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

Проблема обеспечения синхронной работы различных устройств в технике не нова. Взять хотя бы обычный автомобильный двигатель. В его цилиндрах создается поступательное движение поршней, которое преобразуется с помощью коленчатого вала во вращение колес автомобиля. Все узлы двигателя должны работать строго синхронно. Когда в первом цилиндре происходит всасывание горючего, поршень идет вниз, открывается клапан и впрыскивается топливо, во втором цилиндре идет такт сжатия - поршень движется вверх, все клапаны закрыты. Одновременно в третьем цилиндре воспламеняется горючая смесь. Следовательно, нужно своевременно подать высокое напряжение на свечу именно данного цилиндра и вызвать искру между ее электродами. Делает это специальный распределитель. Но есть еще и четвертый цилиндр. В нем в данный момент-рабочий такт, т. е. поршень идет вниз и "крутит" коленчатый вал, открывается клапан для выпускания отработанных газов. Указанные процессы - открытие и закрытие клапанов, воспламенение смеси и т.д. - должны выполняться, еще раз подчеркнем, согласованно, вовремя, строго "по расписанию". Иначе двигатель будет "барахлить", а то и откажет вовсе. Управляет всеми описанными процессами специальная механическая система синхронизации.

Существуют и природные системы синхронизации. Как полагают ученые, биоритмы нашего организма, которые связаны со всеобщим суточным ритмом, синхронизируются естественным электромагнитным полем планеты.

В лесу часто можно встретить живые фонарики - светлячков. Нередко они собираются большими компаниями и общими усилиями неплохо освещают какой-нибудь куст на лесной поляне. Но что удивительно, есть светлячки, которые пользуются мигающим светом, причем они синхронизируют работу своих светильников, зажигая их все разом. Такие вспышки в ночном лесу хорошо видны. Интересно, какой принцип положен в основу подобной системы синхронизации?

В книге "Жизнь лесных дебрей" Б.Ф. Сергеева можно встретить описание еще одной весьма любопытной синхронной деятельности светлячков: "Одна часть светлячков, обычно представители слабого пола, не зажигая сигнальных огней, чтобы не привлекать внимания хищников, спокойно ждет появления самцов, с комфортом устроившись в траве или в ветвях деревьев. С наступлением темноты женихи отправляются на поиски, вспышками своих фонариков методично посылая световые призывы. Заметив сигнал, самка немедленно отвечает. Чтобы крылатый кавалер не ошибся, самка на каждую вспышку его фонарика отвечает своей, загораясь через строго определенный интервал после призыва самца. Свет ее фонарика служит для самца маяком, помогая разыскать невесту, а интервал - удостоверением личности, позволяющим установить видовую принадлежность откликнувшейся дамы. У этих насекомых точные хронометры и во время смотрин ошибок практически не бывает". Ну чем не материал для рубрики "Их нравы"?

Вернемся все же к цифровой системе передачи. Итак, совершенно ясно, что такие устройства, как АЦП и ЦАП, должны работать, как говорится, в такт, синхронно. Если, скажем, АЦП выдает 8-разрядные кодовые слова:

где каждый бит появляется через строго определенные интервалы времени - такты, то, чтобы ЦАП расшифровывал именно эти кодовые комбинации, он должен "выбирать" биты из последовательности точно через те же интервалы, в те же такты. Думаем, вы не забыли, что в цифровой системе передачи такты отбивают специальные микросхемы - генераторы тактовых импульсов (ГТИ), которые имеются как на передающей, так и на приемной сторонах. Это они дают "указания", когда АЦП выдавать, а ЦАПу соответственно принимать очередной бит. Но как согласовать действия этих генераторов, если передающая и приемная станции разделены порой тысячами верст земной тверди или холодным безмолвием космического пространства?

Древние говорили: "Нельзя дважды войти в одну и ту же реку". Можно перефразировать эту древнюю мудрость: "Нельзя изготовить два абсолютно одинаковых генератора". Кроме того, на работу микросхем влияют температура окружающего воздуха, его влажность, изменение напряжения питания и другие факторы. В результате интервалы между управляющими (тактовыми) импульсами на передающей и приемной станциях могут существенно отличаться друг от друга.

Посмотрим, что будет, если тактовые импульсы при приеме информации подаются на микросхемы в 2 раза реже, чем при ее передаче. Разумеется, такой большой разницы на практике не бывает, но это предположение позволит лучше понять, что произойдет. Поскольку ЦАП получает "разрешение" в 2 раза реже, чем это необходимо, он и работает в 2 раза медленнее. Поэтому он примет в свое "чрево" для расшифровки не каждый бит, а лишь через один:

10110010 | 10000010...,

и, следовательно, декодирует совсем не ту последовательность, которая передана. Какие эмоции это вызовет у потребителя информации, догадаться нетрудно. К сожалению, искажение информации случается даже при очень небольших расхождениях длин тактовых интервалов, так как с течением времени все равно наступит момент, когда ЦАП начнет "ошибаться" в выборе битов.