Выбор типа коммуникационного устройства, обеспечивающего подключение ПК к информационной сети того или иного масштаба, и его конкретной модели напрямую зависит от способа подключения к сети и характеристик линии связи, оговоренных вариантом задания (см. таблицу П1.2. ).
Дополнительные устройства
К числу таких устройств в первую очередь следует отнести устройства обеспечения ПК качественным электропитанием. Сети электропитания мегаполисов и промышленных центров характеризует наличие высоковольтных импульсных бросков напряжения (высокочастотные помехи), долговременное изменение уровня напряжения, выходящее за пределы эксплуатационных требований, и кратковременные перебои подачи напряжения. Эти факторы негативно сказываются на работоспособности ПК и могут привести к потере информации, «зависанию» компьютера и даже полному выходу из строя отдельных узлов.
Устранить (точнее – эффективно снизить) воздействие высокочастотных (ВЧ) помех можно, используя подключение ПК к электросети через сетевой фильтр . Сетевой фильтр представляет собой недорогое устройство, в электрическую цепь которого включены реактивные элементы – конденсаторы и индуктивности, весьма существенно понижающие уровень ВЧ помех. От других видов перебоев электропитания сетевой фильтр не защищает ! В виду существенной важности решаемой сетевым фильтром задачи, при выборе конкретной модели не стоит ориентироваться на широко представленную на рынке продукцию сомнительного качества от неизвестных производителей. В качестве достойного выбора могут быть рекомендованы сетевые фильтры компании APC .
Единственной надежной защитой комплекса ПК и периферийного оборудования от всех видов изменений и отключений питающего напряжения являются (Uninterruptible Power Supply – UPS ). Источники бесперебойного питания (ИБП) строятся на основе несколько различных структурных схем, отличающихся сложностью и, соответственно, эффективностью работы и ценой. Для применения в домашних или индивидуальных офисных условиях могут быть рекомендованы относительно простые и недорогие линейно-интерактивные ИБП. Более простые и, соответственно, дешевые ИБП, относящиеся к типу «резервные », не всегда могут обеспечить качественное электропитание в экстремальных ситуациях. Если речь идет об электропитании серверов, лучше ориентироваться на качественные ИБП с двойным преобразованием частоты (или On-line ИБП). В любом случае следует выбирать модели ИБП от известных, хорошо зарекомендовавших себя производителей. Говоря о позициях конкретных компаний на рынке ИБП, можно отметить, что в сегменте ИБП малой мощности (до 3 кВА) около половины рынка принадлежит компании APC , что во многом объясняется разветвленной сетью партнеров и дистрибьюторов. На втором месте идет компания Invensys (владелец торговых марок Best Power и Powerware ). На третьем по объему реализуемой продукции с примерно равными позициями идут компании Liebert-Hiross и Chloride .
При выборе конкретной модели ИБП следует иметь в виду, что в паспортных данных на них приводится полная мощность источника (измеряется в Вольт-Амперах), в то время как для потребителей обычно указывается активная мощность (измеряется в Ваттах). То есть, суммируя мощность, потребляемую ПК и другими устройствами от ИБП, следует выбирать ИБП со значением полной мощности примерно на 30% большим , чем полученное суммарное значение активной мощности подключенных потребителей.
Дополнительные сведения, касающиеся возникающих в процессе выполнения работы вопросов, можно подучить, прибегнув к рекомендуемым источникам информации, а также к другим современным публикациям по этой тематике.
Библиографический СПИСОК
1. Соломенчук В., Шишигин И., Колесниченко О. Аппаратные средства PC. Наиболее полное руководство в подлиннике. 6-е издание, перераб. – СПб: BHV, 2009. – 800 с.
2. Жадаев А.Г. Персональный компьютер: Сборка, запуск, диагностика. – М: НТ Пресс, 2009. – 384 с.
3. www.stream.ru/
4. www.ixbt.com/
5. www.price.ru/
Приложение 1
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Таблица П1.1
| 1-я цифра варианта | характер работ и приложений, на выполнение которых преимущественно ориентирован ПК |
| Домашний ПК: работа с офисными приложениями (MSOffice ); просмотр видео; печать текста и таблиц. | |
| 0, 2 | Домашний ПК: работа с графикой на любительском уровне; качественная печать изображений; сканирование печатных изображений и фотопленок. |
| Домашний ПК: работа со звуком на любительском уровне; качественное звуковоспроизведение; просмотр видео; просмотр программ телевизионного вещания. | |
| Домашний ПК: компьютерные игры с 3D -графикой и качественным звуком; просмотр видео. | |
| Офисный ПК: работа с офисными приложениями (MSOffice ); печать текста и таблиц. | |
| Офисный ПК: работа с пакетами «1С », «Консультант Плюс », «Гарант »; печать текста и таблиц. | |
| Офисный ПК: работа с текстом и графикой среднего качества; печать изображений; сканирование печатных изображений и пленок. | |
| Офисный ПК: работа с чертежной графикой; пакет «Автокад »; печать изображений; сканирование печатных изображений и текста. | |
| Офисный ПК: создание презентационных слайд-роликов (MS PowerPoint ). |
Таблица П1.2.
Таблица П1.3.
