдущей станции, другой - передавал его на следующую станцию.

Хотя этот телеграф и послужил человечеству более полувека, он не удовлетворял потребности общества в быстрой связи. На передачу одной депеши затрачивалось в среднем 30 мин. Неизбежно были перерывы связи при дождях, туманах, вьюгах. Естественно, что "чудаки" изыскивали более совершенные средства связи. Лондонский физик и астроном Френсис Рональдс в 1816 г. начал проводить опыты с электростатическим телеграфом. В своём саду, в пригороде Лондона, он соорудил 13-километровую линию из 39 неизолированных проводов, которые подвешивались посредством шелковых нитей на деревянных рамах, установленных через 20 м. Часть линии была подземной - в траншею глубиной 1,2 м и длиной 150 м был уложен деревянный просмоленный желоб, на дне которого были расположены стеклянные трубки с пропущенными в них медными проволоками.

В 1823 г. Рональдс опубликовал брошюру с изложением полученных результатов. Кстати, это был первый в мире печатный труд в области электрической связи. Но когда он предложил свою систему телеграфа властям, Британское Адмиралтейство заявило: "Их светлости вполне удовлетворены существующей системой телеграфа (вышеописанного семафорного) и не намерены заменять её другой".

Буквально через несколько месяцев после открытия Эрстедом эффекта воздействия электрического тока на магнитную стрелку эстафету дальнейшего развития электромагнетизма подхватил знаменитый французский физик, теоретик, Андре Ампер - основоположник электродинамики. В одном из своих сообщений в академии наук в октябре 1820 года он первым выдвинул идею электромагнитного телеграфа. " Подтвердилась возможность, - писал он, - заставить перемещаться намагниченную стрелку, находящуюся на большом расстоянии от батареи, с помощью очень длинного провода". И далее: "Можно было бы... передавать сообщения, посылая телеграфные сигналы по очереди по соответствующим проводам. При этом количество проводов и стрелок должно быть взято равным числу букв в алфавите. На приёмном конце должен находиться оператор, который записывал бы переданные буквы, наблюдая отклоняющиеся стрелки. Если провода от батареи соединить с клавиатурой, клавиши которой были бы помечены буквами, то телеграфирование можно будет осуществлять нажатием клавиш. Передача каждой буквы занимала бы лишь время, необходимое для нажатия клавиш, с одной стороны, и прочтения буквы - с другой стороны".

Не принимая новаторскую идею, английский физик П. Барлоу в 1824 году писал: "В самой ранней стадии экспериментов с электромагнетизмом Ампер предложил создать телеграф мгновенного действия при помощи проводов и компасов. Однако сомнительным было утверждение,... что окажется возможным осуществить указанный проект с проводом длинной до четырёх миль (6,5 км). Произведенные мною опыты обнаружили, что заметное ослабление действия происходит уже при длине провода 200 футов (61 метр), и это меня убедило в неосуществимости подобного проекта".

А всего лишь еще через восемь лет член-корреспондент Российской академии наук Павел Львович Шиллинг воплотил идею Ампера в реальную конструкцию.

Изобретатель электромагнитного телеграфа П.Л. Шиллинг первым понял сложность изготовления на заре электротехники надёжных подземных кабелей и предложил наземную часть проектируемой в 1835-1836 гг. телеграфной линии сделать воздушной, подвесив неизолированный голый провод на столбах вдоль Петергофской дороги. Это был первый в мире проект воздушной линии связи. Но члены правительственного "Комитета для рассмотрения электромагнетического телеграфа" отвергли показавшийся им фантастическим проект Шиллинга. Его предложение было встречено недоброжелательными и насмешливыми возгласами.

А через 30 лет, в 1865 году, когда протяженность телеграфных линий в странах Европы составила 150 000 км, 97% из них приходились на долю линий воздушной подвески.

2. Телефон

Изобретение телефона принадлежит 29-летнему шотландцу, Александру Грехем Беллу. Попытки передачи звуковой информации посредством электричества предпринимались начиная с середины XIX столетия. Едва ли не первым в 1849-1854 гг. разрабатывал идею телефонирования механик парижского телеграфа Шарль Бурсель. Однако в действующее устройство свою идею он не воплотил.

Белл с 1873 года пытался сконструировать гармонический телеграф, добиваясь возможности передавать по одному проводу одновременно семь телеграмм (по числу нот в октаве). Он использовал семь пар гибких металлических пластинок, подобных камертону, при этом каждая пара настраивалась на свою частоту. Во время опытов 2 июня 1875 года свободный конец одной из пластинок на передающей стороне линии приварился к контакту. Помощник Белла механик Томас Ватсон, безуспешно пытаясь устранить неисправность, чертыхался, возможно, даже используя не совсем нормативную лексику. Находящийся в другой комнате и манипулировавший приемными пластинками Белл своим чутким натренированным ухом уловил звук, дошедший по проводу. Самопроизвольно закрепленная на обоих концах пластинка превратилась в гибкую своеобразную мембрану и, находясь над полюсом магнита, изменяла его магнитный поток. Вследствие этого поступавший в линию электрический ток изменялся соответственно колебаниям воздуха, вызванным бормотанием Ватсона. Это был момент зарождения телефона.

Устройство называлось "трубкой Белла". Ее следовало прикладывать попеременно то ко рту, то к уху либо пользоваться двумя трубками одновременно.3. Радио

7 мая (25 апреля по старому стилю) 1895 г. произошло историческое событие, которое по достоинству было оценено лишь спустя несколько лет. На заседании физического отделения Русского физико-химического общества (РФХО) выступил преподаватель Минного офицерского класса Александр Степанович Попов с докладом "Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям". Во время доклада А.С. Попов демонстрировал работу созданного им устройства, предназначенного для приёма и регистрации электромагнитных волн. Это был первый в мире радиоприемник. Он чутко реагировал электрическим звонком на посылки электромагнитных колебаний, которые генерировались вибратором Герца.

Схема первого приёмника А.С. Попова.

Вот что писала газета "Кронштадский вестник" от 30 апреля (12 мая) 1895 г. по этому поводу: Уважаемый преподаватель А.С. Попов... комбинировал особый переносной прибор, отвечающий на электрические колебания обыкновенным электрическим звонком и чувствительный к герцевским волнам на открытом воздухе на расстоянии до 30 сажень.

Изобретение радио Поповым было закономерным итогом его целеустремлённых исследований электромагнитных колебаний.

В 1894 г. в своих опытах А.С. Попов начал использовать в качестве индикатора электромагнитных излучений когерер французского учёного Э. Бранли (стеклянная трубка, заполненная металлическими опилками), впервые применённый для этих целей английским исследователем О. Лоджем. Александр Степанович упорно работал над повышением чувствительности когерера к лучам Герца и восстановлением его способности регистрировать на новые импульсы электромагнитного излучения после воздействия предыдущей электромагнитной посылки. В результате Попов пришел к оригинальной конструкции устройства для приёма электромагнитных колебаний, тем самым, сделав решающий шаг к созданию системы для передачи и приема сигналов на расстояние.

