Страница 9 из 12
– Теперь договоримся, как передавать биты 0 и 1. Тут можно использовать и метод Морзе. Пусть «0» будет коротким сигналом, а «1» – длинным, раза в три длиннее. При этом между каждым сигналом надо делать небольшую паузу, а между буквами, то есть между каждыми пятью сигналами – паузу подлиннее.
Отец взял мой передатчик и попросил записывать за ним. Мы взяли карандаши, а папа стал выбивать последовательность сигналов: длинный, короткий, короткий, длинный, короткий… Я записывал за ним: 10010 00101 01011 00101 00011 10000 00000 10100. Получилось слово «ТЕЛЕГРАФ».
Мы ещё немного потренировались – я выстукивал слова, Катя записывала, потом наоборот. Вроде бы всё понятно и довольно просто. Потом папа сказал:
– Ну вот, я хотел начать с протокола, а потом перейти к кодированию, а получилось наоборот. Давайте же изучим, что такое протокол. Скажи, Екатерина, как ты поймёшь, что надо начинать записывать передачу Кирилла?
– Я услышу звонок и увижу мигающую лампочку.
– Но ведь ты наверняка в этот момент будешь что-то делать, а карандаша и бумаги рядом не окажется. А может быть, и самой тебя поблизости не будет. Как быть?
Мы задумались. А ведь действительно. Чтобы успешно передать сообщение, нам обоим надо быть около своих устройств, но как это сделать, если мы друг друга не видим? Но отец продолжил:
– Нам на помощь придёт протокол. Протокол – это договорённость о том, как вести передачу информации. Метод кодирования – только часть протокола. Также протокол устанавливает правила начала и окончания передачи. Ещё он может устанавливать правила смены передающей стороны и даже методы восстановления информации, если передача происходит с потерями и ошибками. Но мы пока изучим только самые простые вещи.
Мы с Катей переглянулись, а отец тем временем говорил:
– Мы введём несколько служебных символов: «Запрос на начало передачи», «Ответ о готовности приёма» и «Окончание передачи». Подумайте и ответьте мне, для чего нужны эти символы.
Я сказал:
– С их помощью мы сможем подзывать друг друга к устройству и сообщать, что готовы принять телеграмму. И в конце передачи сообщать, что телеграмма закончена.
Отец согласился, а потом обратился к Кате:
– Екатерина, ты можешь придумать, как будут выглядеть эти три служебных символа?
– Думаю, что они должны состоять из последовательности сигналов, которые непохожи на наши биты «0» и «1».
– Почему?
– Так будет проще понять, что это служебная информация, а не текст телеграммы.
– Здорово, молодец! Это, в общем, необязательно: в компьютерных системах используются только биты и ничего другого. Но мы действительно можем позволить себе применить другие символы, чтобы проще отличать. Поэтому предлагаю такую схему…
И папа записал на листке рядом с таблицей букв три строки.
Для запроса на начало передачи – три длинных звонка.
Для указания готовности к приёму – один длинный звонок.
Для окончания передачи – два длинных звонка.
Длительность каждого из этих звонков была в два раза больше, чем длительность бита «1».
Затем он сказал:
– Определим алгоритм. Пусть Кирилл хочет передать Екатерине сообщение. Он посылает служебный символ «запрос на передачу», после чего ждёт ответа. Если ответ не пришёл в течение минуты, то Кирилл может послать запрос ещё раз, а потом ещё, пока не получит ответ, либо заняться своими делами и снова послать запрос через некоторое время. Если же он получает сигнал готовности к приёму, это означает, что Екатерина готова записывать. После этого Кирилл передаёт своё предварительно закодированное сообщение, а после него ставит символ окончания передачи. Далее Екатерина может выбрать из двух вариантов. Она может закончить сессию приёма-передачи, послав в ответ символ окончания. Это значит, что у Екатерины нет ответа, и передача закончена. Или она может передать свой закодированный ответ и закончить его символом окончания передачи. И тогда уже Кирилл получает возможность выбирать, заканчивать ли передачу. Если да, то он передаёт символ окончания. Если нет, то пишет ответ и передаёт слово Екатерине. И так далее, до конца.
Рассказав всё это, папа нарисовал схему:
– Так выглядит формальное представление алгоритма в специальной нотации, которая позволяет описывать взаимодействие нескольких лиц. Запоминайте эти хорошие слова: «алгоритм», «нотация» и другие. Потом они помогут вам понимать многие важные вещи.
На этом теоретическая часть нашего занятия была закончена, и мы перешли к практической. Первым делом мы перерисовали в свои блокноты таблицу кодировки символов для нашего телеграфа, а также алгоритм передачи информации. После этого Катя уехала к себе, и через некоторое время из моего передатчика раздался сигнал запроса на начало передачи. Я ответил сигналом готовности, и Катя начала передачу. Она передавала медленно, я успевал записывать последовательности битов в свой блокнот, сразу группируя их по пять. Потом раздался сигнал окончания. Я быстро раскодировал её сообщение. Она сообщала, что приехала домой. Тогда я ответил, что жду её завтра на новое занятие. Она подтвердила приём моего сообщения символом окончания передачи.
Испытания телеграфа можно было считать пройденными. Я на радостях сфотографировал своё устройство и написал у себя в блоге, что мы сделали телеграф и уже его испытали. Через некоторое время один мой одноклассник ответил в комментариях, что я занимаюсь ерундой. Какой глупый…
Вечером папа задал мне странный вопрос:
– Как ты думаешь, почему я купил пять лампочек на замену тем, которые у нас выйдут из строя?
Я только пожал плечами. Тогда папа объяснил, что он примерно посчитал, сколько за всё лето мы передадим друг другу символов, потом разделил это число на среднее количество включений и выключений, которое может выдержать лампа, и получил число пять. Потому он на всякий случай купил именно пять ламп. Это было вполне логично. Но он снова спросил:
– Как ты считаешь, что вероятнее: у одного из вас перегорит одна лампа, а у второго четыре, или у одного перегорит две, а у другого три?
Здравый смысл подсказывал мне, что вероятнее второй вариант, но отец попросил меня посчитать это точно. Для этого надо было рассмотреть разные варианты последовательного перегорания лампочек: от ККККК (все пять лампочек перегорели только у Кирилла) до ЕЕЕЕЕ (то же самое произошло у Екатерины).
Из дневника Кирилла:
08 июня. Сегодня папа дал мне задачу по расчёту вероятностей. Для этого мне надо было подсчитать количество возможных комбинаций букв К и Е длиной пять символов. Я начал выписывать сочетания от ККККК до ЕЕЕЕЕ и понял, что сделал точно такую же таблицу, как та, в которой мы определили коды букв для нашего телеграфа, только «К» надо заменить на «0», а «Е» на «1».
Оказывается, в математике встречаются одинаковые вещи, которые с первого взгляда могут показаться совсем различными. Папа рассказывал мне нечто похожее про топологию. Как интересно!
Или папа специально подгадал и купил именно пять лампочек, чтобы я на практике убедился в этом?
Глава 5
Во время завтрака папа сказал, что какие-то проблемы у него в лаборатории требуют его личного присутствия, и ему надо уехать на день или два. Я подумал и решил остаться в деревне, поскольку здесь стало интересно. Папа настоял, что я на эти дни должен переехать к тёте Кате, чтобы быть под присмотром. Я, конечно, сначала храбрился, что смогу прожить до его возвращения один, но потом всё же согласился. Мы быстро собрали нужные вещи, папа отвёз меня к тётушке, а сам уехал. По пути, как я понял, он встретился с Катей и отдал ей рацию, потому что минут через пятнадцать из моей рации донеслось: