Тема 8. Устройства передачи и приёма информации.

НЕСТАНДАРТНЫЕ ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА.

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

8.1. Устройства передачи и приёма информации

В устройствах передачи и приёма используются различные устройства связи - это модемы и сетевые адаптеры.

Моде́м (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор) – это устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию, то есть изменяет характеристики несущего сигнала в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс.

Модем, применяемый для компьютера – это периферийное устройство, позволяющее компьютеру связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).

Сетевой адаптер (сетевая плата) – это электронное устройство, выполненное в виде платы расширения (может быть интегрирован в системную плату) с разъёмом для подключения к линии связи. Сетевой адаптер используется для подключения компьютера к локальной компьютерной сети.

8.1.1. Модемы

Первый модем появился в 1958 году. Американская телефонная компания AT&T ввела дейтафонное обслуживание (передача информации по телефонному каналу). Первым модемом был Bell Dataphone 103, скорость передачи которого составляла 300 бит/с.

В последнее время модемы становятся неотъемлемой частью компьютера, который превратился в интеллектуальное многофункциональное устройство, предоставляющее пользователю возможность общаться с огромным миром информации со всего света. Благодаря установки модема на компьютер, последний фактически превращается в звено глобальной сети.

Модем позволяет, не выходя из дома, помимо широчайшего спектра информации и услуг, получаемых через Internet, разместить сообщение на BBS (электронной доске объявлений), скопировать с той же BBS интересующие файлы. Кроме того, воспользовавшись глобальными сетями (RelCom, FidoNet) можно принимать и посылать электронные письма не только внутри города, но фактически в любой конец земного шара. Глобальные сети дают возможность не только обмениваться почтой, но и участвовать во всевозможных конференциях, получать новости практически по любой интересующей тематике.

Существуют различные типы модемов.

Классификация модемов по конструктивному исполнению:

- внешние модемы – это модемы, которые подключаются к COM или USB порту, обычно имеют внешний блок питания;

- внутренние модемы – это модемы, которые устанавливаются внутри компьютера в слот PCI, PCMCIA;

- встроенные модемы - это модемы, которые являются внутренней частью устройства, например ноутбука.

Внешние модемы представляют собой отдельное устройство с различными индикаторами состояния. Они подключаются к компьютеру при помощи интерфейсного кабеля, питание получают от электросети с помощью внешнего блока питания. Для модемов с интерфейсом USB внешний блок питания не требуется, т.к. они запитываются от ПК через кабель USB.

Преимущества внешних модемов:

- могут работать с любым компьютером, имеющим соответствующий интерфейс;

- индикаторы состояния помогают следить за работой устройства;

- собственный блок питания обеспечивает минимум помех от внутренних компонентов, установленных в компьютере;

- при зависании модема не нужно перезагружать компьютер, а достаточно выключить и включить повторно питание модема, что восстановит его рабочее состояние;

- при установке не требуется разборка системного блока, что может быть актуально для пользователей, не имеющих опыта по самостоятельной разборке компьютера;

- простота установки.

Недостатки внешних модемов:

- более высокая цена (в сравнении с внутренним модемом);

- необходимость в дополнительной сетевой розетке для подключения;

- необходимость места для размещения модема, а также иногда мешающие кабели интерфейса и блока питания.

Внутренние модемы выполнены в виде обычной платы расширения и подключаются к материнской плате компьютера при помощи разъёма PCI - Е.

Преимущества внутренних модемов:

- меньшая цена (в сравнении с внешними модемами);

- нет нужды в дополнительных разъёмах и кабелях питания и интерфейса, а также в свободном порте для подключения.

Недостатки внутренних модемов:

- нет индикаторов состояния и режимов работы, что приводит к сложностям при определении возможных проблем во время работы;

- соседствующие с модемом платы создают дополнительные помехи при работе;

- для установки необходимо снять крышку корпуса системного блока;

- в случае зависания модема потребуется перезагрузка компьютера.

