История технических способов кодирования информации

Вопросы занятия:

·                      история технических способов кодирования информации;

·                   азбука Морзе;

·                   код Бодо.

Необходимость кодирования информации возникла задолго до появления компьютеров. Речь, азбука и цифры – есть не что иное, как система моделирования мыслей, речевых звуков и числовой информации. Существует язык глухонемых, где символы – это мимика и жесты; язык музыки, где символы – это ноты и так далее.

В технике потребность кодирования возникла сразу после создания телеграфа, но особенно важной она стала с изобретением компьютеров.

Область действия теории кодирования распространяется на передачу данных, а предметом является обеспечение корректности переданной информации. Иными словами, она изучает, как лучше упаковать данные, чтобы после передачи сигнала из данных можно было надёжно и просто выделить полезную информацию.

Иногда теорию кодирования путают с шифрованием, но это неверно: криптография (наука о шифровании), решает обратную задачу, её цель – затруднить получение информации из данных.

С необходимостью кодирования данных впервые столкнулись менее двухсот лет назад, вскоре после изобретения телеграфа.

Что же такое «Телеграф»?

Слово «Телеграф» происходит от двух древнегреческих слов — tele (далеко) и grapho (пишу). В современном значении это просто средство передачи сигналов по проводам, радио или другим каналам связи… Хотя первые телеграфы были беспроводными — ещё задолго до того, как научиться переписываться и передавать какую-либо информацию на большие расстояния, люди научились перестукиваться, перемигиваться, разводить костры и стучать в барабаны — всё это тоже можно считать телеграфами.

Хотите верьте, хотите нет, но когда-то в Голландии вообще передавали сообщения (примитивные) с помощью ветряных мельниц, коих там было огромное множество — просто останавливали крылья в определённых положениях.

Возможно, именно это однажды (в 1792 году) вдохновило Клода Шаппа на создание первого (среди не примитивных) телеграфа. Изобретение получило названием «Гелиограф» (оптический телеграф) — как несложно догадаться из названия, это устройство позволяло передавать информацию за счёт солнечного света, а точнее, за счёт его отражения в системе зеркал.

Первый электромагнитный телеграф создал российский учёный Павел Львович Шиллинг в 1832 году. Публичная демонстрация работы аппарата состоялась в квартире Шиллинга двадцать 1 октября 1832 года. Павел Шиллинг также разработал оригинальный код, в котором каждой букве алфавита соответствовала определённая комбинация символов, которая могла проявляться чёрными и белыми кружками на телеграфном аппарате.

Впоследствии электромагнитный телеграф был построен в Германии — Карлом Гауссом и Вильгельмом Вебером (1833 год), в Великобритании — Куком и Уитстоном (1837 год), а в США электромагнитный телеграф запатентовал Сэмюэль Морзе в 1837 году.

Где-то в 1832 году, Сэмюэль Финли Бриз Морзе возвращался из Европы на пароходе «Салли». На изобретение телеграфа его вдохновила случайная беседа. Какой-то пассажир в ходе беседы о недавно изобретённом электромагните сказал: «Если электрический ток можно сделать видимым на обоих концах провода, то я не вижу никаких причин, почему сообщения не могут быть им переданы».

И тогда Морзе, якобы прямо на пароходе набросал схему (а то и не одну) примитивной телеграфной системы. Более того, сходя с корабля, он сказал капитану: «Однажды вы услышите о таком чуде, как «телеграф» — знайте, оно родилось на вашем прекрасном корабле».

Телеграфное сообщение — это последовательность электрических сигналов, передаваемая от одного телеграфного аппарата по проводам к другому телеграфному аппарату.

В 1837 году Сэмюэль Морзе совместно с Альфредом Вейлом разработал систему передачи букв точками и тире, ставшей известной во всём мире как код Морзе. А способ кодирования получил название азбуки Морзе. 

Однако Морзе не находил поддержки ни дома, ни в Англии, ни во Франции, ни в России, встречая везде отказ. При очередной попытке заинтересовать Конгресс США созданием телеграфных линий, он приобрёл конгрессмена в партнёры, и в 1843 году Морзе получил субсидию в 30 тысяч долларов для строительства первой телеграфной линии от Балтимора до Вашингтона.

В ходе работ оказалось, что на этом расстоянии около сорока километров электрический сигнал слишком сильно затухал, и прямая связь невозможна. Положение спас его компаньон Альфред Вейл, предложивший использовать реле как усилитель. Наконец, двадцать четвёртого мая тысяча восемьсот сорок четвёртого года линия была закончена.

Давайте посмотрим на таблицу, в которой показана азбука Морзе применительно к русскому алфавиту.

В этой таблице нет специальных знаков препинания. Их записывали словами. Слово «тчк» означало точка, а «зпт» – запятая.

Отличительным признаком азбуки Морзе является переменная длина кода разных букв, поэтому код Морзе называют неравномерным кодом.

Буквы, которые встречаются в тексте чаще, имеют более короткий код, чем редкие буквы. Например, код буквы И — две точки, а код буквы Э состоит из пяти знаков.

Это было сделано для того чтобы уменьшить длину всего сообщения. Однако при передаче сообщений возникла проблема. Из-за переменной длины кода букв как отделять буквы друг от друга в тексте. Тогда было принято, что для разделения букв друг от друга необходимо использовать паузу (пропуск). Следовательно, телеграфный алфавит Морзе является троичным, так как в нем используется три знака: точка, тире, пропуск.

