elib.psuti.ruelib.psuti.ru/akchurin_nikolaev_rudi_tyazhev_istoriya... · 3 Данная...

1

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное образовательное бюджетное

учреждение высшего профессионального образования

ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ

ЭЛЕКТРОННАЯ

БИБЛИОТЕЧНАЯ СИСТЕМА

Самара

2

Поволжский государственный университет

телекоммуникаций и информатики

История

инфокоммуникаций

Составители:

Акчурин Э.А. Николаев Б.И. Рудь В.В. Тяжев А.И.

Самара 2011

3

Данная методическая разработка представляет собой подбор-ку исторических фактов, упорядоченных по тематике и хроноло-гии. Параллельно рассматриваются 3 линии развития:

История создания элементной базы электроники; История развития информационно-вычислительной техники; История телекоммуникаций. Авторы-составители использовали как широко опубликован-

ные, так и малоизвестные исторические материалы, с тем чтобы по возможности дать полную картину прогресса человеческой мысли – творческих исканий первооткрывателей, изобретателей, исследователей, инженеров, давших миру современные инфор-мационно-вычислительные и телекоммуникационные технологии и сделавших их доступными всему человечеству.

Выпуск этой брошюры приурочен к 50-летию первого выпуска специалистов нашим вузом – КЭИС-ПИИРС-ПГАТИ-ПГУТИ. Наши выпускники принимают достойное участие в освоении мирового опыта, в научных исследованиях, изобретательской и инженер-ной деятельности в сфере инфокоммуникаций.

Материалы брошюры могут быть использованы как подспорье в изучении предмета «введение в специальность», в повседнев-ной работе технических кафедр, в качестве справочного мате-риала.

4

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ЭЛЕКТРОНИКИ ............ 6

1.1 ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ ................................... 8 1.2 ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ. СТРУКТУРА ИЗДЕЛИЙ И

ДИСЦИПЛИН ................................................................................................ 9 1.3 ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, ПРОЦЕССЫ И ЭФФЕКТЫ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И

ПЛЁНОЧНЫХ СТРУКТУРАХ ............................................................................. 11 1.4 СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ................................................... 12 1.5 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОТКРЫТИЯ, ПОИСК ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И РАЗВИТИЕ

ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, МАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЙ, ПРОЦЕССОВ И ЭФФЕКТОВ ............................................................................. 13 1.6 ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ И ПАССИВНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ ............................................................................................... 29 1.7 ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ, ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ, ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ И

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ................................................................... 32 1.8 РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ ДИАПАЗОНА СВЧ ........................ 41 1.9 ИССЛЕДОВАНИЯ, ОТКРЫТИЯ И РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ................................................................ 44 1.10 ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ ...................... 49 1.11 ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ИЗДЕЛИЙ КВАНТОВОЙ ТЕХНИКИ ........................... 57

2 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ................................................................................................ 61

2.1 ИСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ ................................................................ 61 2.1.1 Истоки ................................................................................ 61 2.1.2 Доэлектронный период .................................................... 64 2.1.3 Электрорелейные вычислители ....................................... 69 2.1.4 Аналоговые компьютеры ................................................. 71 2.1.5 Первое поколение ЭВМ (электронные лампы) .............. 72 2.1.6 Второе поколение ЭВМ (транзисторы) ............................ 76 2.1.7 Третье поколение ЭВМ ( малые ИС) ................................ 78 2.1.8 Четвертое поколение ЭВМ (БИС, СБИС) .......................... 80 2.1.9 Пятое поколение ЭВМ ...................................................... 83 2.1.10 Специализированные процессоры .................................. 87 2.1.11 Персональные компьютеры ............................................. 89 2.1.12 Суперкомпьютеры ............................................................. 94

2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ .................................................... 99 2.2.1 Теоретики информационных технологий ....................... 99

5

2.2.2 Компьютерные сети, Интернет ...................................... 101 2.2.3 Языки программирования .............................................. 104 2.2.4 Языки программирования для Интернета .................... 109 2.2.5 Свободное ПО.................................................................. 113

2.3 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ................................................................ 114 2.3.1 Память .............................................................................. 114 2.3.2 Принтеры и сканеры ....................................................... 117 2.3.3 Новые технологии ........................................................... 120

3 ИСТОРИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ............................................... 124

3.1 ИСТОКИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ....................................................... 124 3.1.1 Первые устройства электрической связи ...................... 124 3.1.2 Основы теории связи ...................................................... 128

3.2 ТЕОРИЯ, ОБГОНЯЮЩАЯ ПРАКТИКУ .................................................. 130 3.2.1 Статистическая радиотехника ........................................ 130 3.2.2 Теория потенциальной помехоустойчивости ............... 131 3.2.3 Теория информации ....................................................... 133 3.2.4 Развитие методов модуляции и кодирования ............. 135 3.2.5 Аналоговые методы модуляции.............................................. 136 3.2.6 Импульсные методы модуляции ................................... 137 3.2.7 Преобразование аналоговых сигналов в цифровые .... 138 3.2.8 Цифровые методы модуляции ...................................... 139 3.2.9 Методы кодирования ..................................................... 141 3.2.10 Широкополосные методы модуляции .......................... 147 3.2.11 Развитие методов эффективного использования каналов связи .......................................................................................... 150 3.2.12 Уплотнение каналов радиосвязи ................................... 152 3.2.13 Сокращение избыточности при передаче звуковых сигналов .......................................................................................... 153

3.2.13.1 Речевые сигналы ......................................................... 153 3.2.13.2 Сигналы звукового вещания....................................... 154

3.2.14 Сокращение избыточности при передаче ТВ сигналов 155 3.3 СИСТЕМЫ ФИКСИРОВАННОЙ СВЯЗИ ................................................. 158

3.3.1 Системы связи, работающие в диапазонах низких, средних и высоких частот ............................................................... 158 3.3.2 Этапы и перспективы развития систем радиосвязи, работающих в диапазонах НЧ, СЧ и ВЧ ......................................... 163 3.3.3 Радиорелейные линии связи ......................................... 165 3.3.4 Этапы развития систем радиорелейной связи ............. 170

6

3.3.5 Системы спутниковой связи ........................................... 172 3.4 БУМ ХХ ВЕКА ............................................................................... 177

3.4.1 Радиосвязь и радиовещание ......................................... 177 3.4.1.1 Звуковое вещание ....................................................... 177 3.4.1.2 Телевизионное вещание ............................................ 181 3.4.1.3 Этапы развития сетей звукового и телевизионного вещания ...................................................................................... 187

3.4.2 Мобильная связь ............................................................. 191 3.5 СРАЩИВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ И

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ .................................................... 194 3.5.1 Поисковые системы ........................................................ 194 3.5.2 Управление информационными ресурсами................. 200 3.5.3 Телеконференции ........................................................... 201

4 ССЫЛКИ ....................................................................................... 201

1 История создания элементной базы электроники

Введение

Электроника – это область науки и техники. Как область науки электро-ника своим предметом имеет изучение явлений, эффектов и процессов взаи-модействия полей различной физической природы со средами (веществами), находящимися в различных агрегатных состояниях. В основе всех этих взаи-модействий лежат изменения состояний электронов как носителей физиче-ских, химических, электрических, магнитных и электромагнитных свойств в составе сред, подвергающихся воздействию внешних полей. Именно это и послужило причиной введения термина электроника, который сейчас является общепризнанным. В качестве рабочих сред могут выступать твѐрдые, жидкие или газообразные вещества, растворы, объѐмы или потоки молекул, атомов, заряженных частиц, электрических диполей, магнитных моментов электриче-ских или магнитных доменов. Как область техники электроника связана с раз-работкой, производством, изучением свойств, характеристик и параметров, а также применением изделий различной степени сложности, объединяемых общим понятием – радиоэлектронная аппаратура (РЭА). Среди различных видов РЭА часто выделяют электронно–вычислительную аппаратуру (ЭВА) и микроэлектронную аппаратуру (МЭА). Основными функциями изделий элек-троники являются запись, хранение, обработка, воспроизведение и обмен информацией. Эти функции реализуются с помощью носителей информации – сигналов двух видов: материальные среды и энергетические процессы. Пер-

7

вые используются для хранения, а вторые – для преобразования и обмена информацией, переносимой сигналами.

Сейчас практически невозможно указать такой сферы экономики или со-циальной жизни, в которой не использовались бы различные виды РЭА, в ча-стности, устройства, системы или сети формирования, обработки, хранения и использования информации. К ним относятся, например, измерительная и вычислительная техника, оргтехника и бытовая техника, оборудование систем коммуникации, управления, навигации, радиолокации, ускорителей заряжен-ных частиц в ядерной физике и т.д.

Основой производства РЭА, как средства усиления интеллектуальных способностей человека, служит еѐ элементная, конструктивная и технологиче-ская база. Каждая из этих структурных составляющих прошла длительный исторический путь развития, совершенствования и видоизменения. Главной нашей задачей является удержание в памяти всех важнейших этапов и дости-жений, полученных на этом пути. Это необходимо делать постоянно, так как именно ретроспективный анализ пройденного пути позволяет обнаружить но-вые варианты в теории и практике, которые в силу разных причин не могли быть выявлены раньше.

Формирование электроники как отрасли науки и техники, связанной с об-работкой информации, расширение и совершенствование еѐ элементной, кон-структивной и технологической базы обусловлено многими факторами. Преж-де всего – это логика исторического процесса познания природы и практиче-ское использование результатов в области электроники. Это также последова-тельное проникновение в самые глубокие и тонкие тайны природы, изучение еѐ сущностных свойств и фундаментальных законов, изучение веществ и про-цессов в них как на макроструктурных, так и на микроструктурных уровнях. Для решения этих сложнейших задач потребовался коллективный труд большого числа учѐных – теоретиков и практиков: философов, физиков, химиков, мате-матиков, специалистов в областях схемо- и системотехники, материаловедов и технологов. Потребовался высочайший образец проявления силы коллек-тивного ума, интуиции и интеллекта в решении самой, пожалуй, сложной в истории науки задачи. Это пример мощного интернационального мозгового штурма тайн природы. Его результаты поистине революционны. Они привели к коренным изменениям во всех сферах экономической и социальной жизни, а также в мировоззрении всего человечества.

Основной задачей данного раздела является подбор событий, фактов, исследований, опытов, открытий, изобретений, предложений и предположений с целью формирования хронологического ряда, отражающего в основном ис-торию развития электроники и придавшего ей еѐ современный вид. При этом было важно внимательно и последовательно рассмотреть архитектуру, струк-турные составляющие, их взаимосвязи, возникновение, тенденции и этапы развития электроники.

8

На этот процесс большое влияние оказали:

открытия в области электричества, постановка экспериментов, осмысле-ние физических процессов, явлений и эффектов;

гипотезы и открытия, связанные с проблемами поиска источников элек-тричества, носителей электрических зарядов, переносом электрического тока через материальные среды с различными свойствами;

теоретические исследования в области строения веществ;

открытие элементарных частиц, их свойств и сложной структуры атомов и молекул;

выявление фундаментальных свойств микромира, периодического закона химических элементов Менделеева;

открытие природы электричества и магнетизма, законов взаимодействия электрических зарядов, а также их поведения в электрических, магнит-ных и электромагнитных полях;

успехи в области материаловедения, расширение номенклатуры произво-димых материалов с разнообразными физико-химическими и электро-магнитными свойствами, их систематизация и классификация;

овладение технологией локальной (прецизионной) обработки материалов, использующей различные способы литографии, очистку, термическое окисление, диффузию примесей, ионное легирование, эпитаксию, напы-ление плѐнок, травление и металлизацию.

1.1 Характеристика современной электроники

Развитие электроники как самостоятельной отрасли науки и техники, связанной с обработкой информации, расширение и совершенствование еѐ элементной, конструктивной и технологической базы обусловлено многими факторами. Современная электроника сформировалась как сложное структур-ное образование. В еѐ структуре выделяют физическую (теоретическую) и техническую (промышленную) электронику.

Основным элементом изделий электроники является рабочая среда, в которой осуществляется хранение, обработка и передача сигналов, несущих информацию. В зависимости от структуры, физико-химических и электромаг-нитных свойств рабочей среды, а также механизмов энергообмена между электромагнитным полем и веществом, в структуре современной электроники (Э) выделяют ряд составляющих. К ним относятся: вакуумная Э, квантовая Э, криогенная Э (криоэлектроника), молекулярная Э, твѐрдотельная Э, в частно-сти, полупроводниковая Э, спиновая Э, функциональная Э, оптоэлектроника, магнитоэлектроника, акустоэлектроника, химотроника (хемотроника), микро-электроника, наноэлектроника.

9

История интенсивного развития электроники насчитывает примерно 150 лет. Но особенно бурным, продуктивным и впечатляющим в этом развитии является последний период длительностью 60-70 лет. В развитии современной электроники можно выделить следующие направления:

продвижение исследований и разработок в область всѐ более высоких частот (малых длин волн), постепенное освоение миллиметрового, мик-рометрового диапазонов, а также диапазонов инфракрасных, оптических и ультрафиолетовых длин волн, вплоть до диапазона мягкого рентгенов-ского излучения;

повышение быстродействия РЭА и каналов обмена информацией, вплоть до скоростей 0,5…2,5 Гбит/с и выше;

усложнение выполняемых функций,

уменьшение физических объѐмов обработки сигналов,

совершенствование технологии локальной обработки материалов,

уменьшение объѐмов для хранения и интервалов времени обработки сигналов, использование размерных и субатомных структур. Появились и бурно развиваются микроэлектроника, наноэлектроника.

Зарождаются и уже получены заметные успехи в областях фемто- и аттофизи-ки. Можно привести множество примеров, подтверждающих сказанное. Микро-схемы. Нейрокомпьютеры. Интернет. Элементы системы искусственный ин-теллект. Нанотранзисторы. Волоконно-оптические системы обмена информа-цией. Одноэлектронные приборы: одноэлектронные транзисторы, однофотон-ные детекторы и т.д. Квантовые компьютеры.

Во многих учебниках и учебных пособиях по дисциплинам, связанным с электроникой, истории развития элементной базы уделяется ограниченное внимание. Этот недостаток призвана исправить данная работа. Еѐ материал представляет цельное логически связанное научное исследование. Поэтому он может быть полезен студентам и преподавателям различных курсов, зани-мающимся разработкой или применением изделий электроники, а также всем, кто интересуется историей еѐ развития. В конце работы приводится обширный список использованных источников. Изложение материала максимально при-ближено к их редакции.

1.2 Элементная база современной электроники. Структура изделий и дисциплин

Представленная на рисунке 1 структура изделий современной электрон-ной техники содержит: радиоэлектронные системы (РЭС), радиоэлектронные устройства (РЭУ), радиоэлектронные блоки (РЭБ), конструктивные узлы (КУ), радиокомпоненты (РК), радиоэлементы (РЭ), а также исходные конструктив-ные элементы (ИКЭ). Они образуют элементную базу современной радиоэлек-тронной аппаратуры (ЭБ РЭА).

10

Рис.1.1

При еѐ изучении следует выделять и различать схемотехнические, сис-темотехнические, технологические и конструктивные аспекты и проблемы. Технологию синтеза показателей качества изделий электроники можно иллю-стрировать в виде графа, содержащего 6 уровней (рис.2).

Рис.1.2

Нижний уровень (i=1) образован фундаментальными частицами с их на-

бором свойств. Два следующих уровня (i=2 и i=3) соответствуют совокупности физико-химических и электромагнитных свойств атомов, веществ, сред, мате-риалов (РМ). Множество разных материалов, их свойств и параметров, свя-занных с этими уровнями, обусловлены частично природными процессами, частично – достижениями в физике, химии, технологии производства и обра-ботки материалов. Из них на уровнях i=4,5,6 с помощью разнообразных техно-

11

логических процессов (ТП) локальной обработки материалов и конструирова-ния узлов, блоков, устройств и систем синтезируются многочисленные свойст-ва полуфабрикатов, ИКЭ, а также различных видов РК и РЭА.

Рассмотренная модель синтеза свойств и качественных показателей РК и РЭА позволяет сформировать схему изучения ЭБ РЭА. В системе учебных дисциплин по этой проблематике должны быть отчѐтливо обозначены 6 важ-ных информационных блоков.

1. Общие свойства изделий электронной техники. 2. Физико-химические основы электронной и квантовой техники. 3. Материалы электронной техники (радиоматериалы). 4. Элементная база электронной техники. 5. Основы микроэлектроники. 6. Оптическая и квантовая электроника. 7. Нанотехнологии и наноэлектроника. В соответствии с данной схемой может рассматриваться структура учеб-

ных дисциплин по направлениям «Телекоммуникации» и «Электроника и мик-роэлектроника». Большое значение имеет распределение учебного материала и фонда учебного времени между структурами этих дисциплин в соответствии с ГОС. Так, по направлению «Телекоммуникации» содержательное поле, обо-значенное приведѐнной выше схемой, отображается набором дисциплин: «Физические основы электроники», «Химия радиоматериалов», «Радиомате-риалы и радиокомпоненты» и «Электроника». Но материал данной работы может оказать существенную пользу и в учебном процессе по дисциплинам «Физика», «Химия», «Теория электрических цепей», а также многих дисциплин электротехнического, радиотехнического и коммуникационного профилей об-разования.

1.3 Физические явления, процессы и эффекты в полупроводниковых и плѐночных структурах

В данном разделе в краткой форме рассматриваются разнообразные процессы, явления и эффекты, возникающие при электрических, магнитных, электромагнитных, тепловых, механических или других формах взаимодейст-вия между рабочими средами, используемыми в электронике, и внешней сре-дой.

Явления и процессы, находящие применение при разработке изделий электроники.

Явления переноса подвижных носителей заряда в полупроводниках.

Электронные процессы на границах раздела токопроводящих материалов с вакуумом и разрежѐнным газом.

12

Контактные явления в структурах: металл-металл, полупроводник-металл и полупроводник-полупроводник.

Процессы, протекающие в многослойных соединениях материалов с раз-личными электрическими свойствами.

Квантово-механические процессы энергообмена между средами, находя-щимися в газообразном, жидком или твѐрдом состоянии, и электромаг-нитным полем.

Оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках.

Квантово-размерные явления и эффекты, которые играют заметную роль в объѐмах полупроводника с линейными размерами меньше 5 нм.

Физические явления в ферромагнитных плѐнках. Эффекты, используемые при создании дискретных элементов и микро-

электронных структур.

Туннельный эффект.

Эффект сильного поля.

Эффект Холла.

Эффект Ганна.

Эффект Пельтье.

Эффект Зеебека.

Эффект Джозефсона.

1.4 Составные части исследования

В данной работе выделены следующие структурные составляющие в ис-тории развития электроники.

Фундаментальные открытия и развитие теории электрических, магнитных и электромагнитных явлений, эффектов, процессов и закономерностей.

Исследования и разработка источников питания и пассивных элементов.

Работы в области создания электровакуумных, электронно-лучевых, газо-наполненных и фотоэлектрических приборов.

Развитие электронных приборов диапазона СВЧ.

Исследования, открытия и разработки в области полупроводниковых при-боров.

Этапы развития интегральной микроэлектроники.

История создания изделий квантовой электроники. Изложение материала в дальнейшем осуществляется в соответствии с

приведѐнной выше схемой. Форма изложения – табличная. Ведѐтся в хроно-логическом порядке. В таблицах приводятся сведения о существе научного или технического события, дате его свершения, авторе или авторах, фирме, организации, предприятии или фирмах, организациях или предприятиях, при-

13

нявших участие в его свершении, а также указываются страна или страны, в которых оно произошло. При этом авторы в каждом случае ограничиваются минимальным объѐмом поясений. В работе над материалом авторы пользо-вались большим числом доступных им источников, которые приведены в спи-ске литературы.

1.5 Фундаментальные открытия, поиск закономер-ностей и развитие теории электрических, магнитных и электромагнитных явлений, процессов и эффектов

Год Изобретение, открытие, исследование.

Авторы Страна

VI в. до н.э.

Первые сведения об электри-честве и магнетизме.

Фалес Милетский

Древняя Греция

V-IV в. до н.э.

Первые представления о дис-кретности и пределе делимо-сти вещества – атоме

Левкипп, Демокрит.

Древняя Греция

1729

Открыто явление электропро-водности. Показано, что элек-трический разряд в проводни-ке распространяется по его поверхности.

С. Грей

Великобритания

1733

Открытие двух видов электри-чества, установлено притяже-ние разноимѐнных зарядов и отталкивание одноимѐнных.

Ш.Ф. Дюфе

Франция

1742

Введены понятия ―проводник‖ и ―непроводник‖ электричест-ва.

Ж. Дезагюлье

Англия

1750

Сформирована унитарная теория электричества, введе-ны понятия положительного и отрицательного зарядов и соответствующие обозначения «+» и «–», установлен закон сохранения заряда.

Б. Франклин

США

14

1785

Установление основного зако-на электрического взаимодей-ствия (закона Кулона). Обрат-но пропорциональную зависи-мость силы электрического взаимодействия от квадрата расстояния открыли также в 1760 г. Д. Бернулли, в 1766 г. Дж. Пристли и в 1771 г., Г. Кавендиш.

Ш.О. Кулон

Франция

1791

Опубликован ―Трактат о силах электричества при мышечном движении‖, в котором содер-жалось авторское открытие электрического тока (1786 г.)

Л. Гальвани

Италия

1800

Открытие теплового действия электрического тока

А. Фуркруа

1802 Открытие явления светового действия электрического тока

У. Никольсон

Англия

1802

Открытие электрической дуги (на 8 лет раньше Г. Дэви) и проведение опытов с ней.

В.В. Петров

Россия

1803

Введено понятие атомного веса и составлена первая таблица атомных весов эле-ментов.

Дж. Дальтон

Англия

1820

Открытие магнитного дейст-вия тока, чем положено нача-ло электромагнетизму. Пред-положение о ―влиянии элек-трических сил на магнит‖ было высказано в 1812 г.

Х.К. Эрстед

Дания

1820

Открытие взаимодействия токов и законов этого взаимо-действия (закон Ампера). Ги-потеза молекулярных токов и теорема эквивалентности то-ков и магнитов (теорема Ам-пера).

А.М. Ампер

Франция

15

1820

Открытие закона, опреде-ляющего напряжѐнность маг-нитного поля прямого тока (закон Био-Савара).

Ж.Б. Био, Ф. Савар

Франция

1821

Установлена зависимость сопротивления проводника от его длины и поперечного се-чения, а также от его темпе-ратуры.

Г. Дэви

Англия

1821

Открытие термоэлектричес-тва (эффект Зеебека).

Т. Зеебек

Германия

1826

Экспериментальное открытие и в 1827 г. теоретический вывод закона Ома, основного закона электрической цепи.

Г.С. Ом

Германия

1827

Введение понятия ―электро-движущей силы‖ и ―проводи-мости‖.

Г.С. Ом

Германия

1827

Открытие хаотического дви-жения мелких частиц (бро-уновское движение).

Р. Броун

Англия

1830

Сформулирована основная теорема электростатики.

К.Ф. Гаусс

Германия

1830 Выполнено измерение э.д.с. Г.С. Ом Германия

1831

Открытие явления электро-магнитной индукции.

М. Фарадей

Англия

1832

Открытие явления электро-магнитной самоиндукции.

Дж. Генри

США

1833

Формулировка правила для определения э.д.с. индукции (правило Ленца).

Э.Х. Ленц

Россия

1833

Впервые наблюдалось паде-ние сопротивления сернисто-го серебра с ростом темпера-туры, что является признаком полупроводника. Установление законов электролиза.

М. Фарадей

Англия

16

1827-1834

Введение понятий: ―подвиж-ность‖ (1827), ―катод‖, ―анод‖, ―ионы‖, ‖электролиз‖, ―элек-тролиты‖, ―электроды‖(1834), ―силовые линии‖ (идея поля).

М. Фарадей

Англия

1834

Постулировано существова-ние ионов. Эксперименталь-ное доказательство их дал в 1853 И.В. Гитторф.

М. Фарадей

Англия

1834

Открытие явления выделения или поглощения тепла в мес-тах спаев двух различных проводников при протекании через них тока. (эффект Пельтье).

Ж.Ш. Пельтье

Франция

1834 Открыта неоднородность типа «уединѐнная волна» в воде

Д.С. Рассел Шотландия

1836 Заявлен патент об изобрете-нии телеграфа.

С. Морзе США

1835-1837

Обнаружена поляризация диэлектриков. Высказана идея о распространении электрического и магнитного полей через среду.

М. Фарадей Англия

1839

Предсказание электретов как электростатических аналогов постоянных магнитов. Полу-чены Эгучи в 1939 г. (термо-электреты). В 1938 г. Г. Над-жаков открыл фотоэлектреты, а в 1958 г. Б. Гросс – радио-электреты.

М. Фарадей

Англия

1841-1842

Установлен закон теплового действия тока (закон Джоуля-Ленца).

Дж.П. Джоуль, Э.Х. Ленц.

Англия, Россия.

1842-1845

Открытие закона сохранения энергии (1842) и определение механического эквивалента теплоты (1845).

Ю.Р. Майер

Германия

17

1843-1847

Подтверждение закона сохра-нения энергии Дж. Джоулем (1843), Г. Грином (1847) и Г. Гельмгольцем, обобщившим его на другие виды энергии.

Дж.П. Джоуль, Г.С. Грин, Г. Гельмгольц.

Англия, Англия, Германия.

1842

Открытие магнитострикцион-ного эффекта.

Дж.П. Джоуль

Англия

1843

Экспериментальное доказа-тельство закона сохранения заряда.

М. Фарадей

Англия

1843

Изобретѐн способ измерения сопротивления (мост Уитсто-на).

Ч. Уитстон

Англия

1844 24 мая

Осуществлена проводная телеграфная связь из Вашинг-тона в Балтимор (58 км). Пе-редача производилась с по-мощью азбуки Морзе. Некото-рые авторы считают датой изобретения телеграфа 1837 г.

С. Морзе США

1845

Разработка первой математи-ческой теории электромагнит-ной индукции и установление закона электромагнитной ин-дукции для замкнутых провод-ников.

Ф.Э. Нейман

Германия

1845

Разработка теории электро-магнитных явлений и установ-ление закона взаимодействия двух движущихся зарядов.

В.Э. Вебер

Германия

1845-1847

Открытие закономерностей в распределении электрическо-го тока в разветвлѐнной цепи (правила или законы Кирхго-фа).

Г.Р. Кирхгоф

Германия

1845

Открытие диамагнетизма и парамагнетизма и введение этих терминов.

М. Фарадей

Англия

18

1845

Установление возрастания электропроводности жидко-стей с повышением темпера-туры.

В. Ханкель

Германия

1847

Предложена модель ―идеаль-ного газа‖, объясняющая ос-новные его законы.

Дж. Герапат

Англия

1850

Предположение о том, что атомы в кристаллах упорядо-чены в кристаллическую ре-шѐтку (теория Браве).

О. Браве

Франция

1851

Построена индукционная ка-тушка (катушка Румкорфа), используемая в качестве ге-нератора высокочастотных колебаний.

Г. Румкорф

Франция

1851

Открыт фотогальванический эффект, изменение э.д.с. гальванического элемента под действием света (эффект Бек-кереля).

А.Э. Беккеререль

Англия

1857

Разработка основ кинетиче-ской теории газов.

Р.Ю.Э. Клаузиус

Германия

1858

Построена стеклянная трубка с разреженным газом и двумя впаянными в стекло электро-дами (гейсслерова трубка), удобная для изучения разряда (спектра) газа.

Г.И.В. Гейсслер

Германия

1859

Открытие спектрального анализа.

Г.Р. Кирхгоф, Р.В. Бунзен.

Германия Германия

1859 Открыты катодные лучи. Ю. Плюккер Германия

1859

Открытие статистического закона распределения скоро-стей частиц газа (распределе-ние Максвелла).

Дж. К. Максвелл

Англия

1860-1865

Создание теории электромаг-нитного поля (уравнения Мак-свелла). Концепция электромагнитных волн.

Дж.. К. Максвелл

Англия

19

1861 Введение понятия о токе сме-щения

Дж.. К. Максвелл

Англия

1862

Выдвинута концепция чѐрного тела и дана его модель.

Г.Р. Кирхгоф

Германия

1869 Выполнено исследование катодных лучей.

В. Гитторф Германия

1869

Открытие периодического закона и создание периодиче-ской системы элементов. Ряд идей установил Л. Майер.

Д.И. Менделеев

Россия

1873

Открытие внутреннего фото-эффекта (изменение прово-димости селена под влиянием освещения). Описан У. Смитом.

Мэй

Англия

1874-1884

Введение Умовым (1874) по-нятия скорости и направления движения энергии. Обобще-ние Пойнтингом (1884) на слу-чай электромагнитной энер-гии. Отсюда название: вектор Умова-Пойнтинга.

Н.А. Умов, Дж.Г. Пойнтинг.

Россия, Англия.

1874-1881

Высказана идея о дискретно-сти электрического заряда и вычислена его величина (1874 г.). Опубликовано в 1881 г. Идеи об элементарном элек-трическом заряде высказыва-ли также М. Фарадей (1833 г.), В. Вебер (1845 г.), Г. Гельм-гольц (1881 г.) и др.

Дж. Стоней

Ирландия

1876 Изобретѐн телефон. А.Г. Белл США

1878 Изобретѐн применяемый и в настоящее время угольный микрофон, что послужило широкому внедрению теле-фонной связи.

Т.А. Эдисон США

1878 Изобретение угольного микрофона.

Д. Юз США

20

1879-1884

Установление Й. Стефаном пропорциональности энергии излучения абсолютно чѐрного тела четвѐртой степени абсо-лютной температуры (1879 г.). Теоретическое доказательст-во дал Л. Больцман (1884 г.). Отсюда название: закон Сте-фана-Больц-мана.

Й. Стефан, Л. Больцман.

Австрия, Австрия.

1879 Открытие эффекта Холла. Э.Г. Холл США

1880 Открыт магнитный гистерезис. А. Риги Италия

1880

Открытие пьезоэлектричес-кого эффекта.

Пьер и Жак Кьюри

Франция

1883

Открытие явления термо-электронной эмиссии.

Т.А. Эдисон США

1887-1888

Разработка конструкции гене-ратора электромагнитных волн (вибратор Герца) и резо-натора Герца (1887 г.). Экспериментально доказано существование электромаг-нитных волн.

Г.Р. Герц Германия

1887 1888

Открытие внешнего фотоэф-фекта. Наблюдение внешнего фото-эффекта.

Г.Р. Герц, В. Гальвакс, А. Риги, А.Г. Столетов.

Германия Германия Италия, Россия.

1889

Открытие закона внешнего фотоэффекта (закон Столето-ва).

А.Г. Столетов.

Россия

1890

Придание уравнениям Мак-свелла математически сим-метричной формы (уравнения Маквелла-Герца).

Г.Р. Герц, О. Хевисайд.

Германия, Англия.

1890

Введена универсальная по-стоянная (постоянная Ридбер-га) и предложена приближѐн-ная формула, описывающая любую спектральную линию химического элемента.

И.Р. Ридберг

Швеция

21

1891

Введѐн термин ―электрон‖ для обозначения элементарного заряда.

Дж. Стоней

Ирландия

1891

Показано, что катодные лучи способны проникать через тонкие пластинки, что послу-жило основой для изучения строения вещества.

Г.Р. Герц

Германия

1891

Описано явление электриче-ского резонанса и построена резонансная кривая.

В. Бьѐркнес

Норвегия

1880-1909

Создание классической элек-тронной теории (уравнения Лоренца-Максвелла).

Х.А. Лоренц

Нидерланды

1895 Найдено уравнение уединѐн-ной волны

Д.И.Кортевег, Г. де Фриз

Голландия

1896

Выведена формула для зако-на распределения энергии в спектре излучения чѐрного тела (закон излучения Вина).

В. Вин, Нобелевская премия за 1911 г.

Германия

1897

Открытие электрона. Гипотеза об электронном составе ато-мов.

Дж. Дж. Томсон Англия

1898-1900

Выдвинута концепция свобод-ных электронов (―электронного газа‖) в металлах. Дальней-шее развитие она получила в 1904 г. у Х. Лоренца (теория Друде-Лоренца).

К. Рикке, П. Друде, Дж. Дж. Томсон.

Германия, Англия.

1899

Доказана электронная приро-да фототока и показано, что энергия фотоэлектронов зави-сит не от интенсивности па-дающего света, а от длины его волны.

Ф. Ленард

Германия

Конец XIX- на-чало XX в.

Открыты жидкие кристаллы в холестерилбензоате в диапа-зоне температур (145…179) 0С (переходная фаза от жидкого к кристаллическому состоянию).

Ф. Рейницер Австрия

22

1900

Сформулирована квантовая гипотеза и введена фунда-ментальная постоянная с раз-мерностью действия (посто-янная Планка), положено на-чало квантовой теории. Пред-ложена новая формула для распределения энергии в спектре излучения абсолютно чѐрного тела (закон Планка).

М. Планк, Нобелевская премия по физике за 1918 г.

Германия

Начало XX в.

Выполнено доказательство теоремы как одного из спосо-бов интерполяции функций. Она послужила основой тео-ремы отсчѐтов Котельникова.

Е.Т. Уитекер, Д.М.Уитекер.

Англия

1900- 1902

Экспериментальное подтверждение закона Планка

Г. Рубенс, Ф. Курлбаум.

Германия

1901

Выдвинута гипотеза о плане-тарном строении атома (мо-дель Перрена).

Ж. Б. Перрен

Франция

1902

Установлено уравнение фото-эффекта, в котором энергия фотоэлектронов зависит от частоты света.

Ф. Ленард

Германия

1903

Разработана модель строения атома, названная моделью Томсона.

Дж. Дж. Томсон

Англия

1904

Получены релятивистские преобразования пространст-венных координат и времени (преобразования Лоренца). Получено выражение зависимости массы электрона от скорости.

Х.А. Лоренц


1904

Введено представление о том, что электроны в атоме разде-ляются на группы, образуя различные конфигурации, обусловливающие периодич-ность элементов.

Дж. Дж. Томсон

Англия

23

1905

Сформулированы специальный принцип относительности и принцип постоянства скорости света. Открыт закон взаимо-связи массы и энергии. Выдви-нута гипотеза о квантовом ха-рактере светового излучения (фотонная теория света). Фо-тон открыт в 1922 г. А. Компто-ном. Термин введѐн в 1929 г. Льюисом.

А. Эйнштейн, Нобелевская премия по физике за 1921 г.

Швейцария

1905

Объяснены законы фотоэф-фекта на основании существо-вания квантов света.

А. Эйнштейн

Швейцария

1905 Теоретически доказано, что размер молекулы сахара равен одному нанометру (1 нм=10-9 м).

А. Эйнштейн Швейцария

1910

Предложена модель атома, в которой впервые сделана по-пытка связать квантовый ха-рактер излучения со структурой атома.

А.Э. де Гааз

Австрия

1911

Открыто атомное ядро и созда-на планетарная теория атома (модель Резерфорда). Термин ―ядро‖ введѐн в 1912 г.

Э. Резерфорд

Англия

1911

Открытие явления сверхпро-водимости.

Г. Камерлинг – Оннес


1913

Открыты два квантовых посту-лата Бора, введено главное квантовое число. Разработана квантовая теория атома водо-рода (теория атома Бора).

Н. Бор, Нобелевская Премия 1922 г.

Дания

1913

Сформулировано положение о том, что заряд ядра атома чис-ленно равен порядковому но-меру соответствующего эле-мента в периодической табли-це.

А. Ван ден Брук


24

1913 Предсказан протон. Открыт в 1919

Э. Резерфорд Англия

1913 Изобретѐн рентгеновский спектрометр. Положено нача-ло рентгеновской спектроско-пии и рентгеноструктурному анализу.

Г.и Л. Брэгги, Ю.В. Вульф.

Англия Россия

1915-1916

Распространение теории ато-ма Бора на многократно пе-риодические системы (теория Бора – Зоммерфельда). Вве-дены радиальное и азиму-тальное квантовые числа. Построена теория тонкой структуры водородного спек-тра.

А. Зоммерфельд

Германия

20-30 г.г.

Развернулось интенсивное изучение свойств жидких кри-сталлов

Д.Форлендер, Ж. Фридель, В.Н.Цветков, В.К. Фридерикс и др.

Германия Франция, СССР, СССР.

1921

Предложена модель строения атомных ядер из альфа-час-тиц, протонов и электронов.

Л. Мейтнер

Австрия

1921

Объяснение особенностей периодической системы хими-ческих элементов (вариант периодической таблицы по Бору).

Н. Бор

Дания

1923-1924

Высказана идея о волновых свойствах материи (волны де Бройля). Эта идея о всеобщ-ности корпускулярно-волно-вого дуализма легла в основу волновой механики Шрѐдин-гера.

Л. де Бройль

Франция

1924

Для объяснения сверхтонкой структуры спектральных ли-ний предложена гипотеза ядерного спина.

В. Паули

Германия

25

1924-1925

Разработана квантовая стати-стика частиц с целым спином (статистика Бозе – Эйнштей-на).

Ш. Бозе, А. Эйнштейн.

Индия, Германия

1924-1925

Сформулирован один из важ-ных принципов современной физики (принцип Паули).

В. Паули, Нобелевская премия 1945 г.

Германия

1925

Постулировано существова-ние внутреннего механическо-го и магнитного моментов у электрона (спиновая гипоте-за). Спиновая гипотеза (поня-тие спина) многое разъяснила для физиков. К идее спина пришел также А. Комптон, а в 1925 г. Р. Крониг.

С.А. Гаудсмит, Дж.Ю. Уленбек.

США США

1926

Построена волновая механика и сформулировано еѐ основ-ное уравнение. Введена волновая или пси-функция.

Э.Шредингер, Нобелевская премия 1933 г.

Австрия

1926

Разработан метод нахождения приближенных значений и собственных функций одно-мерного уравнения Шрединге-ра, устанавливающий связь со старыми правилами квантова-ния Бора – Зоммерфельда (БВК).

Л. Бриллюэн, Г. Вентцель, Х.А. Крамерс.

Франция, Германия, Нидерланды.

1926

Введено понятие о подвижных дырках в решетке кристалла (дырочная проводимость) и о дефектах кристаллической решетки, представляющих собой дырку и атом в междо-узлии (дефекты по Френкелю).

Я.И. Френкель

СССР

1926

Разработана квантовая стати-стика для частиц с полуцелым спином (статистика Ферми – Дирака).

Э. Ферми, П. Дирак.

Италия, Англия.

26

1927

Сформулирован принцип не-определенности – фундамен-тальное положение квантовой механики.

В.К. Гейзенберг

Германия

1927-1928

Выдвинута идея о существо-вании в металлах энергетиче-ских зон.

М. Стрэтт

1928

Построена теория прохожде-ния частиц через потенциаль-ный барьер.

Л. Мандель-штам, М.А. Леонтович.

СССР СССР

1928

Разработана первая кванто-вая теория металлов, в кото-рой электронный газ в метал-ле рассматривается как иде-альная система, подчиняю-щаяся статистике Ферми – Дирака.

А. Зоммерфельд

Германия

1928-1930

Разработка основ зонной тео-рии твердых тел.

Ф. Блох, Л. Бриллюэн.

США, Франция.

1930

Предложена теория дырок, развитая впоследствии В. Гейзенбергом (1934 г.) и Х. Крамерсом (1937 г.).

П. Дирак

Англия

1929

Введено понятие плазмы и плазменных колебаний.

И. Ленгмюр, Л. Тонкс.

США

1930

Создана теория доменного строения ферромагнетизма.

Я.И. Френкель, Я.Г.Дорфман.

СССР СССР

1932 Открытие нейтрона. Дж. Чэдвик, Нобелевская премия 1935 г.

Англия

1932

Выдвинута гипотеза о ней-тронно-протонном строении ядра.

Д.Д. Иваненко СССР

1933 Опубликована теорема отсчѐ-тов, сыгравшая решающую роль в развитии дискретных и цифровых методов обработки сигналов и кодирования ин-формации.

В.А. Котельников

СССР

27

1933 Известна как теорема Котель-никова, а также как теорема Уитекера-Котельникова-Шеннона (теорема УКШ).

В.А. Котельников

СССР

1936

Создание теории составного ядра (компаунд–ядра). Созда-ние капельной модели ядра.

Н. Бор, Я.И. Френкель.

Дания, СССР.

1937

Создание статистической теории ядер.

Х.А. Бете, В.Ф. Вайскопф, П.Д. Ландау.

США, СССР.

1938

Установлено нелинейное обобщѐнное уравнение Дира-ка, развитое в дальнейшем как база единой теории материи (уравнение Иваненко – Гей-зенберга).

Д.Д. Иваненко, В.К. Гейзенберг.

СССР, Германия

1948

Создание голографии (идею голографического метода по-лучения изображений выдви-нул в 1920 г. М. Вольфке).

Д. Габор, Нобе-левская премия по физике 1971 г.


1948-1949

Завершено создание совре-менной квантовой электроди-намики. (Нобелевская премия по фи-зике за 1965 г.).

С. Томонага, Р.Ф.Фейнман, Ю. Швингер, Ф.Д. Дайсон.

Япония, США, США, США.

1949 Переоткрыта теорема отсчѐ-тов (теорема УКШ).

К. Шеннон США

1954-1965

Построение современной электронной теории металлов.

И.М. Лифшиц

СССР

1954 Открыт акустоэлектрический эффект.

Р. Парментер

29.12 1959

Впервые высказана идея ис-пользования атомов как «строительных кирпичиков» – рождение нанотехнологии.

Р.Ф. Фейнман США

59-90 гг. Возникновение и развитие нанотехнологии и наноэлек-троники

Большое число учѐных и раз-работчиков РЭА

США, СССР, Россия и другие страны.

28

1960

Открытие в тонких плѐнках цилиндрических магнитных доменов (баблов).

К. Кой, В. Энц, Дж. Каццер, Р. Гемперле.

США

1961

Открытие магнитных полупроводников.

1961 Создан первый сегнетомагнетик.

Г.А. Смоленский

СССР

1962 Предсказан новый вид тунне-лирования (джозефсоновское туннелирование) и ряд эф-фектов, связанных с ним

Б Джозефсон, Нобелевская премия 1973 г.

Англия

1963

Экспериментально обнаружен стационарный эффект Джо-зефсона.

Ф.В. Андерсон, Дж Рокуэлл.

США США

1964 Экспериментально обнаружен нестационарный эффект Джо-зефсона (наблюдение излуче-ния). В 1965 г. эффект наблюдал также А. Жавер.

И.К. Янсон, В.М. Свистунов, И.М. Дмитренко

СССР СССР

1965 Выявление в дисперсных не-линейных средах уединѐнных волн типа солитонов и авто-солитонов.

М. Крускал, Н. Забуски.

США США

Середина 60-ых г.г.

Начало широкого применения жидких кристаллов в быстро-действующих и экономичных индикаторах часов и микро-калькуляторов и плоских экра-нов телевизоров.

Многие учѐные и разработчики

Во многих странах мира

1967

Предложение использования цилиндрических магнитных доменов для записи и переда-чи информации в ЭВМ.

А. Бобек

29

1.6 Исследования и разработка источников пита-ния и пассивных элементов



1706

Построена первая стеклянная электрическая машина.

Ф. Гауксби


1729

Открыто явление электропровод-ности. Показано, что электриче-ский заряд в проводнике распре-деляется по его поверхности.