Таблица П1.4.
| 3-я цифра варианта | площадь, предоставляемая для размещения ПК и периферийного оборудования |
| 800x600 мм; допускается двухъярусное размещение с использованием ниш, подставок, полок и т.п. | |
| 1000x550 мм; допускается двухъярусное размещение с использованием ниш, подставок, полок и т.п. | |
| 900x600 мм; на одной рабочей поверхности (в один ярус) | |
| 1100x500 мм; на одной рабочей поверхности (в один ярус) | |
| 1000x700 мм; допускается двухъярусное размещение с использованием ниш, подставок, полок и т.п. | |
| 750x550 мм; допускается двухъярусное размещение с использованием ниш, подставок, полок и т.п. | |
| без ограничения площади |
Приложение 2
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ МИНИМАЛЬНЫЕ
АППАРАТНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПК
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ
| выполняемые задачи и приложения | минимальные аппаратные требования |
| работа с офисными приложениями (MSOffice ) | CPU: Intel Core 2 Duo или AMD Athlon X2 Dual-Core; DRAM: 2 Gb; VRAM : 256 Mb; HDD: 500 Gb; разрешение видеосистемы: 1024 x768 |
| работа с пакетами «1С », «Консультант Плюс », «Гарант » | |
| работа с текстом и графикой среднего качества | |
| работа со звуком на любительском уровне; качественное звуковоспроизведение; просмотр DVD ; | CPU: Intel Core i3 или AMD Athlon X2 Dual-Core; DRAM: 4 Gb; VRAM : 512 Mb; HDD: 350 Gb; разрешение видеосистемы: 1920 x1080 |
| работа с графикой на любительском уровне | |
| компьютерные игры с 3D -графикой и качественным звуком | |
| работа с чертежной графикой; пакет «Автокад » | |
| сервер поддержки небольшой локальной сети, совмещенный с файловым сервером | CPU: Intel Core 2 Quad или Core 2 Extreme; DRAM: 4 Gb; HDD: 500 Gb и выше; поддержка RAID |
Приложение 3
АДРЕСА WEB-САЙТОВ НЕКОТОРЫХ ВЕДУЩИХ МИРОВЫХ
ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ КОМПЬЮТЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
| компания | адрес WEB -сайта (URL ) головной организации или российского отделения | основная продукция |
| 3COM | http://www.3com.ru | сетевое оборудование |
| ABIT | http://www.abit.ru | системные платы |
| Adaptec | http://www.adaptec.com | контроллеры |
| AGFA | http://www.agfa.com | сканеры |
| AMD | http://www.amd.ru | процессоры |
| Aopen | http://www.aopen.ru | компьютерное оборудование |
| APC | http://www.apc.ru | источники бесперебойного питания, сетевые фильтры |
| ASUSTEK | http://www.asus.ru | |
| ATI Technologies | http://www.atitech.com/ | графические адаптеры |
| A-Trend | http://www.atrend.com.tw/ | системные платы |
| Creative Technology | http://ru.europe.creative.com/ | звуковые платы |
| Canon | http://www.canon.ru/ | принтеры, сканеры, цифровые камеры |
| Chloride | http://www.chloride.ru/ | источники бесперебойного питания |
| DataExpert | http://www.dataexpert.com | системные платы, графические адаптеры |
| Diamond Multimedia | http://www.diamondmm.com | графические адаптеры |
| Epson | http://www.epson.ru/ | принтеры, сканеры, проекторы |
| Gigabyte | http://www.gigabyte.ru/ | системные платы, графические карты |
| Hewlett-Packard | http://www.hp.ru/ | компьютеры, принтеры, сканеры |
| Hitachi | http://www.hitachi.ru/ | мониторы, жесткие диски, приводы DVD |
| IBM | http://www.ibm/com/ru/ | компьютеры, мониторы |
| Intel | http://www.intel.ru/ | процессоры, системные платы, сетевое оборудование |
| Invensys | http://www.invensys.com | источники бесперебойного питания |
| Lexmark | http://www.lexmark.ru | струйные принтеры, сетевое оборудование |
| Liebert-Hiross | http://www.liebert-hiross.ru | источники бесперебойного питания |
| Logitech | http://www.logitech.com/ | клавиатуры, мыши, трекболы |
| Maxtor | http://www.maxtor.com/ | жесткие диски |
| Mitsumi | http://www.mitsumi.com/ | мыши, клавиатуры |
| Minolta | http://www.minolta.ru/, http://www.konicaminolta.ru | принтеры |
| NEC | http://www.nec.com/ | мониторы, приводы DVD |
| Plextor | http://www.plextor.ru/ | приводы DVD |
| Rambus | http://www.rambus.com/ | память |
| Samsung | http://www.samsung.ru/ | мониторы, жесткие диски, приводы BD/DVD |
| Seagate | http://www.seagate.com/ | жесткие диски |
| Sony | http://www.sony.ru/ | мониторы, приводы BD/DVD |
| TEAC | http://www.teac.com/ | дисководы |
| Toshiba | http://www.toshiba.com.ru/ | жесткие диски для ноутбуков |
| ViewSonic | http://www.viewsonic.ru/ | мониторы |
| Western Digital | http://www.wdc.com/ | жесткие диски |
| Wacom | http://www.wacom.ru/ | графические планшеты |
| Xerox | http://www.xerox.ru/ | принтеры, копиры, многофункциональные устройства |
| ZyXEL | http://www.zyxel.ru/ | модемы, сетевые адаптеры, коммутаторы |
Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы
Обмен данными требуется для различных целей: передачи файлов совместного использования периферийных устройств например принтеров доступа к разнообразным информационным услугам Интернета и частных сетей приема и передачи факсимильных сообщений посылки сообщений на пейджеры и мобильные телефоны установление голосовой связи IPтелефония видеосвязи и даже совместных игр по сети. СОМпорт Последовательный интерфейс для передачи данных в одном направлении использует одну сигнальную линию по которой информационные биты передаются друг за...
Лекция 13. Коммуникационные устройства
Вопросы:
Проводные интерфейсы связи.
Модемы.
Литература: 1. Гук. М. Аппаратные средства IBM PC . Питер, 2005, с. 6 08-660.