Самым знаменитым телеграфным сообщением является сигнал бедствия СОС (Save Our Souls – спасите наши души, а также русское Спасите От Смерти).

В коде азбуки Морзе сигнал выглядит так:

три точки обозначают букву эС, три тире – букву О и снова три точки, которые обозначают букву эС, и передаются без межбуквенных интервалов. То есть без пауз. А на бумаге сигнал записывается как SOS с чертой над этими буквами.

Существует распространённое заблуждение, что впервые в истории сигнал SOS был подан с терпящего бедствие «Титаника» в ночь на 15 апреля 1912 года, в    0 часов, 45 минут.

В действительности этот случай был по меньшей мере восьмым по счёту.

Первое достоверно известное использование сигнала SOS приходится на          11 августа 1909 года, когда американский пароход «Арапаоэ» потерял ход и задрейфовал по пути из Нью-Йорка в Джексонвилл.

Сигнал был принят станцией Объединённой компании беспроволочного телеграфа на острове Хаттерас в Северной Каролине и перенаправлен в офисы пароходной компании.

Благодаря простоте и компактности устройства, удобству манипуляций при передаче и приёме и, главное, быстродействию телеграф Морзе в течение полустолетия был наиболее распространённой системой телеграфа, применявшейся во многих странах.

Неудобство телеграфа Морзе заключалось в том, что его код могли расшифровать только специалисты, в то время как простым людям он был совершенно непонятен. Потому в последующие годы многие изобретатели трудились над тем, чтобы создать аппарат, регистрирующий сам текст сообщения, а не только телеграфный код. Наиболее известным среди них стал буквопечатающий аппарат Юза.

Частично механизировать и облегчить труд операторов-телеграфистов решил Томас Эдисон. Он предложил вовсе исключить участие человека, записывая телеграммы на перфоленту.

Эта новая технология увеличила количество слов, передаваемых в минуту с 25 – сорока до 100! Эдисон стал изобретателем говорящего телеграфа.

В 1843 году появились факсы. Причём, мало кто знает, что они появились раньше телефона. Придумал их шотландский часовщик, Александр Бейн. Его устройство (которое он сам называл телеграфом Бейна) было способно на большие расстояния передавать копии не только текста, но и изображений (пусть и в отвратительном качестве).

В 1855 году изобретение Бейна усовершенствовал Джованни Казэлли, доработав качество передачи изображений.

В 1872 году француз Жан Морис Бодо создал аппарат, позволяющий по одной линии вести передачу нескольких телеграмм одновременно, причём получение данных происходило в виде букв латинского языка и русского, после тщательной доработки отечественными специалистами.

Аппарат Бодо и созданные по его принципу получили название стартстопных.

Но помимо самого устройства, изобретатель придумал ещё и весьма удачный телеграфный код (Код Бодо), который впоследствии набрал большую популярность и получил наименование Международный телеграфный код №1.

В коде Бодо использовались два электрических сигнала. Длина всех символов алфавита была одинакова и равна 5. В данном случае специально отделять буквы друг от друга было не нужно, каждая пятёрка сигналов – это знак текста.

Код Бодо – это первый в истории техники двоичный способ кодирования информации. Именно благодаря Бодо стало возможным автоматизировать процесс передачи и печати букв.  Был создан клавишный телеграф. Как только нажималась буква, вырабатывался определённый 5-импульсный сигнал, который передавался по линии связи. Принимающий аппарат под воздействием этого сигнала печатает ту же букву на печатной ленте. Современные компьютеры для кодирования текстов используют равномерный двоичный код.

В наше время от телеграфов во многих странах отказались как от морально устаревшего способа связи, хотя в России его ещё применяют. С другой стороны, тот же светофор тоже можно в какой-то степени считать телеграфом, а он используется уже чуть ли не на каждом перекрёстке. Поэтому погодите списывать стариков со счётов.

За период с 1753 по 1839 годы в истории телеграфа насчитывается около 50 различных систем — некоторые из них так и остались на бумаге, но были и такие, которые стали фундаментом современной телеграфии. Время шло, технологии и облик устройств менялись, но принцип работы оставался прежним.

А что сейчас? Недорогие СМС-сообщения потихоньку уходят — на смену им идут всевозможные бесплатные решения типа iMessage, WhatsApp, Viber, Telegram и всяких там асек-скайпов.

Можно написать сообщение «22:22 — загадывай желание» и быть уверенным в том, что человек (возможно, находящийся с другой стороны земного шара) скорее всего успеет вовремя загадать желание. Впрочем, вы уже не маленькие и сами всё понимаете… лучше попробуйте предсказать, что с передачей информации будет в будущем, через аналогичный по длине промежуток времени?

Итоги урока.

В 1837 году Сэмюэль Морзе совместно с Альфредом Вейлом разработали систему передачи букв точками и тире, ставшей известной во всём мире как код Морзе. А способ кодирования получил название азбуки Морзе. 

В 1872 году француз Жан Бодо создал аппарат, позволяющий по одной линии вести передачу нескольких телеграмм одновременно, причём получение данных происходило в виде букв латинского и русского языка. Помимо самого аппарата, изобретатель придумал ещё и весьма удачный телеграфный код (Код Бодо).