Традиционные средства связи

Важно не только добыть необходимую информацию, зафиксировать ее в памяти, но и своевременно передать получателю, если он находится в другом месте. Эту задачу выполняют средства связи. К ним относятся сигнализация, почта, телеграф, телефон, радио, телевидение, пейджинговая связь, космическая связь. Древнейшие из них - это сигнализация и почта.

Сигнализация и почта

В самом начале формирования человечества, еще до появления языка и речи самыми ранними средствами общения между людьми были мимика и жесты. При этом люди должны были находиться на расстоянии прямой видимости друг от друга. Один из них подавал сигналы с помощью мимики и жестов, а другой их принимал. Если принимающий сигналы человек отворачивался от жестикулирующего или закрывал глаза, то сигналы переставали до него доходить. С помощью мимики и жестов можно выразить очень многое. На этом построено искусство пантомимы, вида сценического искусства, в котором основные средства создания художественного образа - пластика, жест, мимика.

И в наше время применяется дактилология - азбука для глухонемых. Это своеобразная форма речи, воспроизводящая слова пальцами рук. Она используется как заменитель устной речи для общения слышащих с глухими, глухих между собой и как средство обучения глухих, а также для сурдоперевода в телепередачах (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Русская ручная азбука глухонемых

Можно было подавать сигналы и возгласами, но они слышны только на очень небольшом расстоянии. Когда возникли язык и речь, их тоже можно было услышать вблизи. Сложенные рупором ладони около рта немного увеличивали "зону приема". Но до изобретения микрофона и усилителя ораторы на больших собраниях и митингах могли полагаться только на силу своего голоса.

А как можно было передать сообщение людям, находящимся на большом расстоянии? Для этого были придуманы самые разные средства сигнализации - звуковые и световые, хорошо слышимые издали звуки и хорошо видимые издали знаки.

В африканских странах древнейшим видом звуковой сигнализации был бой барабанов - тамтамов. Отдельные удары и их сочетания обозначали буквы и целые слова. Первые путешественники из Европы очень удивлялись, как жители отдаленных африканских селений узнавали об их приближении. Это с помощью тамтамов вести передавались от селения к селению как по эстафете. Даже сейчас, в век телеграфа, телефона и радио, жители некоторых африканских селений пользуются древним "барабанным телеграфом".

В нашей стране использовался набатный колокольный звон, извещавший о пожаре, нападении врагов или другой опасности. Набат (от араб. наубат - барабанный бой) - это колокольный звон особого строя, означающий тревогу.

Позднее начали использовать сигнальные выстрелы из пушек. И сегодня в Санкт-Петербурге в Петропавловской крепости ежедневно производится сигнальный выстрел из пушки, оповещающий город о наступлении полудня - теперь это всего лишь традиция.

В православных храмах верующих зовут на молитвы с помощью колокольного звона. Для этого рядом с храмом располагается колокольня или звонница - башня с открытым ярусом для колоколов. В мусульманских странах рядом с мечетью располагается минарет - высокая башня с балконом. С него служащий мечети - муэдзин - громким голосом призывает мусульман к молитве.

Колокольня Ивана Великого в Московском Кремле

Минарет мечети

Костел Девы Марии в Кракове

В костеле Девы Марии в польском городе Кракове из слухового окна высокой башни ежедневно, в определенный час трубач подает звуковой сигнал - такова вековая традиция.

И сегодня используется звуковая сигнализация. Ее средства - это клаксоны автомобилей, свистки милиционеров, сирены поездов и кораблей.

Сигналы можно подавать с помощью музыкальных инструментов: рожка, горна, фанфар, барабана, целого духового оркестра. О прибытии почтовой кареты в XVIII веке в Европе оповещали с помощью почтового рожка.

В морском флоте для измерения времени с давних времен вахтенный матрос ударяет в сигнальный колокол каждые полчаса. Это как называемый бой склянок: например, шесть склянок означает три часа.

Древнейшим видом оптической сигнализации были сигнальные костры, предупреждавшие население о появлении врагов. Днем хорошо виден на большом расстоянии дым от костра, а ночью - пламя. По свидетельству римского писателя и ученого Плиния Старшего (24-79 гг. н. э.) подобный световой телеграф эффективно использовался еще во время Троянской войны, которая происходила, согласно "Илиаде" и "Одиссее", в XIII веке до н.э. В трагедии "Агамемнон" древнегреческого драматурга Эсхила (525-456 гг. до н. э.) говорится о том, что весть о взятии Трои дошла до Греции в течение нескольких часов при помощи огневых сигналов, которые передавались с одного возвышенного места на другое.

Китайцы использовали с целью передачи срочной информации огни на башнях, которые расположены вдоль всей Великой китайской стены. Ее протяженность свыше 5 тыс. км при высоте 6,6 м, а на отдельных участках до 10 м. Построена она была в III веке до н. э.