Коммуникационные устройства ПК предназначены для организации обмена данными между компьютерами, компьютером и удаленным устройством ввода вывода, а также для включения компьютера в локальную или глобальную сеть. Обмен данными требуется для различных целей: передачи файлов, совместного использования периферийных устройств (например, принтеров), доступа к разнообразным информационным услугам Интернета и частных сетей, приема и передачи факсимильных сообщений, посылки сообщений на пейджеры и мобильные телефоны, установление голосовой связи ( IP -телефония), видеосвязи и даже совместных игр по сети. Современные технологии, используемые для этих целей, ориентированные именно на коммуникации: СОМ-порт, беспроводные интерфейсы, модемы, адаптеры локальных сетей. Связь между компьютерами, правда, с рядом ограничений, может быть установлена и другими средствами: через LPT -порты, последовательные шины FireWire и USB .
1. Проводные интерфейсы связи.
1.1. СОМ-порт
Последовательный интерфейс для передачи данных в одном направлении использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно. Английские названия интерфейса и порта Serial Interface и Serial Port . Последовательная передача позволяет сократить количество сигнальных линий и добиться улучшения связи на больших расстояниях.
Начиная с первых моделей, в PC имеется последовательный интерфейс - СОМ-порт (Communications Port коммуникационный порт). Этот порт обеспечивает асинхронный обмен по стандарту RS -232 C . Синхронный обмен в PC поддерживают лишь специальные адаптеры, например SDLC или V .35. СОМ-порты реализуются на микросхемах универсальных асинхронных приемопередатчиков (UART ), совместимых с семейством 18250/16450/16550. Они занимают в пространстве ввода-вывода по 8 смежных 8-битных регистров и могут располагаться по стандартным базовым адресам:
3F8h (COM1), 2F8h (COM2), 3E8h (COM3), 2E8h (COM4).
Порты могут вырабатывать аппаратные прерывания IRQ 4 (обычно используются для СОМ1 и COM3) и IRQ 3 (для COM2 и COM4). С внешней стороны порты имеют линии последовательных данных передачи и приема, а также набор сигналов управления и состояния, соответствующий стандарту RS -232 C . СОМ-порты имеют внешние разъемы-вилки DB 25 P или DB 9 P , выведенные на заднюю панель компьютера. Характерной особенностью интерфейса является применение не ТТЛ-сигналов все внешние сигналы порта дву-полярные. Гальваническая развязка отсутствует схемная земля подключаемого устройства соединяется со схемной землей компьютера. Скорость передачи может достигать 115,2 Кбит/сек.
Название порта указывает на его основное назначение подключение коммуникационного оборудования (например, модема) для связи с другими компьютерами, сетями и периферийными устройствами. К порту могут непосредственно подключаться и периферийные устройства с последовательным интерфейсом: принтеры, плоттеры, терминалы и др. СОМ-порт широко используется для подключения мыши, а также организации непосредственной связи двух компьютеров. К СОМ-порту подключают и электронные ключи.
В настоящее время устройства, которые традиционно используют СОМ-порт, рекомендуется переводить на последовательные шины USB и Fire Wire .
1.2. Интерфейс RS -232 C
Протокол RS -232 C
Стандарт RS -232 C описывает несимметричные передатчики и приемники сигнал передается относительно общего провода схемной земли (симметричные дифференциальные сигналы используются в других интерфейсах например, RS -422). Интерфейс не обеспечивает гальванической развязки устройств. Логической единице соответствует напряжение на входе приемника в диапазоне -12...-3 В. Логическому нулю соответствует диапазон +3...+12 В. Диапазон -3...+3 В зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии будет считаться измененным только после пересечения порога. Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазонах -12...-5 В и +5...+12 В для представления единицы и нуля соответственно.
Логический 0
Логическая 1 0 U вх
12В +3 В +12В
Рис 13.1. Уровни напряжения и логический сигнал
Интерфейс предполагает наличие защитного заземления для соединяемых устройств, если они оба питаются от сети переменного тока и имеют сетевые фильтры.
Подключение и отключение интерфейсных кабелей устройств с автономным питанием должно производиться при отключенном питании. Иначе разность невыровненных потенциалов устройств в момент коммутации может оказаться приложенной к выходным или входным (что опаснее) цепям интерфейса и вывести из строя микросхемы.
В табл. 13.1 приведено назначение контактов разъемов СОМ-портов (и любой другой аппаратуры передачи данных ). У модемов название цепей и контактов такое же, но роли сигналов (вход-выход) меняются на противоположные.
Таблица 13.1. Разъемы и сигналы интерфейса RS -232 C
|
Обозначение цепи |
Контакт разъема |
№ провода кабеля выносного разъема PC |
Направление |
||||||||||
|
СОМ-порт |
RS-232 |
V.24 Стык 2 |
DB-25P DB-9P |
||||||||||
|
АА |
(10) |
(10) |
(10) |
||||||||||
|
АВ |
|||||||||||||
|
ВА |
|||||||||||||
|
ВВ |
|||||||||||||
|
СА |
|||||||||||||
|
св |
|||||||||||||
|
108/2 |
|||||||||||||
1 Ленточный кабель 8-битных мультикарт.
2 Ленточный кабель 16-битных мультикарт и портов на системных платах.
3 Вариант ленточного кабеля портов на системных платах.
4 Широкий ленточный кабель к 25-контактному разъему.
Подмножество сигналов RS -232 C , относящихся к асинхронному режиму, рассмотрим с точки зрения СОМ-порта PC . Для удобства будем пользоваться мнемоникой названий, принятой в описаниях СОМ-портов и большинства устройств (она отличается от безликих обозначений RS -232 и V .24). Назначение сигналов интерфейса приведено в табл. 10.2.
