Модем

Материал из ПИЭ.Wiki

Перейти к: навигация, поиск
Файл:ktip.png

Примечание
Необходимо добавить информацию о методах сжатия данных

Модем

Моде́м (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор) — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).

Модем выполняет функцию оконечного оборудования линии связи. При этом формирование данных для передачи и обработку принимаемых данных осуществляет терминальное оборудование, в простейшем случае — персональный компьютер.


Содержание

История модемов

Первый модем

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. Но даже сегодня большинство модемов имеет режим работы, совместимый с Bell 103. Bell 212a предложил уже 1200 бит/с, правда, был более чувствителен к шумам в телефонной линии. Менее шумочувствительный модем разработала компания Racal-Vadic. К сожалению, эти две модели модемов несовместимы. Так начиналось длительное соперничество за права и стандарты в мире модемов. 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 установке 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.


Классификация модемов

Модемы могут быть классифицированы: по типу используемого канала:

  • модемы для коммутируемых каналов — наиболее распространенные — используются на коммутируемых телефонных линиях;
  • модемы для арендованных каналов — используются на выделенных линиях;
  • комбинированные — сочетающие в себе свойства двух предыдущих.

по скорости передачи информации:

  • низкоскоростные модемы (до 1200 бит/с) — "первая волна" модемов;
  • среднескоростные (от 1200 до 14400 бит/с) — как правило, модемы, произведенные до 1991 года;
  • высокоскоростные (>14400 бит/с) — большая часть современных модемов (за исключением специализированных, которым не требуются высокие скорости передачи данных и которыми можно пренебречь в пользу качества этой передачи).

по области применения:

  • для передачи данных;
  • факсимильные модемы (как правило, интегрированные в факс-аппараты или отдельные устройства, обеспечивающие прием и передачу факсимильных сообщений со скоростью до 14400 бит/с);
  • комбинированные модемы (большинство модемов, использующихся в быту).

по исполнению:

  • внутренние;
  • внешние.

по реализации дополнительных функций:

  • интеллектуальные модемы, как правило, современные типы модемов с возможностями управления их работой и установкой конфигурации (т. е. скорости передачи, режима работы, типа синхронизации, протокола защиты от ошибок и др.). Модемы часто имеют возможность установки типовых конфигураций и управления набором одного из хранимых в памяти телефонных номеров с помощью органов управления на лицевой панели модема;
  • голосовые модемы получили такое название за способность оперировать соответствующими сигналами, так как позволяют одновременно передавать данные и голос. В основном, в пользовательских моделях применяется метод аналоговой передачи потоков голоса и данных, разнесенных по частотам, получивший название ASVD (Analogue Simultaneous Voice/Data). Этот подход поддержали ведущие производители модемных чипсетов Rockwel Semiconductor Systems (ныне Conexant) и AT&T Paradyne (теперь независимая компания Paradyne). Другой подход — DSVD (Digital Simultaneous Voice/Data) — подразумевает оцифровку голоса и включение полученных отсчетов в общий поток данных. В отличие от предыдущего метода, где скорость передачи данных ограничена 14400 Kbps, этот позволяет ее повысить до 28800 Kbps. Правда, качество голоса, передаваемого таким образом, гораздо хуже. Спецификация DSVD была разработана совместно Intel, Rockwell и U.S. Robotics. Такие модемы позволяют во время передачи данных между моделями такого типа подключать к ним телефонную гарнитуру и вести разговор. Преимущество этого режима заключается в том, что разговор будет абсолютно конфиденциальным: вы получите закрытый, защищенный от прослушивания канал, что само по себе немаловажно. Еще одним полезным свойством модема является возможность его применения в составе электронного офиса. Автоответчик, голосовая почта, выдача документов по требованию, факсимильный аппарат — и все это с использованием модема и персонального компьютера. Хотя, может быть, и не очень эффективно, с точки зрения экономии электроэнергии, держать персональный компьютер включенным круглосуточно. В таком случае лучше выбрать внешний модем с достаточным объемом оперативной памяти, чтобы в ней временно хранились принятые факсимильные и голосовые сообщения. Конечно, такие модели дороже, но их совокупную стоимость можно оценить, учитывая экономию в плате за свет при отключении персонального компьютера в нерабочее время. "Просто" голосовые, а также модели с одновременной передачей голоса и данных имеют в своих технических характеристиках соответствующие параметры: Voice и ASVD или DSVD.

по средствам управления:

  • аппаратные;
  • программные.

В виду важности последних двух классов, рассмотрим их подробнее.