От опытов в стенах Минного класса Александр Степанович перешел к опытам на открытом воздухе. Здесь он реализовал новую идею: для повышения чувствительности присоединил к приёмному устройству тонкую медную проволоку - антенну. Дальность сигнализации от генератора колебаний (вибратора Герца) до приёмного устройства достигла уже нескольких десятков метров. Успех был полный.

Эти опыты по сигнализации на расстояние, т.е. в сущности, радиосвязь, проводились в начале 1895 г. К концу апреля Попов счел возможным обнародовать их на заседании физического отделения РФХО. Так 7 мая 1895 г. стало днём рождения радио - одного из величайших изобретений XIX века.

4. Телевидение

Современное электронное телевидение зародилось в Санкт-Петербурге в проекте преподавателя Технологического института Бориса Львовича Розинга. В 1907 году он оформил патентные заявки в России, Германии и Англии на изобретение телевизионного устройства с электронно-лучевой трубкой (прототипом кинескопа), а 9 мая 1911 года продемонстрировал изображение на экране кинескопа.

"...Профессор Розинг,- писал впоследствии В.К. Зворыкин), ассистировал Розингу, а в 1918 году эмигрировал в США, став знаменитым учёным в области телевидения и медицинской электроники), - открыл принципиально новый подход к телевидению, с помощью которого он надеялся преодолеть ограничения систем механической развёртки...".

Действительно, в 1928-1930 гг. в США и в ряде европейских стран началось ТВ вещание с помощь не электронных, а механических систем, позволяющих передавать лишь элементарные изображения с чёткостью (30-48 строк). Регулярные передачи из Москвы по стандарту 30 строк, 12,5 кадра велись на средних волнах с 1 октября 1931 г. Аппаратура разрабатывалась во Всесоюзном электротехническом институте П.В. Шмаковым и В.И. Архангельским. электрический телеграф телефонирование

В начале 30-х годов на зарубежных выставках, а затем и в магазинах стали появляться телевизоры на кинескопах. Однако чёткость изображения оставалась низкой, так как на передающей стороне по-прежнему использовались механические развёртывающие устройства.

В повестке дня важная задача - создание системы, аккумулирующую световую энергию от передаваемого изображения. Первым практически решил эту задачу В.К. Зворыкин, работавший в Американской радио корпорации (RCA). Ему удалось создать, кроме кинескопа, передающую трубку с накоплением зарядов, которую он навал иконоскопом (по-гречески "наблюдать изображение"). Доклад о разработке им с группой сотрудников полностью электронной ТВ системы, с чёткостью около 300 строк, Зворыкин сделал 26 июня 1933 года на конференции общества радиоинженеров США. А через полтора месяца после этого он прочёл свой сенсационный доклад перед учёными и инженерами Ленинграда и Москвы.

В выступлении профессора Г.В. Брауде было отмечено, что у нас А.П. Константинов сделал передающую трубу с накоплением зарядов, похожую по принципу действия на трубку Зворыкина. А.П. Константинов посчитал нужным уточнить: "В моём устройстве в основном применён тот же самый принцип, но неизмеримо изящнее и практичнее сделано это у д-ра Зворыкина..."

5. Искусственные спутники Земли

4 октября 1957 года в СССР был запущен первый в мире искусственный спутник Земли. Ракета-носитель доставила спутник на заданную орбиту, наивысшая точка которой находится на высоте около 1000 км. Этот спутник имел форму шара диаметром 58 см и весил 83,6 кг. На нем были установлены 4 антенны и 2 радиопередатчика с источниками питания. Искусственные спутники Земли могут быть использованы в качестве: ретрансляционной станции, для телевидения, значительно расширяющей дальность действия телепередач; радионавигационного маяка.

6. Мобильная связь

На протяжении всей своей истории человечество испытывало острую необходимость в средствах быстрой передачи информации на большие расстояния. На заре цивилизации для этого использовались различные примитивные способы сигнальные костры, барабаны, почтовые голуби и т. д. С развитием науки эти технологии все более совершенствовались изобретение электричества со временем позволило соединять проводами между собой удаленные на большое расстояние объекты и практически моментально обмениваться между ними достаточно приличными объемами информации.

Перелом ситуации произошёл с появлением микропроцессоров и цифровых возможностей. И уже в апреле 1973 года главный инженер компании Motorola Мартин Купер первым в мире позвонил с сотового телефона. Мобильные телефоны начали распространяться с огромной скоростью. Уже через 5 лет более сотни человек были счастливыми обладателями необычного устройства. Телефон тогда был далёк от современного, он весил около килограмма и напоминал большой кирпич. К 1985 году уже тысячи людей пользовались мобильными телефонами, а в 1995 году число владельцев телефонов превысило 100 миллионов.

В 21 веке мобильный телефон превратился в мультимедийное устройство. Теперь телефон может заменить радио, будильник, плеер и даже игровую приставку. Широкое распространение получил, так называемый, мобильный контент: игры, музыкальные и видеофалы, а также прочие мультимедийные файлы, которые сохраняются в память телефона. Сейчас мобильные телефоны ушли далеко за грань средств связи и превратились в многофункциональные устройства.

7. Возникновение Интернета

4 октября 1957 года СССР запустил первый искусственный спутник Земли, в результате чего отставание США стало видно невооруженным взглядом. Запуск первого искусственного спутника и стал причиной подписания президентом США Дуайтом Эйзенхауэром документа о создании в рамках министерства обороны Агентства по перспективным научным проектам и исследованиям - ARPA (Advanced Research Projects Agency).

В августе 1962 года Дж. Ликлайдером (J.C.R. Licklider) из Массачусетского технологического института (MIT) была опубликована серия заметок, в которой обсуждалась концепция "Галактической сети" (Galactic Network). Автор предвидел создание глобальной сети взаимосвязанных компьютеров, с помощью которой каждый сможет быстро получать доступ к данным и программам, расположенным на любом компьютере. По духу эта концепция очень близка к современному состоянию Интернета. В октябре 1962 года Ликлайдер стал первым руководителем этого компьютерного проекта. Управление Advanced Research Projects Agency (ARPA) сменило название на Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) в 1971 году, затем вернулось к прежнему названию ARPA в 1993 году и, наконец, снова стало именоваться DARPA в 1996 году. В статье используется текущее название - DARPA. Ликлайдер сумел доказать своим преемникам по работе в DARPA - Ивану Сазерленду (Ivan Sutherland) и Бобу Тейлору (Bob Taylor), а также исследователю из MIT Лоуренсу Робертсу всю важность этой сетевой концепции.