Таблица 13.2. Назначение сигналов интерфейса RS -232 C
|
Сигнал |
Назначение |
|
Protected Ground защитная земля, соединяется с корпусом устройства и экраном кабеля |
|
|
Signal Ground сигнальная (схемная) земля, относительно которой действуют уровни сигналов |
|
|
Transmit Data последовательные данные выход передатчика |
|
|
Receive Data последовательные данные вход приемника |
|
|
Request To Send выход запроса передачи данных: состояние «включено» уведомляет модем о наличии у терминала данных для передачи. В полудуплексном режиме используется для управления направлением состояние «включено» служит сигналом модему на переключение в режим передачи |
|
|
Clear To Send вход разрешения терминалу передавать данные. Состояние «выключено» запрещает передачу данных. Сигнал используется для аппаратного управления потоками данных |
|
|
Data Set Ready вход сигнала готовности от аппаратуры передачи данных (модем в рабочем режиме подключен к каналу и закончил действия по согласованию с аппаратурой на противоположном конце канала) |
|
|
Data Terminal Ready выход сигнала готовности терминала к обмену данными. Состояние «включено» поддерживает коммутируемый канал в состоянии соединения |
|
|
Data Carrier Detected вход сигнала обнаружения несущей удаленного модема |
|
|
Ring Indicator вход индикатора вызова (звонка). В коммутируемом канале этим сигналом модем сигнализирует о принятии вызова |
Нормальная последовательность управляющих сигналов для случая подключения модема к СОМ-порту приведена на рис. 13.1. Напомним, что положительному уровню соответствует логическое состояние «выключено», а отрицательному включено.
Рис.13.1.Последовательность управляющих сигналов интерфейса RS -232 C
- Установкой сигнала DTR компьютер указывает на желание использовать модем.
- Установкой сигнала DSR модем сигнализирует о своей готовности к установлению соединения.
- Сигналом RTS компьютер запрашивает разрешение на передачу и заявляет о своей готовности принимать данные от модема.
- Сигналом CTS модем уведомляет о своей готовности к приему данных от компьютера и передаче их в линию.
- Снятием сигнала CTS модем сигнализирует о невозможности дальнейшего приема (например, буфер заполнен) компьютер должен приостановить передачу данных.
- Восстановлением сигнала CTS модем разрешает компьютеру продолжить передачу (в буфере появилось место).
- Снятие сигнала RTS может означать как заполнение буфера компьютера (модем должен приостановить передачу данных в компьютер), так и отсутствие данных для передачи в модем. Обычно в этом случае модем прекращает пересылку данных в компьютер.
- Модем подтверждает снятие сигнала RTS сбросом сигнала CTS .
- Компьютер повторно устанавливает сигнала RTS для возобновления передачи.
- Модем подтверждает готовность к этим действиям.
- Компьютер указывает на завершение обмена.
- Модем отвечает подтверждением.
- Компьютер снимает сигнала DTR , что обычно является сигналом на разрыв соединения («повесить трубку»).
- Модем сбросом сигнала DSR сообщает о разрыве соединения.
старт-бит, стоп-бит, гарантирующий паузу между посылками (рис. 13.2). Старт-бит следующего байта посылается в любой момент после стоп-бита, то есть между передачами возможны паузы произвольной длительности. Старт-бит, имеющий всегда строго определенное значение (логический 0), обеспечивает простой механизм синхронизации приемника по сигналу от передатчика. Подразумевается, что приемник и передатчик работают на одной скорости обмена.
При асинхронной передаче каждому байту предшествует старт-бит, сигнализирующий приемнику о начале посылки, за которым следуют биты данных и, возможно, бит паритета (четности). Завершает посылку стоп-бит, гарантирующий паузу между посылками (рис. 13.2). Старт-бит следующего байта посылается в любой момент после стоп-бита, то есть между передачами возможны паузы произвольной длительности.
Рис. 13.2. Формат асинхронной передачи
Старт-бит, имеющий всегда строго определенное значение (логический 0), обеспечивает простой механизм синхронизации приемника по сигналу от передатчика. Подразумевается, что приемник и передатчик работают на одной скорости
Формат асинхронной посылки позволяет выявлять возможные ошибки передачи: ложный старт-бит, потерянный стоп-бит, ошибку паритета. Контроль формата позволяет обнаруживать обрыв линии: при этом принимаются логический нуль, который сначала трактуется как старт-бит и нулевые биты данных, потом срабатывает контроль стоп-бита.
Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 и 115 200 бит/с. Иногда вместо единицы измерения «бит/с» используют «бод» ( baud ), но при рассмотрении двоичных передаваемых сигналов это некорректно.
В бодах принято измерять частоту изменения сигнала состояния линии, а при недвоичном способе кодирования в канале связи скорости передачи бит (бит/с) и изменения сигнала (бод) могут отличаться в несколько раз.
Количество бит данных может составлять 5, 6, 7 или 8 (5- и 6-битные форматы распространены незначительно). Количество стоп-бит может быть 1, 1,5 или 2 («полтора бита» означает только длительность стопового интервала).
Асинхронный режим является байт-ориентированным (символьно-ориентированным) минимальная пересылаемая единица информации байт (символ). В отличие от него синхронный режим (не поддерживаемый СОМ-портами) является бит-ориентированным кадр, пересылаемый по нему, может иметь произвольное количество бит.
1.3. Применение Сом-портов
СОМ-порт широко применяется для подключения различных периферийных и коммуникационных устройств, связи с технологическим оборудованием, объектами управления и наблюдения, программаторами, внутрисхемными эмуляторами и прочими устройствами через протокол RS-232C.
СОМ-порт может функционировать и как двунаправленный интерфейс, у которого имеются
3 программно-управляемых выходных линии и
4 программно-читаемых входных линии с двуполярными сигналами.