Аппаратные модемы: внутренние и внешние

Аппаратный модем

Внешние модемы — отдельное устройство, питающееся от сети и имеющее разъемы для подключения телефонной линии и телефонного аппарата, соединяющееся шнуром с последовательным портом (интерфейсом) компьютера. На передней панели модема выведены светодиодные индикаторы, отображающие его состояние. Внутренние модемы выполнены в виде отдельной платы, вставляемой в слот на материнской плате компьютера. Подключение питания и соединение с компьютером внутренних модемов происходит непосредственно через шину. Это, с одной стороны, позволяет сэкономить на соединительных проводах, а с другой — ведет к замедлению работы компьютера, так как внутренний модем создает дополнительную нагрузку на центральный процессор. Одним из недостатков внутренних модемов является и сложность настройки конфигурации интерфейсов COM3 и COM4. В последнее время наметилась тенденция к переводу внутренних модемов с шины ISA на PCI. При этом осталась актуальной одна из основных проблем инсталляции этого вида модемов: правильно сконфигурировать базовый адрес и используемое устройством прерывание. Помимо этого при установке изначально необходимо иметь свободный порт на материнской плате компьютера. Внутренний модем не позволяет осуществлять контроль его состояния, что удобно реализовано посредством ряда светодиодных индикаторов на лицевой панели внешнего модема, а эмуляционные программы потребляют часть и без того обильно используемых внутренним модемом ресурсов центрального процессора (около 10%), что не происходит при работе модема внешнего. Причем для корректной работы внутренних модемов предъявляются довольно жесткие требования к ресурсам компьютера. На начало 2000 года — это процессор с тактовой частотой 166 МГц и ОЗУ как минимум 32Мб. При "зависании" внутреннего модема его нельзя перезагрузить отдельно — приходится прибегать к перезагрузке всего компьютера. С другой стороны, внешние модемы довольно громоздки, соединительные провода так же не придают им привлекательности. Внутренние же обходятся без дополнительного источника питания и вставляются в соответствующий порт компьютера, не занимая место на рабочем столе. Помимо этого, они, как правило, на $10 – 15 дешевле внешних аналогов.


Программные модемы

Программный модем

Программные модемы выполнены по той же схеме, что и аппаратные. Основное отличие программного модема от аппаратного заключается в том, что часть его функций реализуется за счет центрального процессора компьютера и программного обеспечения. Зачастую от модема остается лишь кодек (сокращение от кодер-декодер), а все остальные функции выполняет драйвер, использующий ресурсы персонального компьютера. Некоторые производители реализуют программно лишь контроллер, оставляя на плате DSP (Digital Signal Processor). Такие модемы потребляют несколько меньше процессорного времени и, как показала практика, обладают лучшими характеристиками. Таким образом, подобное перераспределение аппаратных функций сильно удешевляет производство и, как следствие, конечную стоимость продукта. По существу, все усилия разработчиков сводятся к написанию кода "прошивки" (программы работы модема). Аппаратная реализация кодека требует минимальных затрат.

Основные компоненты модема

Современный модем — сложное устройство, состоящее из нескольких основных блоков и компонентов, обеспечивающих его функционирование Компоненты модема:

  • Контроллер — реализует протоколы сжатия данных и коррекции ошибок. Кроме того, является связующим звеном между модемом и программным обеспечением компьютера (реализует программный интерфейс).
  • Кодек — осуществляет двустороннее преобразование аналогового сигнала, поступающего из линии, в поток цифровых данных.
  • ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — микросхема памяти, хранящая в себе программу работы модема, также называемую "прошивкой". Последние модели модемов допускают обновление и перезапись прошивки модема с помощью специального программного обеспечения (за исключением тех случаев, когда это не предусмотрено производителем).
  • ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) — микросхема оперативной памяти, хранящая данные до первого выключения питания. Предназначена для хранения и последующей обработки потока данных. Иногда в ней же хранятся текущие настройки для работы модема.


Алгоритм коррекции/сжатия

При передаче информации с использованием протокола коррекции (MNP4, v.42) происходит обрезание 10 бит, полученных из компьютера, до 8-ми информационных (удаляются стартовый и стоповый биты) (10 бит = старт_бит + 8 информационных + стоп_бит - см. Асинхронный протокол RS232). И наоборот, при получении из линии 8-ми информационных бит модем их преобразует в 10 и передает в компьютер. Таким образом по линии идет информации меньше, чем модем получил из компьютера. Но это еще не все. При использовании протокола сжатия (MNP5, v.42bis) происходит еще и уменьшение объема полезной информации, так что от тех 10-ти бит, что модем получил от компьютера, в линию (и на удаленный модем) попадет от них только часть.