С. Трей


1733

Открытие двух видов электриче-ства. Установление притяжения разноимѐнных и отталкивание одноимѐнных зарядов.

Ш. Дюфе

Франция

1742

Введение понятий ―проводник‖ и ―непроводник‖ электричества.

Ж. Дезагюлье


1745

Создание первого электрического конденсатора (лейденская банка).

Э. Клейст, П. Мушенбрук.

Голландия Голландия

1747 Изобретение электроскопа. Ж. Нолле Франция

1781

Изобретение чувствительного электроскопа с соломинками.

А. Вольта

Италия

1799

Сконструирован первый источник постоянного электрического тока – ―вольтов столб‖ – прототип галь-ванического элемента.

А. Вольта

Италия

1802 Разработана первая батарея, пригодная для промышленного производства

У. Круикшанк (Cruicshank)

Англия

1820 Изобретѐн гальванометр. И. Швейгер Германия

1821

Установлена зависимость сопро-тивления проводника от его дли-ны и поперечного сечения.

Г. Дэви


1821

Открытие явления вращения про-водника с током в магнитном по-ле.

М. Фарадей


1822 Создан соленоид. А. Ампер Франция

1825 Изобретѐн астатический гальванометр.

Л. Нобили Италия

30

1825

Создание электромагнита. (В 1828 г. Дж. Генри конструи-ровал электромагниты большой силы).

У. Стерджен


1826

Экспериментальное открытие закона Ома. В 1827 г. Г. Ом вывел закон теоретически.

Г. Ом

Германия

1829

Изобретѐн слабо поляризующий-ся гальванический элемент. В 1836 г. постоянный химический элемент с деполяризатором по-строил Дж. Даниель (элемент Даниеля), а в 1839 – У. Гроув (элемент Гроува).

А.С. Беккерель Франция

1830

Выполнены первые измерения э.д.с. источника питания.

Г. Ом

Германия

1831

Открытие явления электромагнит-ной индукции.

М. Фарадей


1831

Создан первый электродвигатель. В 1827-28 гг. модели электродви-гателей конструировал также А. Йедлик.

Дж. Генри, С. даль Негро,

США США

1832 Открыто явление самоиндукции. Дж. Генри США

1843 Изобретѐн мостик Уитстона. Ч. Уитстон Великобритания

1851

Построена индукционная катушка (катушка Румкорфа). В 1836 г. индукционная катушка была изо-бретена ирландцем Н. Калланом, а в 1838 г. американцем Ч. Пэй-джем. Однако об этих работах ничего не было известно.

Г. Румкорф

Франция

1851 Открыт фотогальванический эф-фект, измерена э.д.с. гальваниче-ского элемента под действием света (эффект Беккереля). Первый снимок спектра солнечных лучей (1842 г.).

А.Э. Беккерель

Англия

1860 Изобретѐн свинцово – кислотный аккумулятор.

Г. Планте Франция

31

1860

Построен двигатель постоянного тока с коллектором (кольцевой электродвигатель) и показана возможность его преобразования в динамомашину.

А. Пачинотти

Италия

1867

Открыт принцип самовозбуж-дения электрических машин. Его открыли также в 1838 г. Н. Кал-лан, в 1858 г. А. Йедлик, и в 1867 г. Ч. Уитстон.

Э.В. Сименс

Германия

1868

Сконструирован сухой цинко-угольный гальванический элемент с порошкообразным деполяриза-тором (элемент Лекланше).

Ж. Лекланше

Франция

1876

Изобретение трансформатора (в 1882 г. трансформатор построили также И.Ф. Усагин и Л. Голлар).

П.Н. Яблочков

Россия

1881

Создание болометра (изобретѐн в 1857 г. А. Сванбергом).

С. Ленгли

США

1881 Установлены международные единицы измерения физических величин (ампер, вольт, джоуль и др.)

Международ-ная комиссия

1887

Изобретены генератор электро-магнитных колебаний (вибратор Герца) и резонатор Герца.

Г. Герц

Германия

1888 Экспериментально доказано су-ществование электромагнитного поля, предсказанного Дж. Максвеллом

Г. Герц

Германия

1888

Открыто явление вращающегося магнитного поля.

Н. Тесла, Г. Феррарис.

Сербия, Италия.

1888

Создание генератора трѐхфазного тока.

М.И. Доливо- Добровольский

Россия

1890 Изобретение когерера. Э. Бранли Франция

1891

Изобретѐн первый высокочастот-ный трансформатор.

Н. Тесла

Сербия

1893

Изобретение электромагнитного осциллографа (осциллограф Блонделя).

А. Блондель

Франция

32

1894

Построены генератор электромаг-нитных колебаний, когерер и ан-тенна.

А.С. Попов

Россия

1895-1896

Открытие и практическое исполь-зование радиосвязи. (В 1892 г. принципы радиосвязи описал У. Крукс).

А.С. Попов Г. Маркони

Россия Италия

1897

Сконструирована катодная трубка с управляющим магнитным полем (электронно-лучевая трубка).

К. Браун

Германия

1899 Изобретение никель-кадмиевого аккумулятора.

В. Юнгер Швеция

1947 Изобретение сцинтилляционного счѐтчика

Х. Кальман Германия

1954

Сконструированы солнечные бата-реи из последовательно соединѐн-ных кремниевых p-n переходов.

Д. Чаплин К. Фуллер Дж. Пирсон

США США США

Серед. 60-х г.г.

Изобретение щелочной батареи. Фирма Union Carbide

США

1992 Начало производства перезаря-жаемых щелочных батарей

Кордеш Канада

1999 Начало производства литий-ионных и литий-полимерных акку-муляторов

1.7 Электровакуумные, электронно-лучевые, газо-наполненные и фотоэлектрические приборы



1858

Разработана стеклянная трубка с разреженным газом и двумя впа-янными в стекло электродами.

Г.И.В.Гейсслер

Германия

1866

Обобщение закона распределе-ния частиц по скоростям Мак-свелла на общий случай идеаль-ного газа, находящегося во внеш-нем поле (закон распределения Максвелла-Больцмана)

Л. Больцман

Австрия

1872- Изобретение электрической лампы Н.А. Лодыгин Россия

33

1873 накаливания.

1874 Открытие односторонней прово-димости в контактах металл-полупроводник

К.Ф. Браун Германия

1876

Изобретение 1-го практически при-годного источника электрического освещения (свеча Яблочкова).

П.Н. Яблочков

Россия

1889

Создание лампы накаливания дос-таточно долговечной конструкции и удобной для промышленного изго-товления. Получила широкое распространение.

Т.А. Эдисон

США

1878-1879

Проведение опытов с катодными лучами. Установлено механиче-ское действие катодных лучей.

У. Крукс

Великобри-тания

1879 Обнаружено влияние внешних электрических и магнитных полей на распространение катодных лу-чей. Создана газоразрядная труб-ка. Обнаружено, что, падая на не-которые кристаллические вещест-ва, катодные лучи вызывают их свечение.

У. Крукс Великобри-тания

1880

Обнаружено отклонение катодных лучей в магнитном поле.

Э. Гольдштейн Германия

1883

Открыто явление электронной эмиссии.

Т.А. Эдисон

США

1887

Открытие внешнего фотоэффекта. В 1888 г. его наблюдали также В. Гальвакс, А. Риги и А.Г. Столетов.

Г.Р. Герц

Германия

1888

Создание фотоэлемента.

А.Г. Столетов А. Риги

Россия Италия

1889 Открытие закона внешнего фотоэффекта.

А.Г. Столетов Россия

1895- 1897

На основе трубки У. Крукса сконст-руирована катодная (электронно-лучевая) трубка (трубка Брауна), в которой движением электронов управляло магнитное поле.

К. Браун Нобелевская премия 1909 г.

Германия

1895- Открытие и практическое исполь- А.С. Попов, Россия,

34

1896 зование радиосвязи. Начало развития радиотелеграфии

Г. Маркони. Италия.

1897 Открытие электрона. Дж. Дж. Томсон Англия

1899

Доказана электронная природа фототока, а также зависимость энергии фотоэлектронов от длины волны светового потока.

Ф.Э.А. Ленард

Германия

1901

Установлена зависимость плотно-сти тока насыщения от температу-ры поверхности катода (закон Ри-чардсона). Близкое по виду выражение было получено Дэшманом.

О.В. Ричардсон, Нобелевская премия 1928 г.

Велико-британия

1902

Установлено уравнение фотоэф-фекта, определяющее зависимость энергии фотоэлектронов от часто-ты света.

Ф.Э.А. Ленард

Германия

1904

Изобретена двухэлектродная лам-па (электровакуумный диод).

Дж. А. Флеминг Англия

1905

Объяснение законов фотоэффекта на основании существования кван-тов света (фотонов).


Швейцария

1905

Разаработан газонаполненный диод (газотрон).

А. Хелл

США

1906 Создан первый машинный радио-вещательный передатчик.

Р. Фессенден

1906-1910

Созданы первые дуговые радио-вещательные передатчики.

Ли де Форест США

1906 Изобретение электровакуумного триода.

Ли де Форест США

1907 Разработана «катодная» трубка К.Ф. Браун Германия

1907

Высказана идея воспроизведения TV изображения на экране элек-тронно-лучевой трубки (трубки Брауна). Реализована в 1911 г.

Б.Л. Розинг

Россия

До на-чала 30-х гг.

Развивались в основном TV систе-мы механического типа, исполь-зующие диск Нипкова, изобретѐн-ный ещѐ в 1884 г.

Научно-иссле-довательские организации.

США, СССР

1908 Изобретѐн ртутный вентиль.

35

1910-1914

Экспериментально доказана дис-кретность электрического заряда и впервые достаточно точно измере-на величина заряда электрона.

Р.Э. Милликен

США

1910-2005

Разработка и массовое практиче-ское применение изделий вакуум-ной электроники.

Многие изобретатели и разработчики.

Во многих странах мира.

1911

Предложено использовать элек-тронно-лучевую трубку с магнитной фокусировкой и отклонением для анализа переменных сигналов, т.е. был разработан первый электрон-ный осциллограф.

Д.А. Рожанский

Россия

1911 Высказана идея трубки с накопле-нием заряда (иконоскоп)

С.И. Катаев Россия

1912-1920

Разработка первых усилителей, генераторов, радиопередающих и радиоприѐмных устройств на лам-пах. Начало лампового периода в электронике.

Многие изобретатели и разработчики.

США, СССР, другие страны.

1913

Установление закона для плотности тока термоэлектронной эмиссии (закон степени трѐх вторых Лен-гмюра).

И. Ленгмюр

США

1913 Запатентована идея положитель-ной обратной связи для самовозбу-ждения лампового генератора. Осуществлена телефонная радио-связь между Науеном и Берлином.

А. Мейснер Германия

1913 1918 1921

Разработаны схемы регенеративно-го, супергетеродинного и суперре-генеративного приѐмников.

Э.Х. Армстронг США

1914 Начали выпускаться «лампы Папалекси».

Н.Д. Папалекси Россия

1914

Разработана теория эффекта в металлах, заключающаяся в уменьшении работы выхода под действием внешнего поля (эффект Шоттки).

В. Шоттки

Германия

1915 Создан первый ламповый радио- Ли де Форест США

36

вещательный передатчик.

1918 Создана система промышленного телевидения.

В.К. Зворыкин США

1916 Разработаны первые отечествен-ные приѐмно-усилительные лам-пы.

М.А. Бонч–Бруевич

СССР

1918 1919

Изобретѐн ламповый триггер. М.А. Бонч-Бруе-вич, У. Икклз, Ф. Джордан.

СССР, США, США.

1920-1923

Разработка первых мощных усили-тельных ламп с водяным охлажде-нием (1-25 кВт).

М.А. Бонч-Бруевич

СССР

1920 1922 1923 1924

Начато регулярное звуковое веща-ние с использованием амплитуд-ной модуляции.

Группы изобре-тателей и раз-работчиков РЭА.

США, Франция, Германия СССР.

1921

Разработка первого отечественно-го лампового передатчика.

А.Л. Минц

СССР

1922

Открыто явление автоэлектронной эмиссии – испускание электронов металлами под воздействием сильного электрического поля.

Дж. Лилиенфельд

1922 Получены генерация и усиление сигналов с помощью металл-полупроводникового диода в ре-жиме теплового пробоя. Создан регенеративный приѐмник – кри-стадин Лосева.

О.В. Лосев СССР

1922-1925

Начало бурного развития отечест-венной радиотелефонии и радио-вещания.

Многие учѐные, изобретатели и разработчики.

СССР

1924 Разработка электровакуумного тетрода.

А.У. Хелл США

1925

Получено авторское свидетельство на передающую трубку с фотопро-водящей мишенью – видикон, ши-роко используемую (со значитель-ными усовершентсвованиями) в настоящее время.

А.А. Чернышов

СССР

1926 Открыто фокусирующее действие Х. Буш Германия

37

магнитного поля и разработана магнитная линза. Положено начало электронной оптике.

1928-1932

Предложена линейно-ломаная ап-проксимация (кусочно-линейная) характеристик ламп. Определены коэффициенты Берга. Разработана методика расчѐта мощных лампо-вых усилителей в различных режи-мах работы.

А.И. Берг

СССР

1928-1929 1931

Созданы газонаполненный диод (газотрон) и триод (тиратрон) с по-догреваемым катодом.

А.У. Хелл

США

1928

Разработана теория прохождения частиц через потенциальный барь-ер.

Л.И. Мандель-штам, М.А. Леонтович.

СССР СССР

1929 Изобретена приѐмная TВ трубка – кинескоп.


1929-1932

Предложение и исследования во-просов создания синхронных сетей звукового вещания.

П. П. Эккерслей, К.К. Айкен, Ф. Герц, К.М.Косиков.

Великобри-тания, США, Германия, СССР.

1929-1976

Бурное развитие систем синхронно-го вещания, систем с частотной модуляцией и высоким качеством звучания, стереофонических и квадрофонических систем вещания.

Большое число групп изобрета-телей и разра-ботчиков РЭА.

Англия, Германия СССР, США, Япония.

1930-1931

Создан электровакуумный пентод.

1930

Разработан первый фотоэлектрон-ный умножитель (ФЭУ).

Л.А. Кубецкий СССР

30-70-е г.г.

Разработано много одноканальных телевизионных приборов: ортико-ны, изоконы, секоны, видиконы, плюмбиконы (трубки с обратным пучком), кремниконы и суперкрем-никоны, диссекторы (трубки с по-вышенной квантовой эффективно-стью) и т.д.

Большое число изобретателей и разработчиков

Во многих странах мира

1931 Предложена С.И. Катаевым пере- С.И. Катаев СССР

38

дающая TВ трубка – иконоскоп. Запатентована В.К Зворыкиным

В.К. Зворыкин

США

1931 Изобретѐн электронный микроскоп с 15–ти кратным усилением.

М. Кнолль, Э. Руска.

Германия

1931 Изобретѐн первый радиотелескоп. К. Янский Германия

1933 Изобретѐн супериконоскоп П.В Шмаков, П.В. Тимофеев.

СССР

1934 Изобретѐн диссектор Ф. Фарнсворт США

1935 Разработаны многосеточные лампы

1939 Создан электронный микроскоп с увеличением 100000 раз.


1939 Изобретѐн ортикон А. Роуз, Х. Ямсен.

США

1939 Налажен коммерческий выпуск электронных микроскопов с разре-шающей способностью 10 нм.

Фирма Siemens

Германия

1932-1933

Разработка первых конструкций отечественных мощных ламп с воз-душным охлаждением анода.

П.А. Остряков СССР

1933-1934

Разработана первая конструкция мощной разборной лампы.

А.Л. Минц, Н.И. Оганов.

СССР СССР

1934 Создан первый ФЭУ – «трубка Ку-бецкого».

Л.А. Кубецкой СССР

1934-1935

Разработаны конструкции первых типов многосеточных ламп. Разрабатываются супергетеро-динные радиоприѐмники.

Середина 30-ых г.г.

Появляются первые системы элек-тронного телевидения.

В.К. Зворыкин, К. Свинтон, В.П. Грабовский, С.И. Катаев и др.

США, Великобритания, СССР, СССР.

1935 Создана лампа типа ―жѐлудь‖.

1936

Изобретѐн сурьмяно-цезиевый фотокатод.

П. Гѐрлих

Германия

1930- 1937

Начало внедрения электронного телевизионного вещания.

США, Германия, Англия, , СССР

1936 Создан тиратрон тлеющего разряда А. Витли

39

(с холодным катодом).

1938 1942

Высказано предположение о воз-можности математической логики для создания и анализа релейных систем коммутации.

К. Шеннон, В.И. Шестаков.

США, СССР.

1939 Высказана идея суперортикона Г.В. Брауде СССР

1940 Разработан компьютер MANIAC. Дж. Фон Нейман США

1940 1941

Разработан первый операционный усилитель (ОУ). Внедрѐн в системе М-9 для обработки сигналов управ-ления зенитным огнѐм (система ПУАЗО).

К.А. Ловелл, Д.Б. Паркинсон (Bell Telephone Laboratories).

США США

1944- 1948

Разработка черно-белого стандарта и начало телевизионного вещания по стандарту 625 строк и 25 кадр/с.

И.С. Джигит, С.В. Новаковский, С.И. Катаев, П.В. Шмаков, Ю.И. Казначеев и др.

СССР

1946 Начала работать первая система массовой радиотелефонной связи

Группа учѐных и разработчиков

г. Сент– Луис (США)

В се-редине 40-х г.г.

Предложена идея сотовой системы связи. Передатчик каждой соты имел ограниченную мощность и фиксированную частоту.

Центр Bell La-boratories компании ATT&T

США

1946-1948

Создан ламповый компьютер ENIAC (ЭВМ первого поколения).

Д.П. Эккерт, Д.У. Моучли.

США США

1946- 1950

Появились разработки и первые образцы высокочувствительных передающих трубок – видиконов.

Различные фирмы.

СССР, США, дру-гие страны.

1948 Заложены основы кибернетики Н. Винер США

1948 Заложены основы математической теории информации.

К. Шеннон, А.Н. Колмогоров, А.Я. Хинчин и др.

США СССР СССР

40-50-е г.г.

Высказано предположение о дво-ичном механизме действия нейрона и предложена идея электронных нейронных сетей.

У Маккалок, У Питтс.

США США

1950-1952

Введены в эксплуатацию первые отечественные ламповые (малая счѐтная машина) МЭСМ и М–1.

С.А. Лебедев, И.С. Брук.

СССР

1950 Разработана и запатентована кон- П. Веймер, США

40

струкция видикона. С. Гудрич.

50-60-е г.г.

Разработаны основы теории нейрокомпьютеров.

Д. Хебб, М. Минский, Ф. Розенблат.


1952-1953

Введена в эксплуатацию первая отечественная ламповая (большая счѐтная машина) БЭСМ–1.

С.А. Лебедев СССР

1953 Появился первый накопитель на магнитной ленте, а также ячейки памяти на магнитных сердечниках.

Фирма IBM

США, СССР.

1953

1959 1962

Разработка и внедрение системы NTSC цветного телевидения. Разработка системы SECAM Разработка системы PAL.

В. Хьюз, А. де Франс, В. Брух.

США, Франция, ФРГ.

С 1954 г.

Начало развития периферийных устройств ЭВМ.

Ряд фирм. В ряде стран.

1958 Разработана модель перцептрона. Ф. Розенблат США

Апрель 1959

Состоялолось первое посещение делегацией советских специалистов по вычислительной технике фирмы IBM во время поездки в США.

В. С. Полин, С. Н. Мергелян, С. А. Лебедев, В. М. Глушков, Ю. Я. Базилевский, В. С. Петров и В.А. Диткин.

США СССР

7.10. 1959

Аппаратурой «Енисей» впервые в мире была произведена фотосъем-ка обратной стороны Луны. Начало космического телевидения.

ВНИИТ и ряд промышленных предприятий

СССР

1960 Создана первая в мире электрон-ная самоорганизующаяся машина распознавания некоторых букв – «Марк 1»

Ф. Розенблат США

50-60 г.г.

Налажено массовое производство электронно-лучевых, вакуумных и газонаполненных приборов (ламп) для разнообразных применений.

Большое число разработчиков.

США, СССР и другие страны

60-70-е г.г.

Разработка и применение миниа-тюрных металлокерамических при-ѐмно-усилительных ламп с высокой надѐжностью – нувисторов.

Большое число разработчиков

США, Ита-лия и дру-гие страны

С 60- Совершенствование вакуумной Большое число США,

41

ых г.г. технологии. Начало развития плѐ-ночных и гибридных микросхем

исследователей и авторов раз-работок.

СССР и другие страны

1963 Внедрение в эксплуатацию цифро-вых методов передачи звуковых программ с использованием ИКМ по каналам связи.

Группы разработчиков и монтажников.

СССР

1964 Создание первой в мире глобаль-ной системы спутниковой связи (консорциум ИНТЕЛСАТ).

Ряд фирм и предприятий.

СССР, США и ещѐ 11 стран

66-90-е гг.

Зарождение и начало развития нанотехнологии и наноэлектроники.

Большое число учѐных и изо-бретателей.

США, СССР, Россия.

1967 Внедрение отечественного цветно-го ТВ вещания по системе SECAM.

СССР

1967-1980

Внедрение цифровых методов пе-редачи с помощью ИКМ сигналов по спутниковым трактам, распреде-ление программ, а также передача программ звукового вещания и по-лос газет в системе «Орбита-РВ».

О.С. Тихонов, Г.В. Рабинович, Е.Я. Чеховский, Л.Я. Кантор.

СССР СССР СССР СССР

1981 Создан первый персональный мик-рокомпьютер IBM 5150 PC

Фирма IBM

США

1982-1996

Разработка стандартов и опытных систем наземных и спутниковых систем цифрового вещания.

Группы разра-ботчиков стан-дартов и РЭА.

СССР, Германия, Япония.

12.05. 1997

Компьютер IBM Deep Blue со счѐ-том 3,5:2,5 выиграл шахматный турнир у чемпиона мира Каспарова.

Группа разработчиков фирмы IBM.

США

1.8 Развитие электронных приборов диапазона СВЧ



1932

Для усиления и генерации коле-баний СВЧ предложен принцип группирования электронного по-тока (динамическое уравнение).

Д.А. Рожанский

СССР

1935 Разработана лампа Хейля. А. Хейль, СССР

42

О. Хейль. СССР

1935 Предложена схема пролѐтного клистрона.

А. Арсеньева СССР

1936

Предложен принцип лампы с бегу-щей волной.

А.В. Гаев

СССР

1936-1939

Исследование поведения электро-вакуумного диода в диапазоне СВЧ. Разработана лампа Левеллина. Монотрон.

Г.А.Гринберг, Ф.Б. Левеллин, А.Е. Боуэн.

СССР, США, США.

20-30 г.г.

Появление многочисленных публи-каций по магнетронам со сплош-ным и разрезным анодом. Введѐн термин ―магнетрон‖ (magnetic elec-tronical device).

Большое число авторов.

СССР, США.

1936-1940

Появление сообщений о разработ-ках и применениях многорезона-торных магнетронов.

Л.А. Дудник, И.М. Вигдорчик, С.Я. Брауде, А.А.Слуцкин, Дж. Хеллер, К. По-стумус.

СССР, СССР, СССР, СССР; США., США.

1936-1937

Создан многорезонаторный магнетрон.

Н.Ф. Алексеев, Д.Е. Маляров.

СССР СССР

1938-1940

Предложено в качестве колеба-тельных систем электронных при-боров использовать объѐмные резонаторы.

Н.Д. Девятков

СССР

1938

Разработаны конструкции металло-керамических ламп (триодов).

1937-1940

Разработка конструкций пролѐтных клистронов. Появилось название ―клистрон‖ (от греческого слова ―κλγςώ‖ – прибой).

Д.А. Рожанский, В.Х. Рассел, С Вериан, Р Вериан.

СССР США США США

1940

Разработаны лампы с дисковыми выводами.

Н.Д.Девятков, Е.Н. Данильцев.

СССР СССР

1940

Предложен отражательный клистрон.

Н.Д Девятков, В.И. Данильцев, В.Ф. Коваленко, И.В. Пискунов.


1943 Разработка лампы бегущей волны Р. Компфнер Франция

43

(карсинотрон).

1944 Разработка конструкций маячковых ламп.

40-60 гг.

Период бурного развития радиоло-кации, радионавигации, телевиде-ния, систем кодирования информа-ции, многоканальных систем связи.

Большое число учѐных и разра-ботчиков РЭА.

Германия США, СССР, Англия, Япония.

1952-1953

Разработка лампы обратной волны с продольным магнитным полем.

50-60 гг.

Разработка и применение ЛБВ о ЛОВ типа М (с поперечным магнит-ным полем).

1953-1955

Для оборудования магистральных линий в диапазоне 1600…2000 МГц разработана отечественная аппа-ратура «Стрела-П» для передачи TВ канала на 300…400 км и «Стре-ла-М» для передачи 24 каналов связи на расстояние 2500 км.

Группы сотрудников НИИР.

Москва, СССР.

1958 На базе аппаратуры Р-60/120 сдана в эксплуатацию РРЛ Москва – Смоленск (с промежуточными пунк-тами в Голицыно, Дорохове, Гжат-ске, Вязьме и Ярцеве).

Группы сотруд-ников ГСПИ, «Радиострой и НИИР.

СССР

60-70 гг.

На аппаратуре ТР-60/120 построе-на сеть тропосферных линий про-тяжѐнностью 15000 км. Она содержала 55 промежуточных станций.

В.С. Бородич и др.

СССР

1965, 1967

Началось регулярное использова-ние линии дальней связи через ИСЗ «Молния1». «Молния2».

НИИР СССР

1981 Построена линия тропосферной связи между СССР и Индией

В.С. Бородич и др.

СССР, Индия.

44

1.9 Исследования, открытия и разработки в облас-ти полупроводниковых приборов



1833

Впервые наблюдалось падение сопротивления сернистого сереб-ра с ростом температуры (отрица-тельный температурный коэффи-циент сопротивления), что являет-ся характерным признаком полу-проводника.

М. Фарадей


1873

Открытие внутреннего фотоэф-фекта – изменения проводимости селена под влиянием освещения.

Мэй

Германия

1874

Открыта односторонняя проводи-мость у кристаллов некоторых сульфидов – серного цинка, пере-киси свинца, карборунда и др. (выпрямительный эффект на контакте металл-полупроводник).

К.Ф. Браун

Германия

1875 Изготовлен первый в мире полу-проводниковый прибор – фото-метр.

У. Смит Англия

1879 Открытие эффекта Холла. Э.Г. Холл США

1888 Исследовано влияние света на кристаллы с односторонней про-водимостью (начало развития фотодиодов).

В.А. Ульянин Казань, Россия.

1890 Изобретение когерера. Э. Бранли Франция

1894-1896

Применение когерера в качестве детектора высокочастотных коле-баний.

А.С. Попов, Г. Маркони.

Россия, Италия.

1906

Усовершенствование полупровод-никового детектора на контакте металл–полупроводник.

Г. Пиккард

Англия

1911 Первый опыт применения фото-диода для регистрации солнечного затмения

Группа немецких учѐных

Германия, Египет.

45

1922

Получена генерация электро-магнитных колебаний высокой частоты с использованием тепло-вого пробоя контакта металл–полупроводник.

О.В. Лосев

СССР

1926

Введено понятие о дырках и де-фектах кристаллической решетки, представляющих собой дырку и атом в междоузлии (дефекты по Френкелю).

Я.И. Френкель

СССР

1928-1930

Разработка основ зонной теории твѐрдого тела.

Ф. Блох, Л. Бриллюэн.

Швейцария, США, Франция.

1930-1931

Создание представления об энер-гетическом спектре кристалла как о совокупности разрешѐнных по-лос (зон) энергии, разделѐнных запрещѐнными промежутками (зонами).

Р.Э. Пайерлс, Л. Бриллюэн, Р. Кронинг и др.

Велибритания, Франция, Нидерланды.

1930

Экспериментально обнаружено существование двух типов полу-проводников: электронных и ды-рочных.

К. Вагнер

Германия

1930 1931

Введено понятие дефектов по Шоттки. Построена квантовая тео-рия полупроводников, введены понятия о ―донорной‖ и ―акцептор-ной‖ проводимости (примесях).

В. Шоттки, А.Х. Вильсон.

Германия, Велико-британия.

1932

Применение представления о квантовомеханическом туннелиро-вании к рассмотрению выпрямле-ния на контакте металл–полупроводник.

А.Х. Вильсон, Я.И. Френкель, А.Ф. Иоффе, Л.В. Нордгейм.

Велико-британия, СССР, СССР, Германия.

1932

Предсказано существование осо-бых состояний электронов на по-верхности кристаллов (уровни Тамма).

И.Е. Тамм

СССР

1936 Разработан тиратрон тлеющего разряда, послуживший основой создания декатронов.

А. Витли США

46

1939

Исследован потенциальный барь-ер в приконтактном слое ―полупро-водник–металл‖ (барьер Шоттки) и построена теория металл-полупроводниковых диодов с та-ким барьером (диоды Шоттки).

В. Шоттки

Германия

1941 Обнаружение p-n- перехода в за-киси меди.

В.Е. Лошкарев СССР

1948

Обнаружен эффект поля, имею-щий важное значение для изобре-тения транзистора.

У.Б. Шокли, Дж. Пирсон.

США США

1948

Изобретѐн полупроводниковый (биполярный) транзистор.

Дж. Бардин, У. Браттейн, У.Б. Шокли, Нобелевская премия 1956 г.


1949

Осуществлѐн эксперимент, позво-ливший непосредственно опреде-лить подвижности и время жизни неосновных носителей заряда в германии (опыт Хейнса-Шокли).

У.Б. Шокли, Дж. Хейнс.

США США

1949

Разработана теория p-n- перехода (теория Шокли). Получено выра-жение для вольтамперной харак-теристики p-n перехода.

У.Б. Шокли

США

1949

Предложен транзистор с p-n- пе-реходом.

У.Б. Шокли

США

1950 Созданы первые сплавные p–n- переходы.

Группы раз- работчиков

США, СССР.

50-70 г.г.

Созданы полевые транзисторы различных типов.

У.Б. Шокли, С. Мид, Д. Канг, М. Аталл и др.

США США

50-70 г.г.

Выполнены исследования, разра-ботана технология изготовления и налажено массовое производство биполярных и полевых транзисто-ров, мощных выпрямительных диодов, тиристоров, фото- и све-тодиодов, фототранзисторов и других п/п приборов.

Большое число исследователей и авторов раз-работок.

США, СССР, другие страны.

47

1952

Разработан полевой транзистор с управляющим p-n- переходом.

У.Б. Шокли

США

1954 Создан первый кремниевый транзистор

Г. Тилл США

1954

Сконструированы солнечные ба-тареи из соединѐнных кремниевых p-n- переходов.

Д. Чаплин, К. Фуллер, Дж. Пирсон.


1954-1957

Создан первый компьютер на транзисторах (ЭВМ второго поко-ления).

Фирма NCR

США

1955 60-70-е г.г.

Предложен первый оптрон, что послужило началом развития оп-тоэлектроники. Массовое произ-водство оптронов с различными типами фотоприѐмников.

Е.Е. Лѐбнер (E.E. Loebner)

1957

Разработана систематическая теория туннельных явлений в по-лупроводниках.

Л.В. Келдыш

СССР

1957-1958

Экспериментально обнаружено туннелирование в сильно легиро-ванных p-n- переходах и создан туннельный диод.

Л. Эсаки (Л. Исаки), Нобе-левская премия 1973 г.

Япония

1959

Разработан лавинно-пролѐтный диод (ЛПД).

А.С. Тагер, Рид.

СССР США

1959 Разработан тиристор. Н. Голоньяк США

50-60-е г.г.

Разработка кибернетических «иг-рушек» и начало развития робото-техники.

Большое число изобретателей.

Во многих странах Мира.

60-е г.г.

Началось производство отечест-венных ЭВМ на транзисторах (ЭВМ второго поколения).

Большое число исследователей и изобретате-лей.

СССР

1960

Разработан полевой транзистор с изолированным затвором.

Д. Кинг, А. Аталл.

США США

1960

Открыто туннелирование тока из сверхпроводника через изоляци-онный барьер в другой металл и создан сверхпроводящий туннель-ный диод.

А. Живер, Но-белевская пре-мия 1973 г.

США

48

1960-1961

Создана первая отечественная серийная полупроводниковая ЭВМ «Днепр-1»

В. М. Глушков, Б. Н. Малиновский.

СССР

1961

Открыт эффект Зинера и разрабо-тан полупроводниковый опорный диод (стабилитрон или диод Зине-ра).

К.М. Зинер (К.М. Зенер)

США

1962

Создан полупроводниковый лазер.

Б. Лэкс, У. Дум-ке, М. Нэтен.

США США

1962

Предсказан новый вид туннелиро-вания (джозефсоновское туннели-рование) и ряд эффектов, связан-ных с ним.

Б.Д. Джозефсон, Нобелевская премия 1973 г.

Великоб-ритания

1963

Разработан предложенный в 1959 г. отечественными учеными полу-проводниковый лазер.

Б.М. Вул, Ю.М. Попов, О.Н. Крохин.

СССР СССР СССР

1963

Открыто явление генерации коле-баний СВЧ кристаллами арсенида галлия и фосфида индия в сильных электрических полях (эффект Ган-на). Разработаны диоды на его основе (диоды Ганна).

Дж. Ганн

Великоб-ритания

1965

Созданы сверхпроводящие переходы Джозефсона.

Д. Лангенберг и др.

США

1966

Создан полевой транзистор с барь-ером Шоттки.

С.А. Мид США

1966 Изложена идея волоконно-оптической системы связи

Ч.Г. Као, Д.А. Хокэм.

США США

66-90-е гг.

Зарождение и начало развития нанотехнологии и наноэлектроники.

Большое число учѐных и изо-бретателей


1966 Выпущен первый полупроводнико-вый ручной калькулятор.

Фирма Texas Instruments

США

1967-1980

Внедрение цифровых методов пе-редачи с помощью ИКМ сигналов по спутниковым трактам, распре-деление программ, а также пере-дача программ звукового вещания и полос газет в системе "Орбита-РВ".

О.С. Тихонов, Г.В. Рабинович, Е. Я. Чеховский, Л. Я. Кантор.

СССР

49

1975-1979

Разработаны оптические волокна с затуханием 2 дБ/км, 0,5 дБ/км и 0,2 дБ/км.

Группы разработчиков

США, Япония.

70-80-е г.г.

Дальнейшее развитие теории ней-ронных сетей.

Б. Уидроу, Т. Андерсон, С. Кохонен, Гросс-берг и др.

США

80-90-е гг.

Развѐрнуто массовое строительст-во трансконтинентальных волокон-но-оптических систем передачи сигналов (ВОСП).

Большое число исследователей и изобретате-лей.

Дания, США, Россия, Япония.

2000 Присуждена Нобелевская премия за исследования гетеропереходов и организацию производства полу-проводниковых приборов на их основе.

Ж.И. Алфѐров СССР, Российская Федерация.

1997-2005 гг.

Первые результаты в развитии фемтофизики и аттофизики.

Нобелевские премии 1999 и 2005 гг.

США

1999-2005 гг.

Организован выпуск многотомного справочника по дискретным пас-сивным (резисторы и конденсато-ры) и активным (полупроводнико-вые диоды и транзисторы) элемен-там и компонентам электроники отечественного и зарубежного про-изводства.

Издательство «РадиоСофт».

Россия

1.10 Этапы развития интегральной микроэлек-троники

Воспользуемся современным определением интегральной микросхемы (ИМС), приведѐнным в Интернете на сайте «Глоссарий»:

Интегральная схема (Integrated circuit; Chip) – микроэлектронное изделие окончательной или промежуточной формы, предназначенное для выполнения функций электронной схемы, элементы и связи которого нераздельно сфор-мированы в объѐме и/или на поверхности материала, на основе которого изго-товлено изделие.

По количеству элементов интегральные схемы условно подразделяются: – на малые, содержащие до 100 элементов в кристалле (ИМС первой и

второй степеней интеграции);

50

– на средние – до 1 000 (ИМС третьей степени интеграции); – на большие – до 10 000 (ИМС четвѐртой степени интеграции); – на сверхбольшие – до 1 000 000 (ИМС пятой и шестой степеней интегра-ции); – на ультрабольшие – до 1 000 000 000 (ИС седьмой, восьмой и девятой сте-пеней интеграции); – на гигабольшие – более 1 000 000 000 (ИС десятой степени интеграции).



1952 Выдвинута идея создания инте-гральных микросхем (ИМС).

Дж. Даммер Великобритания

1959 Создание первых в мире инте-гральных микросхем

Ряд фирм США

1960 Изобретение планарной техноло-гии и разработка фоточувстви-тельных матриц на базе фоторе-зисторов, фотодиодов и фото-транзисторов.

Фирма Texas Instruments

США

1960 Началось развитие вычислитель-ных сетей на основе подключения ЭВМ в телефонные системы свя-зи

Большое число исследовате-лей и разра-ботчиков.

Во многих странах.

Начало 60-ых гг.

Сформулированы идеи АСУ и ОГАСУ. Разработан проект еди-ной государственной сети вычис-лительных центров (ЕГСВЦ)

В.М. Глушков СССР

60-65 гг.

Разработаны и начали серийно выпускаться ИМС первой и второй степеней интеграции. Появились РЭА и ЭВА на их основе.

Большое число исследовате-лей и авторов.

США, СССР.

60-70 гг.

Разработано большое число раз-личных операционных усилителей (ОУ) в микроэлектронном испол-нении.

Р. Видлар и др.

США

60-90 гг.

Разработка и массовый выпуск малогабаритных электронных часов, микрокалькуляторов, мо-бильных радиотелефонов.

Большое число исследовате-лей и авторов разработок.

США, Япония, СССР.

51

1961-1970

Интегральные микросхемы нача-ли поступать в массовую продажу.

Ряд фирм Во многих странах.

1962 Передача телевизионных сигна-лов через искусственный спутник Земли «Телстар».

Группа фирм

США

1963 Открытие электрической домен-ной структуры и токовой неустой-чивости в образцах GaAs и InSb.

Дж. Б. Ганн США

1963-1991 гг.

Выполнение работ создания Еди-ной автоматизированной сети связи (ЕАСС) как составной части общегосударственной автомати-зированной системы (ОГАС).


СССР

1965 Передача сигналов ТВ и многока-нальной телефонии через спутник «Молния».

Группа сотрудников НИИР.

СССР

65-75 гг.

Разработаны и начали серийно выпускаться ИМС третьей и чет-вѐртой степеней интеграции. (БИС). Появились и стали серийно выпускаться микропроцессоры – основа ЭВМ.


США, СССР.

65-75 гг.

Возникла идея оптоэлектроники. Появились оптопары (оптроны), нашедшие широкое применение в оптоэлектронных приборах, уст-ройствах, ИМС и волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС).


США, СССР и в других странах.

1966 Появились первые диоды Ганна Фирма Interna-tional Semicon-ductor.

США

1967 Создание первой в мире системы спутникового вещания «Орбита».

Н.В. Талызин, Л. Я. Кантор, М. З.Цейтлин.


1967 Появилась первая ЭВМ на БИСах. США

1968 Предсказано взаимодействие акустических поверхностных волн (Гуляева – Блюкштейна) с элек-тронами – рождение акустоэлек-троники.

Ю.В. Гуляев, В.И. Пустовойт.

СССР

52

1968 Теоретически доказана возмож-ность использования нанотехноло-гии для достижения атомной точ-ности при обработке поверхностей и создании электронных приборов.

А. Чо, Д. Артур, Фирма Bell.

США

1971 Создан первый микропроцессор. Фирма INTEL.

США

1971 Высказана идея прибора Topogra-finer, послужившего прообразом современного зондового микро-скопа.

Р. Янг

1971 Первый проект системы непосред-ственного ТВ вещания с использо-ванием ИСЗ в диапазоне 12 ГГц.

Г. Хансен. EBU – Европа

1967-1969

Созданы первые отечественные полупроводниковые ЭВМ «Наири-2» и «Мир-2» для научных расчѐ-тов.

С.А. Лебедев, В.А. Мельников, Г.Е.Овсепян, В.М.Глушков.


С 1970 г.

Налажен серийный выпуск отече-ственных микрокалькуляторов.

Группы специалистов.

СССР

1961- 1970

Возникла идея создания единой цифровой системы связи с ис-пользованием ЭВМ и кабельных линий. Начало развития Интернет.

Две фирмы создали ло-кальную сеть ARPANet.

США

1970 Разработан первый прибор с за-рядовой связью (ПЗС).

У. Бойл, Дж. Смит.

США, Bell Labora-tories.

1973 Создание систем TV вещания с использованием оборудования, размещѐнного на борту самолета.

США, Турция, СССР

1974 Предложен термин «нанотехноло-гия» для обозначения процесса разделения, сборки и изменения свойств материалов воздействием на них одной молекулой или одним атомом.

Н. Танигучи Япония

Сере-дина 1970

Появились первые коммерческие матрицы (ПЗС).

Fairchild, Bell и RCA Philips.

США, Европа, Япония.

53

В конце 70-ых

Признано перспективным исполь-зование динамических неоднород-ностей – начало функциональной электроники

Я.А. Федотов, А.А. Васенков.

СССР

70-80 гг.

Разработка стандартов и создание аналоговых систем сотовой связи первого поколения (на базе ЧМ и ФМ).

Многие группы изобретателей и разработчиков.

Во многих странах Европы, Ю/В Азии и Ближнего Востока.

1974-1987 гг.

Разработка системы телевизионно-го вещания ТВЧ.

Группа разработчиков.

Япония, США, Европа.

1976 Создание системы непосредствен-ного спутникового TV вещания "Эк-ран" в диапазоне 800 МГц.

А. Д. Фортушен-ко, В. А. Шамшин и др.

СССР

1978 Разработка проекта системы TV вещания с использованием дири-жаблей.

М.Г. Локшин, В.А. Быховский.

СССР

1979 Налажено опытное стереотелеви-зионное вещание в Ленинграде.

П. В. Шмаков, В. Е. Джакония.

СССР

1975- 2005 гг.

Начались разработки и изготовле-ние ИМС пятой и шестой степеней интеграции (СБИС). Начали разра-батываться мини- и супер-ЭВМ. Разработаны идеи и устройства функциональной электроники

Большое число исследователей и авторов раз-работок

США, СССР.

С 1975 г.

Развернулось широкое применение ПЗС во многоэлементных прецизи-онных фотоприемниках, экранах, цифровых фотоаппаратах и др.



1980 Создание системы спутникового вещания «Москва».

Л.Я. Кантор, А.В. Соколов, Э.И. Кумыш, Б.А. Локшин.

СССР

1980-1982

Организовано опытное стереотелевизионное вещание.

Группа разработчиков

США, Германия

1981 Разработан проект ЭВМ пятого поколения.

Группа специалистов.

Япония

54

1981-1990 гг.

На основе ARPANet создаѐтся сис-тема доменных имен Domain Name System (DNS), включающая около 100000 хостов.

Министерство обороны.

США

!982 Создан сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) позволивший с высокой разрешающей способно-стью изучать расположение атомов на поверхности токопроводящих материалов.