Их использование определяется разработчиком. Существует, например, схема однобитного широтно-импульсного преобразователя, позволяющего записывать звуковой сигнал на диск PC, используя входную линию СОМ-порта. Воспроизведение этой записи через обычный динамик PC позволяет передать речь.
Непосредственное подключение устройств
а). Манипулятор мышь.
СОМ-порты чаще всего применяют для подключения манипуляторов (мышь, трекбол). В этом случае порт используется в режиме последовательного ввода. Мышь с последовательным интерфейсом Serial Mouse может подключаться к любому исправному порту. Для согласования разъемов порта и мыши возможно применение переходника DB-9S-DB-25P или DB-25S-DB-9P. Для мыши требуется прерывание, для порта С0М1 IRQ4, для COM2 IRQ3. То, что для работы мыши порту С0М1 требуется прерывание IRQ4, является особенностью ее драйвера, но для пользователя важен сам факт ограничения. Каждое событие перемещение мыши или нажатие-отпускание кнопки кодируется двоичной посылкой по интерфейсу RS-232C. Применяется асинхронная передача; двуполярное питание обеспечивается от управляющих линий интерфейса.
б). Внешний модем.
Для подключения внешних модемов требуется полный (9-проводный) кабель АПД-АКД, схема которого приведена на рис. 13.3. Этот же кабель используется для согласования разъемов (по количеству контактов); возможно применение переходников 9-25, предназначенных для мышей. Для работы коммуникационного ПО обычно нужны прерывания, но здесь есть свобода выбора номера (адреса) порта и линии прерывания. Если предполагается работа на скоростях 9600 бит/с и выше, то СОМ-порт должен быть реализован на микросхеме UART 16550A или совместимой. Возможности работы посредством FIFO-буферов и обмена по каналам DMA зависят от коммуникационного ПО.
в). Связь компьютеров.
Для связи двух компьютеров, удаленных друг от друга на небольшое расстояние, используют и непосредственное соединение их СОМ-портов нуль-модемным кабелем (рис. 13.4). Программы MS-DOS типа Norton Commander и Interlnk позволяют обмениваться файлами со скоростью до 115,2 Кбит/с без применения аппаратных прерываний.
Рис. 13.3. Кабели подключения модемов
Рис 13.4 Нуль-модемный кабель а) минимальный, б) полный.
Преобразования последовательных интерфейсов
На физическом уровне последовательный интерфейс имеет различные реализации, различающиеся способом передачи электрических сигналов. Существует ряд международных стандартов, родственных RS-232C . На рис. 13.5 приведены схемы соединения их приемников и передатчиков, а также показаны ограничения на длину линии (L) и максимальную скорость передачи данных (V). Несимметричные линии интерфейсов RS-232C и RS-423A имеют самую низкую защищенность от синфазной помехи. Лучшие параметры имеет двухточечный интерфейс RS-422A и его магистральный (шинный) аналог RS-485 , работающие на симметричных линиях связи. В них для передачи каждого сигнала используются дифференциальные сигналы с отдельной (витой) парой проводов для каждой сигнальной цепи. Поскольку логически эти интерфейсы родственны, возможно применение несложных преобразователей сигналов, обеспечивающих переход от одного интерфейса к другому.
Рис. 13.5. Стандарты последовательных интерфейсов
В вышеперечисленных стандартах сигнал представляется потенциалом. Существуют последовательные интерфейсы, где информативен ток, протекающий по общей цепи передатчик-приемник «токовая петля» и MIDI
«Токовая петля» является распространенным вариантом последовательного интерфейса. В ней электрическим сигналом является не уровень напряжения относительно общего провода, а ток в двухпроводной линии, соединяющей приемник и передатчик. Логической единице (состоянию «включено») соответствует ток 20 мА, а логическому нулю отсутствие тока. Такое представление сигналов для вышеописанного формата асинхронной посылки позволяет обнаружить обрыв линии приемник заметит отсутствие стоп-бита (обрыв линии действует как постоянный логический нуль).
Токовая петля обычно предполагает гальваническую развязку входных цепей приемника от схемы устройства. При этом источником тока в петле является передатчик (этот вариант называют активным передатчиком). Возможно и питание от приемника (активный приемник), при этом выходной ключ передатчика может быть также гальванически развязан с остальной схемой передатчика. Существуют упрощенные варианты без гальванической развязки, но это уже вырожденный случай интерфейса.
Токовая петля с гальванической развязкой позволяет передавать сигналы на расстояния до нескольких километров. Расстояние определяется сопротивлением пары проводов и уровнем помех. Поскольку интерфейс требует пары проводов для каждого сигнала, обычно используют только два сигнала интерфейса. В случае двунаправленного обмена применяются только сигналы передаваемых и принимаемых данных, а управление потоком реализуется программным методом. Если двунаправленный обмен не требуется, занимают одну линию данных, а для управления потоком обратная линия задействуется для сигнала CTS (аппаратный протокол) или встречной линии данных (программный протокол). При надлежащем ПО одной токовой петлей можно обеспечить двунаправленную полудуплексную связь двух устройств. При этом каждый приемник «слышит» как сигналы передатчика на противоположной стороне канала, так и сигналы своего передатчика. Они расцениваются коммуникационными пакетами просто как эхо-сигнал. Поэтому для безошибочного приема передатчики должны работать поочередно.
2. Модемы
Для передачи данных на большие расстояния (в пределах всего мира) издавна используют телефонные сети общего пользования (ТФОП). Однако для непосредственной передачи цифровых данных обычные аналоговые телефонные сети непригодны требуются модемы на сторонах обоих абонентов.
