...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

Любопытно, что идея перфорации родилась вовсе не в связи с развитием телеграфной техники, хотя, как вы помните, Ж. Бодо предложил свой двоичный код еще в 1874 г.

…В 1879 г. в статистическое управление при Министерстве внутренних дел США был принят на работу 19-летний выпускник Горной школы Колумбийского университета Герман Холлерит. Ему была поручена обработка информации по результатам переписи 1880 г. Однажды в поезде внимание Холлерита привлекли действия кондуктора, который с помощью компостера заносил в бланк данные о пассажирах. Это и натолкнуло его на мысль разработать перфокарты — специальные картонные карточки стандартного размера, на них числа представлялись в виде системы отверстий. Таким образом можно было хранить и затем механически обрабатывать статистические данные для переписи населения. В 1884 г. Холлерит обратился за патентом на свою "машину для переписи населения", содержащую клавишный перфоратор. В общей сложности он получил более 30 патентов. В 1890 г. бюро переписи США использовало машину Холлерита для переписи населения Америки. В 1897 г. ее купила для тех же целей царская Россия…

Но вернемся к перфоленте. Отверстия на ней пробиваются сразу на пяти перфорированных дорожках (маленькие отверстия на ведущей дорожке служат для протягивания ленты) с помощью специальных штифтов, называемых пуансонами. Управляют процессом перфорации (т.e. решают, пробивать или не пробивать отверстие) электромагниты: если, скажем, с телеграфного аппарата на электромагниты поступает комбинация импульсов, соответствующая двоичному слову 00011 (буква О), то на перфоленте будут пробиты отверстия только на двух последних дорожках.

Перфоленты использовались и в некоторых типах ЭВМ для хранения текстов программ. Хотя такая "бумажная" память очень дешевая, она в то же время и очень непрочная, легко повреждается, ошибки на ней практически невозможно исправить.

"Запись" информации на перфоленту (т. е. пробивание дырочек) осуществляется крайне медленно: не более 150 букв в секунду. Так, для "перевода" на перфоленту, например, 30 томов Александра Дюма потребуется более 50 часов. Правда, "читать" информацию на перфоленте можно гораздо быстрее (до 1500 букв в секунду), если вместо системы механических контактов (замыкающихся при наличии в дорожке отверстия) использовать более быстродействующее фотосчитывающее устройство. В нем луч от источника света, проходя через отверстие в перфоленте, попадает на фотоэлемент и создает в его цепи ток. При этом появляется возможность почти в 10 раз ускорить протяжку ленты.

Заметим, кстати, что длина перфоленты с текстом произведений А. Дюма будет составлять всего-навсего… 150 км!

Принципиально новые возможности для хранения текстовой информации открыла электроника.

…Однажды научный консультант первой в мире радиотехнической фирмы "Маркони" некто Джон Амброз Флеминг стоял в своей лаборатории и задумчиво смотрел на лампу накаливания с угольной нитью, как вдруг его осенила блестящая догадка: раскаленная нить лампы выбрасывает из себя электроны. — А что если добавить в лампу второй электрод и подключить его к положительному полюсу батареи? — рассуждал Д. Флеминг. — Ведь тогда весь поток электронов устремится к положительному электроду и образует электрический ток…

Так была изобретена первая электронная лампа — диод. Электрод, соединенный с положительным полюсом батареи, назвали анодом, а раскаленную нить — катодом. Чтобы цепь тока была замкнута, Флеминг соединил катод с отрицательным полюсом батареи.

Описанные события случились в 1904 г. С тех пор без диодов не обходится ни одно радиотехническое или вычислительное устройство.

Заметим, если поменять местами полюса батареи (т. е. к аноду подключить отрицательный, а к катоду — положительный), то ток через диод протекать не будет. "Переполюсовали" батарею еще раз — снова появился ток. Нельзя ли использовать эту особенность диода для запоминания цифр 0 и 1: протекает ток (диод открыт) — состояние " 1", нет тока (диод закрыт) — состояние "0"?

Давайте сконструируем электронную память на ламповых диодах для хранения знакомого нам слова ОМЕГА. Пусть в нашем распоряжении имеются пять горизонтальных и пять вертикальных проводов. В местах пересечения провода изолируются, так что электрических соединений там нет. В вертикальные провода включим лампочки. Другие концы лампочек соединим вместе и подключим к отрицательному полюсу батареи. Лампочки будут служить индикаторами: если в каких-то разрядах кодового слова имеются единицы, лампочки этих разрядов (на рисунке все разряды занумерованы от 0 до 4) должны гореть.

Чтобы запомнить букву О, двоичный код которой 00011, включим между первым горизонтальным проводом и вертикальными проводами под номерами 3 и 4 диоды. Аноды обоих диодов соединим с горизонтальным проводом, катод одного из них — с вертикальным проводом 3, катод второго — с вертикальным проводом 4. Если теперь подключить к первому горизонтальному проводу положительный полюс батареи, то оба диода под действием положительного напряжения откроются и через каждый из них потечет ток.

Первая цепь, по которой пойдет ток: положительный полюс батареи, диод, лампочка 3, отрицательный полюс батареи. Под действием протекающего тока лампочка 3 загорится. Вторая цепь аналогична первой, но образована она будет другим диодом и лампочкой 4. Таким образом, лампочки (первые три из них не горят, а две последние горят) высветят двоичный код буквы О.

Легко сделать вывод, что в конструируемой электронной памяти диоды применяются только для запоминания 1 и подключаются к тем вертикальным проводам (их называют разрядными шинами), которые соответствуют разрядам двоичных слов, содержащим 1.

Как видим, чтобы запомнить 0 в тех или иных разрядах, вовсе не обязательно включать диоды в обратных направлениях: можно вполне обойтись вообще без диодов.

Для запоминания буквы М горизонтальный провод должен быть соединен диодами со второй, третьей и четвертой вертикальными шинами (так как код буквы М — 00111). Если теперь положительный полюс батареи отключить от первой горизонтальной шины и подключить ко второй горизонтальной шине, то будут светиться лампочки во втором, третьем и четвертом разрядах.

Аналогичным образом запоминаются остальные буквы слова ОМЕГА.

Следует иметь в виду, что после того, как диоды будут припаяны к соответствующим шинам, информация в электронную память будет записана "навечно". Разумеется, если только не выйдут из строя сами диоды или батареи. Записанную в память информацию можно многократно "читать" на лампочках, подключая поочередно к каждой горизонтальной шине положительный полюс батареи.

Наверное, все видели электронные лампы и представляют себе их размеры. Если выполнить электронную память на ламповых диодах для хранения в ней хотя бы десятка слов, то ее размеры будут сравнимы с размерами телевизора. Ясно, что для запоминания всех слов из упомянутых 30 томов А. Дюма пришлось бы строить память с пятиэтажный дом. Заметим, что в первой в мире электронно-вычислительной машине ЭНИАК, разработанной учеными из Пенсильванского университета Джоном Мокли и Дж. Преспером Эккертом и вступившей в строй в 1946 г., было использовано 18 000 электронных ламп!

Конечно, сейчас никто не будет строить устройства памяти на ламповых диодах. И даже на диодах из полупроводников.

Развитие микроэлектроники привело к появлению больших интегральных схем (БИС), у которых на поверхности полупроводникового кристалла площадью всего в несколько десятков квадратных миллиметров создают сотни тысяч микроскопических областей, обладающих свойствами диодов и соединенных между собой необходимым образом.