Леонард Клейнрок из MIT опубликовал первую статью по теории пакетной коммутации в июле 1961 года, а первую книгу - в 1964 году. Клейнрок убедил Робертса в теоретической обоснованности пакетных коммутаций (в противоположность коммутации соединений), что явилось важным шагом в направлении создания компьютерных сетей. Другим ключевым шагом должна была стать организация реального межкомпьютерного взаимодействия. Для изучения этого вопроса Робертс совместно с Томасом Меррилом (Thomas Merrill) в 1965 году связал компьютер TX-2, расположенный в Массачусетсе, с ЭВМ Q-32, находившейся в Калифорнии. Связь осуществлялась по низкоскоростной коммутируемой телефонной линии. Таким образом, была создана первая в мире (хотя и маленькая) нелокальная компьютерная сеть. Результатом этого эксперимента стало понимание того, что компьютеры с разделением времени могут успешно работать вместе, выполняя программы и используя данные на удаленной машине. Стало ясно и то, что телефонная система с коммутацией соединений абсолютно непригодна для построения компьютерной сети. Убежденность Клейнрока в необходимости пакетной коммутации получила еще одно подтверждение.

В конце 1966 года Робертс начал работать в DARPA над концепцией компьютерной сети. Вскоре появился план ARPANET, опубликованный в 1967 году. На конференции, где Робертс представлял свою статью, был сделан еще один доклад о концепции пакетной сети. Его авторами были английские ученые Дональд Дэвис (Donald Davies) и Роджер Скентльбьюри (Roger Scantlebury) из Национальной физической лаборатории (NPL). Скентльбьюри рассказал Робертсу о работах, выполнявшихся в NPL, а также о работах Пола Бэрена (Paul Baran) и его коллег из RAND (американская некоммерческая организация, занимающаяся стратегическими исследованиями и разработками). В 1964 году группа сотрудников RAND написала статью по сетям с пакетной коммутацией для надежных голосовых коммуникаций в военных системах. Оказалось, что работы в MIT (1961 - 1967), RAND (1962 - 1965) и NPL (1964 - 1967) велись параллельно при полном отсутствии информации о деятельности друг друга. Разговор Робертса с сотрудниками NPL привел к заимствованию слова "пакет" и решению увеличить скорость передачи по каналам проектируемой сети ARPANET с 2,4 Кб/с до 50 Кб/с. Публикации RAND стали причиной возникновения ложных слухов о том, что проект ARPANET как-то связан с построением сети, способной противостоять ядерным ударам. Создание ARPANET никогда не преследовало такой цели. Только в исследовании RAND по надежным голосовым коммуникациям, не имевшем прямого отношения к компьютерным сетям, рассматривались условия ядерной войны. Однако в более поздних работах по Интернет-тематике действительно делался акцент на устойчивости и живучести, включая способность продолжать функционирование после потери значительной части сетевой инфраструктуры.

В августе 1968 года, после того как Робертс и организации, финансируемые из бюджета DARPA, доработали структуру и спецификацию ARPANET, DARPA выпустило запрос на расценки (Request For Quotation, RFQ), организовав открытый конкурс на разработку одного из ключевых компонентов - коммутатора пакетов, получившего название Интерфейсный процессор сообщений (Interface Message Processor, IMP). В декабре 1968 года конкурс выиграла группа во главе с Фрэнком Хартом (Frank Heart) из компании Bolt-Beranek-Newman (BBN). После этого роли распределились следующим образом. Команда из BBN работала над интерфейсными процессорами сообщений, Боб Кан принимал активное участие в проработке архитектуры ARPANET, Робертс совместно с Ховардом Фрэнком (Howard Frank) и его группой из Network Analysis Corporation проектировали и оптимизировали топологию сети, группа Клейнрока из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) готовила систему измерения характеристик сети. Другими активными участниками проекта были Винт Серф, Стив Крокер (Steve Crocker) и Джон Постел (John Postel). Позднее к ним присоединились Дэвид Крокер (David Crocker), которому суждено было сыграть важную роль в документировании протоколов электронной почты, и Роберт Брейден (Robert Braden), создавший первые реализации протоколов NCP и TCP для мейнфреймов IBM.

Благодаря тому, что Клейнрок был известен как автор теории пакетной коммутации и как специалист по анализу, проектированию и измерениям, его Сетевой измерительный центр в UCLA был выбран в качестве первого узла ARPANET. Тогда же, в сентябре 1969 года, компания BBN установила в Калифорнийском университете первый Интерфейсный процессор сообщений и подключила к нему первый компьютер. Второй узел был образован на базе проекта Дуга Энгельбарта (Doug Engelbart) "Наращивание человеческого интеллекта" в Стэнфордском исследовательском институте (SRI). В SRI организовали Сетевой информационный центр, который возглавила Элизабет Фейнлер (Elizabeth Feinler). В функции центра входило поддержание таблиц соответствия между именами и адресами компьютеров, а также обслуживание каталога запросов на комментарии и предложения (Request For Comments, RFC). Через месяц, когда SRI подключили к ARPANET, из лаборатории Клейнрока было послано первое межкомпьютерное сообщение. Двумя следующими узлами ARPANET стали Калифорнийский университет в городе Санта-Барбара (UCSB) и Университет штата Юта. В этих университетах развивались проекты по прикладной визуализации. Глен Галлер (Glen Guller) и Бартон Фрайд (Burton Fried) из UCSB исследовали методы отображения математических функций с использованием дисплеев с памятью, позволяющих справиться с проблемой перерисовки изображения по сети. Роберт Тейлор и Иван Сазерленд в Юте исследовали методы рисования по сети трехмерных сцен. Таким образом, к концу 1969 года четыре компьютера были объединены в первоначальную конфигурацию ARPANET - взошел первый росток Интернета.

В декабре 1970 года Сетевая рабочая группа (Network Working Group, NWG) под руководством С. Крокера завершила работу над первой версией протокола, получившего название Протокол управления сетью (Network Control Protocol, NCP). После того, как в 1971 - 1972 годах были выполнены работы по реализации NCP на узлах ARPANET, пользователи сети наконец смогли приступить к разработке приложений. В 1972 году появилось первое "горячее" приложение - электронная почта. В марте Рэй Томлинсон (Ray Tomlinson) из BBN, движимый необходимостью создания для разработчиков ARPANET простых средств координации, написал базовые программы пересылки и чтения электронных сообщений. Позже Робертс добавил к этим программам возможности выдачи списка сообщений, выборочного чтения, сохранения в файле, пересылки и подготовки ответа. С тех пор более чем на десять лет электронная почта стала крупнейшим сетевым приложением.

Список литературы

1. Журнал "Радио": 1998г. №3, 1997г. №7, 1998г. №11, 1998г. №2.

2. Радиоежегодник-1985.

3. Фигурнов В.Э. "IBM PC для пользователя. Краткий курс".

4. Большая Советская Энциклопедия.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Немецкий физик Томас Иоганн Зеебек - первооткрыватель явления термоэлектричества. Открытие термоэлектрического эффекта Зеебека как результат опыта Эрстеда по воздействию постоянного электрического тока на магнитную стрелку с изменением источника тока.