Модем (модулятор-демодулятор) служит для передачи информации на большие расстояния, недоступные локальным сетям, с использованием выделенных и коммутируемых телефонных линий. Модулятор поступающую от компьютера двоичную информацию преобразует в аналоговые сигналы с частотной и (или) фазовой модуляцией, спектр которых соответствует полосе пропускания обычных голосовых телефонных линий. Демодулятор из этого сигнала извлекает закодированную двоичную информацию и передает ее в принимающий компьютер.
Факс-модем (fax-modem) позволяет передавать и принимать факсимильные изображения, совместимые с обычными факс-машинами. Передача факсов также подразумевает передачу цифровых данных, хотя «цифра» не видна конечным пользователям: факс-машина сканирует изображение, оцифровывает его (1 бит на точку), сжимает данные и через модем передает в телефонную линию. На приемной стороне выполняются обратные преобразования. Факс-модем работает аналогично, только вместо сканирования его программная поддержка принимает графические или текстовые данные от других программ. Принятые факсы оформляются в виде файлов графических форматов, доступных приложениям для дальнейшей обработки или печати.
Современные модемы имеют ряд дополнительных возможностей, расширяющих сферу их применения. Голосовой модем (voice modem) способен преобразовывать звуковой сигнал в цифровой вид, в котором он передается по линии связи. На приемной стороне выполняются обратные преобразования. Аудиосигнал сжимается, например, по методу ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция, АДИКМ).
Модемы во время сеанса связи могут работать в симплексном, дуплексном или полудуплексном режиме. Для повышения эффективной скорости используются различные методы сжатия информации, реализуемые как самими модемами, так и коммуникационным ПО.
2.1. Конструкции модемов
ИТЛ ДС СОС СП
УСГ К
КУ
УСПК
Рис. 10.7 Структурная схема модема
На рис. 10.7 представлена типовая структурная схема внешнего модема в состав которого входят:
ИТЛ интерфейс телефонной линии;
ДС Дифференциальная система разделения вход и выходного сигналов, переход от 2-х проводной к 4-х проводной линии;
СОС система обработки сигналов ЦАПом и АЦП.
СП сигнальный процессор кодирования сигнала;
К контроллер управления СП, обеспечивающий: коррекцию ошибок, сжатие информации, работу с памятью;
УСП устройство сопряжения с громкоговорителем;
КУ ключи управления;
УСПК устройство сопряжения с персональным компьтером.
1 . Интерфейс с телефонной линией - ИТЛ
(Direct Access Arrangement - DAA )
В ГОСТах экс-СССР регламентируется "Стык 1 ТЧ". В США модемы проверяются на соответствие FCC Part 65, Part 15, в Великобритании соответствующий стандарт - BS6305... Телефонные компании всего мира жестко регламентируют требования к оборудованию, подключаемому к каналам.
Обеспечение физического соединения, защита от перенапряжения и радиопомех, набор номера и фиксация телефонных звонков, гальваническая развязка и согласование импеданса - вот далеко не полный перечень функций, поддерживаемых схемой DAA. Перечисленные функции обеспечиваются следующим образом.
1) Соединители RJ11 обеспечивают физическое подключение к коммутируемой телефонной линии и телефонному аппарату. В дешевых изделиях телефон подключается параллельно входу модема, в качественных поддерживается переключение телефон/модем, реализованное на реле.
Хорошим тоном можно считать реализацию режимов многолинейных телефонных систем (Key Telephone System) - RJ12, RJ13 и поддержку работы на четырехпроводных выделенных линиях RJ45, JM8. В таблице 1 приводится назначение контактов этих соединителей.
|
Номер контакта |
RJ11 |
RJ12,RJ13 |
RJ45 |
Номер контакта |
|
|
Ring transmit |
|||||
|
Tip receive |
Tip transmit |
||||
|
Ring transmit |
|||||
|
Ring |
Ring |
Tip transmit |
|||
|
Ring receive |
|||||
|
Tip receive |
|||||
|
Ring receive |
Таблица 1
2) Входные линии защищаются от перенапряжения варистором, который резко уменьшает свое сопротивление при напряжении 400...500 В. Второй каскад быстродействующей защиты устанавливается во вторичную обмотку трансформатора и реализован на встречновключенных стабилитронах.
3) Защита линии от радиопомех, излучаемых модемом, выполняется на обычных LC фильтрах (1000 pF плюс три витка на феррите).
4) Для коммутируемых линий поддерживаются функции импульсного набора номера, "отбоя" (постоянный ток менее 0.5 мА) и "удержания линии" (постоянный ток более 8 мА).
Наиболее универсальна реализация, в которой набор номера выполняет реле, а постоянный ток протекает через трансформатор.
В новых разработках часто используется схема Electronic Holding Coll Circuit (EHCC). Она имеет низкое сопротивление постоянному току, достаточное для удержания линии, но сохраняет высокий импеданс для переменного тока полезного сигнала. При этом набор номера осуществляет реле или сам узел EHCC с оптронной развязкой управления.
Схема EHCC имеет ограниченое применение на некоторых типах АТС (например, "Квант").
5) Наиболее консервативен узел фиксации телефонных звонков. За последние десять лет он почти не изменился. Высоковольтная емкость, резистор, стабилитрон, светодиод оптронной развязки (с небольшой игрой на номиналах и типах) - вот, пожалуй, и все.
6) Важным требованием к интерфейсу с линией является обеспечение симметричности входа и его гальваническая развязка. Для этого используются трансформаторы. Оптронные развязки сегодня интересны, скорее, как экзотика.
Сами трансформаторы, беспрерывно совершенствуясь, претерпели две волны моды. Сначала использовались обычные - с емкостной развязкой по переменному току. Затем были разработаны модели, не ухудшающие параметров при значительных постоянных токах подмагничивания. При переходе к высоким скоростям все вернулось в начало...
7) Согласование импеданса. Входное и выходное сопротивление модема переменному току (300...3400 Гц) должно быть 600 Ом +-15%.
