Отец кивнул и продолжил:
— Какой самый простой способ кодирования можно создать, используя длительность включения сигнала?
Я предложил:
— Можно каждой букве дать номер от 1 до 33, а пробел пусть будет 34, и тогда можно передавать буквы по номерам, а сам номер кодировать длительностью сигнала в секундах.
Отец одновременно улыбнулся и укоризненно покачал головой:
— Ты прекрасно знаешь, что пробел в сообщениях встречается чаще всего, так что использовать для его кодирования число 34 просто неэкономно. Это во-первых. Во-вторых, а так ли уж нужен пробел?
Действительно, ведь при помощи шифромашины мы с Марком передавали сообщения без пробелов. Тем временем отец продолжил:
— Но проблема даже не в этом. Нужно будет очень точно отмерять секунды, а при длинной передаче внимание оператора наверняка собьётся, и декодировать сигнал будет трудно. Давайте придумаем что-то более компактное и удобное для распознавания. Екатерина, ты знакома с двоичной системой счисления?
— Нет.
— Хорошо. Тогда как ты думаешь, почему мы считаем до десяти, то есть почему используем для записи чисел десять цифр от 0 до 9?
— Наверное, потому, что у нас десять пальцев на руках.
— Ты права, есть такая гипотеза. Но если подумать, то число «10» ничем не лучше и не хуже других чисел. Просто мы привыкли, что у нас именно десять цифр. А что получится, если использовать только две цифры: 0 и 1?
Катя нахмурилась. Я уже знал об этой системе, поэтому дал своей знакомой возможность поразмыслить самостоятельно. Она думала, но, видимо, в голову ничего не приходило. Тогда папа обратился ко мне, и я уже не упустил возможности покрасоваться. Я взял лист бумаги и написал в столбик:
0 = 0
1 = 1
2 =…
— Как получить 2? Нам надо к 1 прибавить ещё 1. Правила сложения очень простые:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 10
— Почему это 10?
— Смотри. У нас есть только две цифры. Цифра 1 — последняя в ряду (как цифра 9), поэтому, если прибавить к ней единицу, произойдет перенос разряда, так же как если к девяти прибавить один. Но можно просто запомнить эти правила и не задумываться.
Отец блаженно улыбался, слушая моё объяснение. Похоже, этого он от меня и ожидал. Ободрённый, я спросил Катю:
— Теперь ты можешь сказать, как записать «3»?
Катя подумала и сказала, что «3» надо записывать как «11». Я подтвердил, что это абсолютно правильно, и сразу же спросил, как записывать «4». Но тут уже возникли сложности, и пришлось объяснять, как происходит перенос разряда и почему в итоге получается «100». После этого мы записали двоичные числа до 31 (так попросил папа).
Тем временем папа рассказал нам, как из двоичной записи числа перейти к десятичной. Оказалось, что каждому разряду соответствует степень двойки: 1 (20), 2 (21), 4 (22), 8 (23), 16 (24), 32 (25), 64 (26), 128 (27), 256 (28), 512 (29), 1024 (210) и т. д. Нужно взять те степени, которым в записи двоичного числа соответствуют единицы, а потом сложить их. Например, двоичному числу 10111 соответствует десятичное 16 + 4 + 2 + 1 = 23.
Затем папа сказал, что в математике числа «0» и «1» называются битами и что любую информацию можно представить при помощи битов. После этого мы наконец перешли к разработке системы кодирования.
Папа составил таблицу из трёх столбцов. В первый он выписал все буквы русского алфавита, пропустив букву Ё. Во втором записал их номера (от 0 до 31). А в третий столбец он записал те же номера в двоичном представлении, но каждый номер состоял из пяти битов — от 00000 до 11111. Получилось вот что:
— Теперь договоримся, как передавать биты 0 и 1. Тут можно использовать и метод Морзе. Пусть «0» будет коротким сигналом, а «1» — длинным, раза в три длиннее. При этом между каждым сигналом надо делать небольшую паузу, а между буквами, то есть между каждыми пятью сигналами — паузу подлиннее.
Отец взял мой передатчик и попросил записывать за ним. Мы взяли карандаши, а папа стал выбивать последовательность сигналов: длинный, короткий, короткий, длинный, короткий… Я записывал за ним: 10010 00101 01011 00101 00011 10000 00000 10100. Получилось слово «ТЕЛЕГРАФ».
Мы ещё немного потренировались — я выстукивал слова, Катя записывала, потом наоборот. Вроде бы всё понятно и довольно просто. Потом папа сказал:
— Ну вот, я хотел начать с протокола, а потом перейти к кодированию, а получилось наоборот. Давайте же изучим, что такое протокол. Скажи, Екатерина, как ты поймёшь, что надо начинать записывать передачу Кирилла?
— Я услышу звонок и увижу мигающую лампочку.
— Но ведь ты наверняка в этот момент будешь что-то делать, а карандаша и бумаги рядом не окажется. А может быть, и самой тебя поблизости не будет. Как быть?
Мы задумались. А ведь действительно. Чтобы успешно передать сообщение, нам обоим надо быть около своих устройств, но как это сделать, если мы друг друга не видим? Но отец продолжил:
— Нам на помощь придёт протокол. Протокол — это договорённость о том, как вести передачу информации. Метод кодирования — только часть протокола. Также протокол устанавливает правила начала и окончания передачи. Ещё он может устанавливать правила смены передающей стороны и даже методы восстановления информации, если передача происходит с потерями и ошибками. Но мы пока изучим только самые простые вещи.
Мы с Катей переглянулись, а отец тем временем говорил:
— Мы введём несколько служебных символов: «Запрос на начало передачи», «Ответ о готовности приёма» и «Окончание передачи». Подумайте и ответьте мне, для чего нужны эти символы.
Я сказал:
— С их помощью мы сможем подзывать друг друга к устройству и сообщать, что готовы принять телеграмму. И в конце передачи сообщать, что телеграмма закончена.
Отец согласился, а потом обратился к Кате:
— Екатерина, ты можешь придумать, как будут выглядеть эти три служебных символа?
— Думаю, что они должны состоять из последовательности сигналов, которые непохожи на наши биты «0» и «1».
— Почему?
— Так будет проще понять, что это служебная информация, а не текст телеграммы.
— Здорово, молодец! Это, в общем, необязательно: в компьютерных системах используются только биты и ничего другого. Но мы действительно можем позволить себе применить другие символы, чтобы проще отличать. Поэтому предлагаю такую схему…
