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1、本系列文章目錄
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(一)：通信交換技術(shù)的百年發(fā)展史(上)》（* 本文）
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(二)：通信交換技術(shù)的百年發(fā)展史(下)》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(三)：國(guó)人通信方式的百年變遷》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(四)：手機(jī)的演進(jìn)，史上最全移動(dòng)終端發(fā)展史》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(五)：1G到5G，30年移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)史》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(六)：移動(dòng)終端的接頭人——“基站”技術(shù)》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(七)：移動(dòng)終端的千里馬——“電磁波”》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(八)：零基礎(chǔ)，史上最強(qiáng)“天線”原理掃盲》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(九)：無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的中樞——“核心網(wǎng)”》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(十)：零基礎(chǔ)，史上最強(qiáng)5G技術(shù)掃盲》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(十一)：為什么WiFi信號(hào)差？一文即懂！》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(十二)：上網(wǎng)卡頓？網(wǎng)絡(luò)掉線？一文即懂！》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(十三)：手機(jī)信號(hào)差？一文即懂！》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(十四)：高鐵上無(wú)線上網(wǎng)有多難？一文即懂！》
《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(十五)：徹底讀懂移動(dòng)端的定位技術(shù)》
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2、本文內(nèi)容概述
本文（上下兩篇）將帶你了解當(dāng)今通信交換技術(shù)最初的模樣以及發(fā)展過程。學(xué)習(xí)技術(shù)更要了解技術(shù)的前世今生，技術(shù)本無(wú)聊，故事很有趣。
3、“電話”的出現(xiàn)
1876年2月，一位名叫亞歷山大·貝爾的29歲年輕人，向美國(guó)專利局提交了一項(xiàng)發(fā)明專利申請(qǐng)并獲得批準(zhǔn)。這項(xiàng)專利，就是日后影響了整個(gè)人類社會(huì)進(jìn)程的通信神器——電話。
▲ 亞歷山大·格拉漢姆·貝爾（Alexander Graham Bell）
在這之后的第二年，貝爾創(chuàng)辦了貝爾電話公司（也就是美國(guó)AT&T公司和朗訊公司的前身，貝爾實(shí)驗(yàn)室的發(fā)起者），開始了電話的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。到了年底，用戶數(shù)很快就達(dá)到了3000戶。沒過多久，貝爾又完成了波士頓和紐約之間的首次長(zhǎng)途電話實(shí)驗(yàn)（相距300多公里），進(jìn)一步刺激了電話的快速普及。
▲ 當(dāng)時(shí)的宣傳海報(bào)
4、“交換機(jī)”的出現(xiàn)
隨著電話數(shù)量和通話距離的迅速增加，人們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的電話連線方式存在很大的問題。當(dāng)時(shí)的連線方式，是直連模式，也就是1對(duì)1模式。
▲ 直連模式
這種模式，適用于最早期用戶數(shù)量很少的情況。隨著用戶數(shù)增加，就會(huì)帶來(lái)很高的成本。
▲ 直連模式需要大量的電話線連接
如上圖所示，當(dāng)采用直連方式，連接N個(gè)電話，需要N*(N-1)/2條電話線例如，10000個(gè)電話，就需要49,995,000條電話線。
于是，人們開始引入了“交換（switch）”的概念。所謂“交換”，就是“進(jìn)和出”。交換機(jī)，就是控制消息從哪里來(lái)，到哪里去。有了交換機(jī)之后，將大幅減少線纜和線桿成本，并且有利于管理和維護(hù)。
▲ N個(gè)電話，只需要N條線
1878年，也就是電話發(fā)明兩年后，世界上最早的電話交換機(jī)出現(xiàn)了。這種交換機(jī)，是由話務(wù)員進(jìn)行人工操作的，所以稱為“人工交換機(jī)”。
▲ 話務(wù)員和人工交換機(jī)
人工交換機(jī)由用戶線、用戶塞孔、繩路（塞繩和插塞）和信號(hào)燈等設(shè)備組成。
用戶要打電話，先與話務(wù)員通話，告訴話務(wù)員要找誰(shuí)，然后由話務(wù)員幫你接續(xù)。人工交換機(jī)，根據(jù)當(dāng)時(shí)電話的分類，也分為兩種：磁石式和共電式。最初的電話機(jī)，電能由自身提供，主要由送話器、受話器、手搖發(fā)電機(jī)、電鈴、干電池等部件構(gòu)成。因?yàn)槭謸u發(fā)電機(jī)上有兩塊永久磁鐵，所以得名“磁石電話機(jī)”。
▲ 早期的磁石電話機(jī)
1880年，出現(xiàn)了“共電式電話機(jī)”，通話雙方可以共同使用電話局的電源。這項(xiàng)改進(jìn)，使電話機(jī)的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化了，而且使用方便，拿起電話便可呼叫。
▲ 共電電話機(jī)（搖把沒了）