Качественный трансформатор и точный нагрузочный резистор тому залог. Для уменьшения зависимости импеданса от частоты устанавливают дополнительную емкость параллельно вторичной обмотке трансформатора.
2. Дифференциальная система (HYBRID) - ДС
Цель дифференциальной системы - переход от двухпроводной линии к четырехпроводной схеме аналогового окончания модема. Узел компенсирует проникновение выходного сигнала во входной (ближнее эхо), что повышает реальную чувствительность.
Известно несколько типов "пассивных" реализаций:
- трансформаторная, при которой вторичная обмотка трансформатора имеет среднюю точку, подключаемую через баластный резистор к земле;
- электронные, для схем с однополярным и двухполярным питанием; в этом случае выходной сигнал вычитается из входного на операционном усилителе, а частотная зависимость минимизируется использованием форсирующего каскада.
Больным местом этих схем является зависимость от сопротивления конкретной телефонной линии. Несколько типов модемов имеют аппаратную подстройку, но до конца справиться с зависимостью сопротивления от частоты в пассивных системах не удается.
Активная дифференциальная система используется в дорогих моделях. Необходимый для компенсации сигнал постоянно вычисляется сигнальным процессором. Сформированный дополнительным ЦАП и сглаженный фильтром, он вычитается из входного сигнала, обеспечивая высокое качество компенсации.
Система обработки сигналов СОС.
Гальванически изолированный от внешнего мира трансформатором и разделенный на входной и выходной дифференциальной системой сигнал попадает на "аналоговый фронт", где развертывается борьба за милливольты и децибелы.
Выходной сигнал формируется ЦАП. Для средних скоростей передачи он обычно 10-разрядный, а для высокоскоростных модемов -14...16-разрядный. Частота дискретизации данных от 7.2 до 9.6 кГц. Сглаживающий фильтр, как правило, выполняется на базе интегральной технологии "переключающихся конденсаторов". Он обеспечивает затухание более 32 дБ на частотах свыше 4.6 кГц.
Входной сигнал поступает на полосовой фильтр. Для модемов, соответствующих V.22bis - это 900...1500 Гц или 2100...2700 Гц. Для высокоскоростных полоса может достигать 300...4000 Гц (V.34). "Облагороженный" сигнал усиливается программно управляемой схемой АРУ и измеряется АЦП. Частота дискретизации и разрядность АЦП примерно соответствуют ЦАП.
4. Сигнальный процессор (Digital Signal Processor - DSP) СП
Давно закончились времена, когда "единички" и "нолики" выделялись из помех с помощью аппаратных компараторов. Скорость передачи и ее качество сейчас определяются вычислительными ресурсами, задействованными для обработки сигнала. Их усредненные значения приведены в таблице 2.
ПЗУ DSP выполняется или по масочной технологии на кристалле процессора, или в виде микросхем ОЗУ, в которые программа загружается из ПЗУ контроллера. ОЗУ данных реализуется на процессоре или совмещается с ОЗУ команд.
|
V.22bis |
V.32bis |
V.34 |
|
|
Скорость передачи б/с |
2400 |
14400 |
28800 |
|
Разрядность (бит) |
|||
|
Быстродействие (MIPS) |
|||
|
Ресурс ПЗУ/ОЗУ (кбит*разр.) |
2*16/0.124*16 |
8*16 |
32*16 |
|
Пример DSP |
TMS320C10 |
ADSP2115 |
DSP1633F |
Таблица 2
5 . Контроллер (Modem controller - MC) - К
Поддержка интерфейса с компьютером, управление DSP, реализация протоколов коррекции ошибок и сжатия информации, управление пользовательским интерфейсом и взаимодействие с энергонезависимой памятью - вот неполный перечень функций контроллера.
Усредненные значения необходимых ресурсов приведены в таблице 3.
Поддержка идеологии "upgrade" привела к постепенному сосредоточению хранения "firmware" DSP и контроллера в одной микросхеме с возможностью ее замены.
|
V.22bis |
V.32bis |
V.34 |
|
|
Скорость передачи б/с |
2400 |
14400 |
28800 |
|
Разрядность (бит) |
|||
|
Быстродействие (MIPS) |
|||
|
Ресурс ПЗУ (кбит*разр.) |
32*8 |
256*8 |
256*8 |
|
Ресурс OЗУ (кбит*разр.) |
32*8 |
32*8 |
32*8 |
|
Ресурс EEPROM (кбит*разр.) |
|||
|
Пример контроллера |
i80C51 |
68000 |
AT&T C882 |
Таблица 3
6. Устройство сопряжения с компьютером (Data Interface - DI) УСПД
Внешние модемы взаимодействуют с компьютером по цепям интерфейса RS-232C / V.24. Полный набор цепей позволяет работать как в асинхронном, так и в синхронном режимах. Микросхемы преобразователей уровня 1488, 1489 обеспечивают сопряжение биполярной логики интерфейса с внутренними ТТЛ уровнями.
Внутренние изделия могут работать только в асинхронном режиме, т.к. в их состав входит микросхема асинхронного COM порта - UART(16C450 или 16C550, имеющая встроенный буфер приема). Есть реализации, в которых порт эмулируется контроллером. Достаточно буфера и дешифратора для подключения UART к общей шине компьютера. Джамперы позволяют настроить номер COM порта (COM1...COM4) со стандартным или расширенным номером прерывания.
7. Интерфейсы с пользователем (User Interface)
1) Звук (SPEAKER) Устройство сопряжения с громкоговорителем - УСГ.
Встроенный в модем динамик озвучивает процессы, происходящие в телефонном канале. В хороших моделях используются магнитоэлектрические динамики с линейной полосой воспроизведения, в более дешевых пьезоэлектрические. Для удобства пользователя громкость звука можно регулировать (узел volume).