Г. Бинниг, Г. Рорер. (Нобелевская премия 1986 г. вместе с Э. Рус-кой)

Швейцария

1982 1985-1987

Разработка вычислительной техни-ки IBM PC. Разработка вычислительной техни-ки IBM PC/XT IBM PC/AT.

Фирма IBM. Фирма IBM.

США США

Конец 80-х гг.

Разработаны стандарты GSM, PCN, PCS и др. Развернулось строительство цифровых систем сотовой связи второго поколения.

Многие группы изобретателей и разработчиков.

Европа, США.

1985 Открыты фуллеры – молекулы, состоящие из 60 атомов углерода, расположенных в форме сферы. Впервые удалось выполнить изме-рения объекта с линейными разме-рами порядка 1 нм.

Р. Смэлл, Р. Карл, Х. Крото, Нобелевская премия 1996 г.

США

1985-1993 гг.

Резко улучшились параметры со-товых радиотелефонов: уменьши-лись: вес в 2,5 раза, стоимость в 5 раз, размер в 3 раза.



1986 Разработка семейства систем MAC (Multiplexed Analog Component) для передачи TV сигналов по спутнико-вым каналам связи.

Группа специалистов.

США, Канада, Франция, Великобри-тания.

1986 Создан сканирующий зондовый микроскоп, позволяющий визуали-зировать атомы любых материа-лов, а также манипулировать ими.

Г. Бинниг

1986 Организовано экспериментальное спутниковое ТВЧ вещание с ис-пользованием системы MUSA.


Япония

55

1987 Приняты Рекомендации МСЭ по двум вещательным стандартам ТВЧ (1125/60, 1250/50, 16:9).

МСЭ

1987–1988 гг.

Создана нанотехнологическая ус-тановка, осуществляющая направ-ленный уход частиц с острия зонда микроскопа.

П.Н. Лускинович, НИИ «Дельта».

СССР

1988 Начат выпуск отечественных школьных компьютеров и оборудо-вания компьютерных классов.

Ряд предприятий.

СССР

1989 Начаты регулярные эксперимен-тальные передачи ТВЧ.


Япония

1989 Создана опытная система стерео-телевидения с использованием оборудования ТВЧ (Япония).


Япония

1989 Введение в эксплуатацию системы спутникового вещания «Москва–Глобальная», обеспечивающей прием российских ТВ программ на территории многих стран.

Большое число специалистов.

СССР

1991 На основе фуллеров созданы на-нотрубки диаметром 0,8 нм, ис-пользуемые для получения раз-личных наномеханизмов.

С. Лиджима, Компания NEC.

Япония

1991 Изготовлен робот-наноманипу-лятор, для создания различных наноустройств. С его помощью через атомный микроскоп можно осуществлять манипуляции над отдельными атомами.

У. Робинет, С. Уильямс и др.

США

1991 Объявлена первая нанотехноло-гическая программа

Националь-ный научный фонд.

США

С 90-х гг.

Поступили в массовую продажу современные компьютеры, скане-ры, принтеры и т.п.

В основном импорт.

Россия

С 90-х гг.

Интернет становится междуна-родной сетью.


Многие страны мира.

1994 Создание стандарта цифрового телевизионного вещания (DVB).

Европейская комиссия

Европа

56

1996 Начало цифрового телевизионного вещания через спутник системы Eutelsat на основе применения стандартов DVB и MPEG-2.

Группа разработчиков.

Европа

1996 Создание опытных наземных сетей цифрового ТВ вещания.

Ряд фирм Америка, Европа, Азия.

С 1996 г.

Развѐрнуто строительство сетей подвижной радиосвязи на основе стандарта CDMA.


Челябинск, Москва, СП(б).

1997 Создание системы непосредствен-ного спутникового вещания (НТВ-Плюс) в диапазоне 11, 7-12, 5 ГГц.

Л.Я. Кантор, Б.А. Локшин и др.

Россия

1997 Старт наноразработкам в Европе. Европа

1998 Начало внедрения наземного циф-рового телевизионного вещания.

Большое число спецмалистов

США

1998 Создан первый в мире нанотранзи-стор на основе нанотрубок, исполь-зуемых в качестве молекул. Измерена электрическая проводи-мость такой молекулы.

С. Деккер Голландия

1999 Разработаны общие принципы манипуляции как одной, так и це-почкой молекул.

М. Рид, Д. Тур.

США

2000 Объявлена Национальная нано-технологическая инициатива (NNI).

Правительство США

2000 В кремнии обнаружены субатомные частицы.

Ф. Гиссибл Германия

2003 Выявлены «орбиты» электронов Ф. Лью США

С 2000 г.

Начались работы по созданию со-товых систем третьего поколения и интеллектуальных сетей.

Международный союз электросвязи.

1999- 2005 гг.

Зарождение и начало развития транзисторной наноэлектроники.

Большое число учѐных и разра-ботчиков.


1960-2005 гг.

Разработка и применение нейро-компьютеров – элементов системы искусственного интеллекта (ИИ) в том числе на элементной базе мик-ро- и наноэлектроники.



57

1999-2005 гг.

Организован выпуск многотомного справочника по аналоговым, циф-ровым и логическим ИМС отечест-венного и зарубежного производст-ва.

Издательство «РадиоСофт».

Россия

Июль 2005

Обнаружены галлуизитовые трубки естественного происхождения, имеющие диаметр от 40 до 200 нм и длину порядка 1 мкм.

Компания NaturalNano.

США

1.11 История создания изделий квантовой техники



1916

Выдвинута гипотеза о существова-нии индуцированного излучения и введены вероятности спонтанного и индуцированного излучений.


Германия

1927

Предсказание в рамках квантовой теории излучения тождественности квантов вынужденного и первично-го излучений, лежащей в основе квантовой электроники.

П. Дирак

Англия

1928

Сделаны попытки обнаружения индуцированного излучения в газе.

Р.В. Ладенбург

Германия

1939

Показана возможность усиления света за счѐт вынужденного испус-кания в плазме с инверсией насе-лѐнностей на уровнях.

В.А. Фабрикант

СССР

1946

Открытие ядерного магнитного резонанса. (Нобелевская премия по физике за 1952 г.).

Ф. Блох, Э.М. Парселл, Р.В. Паунд.


1948 Введено понятие спиновой темпе-ратуры, более высокой, чем темпе-ратура решѐтки.

Н. Бломберген, Э.М. Парселл, Р.В. Паунд.


1950

Впервые наблюдалось индуциро-ванное излучение в радиоволновом диапазоне с использованием ядер-ных спинов и быстрого изменения магнитного поля.

Э.М. Парселл, Р.В. Паунд.

США США

58

1951

Зарегистрировано авторское сви-детельство на способ усиления электромагнитных полей с помо-щью вынужденного излучения.

В.А. Фабрикант, М.М. Вудынский, Ф.А. Бутаева.


1951

Введено понятие о положительной и отрицательной спиновой темпе-ратуре.

Э.М. Парселл, Р.В. Паунд.

США США

1952 Открытие оптической накачки. А. Кастлер Франция

1954

Создан первый квантовый генера-тор сантиметрового диапазона на пучке молекул аммиака. (Нобелевская премия по физике за 1964 г.).

Н.Г. Басов, А.М. Прохоров, Ч.Х. Таунс.

СССР СССР США

1955

Предложена трѐхуровневая схема создания неравновесных кванто-вых систем.

Н.Г. Басов, А.М. Прохоров.

СССР СССР

1955

Создан атомный стандарт частоты на пучке цезия.

Л. Эссен


1956

Предложена теоретическая разра-ботка трѐхуровневого малошумя-щего парамагнитного лазера на монокристаллах гадолиния.

Н. Бломберген

США

1957

Практическая реализация кванто-вых усилителей на парамагнитных кристаллах.

Г.Э. Сковил, Дж. Феер, Г. Зайдель.


1958

Показана возможность использова-ния вынужденного излучения в оптическом диапазоне.

А.М. Прохоров, Ч.Х. Таунс, А.Л. Шавлов.

СССР США США

1958

Предложение использовать в лазе-рах открытых резонаторов (интер-ферометров Фабри-Перо).

А.М. Прохоров, А.Л. Шавлов, Р. Дикке.

СССР США США

1958

Разработан принцип работы лазера.

Ч.Х. Таунс, А.Л. Шавлов,

США США

1959

Разработаны теоретические осно-вы полупроводниковых лазеров.

Н.Г. Басов, Б.М. Вул, Ю.М. Попов, О.Н. Крохин, А.С. Тагер, А.Д. Гладун.

СССР СССР СССР СССР СССР СССР

59

1959

Предложены мазеры на цикло-тронном резонансе.

А.В. Гапонов-Грехов, Дж. Шнейдер.

СССР США

1959

Получена инверсия населѐнностей с помощью электронного возбуж-дения газовой среды.

А. Джаван, Дж. Сандерс.

США США

1960

Создан водородный мазер, широко используемый в качестве атомного стандарта частоты.

Н.Ф. Рамзей

США

1960

Создание оптического квантового генератора на рубине.

Т.Г. Мейман

США

1960

Создание оптического квантового генератора на смеси газов гелия и неона.

А. Джаван, У.Р. Беннет, Д. Эрриот.


1960-1961

Положено начало лазерной спектроскопии.

А.Л. Шавлов, Н. Бломберген.

США США

60-70 гг.

Развитие квантовых стандартов частоты, времени, длины.

Группы учѐных и разработчиков

США, СССР, Англия.

1961

Выдвинута идея лазерного термо-ядерного синтеза.

Н.Г. Басов, О.Н. Крохин.

СССР СССР

1961

Рассмотрена возможность осуще-ствления лазера на ядерных гам-ма-переходах (гамма-лазер или газер).

Л.А. Ривлин

США

1962

Осуществлено смешение излуче-ний от двух разных лазеров.

П. Франкен

США

1962

Создан лазер с модулированной добротностью, дающий гигантские импульсы света.

Ф. Мак-Кланг, Р.У.Хеллуорт.

США США

1962

Создание лазера на арсениде гал-лия с использованием p-n- перехо-да.

Р. Холл

1962 Предложено осуществлять голо-граммы в толстоплѐночных фото-графических эмульсиях (голограм-мы Денисюка).

Ю.М. Денисюк СССР

1962

Создание методов параметриче-ской генерации и усиления света.

С.А.Ахманов, Р.В. Хохлов и др.

СССР СССР США

60

1962-1963 гг.

Создан полупроводниковый лазер.

Б. Лэкс, У. Думке, М. Нэтен.

США, США, США.

1963 Создан, предложенный в 1959 г. отечественными учѐными, полу-проводниковый лазер.

Б.М. Вул, Ю.М. Попов, О.Н. Крохин.

СССР

1962-1964 гг.

Создание лазерной голографии.

Э. Лейт, Дж. Упатниекс.

США США

1964

Создание ионных лазеров с повы-шенной мощностью.

У. Бриджес,

США

1964-1966

Создание молекулярных лазеров на углекислом газе и азоте.

К. Пател.

США

1964-1965 гг.

Разработка Фурье-голографии и основ голографической спектро-скопии.

Дж. В. Строук

США

1964-1966

Создание молекулярных лазеров на углекислом газе и азоте.

К. Пател

США

1965 Созданы параметрические генра-торы света с перестройкой частоты

С.А.Ахманов, Р.В. Хохлов и др.

СССР СССР

1965

Создан химический лазер.

Дж. Каспер, Дж. Пиментел.

1966

Создание мощного газодинамического лазера.

А.М. Прохоров СССР

1966

Создан лазер ультракоротких им-пульсов света (10 пс).

А. Де-Мариа, Д. Стетсер, Г. Хейнау.

1966

Создание лазера на красителях.

П. Сорокин, Дж. Ланкард.

США

1967

Открытие пульсаров.

А. Хьюиш, Ж. Белл.

Англия

1987 Получены лазерные импульсы длительностью 6 фемтосекунд (1 фемтосекунда (фс )= 10-15 секунды)

1997-2005 гг.

Разработаны методы получения аттосекундых импульсов (1 аттосе-кунда (ас) = 10-18 с).

США, Франция.

2002-2005 гг.

Сообщения о разработках узлов квантового компьютера (КП) на нескольких квантовых точках.

Источник: по материалам сайта EE Times. Много сообщений.

США, Мэдисон; Россия.

http://www.eetimes.com/

61

2 История развития информационно-вычислительной техники

2.1 История вычислителей

2.1.1 Истоки

Древнейшим счетным инструментом, который природа предоставила в распо-ряжение человека, была его собственная рука. У первобытного человека ору-дием счета были преимущественно пальцы. Не случайно в древнерусской нумерации единицы называются перстами.

Историю цифровых устройств начать следует со счетов. Подобный инстру-мент был известен у всех народов. 3000 лет до н. э. в древнем Вавилоне бы-ли изобретены первые счеты - абак. Древнегреческий абак (доска или "сала-минская доска" по имени острова Саламин в Эгейском море) представлял со-бой посыпанную морским песком дощечку. На песке острой палочкой проходи-лись бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единицам, другая - десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один ка-мешек в следующем разряде.

Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, песка и ка-мешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шари-ками.

Китайская разновидность абака - суаньпань (VI век н.э.) У китайцев в основе счета лежала не десятка, а пятерка, рамка китайских счетов суанпань имеет более сложную форму.

Она разделена на две части: в верхней части на каждом ряду располагаются по 5 косточек, в нижней части - по две.

Таким образом, для того чтобы выставить на этих счетах число 6, ставили сначала косточку, соответствующую пятерке, и затем прибавляли одну в раз-ряд единиц. У японцев это же устройство для счета носило название серобян.

62

Долгое время считалось, что русские счеты ведут свое происхождение от ки-тайского суаньпаня, и лишь в 60-х годах XX века было доказано русское про-исхождение этого счетного прибора. У него для представления чисел исполь-зована десятичная (а не пятеричная) система счисления.

Десятичный строй - довольно вес-кое основание для того, чтобы признать временем возникнове-ния этого прибора XVI век, когда десятичный принцип счисления был впервые применен в денеж-ном деле России. Впрочем, в XVI веке термина "счеты" еще не су-ществовало, и прибор именовался «дощаным счетом».

В 30-х годах 17 столетия в национальной биб-лиотеке Мадрида были обнаружены два тома неопубликованных рукописей Леонардо да Винчи. И среди чертежей "Codex Madrid I", почти полностью посвященного прикладной механике, ученые нашли эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубыми колѐсами. В рекламных целях оно было вос-произведено фирмой IBM и оказалось вполне работоспособным.

63

В 1779 году выдающимся английским механиком Джеймсом Уаттом была сконструирована первая универсальная логарифмическая линейка, пригодная для выполнения любых инженерных расчетов, Она получила название "сохо-линейки", по имени местечка Сохо близ Бирмингема, где работал Уатт.

В 1845 выдан патент на счетный прибор З.Я. Слонимского - суммирующую машину "Снаряд для сложения и вычитания", за которую автор получил Деми-довскую премию.

64

В 1857 американец Томас Хилл создал пер-вую многоразрядную машину. Машина Хилла была двухразрядной и в каждом разряде имела по девять расположенных вертикаль-ными колонками клавиш и по храповому ко-лесу (на рисунке ради наглядности показаны лишь шесть клавиш в каждом разряде). Ма-шина Хилла была выставлена в Националь-ном музее в Вашингтоне, но конструктивные недостатки и малая разрядность помешали еѐ дальнейшему распространению.

В 1867 В.Я. Буняковский, вице-президент Российской академии наук, создает счетный механизм, основанный на принципе действия русских счетов.

2.1.2 Доэлектронный период

В 1592 -1635 немец Вильгельм Шиккард (Schickard) создал работающую мо-дель 6-ти разрядного механического вычислительного устройства, которое могло складывать и вычитать числа.

65

В 1642 француз Блез Паскаль изобретает суммирующую машину «Паскали-на».

В 1645 он создал арифметическую машину (Паска-лево колесо). В отличие от известных счетных инст-рументов типа абака в арифметической машине вместо предметного представления чисел использо-валось их представление в виде углового положения оси (вала) или колеса, которое несет эта ось.

В 1694 немец Готфрид Лейбниц создал машину, умеющую и складывать, и умножать. Он разработал таблицу соответствия двоичных и десятичных чисел.

66

В 1709 в Падуе вышла книга, посвященная изобретѐнной Джованни Полени машине. Основные детали этого замысловатого устройства выточены из де-рева. Машина Полени в отличие от всех известных счѐтных машин приводится в движение грузом-гирькой k, висящей свободно на канате. В машине было и принципиальное новшество: машина приводилась в действие силой падающе-го груза, привязанного к свободному концу каната. Это была первая в истории «арифмометростроения» попытка заменить ручной привод внешним источни-ком энергии.

67

В 1834 английский изобре-татель Чарльз Бэббедж создал первую в мире ана-литическую счетную маши-ну, являющуюся прообра-зом современных вычисли-тельных машин с про-граммным управлением.

Она состояла из "склада" для хранения чисел ("накопитель"), "мельницы" - для производства арифметических действий над числами ("арифметическое устройство"), устройство, управляющее в определенной последовательности операциями машины ("устройство управления"), устройство ввода и вывода данных. Арифметическое устройство и память были спроектированы на осно-ве зубчатых колес общим количеством более 50 тыс.

В 1874 петербуржец В.Орднер сконструировал первый арифмометр.

68

В 1878 русский математик и ме-ханик, автор мно-гих работ по тео-рии механизмов П.Л.Чебышѐв создает сумми-рующий аппарат с непрерывной передачей десят-ков,

а в 1881 приставку к нему для умножения и деления Это устройство получило название "арифмометр Чебышѐва".

В 1880 Герман Холлерит изобрел электрический табулятор (счетно-перфорационная машина - Punch Card Tabulating Machine), который считывал данные с перфокарт и вычислял итого-вую сумму.

Применение этой машины при обработке результатов переписи 1880 позволи-ло в сотни раз ускорить весь процесс. В 1897 эта машина была куплена Рос-сией для обработки данных первой всероссийской переписи населения.

«Феликс» — самый распространѐнный в СССР арифмометр. Выпускался с 1929 по 1978 на заводах счѐтных машин в Курске, в Пензе и в Москве.

Эта счѐтная машина относится к рычажным арифмометрам Однера. Она по-зволяет работать с операндами длиной до 9 знаков и получать ответ длиной до 13 знаков (до 8 для частного).

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%80%D0%B8%D1%84%D0%BC%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80

http://ru.wikipedia.org/wiki/1929

http://ru.wikipedia.org/wiki/1978

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B4%D0%BD%D0%B5%D1%80,_%D0%92%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%B3%D0%BE%D0%B4%D1%82_%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%84%D0%B8%D0%BB

69

Устройство машины опти-мизировано для минималь-ной цены, в результате арифмометр стоил порядка 13 рублей (1970-е), но каче-ство изготовления оставля-ло желать лучшего. С дру-гой стороны, в арифмомет-ре использован очень про-стой и в то же время надѐж-ный транспортный меха-низм каретки, отличающий его от всех западных анало-гов.

2.1.3 Электрорелейные вычислители

В 1831 Джозеф Генри (Joseph Henri), профессор Принстонского университета, продемонстриро-вал своим студентам реле. Пер-вым человеком, задумавшим в 1937 использовать его в качестве основного элемента вычисли-тельных машин, был математик Джордж Стибиц (George Stibitz).

70

Машина Z1 Конрада Цузе (Гер-мания). В проекте вычислителя Z-3, созданного им в 1941, ис-пользованы двоичное представ-ление информации и преобразование десятичных кодов в двоичные, выполнялось 8 команд, в число кото-рых входили 4 арифметических действия и извлечение квадрат-ного корня. Операции выполня-лись с плавающей запятой.

Время сложения составляло 0,3 с, умножения - 4 с, емкость памяти (на релей-ных схемах) состояла из 64-х 22-разрядных чисел. Программа хранилась на перфоленте.

Машина Mark 1 Говарда Айкена (США). Сложение и вычитание в Марк-1 осущест-влялись на 72 механических счетчиках по 24 цифровых колеса каждый.

В 1947 году в США создана машина Mark II с 13 тыс. реле.

71

В 1946 компанией Bell Labs изготов-лена универсальная релейная вы-числительная машина Model V, она построена на 9000 реле и имела в своем составе все блоки, преду-смотренные структурой аналитиче-ской машины.

2.1.4 Аналоговые компьютеры

Аналоговый компьютер (analogue computer) - компьютер, представляющий числовые данные с помощью аналоговых физических переменных, таких как скорость, длина или напряжение, в отличие от цифрового представления. Яв-ляется противоположностью цифровым компьютерам (digital computer).

В аналоговом компьютере вычисления моделируются аналоговыми устройст-вами. Например, для умножения используется усилитель.

Вэннивар Буш (Vannevar Bush) конструирует дифференциальный анализатор. По сути, это первая успешная попытка создать аналоговый компьютер, спо-собный выполнять громоздкие научные вычисления.

72

2.1.5 Первое поколение ЭВМ (электронные лам-пы)

Первой ЭВМ обычно называют ЭНИАК (Electronical Numerical Integrator and Calculator), разработка которой велась под руководством Джона Моучли и Проспера Эккерта и закончилась в 1946, хотя их приоритет был оспорен Джо-ном Атанасовым. Машина ЭНИАК была установлена в Пенсильванском уни-верситете.

Она состояла из 18000 электронных ламп и 1500 реле и потребляла около 150 кВт электроэнергии. Программ-ное управление последовательно-стью выполнения операций осущест-влялось с помощью штекеров и на-борных полей. Настроить ENIAC на какую-нибудь задачу означало вруч-ную изменить подключение 6000 про-водов. ЭНИАК активно использовался до 1955.

Приоритет создания первой ЭВМ в 1973 решением суда отдан американскому ученому болгарского происхождения Джону Атанасову. При помощи аспиранта К.Берри он построил опытный образец машины для решения дифференци-альных уравнений под названием ABC. В 1941 молодой Моучли побывал в Пенсильванском университете, где познакомился с машиной Атанасова и изу-чил документацию к ней. Атанасов стал отстаивать свой приоритет и первым электронным компьютером суд признал ABC.

73

Американский ученый венгерского происхождения Джон фон Нейман – автор основополагающих идей в области ВТ. С его именем связывают основные архитектурные принципы ЭВМ первых поколений: последовательный порядок выполнения команд, хранение в памяти чисел и команд, команды содержат адреса операндов. Интерес фон Неймана к компьютерам непосредственно связан с его участием в Манхэттенском проекте по созданию атомной бомбы.

74

В 1953 фон Нейман присоединился к группе Моучли и Эккерта, разрабаты-вавших машину ЭНИАК. А через год им подготовлен отчет, в котором обоб-щены планы работы по созданию компьютера EDVAC с архитектурой, полу-чившей название фоннеймановской (хотя идея хранения программы в памяти машины уже была использована Моучли и Эккертом и высказывалась Тьюрин-гом).

В 1936 в Принстон приехал занимать-ся математической логикой англича-нин Алан Тьюринг. Здесь он опубли-ковал свою знаменитую работу об универсальных вычислительных ма-шинах, после которой в учебники по языкам и алгоритмам вошел термин «машина Тьюринга», машина показы-вала принципиальную возможность решения любых задач с помощью элементарных арифметических дей-ствий.

Машина WhirlWind (Смерч). 55 тысяч электронных ламп, вес 275 тонн, пло-щадь 2000 кв.м., энергопотребление 3 МВт. Стоимость разработки 10 млрд. долларов, что больше затрат на атомную бомбу.

В 1953 выпущена IBM 701, построен-ная на электронно-вакуумных лампах с быстродействием до 17 тыс. оп./с. Инициатором создания этой машины, названной Defence Calculator, что подчеркивало ее оборонное назначе-ние, был Томас Дж. Уотсон-младший (президент IBM с 1952). Именно ему принадлежит инициатива перехода IBM к производству компьютеров, хотя перспективы рынка были тогда весьма туманными

75

В 1951. создана первая отечест-венная вычисли-тельная машина МЭСМ (малая электронная счет-ная машина) пер-вого поколения. Быстродействие 100 оп/с, пред-ставление чисел - с фиксированной запятой и 16-ю двоичными раз-рядами.

Система команд - трехадресная. Архитектура и принципы построения МЭСМ были аналогичными использованным в ЭНИАКе. Машина включала 6000 элек-

76

тронных ламп и занимала отдельное крыло здания площадью 60 кв.м. По-требляемая мощность 25 кВт.

2.1.6 Второе поколение ЭВМ (транзисторы)

В.Е. Лашкарев (1903–1974 гг.) - первооткры-ватель физических эффектов, положенных в основу транзистора.

Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор Уолтер Брайттен создали первый действующий транзистор.

Созданию транзистора предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которую еще в 1938 начал физик-теоретик Уильям Шокли. Применение тран-зисторов в качестве основ-ного элемента в ЭВМ при-вело к уменьшению разме-ров компьютеров в сотни раз и к повышению их на-дежности.

Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов были созданы более компактные внеш-ние устройства, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник (!!) и стоимостью всего 20 тыс. долларов (!!).

77

История больших ЭВМ (мэйнфреймов) началась в 1964, когда корпорация IBM объявила о содзании универсальной компью-терной системы System/360. Само слово мэйнфрейм происходит от названия типовых процес-сорных стоек этой систе-мы, на разработку которой было затрачено 5 млрд. долл.

В результате System/360 стала безоговорочным лидером на рынке информа-ционных технологий конца 60-х - начала 80-х годов, а ее модели и их клоны составили основную массу компьютерной техники многих стран мира, в том числе и СССР.

System/360 представляла собой сложный аппаратно- программный комплекс, рассчитанный на обработку как десятичных данных, так и чисел с плавающей запятой, что было до того времени недостижимым критерием универсально-сти.

«Днепр» - первая отечественная цифро-вая управляющая вы-числительная машина широкого назначения на полупроводниковых элементах. Создана в 1961. Состоит из цен-тральной вычисли-тельной части и уст-ройства связи с объек-том.

78

С 1964 выпускается БЭСМ-4 - вариант БЭСМ на полупроводниковой элемент-ной базе. Вершиной научных и инженерных достижений С.Лебедева стала БЭСМ-6, первый образец машины был создан в 1967. В ней реализованы такие новые принципы и решения, как параллельная обработка нескольких команд, сверхбыстрая регистровая память, расслоение и динамическое рас-пределение оперативной памяти, многопрограммный режим работы, развитая система прерываний. В БЭСМ-6 использовано около 60000 транзисторов и 180000 полупроводниковых диодов.

Эта ЭВМ стала основной вычислительной систе-мой для многих предпри-ятий в оборонных отрас-лях промышленности и оставалась таковой в течение более полутора десятков лет.

Всего в базовом варианте было выпущено около 350 компьютеров БЭСМ-6. В 1975 управление полетом по программе «Союз-Аполлон» обеспечивал вычис-лительный комплекс на основе БЭСМ-6.

2.1.7 Третье поколение ЭВМ ( малые ИС)

В 1958 американцами Джеком Килби (из Texas Instruments) и Робертом Нойсом ( из Fairchild Semiconductor) независимо друг от друга были разработаны и изготовлены первые в мире ИС. Для самой первой интегральной схемы (ИС) была использована тонкая германиевая пластинка длиной 1 см. Позже интегральные схемы стали называть еще чипами (chip — щепка). В 2000 Джеку Килби была присуждена Нобелевская премия по физике.

Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились. Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производ-

79

ство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенных для решения самых различ-ных задач. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализирован-ными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного ти-па.

В СССР на ИС делались машины ряда ЕС ЭВМ, повторяющие архи-тектуру мэйнфреймов.

80

В СССР для широкого применения использовались машины ряда СМ.

2.1.8 Четвертое поколение ЭВМ (БИС, СБИС)

В 1970 Marcian Hoff (фирма Intel) по-строил ИС, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый четырехразрядный микропроцессор Intel - i4004. Он представлял собой 4-разрядное устройство с 2300 транзи-сторами (для примера: Pentium 4 име-ет около 42 млн. транзисторов). Этот процессор применялся в карманных калькуляторах.

В 1972 был выпущен 8-разрядный процессор i8008 с адресацией внешней памяти 16 Кбайт. Революцией можно считать 1974 – выпуск процессора i8080. С этого момента начинается отсчет современных процессо-ров.

81

В 1978 появился Intel – i8086. Его основные характе-ристики – 16-разрядные регистры, 16-разрядная шина данных, сегментная адресация памяти 20 бит – это уже 1 Мбайт. Тактовая частота 4,77–10 МГц. В 1982 его сменил i80286. В 1985 появился первый 32-разрядный процессор микропроцессор i80386. В нем использованы страничная адресация памяти и парал-лельное функционирование внутренних устройств процессора. В 1989 его сменил i80486.

В 1991 IBM, Motorola и Apple Computers объявили об организации консорциума для совместной разработки и внедрения RISC-микропроцессоров новой архи-тектуры.

В октябре 1992 года были получены первые образцы 32-разрядных RISC-микропроцесоров типа PowerPC 601, а с апреля 1993 начался их серийный выпуск. Процессоры семейства PowerPC имеют суперскалярную структуру, которая содержит от 4 до 6 параллельно работающих исполни-тельных устройств, обеспечивающих одновременное выполнение несколь-ких команд.

В 1993 представлен первый Pentium. Он имеет суперскалярную архитекту-ру (с двумя конвейерами) – выполне-ние двух команд за один такт. Реали-зована технология предсказания пе-реходов (branchprediction).

82

В 1995 Intel выпускает Pentium Pro. У него технология изготов-ления 0,35 микрон, около 5,5 млн. транзисторов. С 1997 Intel выпускает Pentium 2 и Celeron. Процессор теперь представлял собой не отдельную микросхе-му, а картридж, внутри которого находился процессор и кэш второго уровня.

1998 появился Alpha AXP - 64-разрядный RISC-процессор, на кри-сталле которого размещаются более 9 миллионов транзисторов (из кото-рых почти 2 миллиона - ядро, осталь-ные - кэш-память). Он имеет 9-ступенчатый конвейер для операций с плавающей точкой, 7-ступенчатый конвейер для операций с фиксиро-ванной точкой.

В 1999 были анонсированы Pentium III 450 и 500 МГц. Изготовлены по техно-логическому процессу 0,25 мкм, ядро Katmai.

Переход на техноло-гию 0,18 мкм для про-цессоров AMD состо-ялся летом 2000 раз-работкой ядра Thunderbird. Новый процессор содержит 37 млн. транзисторов.

В 2000 Intel представляет процессор Pentium 4 (кодо-вое название Willamette), архитектура NetBurst которо-го коренным образом отличается от своей предшест-венницы Р6. Основным отличием было увеличение конвейера до 20 стадий, что позволило сильно нарас-тить частоту процессора, причем без перехода на новый технологический процесс.

83

В 2002 увидел свет очередной процессор от Intel, тактовая частота которого достигла значения 3 ГГц. Это - первый настольный процессор, обладающий поддержкой HyperThreading.

В 2003 Intel анонсировала процессор Pentium 4 Northwood, 3.2 "C. Он исполь-зует шину FSB 800 МГц и будет работать только на Socket-478 платах на осно-ве чипсета Intel 875P (Canterwood) или 865 (Springdale).

Он так же осно-ван на техноло-гии 0.13 мкм и имеет кэш-память с отслеживанием исполнения ко-манд, 8KB кэш первого уровня и 512KB кэш второ-го уровня.

Архитектура SPARC (Scalable Proces-sor Architecture) - одна из самых рас-пространенных среди RISC-систем. Третье поколение 64-разрядных SPARC RISC-микропроцессоров с так-товой частотой более 1 ГГц предназна-чено для старших моделей рабочих станций, содержащих до четырех про-цессоров, и обеспечивает более высо-кую степень интеграции системы и сокращение стоимости.

Так, процессор UltraSPARC IIIi - это высокопроизводительный высокоинтегри-рованный суперскалярный процессор, построенный по 64-разрядной RISC-архитектуре SPARC V9.

2.1.9 Пятое поколение ЭВМ

Появление ЭВМ пятого поколения можно отнести к 1982, когда впервые поя-вилось сообщение о японском проекте создания компьютеров пятого поколе-ния. Кратко основную концепцию ЭВМ пятого поколения можно сформулиро-вать следующим образом:

84

Компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последова-тельных инструкций программы.

Компьютеры с многими сотнями параллельно работающих процессоров, позволяющих строить системы обработки данных и знаний, эффективные сетевые компьютерные системы

Пятое поколение ЭВМ – это эра перональных мультимедийных компьютеров на базе процессоров Pentium и с RISC – архитектурой, или им подобным, спо-собных обеспечить виртуальную реальность.

Пятое поколение ЭВМ связывают с переходом к микропроцессорам. Благода-ря операционной системе, обеспечивающей простоту общения с этой ЭВМ, большой библиотеке прикладных программ по различным отраслям человече-ской деятельности, а также малой стоимости ЭВМ становится необходимой принадлежностью инженера, исследователя, экономиста, врача, агронома, преподавателя, редактора, секретаря и даже ребенка.

Новое поколение МП идѐт на смену предыдущему каждые два года и мораль-но устаревает за 3-4 года, Главные производители МП общего назначения Intel и AMD (Advanced Micro Devices).

Процессоры от AMD:

Тип Год Разряд Ядра Технология Частота Кол-во Транз.

В 1971 фирмой Intel (США) соз-дан первый микропроцессор (МП) - программируемое логическое устройство, изготовленное по технологии СБИС. Автором мик-ропроцессора Intel-4004 - много-кристальной схемы, содержащей все основные компоненты цен-трального процессора, являлся Эдвард Хофф.

85

мкм МГц выводов В ядре тыс.

AM386 1991 32 1 1 40 144 275

AM486 1993 32 1 0,7 25-40 238 1250

AMD K5 1996 32 1 0,35 75-100 273 4300

AMD K6 1997 32 1 0,35 166-233 273 8800

AMD K7 1999 32 1 0,18 500-1400 462 22000

AMD K10 2007 64 4 0,065 1800-2000 940 450000

Процессоры от Intel:

Тип Год Разряд

Ядра Технология мкм

Частота МГц Кол-во выводов

Транз. В ядре тыс.

4004 1971 4 1 10 0,740 16 2,3

8008 1972 8 1 10 0,800 18 3,5

8086 1978 16 1 3 10 40 29

80286 1982 16 1 1,5 6-25 68 134

80386 1985 32 1 1 12-40 144 275

80486 1989 32 1 0,8 16-150 168 1185

Pentium 1 1993 32 1 0,35 60-233 273 3300

Pentium 2 1997 32 1 0,35 233-450 242 7500

Pentium 3 1999 32 1 0,25 450-1400 370 9500

Pentium 4 2000 32 1 0,18 1300-3800 423 42000

Itanium 2 2002 64 1-2 O,13 733-1730 611 410000

Xeon 2006 64 1-8 0,065 400-3800 771 731000

Core 2 2006 64 2,4 0,065 1060-3500 775 291000

Atom 2008 32 1-2 0,045 800-2130 441 47000

Core i3 2010 64 2 0,032 2930-3200 1156

Core i5 2009 64 2,4 0,032 1200-3600 1156

Core i7 2009 64 2,4,6 0,032 2660-3330 1366 731000

86

Закон Мура — эмпирическое наблюдение, сделанное Гордоном Муром (одним из основателей Intel) в 1965 (через 6 лет после изобретения интегральной схемы). Он высказал предположение, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца.

В 2007 Мур заявил, что закон, очевидно, скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света.

На протяжении многих годов, производители процессоров постоянно увеличи-вали тактовую частоту и параллелизм на уровне инструкций, так что на новых процессорах старые однопоточные приложения исполнялись быстрее без каких либо изменений в программном коде.

Сейчас по разным причинам производители процессоров предпочитают мно-гоядерные архитектуры, и для получения всей выгоды от возросшей произво-дительности ЦП программы должны переписываться в соответствующей ма-нере. Все современные МП многоядерные.

Группа британских учѐных во главе с доктором Вимом Вандербауведе (Wim Vanderbauwhede) из Университета Глазго вместе с коллегами из Массачусет-ского Университета разработали процессор, который объединяет более 1000 ядер на одном кристалле. Применяемые в большинстве компьютеров много-ядерные процессоры используют общий источник памяти, что замедляет сис-тему. Исследователи же ускорили свой процессор, предоставив каждому ядру определѐнный объѐм выделенной памяти.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BC%D0%BF%D0%B8%D1%80%D0%B8%D0%B7%D0%BC

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%83%D1%80,_%D0%93%D0%BE%D1%80%D0%B4%D0%BE%D0%BD

http://ru.wikipedia.org/wiki/Intel

http://ru.wikipedia.org/wiki/1965_%D0%B3%D0%BE%D0%B4

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0



http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B7%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BE%D0%BC

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%B0

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B0

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%D1%8F%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%D1%8F%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

87

2.1.10 Специализированные процессоры

Это сигнальные и мультимедийные процессоры, предназначенные для циф-ровой обработки данных. Сейчас они применяются все шире в мультимедий-ных и встраиваемых системах.

Функции, традиционно реализуемые на базе таких процессоров.

Цифровая фильтрация: КИХ и БИХ фильтры, согласованные фильтры (корреляторы), преобразователи Гильберта, умножение на конечную оконную функцию, адаптивные фильтры, эквалайзеры.

Обработка чисел: скалярная, векторная и матричная арифметика, вычис-ление трансцендентных функций (sin, cos и т. п.), генерирование псевдо-случайных чисел.

Обработка сигналов: сжатие, различные преобразования. Спектральный анализ: ДПФ, БПФ, синусное/косинусное преобразование.

Моделирование систем, устройств и процессов.

Обработка данных: шифрование и дешифрование, кодирование и деко-дирование.

Модуляция и демодуляция: амплитудная (AM), частотная (ЧМ), фазовая (ФМ) и их разновидности.

В настоящее время DSP применяются во многих областях.

88

Телекоммуникационные средства: цифровые АТС, вокодеры, видеоте-лефоны, речевая почта и др.

Передача данных: модемы, факсы, локальные сети, криптография.

Обработка звуковых сигналов: синтез речи и музыки, эквалайзеры, мик-шеры, распознавание речи. Цифровое аудио: цифровое радиовещание, диктофоны, автоответчики, музыкальные инструменты и синтезаторы, студийное оборудование

Обработка изображений: распознавание изображений, распознавание отпечатков пальцев, сжатие, повышение качества. Цифровое видео: цифровое телевидение, мониторы с высоким разрешением.

Компьютеры: контроль для оптических дисков, локальные сети, двумер-ная и трехмерная графика, математический сопроцессор, лазерные прин-теры, системы мультимедиа, цифровое аудио.

89

Инструментарий: цифровая фильтрация, анализаторы спектра, генера-торы сигналов, сейсмические приборы.

Специальное применение: навигация, секретная связь, гидроакустические и радиолокационные станции.

Промышленность: высокоскоростное управление, вибрационный анализ, робототехника, адаптивное управление. подавление шумов. распознава-ние образов.

Медицина: усиление звука, томография, анализ рентгеновских снимков, анализ электрокардиограмм, ультразвуковая диагностика.

Тенденции развития DSP меняются: если недавно производители предлагали универсальные DSP, то сегодня многие семейства DSP ориентированы в ос-новном на конкретные приложения. На рынке присутствуют три основных про-изводителя DSP: Analog Devices Inc (ADI), Freescale и Texas Instruments (TI).

Пример процессора от TI. Процессор TMS320DM6437 включает два ядра: для ЦОС и подсистему обработки видеоданных. По технологии DaVinci.

2.1.11 Персональные компьютеры

В 1975 Стив Возняк и Стив Джобс сделали первый ПК.

Первые ПК от Apple Macintosh.

http://www.elgrad.net/catalogue-2719.html

90

Искра 1030 - один из первых отечественных ПК.

Первый манипуля-тор «мышь» создал Даг Энгельбарт.

Современные ПК.

Ноутбук. Идея создания портативной вычислительной машины «размером с блокнот, имеющей плоский монитор и умеющей подключаться к сетям без проводов», принадлежит Алану Кею (Alan Key) из Xerox (1968 год). В 1979 по заказу NASA Уильям Могридж (William Moggridge) из Grid Systems создал первый в мире ноутбук Grid Compass (оперативная память 340 KB, процессор Intel i80x86 с тактовой частотой 8 МГц), который использовался в космической

91

программе Space Shuttle. По прогнозам IDC, в 2010 году доля ноутбуков на мировом рынке ПК впервые превысит 50%.

Субноутбук (англ. Subnotebook) или ультрапортативный (англ. ultraportable) компьютер, обладающий маленьким размером и весом и большинством харак-терных черт обычного ноутбука. Обычно поставляется в комплекте с ОС на базе Linux или с Windows.

Субноутбуки меньше обычных ноутбуков, но больше Handheld PC и Ultra-Mobile PC. Они оснащены маленьким дисплеем от 7 до 13.3 дюймов и весят 1-2 килограмма. Вследствие малых размеров субноутбуки обычно имеют малое количество внешних портов и не имеют DVD-привода.

Сравнение размеров — субноутбук Asus Eee PC в центре, handheld Nintendo DS наверху и laptop Mac-Book внизу

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D0%B3%D0%BB%D0%B8%D0%B9%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%8F%D0%B7%D1%8B%D0%BA


http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%BE%D1%83%D1%82%D0%B1%D1%83%D0%BA

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0

http://ru.wikipedia.org/wiki/Linux

http://ru.wikipedia.org/wiki/Windows

http://ru.wikipedia.org/wiki/Handheld_PC

http://ru.wikipedia.org/wiki/Ultra-Mobile_PC

http://ru.wikipedia.org/wiki/Ultra-Mobile_PC

http://ru.wikipedia.org/wiki/Asus_Eee_PC

http://ru.wikipedia.org/wiki/Handheld_PC

http://ru.wikipedia.org/wiki/Nintendo_DS



http://ru.wikipedia.org/wiki/Laptop

http://ru.wikipedia.org/wiki/MacBook

http://ru.wikipedia.org/wiki/MacBook

92

Нетбук (англ. Netbook) — ноутбук с маленьким экраном и относи-тельно невысокой производи-тельностью, предназначенный для выхода в Интернет и работы с офисными приложениями.

Отличается компактными размерами (диагональ экрана 7—12 дюймов, или 17,8—30,5 см), небольшим весом, низким энергопотреблением и относительно невысокой стоимостью. Например, HP 2133 Mini-Note PC — нетбук на базе процессора VIA C7-M

По габаритам и функциональности нетбуки занимают промежуточное положе-ние между мобильными интернет-устройствами «снизу» и субноутбуками «сверху».

Честь создания первой коммепческой системы рукописного ввода принадлежит Джефу Хокинсу (Jeff Hawkins), продемон-стрировавшему в 1989 GRiDPAD – полноцен-ный компьютер с сен-сорным экраном. Джеф Хокинс, уйдя из GRiD Systems, осно-вал Palm Computing, чьи изделия надолго стали синонимом сло-ва "КПК".

Планшетный ПК (Tablet PC) — класс ноутбуков, обладающих чувствительным к нажатию экраном, а также возможностью складывать такой ноутбук, остав-ляя снаружи только экран, для работы при помощи стилуса (светового пера). Одним из первых авторов системы рукописного ввода стал нобелевский лау-


http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B5%D1%82

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%8E%D0%B9%D0%BC

http://ru.wikipedia.org/wiki/HP_2133_Mini-Note_PC

http://ru.wikipedia.org/wiki/VIA_C7

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B5%D1%82-%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%83%D0%B1%D0%BD%D0%BE%D1%83%D1%82%D0%B1%D1%83%D0%BA

93

реат Чарльз Эльбраум (Charles Elbraum), создавший распознаватель рукопис-ных символов NestorWriter.