реферат , добавлен 26.06.2013


Образование электрического тока, существование, движение и взаимодействие заряженных частиц. Теория появления электричества при соприкосновении двух разнородных металлов, создание источника электрического тока, изучение действия электрического тока.

презентация , добавлен 28.01.2011


Изобретение лампы накаливания, в которой свет вырабатывался в результате поступления электрического тока. Первые осветительные приборы, работающие на электрическом токе. Электрическая свеча Яблочкова и лампа Эдисона. Использование электрической энергии.

презентация , добавлен 16.10.2011


История изобретения источника постоянного электрического тока итальянским физиком А. Вольтой. Устройство гальванического элемента. Классификация источников тока. Строение батарей и электрических аккумуляторов, их основные типы и особенности применения.

презентация , добавлен 09.12.2015


Понятие электрического тока как упорядоченного движения заряженных частиц. Виды электрических батарей и способы преобразования энергии. Устройство гальванического элемента, особенности работы аккумуляторов. Классификация источников тока и их применение.

презентация , добавлен 18.01.2012


Действие электрического тока на организм человека. Факторы, влияющие на исход поражения током. Нормирование напряжений прикосновения и токов через тело человека. Эквивалентная схема электрического сопротивления различных тканей и жидкостей тела человека.

контрольная работа , добавлен 30.10.2011


Условия, необходимые для существования электрического тока. Достоинства и недостатки параллельного соединения проводников. Единица силы тока. Работа электрического тока в замкнутой электрической цепи. Закон Ома для участка цепи. Химическое действие тока.

презентация , добавлен 07.02.2015


Понятие электрического тока, выбор его направления, действие и сила. Движение частиц в проводнике, его свойства. Электрические цепи и виды соединений. Закон Джоуля-Ленца о количестве теплоты, выделяемое проводником, закон Ома о силе тока на участке цепи.

презентация , добавлен 15.05.2009


Сущность магнетизма, поле прямого бесконечно длинного тока. Форма правильных окружностей, описываемых силовыми линиями электрического поля элемента тока. Структура латентного поля тока. Закон Био-Савара, получение "магнитного" поля из электрического.

реферат , добавлен 04.09.2013


Природа электрического тока. Устройства для передачи электрической энергии и контроля ее параметров. Прокладка кабелей в коллекторах и туннелях. Монтаж полок и стоек. Защита кабелей от механических повреждений. Вспомогательные элементы электрической цепи.

Потребность в общении, в передаче и хранении информации возникла и развивалась вместе с развитием человеческого общества. Сегодня уже можно утверждать, что информационная сфера деятельности человека является определяющим фактором интеллектуальной, экономической и оборонной возможностей государства и человеческого общества в целом. Открытие электричества позволило найти средство, обеспечивающее доставку сообщений на значительные расстояния за короткое время сначала с помощью физических (проводных), а затем и беспроводных линий связи. Развитие теории электричества и магнетизма в XIX веке привело к появлению сначала проводной (телефонной и телеграфной), а затем и беспроводной связи, что создало технологическую базу для всех средств массовой информации – радиовещание, телевидение, Интернет, мобильная связь, которые в начале XX века активно вошли в повседневную жизнь. Потребности в передаче больших объемов информации на значительные расстояния привели к активным исследованиям, как в области условий распространения электромагнитных волн, так и методов обработки сигналов, обеспечивающих высокую пропускную способность каналов связи при требуемой достоверности в принимаемой информации. Результатом исследований явилось появление отдельных родов связи: проводная, радио, радиорелейная, тропосферная, спутниковая, которые, дополняя друг друга, способствуют повышению качества жизни населения в плане обмена информацией.

Телеграфная связь

Открытие электромагнитных волн легли в основу изобретения электрического телеграфа как основы дальней связи. В 1753 г. физик из Лейпцига Винклер открыл способ передачи электрического тока по проводам. Первым шагом на пути к созданию несколько иного пути по созданию электрического телеграфа был блестящий опыт датского физика, профессора Копенгагенского университета Ханса Кристиана Эрстеда (1777–1851) по отклонению магнитной стрелки под влиянием проводника с электрическим током. В созданном аппарате было два новшества, использованных многими изобретателями в будущих своих конструкциях: шелковая изоляционная обмотка проводов и сигнальное устройство (звонок), оповещающее о начале передачи. Этот опыт был продемонстрирован в 1830 г. Человеком, сразу понявшим, что открытие Эрстеда можно использовать для практического телеграфа был российский ученый-электротехник Павел Львович Шиллинг (1786–1837), который в 1832 г. создал стрелочный телеграфный аппарат, у которого индикаторами служили пять стрелок. Осенью 21 октября 1832 г. на его квартире состоялась первая публичная демонстрация «телеграфной системы Шиллинга». На демонстрации, где присутствовал сам российский император Николай I, по линии длиной 100 м была передана первая телеграмма, состоящая из 10 слов.
Именно с изобретения этого аппарата начинается эпоха практического применения электрического телеграфа, эволюция которого представлена аппаратами кодовой передачи сообщений С. Морзе.
Изобретение Шиллинга практически реализовал академик Петербургской академии наук Б. С. Якоби. В 1841 году он построил первую телеграфную линию между Зимним дворцом и Главным штабом. Б. С. Якоби в 1850 г. разработал первый в мире телеграфный аппарат (на три года раньше Морзе) с буквопечатанием принимаемых сообщений, в котором, как он говорил «регистрация знаков осуществлялась с помощью типографского шрифта».