5、“步進(jìn)制電話交換機(jī)”的出現(xiàn)
人工交換機(jī)的缺點(diǎn)是顯而易見的：容量很小，需要占用大量人力，工作繁重，效率低下，而且容易出錯(cuò)。1891年，有一個(gè)名叫史端喬的殯儀館老板，就吃了人工交換機(jī)的大虧。
▲ A.B.史端喬（Almon Brown Strowger）
他發(fā)現(xiàn)，打到自己店里的生意電話，總會(huì)被話務(wù)員轉(zhuǎn)接到另一家殯儀館。后來(lái)才知道，原來(lái)當(dāng)?shù)卦拕?wù)員是那家殯儀館老板的堂弟。于是，他很生氣，發(fā)誓一定要發(fā)明一個(gè)不需要人工操作的交換機(jī)。結(jié)果，他還真的做到了。他在自己的車庫(kù)里，制作了世界上第一臺(tái)步進(jìn)制電話交換機(jī)。
▲ 為了紀(jì)念他，這種交換機(jī)也被稱為“史端喬交換機(jī)”
這種交換機(jī)，由預(yù)選器、選組器和終接器等部件組成，以機(jī)械動(dòng)作代替話務(wù)員的人工動(dòng)作。當(dāng)用戶撥號(hào)時(shí)，選擇器隨著撥號(hào)發(fā)出的脈沖電流，一步一步地改變接續(xù)位置，從而將主叫和被叫用戶間的電話線路自動(dòng)接通。
▲ 步進(jìn)制交換機(jī)工作原理圖
話說，史端喬確實(shí)是一個(gè)發(fā)明天才，除了步進(jìn)制交換機(jī)之外，大家經(jīng)常在電視上看到的旋轉(zhuǎn)式撥號(hào)盤，也是他發(fā)明的。有人還專門給他建了一個(gè)網(wǎng)站，以示紀(jì)念（網(wǎng)址就是他的名字：www.almonbrownstrowger.com）。
▲ 旋轉(zhuǎn)式撥號(hào)盤
1892年，第一個(gè)“史端喬步進(jìn)制電話局”在美國(guó)投入使用。后來(lái)，在史端喬步進(jìn)制交換機(jī)的基礎(chǔ)上，又出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)式和升降式的交換機(jī)。
1909年，德國(guó)西門子公司對(duì)史端喬步進(jìn)制電話交換機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，主要是將三磁鐵上升旋轉(zhuǎn)型選擇器改為二磁鐵的選擇器，制成西門子步進(jìn)制電話交換機(jī)。
▲ 1929年在澳門安裝使用的西門子F1步進(jìn)制電話交換機(jī)
6、“機(jī)電制自動(dòng)電話交換機(jī)”的出現(xiàn)
步進(jìn)制交換機(jī)雖然實(shí)現(xiàn)了替代人工，但是仍然存在很多缺點(diǎn)，例如接點(diǎn)是滑動(dòng)式的，可靠性差，易損壞，動(dòng)作慢，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大等。
▲ 日本富士通信機(jī)制造株式會(huì)社生產(chǎn)的A29步進(jìn)制交換機(jī)（1940年）
于是，工程師們繼續(xù)尋求更好的解決方案。1919年，瑞典工程師貝塔蘭德和帕爾姆格倫共同發(fā)明了一種“縱橫接線器”的新型選擇器，并為之申請(qǐng)了專利。
▲ 縱橫制接線器
這種接線器，將過去的滑動(dòng)式改成了點(diǎn)觸式，從而減少了磨損，提高了使用壽命。
▲ 縱橫連接器交叉點(diǎn)示意圖
在“縱橫連接器”的基礎(chǔ)上，1926年，世界上第一個(gè)大型縱橫制自動(dòng)電話交換機(jī)在瑞典松茲瓦爾市投入使用。到了1938年，美國(guó)開通了1號(hào)縱橫制自動(dòng)電話交換系統(tǒng)。緊接著，法國(guó)、日本等國(guó)家也相繼生產(chǎn)和使用該類系統(tǒng)。從此，人類正式進(jìn)入縱橫制交換機(jī)的時(shí)代。到20世紀(jì)50年代，縱橫制交換系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟和完善。
▲ 縱橫制交換機(jī)
“縱橫制”和“步進(jìn)制”，都是利用電磁機(jī)械動(dòng)作接線的，所以它們同屬于“機(jī)電制自動(dòng)電話交換機(jī)”。
7、“程控交換機(jī)”的出現(xiàn)
就在縱橫制不斷完善的同時(shí)，隨著晶體管的發(fā)明，半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)飛速發(fā)展，人們開始考慮，在電話交換機(jī)中引入電子技術(shù)。
▲ 世界上第一個(gè)晶體管
由于當(dāng)時(shí)電子元件的性能還無(wú)法滿足要求，所以出現(xiàn)了電子和傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)合的交換機(jī)技術(shù)，被稱為“半電子交換機(jī)”、“準(zhǔn)電子交換機(jī)”。后來(lái)，微電子技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展成熟，終于有了“全電子交換機(jī)”。1965年，美國(guó)貝爾成功生產(chǎn)了世界上第一臺(tái)商用存儲(chǔ)程式控制交換機(jī)（也就是“程控交換機(jī)”），型號(hào)為No.1 ESS（Electronic Switching System）。
▲ No.1 ESS程控交換機(jī)
1970年，法國(guó)在拉尼翁開通了世界上第一個(gè)程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng)E10，標(biāo)志著人類開始了數(shù)字交換的新時(shí)期。程控交換機(jī)的實(shí)質(zhì)，就是電子計(jì)算機(jī)控制的交換機(jī)。
▲ NEC程控交換機(jī)
它以預(yù)先編好的程序來(lái)控制交換機(jī)的接續(xù)動(dòng)作，優(yōu)點(diǎn)非常明顯：接續(xù)速度快、功能多、效率高、聲音清晰、質(zhì)量可靠，其容量可大至萬(wàn)門。
注：這里所說的“門”，是交換機(jī)容量的一種單位，可以簡(jiǎn)單理解為最大支持的接續(xù)電話數(shù)量。如此巨大的容量，意味著占地面積更小。程控交換機(jī)的機(jī)架數(shù)僅為縱橫制的1/10，而且每個(gè)機(jī)架的重量減輕一半多，非常有利于安裝和維護(hù)。
（——本篇未完，下篇《IM開發(fā)者的零基礎(chǔ)通信技術(shù)入門(二)：通信交換技術(shù)的百年發(fā)展史(下)》再續(xù)——）
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