Смартфон, (англ. smartphone — умный телефон) — мобильный телефон c расширенной функциональностью, сравнимой с карманным персональным компьютером (КПК). Коммуникатор (англ. Communicator, PDA Phone) — кар-манный персональный компьютер, дополненный функциональностью мобиль-ного телефона.

iPhone. Смартфон производ-ства фирмы Apple, лишенный кнопок и оборудованный сен-сорным экраном. Имеет воз-можность выхода в интернет и большинство функций плеера iPod, в том числе подключение к онлайн-магазину iTunes. Начал про-даваться в США с 2007.

iPAD. 27 января 2010 глава Apple Стив Джобс лично представил новое устрой-ство, которое получило название iPad. Публике был показан интернет-планшет с сенсорным экраном диагональю 9,7дюйма, способным воспринимать не-сколько нажатий одновременно (технология MultiTouch) и рассчитанным на разрешение 768х1024 пикселей. Как iPhone, новый интернет-планшет управ-лялся мобильной операционной системой iPhone OS. В аппаратное обеспече-ние iPad входит процессор Apple A4 частотой 1 ГГц, флеш-память объемом от 16 до 64 ГБ, модуль Wi-Fi и Bluetooth, а также модуль для сотовой связи, рас-считанный на сети 3G и GSM


http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D1%84%D0%BE%D0%BD

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D1%81%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80




94

2.1.12 Суперкомпьютеры

История суперкомпьютеров неразрывно связана с именем Сеймора Крея (Seymour Cray), основателя компании Cray, лидера американского рынка су-перкомпьютеров. Первый транзисторный суперкомпьютер CDC 1604 Крей создал в 1958, возглавляя компанию Control Data Corporation (CDC).

С 1985 по 1990 развитие супер-компьютера Cray. На сегодняш-ний день суперкомпьютеры являются уникальными систе-мами, создаваемыми "традици-онными" игроками компьютер-ного рынка, такими как IBM, HP, NEC и другими, которые приоб-рели множество ранних компа-ний, вместе с их опытом и тех-нологиями. Но компания CrayInc по прежнему занимает достойное место в ряду произ-водителей суперкомпьютерной техники.

Владимир Левин – создатель отечественного кластерного су-перкомпьютера MBC-1000M.

95

Разработкой суперкомпьютеров «Эльбрус» в России занимается группа Бориса Бабаяна.

В 1995 два токийских университета продемонстрировали специализированный (предназначенный для моделирования задач астрофизики) суперкомпьютер GRAPE-4, собранный из 1692 микропроцессоров и обошедшийся всего в 2 млн. долл. Он первым в мире преодолел порог в 1 трлн. оп./с с результатом 1,08 Тфлопс. Через 15 месяцев Cray Research сообщила, что модель Cray T3E-900, насчитывавшая 2048 процессоров, побила рекорд японцев и достиг-ла 1,8 Тфлопс

В 1997 появились сообщения о про-екте моделирования работы ядерного оружия (ASCI) в Лос-Аламосской ла-боратории, финансируемом мини-стерством энергетики США. Комплекс ASCI Red из 9632 процессоров Pentium Pro, созданный Intel, показал производительность сначала 1,8 Тфлопс, а затем 3,2 Тфлопс.

2002, ASCI White. Суперкомпьютер с 8172 процессорами, скорость 7.3 Tfops. Старейшая американская компьютерная компания - "IBM" объявила о созда-нии самого мощного суперкомпьютера, в основном предназначенного для мо-делирования испытаний ядерного оружия. Гигантская машина - это, скорее, электронный организм, состоящий из 512 компьютеров, занимающий про-странство, равное двум баскетбольным площадкам и весящий, как 17 взрос-лых слонов. Суперкомпьютер способен выполнять 12 триллионов 300 милли-ардов операций в секунду - в три раза больше, чем его предшественник, зна-менитый суперкомпьютер "Deep Blue", который победил в шахматы Гарри Кас-парова.

96

Суперкомпьютер «Ломоносов» — суперкомпьютер, поставленный компа-нией «Т-Платформы» для МГУ им. М.В. Ломоносова. По со-стоянию на 2010 занял 17-е место в рейтинге TOP500 самых мощных су-перкомпьютеров.

Презентация суперкомпьютера с участием президента РФ Медведева Д. А. состоялась в МГУ 25 ноября 2009.

В нем используется 3 вида вычислительных узлов и процессоры с различной архитектурой. В качестве основных узлов, обеспечивающих свыше 90 % про-изводительности системы, используется blade-платформа T-Blade2. Предпо-лагается использовать суперкомпьютер для решения ресурсоемких вычисли-тельных задач в рамках фундаментальных научных исследований, а также для проведения научной работы в области разработки алгоритмов и про-граммного обеспечения для мощных вычислительных систем.

Стоимость создания суперкомпьютера составила 1,9 млрд. рублей. В январе 2010 года президент РФ Медведев Д. А. поручил выяснить, можно ли увели-чить его мощность в два раза, до тысячи терафлоп в секунду (Тфлоп/с). Стои-мость «апгрейда», по некоторым оценкам, сравнится со стоимостью самого суперкомпьютера — 100 млн долл.

Пиковая производительность — 420 Тфлопс.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%83%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%93%D0%A3_%D0%B8%D0%BC._%D0%9C.%D0%92._%D0%9B%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B2%D0%B0



http://ru.wikipedia.org/wiki/TOP500

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%A4

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%B4%D0%B2%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%B2,_%D0%94%D0%BC%D0%B8%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%B9_%D0%90%D0%BD%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%B4%D0%B2%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%B2,_%D0%94%D0%BC%D0%B8%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%B9_%D0%90%D0%BD%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%84%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D1%81

97

Число вычислительных узлов — 4446.

Число процессоров — 8892.

Число процессорных ядер — 35776.

Количество стоек с вычислительным оборудованием — 26.

Процессор основного типа вычислительных узлов — Intel Xeon X5570.

Оперативная память — 56576 ГБ.

Общий объем дисковой памяти вычислителя — 166400 ГБ.

Занимаемая площадь — 252 кв.м.

Энергопотребление вычислителя — 1,5 МВт.

Суперкомпьютер Cray Jaguar включает 224 162 процессорных ядра. Он по-строе на базе 6-ядерных Opteron с частотой 2,6 ГГц. Производительность Jaguar составляет 1,759 петафлоп. Второе место за IBM Roadrunner. В супер-компьютере производства IBM использованы процессоры PowerXCell 8i с час-тотой 3,2 ГГц. Эти две машины по-прежнему являются единственными супер-компьютерами, преодолевшими барьер в 1 петафлоп – квадриллион операций с плавающей точкой в секунду.

Отечественный суперкомпьютер К100. Энергопотребление у отечественно-го компьютера меньше, чем у ряда зарубежных аналогов. Российским учѐным пришлось решить сложную задачу: как оказалось, создать программное обес-печение для многоядерных процессоров - сложно, так как ядра машины "ме-шают" друг другу. Российские ученые нашли свои варианты решений, алго-ритмы, позволившие создать новый тип суперкомпьютера.

Производительность в 100 терафлопс означает выполнение 100 триллионов операций в секунду. Сравнение с хорошим бытовым компьютером, например, на базе двухъядерного процессора с тактовой частотой 2,2 ГГц, который про-изводит 17,6 миллиардов операций в секунду. Это всего 0,0176 терафлопс.

2507 терафлопса (или более 2.5 квадриллиона операций в секунду) — таков рекорд, установленный суперкомпьютером Tianhe-1A. Предыдущий наивыс-ший темп вычислений, показанный год назад американской машиной, превы-шен почти на 50%. Правда, официально новичок в рейтинг TOP500 ещѐ не включѐн.

Суперкомпьютер, чьѐ имя переводится как "Млечный Путь", спроектирован в китайском национальном университете оборонных технологий (NUDT) и рас-положен в национальном суперкомпьютерном центре в Тяньцзине (National Supercomputing Center in Tianjin). В состав суперкомпьютера входит 7168 гра-фических процессоров NVIDIA Tesla M2050 и 14336 процессоров Intel Xeon.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Intel_Xeon

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%92%D1%82

http://www.google.com/hostednews/afp/article/ALeqM5gPQuo3cYLVSdYMvsTlisTc-t_UUg?docId=CNG.bbdd6801f80cdbf0612fea94e8414607.2b1

http://www.top500.org/

98

Суперкомпьютер Tianhe-1A. (2010).

Как утверждает Nvidia, такое смешанное решение позволило поднять произво-дительность с одновременным сокращением занимаемого пространства - "ес-ли бы машина Tianhe-1A строилась только на основе центральных процессо-ров, их потребовалось бы 50 тысяч, и они заняли бы вдвое больше шкафов".

http://pressroom.nvidia.com/easyir/customrel.do?easyirid=A0D622CE9F579F09&version=live&prid=678988&releasejsp=release_157

99

2.2 Информационные технологии

2.2.1 Теоретики информационных технологий

Edsger Dijkstra (Эдсгер Дейкстра) - выдающийся представитель теоретического программирования, основатель и популяризатор парадигмы структурного программирования. Премия им. Тьюринга в 1972.

David Huffman (Давид Хаффман) - создатель алго-ритма кодирования Хаффмана (1952г.), праотец со-временных архиваторов. Сжатие без потерь реализу-ется с помощью алгоритма Хаффмана.

100

Donald Knuth (Дональд Кнут) - автор все-мирно известной издательской системы TeX, стоял у истоков теории компиляции языков программирования и формальных грамматик, анализа алгоритмов. Премия им. Тьюринга в 1974.

Richard Hamming (Ричард Хэмминг) - основы теории кодирования, ввел понятие "расстояние Хэмминга", создал методы построения кодов, корректирующих ошибки. Премия им. Тьюринга в 1968.

Jacob Ziv (Якоб Зив). Алгоритм Лемпеля — Зива (LZ), предложенный в 1977 году, основан на поиске и кодировании избыточной информации. Автор алго-ритма – Якоб Зив. Кодируются не отдельные символы, как в алгоритме Хаффмана, а последовательности символов. Через несколько лет появился усовершен-ствованный вариант алгоритма - алгоритм Лемпеля-Зива-Уэлча (LZW). Уэлч – имеет на него патент.

Claude Shannon (Клод Шеннон) - основоположник теории информации, определил количество информа-ции через энтропию, теорема о пропускной способности каналов связи, превращение криптографии в науку.

101

Edgar Codd (Эдгар Кодд) - создал и описал концепцию реляционных баз данных и реляционную алгебру (1970), для проектирования БД предложил аппарат нормализации отношений.

В начале 1990-х годов Объединенной группой экспертов в области фотогра-фии (Joint Photographic Experts Group, JPEG) был разработан стандарт сжатия неподвижных изображений JPEG. В основе алгоритма лежат дискретное пре-образование Фурье, кодирование по Хаффману и RLE употребляется. JPEG - метод сжатия для сети Интернет, а также для цифровых фотокамер.

Philip Zimmermann (Фил Циммерман) - автор системы шифрования сообщений с открытым клю-чом (PGP - Pretty Good Privacy). Схема RSA (по инициалам авторов - Ривест, Шамир и Адельман), на которой основана PGP, запатентована в 1983 г.

2.2.2 Компьютерные сети, Интернет

Ученый и администратор Ван-невар Буш (1890–1974) создал фундамент для Интернета, инициируя разработками двой-ного назначения, которые впо-следствии позволили найти источники финансирования глобальных сетевых проектов. Он же сформулировал идеи гипертекстовой разметки.

102

Джозеф Ликлайдер (Joseph Licklider). Агентство ARPA (Advanced Research Projects Agency) создало оборонную сеть ARPANET, из который вышел Ин-тернет. Сотрудник Массачусетского технологическо-го института Джозеф Ликлайдер вел работы, кото-рые привели к созданию ARPANET в 1969.

Leonard Kleinrock (Леонард Клейнрок). В 1963 в США был создан Институт инже-неров по электротехнике и радиоэлектро-нике (IEEE) - ставший впоследствии глав-ным разработчиком массовых стандартов в области локальных вычислительных сетей (ЛВС). Тогда же Леонард Клейнрок, будущий создатель Интернета и главный теоретик, защитил диссертацию по пакет-ной коммутации.

Robert Metcalfe (Роберт Меткалф). Вместе с David Boggs (Дэвид Боггс) создал первую ЛВС Ethernet в исследовательском центре PARC (Palo Alto Research Centre) фирмы Xerox, она работала со скоростью 2,944 Мбит/с и соединяла друг с другом два компьютера.

103

Robert Kahn (Роберт Кан) – автор протокола Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP — Протокол управления передачей/Межсетевой про-токол).

Scott McNealy (Скотт Макнили). Нынеш-ние лидеры компьютерных технологий свя-заны одной цепью, а точнее, одной Сетью - Интернет. Для Sun Microsystems ―сеть‖ есть ее видовой признак, сеть присутствует да-же в названии компании (SUN, Stanford University Network).

Первой полноценной поисковой системой стал проект WebCrawler появивший-ся в 1994. В 1995 появились поисковые системы Lycos и AltaVista. Последняя долгие годы была лидером в области поиска информации в Интернет.

В 1997 Сергей Брин и Ларри Пейдж создали Google в рамках исследователь-ского проекта в Стэнфордском университете. В настоящий момент Google са-мая популярная поисковая система в мире.

23 сентября 1997 была официально анонсирова-на поисковая система Yandex, самая популярная в русскоязычной части Интернет.

104

2.2.3 Языки программирования

Язык Ада разработан коллективом программистов фирмы Honeywell и ее французского филиала Cii-Bull, которым руководил Ж. Ишбиа. Язык был назван в честь дочери английского поэта Байрона Ады Лай-вейс, считающейся первой программисткой. Струк-тура Ады очень похожа на Паскаль.

Язык Алгол создан в 1958 как единый язык научного программирования. В 1968. появился язык программирования Алгол-68. Вирт и другие известные ученые выступили против нового языка. Алгол-68 оказался слишком громозд-ким и не получил признания.

Язык Фортран (Formula Translator, Fortran) – транс-лятор формул. Создан в 1954 группой разработчиков фирмы IBM под руководством Джона Бекуса. С 1977 Фортран оказался первым широко распространен-ным коммерческим языком.

105

Язык Кобол (Common Business Oriented Language, Cobol) - универсальный язык для бизнеса. Создан в 1959 как единый язык для деловых приложений. Один из создателей - Грейс Хоппер, она же автор техноло-гии подпрограмм, термина отладка (debugging – обез-жучивание появился при удалении мотылька из ком-пьютера Mark 1), затем контр-адмирал ВМС США.

Язык PL/1 (programming language one) создан в 1961 для ―Системы-360‖.Эти машины должны были удовлетворить в равной степени потребности как в аналитических вычислениях, так и в обработке данных в сфере бизнеса, и в специальных приложениях. Компьютер с такими возможностями требовал мощного языка. Был создан язык PL/1, работа над компилятором была пору-чена лаборатории фирмы IBM в Англии. Многие черты Фортрана, Кобола и Алгола нашли отражение в PL/1.

Язык Пролог (PROgramming LOGic) появился в 1972. Он был разработан Аланом Колмероером из универ-ситета в Лумини (Марсель). Он составил алгоритм формального способа интерпретации процесса логи-ческого вывода и разработал систему автоматическо-го доказательства теорем, которая была написана на Фортране. Она-то и послужила прообразом Пролога.

Язык Бейсик (Basic - Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code, Basic) - универсальный код символических инструкций для начинающих). Создан в 1975 Джоном Кемени и Томасом Кур-цем.

106

В это же время изготовитель ―Альтаира‖ фирма MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Systems) начала продавать собственную версию языка Бейсик. Ее написал первокурсник Гарвардского уни-верситета Бил Гейтс и его друг Пол Ал-лен, молодой программист фирмы ―Хо-ниуэл‖.

Язык С был разработан и реализован Д. Ритчи в 1972 в фирме Bell Labs, использовался под управлением опе-рационной системы UNIX. Он пред-ставлял собой дальнейшее развитие языка B, который в свою очередь был потомком Алгола-60.

Отдельной ветвью UNIX подобных ОС яв-ляется Linux. Именно поэтому часто гово-рят, что Linux это не совсем UNIX. История Linux началась с создания профессором Хельсинского университета Эндрю Таннен-баумом программы Minix, демонстрирующей различные возможности UNIX. Студент фа-культета вычислительной техники того же университета, Линус Торвальдс, решил на ее основе разработать эффективную вер-сию UNIX для платформы IBM PC, которую он назвал Linux.

107

Язык С++. Для расширения возмож-ностей языка С на его основе был создан объектно-ориентированный язык С++, который вначале называли "С с классами". Бьерн Страуструп дополнил язык С концепцией классов, основанной на фреймах и объектных механизмах Симулы.

Язык Паскаль создан в 1970 Н. Виртом, назван в честь французского фило-софа и математика Блеза Паскаля. Паскаль послужил основой для разработки других языков программирования, таких как Ада и Модула-2. В настоящее время язык имеет имя Delphi.

Язык Modula-2 создан Н. Виртом в 1979 и впервые реализован на мини-ЭВМ PDP-11. В Модуле-2 были устранены недостатки языка Паскаль.

Язык Оберон создан в 1987 Н.Виртом, автором языков Паскаль и Модула-2. Язык носит имя спутника планеты Уран. Оберон отличается от Модулы-2 отсутствием необязатель-ных конструкций. Оберон -- это самый простой универ-сальный язык. В 1992 бы-ли приняты расширения языка Оберон, предложен-ные Ханспетером Мѐссен-бѐком.

108

Языки ООП. Алан Кей создал язык SmallTalk, он предложил знаменитый термин «Объектно-ориентированное программирование» (ООП). Заложен-ные в SmallTalk идеи ООП и по сей день остались непревзойденными ни в каких других языках и системах.

Язык С# (произносится "си шарп") представляет собой язык программирова-ния более высокого уровня, чем язык С++ и может рассматриваться как его дальнейшее усовершенствование.

109

Язык Python. Все началось в 1990, когда сотрудник голландского инсти-тута CWI, тогда еще мало кому из-вестный Гвидо ван Россум участво-вал в проекте создания языка ABC. Язык был предназначен для замены языка BASIC, для обучения студентов основным концепциям программиро-вания. Как-то Гвидо надоело зани-маться этим на работе, он пошел домой и в течение пары воскресений на своем домашнем Макинтоше на-писал интерпретатор другого просто-го языка; он, конечно, позаимствовал некоторое количество идей из ABC. Гвидо стал его распространять через Интернет.

2.2.4 Языки программирования для Интернета

Пионерами гипертекста по праву признаются Ванневар Буш, вы-двинувший концепцию системы Memex в 40-е годы, а также Да-глас Энгельбарт и Теодор Нель-сон, работавшие над этой техно-логией в 60-е. Сам термин «ги-пертекст» придумал Тед Нельсон в 1965.

110

Язык HTML (Hupertext Markup Lan-gauge - язык разметки гипертекста, основной формат Web-документов) разработал Tim Berners-Lee (Тим Бернс-Ли) в 1989г. Он же автор идеологии гиперссылок и переходов без единой центральной базы дан-ных.

Брайан Белендорф был первым раз-работчиком Apache Web Server и одним из основателей Apache Group. В феврале 1995 года этот проект получил название – Apache, и весь код исходного сервера NCSA был переписан и повторно оптимизиро-ван. Уникальность Apache была в его расширяемости. Apache был и оста-ется самым популярным веб-сервером в Интернете.

Язык Java. С 1990 команда программистов под руководством Джеймса Гос-линга разрабатывала язык для простых сетевых устройств с кодовым назва-нием Oak(дуб), в честь дерева, росшего под окном Гослинга. В 1994 г. из него был создан язык Java (единственное разумное объяснение названию - любовь программистов к кофе марки Java). В узком смысле слова Java – это объектно-ориентированный язык, напоминающий C++, но более простой для освоения и использования.

111

В более широком смысле Java – это технология программирова-ния, рассчитанная на интеграцию с Web-сервисом, полностью неза-висимая от платформы. Про-грамма, написанная языке высо-кого уровня, запускается на сер-вере. Там код Java транслируется в очень короткий код на промежу-точном языке. Через Интернет он передается клиенту, где исполня-ется путем интерпретации на виртуальной машине Java для конкретной платформы.

Язык PHP разработал Расмус Лердорф (Rasmus Lerdorf) в 1994. Это работающий на стороне сервера встроенный язык web сцена-риев. С позиций грамматики и синтаксиса PHP напоминает язык программирования C, хотя разработчики включили в него некоторые весьма полезные средства из других языков программирования, в том числе из Perl, Java и C++.

Язык XML. В 1978 в комитете по обработке ин-формации Американского национального инсти-тута стандартов (ANSI) создано подразделение (руководитель - Чарльз Голдфарб) по формиро-ванию стандарта на мощный язык разметки до-кументов, который получил название SGML (Standard General Markup Language). В конце 90-х годов быстро набрал популярность новый язык разметки – XML, который представляет собой упрощенный вариант SGML. Его создал Тим Брей.

112

Язык Perl. Perl — высокоуровневый интерпре-тируемый динамический язык программиро-вания общего назначения, созданный Ларри Уоллом (Larry Wall), лингвистом по образова-нию. Название языка представляет собой аббревиатуру, которая расшифровывается как Practical Extraction and Report Language «практический язык для извлечения данных и составления отчѐтов». Первоначально аб-бревиатура состояла из пяти символов и в таком виде в точности совпадала с англий-ским словом pearl, жемчужина. Но затем ста-ло известно, что такой язык существует и букву «а» убрали.

Талисманом языка Perl является верблюд — не слишком красивое, но очень выносливое животное, способное выполнять тяжѐлую работу.

Язык JavaScript. Это объектно-ориентированный скриптовый язык программи-рования. JavaScript обычно используется как встраиваемый язык для про-граммного доступа к объектам приложений. Наиболее широкое применение находит в браузерах как язык сценариев для придания интерактивности веб-страницам..

На JavaScript оказали влияние многие языки, при разработке была цель сде-лать язык похожим на Java, но при этом лѐгким для использования не-программистами. Языком JavaScript не владеет какая-либо компания или организация, что отличает его от ряда языков программирования, исполь-зуемых в веб-разработке. Его создал Брендан Эйч.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AF%D0%B7%D1%8B%D0%BA_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F


http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BE%D0%BB%D0%BB,_%D0%9B%D0%B0%D1%80%D1%80%D0%B8



http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B1%D0%B1%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%80%D0%B1%D0%BB%D1%8E%D0%B4

http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%92%D1%8B%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C&action=edit&redlink=1

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B1%D1%8A%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BD%D0%BE-%D0%BE%D1%80%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%8F%D0%B7%D1%8B%D0%BA_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BF%D1%82%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D1%8F%D0%B7%D1%8B%D0%BA



http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B0

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%80%D0%B0%D1%83%D0%B7%D0%B5%D1%80

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D0%B1-%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D0%B1-%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0

http://ru.wiktionary.org/wiki/%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C-%D0%BD%D0%B5%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%81%D1%82

http://ru.wiktionary.org/wiki/%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C-%D0%BD%D0%B5%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%81%D1%82

113

Язык UML.(англ. Unified Modeling Language — унифицированный язык моделирования) — язык графическо-го описания для объектного модели-рования в области разработки про-граммного обеспечения. UML являет-ся языком широкого профиля, это открытый стандарт, использующий графические обозначения для созда-ния абстрактной модели системы, называемой UML-моделью. UML был создан для определения, визуализа-ции, проектирования и документиро-вания в основном программных сис-тем. Его создал Гради Буч.

2.2.5 Свободное ПО

Ричард Столлман, известный программист. Он автор идеи свободного ПО. Среди программ, автором которых он является, GNU Emacs, Коллекция ком-пиляторов GNU (GCC) и Отладчик GNU (GDB).

С середины 1990-х Столлман стал программировать значительно меньше, посвятив себя распространению идей свободного ПО. Он ведѐт скромный об-раз жизни странствующего «проповедника» и «философа» движения свобод-ных программ.

На протяжении многих лет Столлман борется за чисто-ту и точность своей терми-нологии. Проблема услож-нена в английском языке тем, что «свободное» и «бесплатное» обозначаются одним и тем же словом «free».


http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9E%D0%B1%D1%8A%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5&action=edit&redlink=1

http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9E%D0%B1%D1%8A%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5&action=edit&redlink=1

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D1%81%D0%BF%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D1%81%D0%BF%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%82%D0%BA%D1%80%D1%8B%D1%82%D1%8B%D0%B9_%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%82

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B1%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0

114

В настоящее время (в том числе с поддержки коммерческих компаний) более распространѐнным стало альтернативное наименование «Open Source» («от-крытые исходники»), хотя такое ПО обычно является также свободным.

2.3 Технические средства

2.3.1 Память

Перфокарта (перфорированная карта) — носитель информации, предназна-ченный для использования системами автоматической обработки данных. Сделанная из тонкого картона, перфокарта представляет информацию нали-чием или отсутствием отверстий в определѐнных позициях карты. Компьюте-ры первого поколения использовали перфокарты в качестве основного носи-теля данных.

Перфолента (перфорированная лента) — устаревший носитель информации в виде бумажной ленты с отверстиями. Благодаря простоте устройств вво-да/вывода, перфоленты получили распространение в компьютерной технике.

115

Дисковые накопители.

Alan Shugart (Алан Шугарт) в конце 60-х годов изобрел накопитель на гибких дисках. В 1956 он представил первый в мире накопи-тель на основе жесткого магнитного диска (НЖМД). В 1976 его фирма Shugart Associates представила дисковод для миниатюрных (mini-floppy) гибких дисков на 5,25 дюйма, который стал стандартом, используемым в персональных компьютерах, быстро вытеснив дисководы для дисков диаметром 8 дюймов. Он - создатель легендарной Seagate (в 1979), сейчас это ведущий производитель НЖД.

Дискеты. В 1983 фирма Sony впервые представила компьютерному сообществу накопитель и дискету диаметром 3,5 дюйма. В 1984 году фирма Hewlett-Packard впервые использовала в своем компьютере HP-150 этот накопитель. В этом же году фирма Apple стала использовать накопители 3,5 дюйма в компьютерах Macintosh, а в 1986 этот накопитель появился в компьютерных системах фирмы IBM.

Жѐсткий диск (hard disk drive, HDD, другие названия: винчестер, накопитель на жѐстких магнитных дисках — НЖМД) — устройство для хранения информа-ции. В отличие от «гибкого» диска информация записывается на жѐсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря тонкой прослойке воздуха, образуемой при быстром вра-щении дисков.

116

Своѐ второе название — «винчестер» — жѐсткий диск получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 выпустила жѐсткий диск модели с названием «30-30», что оз-начало два модуля по 30 Мб каждый. Kenneth E. Haughton, руководитель проекта, по созвучию с обозначением винтовки «30-30» компании «Winchester» предложил на-звать этот диск «винчестером».

Стриммер — запоминающее устройство на магнитной ленте, по принципу действия это обычный магнитофон.

Компакт-диск («CD», «CD-ROM», «КД ПЗУ») — оптический носитель информации в виде диска с отверстием в центре, ин-формация с которого считывается с помо-щью лазера.

Флэш-память — разновидность твердотельной полупроводниковой энергоне-зависимой перезаписываемой памяти. Флэш-память может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 000). Преимуществом флэш-памяти над обычной явля-ется еѐ энергонезависимость — при выключении энергии содержимое памяти сохраняется.

117

Преимуществом флэш-памяти над жѐсткими дисками является отсутствие движущихся час-тей. Поэтому флэш-память более компактна, дешева (с учѐтом стоимости устройств чтения-записи) и обеспечивает более быстрый доступ.

В 1987 г. Паттерсон, Гибсон и Катц из Калифорнийского университета описали дисковые массивы RAID, в которых несколько небольших и недорогих дисков объединены в массив, по производительности не уступающий одному боль-шому диску (Single Large Expensive Drive, SLED), применяемому с компьюте-рами типа мэйнфрейм.

Rambus DRAM DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM = синхронная динамическая память с уд-военной скоростью). Технология увидела свет в 1995 г. в графических рабочих станциях. Ее ключе-выми элементами являются ячейки Rambus.

2.3.2 Принтеры и сканеры

Первый принтер, получивший название UNIPRINTER, был создан в 1953г. для компьютера UNIVAC. По принципу действия напоминал печатную машинку.

118

Матричные принтеры. Его механизм был изобретѐн в 1964г. компанией Seiko Epson. Изображение формиру-ется печатной головкой, которая со-стоит из набора иголок (игольчатая матрица). Иголки ударяют по бумаге через красящую ленту, головка пере-двигается построчно вдоль листа.

Струйные принтеры. Первый работающий принтер по этой технологии появил-ся в 1976г. - это был принтер от компании IBM.

Принцип их действия похож на матричные принте-ры тем, что изображение на носителе формирует-ся из точек. Вместо головки с иголками в струйных принтерах используется картридж с чернилами, на дне которого есть небольшие отверстия — сопла. Дальше различие идѐт в строении картриджа, су-ществует три метода выталкивания жидкости из него.

Технология лазерной печати берет начало от изобретения Честером Карлсоном (Chester Carlson) электрофотографии. Оно было зарегистрировано в 1938 г. и позже термин элек-трофотография был изменен на ксерографию ("сухую за-пись").

В те далекие годы главные перспективы применения принципа ксерографии виделись именно в сфере копирования, а не печати и занималась ими Xerox Corporation. Первый лазерный принтер был создан ими же. В 1971 г. Гарри Старкуезер (Gary Starkweather) изменил способ нанесения изображения на

119

слой фотопроводника с обычного светового на лазерный. Этот прототип и стал первым лазерным печатающим устройством.

Чуть отстал от Rank Xerox другой лидер вычислительной индустрии – компа-ния IBM, но именно она в 1975 г. первой освоила серийный выпуск лазерных принтеров. Поначалу лазерные принтеры были большими и крайне дорогими агрегатами, но печатали очень быстро и с приличным качеством. Например, Xerox 9700 имел производительность 120 стр./мин, и в 1977 г. его можно было приобрести за 350 тыс. долл. Тогда применение лазера в настольной изда-тельской системе казалось событием далеким, если вообще возможным.

Шаг через невозможное совершила компания Canon, выпустив в 1983 г. недо-рогой лазерный принтер LBP-8/CX с разрешением 300 х300 точек на дюйм и сменным картриджем. Этот аппарат стал реальной альтернативой матричным принтерам. Сделав новые принтеры совместимыми с большинством ПК, Hewlett-Packard установила стандарт для рынка принтеров. Продажи LaserJet взлетели как ракета, и он стал самым успешным единичным продуктом Hewlett-Packard.

Ключевыми факторами раннего достижения успеха принтерами LaserJet стало то, что они были тихи-ми и быстрыми, позволяли осуществлять качест-венную печать и обладали полными функциональ-ными графическими возможностями. Еще через год появилась модель, способная печатать с двух сторон листа, – LaserJet IID.

Родоначальником персональных лазерных устройств стал в 1989 г. принтер LaserJet IIP. Он был в два раза меньше классического "лазера" HP и вдвое дешевле предыдущих моделей, но обладал таким же качеством печати, на-дежностью, шрифтами и графическими возможностями, что и его предшест-венники. Наступила эпоха персональной лазерной печати.

Следующим существенным шагом эволюции стал появившийся в 1990 г. LaserJet III. В нем была применена технология улучшения разрешения (REt), благодаря которой повысилась четкость отпечатков. Кроме того, именно с этой модели началось использование языка HP PCL 5..000

120

В 2003 г. HP отпраздновала продажу 75-миллионного лазерного принтера – как утверждает компания, это больше, чем произвели все ее конку-ренты вместе взятые.

Сканер (scanner) — устройство, кото-рое, анализируя какой-либо объект, создаѐт цифровую копию изображе-ния объекта.

2.3.3 Новые технологии

В 1998 во главе новой ком-пании Matrix Semiconductor, которая занялась созданием трехмерных (3D) полупро-водниковых устройств, встали два профессора Стэнфордского университе-та – Марк Джонсон и Томас Ли. Их научные интересы были сосредоточены на микросхемах как проводной, так и беспроводной связи в гигагерцевом диапазоне. На иллюстрации: пример схемы трѐхмерного чипа. Синим цветом показаны устройст-ва, жѐлтым - проводники

121

В июне 2001 Intel создала самые быстродействующие в мире транзисторы, которые почти в 1000 раз производительнее транзисторов в Pentium 4. Новые транзисторы имеют размер всего в 0.02 микрона, а у некоторых из них (с ок-сидной пленкой затвора) толщина составляет всего три атомарных слоя. Но-вые транзисторы будут использоваться в процессорах Intel, изготовленных по технологии 45 нм. (0.045 микрон). Intel планирует к 2007 году создать процес-соры с тактовой частотой в 20 ГГц.

В 2002 в Японии был представлен транзистор Tri-Gate с трехмерной структурой. В Tri-Gate использованы элементы технологии TeraHertz, кото-рая позволяет создавать транзисторы, работающие на частотах переключе-ния порядка терагерц.

Компания IBM развивает технологию нанотрубок. Это новая разработка в об-ласти интеграции микросхем. Углеродные нанотрубки, в 100000 раз меньшие человеческого волоса и представляющие собой циклические структуры, обод которых составляют атомы в числе около десяти. Технология перспективна и реально реализуема.

В транзисторе нанотрубки закрепляются на кремние-вой подложке, а под ними на расстоянии примерно 120 нм располагается уг-леродный субстрат. Малое расстояние между сосед-ними подложками вместе с ничтожными размерами нанотрубок позволяют дос-тичь скоростей записи – чтения порядка половины наносекунды.

122

Энергонезависимая оперативная память NRAM (Nanotube-based Random Access Memory) на основе углеродных нанотрубок. Создается американской компанией Nantero.

Эта память будет сочетать в себе лучшие качества запоминающих устройств – дешевизну (DRAM) и энергонезависимость (флэш-память), а также будет обладать высокой стойкостью к воздействию температуры и магнитных полей. Само устройство состоит из двух кремниевых подложек, на которых особым образом размещены масси-вы нанотрубок.

Фотонная технология. Исследования в данной области велись еще в 80-х го-дах Сэдживом Джоном (Sadjeev John). Он изучал явление локализации свето-вых волн, возможность которой сам и доказал. Перспектива открытия в том, что место электронов в новой технологии займут фотоны.

Биокомпьютеры для хранения и обработки данных будут использовать моле-кулы ДНК. Исследования в этой области проводит Леонард Эдлмен из Уни-верситета Южной Калифорнии. Его цель – создание мощных вычислительных систем на основе ДНК. Вычислительные устройства на основе ДНК хранят данные с плотностью, в триллионы раз превышающей показатели оптических дисков. И наконец, ДНК-компьютеры имеют исключительно низкое энергопо-требление.

123

Еще одним интересным направлением является создание клеточных компью-теров. Для этой цели идеально подошли бы бактерии, если бы в их геном уда-лось включить некую логическую схему, которая могла бы активизироваться в присутствии определенного вещества. Такие компьютеры очень дешевы в производстве.

Дисплеи на базе авто-электронной эмиссии (Field Emisson Display, FED). FED-панель для каждого пиксела имеет свой электрод, благодаря чему толщина панели не превышает нескольких миллиметров. В 2004 аль-янс Canon и Toshiba пред-ставил первый прототип SED-дисплея с диагона-лью 36 дюймов.

Новая технология для создания плоских экранов CNT-FED в качестве катодов в FED-панелях использует углеродные нанотрубки CNT (Carbon NanoTubes). У дисплеев на базе CNT-FED значительно больше время жизни. Стоимость дис-плеев с 30-дюймовым экраном обещала стать на 30% ниже стоимости самого дешевого ЖК-монитора такой же диагонали.

124

23 января 2002 компания Hewlett-Packard и Калифорнийский университет UCLA объявили о том, что ими получен патент США на технологию создания сложных логических микросхем молекулярного уровня, производство которых будет простым и дешевым.

Изобретение HP и UCLA предлагает ис-пользовать простую решетку, состоящую из двух взаимно перпендикулярных групп параллельных проводников. Каждый про-водник имеет ширину 6-10 атомов и высоту 2 атома. В узлах пересечений находятся молекулы, состояние (и проводимость) которых может меняться в зависимости от приложенного напряжения. Такая молеку-ла представляет собой аналог транзисто-ра. За это изобретение коллектив был удостоен Фейнмановского приза в области нанотехнологий.

3 История телекоммуникаций

3.1 Истоки телекоммуникаций

3.1.1 Первые устройства электрической связи

Первый электромагнитный телеграф создал российский учѐный Павел Льво-вич Шиллинг в 1832 году. Публичная демонстрация работы аппарата состоя-лась на квартире Шиллинга 21 октября 1832 года. Павел Шиллинг также раз-работал оригинальный код, в котором каждой букве алфавита соответствова-ла определѐнная комбинация символов, которая могла проявляться чѐрными и белыми кружками на телеграфном аппарате. Впоследствии электромагнит-ный телеграф был построен в Германии — Карлом Гауссом и Вильгельмом Вебером (1833), в Великобритании — Куком и Уитстоном (1837), а в США элек-тромагнитный телеграф запатентован С. Морзе в 1837 году. Телеграфные аппараты Шиллинга, Гаусса-Вебера, Кука-Уитстона относятся к электро-магнитным аппаратам стрелочного типа, в то время как аппарат Морзе являл-ся электро-механическим. Большой заслугой Морзе является изобретение телеграфного кода, где буквы алфавита были представлены комбинацией точек и тире (код Морзе). Коммерческая эксплуатация электрического теле-

125

графа впервые была начата в Лондоне в 1837 году. В России работы П. Л. Шиллинга продолжил Б. С. Якоби, построивший в 1839 году пишущий теле-графный аппарат, а позднее, в 1850 году, — буквопечатающий телеграфный аппарат.

Павел Львович Шиллинг (Шиллинг-Канштадт, von Schilling-Canstadt) (5 (16) апреля 1786, Таллин — 25 июля (6 августа) 1837, Петербург) — Российский учѐный-электротехник и востоковед. Барон.

Служил в Министерстве иностранных дел, установил 21 октября 1832 года в Санкт-Петербурге первый в истории электромагнитный телеграф. Прибор, созданный Шиллингом, имел стрелочную индикацию передаваемых по элек-трическим проводам сигналов, которые легко расшифровывались в буквы оператором приѐмного телеграфного аппарата, согласно разработанной Шил-лингом специальной таблице кодов. [3] (Википедия)

Создатель первого телефона Белл А.Г.

14 февраля 1876 года американец шотландского происхождения Александр Грехам Белл подал в Бюро патентов США заявку на изобретенный им аппарат, который он назвал телефоном. Всего двумя часами позже подобную же заявку сделал другой американец по фамилии Грей.

В 1876 году Александр Белл демонстрировал свой аппарат на Филадельфий-ской всемирной выставке. В стенах выставочного павильона впервые прозву-чало слово телефон - так отрекомендовал изобретатель свой "говорящий те-леграф". К изумлению жюри из рупора этой штуковины послышался монолог Принца Датского "Быть или не быть? ", исполняемый в это же самое время, но в другом помещении, самим изобретателем, мистером Беллом. [4] (Википедия)

126

Модель телефона Александра Грехема Белла

Первый телефон, созданный Alexander Graham Bell (Александром Грехемом Беллом) представлял собой устройство, через которое звуки речи человека передавались при помощи электричества (1875 год).

Первый телефон Александра Белла

2 июня 1875 года, Александр Грехем Белл, экспериментируя со своей техни-кой, которую он назвал "гармонический телеграф" обнаружил, что он может ус-лышать звук по проводу. Это был звук часов.

Самый большой успех Белла был дос-тигнут 10 марта 1876 года. В это время на только родился телефон, но и умер «многократный телеграф». Потенциал коммуникаций, заключѐнный в демонст-рации того, что можно было поговорить благодаря электричеству, сильно отли-чался от того, что мог предложить теле-граф с его системой передачи информа-ции при помощи точек и тире.

127

10 марта 1876 года произошло великое изобретение, благодаря стараниям Александра Грехема Белла. В этот знаменательный день ему удалось провес-ти успешный эксперимент с телефоном. Разговаривая с помощью трубки со своим помощником, Томасом Уотсоном, который находился в соседней комна-те, Белл произнес слова, которые сегодня известны всем "Mr. Watson -- come here -- I want to see you" (Мистер Уотсон – идите сюда - я хочу видеть Вас).

Изобретение радио

Впервые Александр Степанович Попов публично продемонстрировал своѐ изобретение 25 апреля (7 мая) 1895 г. на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в физической лаборатории Петербург-ского университета. Этот день в нашей стране ежегодно отмечается как День Радио.

24 марта 1896 г. Попов, включив в цепь реле приемника аппарат Морзе, передал первую в мире радиограмму с записью на телеграфную ленту. Это произошло на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества. Приемная установка размещалась в физическом ка-бинете Петербургского университета, а отправительная станция — в здании хими-ческой лаборатории на расстоянии 250 м. Знаки азбуки Морзе, передаваемые по-мощником Попова П. Н. Рыбкиным, «были ясно слышны», а председатель РФХО профессор Ф. Ф. Петрушевский записывал их мелом на доске. Вскоре все присутство-вавшие увидели два слова – Heinrich Herz, а Александру Степановичу была устроена овация.

В 1898-99 Попов продолжает экспериментальные работы на Балтий-ском и Черном морях, в ходе которых разрабатывает устройство для приема телеграфных сигналов на слух. В 1900 устанавливается радиосвязь уже на 50 км, после чего Морское министерство вводит беспроволочный телеграф на судах флота.

128

В июне 1896 итальянец Г. Маркони запатентовал в Англии изобретение, по-вторявшее схему ранее обнародованного в публикации Попова устройства. Этот факт побудил русского ученого выступить со специальными заявлениями о своем приоритете в отечественной и зарубежной печати. Заслуги Попова в изобретении радио были отмечены присуждением ему золотой медали на Парижском Электротехническом Конгрессе в 1900.

Вклад Г. Маркони по справедливости был отмечен Нобелевской премией по физике 1909 г., одновременно присужденной ему и немецкому физику Ф. Брауну "за работы по созданию беспроволочного телеграфа" [12]. Заметим, что кандидатура А. С. Попова не могла рассматриваться на эту награду в 1909 г., так как Нобелевские премии посмертно не присуждаются.

3.1.2 Основы теории связи

Первые теоретические исследования в области связи сформировали важней-

шие и общепринятые сегодня понятия, касающиеся спектров сигналов. Впер-

вые существование боковых полос частот в спектре амплитудно-

модулированных (AM) колебаний установил в 1916 году русский учѐный, а

впоследствии советский академик М. В. Шулейкин.

Концепция спектра колебаний, излучаемых в эфир, в течение почти пятнадца-ти лет вызывала ожесточѐнные дискуссии между учѐными. Противником еѐ использования был, в частности, такой крупный специалист в области радио-связи, как изобретатель вакуумного диода Дж. А. Флеминг. Значительный вклад в утверждение этой концепции сделал известный американский учѐный Дж. Р. Карсон, впервые определивший и исследовавший спектр ЧМ сигналов. Советские учѐные академик Л. И. Мандельштам и член-корреспондент АН СССР С. М. Рытов дали чѐткую и физически ясную трактовку основных поня-тий спектрального анализа и способствовали их внедрению в обиходный ин-женерный язык.