Радиосвязь

Термин «радио» (от лат. radius, radiare, radio – испускать, облучать, излучать во все стороны) впервые ввел в обращение известный английский физик – химик В. Крукс (1832–1919). В вакуумной трубке, используя коромысловые весы в 1873 г. он измерил атомный вес открытого им же элемента талия и обнаружил нарушение балансировки высокоточного инструмента при возникновении теплового облучения. Чуть позже было подмечено аналогичное влияние светового излучения. На основе открытия был сконструирован измерительный прибор – «радиометр». Впоследствии появились и другие приборы, содержащие в наименовании приставку «радио». К наиболее известным относится «радиокондуктор» (радиопроводник), предложенный французским физиком Э. Бранли (1844– 1940) для обнаружения электромагнитных колебаний в лабораторных условиях. Строго говоря, практическая эра радиосвязи берет свой отсчет с 1883 г., когда Эдисон открыл эффект распыления вещества нити накаливания в электрической лампе, названный затем «эффектом Эдисона». Пытаясь продлить срок службы созданной им ранее лампы с угольной нитью введением в ее вакуумный баллон металлического электрода. При этом он обнаружил, что если приложить к электроду положительное напряжение, то в вакууме между этим электродом и нитью протекает ток. Это явление, которое было единственным фундаментальным научным открытием великого изобретателя, лежит в основе всех электронных ламп и всей электроники до транзисторного периода. Им были опубликованы материалы по так называемому эффекту Эдисона, и был получен соответствующий патент. Однако Эдисон не довел свое открытие до конечных результатов. После лабораторных опытов Г. Герца в начале 1880-х годов с электромагнитными волнами идея беспроводного телеграфа стала реальной перспективой, хотя многие не видели в ней большой надобности: в Европе и Америке проводной связью были охвачены целые страны, и работала она вполне надежно. Однако кабели нельзя было проложить к морским судам и в труднодоступные места. Дорого стоила и их прокладка, например через водные преграды.
К началу 1890-х годов уже был известен прибор, способный реагировать на сильное электромагнитное излучение радиодиапазона. С ним много экспериментировал известный французский физик Э. Бранли. Детектором в приемнике служил когерер, еще в середине XIX века применявшийся в различных конструкциях грозоуказателей. Данный прибор представлял собой трубку, заполненную металлическими опилками, с выведенными наружу контактами. Он довольно плохо проводил электрический ток, но под действием сильного электромагнитного поля его электрическое сопротивление резко падало. Чтобы вернуть когерер в исходное состояние, его нужно было встряхнуть. В этом устройстве источником высокочастотных колебаний служила индукционная катушка с прерывателем (катушка Румкорфа). Прерыватель периодически замыкал и размыкал цепь тока первичной катушки трансформатора. При этом во вторичной, повышающей обмотке возникали импульсы напряжения. Каждый такой импульс пробивал искровой промежуток между двумя шариками разрядника и вызывал серию затухающих колебаний в колебательном контуре, образованном шариками и антенной. Колебательная система излучала в окружающее пространство радиоволны. Чувствительным элементом приемника (рис. 3.2) служил когерер – трубка с двумя контактными пластинами, разделенными слоем металлического порошка. Под действием высокочастотных токов, наводимых в антенне, порошок спекался и замыкал цепь чувствительного реле. Далее включался телеграфный аппарат, записывающий принятый сигнал на ленту, и электрический звонок, молоточек которого встряхивал порошок когерера и нарушал его проводимость.
Впервые публично продемонстрирован разработанный прибор 25 апреля (7 мая) 1895 г. на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в физической лаборатории Петербургского университета. Этот день в нашей стране ежегодно отмечается как День радио.

Телефонная связь

Датой рождения первого электрического телефона считается 14 февраля 1876 г. В этот день в американское патентное ведомство поступило две заявки на аппарат для передачи звуков на расстояние посредством электрического тока. Первая принадлежала американскому преподавателю школы глухонемых А. Г. Беллу. Вторая, поступившая на два часа позже, – американскому физику И. Грею.
Обе заявки были вовсе не подобные, а принципиально различны. Белл сконструировал электромагнитный передатчик (микрофон), в котором передаваемый в линию ток изменялся вследствие изменения магнитного потока. Грей же предлагал совершенно иной метод изменения тока – вследствие изменения при колебаниях мембраны электрического сопротивления столбика проводящей жидкости. Не останавливаясь на сопоставлении достоинств и недостатков обоих устройств, отметим главное. Белл патентовал почти готовое устройство. Грей же подал лишь предварительное уведомление о намерении изобрести устройство с указанием предлагаемого принципа его действия.
Еще в годы учебы, ознакомившись с телефоном Рейса, Белл решил создать аппарат, превращающий звуки в световые сигналы. Он надеялся с его помощью научить говорить глухих детей. Начиная с 1873 г. он пытался сконструировать гармонический телеграф, способный передавать по одному проводу одновременно семь телеграмм (по числу нот в октаве). Для этого он использовал семь пар гибких металлических пластинок, подобных камертону, при этом каждая пара настраивалась на свою частоту. Во время одного из опытов 2 июня 1875 г. свободный конец одной из пластинок на передающей стороне линии приварился к контакту. Помощник Белла механик Томас Ватсон, безуспешно пытаясь устранить неисправность, чертыхался. Находящийся в другой комнате и манипулировавший приемными пластинками Белл своим чутким натренированным ухом уловил звук, дошедший по проводу. Самопроизвольно закрепленная на обоих концах пластинка превратилась в своеобразную гибкую мембрану и, находясь над полюсом магнита, изменяла его магнитный поток. Вследствие этого поступавший в линию электрический ток изменялся соответственно колебаниям воздуха, вызванным бормотанием Ватсона. Практически, это и был момент зарождения телефона.
Патентную заявку на этот телефон он подал 14 февраля 1876 г., а 7 марта получил патент. Спустя три дня –10 марта 1876 г. – по 12-метровому проводу, соединявшему квартиру Балла с лабораторией на чердаке, состоялась передача первой членораздельной фразы, ставшей исторической: «Мистер Ватсон, идите сюда. Вы мне нужны!». Несмотря на положительный результат, изобретение долгое время не находило практического применения.

Страница 32 из 32 История развития телекоммуникационных систем и компьютерных сетей

История развития телекоммуникационных систем и компьютерных сетей

Вычислительная и телекоммуникационная технологии

Компьютерная сеть (Вычислительная сеть) - это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи. Линии связи образованы кабелями или проводами, p-каналами и оптическими коммуникационными устройствами. Все сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения.

Сеть - network - взаимодействующая совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных.

Компьютерные сети, отнюдь не являются единственным видом сетей, созданным человеческой цивилизацией. Даже водопроводы Древнего Рима можно рассматривать как один из наиболее древних примеров сетей, покрывающих большие территории и обслуживающих многочисленных клиентов. Другой, менее экзотический пример - электрические сети. В них легко можно найти аналоги компонентов любой территориальной компьютерной сети: источникам информационных ресурсов соответствуют электростанции, магистралям - высоковольтные линии электропередач, сетям доступа - трансформаторные подстанции, клиентским терминалам - осветительные и бытовые электроприборы.

С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах

Рассмотрим основные этапы развития телекоммуникационных сетей.

В середине XX в. основными системами коммуникации (лат. communico - делаю общим) между людьми, занятыми в экономике, не считая привычные почтовые письма, были телеграф, телефон и радиосвязь . Телевидение находилось на этапе своего становления. Посредством телеграфных, телефонных сетей и радиосетей осуществлялась передача информационных потоков, но обработка переданной информации целиком возлагалась на человека.

Настоящим прорывом в науке, технике, экономике и социальной жизни стало изобретение компьютера. На первых этапах своего развития (до 70-х гг. XX в.) компьютерная техника использовалась исключительно для обработки информации, а сбор и передача информации осуществлялись с помощью телекоммуникационных систем и сетей, основой которых являлись вышеупомянутые телеграфные, телефонные сети и радиосети.

После создания компьютерных сетей, представляющих собой совокупность компьютеров и объединяющих их каналов связи, сбор, передача и обработка информации стали осуществляться с помощью компьютерной техники. Два эволюционных пути - развитие телекоммуникаций и вычислительной техники - привели их к закономерному соединению .

Телекоммуникационные системы и сети являются по сравнению с компьютерными сетями «старожилами», и первыми из них были телеграфные и телефонные сети.