Классификация модемов по средствам управления:

- аппаратные (хард) модемы – это такие модемы, в которых все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например, с использованием DSP, контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.

- винмодемы модемы – это аппаратные модемы, лишённые ПЗУ с микропрограммой. Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключён модем. Такой модем работоспособен только при наличии драйверов, которые обычно писались исключительно под операционные системы семейства MS Windows.

- полупрограммные (Controller based soft-modem) модемы - это модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.

- программные (Host based soft-modem) модемы – это модемы, в которых все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. При этом в модеме находится аналоговая схема и преобразователи: АЦП, ЦАП, контроллер интерфейса (например, USB).

Классификация модемов по типу сигнала:

1. Аналоговые модемы – это наиболее распространённый тип модемов для обычных коммутируемых телефонных линий

2. ISDN- модемы - это модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий

3. DSL- модемы – это модемы, которые используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть.

Отличаются от коммутируемых модемов кодированием сигналов. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.

4. Кабельные модемы – это модемы, которые используются для обмена данными по специализированным кабелям, например, по кабелям систем коллективного телевидения.

5. Радио модемы.

6. Спутниковые модемы.

7. PLC – модемы – это модемы, которые используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети, т.е. обычно по электропроводке 220 Вольт.

Наиболее распространены в настоящее время следующие модемы:

- внутренний программный модем;

- внешний аппаратный модем;

- встроенные в ноутбуки модемы.

Современный модем - сложное устройство, состоящее из нескольких основных блоков и компонентов, обеспечивающих его функционирование.

Составные устройства модема:

1. Порты ввода-вывода - это схемы, предназначенные для обмена данными между телефонной линией и модемом с одной стороны, и модемом и компьютером - с другой. Для взаимодействия с аналоговой телефонной линией зачастую используется трансформатор.

2. Сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP) – это устройство, которое модулирует исходящие сигналы и демодулирует входящие на цифровом уровне в соответствии с используемым протоколом передачи данных. Может также выполнять другие функции.

3. Контроллер управляет обменом с компьютером.

4. Микросхемы памяти:

- ROM – это энергонезависимая память, в которой хранится микропрограмма управления модемом - прошивка, которая включает в себя наборы команд и данных для управления модемом, все поддерживаемые коммуникационные протоколы и интерфейс с компьютером.

Обновление прошивки модема доступно в большинстве современных моделей, для чего служит специальная процедура описанная в руководстве пользователя. Для обеспечения возможности перепрошивки для хранения микропрограмм применяется флэш-память(EEPROM). Флэш-память позволяет легко обновлять микропрограмму модема, исправляя ошибки разработчиков и расширяя возможности устройства. В некоторых моделях внешних модемов она так же используется для записи входящих голосовых и факсимильных сообщений при выключенном компьютере;

- NVRAM - это энергонезависимая электрически перерепрограммируемая память, в которой хранятся настройки модема. Пользователь может изменять установки, например используя набор AT-команд;

- RAM - это оперативная память модема, используется для буферизации принимаемых и передаваемых данных, работы алгоритмов сжатия и прочего.

Классификация модемов по реализации дополнительных функций:

- факс-модем позволяет компьютеру, к которому он присоединен, передавать и принимать факсимильные изображения на другой факс-модем или обычную факс-машину;

- голосовой модем имеет функцию оцифровки сигнала с телефонной линии и воспроизведение произвольного звука в линию. Часть голосовых модемов имеет встроенный микрофон. Это позволяет осуществить передачу голосовых сообщений в режиме реального времени на другой удаленный голосовой модем и прием сообщений от него и воспроизведение их через внутренний динамик; использование такого модема в режиме автоответчика и для организации голосовой почты.

Существуют разные типы модемов, так как существуют разные среды передачи, для которых требуется разные методы передачи. Эти типы можно разделить, взяв за основу критерий синхронизации связи. Тип модема будет зависеть от среды и от назначения сети.