129

Поскольку в электросвязи используются сигналы с огра-ниченным спектром, для их адекватного математического представления во временной области было введено важ-ное понятие аналитического сигнала (АС), основанного на использовании преобразования Гильберта.

Д. Гильберт

Широкое использование АС в теории связи началось с 1962 года, после работ американского учѐного Е. Бедросяна. Однако впервые АС был введен в тео-рию модуляции в 1951 году советским учѐным И. С. Тетельбаумом, предло-жившим оптимальную амплитудно-фазовую модуляцию.

Советским учѐным Д. Е. Вакманом было дано определение амплитуды, фазы

и частоты АС и было показано, как можно создать соответствующие устройст-

ва, выделяющие эти составляющие из широкополосного низкочастотного сиг-

нала. Такие устройства находят применение в измерительной технике. Совет-

ские учѐные Л. М. Финк и В. И. Коржик обобщили понятие АС на случай, когда

передаваемый по каналу сигнал имеет конечную длительность.

Одним из важнейших результатов теории сиг-налов является теорема отсчѐтов, которая в России носит имя Котельникова, а в США - Найквиста - Шеннона. В.А.Котельников

Эта теорема определяет, что любая функция, имеющая

спектр, ограниченный частотой вF , однозначно опреде-

ляется мгновенными значениями, взятыми через интер-валы времени, кратные

в1 2F . Данная теорема, установленная в 1932 году,

лежит в основе многих идей, на основе которых, начи-ная с 40-х годов XX века, стали создаваться импульсные и цифровые системы связи.

Р.Найквист

130

Теореме отсчѐтов посвящены сотни работ, в которых были сделаны еѐ обоб-щения на следующие случаи:

для многомерных функций (случай, характерный, например, для те-левизионных сигналов);

для функций, отсчѐты которых берутся в произвольные моменты времени;

для функций, у которых берутся отсчѐты как самой функции, так и еѐ производной;

для стохастических функций и т. п.

Значительный вклад в обобщение теоремы отсчѐтов внесли советские и аме-риканские учѐные (СССР - Д. В. Агеев, Н. К. Игнатьев, А. А. Харкевич, Я. Г. Хургин и В. П. Яковлев; США - А. Популис, Д. А. Линден и Н. М. Абрамсон, Д. Миддлтон, А. В. Балакришнан и др.).

3.2 Теория, обгоняющая практику

3.2.1 Статистическая радиотехника

Современная теория связи базируется на математическом аппарате теории вероятностей и случайных процессов. Специфика задач радиотехники приве-ла к разработке статистической радиотехники - методов решения специфиче-ских вероятностных задач, связанных с обработкой сигналов в устройствах связи.

Развитие в годы Второй мировой войны радиолокации и необходимость в мак-симальной степени повысить чувствительность локационных приѐмников, ра-ботающих в условиях действия случайных шумов, стимулировали теоретиче-ские исследования, связанные с обработкой случайных сигналов в приѐмных устройствах, содержащих как линейные фильтры, так и нелинейные элемен-ты, такие как детекторы, частотные дискриминаторы, ограничители и т. д. Первое фундаментальное исследование, которое положило начало широкому применению статистических методов к разнообразным проблемам обработки сигналов в присутствии случайных шумов, было опубликовано в 1944 году одним из крупнейших и разностороннейших американских учѐных С. О. Рай-сом.

Статистическая радиотехника интенсивно развивалась многими учѐными. Ос-новные еѐ результаты были получены в течение двадцати лет после публика-

131

ции работы Райса. Пользуясь разработанным математическим аппаратом, современный инженер может исследовать самые сложные алгоритмы обра-ботки как аналоговых, так и цифровых сигналов и расчѐтным путем опреде-лить качество приѐма. Это даѐт мощное средство для проектирования совре-менных систем.

Значительный вклад в развитие статистической радиотехники внесли совет-ские и американские учѐные (СССР - В. И. Бунимович, Р. Л. Стратонович, Б. Р. Левин, B. C. Пугачев, В. И. Тихонов; США - Д. Миддлтон, Дж. Ф. Баррет, А. Дж. Зигерт и др.).

Апофеозом исследований в области теории связи, выполненных до 40-х годов, стали созданные в середине 40-х годов теория потенциальной помехоустой-чивости Котельникова и теория информации Шеннона.

3.2.2 Теория потенциальной помехоустойчивости

Многочисленные исследования различных методов передачи и приѐма сигна-лов начали проводиться с середины 30-х годов. Членом-корреспондентом Академии наук СССР В. И. Сифоровым выполнены фундаментальные иссле-дования разных методов передачи цифровых сигналов с амплитудной, фазо-вой и частотной манипуляцией; американскими и советскими учѐными иссле-дована помехоустойчивость систем приѐма ЧМ сигналов; В. И. Сифоровым определена помехоустойчивость оптимального приѐма импульсных сигналов.

Весьма значительное влияние на развитие теории связи оказали работы вы-дающихся математиков XX века А. Н. Колмогорова и Н. Винера, которые раз-работали теорию экстраполяции, интерполяции и сглаживания случайных процессов. Результаты этой теории сегодня составляют основу оптимальных методов обработки принимаемых сигналов в системах связи.

В 1947 году знаменитым советским учѐным академиком В. А. Котельниковым была разработана фундаментальная теория потенциальной помехоустойчи-вости. Эта теория дала инженерам инструмент для синтеза оптимальных уст-ройств обработки принимаемых сигналов на фоне шумов и помех, на еѐ осно-ве были разработаны методы оценки качества приѐма аналоговых и цифро-вых сигналов в различных каналах связи. С возникновением этой теории поя-вилась возможность создания оптимальных систем связи на твѐрдом теорети-ческом основании, а не на неопределѐнных интуитивных представлениях, как это было до еѐ создания. Идеи этой теории служили руководством при созда-

132

нии многих современных систем связи. Ряд таких систем упоминается ниже в соответствующих разделах.

Независимо в это же время к этим идеям пришли также американские и анг-лийские учѐные А. Дж. Зигерт, М. Вудворт, И. Л. Дейвис и Д. Миддлтон, кото-рые внесли оригинальный и весьма значительный вклад в развитие этой тео-рии и способствовали еѐ широкому распространению среди специалистов.

В ранних работах данная теория применялась для синтеза и анализа систем, работающих в канале связи без замираний. Однако в большинстве радиокана-лов имеет место многолучевое распространение радиоволн, обуславливаю-щее замирания уровня сигналов в месте приѐма. В последующие годы разви-тие теории происходило по следующим направлениям:

теория приѐма дискретных сигналов в каналах с замираниями и мно-голучевостью;

теория приѐма сигналов с аналоговой модуляцией, когда в месте приѐма оценке подлежит не информационный параметр, а информа-ционный процесс;

марковская теория оптимального приѐма сигналов.

Сразу после создания теории потенциальной помехоустойчивости были вы-полнены многочисленные исследования вопросов приѐма цифровых сигналов в каналах с многолучевым характером распространения радиоволн. Была определена помехоустойчивость приѐма для всех известных методов переда-чи сигналов по таким каналам, найдены оптимальные методы разнесѐнного приѐма сигналов, открыта возможность создания широкополосных систем связи, в которых замирания сигналов устраняются путем разделения на приѐ-ме отдельных лучей. Все упомянутые достижения теории находили практиче-ское применение в разработках многих цифровых систем связи, создаваемых для работы в каналах с многолучевым распространением радиоволн и зами-раниями сигналов.

Наиболее значительный вклад в эти исследования в 1954-1975 годах внесли советские и американские учѐные.

В области приѐма аналоговых сигналов было развито два направления: гаус-совская и марковская теории оптимальной нелинейной фильтрации (демоду-ляции) сообщений.

133

В первом из них математической моделью сообщений служили случайные гауссовские процессы с заданным спектром. Первое исследование в данном направлении была выполнено в 1953 году в США Ф. В. Леганом и Р. Дж. Пар-ксом. В СССР несколько позже подобные исследования опубликовали И. А. Большаков и В. Г. Репин. На основе гауссовской теории оптимальной демоду-ляции были синтезированы оптимальные демодуляторы для разных методов модуляции и определена их потенциальная помехоустойчивость.

Второе важное направление теории оптимальной демодуляции основывалось на описании информационных сообщений с помощью марковских случайных процессов. Это направление было открыто в 1960 году одним из крупнейших советских теоретиков в области статистической радиотехники Р. Л. Стратоно-вичем, учѐными США Р. Е. Калманом и Р. Бьюси, рассмотревшими случай оптимальной линейной фильтрации сообщений, и Г. Дж. Кушнером, исследо-вавшим проблемы нелинейной фильтрации. В последующие годы оно получи-ло серьѐзное развитие и применение ко многим практическим проблемам.

Результаты, полученные на основе теории оптимальной демодуляции, в по-следующие годы использовались для синтеза различных демодуляторов ана-логовых сигналов. В конце 60-х годов значительный практический интерес представляло создание оптимальных демодуляторов ЧМ сигналов с низким порогом, обеспечивающих высокое качество приѐма при предельно низком уровне принимаемого сигнала. Такие демодуляторы применялись в спутнико-вых и тропосферных системах связи. В этом направлении советскими и аме-риканскими учѐными было выполнено значительное количество теоретических и экспериментальных работ.

3.2.3 Теория информации

Основоположником теории информации является знаменитый американский учѐный Клод Шеннон. Опубликованная им в 1948 году работа "Математиче-ская теория связи" содержала огромное число совершенно неожиданных и плодотворных идей, развитием которых в последующие годы занимались ты-сячи учѐных многих стран. Шеннон ввѐл понятие информации, содержащейся в подлежащих передаче по каналу связи сообщениях, обобщив идеи Хартли. Этот американский учѐный в 1928 году предложил в качестве меры информа-ции I, содержащейся в М сообщениях, использовать логарифмическую функ-цию I=log(M). Обобщение Шеннона состояло в том, что он впервые стал рас-сматривать статистическую структуру передаваемых сообщений и действую-щих в канале шумов и, кроме того, рассматривал не только конечные, но и

134

непрерывные множества сообщений. Созданная им теория информации даѐт ключ к решению двух основных проблем теории связи: устранение избыточно-сти источника сообщений и кодирование сообщений, передаваемых по каналу связи с шумами.

Решение первой проблемы позволяет устранить избыточность из сообщения, подлежащего передаче, и достичь высокой эффективности использования канала связи. В качестве примера достигаемой эффективности можно отме-тить, что современные, широко применяемые на практике методы устранения избыточности из сигнала телевизионного вещания (ТВ) позволяют в полосе одного аналогового ТВ канала в наземной сети вещания передавать до шести цифровых ТВ программ с коммерческим качеством.

Решение второй проблемы позволяет при заданном отношении сигнал/шум в месте приѐма, определяющем пропускную способность канала связи, пере-дать по нему сообщения со сколь угодно высокой достоверностью. Для этого необходимо использовать помехоустойчивые коды, а скорость передачи ин-формации по этому каналу должна быть меньше его пропускной способности.

В оригинальных работах Шеннона была доказана принципиальная возмож-ность решения указанных проблем, что явилось в конце 40-х годов откровени-ем для специалистов. Эта работа, как и работы в области потенциальной по-мехоустойчивости, породила целую лавину исследований, продолжающихся уже более пятидесяти лет. Советские и американские математики (СССР - А. Н. Колмогоров, А. И. Хинчин, Р. Л. Добрушин, М. С. Пинскер; США - А. Фейн-штейн, Р. Галлагер, Дж. Вольфовиц) дали строгую трактовку этой теории.

Современные цифровые системы связи создаются с учѐтом фундаменталь-ных законов передачи сообщений, установленных Шенноном. В соответствии с положениями теории информации в этих системах из сообщения, до его пе-редачи по каналу связи, устраняется избыточность, а затем оно кодируется с использованием помехоустойчивых кодов. На основе этой теории были разра-ботаны алгоритмы, позволившие значительно сократить избыточность факси-мильных, речевых и телевизионных сообщений.

Огромное количество исследований, результаты которых упомянуты в приве-денных ниже разделах, было посвящено созданию различных конструкций помехоустойчивых кодов и разработке достаточно простых методов их деко-дирования. На основании выполненных за последние полвека исследований

135

созданы Рекомендации МСЭ по применению методов кодирования источников и помехоустойчивого кодирования в современных системах цифровой связи.

3.2.4 Развитие методов модуляции и кодирова-ния

Передача сообщений по радиоканалу осуществляется путѐм изменения пара-метров несущего колебания под воздействием информационного сообщения. При передаче аналоговых сигналов эти параметры изменяются непрерывно и пропорционально их уровню; при передаче цифровых сигналов в зависимости от значений одного или нескольких информационных символов осуществляет-ся манипуляция параметров несущего колебания, то есть они принимают оп-ределенные фиксированные значения.

В первой половине XX века разрабатываются и внедряются аналоговые сис-темы радиосвязи и вещания, по которым передаются сигналы телефонии (в том числе многоканальной) и телевидения. В этих системах применяются ана-логовые методы модуляции, основанные на изменении параметров гармони-ческой несущей (амплитуды, частоты и фазы) пропорционально величине модулирующего информационного сигнала. Многоканальные системы созда-ются с использованием частотного разделения каналов. В середине 30-х го-дов, в связи с развитием импульсной техники, выдвигаются новые идеи созда-ния аналоговых многоканальных систем с импульсными видами модуляции и временным разделением каналов. Аппаратура выделения отдельных каналов в таких системах оказывается более простой по сравнению с системами, в которых используется частотное разделение каналов.

Создаются также системы связи (в основном в диапазоне ВЧ) для передачи сигналов телеграфии. В таких системах осуществляется манипуляция указан-ных выше параметров гармонического колебания.

В последние двадцать пять лет XX столетия на смену аналоговым методам передачи сообщений приходят и начинают широко внедряться цифровые ме-тоды. Цифровые системы связи в начале XXI века полностью заменят анало-говые. Эта революция в области передачи сигналов была подготовлена в 40-х годах, когда были изобретены два исключительно важных для последующего развития техники связи вида преобразования аналоговых сигналов в цифро-вую форму - импульсно-кодовая и дельта-модуляция.

136

На совершенствование цифровых методов передачи сигналов значительное влияние оказали положения теории информации, на основе которых во второй половине XX века были созданы помехоустойчивые коды и сложные многопо-зиционные сигналы. Это позволило обеспечить высокую помехоустойчивость приѐма сигналов, а также весьма эффективно использовать пропускную спо-собность канала связи.

В середине XX века в связи с проблемами военной радиосвязи рождаются идеи использования в качестве несущего колебания широкополосных сигна-лов, а не гармонических. Широкое использование таких сигналов в системах фиксированной и подвижной связи начинается в последней четверти XX века.

3.2.5 Аналоговые методы модуляции

В XX веке для передачи сигналов амплитудная (AM) и частотная (ЧМ) модуля-ции получили значительное распространение в системах радиосвязи и веща-ния. Учѐными и инженерами всего мира было сделано огромное число иссле-дований и изобретений, направленных на их совершенствование.

Изобретение ЧМ относится к первым годам XX века. Однако в течение почти тридцати лет, до работ знаменитого американского инженера Э. Х. Армстрон-га, оно не находило практического применения. Начиная с 40-х годов этот вид модуляции получил широчайшее применение в огромном числе систем связи самого различного назначения: подвижной, радиорелейной, спутниковой свя-зи, в ОВЧ-ЧМ вещании. Сотни научных и экспериментальных работ были на-правлены на исследование искажений ЧМ сигналов, возникающих в линейных цепях связных устройств, и помехоустойчивости приѐма таких сигналов.

Передачу речи с помощью AM первым, по-видимому, осуществил один из пио-неров радиотехники, американский инженер Фессенден. Модуляция осуществ-лялась путем включения микрофона, изменяющего затухание в цепи, связы-вающей передающую антенну и машинный генератор высокой частоты. Этот вид модуляции с 1920 года стал основным в звуковом радиовещании в диапа-зонах низких, средних и высоких частот (НЧ, СЧ и ВЧ) и сети аналогового AM вещания, которые уже восемьдесят лет развиваются во всех странах мира. До 40-х годов этот вид модуляции использовался не только в вещании, но также и во всех других видах радиосвязи.

Большое значение для электросвязи имело изобретение американским учѐ-ным Карсоном амплитудной модуляции с одной боковой полосой (ОБП), сде-

137

ланное в 1915 году. Этот метод модуляции позволяет весьма эффективно использовать полосу частот канала связи. Системы с ОБП широко применяют-ся до сих пор в системах многоканальной связи и в телевизионном (ТВ) веща-нии.

В середине XX века из-за чрезвычайно острой проблемы "тесноты в эфире", сохраняющейся и в настоящее время, были предприняты исследования воз-можности сокращения полосы канала, необходимой для передачи вещатель-ных сигналов. Модернизация сетей AM вещания путем их перевода на ОБП была в середине XX века практически невозможна из-за того, что это требова-ло замены огромного парка вещательных приѐмников. Поэтому значительные усилия инженеров были направлены на создание "совместимой ОБП" - нового вида модуляции, с помощью которого можно было бы, с одной стороны, в два раза уменьшить полосу частот, занимаемую каждой станцией, а с другой - сохранить неизменным существующий парк приѐмников. Такой вид модуляции был предложен в 50-х годах учѐными СССР и США. Сокращение занимаемой полосы частот в данном виде модуляции достигалось за счет дополнительной фазовой модуляции AM сигнала. Несмотря на успешные эксперименты, дан-ный вид модуляции практического применения не нашел. В 80-х годах вновь встал вопрос о сокращении в два раза полосы частот вещательных станций в диапазонах НЧ, СЧ и ВЧ. Этот вопрос исследовался в МСЭ, и его предполага-лось решить путем поэтапного внедрения до 2015 года ОБП. Однако к концу XX века стало ясно, что эпоха применения аналоговых методов передачи сиг-налов по каналам связи завершается, и для этих диапазонов частот были раз-работаны новые цифровые системы звукового вещания.

В СССР в 1939 году был изобретен еще один метод аналоговой модуляции, названный полярной модуляцией (ПМ). Суть этого метода состоит в том, что положительная полуволна несущей частоты модулируется по амплитуде од-ним сообщением, а отрицательная - другим. В СССР этот метод был выбран для создания системы стереофонического ОВЧ-ЧМ вещания. Передача сте-реосигналов осуществлялась путем модуляции методом ПМ поднесущей час-тоты 31,25 кГц от двух разнесенных в пространстве микрофонов.

3.2.6 Импульсные методы модуляции

Еще в начале XX века инженеры предпринимали поиски импульсных методов передачи непрерывных сигналов (телефонии, телевидения и т. п.). В 30-50-х годах были изобретены методы передачи сигналов с помощью амплитудно-импульсной (АИМ), широтно-импульсной (ШИМ), фазово-импульсной (ФИМ) и

138

других разновидностей импульсной модуляции. Исследования помехоустойчи-вости приѐма сигналов с разными видами импульсной модуляции были вы-полнены в 40-х и 50-х годах. На базе ФИМ и других видов импульсной модуля-ции в середине XX века создавались многоканальные радиорелейные линии (РРЛ) связи.

3.2.7 Преобразование аналоговых сигналов в цифровые

Необходимо отметить два основных метода преобразования аналоговых сиг-налов в цифровую форму - импульсно-кодовую (ИКМ) и дельта-модуляцию (ДМ), которые традиционно относят к видам модуляции, хотя таковыми они, по сути, не являются, поскольку не связаны, как это характерно для всех осталь-ных видов модуляции, с изменениями параметров несущей частоты. Оба вида модуляции были изобретены в 40-х годах и приобрели исключительно боль-шое значение в конце XX века, когда началась глобальная цифровизация сис-тем связи и вещания.

Изобретателем ИКМ является французский инженер Ривс. При ИКМ преобра-зования аналогового сигнала в цифровую форму осуществляют в два этапа. На первом этапе этот сигнал модулирует по амплитуде последовательность импульсов, следующих с частотой, определяемой теоремой Котельникова и равной 2FB, где FB - верхняя частота спектра сигнала. На втором этапе диапа-зон возможных уровней сигнала разбивается на 2n интервалов и определяет-ся, в каком из интервалов находится уровень каждого из модулированных им-пульсов. В результате каждый импульс преобразуется в n-значную бинарную кодовую комбинацию, соответствующую данному интервалу. Для увеличения динамического диапазона сигналов, преобразуемых в цифровую форму, при-меняются компандеры, а при обратном преобразовании - экспандеры. Метод ИКМ нашел широкое применение в современных системах связи при передаче звуковых сигналов и сигналов телевидения.

Дельта-модуляция (ДМ) была изобретена независимо несколькими учѐными в конце 40-х - начале 50-х годов во Франции (Е. Делорейн, С. ван Миеро и Б. Дерьявич), СССР (Л. А. Коробков) и США (К. К. Катлер, Ф. де Яджер). При ДМ формируется разность между текущим значением аналогового сигнала и его предсказанным значением на основе предшествующих отсчетов. Эта разность преобразуется в цифровую форму. В изобретениях, сделанных во Франции и СССР, для квантования разностного сигнала использовался бинарный код, символы которого принимают значения (1 или 0) или (±1). Для получения вы-

139

сокой точности преобразования аналогового сигнала в цифровую форму ме-тодом ДМ требуется более высокая (в 10-15 раз), чем в ИКМ, частота дискре-тизации. В 1952 году был предложен метод дельта-ИКМ (ДИКМ), в котором указанная выше разность преобразуется в k-значную кодовую комбинацию с помощью ИКМ. Применение ДИКМ позволяет при заданной точности преобра-зования аналогового сигнала в цифровую форму уменьшить частоту дискрети-зации и общую скорость полученного в результате преобразования цифрового потока. В 60-е годы были предложены многочисленные разновидности ДМ, в том числе ДМ с двойным интегрированием, ДМ с компандированием сигналов (адаптивная ДМ) и др.

Начало исследований искажений, которыми сопровождается преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму с помощью ИКМ и ДМ, было положе-но работами американских учѐных Беннетта и Ван де Вега. В этих исследова-ниях устанавливались зависимости мощности и спектра продукта искажений от параметров метода преобразования (частоты дискретизации, динамическо-го диапазона аналогового сигнала, числа уровней квантования и т. д.). Осо-бенно интенсивные исследования точности преобразования сигналов с помо-щью ИКМ, ДМ и ДИКМ были выполнены в США и СССР в 60-70-х годах. Были исследованы точность разных алгоритмов преобразования, осуществлен син-тез оптимальных алгоритмов преобразования с учетом статистических свойств аналогового сигнала.

Важные результаты, относящиеся к помехоустойчивости приѐма сообщений при использовании ИКМ, были получены в конце 40-х годов в США и СССР К. Шенноном и профессором С. В. Бородичем.

3.2.8 Цифровые методы модуляции

На первом этапе развития радиосвязи долгое время использовались искровые передатчики и применялись, по существу, импульсные методы передачи сиг-налов с амплитудной манипуляцией (АМн). С созданием генераторов непре-рывных электрических колебаний (вначале дуговых, затем машинных и позд-нее ламповых) начали изобретаться новые методы модуляции, основанные либо на непрерывном изменении амплитуды (AM), частоты (ЧМ) и фазы (ФМ) излучаемых колебаний при передаче непрерывных сообщений, либо дискрет-ной манипуляцией этими параметрами (соответственно АМн, ЧМн и ФМн) при передаче дискретных (телеграфных) сигналов. Фазовая манипуляция, изобре-тенная знаменитым американским учѐным Г. Найквистом в 1928 году, долгое время не находила применения из-за явления "обратной работы", возникаю-

140

щего вследствие невозможности восстановления на приѐме опорного колеба-ния, строго синфазного с несущей частотой принимаемого сигнала. С 30-х годов в течение почти сорока лет велись интенсивные научные исследования по разработке методов синхронного приѐма сигналов с ФМн, в которых прини-мали активное участие учѐные и инженеры Франции, СССР, США и других стран.

В 1954 году советским учѐным Н. Т. Петровичем было сделано важное изо-бретение относительно-фазовой манипуляции (ОФМ) - метода передачи, когда фаза последующей посылки изменяется при изменении полярности переда-ваемого знака относительно предыдущего. Этот метод устранил проблему "обратной работы" при приѐме сигналов с фазовой манипуляцией и в течение многих десятилетий широко применялся в системах цифровой связи.

Важные изобретения, которые в последующем нашли широкое применение в системах связи, были сделаны советскими академиками А. Н. Щукиным и А. А. Пистоль-корсом. Они впервые предложили для передачи телеграфии приме-нять многопозиционные сигналы. Первый из названных учѐных изобрел сис-тему двойного частотного телеграфирования (ДЧТ), а второй - многократную ФМн.

Проблемы повышения эффективности использования спектра привели к раз-работке в конце XX века манипуляции минимального частотного сдвига (ММС), в которой за время передачи одного знака фаза сигнала линейно изменяется в зависимости от его полярности на ±я/2. Сигналы ММС обладают весьма ком-пактным спектром с весьма низким уровнем внеполосного излучения. В 1960 году были изобретены N=2n-позиционные сигналы с квадратурной амплитуд-ной манипуляцией (KAM-N), в которой амплитуда квадратурных составляющих излучаемого колебания могла принимать от 8 до 128 значений (КАМ-16 и КАМ-256). Новые методы манипуляции сегодня широко применяются в радиоре-лейных, спутниковых и подвижных системах связи.

В середине века была изобретена синхронная система "Кинеплекс", называе-мая иногда иначе - OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). В этой системе для передачи многоканальной телеграфии каждое из М колебаний, частотный разнос между которыми был обратно пропорционален длительно-сти передаваемого знака, модулировалось с помощью ОФМ. В системе "Кине-плекс" полоса частот канала связи используется весьма эффективно.

141

В конце XX века эта система, названная COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), была существенно усовершенствована специалистами ряда стран: для манипуляции отдельных колебаний применялась КАМ, ис-пользовались помехоустойчивые коды. На базе COFDM создавались системы ВЧ связи, подвижной связи и т. п. Этот вид модуляции будет весьма широко использоваться в XXI веке в цифровых системах звукового (DAB) и телевизи-онного (DVB) вещания.

3.2.9 Методы кодирования

Начало истории кодирования можно отнести к 1948 году, когда была опубли-кована знаменитая статья Клода Шеннона, доказавшего принципиальную воз-можность безошибочной передачи сигналов, если скорость передачи меньше пропускной способности канала связи, которая тем больше, чем выше отно-шение сигнал/шум на входе приѐмного устройства. Это указывало на то, что энергетика линий связи определяет только их пропускную способность, а сколь угодно высокой помехоустойчивости приѐма сообщений можно достиг-нуть путем применения специальным образом построенных кодов. Революци-онные идеи Шеннона осуществили переворот в сознании инженеров-связистов, ведь до создания этой теории считалось само собой разумеющим-ся, что единственные возможности повышения помехоустойчивости приѐма сигналов состоят в увеличении мощности передатчика или в многократной передаче по каналу связи одного и того же сообщения. Оба эти способа при-водят к весьма низкой эффективности использования пропускной способности канала связи.

Многочисленные исследования 50-х годов XX века были направлены на реше-ние следующих проблем теории кодирования:

построение кодов с хорошими корректирующими свойствами; выбор алгоритма декодирования, имеющего малую сложность; согласование кодов, корректирующих ошибки, видов модуляции, ал-

горитмов декодирования и характеристик канала связи.

Первые блочные коды, позволявшие корректировать одиночные ошибки, были построены в 1949 и 1950 годах известными американскими учѐными М. Дж. Голеем и Р. Хэммингом. При блочном кодировании последовательность ин-формационных символов разбивается на отдельные блоки определенной длины. Для каждого такого блока формируются дополнительные проверочные символы, которые образуются путем сложения по модулю 2 определенных

142

информационных символов. Блоки информационных и проверочных символов передаются в канал связи. Коды Хэмминга имели простой алгоритм декодиро-вания и позволяли корректировать одну ошибку в кодовой комбинации. Эти коды были разочаровывающе слабы по сравнению с тем, на что указывала теория Шеннона, однако их значение весьма велико, так как их создание дало толчок для огромного числа последующих работ в области алгебраической теории кодирования.

Работа Хэмминга явилась катализатором цепной реакции выдвижения новых идей в данной области, которая началась с 1954 года. Американский учѐный И. С. Рид был первым, кто использовал мажоритарное декодирование кодов Рида-Маллера. При мажоритарном декодировании для каждого информацион-ного символа формируется нечетное число оценок путем сложения по модулю 2 определенных комбинаций символов принятого кода. Решение об истинном значении принятого символа принимается по мажоритарному принципу - если большее количество оценок равно 1, то принимается именно такое решение. В 1963 году Дж. Л. Месси установил общие принципы построения и декодирова-ния подобных кодов. Достоинством мажоритарно декодируемых кодов являет-ся чрезвычайная простота и быстродействие алгоритмов декодирования. Од-нако класс таких кодов весьма мал, и эти коды слабее других. Значительный вклад в создание теории построения мажоритарно декодируемых кодов вне-сли в 1965 году советские учѐные В. Д. Колесников и Е. Т. Мирончиков.

Весьма интересный класс блочных кодов был предложен в 1954 году амери-канским учѐным Г. Форни. Каскадные коды формируются следующим образом: последовательность информационных символов длиной n = n1 * n2 записыва-ется в буферную память в виде таблицы, имеющей n1 столбцов и n2 строк. Символы отдельных строк и столбцов кодируются с помощью корректирующих кодов (соответственно внутреннего и внешнего), и дополнительные провероч-ные символы вместе с информационными передаются по каналу связи. Весь-ма значимые результаты по исследованию каскадных кодов были получены Г. Форни и советскими учѐными Э. Л. Блохом и В. В. Зябловым. Исследования последних (1976 и 1982 гг.) показали, что при соответствующем выборе внут-реннего и внешнего кодов каскадные коды позволяют разрешить указанные выше проблемы помехоустойчивого кодирования.

В 1955 году в США и СССР был предложен весьма важный класс сверточных или рекуррентных кодов, нашедший широкое применение в современной тех-нике связи. Исследования, связанные с построением таких кодов и разработ-кой эффективных с вычислительной точки зрения алгоритмов их декодирова-ния, заняли почти двадцать лет.

143

В этом классе кодов информационная последовательность символов разбива-ется на блоки, содержащие по m символов, которые поступают на линейный преобразователь, имеющий память на K-подобных блоков. В этом преобразо-вателе каждый блок из m поступивших символов с учетом содержащихся в памяти K-блоков (K - длина кодового ограничения), преобразуются в n (n > m) символов, передаваемых по каналу связи. При этом относительная скорость передачи информации составляет R = m/п. Сверточные коды являются част-ным случаем блочных линейных кодов. Однако введение сверточной структу-ры наделяет эти коды рядом дополнительных свойств, которые существенно облегчают его декодирование. Эти коды имеют древовидную или решетчатую структуру. Каждому ребру древовидной структуры соответствует определен-ная последовательность m информационных символов. По принятой последо-вательности символов для каждого ребра может быть найден его вес - число, характеризующее его расстояние от принятой последовательности. Для изме-рения этого расстояния может быть использована метрика Хэмминга, если в демодуляторе принимается жесткое решение, или евклидова метрика, если декодирование осуществляется по методу максимума правдоподобия. Деко-дирование сверточных кодов состоит в прослеживании по кодовой решетке того пути, для которого расстояние от принятой последовательности символов имеет минимальное значение. Сверточная структура кода позволяет исполь-зовать рекуррентные алгоритмы, существенно упрощающие вычисления этого расстояния.

Для декодирования этих кодов американским учѐным Дж. Возенкрафтом в 1957 году был предложен изящный алгоритм последовательного декодирова-ния, в соответствии с которым в декодере просматриваются не все возможные пути по ребрам кодовой решетки сверточного кода, а наиболее вероятные. Если декодер выбрал на каком-то шаге неверный путь, то он вскоре обнару-живает, что при последующих выборах ребер происходит быстрое увеличение расстояния между выбранным путем и принимаемой последовательностью. Это является сигналом к тому, чтобы декодер сделал несколько шагов назад и начал исследовать альтернативные, более правдоподобные пути. При после-довательном декодировании число вычислений на одно ребро является слу-чайной

величиной, и в памяти декодера должны храниться вычисленные расстояния для всех исследованных ветвей. Первые исследования алгоритма последова-тельного декодирования выполнили Дж. Возенкрафт и Б. Рейффен. В 1963 году его усовершенствовал P. M. Фано, в 1966 году эффективную модифика-цию этого алгоритма предложил советский учѐный К. Ш. Зигангиров, а не-

144

сколько позднее (1969 г.) аналогичное предложение сделал американский учѐный Ф. Джелинек.

Значительным достижением в области теории кодирования явилась разработ-ка в 1967 году одним из крупнейших американских учѐных А. Витерби весьма эффективного с вычислительной точки зрения алгоритма декодирования свер-точных кодов по максимуму правдоподобия. Этот алгоритм, в отличие от алго-ритма последовательного декодирования, исследует все возможные пути по кодовой решетке на длине кодового ограничения k, поэтому он применим для декодирования сверточных кодов при сравнительно небольших значениях K = 1-10.

Сверточные коды и алгоритмы Витерби и последовательного декодирования получили в настоящее время весьма широкое распространение в магистраль-ных радиорелейных и спутниковых системах связи.

Американский учѐный Д. Слепян, получивший значительные результаты в разных областях теории связи, был первым, кто в 1956 году заложил строгий фундамент теории линейных блочных кодов с проверкой на четность - мате-матическую теорию групп.

В 1957 году другой американец, Е. Прейндж, первый ввел понятие циклическо-го кода и указал на его связь с идеалами алгебр. Циклические коды являются важным подклассом линейных кодов, которые имеют эффективные алгоритмы кодирования и декодирования, основанные на применении идей алгебраиче-ской теории полей Галуа. Значительный вклад в разработку теории этих кодов внесли американские учѐные Пи-терсон, Берлекамп и Касами.

Весьма важный и обширный класс линейных циклических кодов Боуза, Рой-Чоудхури (США, 1960 г.) и Хоквингема (Франция, 1959 г.), названный кодами БЧХ по первым буквам имени открывших их независимо учѐных, позволял корректировать многократные ошибки в принятой кодовой комбинации. Эти коды имели следующие параметры: n = 2m - 1, k > 2m - 1 - mt, d > 2t + 1 (здесь n - длина кода, k - число информационных символов в кодовой комбинации, t - количество корректируемых ошибок, d - минимальное хэммингово расстояние между кодовыми комбинациями). Декодирование кодов БЧХ производят на основе решения определенных алгебраических уравнений.

Были построены специальные коды для работы в каналах связи, в которых возникают пакеты ошибок. Однако задача коррекции пакетов ошибок может

145

быть сведена к задаче коррекции независимых ошибок путем применения метода перемежения символов, который состоит в перестановке передавае-мых символов таким образом, чтобы соседние символы передаваемой кодо-вой комбинации оказывались разнесенными в достаточной степени во време-ни так, чтобы их искажения в канале связи были независимыми. На приѐме производится восстановление исходного порядка символов. Эта простая идея, выдвинутая в 1960 году советскими учѐными академиком А. А. Харкевичем и профессором Э. Л. Блохом и позднее (1970 г.) американским учѐным Дж. Л. Рамсеем, сегодня применяется во многих системах радиорелейной и подвиж-ной связи, в которых при приѐме цифровых сигналов имеет место группирова-ние ошибок.

Сердцем любой цифровой системы связи является аналоговый канал. Цифро-вая система связи для такого канала включает модулятор/демодулятор (мо-дем), преобразующий аналоговый канал в дискретный так, чтобы можно было использовать кодер/декодер (кодек).

Наименьшую вероятность ошибки можно получить, вычисляя в демодуляторе расстояния между принятым сигналом и всеми возможными кодовыми комби-нациями. Решение принимается в пользу той кодовой комбинации, которая находится на минимальном расстоянии от принятого сигнала. Однако при этом для кодов большой длины, имеющих огромное количество кодовых комбина-ций, сложность демодулятора столь сильно возрастает, что его практическая реализация становится невозможной. Поэтому использование кодов дает наи-лучшие результаты при разумном согласовании модема и кодека. Это возмож-но, если в демодуляторе принимается мягкое решение о принимаемом симво-ле и если декодер получает дополнительную информацию, характеризующую надежность решения, принятого в демодуляторе. В простейшем случае при передаче бинарных сигналов в демодуляторе те принимаемые символы, для которых надежные решения не могут быть приняты, стираются, и декодер извещается о тех позициях кода, на которых находятся стертые символы.

Идеи применения мягкого решения в демодуляторе для декодирования кодо-вых комбинаций зародились почти с самого начала возникновения теории кодирования. Первой работой в этом направлении можно считать выполнен-ное в 1954 году американскими учѐными Сильверманом и Болсером исследо-вание помехоустойчивости приѐма с мягким решением кода Вагнера, содер-жащего всего один избыточный двоичный символ для проверки информацион-ных символов на четность. На приѐме принимается жесткое решение о значе-ниях всех принятых символов и, кроме того, дополнительно определяется наименее надежный из них. При декодировании этот символ изменяется на

146

противоположный в том случае, если проверка принятой кодовой комбинации на четность не выполняется. При наличии всего одного проверочного символа в кодовой комбинации такой алгоритм декодирования позволял корректиро-вать в ней одиночные ошибки. Эта идея была позже в обобщенном виде при-менена к декодированию кодов БЧХ в канале со стираниями ненадежно при-нятых символов.

С конца 60-х - начала 70-х годов были выполнены многочисленные исследо-вания, направленные на разработку методов приѐма сигналов в целом. При этом в приѐмном устройстве решение о приѐме той или иной кодовой комби-нации принимается по методу максимального правдоподобия, то есть при де-кодировании ищется такая кодовая комбинация, которая находится на наи-меньшем евклидовом расстоянии от принятого сигнала. Учет структуры кода позволял существенно упростить вычисления этого расстояния.

Для сверточных кодов их декодирование при мягком решении в демодуляторе можно осуществить, используя алгоритмы Витерби и последовательного де-кодирования.

Для кодов с пороговым декодированием применение мягкого решения иссле-довалось в США Дж. Л. Месси и несколько позже в СССР Л. М. Финком и Б. Д. Каганом.

Для блочных кодов в начале 70-х годов американскими учѐными Е. Велдоном и Д. Чейзом были предложены алгоритмы декодирования, использующие мяг-кое решение демодулятора и позволяющие приблизиться к решению по мак-симуму правдоподобия.

С 80-х годов появилось новое научное направление - разработка и анализ помехоустойчивости приѐма специально построенных сигналов, названных сигнально-кодовыми конструкциями. Это направление представляет собой синтез методов модуляции, кодирования и их оптимального приѐма и позво-ляет создавать системы связи, в которых по каналу связи, имеющему ограни-ченную полосу частот, возможно передавать информацию с качеством, при-ближающимся к потенциальному пределу, определяемому положениями тео-рий Котельникова и Шеннона.

В 1982 году в результате теоретических исследований американского учѐного Г. Унгербоека была создана решетчатая кодовая модуляция (РКМ). Этот вид модуляции основывается на сочетании многопозиционных сигналов и помехо-

147

устойчивых кодов. При этом ансамбль многопозиционных сигналов, содержа-щий М=2n сигналов, разбивается на K = 2k+1 вложенных подансамблей с моно-тонно возрастающими расстояниями. В качестве сигналов используются мно-гопозиционная ФМ и КАМ. Информационная последовательность символов преобразуется в кодовую с помощью сверточного кода, который применяется к кодированию k из п информационных символов, причем сверточный код имеет скорость k/k+1 и вводит 1-битовую избыточность. Кодированные биты опреде-ляют выбор подансамбля, а некодированные - конкретную сигнальную точку в этом выбранном подансамбле. Для оптимального приѐма сигналов РКМ ис-пользуется метод максимального правдоподобия, реализуемый в виде алго-ритма Витерби. Применение РКМ позволяет (при заданных скорости передачи сигналов и вероятности ошибочного приѐма) уменьшить необходимые энерге-тику линии и полосу частот. Этот вид модуляции находит применение на маги-стральных высокоскоростных линиях радиорелейной и спутниковой связи.

Весьма обширные исследования помехоустойчивости различных методов приѐма сигнально-кодовых конструкций в гауссовском канале связи были вы-полнены советскими учѐными С. Л. Портным, В. В. Зябловым, В. В. Гинзбургом и В. Л. Банкетом.

3.2.10 Широкополосные методы модуляции

Весьма важными достижениями инженеров XX столетия явились изобретение широкополосных сигналов (ШПС) и создание на их основе новых систем ра-диосвязи и радиолокации. Широкое использование этих сигналов для созда-ния радиосистем массового применения началось в последние 10-15 лет. Од-нако к разработке идей их использования для повышения помехоустойчивости приѐма приступили еще в 40-х годах. В обычных видах модуляции информа-ционный поток изменяет амплитуду, фазу или частоту гармонического колеба-ния - несущей частоты. При этом ширина спектра излучаемого в эфир сигнала соизмерима с шириной спектра модулирующего сигнала. Однако переносчи-ком информации может быть не только гармонический, но и сложный широко-полосный сигнал. Такой сигнал может быть сформирован разным образом: несущая может быть модулирована вспомогательной кодовой последователь-ностью или вспомогательным аналоговым сигналом по фазе, частоте или ам-плитуде.

Первые работы, связанные с ШПС, были направлены на разработку методов борьбы с мощными радиопомехами, мешающими приѐму радиолокационных

148

сигналов. В последующие годы были разработаны и нашли применение в сис-темах радиосвязи три основных способа формирования ШПС.

Первые идеи построения ШПС были связаны с ЧМ несущей частоты вспомо-гательным сигналом, структура которого должна была быть известна на приѐ-ме. Одно из первых изобретений, позволяющих выделить ШПС на фоне шума и мощной помехи, представляющее, по сути, полосовой коррелятор, было сделано еще в 1942 году. В этом же году было сделано еще одно пионерское изобретение - способ формирования ШПС методом скачкообразного измене-ния частоты несущего колебания за время передачи одного информационного символа (FH-SS - Frequency Hopping Spread Spectrum). Честь этого изобрете-ния, долгое время остававшегося секретным, принадлежит известной амери-канской актрисе Хэди Ламар, признанной в 1940 году на конкурсе красоты са-мой красивой женщиной мира, и еѐ мужу - композитору Георгу Атсейлу. Изо-бретенный ими принцип формирования широкополосных сигналов сегодня находит применение в ряде систем связи. В отечественной литературе такие сигналы называют сигналами с частотно-временной матрицей (ЧВМ).

Другим методом формирования ШПС, дуальным к методу ЧВМ и разработан-ным в 1946 году, является метод скачкообразного изменения относительного временного положения коротких кодовых импульсов за время передачи одного информационного символа (TH-SS - Time Hopping Spread Spectrum).