Телеграф (греч. tele - далеко и grapho - пишу) был изобретен в середине XIX в. и предназначался для передачи сообщений на расстояние при помощи электрических сигналов, символов и букв. Самый заметный вклад в развитие телеграфа внесли такие ученые, как К. Штейнгейль, В. Сименс, С. Морзе, Ж. Бодо и др.

В 1838 г. в Мюнхене немецкий ученый К. Штейнгейль построил первую телеграфную линию длиною в 5000 м.

В 1843 г. шотландский физик А. Бэйн продемонстрировал и запатентовал собственную конструкцию электрического телеграфа, которая позволяла передавать изображения по проводам. Аппарат А. Бэйна считается первой примитивной факс-машиной.

В 1866 г. был проложен трансатлантический телеграфный кабель по дну океана между Америкой и Европой, а в 1870 г. фирма «Сименс» протянула индоевропейскую телеграфную линию длиною в 11 тыс. км.

В конце XIX в. в Европе было протянуто 2840 тыс. км подземного кабеля телеграфных линий, в США - свыше 4 млн км, в России протяженность телеграфных линий составляла 300 тыс. км. Общая протяженность телеграфных линий в мире в начале XX в. составила около 8 млн км.

К середине XX в. в Европе были созданы телеграфные сети, получившие название Telex (TELEgraph + EXchange). Несколько позже в США также была создана национальная сеть абонентского телеграфа, подобная Telex и получившая наименование TWX (Telegraph Wide area eXchapge).

Сети международного абонентского телеграфа* постоянно расширялись, и к 1970 г. сеть Telex объединяла абонентов более чем из 100 стран мира.

В наши дни возможность обмена сообщениями по сети Telex сохранена во многом благодаря электронной почте сети Интернет. На территории бывшего СССР телеграфная связь существует и поныне. Телеграфные сообщения передаются и принимаются при помощи специальных устройств - телеграфных модемов, сопряженных в узлах связи с персональными компьютерами операторов. Телеграфная связь используется в основном для передачи телеграфной корреспонденции, поступающей от государственных предприятий, учреждений и частных лиц, ведения документальных переговоров, передачи статистических данных и различной цифровой информации между предприятиями.

Тем не менее в некоторых странах национальные операторы сочли телеграф устаревшим видом связи и свернули все операции по отправке и доставке телеграмм. В Нидерландах телеграфная связь прекратила работу в 2004 г. В январе 2006 г. старейший американский национальный оператор Western Union объявил о полном прекращении обслуживания населения по отправке и доставке телеграфных сообщений. В то же время в Канаде, Бельгии, Германии, Швеции, Японии некоторые компании все еще поддерживают сервис по отправке и доставке традиционных телеграфных сообщений.

Исторически телефонные сети появились несколько позже телеграфных.

Первые слова были сказаны по телефону (греч. tele - далеко и phone - голос) 10 марта 1876 г. и принадлежали они шотландскому изобретателю, преподавателю школы глухонемых Александру Грэму Беллу: «Мистер Ватсон, зайдите, я хочу Вас видеть». Дальность действия этой телефонной линии внутри здания составляла 12 м. Следует отметить, что вначале телефон был недооценен специалистами телеграфной связи, воспринявшими телефон за «никому ненужную лабораторную игрушку*. Данная экспертная оценка являлась примером крупнейшей и грубейшей ошибки за всю историю телекоммуникационного бизнеса. Через несколько лет телефон и телефонные сети стали развиваться стремительными темпами.

В 1878 г. компанией Bell Telephone, организованной А.Г. Беллом в Нью-Хевене (штат Коннектикут, США), была построена первая в мире телефонная станция и выпущен первый телефонный справочник объемом в 21 страницу, а уже в следующем году эта же компания начала строительство телефонной сети объемом на 56 тыс. абонентов.

Первая в России междугородная телефонная сеть заработала в 1880 г. на Царскосельской железной дороге. Оценив преимущества нового вида связи, российские предприниматели стали обращаться с ходатайствами к правительству о выдаче разрешения на строительство телефонных линий.

Первые абоненты телефонных станций соединялись вручную и вызвать абонента можно было, назвав требуемый номер телефонистке. В 10-х гг. XX в. автоматические телефонные станции (АТС) постепенно стали вытеснять телефонисток, соединявших абонентов вручную. Появились телефопные аппараты с дисковым набором номеров. Первая АТС в СССР появилась только в 1924 г. в Кремле и обслуживала 200 абонентов. Городская московская АТС на 15 тыс. абонентов начала работать в 1930 г. К началу Второй мировой войны в СССР насчитывалось более 1 млн абонентов.

После Второй мировой войны развитие телефонных сетей получило новый импульс. В 1951 г. в США впервые АТС стали использоваться не только для соединения в пределах одного города, но на междугородних линиях. В СССР такая АТС впервые была введена в эксплуатацию в 1958 г. между Москвой и Ленинградом.

В 1956 г., спустя 90 лет после прокладки первой телеграфной кабельной линии через Атлантику, закончилась прокладка первой трансатлантической телефонной линии связи, соединившей Великобританию и США (через Канаду).

В 50-60-е гг. XX в. разрабатывались основные методы цифровой передачи сигнала, в том числе голоса, велись работы по созданию радио- и видеотелефонии, мобильной телефонной связи.

В 1978 г. в Бахрейне начала эксплуатацию коммерческая система сотовой телефонной связи, которая считается первой реальной системой сотовой связи в мире.

80-90-е гг. XX в. характеризовались интенсивным внедрением цифровых методов передачи голоса и соответствующих телефонных сетей, использованием спутниковой связи, мобильной сотовой связи, а также широчайшим использованием компьютеров для обеспечения функционирования телефонных сетей.

Работы в области радиосвязи начались с тех пор, когда немецкий ученый Г. Герц в 1888 г. открыл способ создания и обнаружения электромагнитных радиоволн. 25 апреля 1895 г.

русский ученый А.С. Попов сделал доклад, посвященный методу использования излученных электромагнитных волн для беспроводной передачи электрических сигналов, содержащих информацию. В марте 1896 г. ученый провел эксперимент, он передал радиограмму с двумя словами «Генрих Герц» на 250 м. Через несколько лет в Кронштадте, не подавая заявку на патент, он наладил выпуск принимающей и передающей аппаратуры. Предприимчивый итальянец Г. Маркони заинтересовался новым изобретением. В июле 1898 г. он подал патент в Англии, предъявив подобное устройство, чуть усложнив схемы А.С. Попова. Приоритет открытия радио остался в истории человечества за Г. Маркони.

В 1898 г. Г. Маркони организовал радиосвязь между Францией и Англией, а в 1901 г. ему удалось передать сигналы со станции в Англии на станцию в Ньюфаунленде, США. В начале своего становления радиосвязь использовалась для передачи телеграфных сообщений, не учитывая возможностей радио по передаче звука.

