Посвящение в радиоэлектронику

В США «электронная почта» работает на базе сети ARPANET. Пока стоимость пересылки «электронных писем» высока и составляет около 50 центов. Возможно, поэтому, а скорее, в силу привычки большинство людей пользуются услугами обычной почты. Но деловой мир уже предпочитает, где это только возможно, пользоваться электроникой.

Сети передачи данных сначала действовали на базе имеющихся широко разветвленных телефонных сетей. Но по мере увеличения объема пересылаемой информации пропускная способность телефонной сети оказывается недостаточной. В густонаселенных районах стали использовать сети кабельного телевидения. Что это такое?

Обычное телевидение, только сигналы передаются не через эфир, а по кабельной сети. Хотя устройство сети обходится дорого, это лучше, чем лес телевизионных антенн на крышах домов в больших городах.

Собственно, в каждом подъезде наших домов есть сеть кабельного телевидения в миниатюре. Она начинается у коллективной антенны и кончается разветвлением на самом нижнем этаже. Но если все пользователи соединены кабельной сетью, то по ней можно передавать и сообщения, причем в обоих направлениях, используя частотные каналы, не занятые телевидением. Все чаще строятся и специальные цифровые сети для обмена информацией между ЭВМ.

Для сетей связи необязателен кабель. Можно использовать и волноводы, и радиорелейные линии, работающие на СВЧ. и спутниковые каналы. В таблице приведены сравнительные характеристики различных каналов. Первым стоит обычная двухпроводная телефонная линия, имеющая наименьшую пропускную способность. А в последней строке приведены совсем уж фантастические данные для волоконной оптической линии, рассказ о которой еще впереди.

Но как же сообщения, переданные в сеть связи, находят нужный терминал? Ведь терминалов подключено к сети тысячи, а то и больше? А как находит телефонный звонок нужного абонента? Мы набираем номер! А как находит письмо адресата? На конверте написан адрес! А как находит сигнал считывания в ЭВМ нужную ячейку памяти? В нем содержится код ячейки. Все точно так же происходит и в сети связи. Каждый «пакет» информации снабжается «адресом» цифровым кодом, расположенным перед посылкой. На входном порте каждого терминала установлен дешифратор, «читающий» все адреса циркулирующих в сети сигналов: «Это не мне, это не мне, стоп! Мой код!». Тут же включается регистр памяти, который и считывает передаваемое сообщение. А на все остальные «пакеты» терминал просто не реагирует. Если учесть, что скорость передачи сигналов в сети огромна, то оказывается, что для передачи «электронного письма» от момента его «написания» до прочтения корреспондентом требуется не более нескольких минут. И при всем при том корреспондент может находиться как в соседней квартире, так и на другом конце земного шара! Вот какие чудеса открывает перед нами вычислительная техника! Однако возникает вопрос: как-то мы будем жить в будущем «электронном мире» без бумаги, без почты и без денег? Интересно и жутковато, но не будем заранее пугаться. Все это наступит не так уж скоро и не сразу, так что постепенно привыкнем. Человек ведь ко всему привыкает.

Разговор с ЭВМ

Роботы, говорящие «механическим» голосом, уже прочно вошли в книги и появились на киноэкране. Заставить ЭВМ говорить сравнительно несложно. Словарный запас она запомнит, и он наверняка будет больше, чем у людоедки Эллочки из известного романа И. Ильфа и Е. Петрова. Звукогенератор тоже можно сделать, и он будет управляться цифровым сигналом с выхода ЭВМ. Голос получится очень ровный, лишенный всякой эмоциональной окраски. Научить машину эмоциям — задача очень сложная, если не сказать невозможная. А вот научить разговаривать ее не «механическим», а вполне человеческим голосом можно.

Микроэлектронный синтезатор речи, «говорящая» СБИС, устроен следующим образом. Часть кристалла отведена под ПЗУ, в которое раз и навсегда занесена информация, полученная преобразованием в цифровой код аналоговых сигналов, соответствующих словам и отдельным фразам, произнесенным диктором перед микрофоном. Эта информация и образует словарный запас синтезатора. При работе ЭВМ наступает момент, когда надо произнести фразу, т. е. выдать результат в «речевом» виде. На кристалле синтезатора расположены дешифратор и счетчик адресов. Они получают команду от ЭВМ, и содержимое соответствующих ячеек памяти поступает на цифро-аналоговый преобразователь, выполненный на том же кристалле. Цифровой код превращается в аналоговый звуковой сигнал и звучит в громкоговорителе.