Связь может быть:

- асинхронная;

- синхронная.

Асинхронная связь – это самая распространённая форма передачи данных. Причина такой популярности заключается в использовании этим методом стандартных телефонных линий. При асинхронной передаче данные передаются последовательным потоком. Каждый символ- буква, число или знак раскладывается в последовательность битов. Каждая такая последовательность отделяется от другой последовательности стартовым и стоповым битом.

Передающее и принимающее устройства должны согласовывать последовательность стартовых и стоповых битов. Связь этого типа не синхронизируется, передающий компьютер передаёт, а принимающий получает без координации взаимодействия устройств. Затем принимающий компьютер проверяет полученные данные на наличие ошибок и принимает следующий блок информации.

Вероятность ошибок никогда не исключена, поэтому в асинхронной передаче используется специальный бит - бит чётности. Схема проверки и коррекции ошибок, которая его применяет называется контролем чётности. При контроле чётности количество посланных и принятых единичных битов должно совпадать.

Чтобы решить проблему коррекции ошибок, компания Microcom создала собственный стандарт асинхронного контроля ошибок данных, который был назван Microcom Network Protocol (MNP). Этот метод оказался настолько удачным, что и другие компании заимствовали не только начальную версию его, но и другие версии, называемые классами. В настоящее время используется MNP классов 2, 3 и 4.

Синхронная связь основана на схеме синхронизации, согласованной между двумя устройствами. Её основная цель - выделить биты из группы при передаче их блоками. Эти блоки называются кадрами. Для установления синхронизации и проверки правильности её работы используются специальные символы.

Поскольку биты передаются в синхронном режиме, стартовые и стоповые биты не нужны. Передача завершается в конце одного кадра и начинаются в начале другого. Этот метод более эффективен, чем асинхронная передача. В случае ошибки синхронная схема распознавания и коррекции ошибок повторяет передачу кадра. Синхронная связь используется, в основном, на выделенных цифровых линиях.

В связи с этим, можно классифицировать модемы по типу связи и назначения сети:

- модем с асинхронной связью;

- модем с синхронной связью.

Устройство и функционирование модема

Модем - это устройство, которое позволяет обмениваться данными по телефонной линии.

Если компьютеры расположены слишком далеко и их нельзя соединить стандартным сетевым кабелем, связь между ними осуществляется с помощью модема. В сетевой среде модемы служат для соединения отдельных сетей между собой или между ЛВС и остальным миром.

Осуществлять связь напрямую через телефонную линию компьютеры не могут, так как обмениваются данными с помощью цифровых электронных импульсов, а по телефонной линии можно передавать только аналоговые сигналы (звуки).

Цифровой сигнал может принимать лишь два значения - 0 или 1. Аналоговый сигнал- это плавная кривая, которая может иметь бесконечное множество значений. Модем на передающей стороне преобразует цифровые сигналы в аналоговые и передаёт их по телефонной линии.

Модем на принимающей стороне преобразует приходящие аналоговые сигналы в цифровые для компьютера - получателя. Другими словами передающий модем модулирует цифровой сигнал в аналоговый, а принимающий модем демодулирует аналоговый сигнал в цифровой.

Аппаратное обеспечение модемов

Модемы имеют два стандартных физических интерфейса:

- последовательный интерфейс передачи данных (RS-232)

- интерфейс с телефонной линией RG-11(четырёхконтактный телефонный разъём).

Стандарты модемов

Промышленные стандарты существуют практически для каждой области сетевых технологий и модемы не являются исключением. Стандарты обеспечивают взаимодействие модемов от разных производителей. Спецификации, известные как V-серии, включают номер стандарта. Иногда включается так же слово «bis». Оно указывает, что данный стандарт - пересмотренная версия более раннего стандарта. Если в названии присутствует слово «terbo» это означает, что второй- «bis» стандарт так же был модифицирован.

Существует несколько способов подключения к сети Интернет. Одним из наиболее популярных можно считать технологию ADSL, посредством которой данные передаются по телефонной линии, только на другой частоте.