В 1915 г. был осуществлен исторический эксперимент, когда по радио успешно были переданы речевые сигналы из Арлингтона (штат Вирджиния) в Париж. Следует отметить, что Г. Маркони предпочел, чтобы краеугольным камнем его беспроволочного телеграфа оставалась азбука Морзе, так как для беспроволочной передачи речи он не видел никакого полезного применения.

В 1920 г. американский радиолюбитель Конрад сконструировал радиостанцию для работы в режиме «телефон» и впервые в мире начал вести вещательные передачи.

В первой половине XX в, после разработки учеными и инженерами более совершенной усилительной аппаратуры, антенных устройств, а также методов передачи и приема радиосигналов радиосвязь стала стремительно развиваться.

Вторая половина XX в. характеризовалась совершенствованием радиоаппаратуры, разработкой цифровых методов радиосвязи, а также использованием спутниковых систем радиосвязи.

Что касается телевидения («радио с изображением»), то идеи создания электрической системы для передачи подвижного изображения на расстояние высказывались еще в 70-е гг.

XIX в. Основывались эти идеи на чисто теоретических выводах, так как возможности физических экспериментов в ту пору были ничтожны. Однако в середине 20-х гг. XX в. промышленно-техническая база развилась настолько, что впервые появилась возможность практической реализации теоретических принципов телевидения.

Идеям и экспериментам по передаче на расстояние подвижного изображения предшествовали идеи и эксперименты по передаче изображения неподвижного.

В 20-е гг. XX в. развитие электронного телевидения проходило в борьбе с противодействием сторонников механического телевидения (с использованием вращающихся механизмов для получения развертки на экране), пессимистически оценивавших перспективы электронных систем из-за больших технических трудностей, связанных с их созданием. Но идея электронного телевидения как самая прогрессивная оказалась наиболее жизненной.

Отцом современного электронного телевидения стал В.К. Зворыкин, эмигрировавший после гражданской войны в США. В 1931 г. он изобрел электронно-лучевую трубку, которую назвал иконоскопом. Изобретение иконоскопа явилось поворотным пунктом в истории телевидения, определившим направление его дальнейшего развития; он обеспечивал телевизионные передачи с большим числом строк.

Первые передачи телевизионных изображений по радиоканалу в СССР были произведены в апреле-мае 1931 г. Они были осуществлены, однако, с разложением изображения на строки по механической системе, т.е. развертка изображения на элементы проводилась с помощью вращающегося диска.

Исследования в области передающих и приемных электронно-лучевых трубок, схем развертывающих устройств, усилителей, телевизионных передатчиков и приемников, достижения в области радиоэлектроники подготовили переход к электронным системам телевидения.

В СССР летом 1938 г. первым заработал опытный Ленинградский телецентр, а в Москве, на Шаболовке, было построено специальное здание; телевизионное оборудование и передатчик заказаны в США, там же прошли стажировку ведущие специалисты. В итоге в стране появился первый Московский телецентр, принятый в постоянную эксплуатацию в декабре 1938 г.

В 1953 г. в США началось регулярное цветное телевизионное вещание, но из-за большой стоимости цветных телевизоров оно стало массовым только через 12-15 лет (первые.10 млн телевизоров были проданы к 1966 г.). В СССР регулярное вещание в цвете началось только в 1967 г., передачи Центрального телевидения стали цветными в 1977 г., а цветное оборудование получило периферийные телецентры в 1987 г.

В начале 90-х гг. XX в. были начаты исследования по передаче цифрового сигнала по эфирным каналам связи. Эта технология за короткий срок получила признание. В настоящее время ее используют более 300 компаний - производителей телевизионной электроники.

Наряду с эфирным телевидением в мире велись работы по созданию систем кабельного телевидения . Первая система кабельного телевидения в США была построена в 1952 г. в г. Лансфорде для приема передач от ближайшего телецентра в г. Филадельфии. Причиной возникновения кабельного телевидения в США в 1948 г. стала приостановка выдачи лицензий на новые телевизионные передающие станции почти на четыре года. Однако благодаря высокому качеству и помехозащищенности кабельное телевидение стало основным видом телевидения в крупных городах.

В 1960 - 1970-е гг. в СССР в соответствии с концепциями развития телевизионного вещания была создана огромная, практически тотальная система коллективного приема телевидения - почти 80 % телезрителей в городах получали телевидение по коаксиальному кабелю.

В последние годы кабельное телевидение стало одним из наиболее динамично развивающихся направлений телекоммуникационных сетей. Преимуществом телевизионных кабельных сетей является, что что они могут использоваться также для доступа к глобальной сети Интернет или передачи информации с приборов учета энергии и воды.

Рассмотренные выше радио- и телевизионные системы с использованием радиоканалов для передачи данных являются основными элементами беспроводных телекоммуникационных систем, включающих спутниковые системы и системы мобильной сотовой связи.

История развития компьютерных сетей

Компьютерные сети являются логическим результатом эволюции развития компьютерных технологий. Постоянно возрастающие потребности пользователей в вычислительных ресурсах обусловили попытки специалистов компьютерных технологий объединить в единую систему отдельные компьютеры.

Обратимся сначала к компьютерному корню вычислительных сетей. Первые компьютеры 50-х годов - большие, громоздкие и дорогие - предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Часто эти монстры занимали целые здания. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы пользователя, а использовались в режиме пакетной обработки.

Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма - мощного и надежного компьютера универсального назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр (рис.).

Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Таким образом, одна неверно набитая карта означала как минимум суточную задержку. Конечно, для пользователей интерактивный режим работы, при котором можно с терминала оперативно руководить процессом обработки своих данных, был бы удобней. Но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали. Во главу угла ставилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины - процессора, даже в ущерб эффективности работы ис­пользующих его специалистов.

В начале 60-х гг. XX в. стали развиваться интерактивные (с вмешательством пользователя в вычислительный процесс) многотерминальные системы разделения времени. В таких системах мощный центральный компьютер (мэйнфрейм) отдавался в распоряжение нескольких пользователей. Каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал (монитор с клавиатурой без системного блока), с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Компьютер по очереди обрабатывал программы и данные, поступающие с каждого терминала. Поскольку время реакции компьютера на запрос каждого терминала было достаточно мало, то пользователи практически не замечали параллельную работу нескольких терминалов и у них создавалась иллюзия монопольного пользования компьютером. Терминалы, как правило, рассредоточивались по всему предприятию, и функции ввода-вывода информации были распределенными, но обработка информации проводилась только центральным компьютером.

Такие многотерминальные централизованные системы внешне напоминали локальные вычислительные сети, до создания которых в действительности нужно было пройти еще большой путь. Сдерживающим фактором для развития компьютерных сетей был прежде всего экономический фактор. Из-за высокой в то время стоимости предприятия не могли приобрести сразу несколько компьютеров, а значит и объединить в вычислительную сеть было нечего.