Один из наиболее широко применяемых сегодня на практике способов фор-мирования ШПС, который называется методом прямого расширения спектра путем непосредственной фазовой модуляции несущей определенной кодовой последовательностью (DS-SS - Direct Sequence Spread Spectrum), был изобре-тен американскими специалистами Дж. Г. Грином и М. Г. Никольсоном в 1957 году. Ими был предложен метод построения бинарной кодовой последова-тельности с хорошими корреляционными свойствами. Позже было выполнено значительное число работ, посвященных синтезу подобных псевдослучайных последовательностей с помощью регистров сдвига. К пионерским теоретиче-ским работам в этом направлении относятся исследования С. Голомба (1955 г.) и Н. Цирлера (1959 г.).

Во всех указанных случаях возможно создание в общей полосе частот боль-ших ансамблей сигналов, которые отличаются либо законом чередования фазы несущей частоты для сигналов DS-SS, либо законом изменения значе-ния несущей частоты для сигналов FH-SS, либо определенной временной расстановкой коротких импульсов для сигналов TH-SS. Аналогично тому, как в системах с ЧУ и ВУ сигналы разных каналов могут быть разделены по частоте

149

либо по временному положению, которое они занимают в общей временной последовательности, возможно разделение и разных сигналов ансамбля ШПС по индивидуальной кодовой структуре каждого из этих сигналов. Таким обра-зом, ШПС могут использоваться в качестве переносчиков информации подоб-но тому, как используются гармонические колебания в обычных системах свя-зи. При этом аналогом AM является передача одного из ШПС, принадлежаще-го к определенному ансамблю сигналов, с определенной амплитудой, анало-гом ФМн является манипуляция фазы ШПС, а аналогом обычной ЧМн являет-ся передача одного из двух возможных сигналов ШПС по линии связи.

Сигналы, не перекрывающиеся по спектру или времени, являются полностью ортогональными. Их применение в качестве переносчиков информации в мно-гоканальных системах позволяет полностью разделить соответствующие ка-налы связи. В отличие от таких сигналов разные ШПС, принадлежащие к од-ному ансамблю, не являются полностью ортогональными, и поэтому при их разделении возникают дополнительные шумы. Однако их замечательное свойство состоит в том, что в системах связи, использующих ШПС, которые называются системами с кодовым разделением каналов (CDMA - Code Division Multiple Access) или асинхронно-адресными системами, поступающие на вход помехи подавляются в В = WIF раз, где В - база ШПС, W - полоса частот, за-нимаемая ШПС в канале связи, F - полоса частот информационного сигнала. В широкополосных системах связи В= 100 - 10 000, и в них обеспечивается весьма значительное подавление помех, действующих в той же самой полосе частот, в которой работает данная система. Данное свойство ШПС является уникальным и позволяет многократно использовать один и тот же частотный канал для связи разных абонентов на ограниченной территории. В традицион-ных системах связи для исключения возможности возникновения помех между зонами, в которых используется один и тот же частотный канал, должен быть обеспечен весьма значительный территориальный разнос. Таким образом, в системах CDMA достигается весьма высокая эффективность использования радиочастотного спектра. Кроме того, ШПС позволяют путем специальной обработки принимаемых сигналов эффективно бороться с замираниями сиг-налов в многолучевых каналах связи, разделяя отдельные лучи и осуществ-ляя их когерентное сложение.

Первой системой, в которой начали применяться ШПС, явилась созданная в 1946 году система гиперболической навигации "Лоран", в которой около десят-ка пар станций работали в общем частотном канале независимо друг от друга, используя сигналы TH-SS. В 1952 году на этом же принципе было создано связное оборудование для передачи сигналов телефонии.

150

В 1958 году была создана первая система коротковолновой связи "Рейк" для работы в многолучевом канале, в которой ШПС применялись для разделения отдельных лучей и устранения замираний, вызванных их интерференцией.

Первые системы, использующие сигналы с FH-SS, появились в начале 60-х годов. В 1963 году была создана наземная система связи RACEP (Random Access and Correlation for Extended Perfomance), в которой для передачи по-лезных сообщений применялась ФИМ. Система занимала полосу частот 4 МГц и работала в диапазоне 140 МГц. Она позволяла осуществлять передачу сиг-налов телефонии и цифровой информации и давала возможность организации на одной территории сети связи с емкостью 700 абонентов. Наибольшее число одновременно работающих абонентов составляло 35. Несколько позже была создана аналогичная система RADAS - Random Access Adress System, в кото-рой для передачи информации применялась ДМ.

С 1963 году на основе ШПС начинают создаваться спутниковые системы связи со свободным доступом к общему каналу связи, тропосферные радиорелей-ные системы связи с разделением отдельных лучей. Исследования эффек-тивности применения ШПС в сравнении с другими методами модуляции в сис-темах связи различных назначений начались с 1965 года.

В 90-х годах системы с ШПС начинают внедряться в системы сотовой подвиж-ной связи. Подобные системы будут применяться в сотовых системах подвиж-ной связи, широкое внедрение которых начнется в XXI веке. Исследования вопросов эффективности использования РЧС в таких системах и разработка методов их частотного планирования были начаты российским учѐным Л. Е. Варакиным.

3.2.11 Развитие методов эффективного использо-вания каналов связи

...Если XVII столетие и начало XVIII столетия - век часов, то настоящее время есть век связи и управления.

Норберт Винер

Повышение эффективности использования канала связи достигается как пу-тем применения разных методов уплотнения каналов связи, так и за счет со-кращения избыточности сообщений.

151

Весьма актуальной проблемой электросвязи является вопрос об эффективном использовании каналов связи. Эта проблема возникла еще в XIX веке, и над еѐ решением работали многие инженеры и учѐные. Одним из них был круп-нейший американский изобретатель в области электросвязи Грей, который, по-видимому, первым предложил применение частотного уплотнения (ЧУ) про-водных каналов связи, другим был французский инженер Бодо, изобретший метод временного уплотнения (ВУ). Эти методы позволяли по одному физиче-скому каналу организовать передачу многоканальных сообщений. Они нашли широчайшее применение в технике электросвязи в XX столетии, в том числе в технике радиосвязи. При применении на передаче методов ЧУ или ВУ на приѐме используются соответствующие методы разделения сигналов.

На начальном этапе развития радиосвязи при передаче аналоговых сигналов использовалось ЧУ. Временное уплотнение каналов для передачи телеграф-ных сигналов по радиоканалам начало применяться в 30-х годах, а для пере-дачи аналоговых сигналов - в 40-х годах, когда стали создаваться радиоре-лейные системы с импульсными видами модуляции. В связи с внедрением цифровых систем связи в последние десятилетия XX века началось широкое применение многоканальных систем с ВУ, а также нового вида уплотнения каналов связи - кодового, основанного на использовании широкополосных сигналов с большой базой.

Сокращение избыточности передаваемых сообщений является другим мето-дом, который позволяет повысить эффективность использования канала свя-зи. Это особенно важно в современных системах, которые почти исключитель-но являются цифровыми.

Основными видами передаваемых сообщений до сего времени остаются зву-ковые и видеосигналы. Было установлено, что для качественной передачи этих сигналов в цифровом виде без применения методов сокращения избы-точности сообщений требуются высокоскоростные системы. Скорость переда-чи сигналов в этих системах составляет: для речи - 64 Кбит/с, для звукового вещания - 350-600 Кбит/с, а для сигналов цветного ТВ - до 216 Мбит/с.

Для цифровых систем необходимая полоса частот канала связи увеличивает-ся в десятки раз по сравнению с той, которая нужна для передачи звуковых и видеосигналов в аналоговом виде. С целью сокращения полосы частот, необ-ходимой для создания цифровых систем связи, начиная с середины XX столе-тия выполняются многочисленные исследования и разработки, направленные на решение проблем сокращения избыточности сообщений.

152

3.2.12 Уплотнение каналов радиосвязи

Первые опыты по частотному уплотнению радиоканалов были осуществлены в США еще в 1914 году. После изобретения метода модуляции ОБП во многих странах велись разработки многоканальных радиосистем, использующих этот вид модуляции. В СССР первая такая работа была выполнена в 1935 году под руководством В. А. Котельникова. В этом же году в СССР была предложена система связи с многостанционным доступом и частотным разделением кана-лов (МДЧР), в которой отдельные каналы не закреплялись за абонентами. В этой системе абоненты имели возможность свободного доступа к отдельным частотным каналам, находящимся в пределах полосы частот, выделенной для работы многоканальной системы связи. Принцип свободного доступа сущест-венно повышал эффективность использования этой полосы, и с 60-х годов XX столетия он начал широко использоваться в системах подвижной и спутнико-вой связи.

Советские учѐные в 1941 году предложили применение метода ЧУ для созда-ния многоканальных систем радиосвязи с ЧМ. Такие системы получили в XX веке широчайшее применение в радиорелейной связи.

С начала 60-х годов различные методы многостанционного доступа начинают применяться в системах спутниковой связи. Разрабатываются многоканаль-ные системы "один канал на несущую - ОКН", в которых абоненты, используя ЧМ, имеют свободный доступ к любому из узкополосных частотных каналов системы. Позднее разрабатывается цифровая система SPADE, в которой на каждой несущей методом ОФМ-ИКМ передаются речевые сигналы. В этой системе предусмотрено выключение несущей в паузах речи, что позволяет увеличить число одновременно передаваемых через нелинейный спутниковый ретранслятор каналов до 800.

Создание спутниковых систем многостанционного доступа с временным раз-делением (МДВР) относится к 70-м годам. Эти системы весьма перспективны и также широко применяются в современной технике связи. В частности, они применяются в системах сотовой подвижной связи второго поколения, а также в радиорелейных линиях связи.

В 60-х годах в спутниковой связи начинают применяться системы многостан-ционного доступа с кодовым разделением (МДКР) каналов. В этих системах применяются широкополосные сигналы с большой базой, что позволяет мно-гим абонентам, использующим такие сигналы с различной структурой, рабо-

153

тать в общей полосе частот, не создавая друг другу ощутимых помех. Этот вид уплотнения оказался весьма эффективным, и в настоящее время он применя-ется в системах спутниковой и наземной, фиксированной и подвижной связи.

3.2.13 Сокращение избыточности при передаче звуковых сигналов

3.2.13.1 Речевые сигналы

Речевые сигналы занимают полосу частот, равную примерно 3 кГц. Для их передачи с высоким качеством в цифровом виде с помощью ИКМ требуется канал связи со скоростью передачи 64 Кбит/с. Устранение избыточности рече-вых сигналов позволяет уменьшить эту скорость. Одним из методов сокраще-ния избыточности сигналов речи является применение адаптивной ДИКМ. В этом методе осуществляется преобразование в цифровую форму разности между передаваемым отсчетом сообщения и его предсказанным значением по нескольким предыдущим отсчетам. Применение ДИКМ позволяет для речевых сигналов сократить необходимую скорость передачи в 2-4 раза.

Уменьшить избыточность сигналов речи можно и с помощью вокодерной тех-ники. Первое изобретение вокодера, позволявшего сократить избыточность речевых сигналов, было сделано в 1939 году американским инженером Г. Дадли. В течение многих лет инженеры США, России, Франции, Японии и дру-гих стран работали над совершенствованием вокодеров.

В вокодерах путем анализа речевого сигнала голосовой тракт моделируется формирующим фильтром, возбуждаемым импульсным и шумовым сигналами. В процессе анализа определяются основные параметры речевого сигнала - параметры формирующего фильтра и частота основного тона речи, опреде-ляющая частоту импульсного воздействия. Эти параметры изменяются мед-ленно, и для их передачи требуется скорость 4.8-16 Кбит/с.

Вокодеры широко применяются в современных системах подвижной связи. В системе сотовой подвижной связи стандарта GSM применяется вокодер с мно-гоимпульсным возбуждением и линейным кодированием с предсказанием.

Над проблемами создания вокодерной техники активно работали многие со-ветские учѐные: А. П. Петерсон, А. С. Пирогов, М. А. Сапожков, Н. Н. Акинфи-ев, С. П. Баронин, В. Е. Муравьев, Ю. К. Трофимов, А. И. Куштуев и др. Совре-менные методы компрессии речевых сигналов позволяют повысить эффек-

154

тивность использования канала связи в 15-30 раз. Вокодеры находят приме-нение не только в системах подвижной и спутниковой связи, но и в устройствах запоминания речи, криптографии речевых сигналов, в устройствах автомати-ческого распознавания речи и т. п.

Повысить приблизительно в 2 раза эффективность использования каналов связи в многоканальных системах, по которым передаются сигналы речи, воз-можно и более простыми методами, без применения в каждом канале вокоде-ров. Этого можно достичь, используя то обстоятельство, что каждый абонент занимает канал только 40% времени, в течение которого он говорит. Первой подобной системой, в которой паузы речи использовались для увеличения пропускной способности каналов связи, была аналоговая 48-канальная систе-ма TASI, созданная в 1957 году для подводной кабельной телефонной связи между Европой и Америкой.

В 1978 году в СССР был разработан цифровой аналог системы TASI, назван-ный блочной ИКМ (БИКМ). В системе БИКМ сигнал каждого канала длительно-стью 2 мс методом ИКМ преобразуется в цифровую форму, и из всех отсчетов этого сигнала исключаются старшие разряды, имеющие значения логического нуля. Данный метод дает экономию в числе передаваемых по каналу связи битов за счет того, что в нем учитываются не только паузы между словами и слогами, как в системе TASI, но и распределение уровней речевых сигналов. Он нашел применение в цифровых многоканальных системах передачи сооб-щений по радиорелейным и спутниковым каналам связи. Применение БИКМ в цифровых системах связи со скоростью передачи 2048 Кбит/с удваивает их пропускную способность, позволяя передавать по ним не 30, а 60 ТФ каналов с высоким качеством, удовлетворяющим Рекомендациям МСЭ.

3.2.13.2 Сигналы звукового вещания

Сигнал звукового вещания занимает полосу частот порядка 15 кГц и имеет значительный динамический диапазон (75 дБ). Для качественной передачи такого сигнала по цифровым каналам связи необходимо применение 16-разрядной ИКМ. При этом скорость цифрового потока при преобразовании сигнала 3В вещания с помощью линейной ИКМ составляет 512 Кбит/с.

Для сокращения избыточности вещательных сигналов в современной технике применяется несколько методов. В 1980 году в компании Би-Би-Си была соз-дана система NICAM (Near Instantaneous Companded) - система ИКМ с почти мгновенным компандированием для сокращения избыточности сигналов зву-

155

кового вещания. Еѐ также называют системой ИКМ с масштабирующими мно-жителями. Заложенные в ней принципы сокращения избыточности по сущест-ву мало отличаются от изобретенной несколько раньше системы БИКМ. При-менение мгновенного компандирования сигнала и введение масштабных ко-эффициентов для блоков из последовательных 32 отсчетов позволяет умень-шить количество двоичных разрядов на один отсчет с 16 до 9.

Использование ДИКМ с введением масштабирования для блоков отсчетов также позволяет сократить количество двоичных разрядов на один отсчет до 9. При этом скорость цифрового потока при преобразовании монофонического сигнала 3В вещания уменьшается до 320 Кбит/с.

Значительным успехом в сокращении избыточности сигналов звукового веща-ния явилась разработка в 1989 году метода MUSICAM, включенного в стан-дарт MPEG (Moving Picture Expert Group), который предназначен для сокраще-ния избыточности ТВ сигнала, включая сигнал звукового сопровождения. В системе MUSICAM вещательный сигнал разбивается на 32 парциальные по-лосы частот. Преобразование сигналов каждой полосы частот в цифровые потоки с помощью ИКМ осуществляется в соответствии с управляющими сиг-налами психоакустической модели восприятия человеком звуковых сигналов. При этом количество двоичных разрядов на один отсчет сокращается до 2. Система позволяет сократить скорость цифрового потока, необходимого для передачи сигналов моновещания, до 100 Кбит/с. В цифровом потоке со скоро-стью 256 Кбит/с возможна передача стереопрограммы с качеством компакт-диска.

3.2.14 Сокращение избыточности при передаче ТВ сигналов

Огромная работа во второй половине XX века была выполнена исследовате-лями разных стран по разработке методов сжатия ТВ сигналов. Сокращение полосы частот таких сигналов обусловлено тем, что ТВ сигнал обладает большой избыточностью, так как имеются незначительные отличия двух по-следовательных кадров изображения и в каждом кадре имеются значительные однотонные участки. Эта избыточность приводит к особенностям спектра ТВ сигнала, которые могут быть использованы для сокращения полосы частот канала связи, требуемой для передачи ТВ сигнала. Такое сокращение воз-можно за счет использования статистических свойств изображения и психофи-зиологических особенностей визуального восприятия человека.

156

Первым исследованием, в котором было показано, что ТВ сигнал имеет значи-тельную избыточность, так как основная энергия его спектра, имеющего ли-нейчатую структуру, расположена на гармониках строчной и кадровой частоты, явилась работа, выполненная в 1934 году американскими инженерами П. Мертцом и Ф. Греем.

В 1950 году в США инженер Р. Дом предложил использовать частотное уплот-нение спектра ТВ сигнала дополнительной информацией, передаваемой на поднесущей, частота которой выбиралась нечетно-кратной половине частоты строк, то есть она располагалась в середине между гармониками строчной частоты. Эти исследования в последующем были использованы при выборе частоты поднесущих для передачи сигналов цветности в спектре черно-белого ТВ сигнала. На этом принципе основаны все современные стандарты цветного ТВ (NTSC, PAL, SECAM).

В СССР первые исследования возможностей сокращения избыточности ТВ сигнала были проведены в конце 50-х годов Н. Г. Дерюгиным и Д. С. Лебеде-вым.

Одна из ранних идей использования линейчатого характера спектра ТВ сигна-ла состояла в том, чтобы в одном частотном канале передавать две ТВ про-граммы, при этом спектр второго ТВ сигнала инвертировался и помещался в промежутки между частотными составляющими спектра первого ТВ сигнала. Разделение двух сигналов осуществлялось с помощью гребенчатых фильтров. Этот метод не нашел практического применения, но через тридцать лет на основе этих идей были созданы две современные аналоговые системы пере-дачи ТВ сигналов высокой четкости (ТВЧ).

Одна из них была разработана в Японии (MUSA - Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding), а другая - во Франции (HD-MAC). Суть сжатия спектра в этих систе-мах состоит в том, что частотные составляющие, лежащие в верхней области спектра исходного ТВ сигнала, помещаются в промежутки между частотными составляющими, находящимися в средней части исходного спектра. В системе MUSA достигалось сжатие спектра исходного ТВЧ сигнала в 3 раза (до 8.1 МГц), а в системе HD-MAC - в 1.5 раза (до 11 МГц). В обеих системах исполь-зовалась последовательная передача сигналов яркости, цветности, звукового сопровождения и сигналов синхронизации.

Будущее развитие систем передачи видеосигналов связано с применением цифровых методов их обработки, дающих сокращение скорости цифрового

157

потока, необходимого для передачи этих сигналов с высоким качеством. В большинстве этих методов используется ДИКМ. При этом осуществляется предсказание каждого элемента изображения на основе взвешенной комбина-ции предыдущих отсчетов, расположенных вблизи от него. В канал связи пе-редается разность между предсказанным и истинным значением этого эле-мента. Эта разность незначительна вследствие высокой корреляции соседних элементов изображения, и для еѐ передачи в цифровой форме необходимо значительно меньшее количество битов, нежели это требуется для преобра-зования в цифровую форму его исходных отсчетов. Применяется также и суб-найквистовое кодирование, когда отсчеты по вертикальной, горизонтальной и временной оси изображения передаются с частотой, меньшей, чем 1/2W, где W - полоса частот изображения. На приѐме восстановление недостающих элементов осуществляется путем интерполяции.

В стандартах MPEG для сжатия сигналов изображения учитывается также то, что большая часть изменений изображения от кадра к кадру является следст-вием смещений малых областей изображения в предыдущем кадре. Опреде-лив для каждой области это смещение (вектор движения), можно существенно повысить точность предсказания элементов изображения и, в итоге, сократить избыточность передаваемого сигнала.

Использование ДИКМ позволяет сократить цифровой поток для цветного ТВ сигнала до 50-70 Мбит/с. Применение адаптивной ДИКМ с использованием межполевого и межкадрового предсказания позволяет сократить этот поток до 30 Мбит/с.

Использование алгоритмов компенсации движения и кодирования блоков эле-ментов изображения с помощью косинус-преобразования или преобразования Адамара дает возможность сократить цифровой поток вещательного ТВ сиг-нала до 6 Мбит/с.

Этот цифровой поток путем применения многопозиционных сигналов (напри-мер, КАМ-16) можно передать в полосе частот 1.5-2 МГц, что позволяет в по-лосе частот стандартного канала наземного ТВ вещания разместить 4-5 циф-ровых ТВ программ.

158

3.3 Системы фиксированной связи

Медленно начинает история свой бег от невидимой точки, вяло со-вершая вокруг нее свои обороты, но круги еѐ все растут, все быстрее и живее становится полет, наконец, она мчится, подобно пылающей ко-мете, от звезды к звезде, часто ка-саясь старых своих путей, часто пересекая их, и с каждым оборотом все больше приближается к беско-нечности.

Карл Маркс

3.3.1 Системы связи, работающие в диапазонах низких, средних и высоких частот

В начале XX века в области радиосвязи было сделано замечательное и не-ожиданное открытие, которое противоречило всем существовавшим в то вре-мя представлениям о возможностях создания протяженных линий радиосвязи. В 1901 году опытным путем сотрудниками фирмы Маркони была установлена связь на линии протяженностью 3500 километров. Знаменитые учѐные Кенне-ли (США) и Хэвисайд (Великобритания) для объяснения данного эксперимента выдвинули гипотезу о том, что Земля окружена ионизированной оболочкой, находящейся на высоте нескольких сот километров и отражающей падающие на нее радиоволны на значительные расстояния.

Другим важнейшим достижением начала этого века, определившим на многие десятилетия развитие радиотехники, явилось создание электронных приборов диода и триода. Первые два десятилетия XX века развитие радиосвязи со-пряжено в основном с развитием передающей, приѐмной и антенной техники. Хотя возможность передачи по радиоканалу сигналов речи была установлена, как отмечалось выше, еще в 1906 году, до начала 20-х годов передача теле-графных сигналов осуществлялась вручную ключом Морзе, а приѐм - на слух.

Актуальными задачами совершенствования систем радиосвязи являлись по-вышение скорости телеграфирования и одновременная передача по радиока-

159

налу нескольких сообщений. В начале 20-х годов инженеры активно работали над внедрением в радиосвязь буквопечатающих телеграфных аппаратов.

В СССР первые исследования в этом направлении были проведены извест-ным русским инженером А. Ф. Шориным. Подобные разработки продолжались и в последующие годы. В 1938 году советские инженеры В. И. Керби и В. В. Новиков разработали шестиканальную систему передачи по радиоканалам телеграфных сигналов, в которой предусматривалось при плохом прохожде-нии радиоволн повторение одних и тех же сигналов в нескольких каналах дан-ной системы (принцип французского инженера Вердана).

До 1924 года считалось, что для радиосвязи и вещания возможно использо-вать лишь низкие (НЧ) и средние (СЧ) волны. Диапазон радиоволн с частотой выше 200 кГц был предоставлен в распоряжение радиолюбителей. Эпохаль-ным событием для развития радиосвязи и вещания явилась установленная в 1924 году радиолюбителями возможность организации на высоких частотах (ВЧ) в диапазоне частот до 30 МГц надежной радиосвязи на многие тысячи километров. С этого момента во многих странах мира начинают разрабаты-ваться системы для ВЧ линий, и они в течение нескольких десятилетий стано-вятся основным видом дальней радиосвязи. В СССР первая линия дальней ВЧ связи была построена в 1927 году.

Одной из важных особенностей ВЧ канала связи (а также радиоканалов в дру-гих диапазонах частот) является многолучевой характер распространения радиоволн, в результате которого возникают замирания уровня принимаемого сигнала. В 1925 году английскими инженерами Г. Бевереджем и Г. Питерсоном было сделано открытие метода борьбы с замираниями принимаемого сигнала путем приѐма сигналов на разнесенные в пространстве антенны. Оно имело исключительно большое значение для дальнейшего развития техники приѐма сигналов. С тех пор разнесенный приѐм широко применяется в системах связи разных назначений. Развитию теории и техники разнесенного приѐма с ис-пользованием разнесения сигналов по частоте, пространству и поляризации посвящены сотни теоретических и экспериментальных работ.

Совершенствование систем ВЧ связи шло по пути создания однополосных многоканальных систем связи, применения в них методов частотного и вре-менного уплотнения, внедрения систем передачи сигналов с ЧМн, ДЧТ и ОФМ и разработки специальных методов обработки речевых сигналов (вокодеров и радиокомпандеров - устройств, сжимающих динамический диапазон речевых сигналов).

160

Применение в 1943 году на ВЧ линиях для передачи фототелеграфа ЧМн обеспечивало существенное повышение помехоустойчивости. С середины 50-х годов этот метод стал применяться при передаче метеорологических карт на линиях ВЧ и НЧ связи в США, Канаде и Японии.

В 1947 году в СССР создается система двойного частотного телеграфирова-ния (ДЧТ), предложенная академиком А. Н. Щукиным еще в 1933 году. В этой системе для передачи двух телеграфных каналов впервые использовался простейший многопозиционный сигнал, и, в зависимости от комбинации пере-даваемых в каналах символов, в эфир излучалась одна из четырех частот. В течение многих лет эта система эксплуатировалась на линиях ВЧ связи в СССР. В 1969 году этот метод передачи нашел дальнейшее развитие в соз-данной в Великобритании системе многочастотной манипуляции "Пиколо", в которой использовались 32 частоты. Эта система давала значительный выиг-рыш в помехоустойчивости по сравнению с обычной ЧМн.

В 1953 году известным голландским специалистом ван Дюреном - в течение многих лет (1948-1970) он возглавлял Третью Исследовательскую комиссию МККР - для ВЧ линий связи с ЧМн создается новый метод передачи телеграф-ных (цифровых) сигналов с автозапросом ARQ (Automatic Request Queuing). Метод состоял в том, что для передачи сообщений использовались коды, об-наруживающие ошибки, а на приѐме при обнаружении ошибок осуществлялся автоматический запрос передатчика на повторение кодовых комбинаций, при-нятых с ошибками. Системы ARQ позволяли существенно повысить помехо-устойчивость линий ВЧ связи при передаче цифровой информации и широко использовались на линиях ВЧ связи. В 1963 году подобная система была раз-работана в СССР.

В 1958 году были созданы две принципиально важные для дальнейшего раз-вития радиосвязи новые системы - "Кинеплекс" и "Рейк".

Синхронная система "Кинеплекс" была создана для частотного уплотнения телефонного канала связи сигналами тональной телеграфии. В ней достига-лась весьма высокая эффективность использования полосы частот за счет того, что разнос частот между соседними поднесущими, для модуляции кото-рых использовалась ОФТ, был минимален и равнялся 1/Т, где Т - длитель-ность элементарной посылки. Эта система обеспечивала передачу информа-ции в телефонном канале шириной 3.4 кГц со скоростью 3000 бит/с.

161

В СССР подобная система разрабатывалась позднее в Ленинградском элек-тротехническом институте связи. В этой системе предусматривались примене-ние кодов, исправляющих ошибки, а также адаптация скорости передачи со-общений к условиям распространения радиоволн в ВЧ канале. Подобные принципы позднее были заложены в современную систему COFDM, о которой упоминалось выше и которая сегодня находит широкое применение во многих системах радиосвязи и вещания.

Система "Рейк" замечательна тем, что была открыта на "кончике пера" - путем синтеза оптимальной системы приѐма в многолучевом канале связи на основе теории потенциальной помехоустойчивости. В этой системе применялись ши-рокополосные сигналы, что позволяло разделять отдельные лучи. Их коге-рентное сложение устраняло влияние замираний сигналов на качество приѐ-ма. Аналогичные системы позднее создавались также для тропосферных ка-налов связи. Принципы, заложенные в систему "Рейк", получили широкое при-менение в радиорелейных, спутниковых и сотовых системах подвижной связи второго и третьего поколений, в которых применяются ШПС.

С середины 60-х годов появляется ряд разработок адаптивных систем связи, в которых осуществляется оптимальный приѐм сигналов в условиях межсим-вольной интерференции. Эти системы позволяли устранить межсимвольные искажения, возникающие в канале связи из-за ограниченной полосы частот, и существенно повысить скорость передачи сигналов. Адаптивные компенсато-ры межсимвольной интерференции и системы оптимального приѐма сигналов в условиях многолучевости разрабатывались как в нашей стране, так и за ру-бежом.

В 90-е годы подобные устройства нашли применение во многих системах: в системах сотовой подвижной связи, в цифровых радиорелейных системах связи с высокой скоростью передачи и т. п.

Важным усовершенствованием систем ВЧ связи, предназначенных для пере-дачи сигналов телефонии, стало создание в 1965 году системы "Линкомпекс", в которой применялось компандирование речи. В этой системе осуществля-лось выделение огибающей передаваемого сигнала, которая передавалась в узкой полосе частот на поднесущей методом ЧМ. Выделенная огибающая сигналов речи на передаче управляла работой компандера, осуществлявшего сжатие динамического диапазона передаваемого сигнала. На приѐме эта оги-бающая выделялась и управляла работой экспандера, с помощью которого восстанавливался принятый отраженных от метеорных следов речевой сиг-нал. Позже эта система совершенствовалась. В СССР было разработано по-

162

добное оборудование, в котором применялась новая система эхоподавления. В Канаде для повышения помехоустойчивости передачи огибающей сигнала речи использовались две поднесущие, модулированные по частоте и разне-сенные на 1 кГц.

Позже на ВЧ линиях стали применяться вокодеры, что давало значительный выигрыш в помехоустойчивости приѐма речевых сигналов по сравнению с обычно применяемой в радиотелефонии аналоговой системой передачи с ОБП. В вокодере, разработанном в 1978 году в СССР, впервые при синтезе речи на приѐме использовались цифровые методы.

Радиосвязь на ВЧ имеет ряд серьезных недостатков и не может обеспечить высоконадежную связь, так как она подвержена сильному влиянию возмуще-ний ионосферы, требует смены рабочих частот в течение суток, сезона года и периода солнечной активности.

В середине 50-х годов начинают исследоваться и создаваться линии связи, использующие другие механизмы распространения: рассеяние радиоволн на неоднородностях ионосферы (ИР) (в слоях D и Е и в спорадическом слое Es) и прерывистые механизмы рассеяния от метеорных следов в ионосфере (МР). На существование таких механизмов указывали исследования английского учѐного Т. Л. Эккерслея, выполненные еще в 1929 году.

В отличие от радиосвязи на ВЧ, связь с помощью ИР и МР слабо подвержена влиянию ионосферных возмущений и позволяет создать линии большой про-тяженности с высокой надежностью связи в течение всего года. Линии ИР, работающие в диапазоне частот 30-60 МГц, начали создаваться в конце 50-х - начале 60-х годов. В СССР работы по созданию таких линий выполнялись под руководством Н. Н. Шумской с участием В. В. Вязникова и Я. А. Фикса. Была построена линия ИР, которая действовала на трассе Мурманск - Москва.

В 1955-1957 годах создаются первые линии метеорной связи в Канаде, США и других странах. Первая система МР "Джанет" работала в диапазоне частот 30-50 МГц на трассе протяженностью около 1000 км, имела передатчики мощно-стью в 500 вт, разнос между частотами передачи и приѐма составлял 1 МГц, а средняя скорость передачи информации была равна примерно 150 бит/с (мак-симальная скорость составляла 300 бит/с).

163

В конце 60-х годов в СССР также были созданы (под руководством А. А. Мага-заника) две линии метеорной связи Норильск - Красноярск и Салехард - Тю-мень, которые находились в эксплуатации около десяти лет.

В 1968 году в США создается система COMET (Communication by Meteor Trails) метеорной системы связи с ARQ протяженностью 2000 километров и с пропу-скной способностью 4-8 телеграфных каналов.

В 80-х годах создаются автоматизированные системы, обеспечивающие на-дежную ВЧ радиосвязь в диапазоне 2-30 МГц на ближние, дальние и сверх-дальние (до 2000 км) расстояния. В этих системах, в зависимости от качества канала связи, возможна передача сообщений со скоростью от 75 до 2400 бит/с с высокой помехоустойчивостью. Современные технические средства ВЧ ра-диосвязи и их модульная архитектура позволяют создавать системы сухопут-ной и морской связи самого различного назначения.

С помощью этих систем можно организовать:

линии двухсторонней радиотелефонной связи по принципу "каждый с каждым" с возможностью выхода в общегосударственную либо учре-жденческую телефонную сеть;

системы дипломатической связи, передачу метеопрогнозов и т. п.; передачу низкоскоростных данных, текстовых сообщений, двоичных

файлов, факсов и качественных цветных и черно-белых изображе-ний;

объединение территориально разнесенных локальных вычислитель-ных сетей.

3.3.2 Этапы и перспективы развития систем ра-диосвязи, работающих в диапазонах НЧ, СЧ и ВЧ

Многие принципы построения систем радиосвязи, которые позже широко ис-пользовались при создании современных систем радиорелейной, спутниковой и подвижной радиосвязи, были установлены при проведении разработок сис-тем ВЧ связи. Системы ВЧ связи в течение нескольких десятилетий были единственным средством создания линий дальней радиосвязи, и поэтому они нашли широчайшее применение во всем мире. Это вызвало чрезмерную за-грузку ВЧ диапазона и серьезно обострило проблему помех между различны-

164

ми системами связи, работающими в этом диапазоне частот. Основные этапы развития таких систем состоят в следующем.

Первые двадцать лет XX столетия - в этот период закладываются основные принципы построения передающих, приѐмных и антенных радиотехнических устройств.

20-30-е годы - создаются радиолинии с применением буквопечатающей теле-графной многоканальной аппаратуры с ВУ и ЧУ, разрабатываются системы разнесенного приѐма, существенно повышающие надежность радиосвязи, осваивается диапазон ВЧ и внедряются многоканальные системы с ОБП, по которым передаются сигналы телефонии, фототелеграфии и телеграфии.

40-е годы - создаются системы передачи цифровых сигналов с применением ЧМн и ДЧТ.

50-е годы - создаются системы радиосвязи с повышенной помехоустойчиво-стью и надежностью: системы ВЧ связи с автозапросом информационных бло-ков, в которых на приѐме были обнаружены ошибки (ARQ), системы ионо-сферного и метеорного рассеяния, система "Рейк", использующая широкопо-лосные сигналы для разделения отдельных лучей в многолучевом канале (последние три вида систем широкого практического применения в ВЧ связи не получили).

60-70-е годы - создаются системы типа "Линкомпекс", в которых для повыше-ния качества приѐма сигналов телефонии применяется глубокая компрессия речевого сигнала и передача его огибающей с помощью ЧМ на поднесущей; в ВЧ связи начинается применение вокодеров; разрабатываются системы типа "Кинеплекс" и системы с адаптивной коррекцией межсимвольной интерферен-ции; создается система "Пиколо", в которой применялись многопозиционные сигналы.

80-е годы - создаются цифровые системы ВЧ связи, обеспечивающие аппа-ратными средствами, встроенными в приѐмопередающую аппаратуру, воз-можность автоматически регулировать (в соответствии с изменениями состоя-ния ионосферы) рабочую частоту и настройку антенн; в этих системах приме-няются высокоскоростные модемы с адаптивной коррекцией переходной ха-рактеристики многолучевого канала связи и осуществляется адаптация к уровню радиопомех в канале связи. В будущем, по-видимому, диапазон ВЧ станет использоваться только для звукового вещания, а также, в некоторых

165

случаях, для организации подвижной связи в регионах с низкой плотностью населения. Потребности в линиях связи, работающих в диапазонах частот ниже 50-60 МГц, значительно уменьшатся из-за развития современных средств радиосвязи, обладающих гораздо более высокой надежностью и про-пускной способностью, - радиорелейных и особенно спутниковых систем або-нентского доступа.

3.3.3 Радиорелейные линии связи

Принцип релейной связи, позволяющий организовать передачу сообщений на значительные расстояния путем еѐ переприѐма в промежуточных пунктах, известен с глубокой древности. Релейная линия связи состоит из цепочки по-следовательно соединенных однопролетных соединительных линий, в которой на промежуточных пунктах может происходить выделение передаваемых по линии сообщений, их ретрансляция или введение новых сообщений. Первая государственная сеть релейных станций подобного рода - оптический теле-граф Шаппа - была создана во Франции еще в XVIII веке. После изобретения радио в 20-х годах XX века инженеры начали предлагать создание систем радиорелейной связи.

По-видимому, первый патент на систему радиорелейной связи был получен в СССР в 1921 году В. И. Коваленковым. В 1923 году в США компанией RCA создается первая двухпролетная радиорелейная линия (РРЛ), работающая на частоте 182 кГц. В ней применялась ОБП, и она служила для передачи сигна-лов телеграфии. В 1929 году М. А. Бонч-Бруевичем был разработан проект радиорелейной линии связи для передачи радиотелефонных сообщений на ВЧ. Однако серьезное развитие радиорелейная связь получает только с ос-воением диапазона метровых волн.

В 1931 году в диапазоне метровых волн создается первая однопролетная ли-ния прямой видимости (РРЛ) через пролив Па-де-Кале. В СССР в 1932-1934 годах также была разработана приѐмопередающая аппаратура, работающая на метровых волнах, и созданы опытные линии связи Москва - Кашира и Мо-сква - Ногинск. В США в 1934 году была построена РРЛ для передачи ТВ сиг-налов, полоса которых составляла 250 кГц. Эта РРЛ работала на частоте 100 МГц.

С 1939 года для передачи как сигналов ТВ, так и сигналов телефонии начали создаваться РРЛ с ЧМ. Для передачи многоканальной телефонии в таких сис-темах применялось частотное уплотнение. В 1940 году была создана семика-

166

нальная РРЛ между Миланом и Кампо-дель-Фиоре (Италия), работающая на частоте 500 Мгц. В 40-х годах в США, Великобритании, Франции и Германии были развернуты работы по созданию РРЛ с ЧМ, по которым можно было пе-редать до десяти телефонных (ТФ) каналов.

Наряду с разработкой радиорелейных многоканальных систем, использующих непрерывные виды модуляции, выдвигаются идеи применения в радиорелей-ной связи импульсных видов модуляции (ИМ) и временного разделения кана-лов. Интересно отметить, что эти идеи появляются еще задолго до того, как становится возможной и актуальной их реализация. Достоинством систем с ИМ является простота оборудования для объединения и разделения отдель-ных каналов.

Одна из первых идей о применении ИМ для передачи непрерывных сообще-ний была высказана еще в 1919 году И. Г. Фрейманом, предложившим исполь-зовать для осуществления такого преобразования катодно-лучевую трубку. Академик А. Л. Минц в 1930 году получил авторское свидетельство на им-пульсную систему радиотелефонной связи с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Экспериментальная система многоканальной связи с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ) испытывалась в СССР в 1937 году.

С середины 40-х годов начинают применяться многоканальные РРЛ с им-пульсными видами модуляции (РРЛ-ИМ). Первая подобная восьмиканальная система, работающая в диапазоне 5 ГГц, была создана фирмой Вестерн-Электрик в 1944 году.

Разработка и внедрение РРЛ-ИМ в СССР начались с 1945 года. Значительную роль в этом сыграли работы В. И. Сифорова, Н. М. Изюмова, Я. Д. Ширмана, Ф. П. Липсмана, Г. В. Длугача, С. В. Бородича, Г. А. Малолепшего и других. В СССР выпускались РРЛ-ИМ с импульсно-фазовой модуляцией с числом ТФ каналов от одного до двадцати четырех. Эти РРЛ работали в диапазонах час-тот от 70 до 2000 МГц.

Оборудование РРЛ, предназначенных для передачи сигналов ТВ и большого числа ТФ каналов, создавалось на основе применения ЧМ и ЧУ. Первое оте-чественное оборудование "Краб" в метровом диапазоне, разработанное в 1953-1954 годах, было использовано для создания РРЛ Красноводск - Баку. Позже была создана двенадцатиканальная аппаратура "Стрела-П", исполь-зующая полосу частот 1600-2000 МГц. В 1958 году была разработана первая отечественная РРЛ с ЧМ - Р60/120, работавшая в диапазоне 2 ГГц и позво-

167

лявшая передавать до 120 ТФ каналов или один канал телевидения. В созда-нии отечественных РРЛ значительную роль сыграли ведущие специалисты Научно-исследовательского института радио: В. А. Смирнов, Е. С. Штырен, С. В. Бородич, В. П. Минашин, А. В. Соколов, Н. Н. Каменский и другие. Аналого-вые РРЛ с ЧМ получили весьма широкое распространение во всем мире и постепенно осваивали диапазоны 4, 6, 8 и 11 ГГц.

В начале 50-х годов была открыта возможность создания систем связи, ис-пользующих механизм распространения радиоволн путем тропосферного рас-сеяния. Эти системы давали возможность создания тропосферных РРЛ (ТРРЛ), в которых расстояние между соседними станциями значительно пре-восходило расстояние между соседними станциями РРЛ прямой видимости и доходило до 800 километров. Это позволяло развертывать такие линии в ма-лонаселенных и труднопроходимых регионах, в которых создание РРЛ прямой видимости оказывалось невозможным либо очень дорогостоящим.

В ТРРЛ протяженность одного пролета составляла 200-600 километров, при-менялись антенны с большим коэффициентом усиления (до 40 дБ), мощные передатчики (до 10 кВт) и разнесенный приѐм. Эти системы создавались в диапазоне частот 800-4000 МГц. Их пропускная способность доходила до ста пятидесяти телефонных каналов. В 1957 году была созданы ТРРЛ между Ис-панией и Италией, США и Канадой, а также в других странах.

В СССР первую отечественную аппаратуру ТРРЛ создали в 1963 году. На этом оборудовании была построена сеть ТРРЛ "Север" протяженностью 14 000 километров. Еѐ пропускная способность составляла 60 ТФ каналов. Эта сеть постоянно модернизировалась, и в 1981 году еѐ пропускная способность воз-росла до ста двадцати ТФ каналов. Инициатором и руководителем первых работ по созданию отечественных ТРРЛ был С. В. Бородин. В этих разработ-ках активно участвовали И. А. Гусятинский, А. С. Немировский, И. С. Цирлин, В. В. Плеханов, Г. М. Холодилин и другие. С развитием систем спутниковой связи значение ТРРЛ для организации связи в отдаленных районах уменьши-лось.

Во второй половине XX столетия начинают разрабатываться и внедряться системы связи, в которых применяются цифровые методы передачи сигналов. В России на основе изобретения Л. А. Коробкова в 1947 году создается циф-ровая двенадцатиканальная однопролетная цифровая линия связи Москва - Раменское протяженностью 30 километров, в которой применялась дельта-модуляция. Этот год можно считать началом создания цифровых систем мно-гоканальной радиосвязи, которые в конце XX века начали интенсивно вне-

168

дряться во все сферы электросвязи. В 1948 году фирма "Белл" создала пер-вую экспериментальную многоканальную цифровую систему связи с ИКМ.

Начиная с середины 70-х годов начинают создаваться цифровые РРЛ, позво-ляющие в одном стволе передавать цифровые потоки со скоростью 2, 8, 32 Мбит/с.