Благодаря ADSL пользователь получает и быстрый Интернет, и свободный телефон. Другой способ - так называемая выделенная линия: в квартиру или офис проводят специальный кабель и подключают его к сетевой карте компьютера.

Кроме того, к Интернету можно подключиться с помощью спутниковой «тарелки», беспроводной сети Wi-Fi либо сотового телефона.

В универсальном домашнем компьютере нужен недорогой, но надёжный модем, который мог бы обеспечить качественной связью. Для него идеально подойдёт софт-модем.

В этих устройствах реализацию функций модема (полностью или частично) выполняет процессор компьютера, а плата модема фактически выполняет роль согласования телефонной линии с ПК. Софт - модемы более дешёвые, вместе с тем они не предназначены для работы на линиях связи низкого качества.

Приведём примеры внутренних модемов.

Модем D-Link DFM-562I - это внутренний софт-модем для настольного компьютера. Поддерживает современные протоколы соединения, стабильно ведет себя на качественных телефонных линиях. Обладает не только входом для телефонной линии и выходом на стационарный телефон, но и разъемами для наушников и микрофона, что позволяет использовать устройство в качестве телефона через hands- free. Программное обеспечение, поставляемое в комплекте, позволяет сделать из компьютера полноценный автоответчик.

Модем Sprinter@56K Prime компании Acorp также наделен аудиоинтерфейсами, благодаря чему можно напрямую подключить наушники и микрофон для использования устройства в качестве телефона без участия компьютера. Srpinter@56K Prime способен работать под управлением как 64-битной операционной системы Windows (включая Vista), так и под Linux.

Внешний модем для домашнего компьютера

Модель D-Link DFM-562E – это классический модем, подключающийся к компьютеру через последовательный интерфейс COM, который есть у всех старых компьютеров. Такой вид подключения удобен тем, что освобождает лишний USB-порт на компьютере и позволяет использовать модем вместе со старой техникой.

У D-Link DFM-562E внешнее питание. Модель поддерживает современные и самые быстрые протоколы передачи данных, может сжимать поток данных, а кроме того, наделена ускоренным алгоритмом подключения. Модем производит как тоновый, так и импульсный наборы, корректно работает на старых линиях. За счёт специального ПО, входящего в комплект, способен работать как автоответчик.

Модель ADSL2+ модема от компании ZyXEL предназначен для игрового домашнего компьютера. У этого модема на корпусе выведены четыре световых индикатора, сигнализирующих о состоянии модема. Отличительная черта устройства заключается в использовании сразу двух портов - COM и USB. Программное обеспечение модема позволяет выполнять большое количество функций. Модем можно использовать в качестве автоответчика, а также удаленно прослушивать полученные сообщения.

Внешний модем для планшетных и блокнотных компьютеров

Далеко не всегда встроенные модемы ноутбуков стабильно держат связь на старых телефонных линиях. На качество их работы могут влиять наводки от других электронных компонентов компьютера.

Ноутбук - это устройство портативное, значит модем для ноутбука должен быть тоже небольшого размера и питаться исключительно от интерфейса USB.

Модем для мобильного использования – это модель компании USRobotics (56K USB Mini Faxmodem).

Данный модем можно подключить к компьютеру в любой момент времени, к тому же он не требует перезагрузки системы, благодаря USB. Модем может информировать пользователя о поступавших звонках в то время, когда было активно модемное соединение, и даже временно приостановить связь без разрыва соединения, чтобы дать вам ответить на важный звонок. Для всех этих функций требуется установка дополнительного программного обеспечения на компьютер. Помимо того, при установке дополнительного программного обеспечения устройство будет работать и в качестве факса, посылая и принимая важные сведения в факсимильном формате.

Модем Genius GM56U USB также можно использовать вместе с ноутбуком. Модем подключается по интерфейсу USB к компьютеру. Если установив соответствующее программное обеспечение, модно добавить модему функцию факса.