Первые сети - глобальные

Развитие компьютерных сетей началось с решения более простой задачи - доступа к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. Терминалы в этом случае соединялись с компьютером через телефонные сети с помощью специальных устройств - модемов. Следующим этапом в развитии компьютерных сетей стали соединения через модем не только «терминал-компьютер», но и «компьютер-компьютер». Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что является базовым механизмом любой компьютерной сети. Тогда впервые появились в сети возможности обмена файлами, синхронизации баз данных, использования электронной почты, т.е. службы, являющиеся в настоящее время традиционными сетевыми сервисами. Такие компьютерные сети получили название глобальных компьютерных сетей.

Глобальные сети ( Wide Area Networks , WAN ) – сети объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно находящиеся в различных городах и странах.

Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи, лежащие в основе современных вычислительных сетей. Такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, концепции коммутации и маршрутизации пакетов.

Глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от других, гораздо более старых и распространенных глобальных сетей - телефонных. Главное технологическое новшество, которое привнесли с собой первые глобальные компьютерные сети, состояло в отказе от принципа коммутации каналов, на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях.

Выделяемый на все время сеанса связи составной телефонный канал, передающий информацию с постоянной скоростью, не мог эффективно использоваться пульсирующим трафиком компьютерных данных, у которого периоды интенсивного обмена чередуются с продолжительными паузами. Натурные эксперименты и математическое моделирование показали, что пульсирующий и в значительной степени не чувствительный к задержкам компьютерный трафик гораздо эффективней передается сетями, работающими по принципу коммутации пакетов, когда данные разделяются на небольшие порции - пакеты, - которые самостоятельно перемещаются по сети благодаря наличию адреса конечного узла в заголовке пакета.

Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, то в первых глобальных сетях часто использовались уже существующие каналы связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, в течение многих лет глобальные сети строились на основе телефонных каналов тональной частоты, способных в каждый момент времени вести передачу только одного разговора в аналоговой форме. Поскольку скорость передачи дискретных компьютерных данных по таким каналам была очень низкой (десятки килобит в секунду), набор предоставляемых услуг в глобальных сетях такого типа обычно ограничивался передачей файлов, преимущественно в фоновом режиме, и электронной почтой. Помимо низкой скорости такие каналы имеют и другой недостаток - они вносят значительные искажения в передаваемые сигналы. Поэтому протоколы глобальных сетей, построенных с использованием каналов связи низкого качества, отличаются сложными процедурами контроля и восстановления данных.

Исторически первые компьютерные сети были созданы агентством по защите прогрессивных исследовательских проектов DARPA по заданию военного ведомства США. В 1964 г. были разработаны концепция и архитектура первой в мире компьютерной сети ARPAnet(от англ. Advanced Research Projects Agency Network), в 1967 г. впервые было введено понятие «протокол компьютерной сети». В сентябре 1969 г. произошла передача первого компьютерного сообщения между компьютерными узлами Калифорнийского и Стенфордского университетов. В 1977 г. сеть ARPANET насчитывала 111 узлов, в 1983 - 4 тыс. Сеть объединяла компьютеры разных типов, работавших под управлением различных операционных систем с дополнительными модулями, реализовавшими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. Такие операционные системы считаются первыми сетевыми операционными системами. Сеть ARPANET прекратила свое существование в 1989 г.

Прогресс глобальных компьютерных сетей во многом определялся прогрессом телефонных сетей.

С конца 60-х годов в телефонных сетях все чаще стала применяться передача голоса в цифровой форме.

Это привело к появлению высокоскоростных цифровых каналов, соединяющих автоматические телефонные станции (АТС) и позволяющих одновременно пере­давать десятки и сотни разговоров. Была разработана специальная технология для создания так называемых первичных, или опорных, сетей. Такие сети не предоставляют услуг конечным пользователям, они являются фундаментом, на котором строятся скоростные цифровые каналы «точка-точка», соединяющие оборудование других, так называемых наложенных сетей, которые уже работа­ют на конечного пользователя.

Сначала технология первичных сетей была исключительно внутренней технологией телефонных компаний. Однако со временем эти компании стали сдавать часть своих цифровых каналов, образованных в первичных сетях, в аренду пред­приятиям, которые использовали их для создания собственных телефонных и глобальных компьютерных сетей. Сегодня первичные сети обеспечивают скоро­сти передачи данных до сотен гигабит (а в некоторых случаях до нескольких терабит) в секунду и густо покрывают территории всех развитых стран.

К концу 1970-х годов сеть APRAnet насчитывала уже около 200 оконечных сис­тем. Через 10 лет число хостов в Интернете, уже объединявшем множество других компьютерных сетей, достигло 100 тысяч. Таким образом, 1980-е годы характери­зуются стремительным распространением созданных ранее сетевых технологий.

В начале 80-х происходило активное объединение локальных сетей университе­тов в крупные региональные сети. Примерами могут служить сеть B1TNET, обес­печивавшая обмен файлами и электронной почтой между университетами на се­веро-западе США, CSNET, объединившая исследователей в области сетевых технологий независимо от APRAnet, и др. В 1986 году была разработана сеть NSFNET, позволившая получить доступ к вычислительным ресурсам суперком­пьютеров. Начальная скорость магистрали, составившая 56 Кбит/с, к концу деся­тилетия выросла до 1,5 Мбит/с. Магистраль NSFNET позволила объединить меж­ду собой региональные компьютерные сети США.

В 1980-е годы APRAnet уже содержала многие из компонентов, которые составля­ют основу современного Интернета. 1 января 1983 года стандартный протокол NCP, предназначенный для обмена данными между хостами, был заменен стеком про­токолов TCP/IP (RFC 801). С этого времени стек TCP/IP используется всеми хостами Интернета. В конце 80-х в протокол TCP были внесены значительные усовершенствования, направленные на обеспечение оконечными системами конт­роля переполнения. Кроме того, была разработана система доменных имен (Domain Name System, DNS), связавшая мнемонические имена Интернет-ресурсов с их 32-разрядными адресами (RFC 1034).

Параллельно с развитием APRAnet в США во Франции в начале 1980-х годов воз­ник проект Minitel, имевший поддержку со стороны правительства Франции и поставивший перед собой амбициозную цель - связать все сети в единую компь­ютерную сеть. Система, разработанная Minitel, представляла собой открытую ком­пьютерную сеть с коммутацией пакетов (протокол Х.25 с поддержкой виртуаль­ного канала), состоявшую из Minitel-серверов и недорогих пользовательских терминалов со встроенными низкоскоростными модемами. Большой успех при­шел к проекту Minitel после того, как французское правительство объявило о раз­даче бесплатных терминалов всем желающим для домашнего пользования. Сеть Minitel содержала как бесплатные, так и платные информационные ресурсы. В зените своей популярности в середине прошлого десятилетия Minitel поддерживала более чем 20 000 видов обслуживания - от удаленных банковских операций до организации доступа к специализированным исследовательским базам данных.