IM開發者的零基礎通訊技術入門(一)：通訊交換技術的百年發展史(上)
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1、本系列文章目錄
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(一)：通訊交換技術的百年發展史(上) 》（* 本文）
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(二)：通訊交換技術的百年發展史(下) 》
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(三)：國人通訊方式的百年變遷 》
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(四)：手機的演進，史上最全移動終端發展史 》
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(五)：1G到5G，30年移動通訊技術演進史 》
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(六)：移動終端的接頭人——“基站”技術 》
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(七)：移動終端的千里馬——“電磁波” 》
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(八)：零基礎，史上最強“天線”原理掃盲 》
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(九)：無線通訊網路的中樞——“核心網” 》
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(十)：零基礎，史上最強5G技術掃盲 》
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(十一)：為什麼WiFi訊號差？一文即懂！ 》
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(十二)：上網絡卡頓？網路掉線？一文即懂！ 》
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(十三)：手機訊號差？一文即懂！ 》
《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(十四)：高鐵上無線上網有多難？一文即懂！ 》
《IM開發者的零基礎通訊技術入門(十五)：徹底讀懂移動端的定位技術》
（本文同步釋出於： http://www.52im.net/thread-2354-1-1.html ）
2、本文內容概述
本文（上下兩篇）將帶你瞭解當今通訊交換技術最初的模樣以及發展過程。學習技術更要了解技術的前世今生，技術本無聊，故事很有趣。
3、“電話”的出現
1876年2月，一位名叫亞歷山大·貝爾的29歲年輕人，向美國專利局提交了一項發明專利申請並獲得批准。這項專利，就是日後影響了整個人類社會程序的通訊神器——電話。
▲ 亞歷山大·格拉漢姆·貝爾（Alexander Graham Bell）
在這之後的第二年，貝爾創辦了貝爾電話公司（也就是美國AT&T公司和朗訊公司的前身，貝爾實驗室的發起者），開始了電話的商業化運營。到了年底，使用者數很快就達到了3000戶。沒過多久，貝爾又完成了波士頓和紐約之間的首次長途電話實驗（相距300多公里），進一步刺激了電話的快速普及。
▲ 當時的宣傳海報
4、“交換機”的出現
隨著電話數量和通話距離的迅速增加，人們發現，傳統的電話連線方式存在很大的問題。當時的連線方式，是直連模式，也就是1對1模式。
▲ 直連模式
這種模式，適用於最早期使用者數量很少的情況。隨著使用者數增加，就會帶來很高的成本。
▲ 直連模式需要大量的電話線連線
如上圖所示，當採用直連方式，連線N個電話，需要N*(N-1)/2條電話線例如，10000個電話，就需要49,995,000條電話線。
於是，人們開始引入了“交換（switch）”的概念。所謂“交換”，就是“進和出”。交換機，就是控制訊息從哪裡來，到哪裡去。有了交換機之後，將大幅減少線纜和線杆成本，並且有利於管理和維護。
▲ N個電話，只需要N條線
1878年，也就是電話發明兩年後，世界上最早的電話交換機出現了。這種交換機，是由話務員進行人工操作的，所以稱為“人工交換機”。
▲ 話務員和人工交換機
人工交換機由使用者線、使用者塞孔、繩路（塞繩和插塞）和訊號燈等裝置組成。
