электроники цифра 1 представляет наличие напряжения, либо его максимальное значение. Цифра О - отсутствие напряжения, либо его минимальное значение. Таким образом, можно гоюрить о 1 как о состоянии включено, или максимуме, а о О, как о состоянии выключено, или минимуме.

В действительности изменение амплитуды импульса не происходит мгновенно, как показано на рис. 2.4. Электронные системы имеют конечное время срабатывания - требуется определенное время для того, чтобы значение напряжения или мощности светового сигнала перевести из состояния включено в состояние выключено, либо осуществить переключение между максимальным (высокое) и минимальным (низкое) значениями. Имеется также ограничение на длительность импульса. Даже в компьютерньк системах, допускающих переключение от тысячи до миллиона импульсов в секунду, требуется одна миллионная или одна миллиардная доля секунды на процесс переключения.

При решении инженерньк задач, связанньк с цифровыми системами, необходимо учитывать форму импульса. Рис. 2.5 показывает различные характеристики импульса.

Ширина

Время нарастания (передний фронт)

Период

Рис. 2.5. Форма импульса

Амплитуда характеризует высоту импульса и уровень энергии в импульсе. Величина энергии может определяться напряжением в цифровых системах или оптической мощностью в юлоконно-оптических системах. Отметим, что в различных системах используются разные виды энергии.

Время нарастания - время, в течение которого импульс увеличивается от 10% до 90% уровня максимальной амплитуды.

Время спада, протиюположное времени нарастания, соответствует интервалу уменьшения амплитуды от 90% до 10%. Время нарастания и спада в ряде случаев может различаться.

Ширина импульса соответствует временному интервалу, в течение которого амплитуда импульса превосходит уровень в 50% от максималь- ной амплшуды.

Длительность бита (период) - временной интервал, приходяшдйся на один импульс. Большинство цифровых систем используют импульсы определенной длительности или специальные тактируюшде импульсы. Импульс может существовать в течение заложенной в системе длительности бита. Шпример, представим последовательность из пяти 0. Как узнать, что это не четыре или, скажем, шесть О? По системным часам определяется время, в течение которого ничего не происходит, и по его длительности можно судить о прохояедении именно пяти бит, а не четырех или шести.

Системные часы (таймер) обеспечивают импульсы постоянной длительности (тактирующее импульсы) для определения длительности информационного бита. Каждый период (длительность) бита определяется одним или несколькими длительностями тактируюпдсс импульсов. Тактируюпще импульсы напоминают колебания метронома: в обоих случаях необходимо провести определенную операцию за заданный интервал времени (извлечь из музыкального инструмента ноту или распознать электрический импульс в электронном устройстве).

Время нарастания является очень важным параметром в электронике и волоконной оптике, поскольку оно ограничивает скорость работы системы. Действительно, скорость, с которой импульс может бьпъ включен и выключен, будет определять максимальную частоту возникновения импульсов. Наиболее простой путь увеличения скорости работы системы - уменьшение времени нарастания и спада импульса, ускоряя тем самым процесс включения и выключения импульсов. При этом через систему проходит большее количество импульсов в течение заданного интервала времени. Даже если амплитуда импульса и его ширина остаются без изменений, уменьшение времени нарастания приводит к увеличению скорости работы. Уменьшение времени нарастания и спада импульса позволяет уменьшить и ширину импульса, что приводит к еще большему увеличению скорости работы. Наоборот, при увеличение времени нарастания импульса снижается скорость работы системы.

Ниже, в главе 10 будет рассмотрено, что биты 1 и О могут быть сформированы не только простым включением и выключением напряжения, но и другими способами. Различные форматы кодировки 1 и О имеют собственные преимущества и недостатки при передаче информации. Выше использовано представление 1 и О в виде состояний высокого и низкого напряжения, совпадаюшдх по длительности с заданной длительностью одного бита. В других кодировках возможно использование обоих состояний высокого и низкого напряжения в течение интервала один бит для задания 1 или 0. Таким образом, общими чертами кодировки в цифровых системах является использование 1 и О, то есть высокого и низкого состояний.

Преимущества цифровых систем

применение цифровьк сигналов в компьютерах естественно: они являются цифровыми по природе. Использование цифровой технологии и дво-

ичного представления чисел необязательно. Тем не менее с точки зрения компьютерного проектирования этот способ наиболее приемлем. Транзисторы и интегральные схемы, включающие в себя тысячи транзисторов, работают как очень быстрые переключающие устройства.

Телефонные компании также используют цифровые технологии при передаче голоса в виде цифроюго сигнала. В чем преимущество такого решения? Сигнал при передаче на любое расстояние испытывает искажения. Даже если голос без искажений переюдится в электронный аналоговый сигнал, за время, пока он достигнет приемного устройства, он будет искажен. К сожалению, приемное устройстю не в состоянии исправить эти искажения, так как не обладает информацией о его первоначальной форме.

При использовании цифровых импульсов ситуация меняется. Цифровой импульс имеет строго заданную форму. Приемное устройстю знает, как выглядят импульсы, ему достаточно получить информацию о числе импульсов и порядке их следования. Таким образом, приемное устройство может исправлять искажения цифроюго сигнала, правильно юсстанавливая его пер-юначальную форму.

Информационная емкость

Любая среда, переносящая импульсы, имеет ограничение на объем передаваемой информации. Объем информации, который можно передать по данному каналу, характеризует его информационную емкость. Существует несколько способов определения данного параметра. В телефонньк линиях емкость определяется числом голосовых каналов. Голосовой канал - это частотный диапазон, достаточный для передачи голоса. Поскольку верхняя частотная граница человеческого голоса соответствует примерно 4 КГц, то голосоюй канал должен иметь пропускную способность, равную 4 КГц. На заре становления телефонных линий каждый телефонный проюд предназначался для передачи одного голоса. Сегодня одна телефонная линия служит для Одновременного соединения тысяч абонентов. Она, таким образом, характеризуется тысячами голосовьк каналов.

Пропускная способность (bandwidth, частотная ширина канала, полоса пропускания) определяется скоростью передачи информации по каналу. Например, если оптическое волокно имеет пропускную способность 400 Мгц, то оно позволяет передавать сигналы вплоть до этого предела.

В цифровых системах емкость измеряется в битах в секунду (бит/сек) или бодах. В телефонных системах один цифровой звуковой канал требует 64000 бит/сек. Цифровая система, таким образом, занимает более широкий частотный диапазон, чем соответствующая аналоговая система. Аналоговая телефонная система занимает 4 КГц для передачи голоса; цифровая система потребляет в 16 раз больше - 64 КГц. Простые цифровые телефонные системы, передающие 672 голоса по одной линии, имеют скорость 44.7 мегабита в секунду (Мб/сек).

Технологии, позюляющие построить такие системы, - импульсная модуляция (ИМ) и мультиплексирование.