На первом этапе для внедрения цифровых методов передачи использовались существующие аналоговые РРЛ с ЧМ, для которых разрабатывались специ-альные модемы, позволяющие с использованием двухполярной либо четы-рехуровневой модуляции со скремблированием передать один либо два циф-ровых потока со скоростью передачи 8 Мбит/с в нижней части группового спек-тра РРЛ. Были разработаны также модемы, с помощью которых, одновремен-но с аналоговыми сигналами многоканальной телефонии или ТВ, на поднесу-щей, расположенной выше спектра аналогового сигнала, цифровые сигналы передавались методом ОФМ со скоростью передачи 2 Мбит/с.

В США первая цифровая РРЛ с ИКМ была создана в 1962 году. В СССР пер-вые цифровые РРЛ с ИКМ в диапазоне частот выше 10 ГГц начали создавать-ся в 1978 году. В цифровых РРЛ первого поколения для передачи сигналов применялись простые методы модуляции: ЧМн, ОФМ либо ДОФМ.

На современном этапе развития систем фиксированной радиосвязи быстрыми темпами происходит внедрение цифровых методов передачи сообщений. Та-кие радиосистемы в ряде случаев оказываются экономически существенно эффективнее по сравнению с кабельными и оптоволоконными системами.

Имеются четыре вида основных применений РРЛ, для которых в последние двадцать лет в ряде стран был налажен выпуск оборудования.

Создание достаточно протяженных магистральных систем высокоскоро-стной связи со скоростью передачи вплоть до 622 Мбит/с. В современных магистральных РРЛ широко применяется КАМ и РКМ, обладающие весьма высокой помехоустойчивостью. Для увеличения спектральной эффективности таких систем в них начиная с 80-х годов, применяются адаптивные компенса-торы межсимвольных помех. Кроме того, в этих системах используется уплот-нение имеющихся частотных каналов по поляризации и для устранения возни-кающих при этом кросс-поляризационных помех применяются адаптивные компенсаторы. Такие РРЛ обычно используют диапазоны частот 1-14 ГГц.

169

Создание линий связи для поддержки определенной инфраструктуры (например, для подключения базовых станций сотовых сетей связи к мобиль-ному коммутатору, подачи ТВ программ на головные станции систем кабель-ного ТВ, соединения широкополосными радиолиниями большого числа терми-налов, расположенных внутри здания на ограниченной площади, и т. п.). Такие линии обычно создаются в диапазонах частот 14-38 ГГц.

Создание сетей абонентского доступа, предназначенных для непосредст-венного подключения абонентов к сети телефонной связи общего пользования (ТФОП). Подобные РРЛ создаются в диапазонах частот 14-60 ГГц. В сельских районах с низкой плотностью населения, когда эта сеть должна охватывать значительный регион, для еѐ создания могут использоваться полосы частот в диапазоне ниже 1 ГГц. Для создания сетей абонентского доступа используют-ся сотовые РРЛ и системы связи типа пункт - много пунктов (П-МП).

В сотовых РРЛ применяется МДВР, и их базовые станции (БС) разворачива-ются в отдельных населенных пунктах на обширных территориях в регионах с низкой плотностью населения. Расстояния между БС может составлять не-сколько десятков километров. В этих сетях в зонах обслуживания БС преду-смотрена возможность беспроводного доступа групп абонентов к отдельным каналам каждого из радиостволов РРЛ. В этих зонах устанавливаются и ретрансляционные станции, с помощью которых осуществляется объединение БС в единую сеть, подключенную к сети ТФОП. С помощью подобных систем возможно подключение к районным автоматическим телефонным станциям (АТС) до 60 тысяч абонентов, проживающих на территории 20-30 тысяч квад-ратных километров. Данные системы нашли широкое применение для органи-зации связи в сельских районах с низкой плотностью населения во многих странах.

Системы связи типа П-МП могут использоваться как для создания сетей широ-кополосного абонентского доступа к автоматическим телефонным станциям, так и для подключения территориально распределенных компьютерных сетей к центральному серверу и т. п. Подобные системы находят применение как в городах, так и в сельских районах.

К системам типа П-МП относятся и системы распределения ТВ программ цен-тральной станции как непосредственно к абонентам, так и к головным станци-ям кабельного ТВ. Такие системы были разработаны в диапазонах 2. 5 и 29 ГГц. Первая из них - MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Systems) - имеет радиус зоны обслуживания до 40 километров, и в ней используется AM. Она является аналоговой и имеет 33 канала шириной 6 МГц. Вторая - LMDS (Local

170

Multipoint Distribution Systems) -имеет радиус зоны обслуживания до 6 кило-метров, и в ней используется ЧМ. Она занимает полосу частот 2 ГГц и имеет значительно большую емкость по сравнению с системой MMDS.

В Европе в диапазоне 40 ГГц была разработана весьма перспективная систе-ма MVDS (Multipoint Video Distribution Systems), аналогичная системе LMDS. В этой системе в зоне обслуживания одной базовой станции для каждого або-нента можно организовать передачу 24 широкополосных (40 МГц) каналов.

В настоящее время системы MMDS, LMDS и MVDS усовершенствованы, и в них появилась возможность организации обратного канала связи от абонентов к центральной станции, что значительно расширяет возможности этих систем, так как появляется возможность их использования для подключения абонен-тов к ТФОП, к сети Интернет, предоставления интерактивных услуг и т. п.

Организация локальных соединительных сетей связи внутри помещений. Такие системы позволяют заменять кабельные линии связи, при необходимо-сти устанавливать множественные широкополосные соединения между раз-ными видами оборудования, расположенного на небольших (до 500 м) рас-стояниях друг от друга. В Европейском институте телекоммуникационных стандартов (ETSI) в диапазоне 5 и 17 ГГц в 1998 году разработана система Hiperlan (High Perfomance Radio Local Area Network). В ней возможна передача данных на больших скоростях: 10, 25 Мбит/с и выше. В данной системе воз-можна организация связи подвижных терминалов между собой без использо-вания базовых станций или какой-либо другой фиксированной инфраструкту-ры. Это весьма ценно при установлении временных соединений или в случаях, когда невозможно установить фиксированное оборудование. Аналогичные системы, работающие в диапазонах 2. 4 и 5 ГГц, разработаны в США.

3.3.4 Этапы развития систем радиорелейной свя-зи

Начало развития радиорелейной связи относится к 20-м годам XX столетия, и сегодня этот вид связи продолжает развиваться весьма высокими темпами. Отметим основные этапы этого развития:

20-е годы - первые проекты создания радиорелейных линий связи в диапазо-нах средних и длинных волн, создание на средних волнах первой РРЛ для передачи сигналов телеграфии и фототелеграфии;

171

30-40-е годы - создание опытных малоканальных РРЛ на метровых волнах с использованием ЧМ и импульсных видов модуляции, передача по РРЛ сигна-лов малокадрового ТВ, создание первой цифровой многоканальной системы передачи ТФ сигналов с применением дельта-модуляции и ИКМ;

50-е годы - разработка в диапазоне 2 ГГц магистральных РРЛ с ЧМ, позво-ляющих передавать до 120 ТФ каналов и сигналы ТВ, начало стандартизации параметров РРЛ в МСЭ, разработка малоканальных РРЛ с ФИМ для местной связи, создание ТРРЛ, с помощью которых организуются сети радиорелейной связи в труднодоступных регионах;

60-е годы - разработка первой цифровой РРЛ с ИКМ, создание магистральных аналоговых РРЛ с ЧМ и числом ТФ каналов до 1920, освоение диапазонов частот до 10 ГГц, развитие сетей ТРРЛ;

70-е годы - создание первого поколения цифровых РРЛ, использующих спе-циальные модемы для передачи цифровых сигналов в стволах аналоговых РРЛ; создание цифровых РРЛ, работающих в диапазонах частот выше 10 ГГц и использующих для передачи сигналов ЧМн, ОФМ и ДОФТ; разработка сото-вых РРЛ с многостанционным доступом, обеспечивающих возможность орга-низации беспроводного доступа к сети связи общего пользования на обшир-ных территориях с низкой плотностью населения;

80-е годы - создание РРЛ типа П-МП и их применение для организации сис-тем эфирного распределения ТВ программ, разработка современных цифро-вых высокоскоростных магистральных РРЛ с КАМ и РКМ;

90-е годы - разработка широкополосных локальных распределительных сис-тем типа Hiperlan.

В XXI веке аналоговые РРЛ быстрыми темпами будут заменяться цифровыми. Некоторые полосы частот в диапазоне ниже 1 ГГц будут использоваться для организации малоканальных протяженных РРЛ в сельской местности. В на-стоящее время в Европе в этом диапазоне частот действуют почти 130 тысяч радиорелейных станций. Ожидается быстрое развитие сетей РРЛ в диапазо-нах высоких частот до 30 ГГц. Полосы частот от 1 до 3 ГГц будут постепенно высвобождаться от систем фиксированной службы в целях развития сетей подвижной и спутниковой связи. В течение ближайших пяти лет в Европе об-щее число РРЛ возрастет на 35%. Особенно большой рост числа развернутых РРЛ будет происходить в диапазонах частот выше 20 ГГц. В XXI веке получат

172

широкое развитие РРЛ в миллиметровом диапазоне частот, вплоть до 60 ГГц. Такие РРЛ с передатчиками малой мощности позволят при необходимости быстро организовывать короткие и весьма дешевые соединительные линии. Их предполагается, в частности, использовать в качестве соединительных линий для базовых станций сетей подвижной связи третьего поколения.

Системы широкополосного абонентского доступа типа П-МП и сотовые РРЛ будут создаваться в диапазонах частот выше 30 ГГц. Кроме того, получат раз-витие системы, предназначенные для создания сотовых сетей распределения ТВ программ. Для подобных систем выделены полосы частот в диапазонах до 60 ГГц.

Весьма интересным и многообещающим является проект организации гло-бальной сети РРЛ высокой плотности "Sky-Station". Этот проект по своему замыслу аналогичен проекту создания глобальной системы спутниковой связи "Teledeisic", о котором подробнее будет сказано ниже. В системе "Sky-Station", для которой в МСЭ используется аббревиатура HAPS (High Altitude Platform Station) вместо спутников Земли используется в качестве ретранслятора связ-ная платформа, размещенная на дирижабле, поднятом на высоту более два-дцати километров над Землей.

В этом ретрансляторе осуществляется обработка сигналов и используется многолучевая антенная система. Такая система позволяет обслужить до 3 миллионов абонентов в зоне обслуживания одной стратосферной станции, имеющей радиус порядка 500 километров. С помощью двухсот пятидесяти таких платформ возможно полное покрытие поверхности Земли этой систе-мой. Абонентские терминалы позволят передавать и принимать потоки данных со скоростью от 64 до 2000 Кбит/с. Абоненты будут пользоваться всеми услу-гами, предоставляемыми сетью связи общего пользования и сетью Интернет. Подобная система оказывается почти на порядок дешевле системы "Teledesic", которую также планируется ввести в эксплуатацию в начале XXI века.

3.3.5 Системы спутниковой связи

Возможности создания современных систем спутниковой связи были заложе-ны первыми теоретическими работами, выполненными еще в начале XX века К. Э. Циолковским (Россия, 1901 г.) и Р. Годардом (США, 1903 г.), по созданию ракетной техники и искусственных спутников Земли (ИСЗ).

173

Протяженность трассы радиорелейной линии связи растет с увеличением высоты подвеса антенны ретранслятора. Идеи создания радиорелейной ли-нии связи с переотражением ретранслируемых сигналов от космических тел возникла у учѐных задолго до того, как появилась возможность их технической реализации.

В 1943 году в СССР академики Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси выпол-нили теоретические расчеты, показавшие возможность создания линии связи с использованием Луны в качестве пассивного ретранслятора. В США в 1956 году была создана опытная система радиотелефонной связи между Вашинг-тоном и Гавайскими островами, в которой сигналы отражались от поверхности Луны. Эта линия имела небольшую пропускную способность, и в ней исполь-зовался передатчик мощностью 100 Вт, работавший на частоте 430 МГц. Ли-ния находилась в эксплуатации до 1962 года. Несколько позже (в 1965 г.) в СССР также были проведены опыты по передаче фототелеграфных изобра-жений через Луну.

Идея использования искусственных спутников, находящихся на геостационар-ных орбитах, для организации глобальных систем связи и вещания была вы-двинута в 1945 году американским учѐным и знаменитым писателем Артуром Кларком. В 1955 году известный американский учѐный Дж. Р. Пирс публикует расчетные данные, позволяющие оценить технические параметры систем спутниковой связи.

Возможность создания систем спутниковой связи появилась только в 1957 году после запуска созданного под руководством академика С. П. Королева первого искусственного спутника Земли. Это эпохальное событие в истории человеческой цивилизации дало мощный толчок в развитии многих новых направлений науки и техники, в том числе и радиосвязи. Почти сразу же после первого запуска искусственного спутника Земли создаются эксперименталь-ные линии спутниковой радиосвязи.

В 1958 году в США запускается первый активный экспериментальный спутник "Атлас-Скор" на эллиптическую орбиту и через него организуется опытная радиосвязь. Через несколько месяцев после его запуска появилась историче-ская статья американских учѐных Дж. Р. Пирса и Р. Компфнера, в которой бы-ли даны технические основы создания надежной трансокеанской связи с по-мощью ИСЗ.

174

Всего несколько лет понадобилось для реализации крупных технических про-ектов. В этот период были запущены:

пассивный спутник связи "Эхо", выполненный в виде тонкостенного отражающего радиоволны шара диаметром несколько десятков мет-ров, и "Вест-Форд", образованный поясом толщиной порядка 20-30 километров из нескольких сот миллионов диполей "иголок" длиной 2 сантиметра (от создания линий связи на пассивных ИСЗ в дальней-шем отказались, так как они имели узкую полосу частот линии связи и требовали применения на Земле весьма мощных передатчиков и чувствительных приѐмников);

активный спутник-ретранслятор "Телстар", находившийся на негео-стационарной орбите, с помощью которого осуществлялась передача сигналов телевидения и многоканальной телефонии между Европой и Америкой;

геостационарный спутник-ретранслятор "Синком".

Спутниковые системы связи, в которых использовались пассивные спутники, имели серьезные недостатки: весьма высокую энергетику линий и узкую поло-су пропускания. Из-за этого линии спутниковой связи с 60-х годов начали соз-даваться исключительно с использованием активных спутников.

Для создания национальной сети спутниковой связи в СССР в 1965 году на высокоэллиптическую орбиту выводится ИСЗ "Молния-1", через который была организована передача сигналов телефонии и телевидения между Москвой и Владивостоком.

Поскольку на первом этапе развития спутниковых систем (60-е годы) широко использовалась ЧМ с большим индексом модуляции, то в это время проводят-ся многочисленные разработки различных устройств снижения порога приѐма ЧМ сигналов. Применение таких устройств позволяло существенно снизить необходимую энергетику спутниковых линий связи.

В этот же период создаются экспериментальные и действующие системы спутниковой связи, в которых используются различные методы многостанци-онного доступа: МДЧР, МДВР и МДКР. В системах МДЧР первое время ис-пользуется ЧМ. Разрабатываются системы многостанционного доступа типа один канал на несущую (ОКН) и многоканальные системы, в которых на каж-дой несущей частоте передается несколько телефонных каналов (МКН).

175

Позднее в системах спутниковой связи начинают применяться цифровые ме-тоды передачи сигналов. Применяются методы модуляции ФМн, ОФМ, ММС, коды, корректирующие ошибки, и другие. Для повышения эффективности ис-пользования каналов связи применяются методы сокращения избыточности звуковых и телевизионных сообщений, методы подавления несущей в паузах речи, разделение сигналов, передаваемых в одном частотном канале, по по-ляризации и другие. Важным этапом развития спутниковых систем связи стали разработки систем "SPADE" (ИКМ-ОКН) и "SMAX" (ИКМ-МДВР). Подобные разработки проводятся в разных странах.

В СССР первая линия цифровой связи, соединившая Москву с городами Дальнего Востока, была введена в эксплуатацию в 1977 году. Она имела ско-рость передачи 40 Мбит/с и позволяла передавать 120 дуплексных ТФ кана-лов.

В конце 60-х годов разрабатываются спутниковые ретрансляторы с обработ-кой сигналов на борту, которые позволяют существенно повысить пропускную способность спутниковых систем, применяя в них коммутационные матрицы и многолучевые антенны. Коммутационные матрицы путем соответствующей коммутации принятых временных пакетов на разные временные позиции в кадре передаваемого сигнала обладают большим быстродействием и позво-ляют осуществлять маршрутизацию обрабатываемых сигналов на борту спут-ника, связывая абонентов, расположенных в зонах обслуживания одного и того же или разных лучей.

Системы с коммутацией сигналов на борту спутника весьма перспективны, так как позволяют существенно уменьшить сложность земного сегмента. Приме-нение этой технологии для организации линий связи позволяет избежать мно-госкачковых соединений и уменьшать задержки передаваемых сообщений. Коммутация сигналов на борту ИСЗ для организации межспутниковых линий связи нашла применение в системе спутниковой подвижной связи "Иридиум", она заложена в проекте системы глобальной спутниковой связи "Teledesic", реализация которого намечена на начало XXI века.

Разработанные в 60-70-е годы технологии связи находят широкое применение в создаваемых во многих странах спутниковых системах.

В СССР в 70-х годах создаются различные системы многостанционного досту-па:

176

аналоговые системы (система ОКН "Градиент-Н" и МКН "Группа" с ЧУ-ЧМ);

цифровая система "МДВУ-40" с временным уплотнением со скоро-стью передачи сообщений 40 Мбит/с;

цифровая система ОКН "Интерчат", аналогичная американской сис-теме "SPADE", обеспечивающая передачу в одном стволе до 800 ка-налов связи со скоростью передачи сообщений 64 Кбит/с. Эта систе-ма была разработана совместно советскими и венгерскими специа-листами;

система цифровой спутниковой связи ДКН-400, в которой применя-лась адаптивная дифференциальная ИКМ.

В создании отечественных систем спутниковой связи значительную роль сыг-рали А. Д. Фортушенко, Н. В. Талызин, С. В. Бородич, Л. Я. Кантор, М. Ф. Ре-шетнев, М. С. Немировский, В. Л. Быков, В. М. Дорофеев, А. П. Биленко, Н. И. Калашников, М. Д. Венедиктов, Е. Ф. Камнев, М. Р. Капланов, И. С. Цирлин, В. М. Цирлин, В. П. Кокошкин, Г. Н. Чернявский и другие. Важные при проектиро-вании спутниковых систем связи программы для расчета зон обслуживания геостационарных спутниковых систем были разработаны в 80-х годах Л. М. Машбицем.

Спутниковая связь развивается во всем мире весьма быстрыми темпами. Со-вершенствование техники спутниковой связи позволило в 1984 году создавать небольшие необслуживаемые земные станции (ЗС) цифровой спутниковой связи с антеннами с малой апертурой (VSAT-Very Small Aperture Terminal), которые позволяют развертывать массовые сети спутниковой связи, анало-гичные сетям РРЛ типа П-МП. Новая техника обеспечивает достаточно высо-кую скорость передачи информации (до 2 Мбит/с) и позволяет отдельным пользователям сетей VSAT предоставить, наряду с традиционными, значи-тельное количество современных услуг связи (Интернет, видеоконференцс-вязь, видеотелефония и т. д.). Сети VSAT создаются в диапазонах 6-4, 14-11 и 30-20 ГГц, выделенных для фиксированной спутниковой службы.

Начиная с 1984 года, за пятнадцать лет своего развития, количество введен-ных в эксплуатацию ЗС сетей VSAT в мире составило около трехсот тысяч.

Сети спутниковой связи имеют глобальный характер и требуют при создании весьма значительных инвестиций. Это диктует необходимость объединения ресурсов многих стран для развития подобных систем.

177

В 1965 году создается первая международная организация спутниковой связи "Интелсат", которая объединяет 143 страны. Глобальная система спутниковой связи "Интелсат" имеет сегодня 17 ИСЗ и 130 земных станций в разных регио-нах мира. В этой системе возможны организация сетей связи общего пользо-вания, передача видеосигналов, создание магистральных линий связи боль-шой емкости и корпоративных сетей связи и т. п.

В 70-х годах создается ряд других международных организаций спутниковой связи:

организация "Интерспутник", объединяющая в настоящее время два-дцать три страны Восточной Европы, Азии и страны СНГ и предос-тавляющая сегодня пользователям возможность организации сетей ТВ и 3В вещания, передачу телефонии, данных, видеоконференций, сетей VSAT. Эта организация имеет 8 спутников связи и 70 земных станций в разных странах мира;

организация "Евтелсат", объединяющая пятьдесят стран Европы, Азии, Африки и Америки. Она имеет 15 ИСЗ, с помощью которых обеспечивается организация тысяч корпоративных сетей, передача сигналов телефонии и данных, а также 550 ТВ каналов на 75 мил-лионов приѐмных установок во многих частях мира.

За последние двадцать пять лет был создан также ряд региональных систем спутниковой связи: "ПанАмСат", "Орион", "Арабсат", "Азиасат" и другие. В 90-х годах национальные сети спутниковой связи были созданы в Канаде, России, США, Франции, Китае, Японии, а также во многих других странах.

3.4 Бум ХХ века

3.4.1 Радиосвязь и радиовещание

3.4.1.1 Звуковое вещание

Первые опыты по передаче с помощью радио сигналов звукового (3В) веща-ния проводились еще в начале XX столетия. Они связаны с именами амери-канских инженеров Фессендена и Ли де Фореста. В 20-х годах начинается ин-тенсивное строительство радиовещательных (РВ) станций во многих странах мира. Первые РВ станции работали в диапазоне длинных волн и использова-ли амплитудную модуляцию. В системах AM вещания, которые и в настоящее время распространены весьма широко, звуковые сигналы передаются в поло-се частот 5 кГц. Столь узкая полоса частот и взаимные помехи между много-

178

численными AM станциями, использующими один и тот же частотный канал, не позволяют обеспечить приѐм вещательных программ с высоким качеством.

Из-за интенсивного внедрения станций AM вещания сразу же возникла про-блема устранения помех между разными станциями. Это могло быть достигну-то путем повышения стабильности частоты РВ станций, снижения уровней внеполосных излучений и улучшения избирательности приѐмников. До сере-дины XX столетия инженеры интенсивно работали над решением этих про-блем.

Для AM вещания в диапазонах НЧ, СЧ и ВЧ в настоящее время выделено все-го 135 частотных каналов, в которых общее число действующих в разных странах передатчиков составляет примерно 3000. Суммарная мощность этих передатчиков колоссальна и составляет около 50 МВт. Таким образом, насы-щенность этих диапазонов частот работающими станциями AM вещания весь-ма велика.

Здание первой мощной радиове-щательной станции ВЦСПС (1929 г.)

Для повышения эффективности использования радиочастотного спектра в сетях AM вещания английским учѐным Т. Л. Эккерслеем в 1929 году было предложено создавать синхронные сети, в которых все передающие станции сети, обслуживающие определенную территорию, работают на одной частоте с весьма высокой стабильностью и передают одну и ту же программу. В таких сетях существенно снижаются необходимые защитные отношения для полез-ных сигналов в зоне обслуживания одной РВ станции, поэтому возможно в одном частотном канале организовать вещание на весьма значительной тер-ритории. Синхронные сети были созданы только в нескольких странах (Вели-кобритании, Франции, Германии и Японии). Однако из-за того, что в большин-стве стран вещательные станции являлись частными и передавали разные программы, синхронные сети широкого распространения не получили. В США их создание было запрещено антимонопольным законом.

В СССР, где распространение центральных вещательных программ на всей территории страны являлось важной государственной задачей, синхронные сети в диапазоне СЧ начали создаваться в 1950 году. Использование синхрон-ных сетей позволяло применять в них маломощные передатчики и исключить

179

в темное время суток нелинейные и частотные искажения в зонах интерфе-ренции земного и пространственного луча. Заметно повышалась также и на-дежность вещания.

Из-за быстрого увеличения количества работающих в эфире AM вещательных станций и роста взаимных помех качество приѐма сигналов было достаточно низким. Исследования Э. Г. Армстронга, выполненные в 1936 году, показали перспективность применения в сетях вещания ЧМ, так как в этих сетях обеспе-чивается значительно более высокое качество приѐма вещательных сигналов, нежели в сетях AM вещания, и более просто решаются вопросы обеспечения их электромагнитной совместимости (ЭМС). В системах ЧМ вещания значи-тельно (до 15 кГц) расширялась полоса частот передаваемых вещательных сигналов. С 40-х годов во всех странах в диапазоне метровых волн (ОВЧ) на-чинается создание сетей ЧМ вещания.

Повышение качества радиовещания всегда было и остается весьма важной задачей. Одним из путей еѐ решения было создание стереофонических сис-тем, в которых, по сравнению с монофоническим воспроизведением звука, достигается большая естественность звучания музыкальных программ. В СССР первые опыты по созданию стереофонических систем воспроизведения музыкальных программ были проведены еще в 30-х годах под руководством профессора И. Е. Горона. В стереосистемах для передачи по каналу связи формируются сигналы в двух разнесенных в пространстве микрофонах - пра-вом и левом (формирующих сигналы А и В). Необходимая полоса частот кана-ла связи для этих систем значительно шире, нежели для AM вещания и по-этому организация стереовещания началась в сетях ОВЧ-ЧМ вещания.

В 50-х годах в разных странах было предложено более тридцати различных систем стереовещания. В эти годы в США, Японии, СССР и в других странах были проведены обширные экспериментальные исследования подобных сис-тем. В Великобритании исследовались системы с импульсной модуляцией и временным разделением стереоканалов, в США некоторое время применя-лась система Кросби, в которой разностный сигнал (А-В) модулировал подне-сущую по частоте. Однако в результате выполненных исследований в США в 1961 году была принята система, разработанная фирмами "Зенит" и "Джене-рал Электрик". В этой системе на нижних частотах передавался суммарный сигнал правого и левого микрофона (А+В), а на поднесущей методом AM - разностный сигнал (А-В) стереопрограммы. Сама поднесущая подавлялась. Поэтому для еѐ восстановления на приѐме передавался пилот-сигнал, частота которого (19 кГц) была в два раза ниже частоты поднесущей. Данная система получила широкое распространение во многих странах.

180

В СССР под руководством профессора Л. М. Кононовича была разработана и внедрена в 1963 году система с полярной модуляцией, изобретенной в 1939 году А. И. Косцовым. В этой системе частота поднесущей была выбрана рав-ной 31.25 кГц. Еѐ положительные полупериоды модулируются сигналом А, а отрицательные - сигналом В. В 60-х годах в сетях ОВЧ-ЧМ вещания во многих странах начинает внедряться система стереофонического вещания. В СССР, США и Японии в 70-х годах для повышения качества передачи музыкальных программ разрабатываются аналоговые системы 4-канального стереовещания (квадрофония). Однако такие системы распространения не получили.

Совершенствование систем вещания в конце XX столетия идет по пути разра-ботки цифровых систем, в которых может быть обеспечено весьма высокое качество воспроизведения речи и музыки. Цифровые РВ системы позволяют создавать сети вещания с высокой эффективностью использования радиочас-тотного спектра.

В конце 60-х годов цифровые методы передачи начинают внедряться на лини-ях распределения 3В программ. При этом применяется ИКМ, и монофониче-ский сигнал 3В преобразуется в цифровой поток со скоростью, примерно рав-ной 512 Кбит/с. Этот цифровой поток включает в себя как информационные, так избыточные символы, образуемые при применении кода БЧХ, исправляв-шего информационные символы, принятые с ошибками. Применение метода почти мгновенного компандирования для сокращения избыточности сигналов 3В вещания позволяет сократить скорость цифрового потока до 320 Кбит/с. В 80-х годах для распределения программ 3В вещания по кабельным, аналого-вым радиорелейным и спутниковым линиям связи используются цифровые методы передачи. Типовой являлась система объединения в один цифровой поток со скоростью 2 Мбит/с нескольких (до семи) стерео- и моновещательных программ 3В. Этот поток передается на поднесущей, модулируемой методом ОФМ или ДОФМ. Передача сигналов 3В вещания осуществляется в верхней части частотного спектра аналоговой системы передачи.

В конце 80-х годов в Германии и Японии в диапазоне 12 ГГц создаются спутни-ковые системы непосредственного 3В вещания с использованием цифровых методов передачи. В этих системах в полосе частот одного спутникового ство-ла передается общий цифровой поток со скоростью порядка 25 Мбит/с, в кото-ром методом ВУ размещены цифровые потоки порядка пятидесяти моновеща-тельных (или двадцати пяти стереовещательных) программ, передаваемых с качеством компакт-дисков. Передача этого потока осуществляется методом ОФМ или ДОФМ. В Европейском вещательном союзе (EBU) была разработана система MAC/packet. Система MAC была разработана для передачи ТВ сигна-

181

лов методом ЧМ. Подробнее о ней будет сказано в следующем разделе. В системе MAC/packet площадь телевизионного кадра, обычно заполняемая видеосигналом, заменяется пакетами данных или цифровыми потоками про-грамм 3В вещания.

В существующих наземных сетях 3В вещания невозможно передавать высоко-скоростные цифровые потоки, так как они используют сравнительно узкопо-лосные радиоканалы. В США и в европейских странах в 80-е годы ведутся разработки новых систем наземного цифрового 3В вещания. В СССР в начале 80-х годов в диапазоне 100 МГц была разработана и экспериментально испы-тана одна такая система. В этой системе для сокращения избыточности 3В сигналов применялась ИКМ с мгновенным компандированием, она позволяла передать на одной несущей методом ДОФМ пять стереопрограмм (или две моно- и четыре стереопрограммы) и занимала полосу 4 МГц.

В начале 90-х годов европейские страны объединяют свои усилия в разработ-ке перспективной системы цифрового звукового вещания (DAB - Digital Audio Broadcasting), и в 1994 году эта разработка завершается. В ряде стран Евро-пы, Азии и Америки в 1996 году началась опытная эксплуатация наземных сетей вещания стандарта DAB, в котором используется метод модуляции COFDM. В этой системе для устранения избыточности 3В сигналов использу-ется метод MUSICAM. Ширина полосы частот, занимаемая одним частотным каналом, в этой системе составляет 1.5 МГц. Сети DAB по эффективности использования РЧС существенно превосходят сети ОВЧ-ЧМ вещания, по-скольку, во-первых, в этих сетях упрощается обеспечение ЭМС между разны-ми станциями, работающими в сети, а во-вторых, в этих сетях возможна реа-лизация идеи создания синхронных одночастотных сетей, покрывающих зна-чительные регионы страны. В одном канале системы DAB могут быть переда-ны до шести стереофонических программ с качеством компакт-дисков. За по-следние несколько лет опытные сети DAB созданы в большинстве европей-ских стран, а также в Канаде, Китае, Гонконге, Индии, Малайзии, Японии, Юж-ной Африке и в некоторых других странах. В первом десятилетии XXI века в сетях вещания во многих странах будет осуществлен переход от аналоговых систем к цифровым.

3.4.1.2 Телевизионное вещание

Зарождение электронных систем телевизионного вещания относится к 1907 году и связано с именем русского учѐного Б. Л. Розинга, который предложил использовать для преобразования изображения в электрический сигнал трубку

182

Брауна и последовательную электрическую развертку. В XX веке произошел огромный прогресс в создании техники и сетей ТВ вещания. Этот прогресс обусловлен самоотверженным трудом нескольких поколений учѐных и инже-неров многих стран. Значительный вклад в создание ТВ систем внесли спе-циалисты США, Германии, России, Франции, Японии, Венгрии, Польши и др.

До начала 30-х годов разрабатывались в основном механические ТВ системы, в которых формирование электронного сигнала изображения осуществлялось с помощью диска Нипкова, изобретенного в 1884 году и осуществлявшего раз-ложение передаваемого изображения на последовательные элементы. Одна из таких систем ТВ вещания была создана в СССР в 1929 году под руково-дством В. И. Архангельского в лаборатории одного из крупнейших советских учѐных в области телевидения П. В. Шмакова. В этой системе использовались параметры развертки 30 строк и 12.5 кадр/с. В ней ТВ сигнал занимал полосу частот, равную всего 7.5 кГц, и передавался по радиоканалу на частоте I МГц, а звуковое сопровождение - на частоте 500 кГц. В 20-х годах в США, СССР, Франции, Германии и других странах разрабатываются передающие телеви-зионные трубки и появляется возможность создания полностью электронных ТВ систем. Опытные полностью электронные ТВ системы впервые создаются в 1930 году в США и Германии. В СССР создание ТВ центров и первые опыт-ные передачи ТВ вещания в Москве (343 строки) и Ленинграде (240 строк) начались в 1937 году. Необходимая ширина полосы частот радиоканала для такой передачи составляла примерно 1.5 МГц.

Современные стандарты на системы черно-белого ТВ вещания в разных стра-нах создаются в 40-х годах. Для развития сетей ТВ вещания был выделен диапазон метровых и дециметровых волн.

В СССР внедрение таких систем начинается в 1948 году с реконструкции Мос-ковского ТВ центра на используемый и сегодня стандарт 625 строк, 25 кадр/с и 50 полей/с (полоса частот радиоканала составляет 6.5 МГц). Он был принят в 1952-1953 годах в качестве международного стандарта многими странами Европы, а также Австралией.

Появления первых идей создания систем передачи по каналам электросвязи цветного изображения относится к началу XX века. В 1900 году русский учѐ-ный А. А. Полумордвинов на основе трехкомпонентной теории цветовосприя-тия создал первый проект механической ТВ системы с последовательной пе-редачей цветов. В 1908 году другой русский учѐный И. А. Адамян предложил проект двухцветной механической ТВ системы с одновременной передачей цветов.

183

Современные системы цветного ТВ вещания стандартов NTSC, PAL и SECAM были разработаны в 50-60-х годах XX века, а в 1966 году на международной конференции МЭС в Осло было рекомендовано их применение. В европейских странах ширина полосы частот, выделенная для передачи ТВ сигнала, со-ставляет 8 МГц. В СССР на сети ТВ вещания с 1967 года начинает внедряться система цветного ТВ стандарта SECAM.

Все страны испытывают дефицит частотных каналов для организации назем-ной сети ТВ вещания. Повысить эффективность использования РЧС можно, увеличив зону обслуживания одним ТВ передатчиком. Для этого его следует разместить на большой высоте над поверхностью Земли. В 1937 году извест-ный советский специалист в области телевидения профессор П. В. Шмаков предложил использовать ТВ передатчики, установленные на борту самолета, для организации ТВ вещания на большую территорию. Однако в те годы эта идея не была реализована.

К идее применения летательных аппаратов для трансляции ТВ сигналов учѐ-ные возвращались в 70-х и в конце 90-х годов. В России в 1978 году в Научно-исследовательском институте радио был разработан проект организации ТВ вещания с использованием дирижаблей. В начале 70-х годов в некоторых странах (Турция, США) идея самолетной ретрансляции нашла свое воплоще-ние, так как таким образом оказалось экономически наиболее выгодным орга-низовать ТВ вещание общеобразовательных программ. Хотя идея использо-вания летательных аппаратов в ТВ вещании широкого развития не получила, в конце XX века на еѐ основе был разработан грандиозный проект "Sky Station", о котором будет рассказано ниже. По этому проекту в начале XXI столетия должна быть создана глобальная система фиксированной связи, услугами которой смогут пользоваться около одного миллиарда абонентов.

На другой метод повышения эффективности использования РЧС, названный смещением несущих частот (СНЧ), в 1956 году указал американский инженер В. Беренд. Метод СНЧ основывается на том, что спектр ТВ сигнала имеет ли-нейчатую структуру. Поэтому сдвиг несущих соседних станций, работающих в одном и том же частотном канале, на частоту, нечетно-кратную половине кад-ровой или строчной частоты, при высокой стабильности несущей частоты пе-редатчиков позволяет обеспечить условия, при которых защитные отношения сигнал/помеха для этих станций могут быть существенно снижены. Это в свою очередь позволяет уменьшить необходимый территориальный разнос между ТВ станциями.

184

Сравнительная высота ряда высот-ных сооружений и телевизионных башен мира: башня Шухова (Москва); небоскреб "Эмпайр стейт билдинг" (Нью-Йорк); Московский государст-венный университет; Эйфелевая башня (Париж); телевизионная башня в Штутгарте (Германия); башня Мос-ковского телецентра

С 1967 года начинают создаваться спутниковые системы ТВ вещания. В СССР создается первая в мире сис-тема "Орбита", позволившая осуще-ствлять подачу центральных ТВ про-грамм в отдаленные районы нашей страны. Сеть станций "Орбита" дала возможность охватить ТВ вещанием практически всю огромную террито-рию СССР. С этого времени системы спутникового ТВ вещания получают широкое развитие во всем мире.

Земная передающая станция сети "Орбита"

В системах спутникового ТВ вещания до 90-х го-дов для передачи сигналов применялась ЧМ. При этом передача звукового сопровождения на ЧМ поднесущей, как это принято в системах наземно-го ТВ вещания, оказалась затруднительной из-за низкой помехоустойчивости приѐма сигналов звукового сопровождения. Поэтому был разрабо-тан ряд других методов, использующих интерва-лы строчных гасящих импульсов ТВ сигнала для передачи звуковых сигналов. При этом использо-валась ШИМ либо цифровые методы передачи. В СССР соответствующие теоретические исследо-вания и разработки были выполнены в 60-80-х годах учѐными С. И. Катаевым, Ю. Б. Зубаревым, В. М. Цирлиным, Л. А. Севальневым и В. Т. Хо-робрых.

185

Позже сигналы звукового сопровождения передавались на ЧМ поднесущей, а для повышения помехоустойчивости их приѐма применялось компандирова-ние.

В 80-х годах создаются сети спутникового вещания "Москва" и "Москва-Глобальная" с повышенной энергетикой спутникового ретранслятора и с дис-персией несущей. Первая из этих систем обеспечивала приѐм российских ТВ программ на территории СССР, а вторая - их приѐм во многих странах мира.

Первый проект системы непосредственного спутникового вещания в диапазо-не 12 ГГц был разработан в 1971 году в Европейском вещательном союзе.

В СССР в диапазоне 800 МГц в 1976 году была создана первая система непо-средственного спутникового ТВ вещания "Экран", действующая до сих пор и обеспечивающая приѐм одной программы центрального ТВ на территории Сибири и Дальнего Востока. В 1979 году, когда прогресс в создании малошу-мящих усилителей позволил создавать приѐмные станции со сравнительно небольшим диаметром антенн, началась разработка систем непосредственно-го спутникового ТВ вещания в диапазоне частот 12 ГГц. Были созданы не-сколько таких систем: ANIK (Канада - 1982 г.), BS-2 (Япония - 1984 г.), TV SAT (Германия и Франция - 1987 г.). В России современная цифровая система не-посредственного спутникового вещания (НТВ-Плюс), которая обеспечивает трансляцию до сорока ТВ программ, была создана в 1997 году.

В период с 1978 по 1987 год в Японии, США и Европе разрабатываются сис-темы телевидения высокой четкости (ТВЧ). Параметры развертки изображе-ния этих систем приняты соответственно следующими: 1125/60, 1050/60 и 1125/50 (здесь в числителе указано число строк в кадре, а в знаменателе - частота кадров в секунду). Полоса частот, необходимая для передачи сигна-лов полного ТВЧ в аналоговом канале связи, составляет примерно 20 МГц. Сети наземного ТВ вещания работают в диапазоне радиоволн ниже 1 ГГц, в котором столь широкополосные каналы не могут быть выделены. Поэтому вещание ТВЧ в этом диапазоне частот возможно только при использовании методов сжатия спектра ТВ сигнала, позволяющих уменьшить необходимую полосу частот в 5-6 раз. В современных системах для этого применяется стан-дарт MPEG-2.

В результате проведенных в Японии в 1984 году разработок создается анало-говая система ТВЧ MUSE, в которой видеосигнал занимает полосу частот 8.1 МГц. Такой сигнал может быть передан методом ЧМ в радиоканале с полосой

186

21-24 МГц. Данная система используется Японией для спутникового ТВЧ ве-щания на своей территории с 1989 года.

Передача по спутниковым каналам связи ТВ сигналов стандартов NTSC, PAL и SECAM с необходимой помехоустойчивостью требует значительной энергети-ки линии связи. Для еѐ снижения в 1986 году в ряде стран создается семейст-во систем MAC

(Multiplexed Analog Component) с повышенной помехоустойчивостью приѐма ТВ сигналов. Видеосигнал в этих системах формируется путем временного сжатия сигналов яркости и цветности. При этом во время передачи одного поля ТВ сигнала последовательно во времени передаются сжатые сигнал яр-кости и один из сигналов цветности (в соседних полях передаются разные сигналы цветности), а также в цифровом виде - сигналы синхронизации, зву-кового сопровождения и данных. Для передачи по радиоканалу сформирован-ного сигнала применяется ЧМ. Такие системы несколько лет находились в эксплуатации. Однако в 90-х годах произошел стремительный переход к более совершенным цифровым системам передачи ТВ сигналов, разработка которых была завершена во второй половине 90-х годов, и они начали внедряться в США и в ряде стран Европы.

В 1988 году во Франции создается европейская система ТВЧ HD-MAC (High Definition MAC). Видеосигнал этой системы занимает полосу частот 10.1 МГц. Этот сигнал методом ЧМ передается по спутниковому стволу с полосой 27 МГц.

Наряду с совершенствованием обычных систем ТВ вещания в последнем де-сятилетии XX века продолжаются разработки систем стереотелевидения, ко-торые, как показали эксперименты, усиливают эмоциональное воздействие телепрограмм на зрителей. Кроме того, стереосистемы находят применение в промышленности, используются для исследовательских и учебных целей. В 1950 году состоялась первая опытная демонстрация такой системы, разрабо-танной под руководством профессора П. В. Шмакова. Результаты этой разра-ботки отражены как вклад СССР в Отчетах Исследовательских комиссий МСЭ. В 1979 году в Ленинграде проводилось опытное стереотелевизионное веща-ние.

Подобные работы шли в последующие годы в США, Японии, Франции, Герма-нии, Австралии и других странах. С начала 80-х годов в ряде городов США и Германии началось опытное стереотелевизионное вещание. В 1989 году в

187

Японии была создана и испытана новая опытная система стереотелевидения с использованием оборудования ТВЧ. Основными препятствиями для внедре-ния подобных систем в коммерческую эксплуатацию являются сложность обо-рудования и, что более важно, расширение полосы частот канала связи, необ-ходимой для передачи сигналов. Несомненно, что эти препятствия будут пре-одолены, и стереотелевидение войдет в быт людей XXI века.

В 1994 году создаются европейские стандарты DVB (Digital Video Broadcasting) цифрового ТВ, определяющие способы передачи информационного цифрово-го потока по разным каналам связи (наземным радио и кабельным, спутнико-вым и т. д.). Для формирования информационного цифрового потока и сокра-щения избыточности ТВ сигнала используется стандарт MPEG-2, что позволя-ет в радиоканале с шириной полосы частот в 8 МГц передать, в зависимости от требуемого качества приѐма, 4-6 обычных ТВ программ либо одну про-грамму ТВЧ. С созданием цифровых систем вещания понятие специализиро-ванной сети вещания утрачивает свой смысл, так как эти сети пригодны для распространения не только вещательных программ, но и любой другой цирку-лярной цифровой информации. Начиная с 1996 года в ряде стран мира начи-нают организовываться опытные сети цифрового ТВ вещания. В первом деся-тилетии XXI века цифровое вещание повсеместно заменит аналоговое веща-ние.