Древнегреческий полководец и историк Полибий (около 200-120 гг. до н. э.) в своей книге "Всеобщая история" рассказал о водяном телеграфе: на двух высоких башнях, расположенных далеко друг от друга, стояли 2 совершенно одинаковых по размерам цилиндрических сосуда с водой - емкостью 15 ведер каждый. На поверхности воды плавали поплавки, а на поверхности сосудов были нанесены линейки с делениями. Против каждого деления были записаны условные сообщения. Дозорные на башнях должны были непрерывно следить друг за другом. Когда на передающей башне сигнальщик зажигал факел, нужно было одновременно открыть краны сосудов на обеих башнях. Вода вытекала из сосудов, и поплавки в них опускались. Дозорный на передающей башне ждал, пока поплавок не остановится против нужного деления, и после этого гасил свой факел. Дозорный на приемной башне замечал исчезновение огня и закрывал кран своего сосуда. Затем он смотрел на линейку с делениями и читал сообщение около деления, против которого установился поплавок. Этот способ передачи сообщений был очень трудоемок, ненадежен, да и количество сообщений, которое можно было передать, не превышало одного-двух десятков, заранее нанесенных на линейки сосудов.

Полибий описал и более совершенный способ передачи информации на расстояния. Он заключался в том, что все буквы греческой азбуки (24 буквы) делились на пять частей (групп), из пяти букв в четырех и четырех в одной группе. Каждая группа букв наносилась на специальную доску.

Рис. 3.2. Греческий алфавит из 24 букв, размещенный на 5 досках

Передающая информацию сторона поднимала факел и ждала ответа, тоже факелом: "Жду приема". Затем передающие сигнальщики с помощью факелов указывали, на какую доску необходимо смотреть. К примеру, один факел - смотри первую доску, два факела - смотри вторую и т.д. Далее процесс передачи информации состоял в следующем. С передающей стороны снова поднимали факелы, в зависимости от передаваемых букв, а точнее, их расположения: первая буква - один факел, вторая - два факела и т.д. При этом каждая сторона имела зрительные приборы для наблюдения. Этим способом могла быть передана любая информация, так как использовался весь греческий алфавит. Вместе с тем передача информации, таким образом, должна быть не только содержательна, но и предельно сжата. Такой способ передачи информации хотя и требовал большого количества факелов, а следовательно, и их носителей, зато передавал ее точно.

Говоря современным языком, буквы греческого алфавита были выписаны в виде прямоугольной матрицы, состоящей из столбцов и строк. Сообщив с помощью факелов номер столбца и строки, на пересечении которых в этой матрице находилась та или иная буква, можно было последовательно передавать целые слова и предложения, составлявшие любое сообщение. Можно считать, что в истории информатики это была первая попытка закодировать буквы алфавита с помощью чисел. Спустя много веков, в 1835 году С. Морзе изобрел свою телеграфную азбуку, закодировав буквы латинского алфавита с помощью комбинаций точек и тире. В XX веке при создании клавиатуры компьютера, как мы увидим позже, каждая буква на ней была закодирована числом в двоичном коде.

Заключенные в сталинских тюрьмах перестукивались с помощью метода этого древнего телеграфа, только с помощью звука. На стенах их камер писалась русская азбука (33 буквы), разбитая на шесть столбцов.

В соседнюю камеру сначала выстукивался номер столбца, а после ответа выстукивался номер буквы в столбце. И так буква за буквой передавалась определенная информация по эстафете из камеры в камеру по всей тюрьме.

Сигнализация широко применяется на железных дорогах. Каждый стрелочник и проводник поезда имеет набор сигнальных флажков, которыми он сообщает машинисту поезда о возможности движения или необходимости остановки. Широко применяются семафоры с механическим, а чаще с электрическим управлением.

В конце XVIII века в Европе заработал оптический, так называемый "семафорный телеграф", передававший информацию посредством специальных механизмов с подвижными элементами. Первый такой аппарат продемонстрировал английский ученый - физик Р. Гук (1635-1722) в 1684 году. Затем француз Амонтон устроил оптический телеграф, используя подвижные планки. Но только французам, братьям Клоду и Игнатию Шапп удалось добиться применения такого телеграфа в широких масштабах.

В 1792 году братья Шапп официально представили Национальному Конвенту Франции на утверждение такой прибор под названием семафор (носитель знаков). Он представлял собой систему семафоров - трех крыльев, могущих принимать различные положения и расположенных на вышках на расстоянии 15 миль друг от друга. На каждой вышке находился наблюдатель-телеграфист, с помощью подзорной трубы следивший за положением крыльев светофора на соседней вышке. При изменении положения этих крыльев он принимал сигнал с этой вышки, переводил ручку семафора, менял положение крыльев на своей вышке и тем самым передавал сообщение на следующую вышку. Из возможных 256 фигур (сочетаний положений крыльев) Шапп выбрал только 92, наиболее отличимые друг от друга. Выбрал он также 8400 наиболее употребительных французских слов и расположил их на 92 страницах - по 92 на каждой. Таким образом, с башни на башню передавался вначале номер страницы, а затем - номер слова на ней. Первая линия оптического телеграфа Париж-Лилль длиной 225 км была создана в 1794 году.