В зависимости от назначения синтезатора в ПЗУ запоминается либо набор числительных (например, в БИС для часов с устным объявлением времени или при необходимости вывода только цифровой информации), либо набор фонем. Фонема — это элементарный звук речи, соответствующий слогу или одному звуку. В этом случае синтезатором речи управляет специальный микропроцессор, «собирающий» из отдельных фонем слова и фразы. Такие системы уже сегодня используют для вывода данных на терминалах. Словарь и язык, на котором «разговаривает» кристалл, можно изменить, применив ПЗУ с другим набором слов и фонем.

Значительно более сложная задача — заставить машину «понимать» слова, произносимые оператором. Но и здесь достигнуты определенные успехи. Наиболее простой путь состоит в следующем. На этапе «обучения» оператор произносит ряд слов и фраз, которые преобразуются в последовательный двоичный код и запоминаются в ЗУ. Им в соответствие ставятся определенные команды или данные, которые также запоминаются. При работе речевого терминала любая фраза, произнесенная оператором, также превращается в двоичный код и сравнивается с содержимым памяти. Если обнаруживается совпадение, терминал выдаст команду, соответствующую произнесенной фразе.

Таким образом, машина «учится» почти безошибочно работать со «своим» оператором, голос которого она уже «знает» и хранит в памяти. Трудности начинаются, когда одна и та же команда произносится различными людьми, разными голосами и в различном темпе. В этом случае распознавание возможно, но лишь на общих признаках, присущих данной фразе. Здесь мы вплотную соприкасаемся с целой проблемой распознаванием образов. Образ может быть звуковым, видимым (оптическим), электронным и т. д. В любом случае образ можно закодировать путем развертки или иным способом и предложить машине для распознавания в виде двоичного кода. Выделение общих признаков из множества предложенных образов или сигналов осуществляется путем фильтрации. Последняя выполняется во временной, частотной или пространственной области.

Говорящая ЭВМ.

До последнего десятилетия в радиотехнике использовался преимущественно один вид фильтрации — частотная с помощью аналоговых фильтров. Такой фильтр пропускает одни частоты спектра сигнала и задерживает другие. Оказывается, то же самое может сделать и ЭВМ, превратив предварительно сигнал в поток цифровых данных. В этом случае фильтрация представляет собой обработку сигнала по заданной программе. Характеристики цифрового фильтра легко изменять, изменяя программу. Возможности цифровой фильтрации оказались огромными. Один случай — распознавание слов и фраз — мы уже упомянули. Но точно так же можно распознавать изображения, скажем сравнивать изображение на фотокарточке с оригиналом, изображение местности с картой. Смазанный и нечеткий снимок можно превратить в четкий, а зашумленную фонограмму избавить от шумов. Таким способом были восстановлены, например, многие старинные граммофонные записи. В последнем случае используют адаптивные фильтры, параметры которых изменяются в соответствии с сигналом.

Перечень областей применения цифровой обработки сигналов компьютерами можно продолжать до бесконечности, но мне кажется, что читатель несколько утомлен перечислением открывающихся перспектив, и поэтому на некоторое время попрощаемся с ЭВМ, сказав ей через речевой терминал: «До свидания!», и перейдем к другой теме. Машина же, проанализировав ситуацию, ответит что-нибудь, что в переводе на человеческий язык прозвучит как: «Куда вы от меня денетесь? Ведь в любой области науки и техники вам теперь без меня не обойтись». И нам волей-неволей придется с этим согласиться.

11. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА И ОПТОЭЛЕКТРОНИКА

В этой главе вас ожидает рассказ о видимых и невидимых лучах, о светящихся кристаллах, о красном луче, позволяющем разговаривать тысяче человек, и о тоненькой ниточке, по которой все сказки «Тысячи и одной ночи» можно передать за несколько минут, о том, как составляют карты и следят за спутниками, а также о многих-многих других возможностях, открываемых нам этой молодой и удивительной техникой — оптоэлектроникой.