На производительность канала связи оказывают влияние два фактора: Cкорость канала- характиризует, насколько быстро биты кодируются и передаються по каналу связи Пропускная способность- характиризуют долю полезной информации, передаваемой по каналу Скорость передачи и пропускная способность не одно и то же. За счёт сжатия данных можно увеличить пропускную способность- сжатие уменьшает время, необходимое для передачи данных (за счёт удаления избыточных элементов и пустых участков). Один из распространёных протоколов сжатия данных является MNP5- время передачи может быть сокращенно наполовину

При использовании стандарта V.42bis можно добиться наибольшей производительности, так как он описывает аппаратную реализацию непрерывного сжатия информации. Пропускная способность на скорости 9600бит/с может достигать 38400бит/c.В настоящее используются такие высокоскоростные протоколы, как х2 и V.90.

Комбинирование стандартов

Для увеличения производительности используют комбинацию протоколов передачи данных и коррекции ошибок. Например при асинхронной передаче хорошие результаты даюёт комбинация:

  • V.32bis- передача
  • V.42-коррекция ошибок
  • V.42bis-cжатие

Интерфейсы

Для подключения модема к телефонной линии и компьютеру предусмотрены стандартные интерфейсы.

Интерфейс "модем – телефонная линия"

Соединители RJ11 обеспечивают физическое подключение модема к телефонной линии и телефонного аппарата к модему. Модемы, как правило, имеют два каскада защиты от неожиданного повышения напряжения. Входные линии защищены от перенапряжения варистором, который резко уменьшает свое сопротивление при напряжении 400 – 500 В. Второй каскад быстродействующей защиты устанавливается во вторичную обмотку трансформатора и реализуется на встречновключенных стабилитронах. Защита линии от радиопомех, излучаемых модемом, выполняется на обычных LC-фильтрах (1000пФ +3 витка на феррите). Для коммутируемой линии поддерживается функция импульсного набора номера, "отбоя" (постоянный ток менее 0,5 мА), и "удержания линии" (постоянный ток более 8 мА). Наиболее универсальна ситуация, когда набор номера выполняет реле, а постоянный ток протекает через трансформатор. В современных модемах используется схема Electronic Holding Call Circuit, которая имеет низкое сопротивление постоянному току, достаточное для удержания линии, но сохраняет высокий импеданс для переменного тока полезного сигнала. При этом набор номера осуществляет либо реле, либо сам узел EHCC с оптронной развязкой управления. Наиболее консервативен узел фиксации телефонных звонков. Он состоит из высоковольтного конденсатора, резистора, стабилитрона и светодиода оптронной развязки. Важным требованием к интерфейсу с линией является симметричность входа и его гальваническая развязка.

Интерфейс "модем – компьютер"

В основе последовательного порта передачи данных компьютера лежит микросхема INTEL 8250 или ее современные аналоги — INTEL16450, 16550, 16550A. Эта микросхема является универсальным асинхронным приемопередатчиком (UART — Universal Asynchronous Receiver Transmitter), обеспечивают скорость приема/передачи данных до 115200 бод (для современной микросхемы INTEL16550A). Микросхема содержит несколько внутренних регистров, доступных через команды ввода/вывода. Микросхема 8250 содержит регистры передатчика и приемника данных. При передаче байта он записывается в буферный регистр передатчика, откуда затем переписывается в сдвиговый регистр передатчика. Байт "выдвигается" из сдвигового регистра по битам. Программа имеет доступ только к буферным регистрам, копирование информации в сдвиговые регистры и процесс сдвига выполняется микросхемой UART автоматически. К внешним устройствам асинхронный последовательный порт подключается через специальный разъем. Существует два стандарта на разъемы интерфейса RS-232C, это DB-25 (5 выводов) и DB-9 (9 выводов). Интерфейс RS-232C определяет обмен между устройствами двух типов:

  • DTE ( Data Terminal Equipment — терминальное устройство);
  • DCE ( Data Communication Equipment — устройство связи).

В большинстве случаев, но не всегда, компьютер является терминальным устройством. Модемы, принтеры, графопостроители всегда являются устройствами связи.


Литература

1. http://www.woodwolf.ru

2. http://revolution.allbest.ru

--Golodenko Veronika 06:45, 15 мая 2010 (UTC)

Просмотры
Инструменты

Besucherzahler russian mail order brides
счетчик посещений
Rambler's Top100
Лингафонные кабинеты  Интерактивные доски  Интерактивная приставка Mimio Teach