使用者要打電話，先與話務員通話，告訴話務員要找誰，然後由話務員幫你接續。人工交換機，根據當時電話的分類，也分為兩種：磁石式和共電式。最初的電話機，電能由自身提供，主要由送話器、受話器、手搖發電機、電鈴、乾電池等部件構成。因為手搖發電機上有兩塊永久磁鐵，所以得名“磁石電話機”。
▲ 早期的磁石電話機
1880年，出現了“共電式電話機”，通話雙方可以共同使用電話局的電源。這項改進，使電話機的結構大大簡化了，而且使用方便，拿起電話便可呼叫。
▲ 共電電話機（搖把沒了）
5、“步進位制電話交換機”的出現
人工交換機的缺點是顯而易見的：容量很小，需要佔用大量人力，工作繁重，效率低下，而且容易出錯。1891年，有一個名叫史端喬的殯儀館老闆，就吃了人工交換機的大虧。
▲ A.B.史端喬（Almon Brown Strowger）
他發現，打到自己店裡的生意電話，總會被話務員轉接到另一家殯儀館。後來才知道，原來當地話務員是那家殯儀館老闆的堂弟。於是，他很生氣，發誓一定要發明一個不需要人工操作的交換機。結果，他還真的做到了。他在自己的車庫裡，製作了世界上第一臺步進位制電話交換機。
▲ 為了紀念他，這種交換機也被稱為“史端喬交換機”
這種交換機，由預選器、選組器和終接器等部件組成，以機械動作代替話務員的人工動作。當用戶撥號時，選擇器隨著撥號發出的脈衝電流，一步一步地改變接續位置，從而將主叫和被叫使用者間的電話線路自動接通。
▲ 步進位制交換機工作原理圖
話說，史端喬確實是一個發明天才，除了步進位制交換機之外，大家經常在電視上看到的旋轉式撥號盤，也是他發明的。有人還專門給他建了一個網站，以示紀念（網址就是他的名字： www.almonbrownstrowger.com ）。
▲ 旋轉式撥號盤
1892年，第一個“史端喬步進位制電話局”在美國投入使用。後來，在史端喬步進位制交換機的基礎上，又出現了旋轉式和升降式的交換機。
1909年，德國西門子公司對史端喬步進位制電話交換機進行了改進，主要是將三磁鐵上升旋轉型選擇器改為二磁鐵的選擇器，製成西門子步進位制電話交換機。
▲ 1929年在澳門安裝使用的西門子F1步進位制電話交換機
6、“機電制自動電話交換機”的出現
步進位制交換機雖然實現了替代人工，但是仍然存在很多缺點，例如接點是滑動式的，可靠性差，易損壞，動作慢，結構複雜，體積大等。
▲ 日本富士通訊機制造株式會社生產的A29步進位制交換機（1940年）
於是，工程師們繼續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明了一種“縱橫接線器”的新型選擇器，併為之申請了專利。
▲ 縱橫制接線器
這種接線器，將過去的滑動式改成了點觸式，從而減少了磨損，提高了使用壽命。
▲ 縱橫聯結器交叉點示意圖
在“縱橫聯結器”的基礎上，1926年，世界上第一個大型縱橫制自動電話交換機在瑞典鬆茲瓦爾市投入使用。到了1938年，美國開通了1號縱橫制自動電話交換系統。緊接著，法國、日本等國家也相繼生產和使用該類系統。從此，人類正式進入縱橫制交換機的時代。到20世紀50年代，縱橫制交換系統已經非常成熟和完善。
▲ 縱橫制交換機
“縱橫制”和“步進位制”，都是利用電磁機械動作接線的，所以它們同屬於“機電制自動電話交換機”。
7、“程控交換機”的出現
就在縱橫制不斷完善的同時，隨著電晶體的發明，半導體技術和電子技術飛速發展，人們開始考慮，在電話交換機中引入電子技術。
▲ 世界上第一個電晶體
由於當時電子元件的效能還無法滿足要求，所以出現了電子和傳統機械結合的交換機技術，被稱為“半電子交換機”、“準電子交換機”。後來，微電子技術和數位電路技術進一步發展成熟，終於有了“全電子交換機”。1965年，美國貝爾成功生產了世界上第一臺商用儲存程式控制交換機（也就是“程控交換機”），型號為No.1 ESS（Electronic Switching System）。
▲ No.1 ESS程控交換機
1970年，法國在拉尼翁開通了世界上第一個程控數字交換系統E10，標誌著人類開始了數字交換的新時期。程控交換機的實質，就是電子計算機控制的交換機。
▲ NEC程控交換機
它以預先編好的程式來控制交換機的接續動作，優點非常明顯：接續速度快、功能多、效率高、聲音清晰、質量可靠，其容量可大至萬門。
注： 這裡所說的“門”，是交換機容量的一種單位，可以簡單理解為最大支援的接續電話數量。如此巨大的容量，意味著佔地面積更小。程控交換機的機架數僅為縱橫制的1/10，而且每個機架的重量減輕一半多，非常有利於安裝和維護。
（——本篇未完，下篇《 IM開發者的零基礎通訊技術入門(二)：通訊交換技術的百年發展史(下) 》再續——）
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