3.4.1.3 Этапы развития сетей звукового и телевизионного вещания

В XX столетии выполнена грандиозная работа по созданию и внедрению сис-тем звукового и ТВ вещания. Значительная часть населения Земли из радио- и телевизионных передач черпают сведения обо всех происходящих в мире событиях, знакомятся с достижениями науки и культуры человеческой цивили-зации. Радио и телевидение оказывают огромное влияние на политические и социальные процессы в человеческом обществе, формируя единое информа-ционное пространство нашего мира, в котором рождаются ростки новой еди-ной культуры человечества.

Первая вещательная станция в Питтсбурге (США) начала регулярную работу в ноябре 1920 года, в Великобритании и Франции - в 1922 году, а в Германии и СССР - в 1923 и в 1924 году. К концу 40-х годов сети вещания были разверну-ты во многих странах. К 1960 году в мире насчитывалось 50 миллионов при-ѐмников, а к началу 1973 года это число составляло уже 850 миллионов. К

188

концу XX века количество радиоприѐмников у населения увеличилось до по-лутора миллиардов.

В развитии систем 3В вещания можно выделить следующие основные этапы.

Стремительное развитие начиная с 1920 года сетей AM вещания в диапазонах НЧ, СЧ и ВЧ, что вызвало значительную перегрузку этих диапазонов и, следовательно, значительный уровень взаимных по-мех между разными вещательными сетями и низкое качество приѐма вещательных программ. Для повышения эффективности использо-вания РЧС начиная с 30-х годов в некоторых странах создаются син-хронные сети вещания. В СССР такие сети создаются в 70-х годах. Сети AM вещания в настоящее время имеют наибольшее число або-нентов и продолжают развиваться, хотя, в связи с началом внедре-ния техники цифрового вещания, грядет коренное изменение подхо-дов к развитию звукового вещания. Возможно, диапазоны НЧ, СЧ и ВЧ в будущем будут высвобождены от вещательных станций и ста-нут использоваться для оперативной организации радиолиний пере-дачи данных большой протяженности с незначительной пропускной способностью.

С конца 30-х годов в США, а затем, после Второй мировой войны, и в других странах мира, в диапазоне ОВЧ начинается внедрение сетей ЧМ вещания. В этих сетях было улучшено качество приѐма веща-тельных программ за счет значительного расширения полосы частот передаваемых сигналов и повышения помехоустойчивости приѐма.

В начале 60-х годов в сетях ОВЧ-ЧМ вещания начинается внедрение стереовещания, заметно улучшающего естественность и качество звучания музыкальных программ. Разработки в этом направлении продолжаются вплоть до 80-х годов. Однако созданные в этот период квадрафонические системы в коммерческую эксплуатацию внедрены не были.

В последнем десятилетии XX века завершается разработка и начи-нается опытная эксплуатация во многих странах мира сетей цифро-вого вещания в диапазоне ОВЧ. Применение современных методов устранения избыточности вещательных сигналов и принципов син-хронного вещания позволяет создавать сети 3В вещания с весьма высокой эффективностью использования радиочастотного спектра. Помимо существенного улучшения качества вещания, абонентам этих сетей предоставляется весьма широкий спектр услуг, позво-ляющий им автоматически селектировать и запоминать интересую-щие их передачи для их воспроизведения в удобное время.

189

Опыты по передаче по радиоканалам ТВ сигналов начались в ряде стран при-мерно через десять лет после начала звукового вещания. Основные этапы развития ТВ вещания в мире состоят в следующем:

В 30-е годы выполняются многочисленные разработки вначале ме-ханических, а позже электронных систем передачи и приѐма ТВ сиг-налов. Первые ТВ системы имели малое число строк и занимали в эфире сравнительно небольшую полосу частот. В этот период в Ве-ликобритании и США выполняются также экспериментальные иссле-дования и разработки механических и электронных систем цветного ТВ. До 1940 года только в крупнейших городах нескольких стран, в том числе в США и СССР, были созданы сети ТВ вещания.

После Второй мировой войны разрабатываются современные стан-дарты черно-белого ТВ вещания. Для передачи ТВ сигналов по ра-диоканалу применяется AM с частично подавленной нижней боковой частотой. В разных странах для передачи ТВ сигналов была выделе-на разная полоса частот радиоканала (равная 6, 7 и 8 МГц). В СССР, во многих странах Европы и в других регионах мира выбран стандарт 625/25, а полоса частот радиоканала в 8 МГц. В 50-е годы происходит интенсивное развитие наземных сетей ТВ вещания в диапазоне ОВЧ, а позже ультравысоких частот (УВЧ). В этот же период во многих странах ведутся весьма многочисленные разработки стандартов цветного ТВ вещания, и в конце 50-х - начале 60-х годов принимают-ся три мировых стандарта цветного ТВ вещания: NTSC, SECAM и PAL.

В начале 60-х годов начинается новая эра в развитии ТВ вещания на основе спутниковых систем. Во многих развитых странах (СССР, США и др.) создаются национальные спутниковые системы распре-деления ТВ программ с помощью спутниковых систем. На основе международной кооперации создаются глобальные системы Интел-сат, Евросат и другие. Спутниковые системы позволяют организовать каналы подачи ТВ программ в удаленные регионы разных частей мира и приблизить территориальный охват населения ТВ вещанием к 100%. Практически во всех системах передача ТВ сигналов осущест-вляется с помощью ЧМ. Развитие таких систем происходит до конца 80-х годов.

С середины 70-х годов выполняются разработки систем MAC с по-следовательной передачей сигналов яркости и цветности, направ-ленные на повышение помехоустойчивости приѐма аналоговых ТВ сигналов в спутниковых каналах связи с ЧМ. В это же время начина-ются разработки систем ТВ высокой четкости. В Европе и Японии

190

создаются аналоговые системы HD-MAC и MUSA, причем последняя система вводится в постоянную коммерческую эксплуатацию в 1989 году.

В конце 80-х годов на смену аналоговым системам приходят цифро-вые системы как наземного, так и спутникового ТВ вещания, в кото-рых применяются эффективные методы сокращения избыточности и сложные методы кодирования и модуляции. Цифровые системы по-зволяют существенно повысить эффективность использования ра-диочастотного спектра и расширить предоставляемые абонентам ус-луги. В Европе создаются шесть совместимых стандартов на систе-мы цифрового вещания по спутниковым и наземным радио- и ка-бельным каналам.

В 1971 году разрабатывается первый проект спутникового непосред-ственного ТВ вещания. Подобные системы создаются во многих странах. В СССР первая такая система "Экран" в диапазоне 800 МГц вводится в эксплуатацию в 1976 году, а в 1997 году в России созда-ется современная система вещания НТВ-Плюс.

За прошедшие 50 лет произошел поразительный прогресс в развитии техники и в распространении ТВ вещания. В настоящее время в мире у населения имеется около 700 миллионов телевизоров, из которых около 70% принимают сигналы цветного ТВ.

В первом десятилетии XXI века произойдет быстрое внедрение сетей цифро-вого ТВ вещания. Этот процесс уже начался в США, где к 1998 году в 67 горо-дах было построено 117 станций наземного цифрового ТВ вещания. Уже нача-та опытная эксплуатация наземных сетей цифрового вещания в некоторых европейских странах.

В XXI веке будут продолжаться разработки систем ТВЧ и стереотелевидения, направленные на повышение качества ТВ вещания. В Японии внедрение ве-щания ТВЧ началось десять лет назад, и сегодня в этой стране сеть спутнико-вого ТВЧ вещания уже имеет около 100 тысяч абонентов.

Системы цифрового 3В и ТВ вещания, по существу, могут быть использованы для распространения любой циркулярной информации, а при организации обратного канала позволяют реализовать интерактивное вещание.

Известным российским учѐным - профессором М. И. Кривошеевым, председа-телем одной из Исследовательских комиссий МСЭ, занимающейся проблема-

191

ми ТВ вещания, был предложен новый подход к цифровому ТВ и звуковому вещанию как к наиболее эффективному средству для создания системы мас-сового многоцелевого информационного обслуживания. Эта система должна представлять собой единую систему циркулярной связи, в которой будет пе-редаваться интегрированный транспортный поток, образованный составляю-щими сигналов изображения и звука, телематическими и мультимедийными данными. При этом еѐ пользователям по их требованию будет предоставлять-ся любая интересующая их информация, будь то вещательная программа, информация из определенных банков данных, сообщения телетекста, доступ к сети Интернет и т. п.

3.4.2 Мобильная связь

В 1947 году исследовательская лаборатория Bell Laboratories (при-надлежащая компании AT&T) выступила с предложением создать мобильный телефон.

В 1957 году Л. И. Куприянович (СССР) создал экспериментальный образец мобильного телефона ЛК-1 весом 3 кг и базовую станцию к нему, связанную с ГТС. В последующих образцах 1958 года вес мо-бильных телефонов был снижен до 0,5 кг.

В 1966 году Болгария представила на выставке «Интероргтехника-66» промышленный образец прообраза микросотовых сетей — мо-бильные телефоны РАТ-0,5 и АТРТ-0,5 и базовую станцию РАТЦ-10 на 6 абонентов.

В 1973 году был выпущен первый прототип портативного сотового телефона — Motorola DynaTAC. Считается, что первый звонок по этому телефону был сделан 3 апреля 1973 г., когда его изобрета-тель, сотрудник Motorola Мартин Купер (en:Martin Cooper) позвонил конкуренту из AT&T Джоэлю Энгелю (en:Joel Engel). DynaTAC весил около 1,15 кг и имел размер 22,5х12,5х3,75 см. На его передней па-нели было расположено 12 клавиш, из них 10 цифровых и две для отправки вызова и прекращения разговора. У DynaTAC-а отсутство-вал дисплей и не было никаких дополнительных функций. В режиме ожидания он мог работать до восьми часов, в режиме разговора око-ло часа (по другим данным, 35 минут), заряжать его приходилось чуть более 10 часов. До 1983 года было создано 5 прототипов Dyna-Tac.

В 1981 в качестве единого стандарта для Швеции, Финляндии, Нор-вегии, Дании, Исландии и Саудовской Аравии был принят NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) с рабочей частотой 450 МГц.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B3

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BC

192

В 1983 году в США исследовательский центр Bell Laboratories ввѐл в эксплуатацию систему связи на базе стандарта AMPS (Advanced Mo-bile Phone Service).

В 1984 году в продаже появилась итоговая модель DynaTAC 8000X. Потребителей настолько поразила возможность всегда оставаться на связи при помощи портативного телефона, что в очередь на приоб-ретение DynaTAC 8000X записывались тысячи человек, несмотря на внушительную первоначальную цену новинки — 3995 долларов.

В 1985 году в Великобритании в качестве национального стандарта принята система ETACS (Enhanced Total Access Communications Sys-tem), основанная на технологии AMPS.

В 1989 году был выпущен сотовый телефон Motorola MicroTAC с флипом (микрофон его размещался в этой откидывающейся крыш-ке).

В 1990 году в США утверждѐн новый национальный стандарт цифро-вой связи IS-54 (D-AMPS).

1990 — в США Qualcomm начала исследования нового вида связи, основанного на технологии кодового разделения сигналов по часто-те, CDMA (Code Division Multiple Access).

9 сентября 1991 в СССР появился первый оператор сотовой связи стандарта NMT-450 — ЗАО «Дельта Телеком». Цена телефона Mobi-ra - MD 59 NB2 (весом около 3 кг) с подключением составляла около $4000. Минута разговора стоила около $1. За первые четыре года работы «Дельта Телеком» подключила 10 000 абонентов.

1992 — начало эпохи GSM, в Германии запущена в коммерческую эксплуатацию система связи на основе этой технологии.

1993 — произведѐн первый сотовый телефон со встроенными часа-ми Benefon Beta.

1994 год — в России начал работу GSM-оператор — «Северо-Западный GSM».

1995 год — в Китае заработала первая в мире система связи стан-дарта CDMA (IS-95)

1996 год — выпущен первый сотовый телефон в форм-факторе «раскладушка» — Motorola StarTAC. Этот телефон пользовался большим успехом в США и Европе.

1996 — начато производство Siemens S10 первого телефона с цвет-ным дисплеем (3 цвета, 8 оттенков) и диктофоном.

1996 — первый коммуникатор (Nokia Communicator), включающий в себя широкий спектр функций, среди которых факс и электронная почта.

193

1997 год — выпущен сотовый телефон Philips Spark способный рабо-тать 350 часов без подзарядки.

1998 год — первый мобильный телефон с сенсорным дисплеем — Sharp PMC-1 Smart-phone.

1999 год — выпущен телефон с поддержкой технологии WAP — No-kia 7110.

1999 — выпущен сотовый телефон с возможностью использования двух SIM-карт Benefon Twin+.

1999 — первый сотовый телефон в форм-факторе слайдер Siemens SL10 (первый коммерчески успешный слайдер, Nokia 7650 — начало 2002 года)

2000 год — первый сотовый телефон с поддержкой технологии Inter-net Times (Swatch) — Ericsson T20.

2000 — первый сотовый телефон, имеющий GPS-приѐмник — Bene-fon ESC.

2000 — первый сотовый телефон, с полифонией (Sony J5)

2000 — японская компания Sharp совместно с оператором сотовой связи J-Phone выпустила первые сотовые телефоны со встроенной фотокамерой.

2000 — первый сотовый телефон c MP3-плеером и поддержкой карт памяти MultiMediaCard Siemens SL45

В 2001 году — первый сотовый телефон, разработанный специально для женщин — Samsung SGH-A400.

2001 — японская NTT DoCoMo запускает сеть связи 3G.

2001 год появился первый телефон с поддержкой Java — Siemens SL45i

В 2002 году был выпущен первый сотовый телефон в форм-факторе ротатор — Motorola V70.

2002 — выпущен первый сотовый телефон с встроенной цифровой камерой — Samsung V200.

2002 год — компания Ericsson выпустила первый мобильный теле-фон с поддержкой технологии Bluetooth.

2002 год — компания ЗАО «Дельта Телеком» запустила первую в России сеть современного стандарта CDMA-450.

2002 год — выпущен первый сотовый телефон с поддержкой EDGE — Nokia 6200 (Nokia 6220).

В 2003 году в России насчитывалось свыше 30 млн сотовых абонен-тов.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D0%B0%D0%B9%D0%B4%D0%B5%D1%80

194

Первый сотовый телефон с внутренним OLED-дисплеем был выпу-щен фирмой Sanyo.

Первый сотовый телефон с внешним OLED-дисплеем Fujitsu F504i.

В 2009 году в продажу поступил телефон с камерой 12.1Мп — Sam-sung Pixon12 M8910.

На август 2010 года в России насчитывалось свыше 216 млн сотовых абонентов

3.5 Сращивание информационно-вычислительных и телекоммуникационных технологий

3.5.1 Поисковые системы

Первой полноценной поисковой системой стал проект WebCrawler появивший-ся в 1994. В 1995 появились поисковые системы Lycos и AltaVista. Последняя долгие годы была лидером в области поиска информации в Интернет.

В 1997 Сергей Брин и Ларри Пейдж создали Google в рамках исследова-тельского проекта в Стэнфордском университете. В настоящий момент Google самая популярная поисковая система в мире.

23 сентября 1997 была официально анонсирована поисковая система Yandex (Яндекс), самая популярная в русскоязычной части Интернет.

"Яндекс" - поисковая система по русскому интернету

Учѐт русской морфологии. Подсветка найденных документов, показ контек-стов. Параллельный поиск в "Энциклопедиях", "Новостях", "Маркете". Структу-рирование поиска по разделам каталога и серверам.

Регион: Россия

"Апорт" - поисковая система

Учѐт русской морфологии. Выделение контекстов найденных слов. Уточнение поиска по разделам каталога и серверам. Поиск с переводом запроса на анг-лийский язык и наоборот.


"Рамблер" - информационно-поисковая система

195

Первая российская поисковая система. Имеет возможность учета морфологии русского языка. Регион: Россия

"Google" - поисковая система

Система поиска информации в сети интернет (включая русскоязычный интер-нет). Возможность поиска картинок и новостей в конференциях Usenet.

"Yahoo!" - поисковая система

Возможен поиск на русском языке.

"Мета-Украина" - украинская поисковая система

Учѐт морфологии украинского и русского языков. Выделение контекстов най-денных слов. Перевод запросов и результатов на русский, украинский и анг-лийский языки.

Регион: Украина

"AltaVista" - поисковая система

Возможность поиска информации в сети интернет (включая русскоязычный интернет).

www.altavista.com - Цитируемость: 4100

"Punto" - поисковая машина


Русский FTP-Search

Файловая поисковая система. Top 100 крупнейших FTP-серверов в России.


"All.by" - белорусская поисковая система

Представлены ресурсы по белорусской тематике, страницы белорусских орга-низаций и адреса, ориентированные на белорусскую аудиторию (с рейтингом и статистикой посещаемости).

Регион: Белоруссия

"Lycos" - каталог интернет-ресурсов

Портал на основе поисковой системы и рубрикатора интернет-ресурсов. Ссыл-ки на локализованные версии каталога в различных странах мира. На англий-ском языке.

"Яндекс" - строка поиска поисковой системы

196

"Энциклопедия поисковых систем"

Новости различных поисковых систем. Статьи о способах работы поисковых систем и индексации сайтов. Советы по оптимизации сайтов для поисковых систем. Ссылки.

"UAport" - поисковый портал по интернету Украины

Поисковая система украинских веб-ресурсов. Возможен параллельный поиск по разделам проекта "Новости", "Каталог", "Бизнес" и др.


"Ragy" - подборка поисковых систем

Возможность, единожды заполнив форму запроса, подключить несколько по-исковых систем. Регистрация почтовых ящиков и доменных имен на разных серверах. Аннотации и возможность скачать ПО для интернета.

"Поиск@Mail.ru" - поисковая система

Возможность поиска информации в русском и мировом интернете, поиск кар-тинок.

"Lycos" - поисковая система и каталог

"Metabot.ru" - поисковая система

Возможность поиска по российским и мировым ресурсам, а также по mp3-audio-video-файлам и серверам новостей. Информация о стратегии поиска, синтаксисе поисковой машины и опрашиваемых системах.

Files.Ru - российская файловая поисковая система

Поиск по FTP-серверам. Регион: Россия

"AdClick.ru" - система метапоиска

Возможность осуществить одновременный поиск в 15 российских и зарубеж-ных поисковых машинах и каталогах.

MnogoGoSearch - модуль поиска по серверу

Модуль полнотекстового поиска. Платформы: различные клоны UNIX. Прото-колы: HTTP, FTP, NNTP; поддержка SQL; булевский и нечеткий поиск, etc. Рас-пространяется свободно (GNU GPL).

"NSearch" - украинская поисковая система

Учѐт русской и украинской морфологии. Выделение контекстов найденных слов. Структурирование поиска по серверам.

197


"Poisk.com" - каталог и поисковая система байнета

Каталог "by.net`а" и полнотекстовая поисковая система (поиск по белорусским и русскоязычным сайтам).

"Букинист" - поисковая система

Система поиска книг и других электронных текстов, имеющихся в свободном доступе в интернете. Описание языка запросов.

Crack.ru - поисковая система

Виртуальный Новосибирск

Поиск по серверам Новосибирска.

"VolgInfo.ru"

Поиск по серверам Волгограда и области. Каталог и рейтинг Волгоградских ресурсов.

"Радиодетали" - информационно-поисковая система

Поисковая машина по отечественным радиоэлектронным компонентам и це-нам. Каталог просканированных сайтов. Информация о работе системы.

"FTP indexer" - поисковая система по ftp-серверам

Информация о работе поисковой системы (поиск по анонимным общедоступ-ным файловым серверам). Советы пользователям. Возможность добавления адреса в систему.

"Netoteka" - мета-поисковая система

Возможность мета-поиска в русских и зарубежных поисковых машинах, а так-же поиска рефератов, файлов, музыки и др. в специализированных ситемах.

"AzTOP.com" - поисковый портал Азербайджана

Регион: Азербайджан

"MetaPing.com" - украинская метапоисковая система

Возможность осуществить одновременный поиск в украинских, россикйских и зарубежных поисковых системах и каталогах. Полнотекстовый поиск по рос-сийским и украинским новостным ресурсам.

"mp3spy" - поиск музыки в формате mp3

198

Возможность найти и бесплатно скачать музыкальные MP3-файлы через сер-вис ретрансляции файлов. Алфавитный справочник по исполнителям. Топ композиций. Об условиях и ограничениях использования сервиса.

"Se:Archangelsk" - поисковая система и каталог

Поисковая система и каталог по ресурсам Архангельского региона. Учет рус-ской морфологии. Выделение контекстов слов. Рейтинг.

"Ищейка" - персональная поисковая система

Система для поиска документов и файлов на жестком диске. Возможности, внешний вид. Бесплатная персональная версия. FAQ. Описание платных про-дуктов. Контакты.

"Sites.ru" - лица российских сайтов

Иллюстрированный поисковый каталог сайтов.

"Lupa.ru" - поисковая система и каталог ресурсов

Возможность поиска во всем интернете и в каталоге (полнотекстовый поиск с системой морфоанализа). Рубрикация по теме, регионам и некоторым нетема-тическим признакам.

"Поиск файлов на FTP-серверах"

Поиск файлов на FTP-серверах и WWW- серверах г. Владимира, собственные программы автора, комментарии по Linux, электронная биржа труда.

Поисковые системы бывшего СССР

Подборка ссылок на поисковые системы и каталоги, рубрицированная по рес-публикам бывшего СССР.

Путеводитель по русскоязычному LiveJournal

Система поиска пользователей и соощений в LiveJournal. Список тематических френд-группы, доступные для чения в виде лент. Рейтинг популярности поль-зователей.

"Каталог и поиск на km.ru"

"CluB pro" - клуб программистов

Материалы учебного курса по технологии COM. Статьи об измерении реле-вантности и оптимизации веб-сайтов для поисковых систем.

"LJSearch" - поиск по русскоязычной части ЖЖ

199

Поисковая система по русскоязычной части LiveJournal. Недельный рейтинг журналов.

"SHERLooK" - информационно-поисковая система

Поиск информации в Интернете. База данных предприятий России. Тематиче-ские каталоги российских ресурсов.

"Кулинарный поиск"

Поисковая система по специализированным кулинарным серверам. Учет рус-ской морфологии.

"Русмарк" - поиск в русскоязычном интернете

Возможность поиска в крупных русскоязычных поисковиках слов, заданных латинскими буквами. Форум. Почта.

Одновременный поиск по шести поисковым системам

Подборка поисковых систем: Яндекс, Рамблер, Апорт, Google, Yahoo, Altavista. Возможность, единожды заполнив форму запроса, подключить все поисковые системы.

"Search Kit"

Интерфейс, позволяющий осуществлять поиск посредством мировых и рос-сийских серверов. Поиск файлов, по специализированным темам. Ссылки на энциклопедии, базы данных. Возможность добавления.

"ChatCat" - поисковая система чатов

Система предназначена для поиска чатов по широкому набору свойств (реги-страция, свободный вход, посещаемость, модерирование, реклама и др.)

Коллекция интернет-поисковиков e-библиотеки НГУ

Адреса русскоязычных и мировых поисковых систем и интернет-каталогов. Форма поиска Yahoo.

"Национальный корпус русского языка"

Собрание грамматически размеченных русских текстов XIX.XXI вв. в электрон-ной форме, удобной для автоматического поиска и научных исследований.

"Netcity" - поиск и каталог интернет-ресурсов

200

3.5.2 Управление информационными ресурсами

В мировой экономике быстрыми темпами идет развитие - в рамках трансна-циональных корпораций высокотехнологических отраслей, основанных на знаниях о современных достижениях науки и техники, о прогрессивных техно-логиях и системах организации производства, о ситуации на рынках и т.д. Ос-нову этого развития составляют информационно-коммуникационные тех-нологии и стандарты.

Ведущая тенденция в области мировой информатизации связана с формиро-ванием информационного общества, причем как в мировом, так и в региональ-ных масштабах. США развернули программу создания Национальной Инфор-мационной Инфраструктуры, а также выступают инициатором создания Гло-бальной Информационной Инфраструктуры. В странах ЕС разработана и ут-верждена структура общеевропейского информационного пространства и со-ответствующая информационная инфраструктура, а также национальные про-граммы. В Азиатско-Тихоокеанском регионе инициирован проект создания азиатско-тихоокеанской информационной инфраструктуры, призванной сбли-зить национальные инфраструктуры в странах этого региона.

Общие принципы и цели построения глобального информационного общества определены Окинавской хартией, подписанной главами правительств в июле 2000 г. В ней, в частности, отмечается, что "суть стимулируемой информаци-онно-телекоммуникационной технологией экономической и социальной транс-формации заключается в ее способности содействовать людям и обществу в использовании знаний и идей" и, что "достижение этих целей и решение воз-никающих проблем потребует разработки эффективных национальных и меж-дународных стратегий".

В этих условиях Россия нуждается в разработке собственной стратегии по-строения национального информационного пространства и его интеграции в мировое пространство. Собственно в этом и состоят цели и задачи ФЦП "Электронная Россия". В общем объеме информационных ресурсов страны ГСНТИ занимает особое место. Десять лет назад эта структура располагала основными (более 90%) государственными ресурсами научно-технической информации и соответственно всей инфраструктурой и соответствующими технологиями, обеспечивающими сбор, хранение, обработку и предоставле-ние информации в интересах науки, образования, отраслей и предприятий производства, государственных органов управления. В связи с распадом ГСНТИ СССР возникла необходимость воссоздания такой системы в новой России. Формально это было сделано в июле 1997 г., когда было принято По-становление Правительства Российской Федерации № 950, утвердившее "По-ложение о государственной системе научно-технической информации". За

201

годы перестройки эта система не утратила своего потенциального значения и в меру выделяемых средств сохранила и даже нарастила (в части научной информации) свои ресурсы и освоила новые технологии работы с информа-цией.

3.5.3 Телеконференции

Телеконференция — это процесс использования электронных каналов связи для организации общения между двумя и более группами участников. В про-цессе телеконференции передается звук, изображение или компьютерные данные. Сообщение, посылаемое в телеконференцию, становится доступно всем ее участникам, тем самым, процесс напоминает общение за круглым столом. У каждой конференции есть координатор, который следит за тем, что-бы не нарушалась тематика конференции, этикет и т.п.

Телеконференция — это общий термин, относящийся к различным техноло-гиям, включая: аудиоконференции (audioconferencing), видеоконференции (videoconferencing) и компьютерные конференции (computerconferencing).

Большой перечень значений термина «телеконференция» приведѐн по адре-су: http://www.tic-pr.com/zapros/телеконференция

Телеконференция - мероприятие, в котором групповая коммуникация осуще-ствляется между территориально распределенными участниками с помощью технологии телеконференций. Телеконференция осуществляется на базе про-граммно-технической среды, которая обеспечивает взаимодействие пользова-телей. Есть три типа телеконференций - закрытые телеконференции, телеконферен-ции с модератором и телеконференции без модератора. Закрытые конферен-ции недоступны всем желающим. Для получения доступа к такой телеконфе-ренции необходимо отправить администратору запрос на доступ. Многие теле-конференции имеют свои правила и администратора - его называют модера-тор, который следит за выполнением правил данной группы новостей. Теле-конференции с модератором доступны для всех, но каждое сообщение снача-ла просматривается модератором (или автоматической программой), который принимает решение о помещении сообщения в телеконференцию. Телекон-ференции без модератора доступны для всех и в них может быть помещено любое сообщение.

4 Ссылки

1. Храмов Ю.А. Физики: Биографический справочник. – 2-е изд. исправ. и до-полн. – М. : Наука, 1983. – 397 с.

202

2. Соколовская З.К. 400 биографий ученных: Библиографический справоч-ник. Отв. ред. и авт. предисл. А.Л. Яншин. – М. : Наука, 1988. – 510 с.

3. Чолаков В. Нобелевские премии. Учѐные и открытия: Пер. с болг.Под ред. и с предисл. А.Н. Шамина. – М.: Мир, 1986. – 368 с.

4. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 1, т. 2, т. 3. – 2-е изд. испр. – М. : Наука, 1982. – 1232 с.

5. Щука А.А. Электроника. Учебное пособие / Под ред. Проф. А.С. Сигова. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 800 с.: ил.

6. Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы. – М. : Связьиздат, 1960. 7. Батушев В.А. Электронные приборы. – 2-е изд. перераб. и доп. – М. :

Высшая школа, 1980. – 383 с. 8. Электронные приборы : Учебник для вузов / В.Н. Дулин, Н.А. Аваев, В.П.

Демин и др. ; Под ред. Г.Г. Шишкина. – 4-е изд. перераб. и доп. – М. : Энергоиздат, 1989. – 496 с.

9. Глоссарий. Служба тематических толковых словарей. См. сайт http://www.glossary.ru/.

10. Виртуальный компьютерный музей. Быховский М.А. Жизнь, наполненная умопостижением и действием. К 95-летию Владимира Александровича Котельникова. См. сайт http://computer-museum.ru/galglory/koteln3.htm.

11. Виртуальный компьютерный музей. История развития электросвязи. Мигу-лин В.В. Год столетия радио и начальные этапы использования радио-волн. http://computer-museum.ru/connect/100radio.htm.

12. История и развитие радиотехники. http://www.2devochki.ru/33/6035/1.html. 13. Романов В.В., Кубанов В.П. Электросвязь – что это такое. – М.: Радио и

связь. 1990. – 136 с.: ил. 14. Энциклопедия ламповой радиоаппаратуры. Выпуск N 259

(20.03.2003), Москва-Донецк, 2003. http://amrad.interdon.net/issues/issue259.htm.

15. Виртуальный компьютерный музей. Технологии. Шило В. Л. Непобедимые операционники. См. сайт: http://computer-museum.ru/technlgy/operusil.htm.

16. Виртуальный компьютерный музей. Технологии. Члиянц Г. Изобретение интегральных схем. См. сайт http://computer-museum.ru/technlgy/us_chip.htm.

17. Виртуальный компьютерный музей. Технологии. Малин Б. В. Создание первой отечественной микросхемы. См. сайт http://computer-museum.ru/technlgy/su_chip.htm.

18. Виртуальный компьютерный музей. См. сайт http://www.computer-museum.ru/index.php.

19. Виртуальный компьютерный музей. История вычислительной техники за рубежом.См. http://www.computer-museum.ru/frgnhist/0.htm.

20. Виртуальный компьютерный музей. Новости музея. См. сайты: http://computer-museum.ru/news/hist1999.htm,

203

http://computer-museum.ru/news/hist2000.htm, http://computer-museum.ru/news/hist2001.htm, http://computer-museum.ru/news/hist2002.htm, http://computer-museum.ru/news/hist2003.htm. 21. Виртуальный компьютерный музей. История развития электросвязи. Круги памяти.

Главы из книги М. Быховского. См. сайт http://www.computer-museum.ru/connect/krugi0.htm.

22. Шварцман В О. Закономерности развития электросвязи. См. сайт http://www.computer-museum.ru/connect/conn_dev.htm.

23. Виртуальный компьютерный музей. История развития электросвязи. Дмитраченко В.М. К истории создания Единой автоматизированной сети связи СССР (1963-1991 гг.). См. сайт http://computer-museum.ru/connect/eass.htm.

24. Виртуальный компьютерный музей. История вычислительной техники за рубежом. Черняк. Л. День рождения Сети. См. сайт http://www.computer-museum.ru/frgnhist/intern1.htm.

25. Виртуальный компьютерный музей. История вычислительной техники за рубежом. Ревич Ю. Звездные часы Xerox PARC. См. сайт http://www.computer-museum.ru/frgnhist/xeroxpcs.htm.

26 Рычина Т.А., Зеленский А.В. Устройства функциональной электроники и радиоэлементы. – 2-е изд. перераб. и доп. – М. : Радио и связь, 1989. – 352 с.

27. Жигарев А.А., Шамаева Г.Г. Электронно-лучевые и фотоэлектронные при-боры. – М.: Высшая школа, 1982. – 463 с.

28. Справочник по радиотехнике. Под общ. ред. Б.А. Смиренина. – М.: Л.: 1950. 784 с. 29. Ищенко Е.Ф., Климков Ю.М. Оптические квантовые генераторы. – М. : Сов.

радио, 1968 – 470 с. 30. Квантовая электроника: Маленькая энциклопедия. – М.: Сов. энциклопе-

дия, 1969. – 448 с. 31. Горохов П.К. Толковый словарь по радиоэлектронике. –М.: Рус. яз., 1993. –

246 с. 32. Информатика в понятиях и терминах: Кн. Для учащихся ст. классов сред.

шк./ Г.А. Бордовский, В.А. Извозчиков, Ю.В. Исаев, В.В. Морозов; Под ред. В.А. Извозчикова. – М.: Просвещение, 1991. – 208 с.: ил.

33. Высоцкий Б.Ф. Введение в специальность конструктора РЭС: Учеб. посо-бие для вузов. – М.: Высш. школа, 1990. –159 с.: ил.

34. Радиотехника: энциклопедия/ под ред. Ю. Л. Мазора и др.. -М.: Додэка-XXI, 2002. -944 с. : ил.- 1 экз.

35. Терминологический словарь по электронной технике/В.Н. Вениаминов, Г.Н. Грязин и др.; Под ред. Г.Н. Грязина, И. П. Жеребцова. -СПб.:Политехника,2001.-783с.: ил. Библиогр.

204

36. Шарле Д.Л. По всему земному шару: Прошлое, настоящее и будущее кабелей связи. М.: Радио и связь, 1985. -320 с.: ил. - 3 экз.

37. Соколов А.В., Шифрина В.М. От радиорелейных линий – к спутниковой связи.

См. сайт http://computer-museum.ru/connect/relaysat.htm. 38. Варбанский А.М. Этапы и прогнозы развития телевизионного вещания. См сайт http://computer-museum.ru/connect/tvvarban.htm. 39. Новаковский С.В. 90 лет электронному телевидению. См. сайт http://computer-museum.ru/connect/etv90.htm. 40. Вещание. См. сайт http://www.computer-museum.ru/connect/krugi6.htm. 41. Виртуальный компьютерный музей. История отечественной вычислитель-ной техники. См. сайт http://www.computer-museum.ru/histussr/0.htm. 42. Вычислительная техника через 50 лет.//Радиоэлектроника за рубежом: Экспресс- информация.-1999.-Вып. 4. -с. 46-52. 43. Адамов Д. Шанс России на рынке информационных технологий/Д. Адамов, Ю. Тишин. //Электроника: наука, технология, бизнес.-2005.-N 3. 44. Аплеталин В.Н. Развитие теории и техники волновой передачи/В. Н. Ап-леталин, Р.Б.Ваганов, М.Н. Дубров и др. //Радиотехника.-2003.-N11.-с.55-59. 45. Бескровный И. М. Технологические поколения современной электроники.// Нано- и микросистемная техника. -2005. -N 1. - с. 22-30. 46. Профессионалы света. История развития аккумуляторов и батарей. См. сайт http://www.pro-light.ru/articles/34.html. 47. Силовая электроника: Словарь терминов. Русско-английский/Под ред. Ф.И. Ковалева. -М. :Информэлектро, 2001. -80с. 48. Розанов Ю. К. Основные этапы развития и современное состояние сило-вой электроники. //Электричество.-2005.-N 7. - С. 52-61. 49. Крохин О. Н. 50 лет квантовой электронике/О. Н. Крохин. //Вестник Россий-ской академии наук.-2005.-Т. 75, N5. - с. 436-445. 50. Алферов Ж. И. О состоянии и перспективах развития полупроводниковой электроники в России. //Нано- и микросистемная техника.-2005.-N 8. -с. 2-19. 51. Борисенко В. Е. Наноэлектроника - основа информационных систем XXI века. (Белорусский государственный университет информатики и радиоэлек-троники, Минск). Соросовский образовательный журнал, №5 1997 г. (См. также http://phys.web.ru/db/msg/1181686/index.html , http://phys.web.ru/db/msg/1181686/page1.html#intro , http://phys.web.ru/db/msg/1181686/page1.html#kvant-basis , http://phys.web.ru/db/msg/1181686/page1.html#kvant-limit , http://phys.web.ru/db/msg/1181686/page2.html#tunneling , http://phys.web.ru/db/msg/1181686/page2.html#nanoelectron-elements , http://phys.web.ru/db/msg/1181686/page2.html#the-end , http://phys.web.ru/db/msg/1181686/liter.html#liter ).

205

52. Виртуальный компьютерный музей. Бобровский С. Нанотехнологии: от отрицания до признания – за четыре года. См. сайт http://computer-museum.ru/technlgy/nano.htm. 53. Санько С. Глина - новый материал для нанотехнологий. См. сайт www.naturalnano.com/halloysite/index.html. 54. Оптические системы передачи: Учебник для вузов/ Б.В. Скворцов, В.И. Иванов, В.В. Крухмалѐв, В.Б. Витевский, А.И. Сазер, В.П. Ильичѐв; Под ред. В.И. Иванова. – М.: Радио и связь. – 1994. – 224 с. 55. Жидкие кристаллы. См. http://www.bolshe.ru/unit/31/books/4783/s/1. 56. История развития сотовой связи. См. kunegin.narod.ru/ref/mobile/. 57. Сотовые радиотелефоны. См. kunegin.narod.ru/ref/mobile/sotov.htm. 58. Оптроны и их применение. Сайт ООО ЛЛТ «Световод». См. http://www.leds.ru/anl34/html. 59. Радиодетали фирмы «Политекс». Сеть электронных компонентов. Свето-диоды. См. сайты http://g-nor.ru/index.shtml и http://g-nor.ru/prioritet/led.htm. 60. Неизвестный С.И., Никулин О.Ю. Приборы с зарядовой связью. Устройство и основные принципы работы. См. сайт http://st.ess.ru/publications/articles/nikulin2/nikulin.htm. 61. Приборы с зарядовой связью: прецизионный взгляд на мир. См. сайт http://www.scaner.ru/scanning/overview.htm. 62. Валиев К. А., Орликовский А. А. От микро- и наноэлектроники к твердо-тельным квантовым компьютерам. //Успехи современной радиоэлектроники.-2004.-N 5/6. -с. 106-117. 63. Создан первый в мире квантовый компьютер. См. http://www.cnews.ru/newsline/index.shtml?2002/08/07/134334. 64. Валиев К.А., Кокин. А.А. Квантовые компьютеры: надежды и реальность. Издательство: Регулярная и хаотическая динамика. Год издания 2001. – 352 с. Тираж: 1000 экз. (В 2002 году вышел дополнительный выпуск тиража с ис-правленными опечатками). 65. Российские разработки. Спинтроника Прямая литография магнитных на-ноструктур. (См. http://perst.isssph.kiae.ru/portal/development/show.asp?part=dvlp&branch=spin&file=dvlp_spin_01.txt. 66. Российские разработки. Наноструктуры. Одноэлектронный транзистор в составе действующих устройств. (См. http://perst.isssph.kiae.ru/portal/development/show.asp?part=dvlp&branch=nano&file=dvlp_nano_03.txt. 67. Российские разработки. Квантовые компьютеры. (См.

http://perst.isssph.kiae.ru/portal/development/show.asp?part=dvlp&branch=quant. 68. Свидиненко Ю. Наноэлектроника. Клеточные автоматы на квантовых точ-ках (QCA) - обзорная статья 2006.01.12. См. сайт http://www.nanonewsnet.ru/

http://www.naturalnano.com/halloysite/index.html

http://perst.isssph.kiae.ru/portal/development/show.asp?part=dvlp&branch=spin&file=dvlp_spin_01.txt

http://perst.isssph.kiae.ru/portal/development/show.asp?part=dvlp&branch=spin&file=dvlp_spin_01.txt

http://perst.isssph.kiae.ru/portal/development/show.asp?part=dvlp&branch=nano&file=dvlp_nano_03.txt

http://perst.isssph.kiae.ru/portal/development/show.asp?part=dvlp&branch=nano&file=dvlp_nano_03.txt

206

69. Онищенко Е.Е. Первые шаги аттофизики. См. сайт http://phs.web.ru/db/msg/1184930/. 70. Онищенко Е.Е. Аттосекундную технику – в широкие научные массы (Е.Е.Онищенко, Scientific.ru) http://phys.web.ru/db/msg/1189675/ 71. Онищенко Е.Е. Как измерить длительность сверхкороткого импульса. (Е.Е.Онищенко, Scientific.ru). http://www.scientific.ru/journal/news/n150301.html. 72. Нобелевская премия по физике за 2005 г. Известия-Наука, Phys.Web.Ru. см. сайт http://phys.web.ru/db/msg/1189822/. 73. Рынков Д. О., Чеча В. В., Щука А.А. Одноэлектронные приборы //Нано- и микросистемная техника.-2005.-N 4. -с. 8-23. 74. Шахов В., Власов А., Кузнецов А. Нейрокомпьютеры - архитектура и реали-зация. См. сайт http://www.chipinfo.ru/literature/chipnews/200005/34.html 75. Комарцова Л.Г., Максимов А.В. Нейрокомпьютеры. – М.: Издательство: "МГТУ им. Баумана", 2004. 76. Рудь В.В. Нейросистема, ЭАТС, ИМС. –Самара: 5 НМК ПИИРС, 1996. 77. Рудь В.В. Философские проблемы науки. Философские проблемы элек-троники. В кн.: XII Российская научная конференция. Материалы конференции. – Самара, ПГАТИ, 2005. 78. Рудь В.В. Нейросистема – нейрокомпьютер. В кн.: XII Российская научная конференция. Материалы конференции. – Самара, ПГАТИ, 2005. 79. Рекламный сайт в Интернете издательства «РадиоСофт» на многотомное издание справочников по элементной базе зарубежного и отечественного про-изводства. См. www.radiosoft.aha.ru. 80. Юшин А.М. Издательство: "РадиоСофт" 1998, с: 512. См. сайт http://www.books.ekat.ru/binfo.asp?ch=1&cod=106962. 81. Реферат: Гносеологические проблемы искусственного интеллекта. См. http://gold.4dd.ru/referats/look/doc-3947-2.html. 82. Рудь В.В. Состояние и перспектива развития электроники. Микроэлектро-ника, Наноэлектроника, фемто- и аттофизика. В кн.: ХIII Юбилейная Россий-ская научная конференция. (50 лет КЭИС-ПИИРС-ПГАТИ). – Самара: ПГАТИ, 2006. –с. 252. 83 www.ivt.psati.ru (материалы по истории и современному состоянию инфор-мационно-вычислительной техники) 84. Быховский М.А. Круги памяти http://www.computer-museum.ru/connect/krugi0.htm 85. http://ru.wikipedia.org/wiki/телеграф 86. http://www.abc-people.com/data/bell/telephon-txt.htm (Википедия) 87. http://www.armnet.ru/webmaster_html/spisok_znachimikh_poiskovikh_system.htm 88. http://www.gsnti.ru/leading/

http://phys.web.ru/db/author/a1002969?mid=1189675

http://phys.web.ru/db/author/a10363?mid=1189675

http://www.books.ekat.ru/pubinfo.asp?ch=1&cod=1534

http://www.ivt.psati.ru/

elib.psuti.ruelib.psuti.ru/akchurin_nikolaev_rudi_tyazhev_istoriya... · 3 Данная...

Documents