SkillGridИзучай computer science на практике

От напряжения к битам: сигнал в проводе

Два уровня напряжения, договорённость о моменте измерения — и вот провод уже может передавать единицы и нули.

13 мин · 40 XP

В один момент времени провод может иметь только одно напряжение. Этого достаточно, чтобы передать бит: договоримся, что высокое напряжение — это 1, а низкое — это 0. Например, 3,3 вольта — это 1, а 0 вольт — это 0. В самом проводе нет ничего цифрового — просто отправитель и получатель договорились, что означают уровни.

Отправитель должен удерживать каждый уровень достаточно долго, чтобы получатель его заметил. Если напряжение меняется быстрее, чем получатель успевает замерять, биты теряются. Поэтому обе стороны договариваются о скорости: один бит каждые столько-то наносекунд, и получатель смотрит на середину каждого такта, где уровень устойчив.

SenderThe wireReceiverraises the voltage to 3.3 Vhigh at t = 0holds it high for the whole bit1pulls the voltage down to 0 Vlow, that is a 0both sides agreed on when to look

Частота показывает, сколько раз в секунду повторяется сигнал, и измеряется в герцах. Тактовый сигнал 1 МГц означает миллион тактов в секунду, значит на один бит уходит одна микросекунда. Увеличьте частоту вдвое — и на каждый бит останется вдвое меньше времени: данных больше, но сигналу почти не остаётся времени, чтобы установиться.

Практика

  1. Расставь по порядку этапы передачи одной единицы по проводу.

    Подсказки
    • Прочитать ничего нельзя, пока напряжение на самом деле не изменилось.
    • Низкий участок завершает бит; следующий бит начинается после него.

    12 XP

  2. Тактовая частота равна 1 МГц, то есть один бит занимает одну микросекунду. Что произойдёт, если удвоить частоту до 2 МГц?

    Подсказки
    • Частота показывает, сколько раз напряжение поднимается и опускается каждую секунду.
    • Вдвое больше частота — вдвое меньше времени на каждый бит.

    13 XP

  3. Сопоставь каждый этап отправки единицы с тем, что на нём происходит.

    Подсказки
    • Выбирай инструмент по задаче: много битов быстро или немного битов, но очень надёжно.
    • Классическая телефонная сеть строилась для голоса, а не для того, чтобы развести провода по всему дому.

    13 XP