Устройство модема

1. Порты ввода-вывода — 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) Обычно 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 — 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 — энергонезависимая электрически перепрограммируемая память, в которой хранятся настройки модема (профиль модема). Пользователь может изменять установки, например используя набор AT-команд.

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

Принцип работы модема

Персональный компьютер является цифровым устройством. Большинство своих задач он выполняет, выключая и включая последовательность электронных ключей. Двоичный О соответствует выключенному ключу, а двоичная 1 - включенному. Между этими значениями нет промежуточных состояний. Телефонная система представляет собой аналоговое устройство, разработанное (в то время, когда цифровая электроника не была известна) для передачи звуков и тона человеческого голоса. Эти звуки преобразуются в аналоговый сигнал, т.е. непрерывный электрический ток, который плавно изменяет свою частоту и силу. Его можно изобразить на осциллограмме как волновую линию: Модем преобразует цифровые данные в аналоговые сигналы путем изменения, или модуляции, частоты электронной волны. Схожий метод используется радиостанциями с частотной модуляцией. На принимающем конце линии телефонной связи модем делает противоположное: он преобразует аналоговые сигналы обратно в цифровые коды. Два термина — модуляция и демодуляция — дали имя модему. В связи посредством модема используются, по крайней мере, три стандартизованных элемента персонального компьютера — последовательные порты, команды модема и программы коммуникаций. Разнообразие модемов не позволяет дать общую характеристику принципа их работы, но в большинстве своем обсуждаемые здесь операции относятся к программам, использующим модем с набором команд Hayes для 25-контактного последовательного порта. Программа обслуживания связи посылает напряжение на контакт 20 последовательного порта, к которому подсоединен модем. Этот сигнал отражает готовность источника информации к передаче данных (Data Terminal Ready, DTR). Он сообщает модему, что компьютер включен и готов к передаче данных. В то же самое время ПК обнаруживает напряжение от модема на контакте 6. Этот сигнал (Data Set Ready, DSR) дает знать П К, что модем готов получать данные или команды. При, нормальной связи с модемом до начала остальной цепочки операций" должны пройти оба сигнала.  Используя стандартный язык команд, называемый по имени модемов Hayes, программа обслуживания связи посылает команду к модему через линию передачи данных 2. Команда требует от модема менять трубку», т.е. открыть соединение с телефонной линией. Программа посылает другую команду Hayes, которая заставляет модем выдать тон или импульсы, необходимые для набора определенного номера по телефону. Модем подтверждает получение команды, отвечая ПК по линии 3 приема данных.

Когда модем на другом конце линии телефонной связи - удаленный (внешний) молем - отвечает на вызов, местный (локальный) модем посылает тон вызова, давая знать удаленному модему, что он услышал его. Удаленный модем отвечает тоном более высокой частоты. (Вы можете услышать эти два тона, если ваш модем снабжен динамиком.) Когда связь установлена, ваш модем посылает компьютеру сигнал по линии 8 несущей частоты. Сигнал сообщает программе связи, что модем получает линейный несущий сигнал, являющийся тоном определенной частоты, который позже будет промодулирован для передачи данных. Два модема обмениваются информацией о том, как они будут посылать данные друг другу, что иногда называется квитированием. Модемы должны согласовать скорость передачи, количество битов, из которых составляется пакет данных (например, один символ), сколько битов будут сигнализировать начало и конец пакета, будут ли модемы использовать бит четности для обнаружения ошибок и будут ли они работать в полудуплексном или в полнодуплексном режиме. Если местная и удаленная системы не настроены в точности одинаково, то они, либо будут посылать символы, не имеющие смысла, либо не смогут работать вовсе. Скорость передачи. Хотя скорость передачи часто выражается в единицах бод — числе изменений частоты за одну секунду, этот термин устарел, и сегодня лучше применять термин «биты в секунду». Скорость передачи, составлявшая в первых модемах 300 бит в секунду, определялась посылкой двух разных частот — для представления 0 и I соответственно. Аналоговый сигнал телефонной линии ограничен скоростью переключения частот, и это привело к необходимости разработки других принципов передачи данных. Групповое кодирование позволяет различным частотам передавать больше одного бита за один раз. Например, для передач со скоростью 1200 бит/с сигналы в действительности посылаются со скоростью 600 бод, но при этом используются четыре разные частоты для представления четырех различных пар двоичных битов: 0 и 0,0 и 1, 1 и 0, 1 и 1. Дня достижения скорости 2400 бит/с используется тот же принцип, но при большем количестве частот и, соответственно, большем количестве двоичных комбинаций. Для дальнейшего увеличения скорости передачи оба модема должны использовать метод сжатия данных, когда повторяющиеся последовательности нулей и единиц заменяются более короткими кодами. В каждом пакете данных один бит обозначает начало символа (стартовый бит) и один или два бита — конец символа (стоп-бит).  Бит четкости. Способом обнаружения и коррекции шибок может служить проверка на четность или нечетность. При этом передающая система складывает биты, содержащиеся в символах, и результат сложения, называемый битом четности, посылается вместе с данными. Принимающая система тоже складывает все биты символа и прибавляет к результату бит четности.

Полудуплексная и полно дуплексная связь. Обе системы должны условиться, которая из них ответственна за вывод текста на местный компьютер. При этом одна из систем работает в полнодуплексном режиме, а другая — и полудуплексном. Система, использующая полный дуплекс, отвечает за вывод текста на обеих системах и отображает любой текст, посылаемый ей полудуплексной системой. Если обе системы работают в одинаковом режиме, то либо текст на местной системе не появится совсем, либо каждый символ появится дважды. Когда программа связи готова к передаче данных, она сначала посылает напряжение по линии 4 в последовательный порт. Этот сигнал, называемый запросом передачи (Request to Send, RTS), проверяет, свободен ли модем, чтобы принять данные от ПК. Если модем принимает удаленные данные, предназначаемые для передачи вашему компьютеру, то компьютер, если он занят другой работой, не выдаст сигнал RTS, чем заставит модем отложить передачу данных до тех пор, пока компьютер не закончит работу и не установит сигнал RTS. Если молем не занят обработкой других данных и может получить новые данные от вашей системы, то он передает сигнал готовности к передаче (Clear to Send, CTS) в ПК по линии 5 последовательного порта, и ПК посылает подготовленные для передачи данные по линии 2. Модем передает полученные от удаленной системы данные на ПК по линии 3. Если модем отстает от ПК в приеме данных, он сбрасывает сигнал CTS, чтобы заставить компьютер приостановить дальнейшую передачу до тех пор, пока модем его не догонит, и только после этого модем вновь устанавливает этот сигнал. На другом конце телефонной линии удаленный модем воспринимает приходящие данные как последовательность тонов с различными частотами. Он демодулирует эти тоны обратно в цифровые СИГНАЛЫ и посылает их принимающему компьютеру. В действительности оба компьютера одновременно могут посылать и принимать сигналы, так как использование стандартной системы тонов позволяет модемам различать приходящие и отправляемые сигналы на обоих концах. Когда программе дается команда окончить сеанс связи, она посылает модему другую команду Hayes, по которой телефонная связь прекращается. Если связь прекращена удаленной системой, ваш модем сбросит сигнал CTS, посылаемый в ПК, чтобы поставить в известность программу, что связь прекращена.