Главным недостатком такой телеграфии было то, что она зависела от погодных условий. Однако использовали ее до середины ХIХ века.

В 1794 году оптический телеграф получает широчайшее военное и гражданское применение. 225 километров линии Париж-Лилль сообщение пролетает за 10 минут, тогда как всаднику на это понадобилось бы часов двенадцать... Строятся также линии Париж-Страсбург (450 км) и Париж-Тулон (1100 км). Вскоре протяженность линий оптического телеграфа составляет уже 50000 километров, а сообщения передаются в трех кодировках - военной, гражданской и служебной.

Независимо от французов известный русский механик-самоучка И.П. Кулибин (1735-1818) сконструировал аналогичный телеграфный аппарат. Но в царской России его, как и многие его другие замечательные изобретения, ждало неприятие и забвение.

Во Франции открытие семафорного телеграфа использовалось довольно эффективно, особенно в армии. Именно используя возможности быстрой передачи информации на большие расстояния для своих войск, Наполеон Бонапарт (1769-1812) добился ряда блестящих побед в Европе, поставив в зависимость от Франции большинство стран Западной и Центральной Европы.

В России первый семафорный телеграф протяженностью 60 км между Санкт-Петербургом и Шлиссельбургом был построен в 1824 году. Через десять лет телеграф связал столицу с Кронштадтом (базой Балтийского флота) - 30 км. В 1835 году такая связь была установлена между столицей и Царским Селом (25 км) и Гатчиной (52 км).

Выход России на европейскую арену осуществлялся в основном через Варшаву. В связи с этим в 1839 году был построен усовершенствованный вариант семафорного телеграфа между Санкт-Петербургом и Варшавой протяженностью в 1200 км. На то время это была самая длинная линия телеграфной связи такого рода, которая была сооружена из 149 станций-башен через каждые 8 км, высотой в 20 метров. 1200 километров сигнал из Санкт-Петербурга в Варшаву преодолевал за 15 минут. Такой метод передачи информации в России просуществовал до середины XIX века (1854 г.) и уступил свое место электрическому телеграфу.

В морском деле используется флажковая сигнализация, изобретенная еще в Средние века, а при плохой видимости (например, при тумане) - звуковые сирены-ревуны. Один сигнальный флажок на мачте корабля может обозначать целое слово или предложение, а в сочетании с другими - отдельную букву. Для световой сигнализации используются сигнальные огни и специальные электрические светильники, излучающие направленные световые лучи. С помощью азбуки Морзе передают сигналы, прерывая пучок лучей и давая короткие и длинные по времени вспышки света (точки-тире). В ручном флажковом семафоре каждое положение рук матроса с флажками и его корпуса обозначает одну букву, цифру или знак препинания. Длинное и не очень срочное сообщение передается двумя флажками по буквам. С помощью сигнальных флагов, огней, световой сигнализации и ручного семафора корабли "общаются" между собой и с берегом.

Значения однофлажных сигналов

Алфавит флажного семафора

А для связи внутри корабля существует машинный телеграф. У капитана корабля и у механика имеются одинаковые круги со стрелками и ручками. Капитан устанавливает ручку телеграфа, против какого либо деления стрелки, например с надписью "полный вперед" или "стоп машина". В момент поворота ручки раздается звонок. Механик смотрит, против какого деления установилась стрелка телеграфа, например "стоп машина", и выполняет команду капитана. Существует еще так называемый "звуковой телефон", придуманный французским монахом Домом Готом еще в 1782 году. Он представляет собой длинную тонкую трубу, к концам которой прикреплены два рупора. Они используются и для передачи сообщений, и для их приема, например, при переговорах между капитанским мостиком и машинным отделением корабля. Эти корабельные средства связи относятся к старинным и теперь заменены современными: телефоном и радиотелефоном.

Морской машинный телеграф

Первую железную дорогу общественного значения открыл Джордж Стефенсон в 1825 году.

Движение на железных дорогах в начале их постройки происходило с низкой скоростью; точное соблюдение расписания обеспечивало безопасность движения. Однако уже на открытии линии Ливерпуль-Манчестер произошел несчастный случай, который заставил Джорджа Стефенсона придумать сигналы, обеспечивающие безопасность железнодорожного движения. По указанию Стефенсона были введены сигналы, которые подавали днем - флажками, а ночью - ручными фонарями. Машинистам выдали рожки, которые в 1835 г. были заменены паровым свистком. С 1834 г. на линии Ливерпуль-Манчестер были введены неподвижные сигналы. Сначала это были деревянные столбы, поворачивающиеся на 90 градусов, с сигнальными дисками различной формы и цвета, которые при поворотах столбов обращались к движущемуся поезду узкой или широкой стороной. Широкая сторона требовала остановки поезда.

Современный железнодорожный светофор

С изобретением в 1841 году англичанином Грегори семафора стал возможен переход от движения поездов с разграничением времени к разграничению их пространством.

Крупным шагом вперед в деле обеспечения безопасности движения поездов было введение блокировки, посредством которой путевые семафоры запирались на время, пока на соответствующем участке пути находился поезд.