Наиболее часто узел звука строится по схеме:
- сигнал снимается после фильтра, но до АРУ;
- громкостью управляет контроллер с помощью микросхемы коммутатора напряжения 4052;
- фильтр вносит предискажение АЧХ для линеаризации характеристик конкретного типа динамика;
- микросхема LM386, запитанная от +5 В, усиливает сигнал;
- для четырехпроводных устройств одновременно воспроизводится как входной, так и выходной сигнал.
2) Панель индикации (INDICATOR). Внутренние модемы не имеют панелей индикации. Во внешних чаще всего используются светодиоды (LED). В относительно дорогих устройствах применяют символьные двухстрочные жидко-кристаллические индикаторы (LCD). Используя панель управления можно отобразить состояние модема, характеристики физической линии, вывести меню для программирования режимов. Использование стандартных (HD44780A00-совместимых) индикаторов не сильно увеличивает себестоимость, но позволяет производителю ощутимо поднять цену.
3) Панель управления (CONTROL KEY).
В большинстве модемов панель сводится к набору джамперов и переключателей (SW), как недоступных без разборки изделия, так и имеющих специальные "окошки", "крышечки", обеспечивающие "защиту от дурака".
В изделиях с LCD кнопочная панель (KEY) сосредоточивает все функции по управлению режимами работы.
8. Питание (POWER)
Встроенные модемы запитываются от компьютера напряжениями +-5
В и лишь в отдельных случаях используют +-12 В.
Внешние модемы массового производства используют внешние адаптеры, преобразующие напряжение первичного питания 220 В во вторичное напряжение 9..12 В. Встроенный стабилизатор формирует:
- основное питание +5 В; обычно использовалось гашение напряжения из +12 В на линейном стабилизаторе, сейчас внедряются импульсные стабилизаторы;
- 5 В для аналоговых цепей;
- +-12 В для интерфейса RS-232C.
В старых разработках применялись однополупериодные схемы выпрямления для получения положительного и отрицательного напряжения. В новых используются двухполупериодные, а отрицательное напряжение формируется за счет разделительных емкостей.
9. Производители
Обзор архитектуры модемов будет не полным, если не коснуться вопроса их производителей. Все фирмы можно условно разделить на три группы.
1) Разработчики "модемного сердца" - набора специализированных БИС (chip set).
Для средних скоростей передачи относительно много фирм ввязались в гонку за призом (хотя и не все его получили): Intel, Rockwell, ATI, EXAR, Sierra Semiconductor, Silicon Sistems, Hayes, Sharp, Cermetek, Texas Instrument, и др.
Для высокоскоростных модемов лидеры обозначились более четко. Это гигант связи и телекоммуникации на американском континенте AT&T и "продукт американской конверсии" Rockwell International. Наличие лидеров ничуть не принижает результатов, достигнутых другими компаниями.
2) Производители, использующие универсальные процессоры, и, как следствие, разрабатывающие свои алгоритмы сигнальной обработки: Motorola Codex, Telebit Corp., U.S. Robotics Inc., ZyXEL, и др. Для реализации протоколов сжатия и коррекции ошибок они, как правило, покупают лицензию фирмы R. Scott Association. Все эти фирмы дополнительно поддерживают свои собственные протоколы физического уровня.
Немного в стороне стоят, так называемые, soft-модемы, программное обеспечение которых загружается из компьютера - красивые по заложенной идее, они пока не получили широкого распространения.
3) Сборщики модемов на основе chip set. Не стоит понимать термин "сборщики" в пренебрежительном тоне. Качество работы во многом определяется тем, насколько хорошо поддерживаются заложенные в chip set возможности, насколько "бесшумно" реализован аналоговый тракт передачи и еще от тысячи других причин. Многие фирмы вносят свои коррекции и реализуют дополнительные функции в программном обеспечении базовых наборов микросхем.
Приведем лишь несколько крупных фирм производителей : AMT International Industries Inc., Archtek America Corp., ATI Tecnologies, AT&T Paradyne, Boca Research Inc., Calpak Corp., Cardinal Technologies Inc., GVC Technologies Inc., Hayes Microcomputer Products Inc., Microcom Inc., MultiTech Systems, Practical Peripherals Inc., Racal-Datacom Inc., Zoom Telephonics Inc.
PAGE 11
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать |
|||
| 59569. | Квіти в творчості Лесі Українки | 37.5 KB | |
| Українка Конвалія Гордо палала троянда розкішна Найкраща з квіток Барвою й пахом вродливая пишна Красила садок. Українка Співець Ще маревом легким над нами витає Блакитна весняная мрія А в серці розкішно цвіте процвітає Золотистая квітка надія. | |||
| 59571. | Компаративний аналіз художнього твору на уроках зарубіжної літератури у 9 класі | 44 KB | |
| З огляду на значне зростання обсягу навчального матеріалу доречнішим стає компаративний аналіз художніх творів. Якими ж шляхами йде шкільна компаративістика Поперше це порівняння творів зарубіжних письменників які належать до однієї або різних літературних епох. | |||
| 59572. | Корупція в давньоримській республіці | 35.5 KB | |
| Порівняйте поведінку Цицерона й Віра коли вони займали важливі посади в Римській республіці. Одна група займається пошуком у документах фактів коли Цицерон обвинувачує Віра. Інша група намагається виявити причини такої поведінки Віра. | |||
| 59573. | Система доходів бюджету | 496 KB | |
| В умовах ринкових трансформацій проблеми формування достатнього обсягу доходів бюджету і забезпечення ефективного їх використання набувають особливої гостроти. Недоліки законодавчої бази, домінування традиційних | |||
| 59574. | Міграційні процеси в Україні | 46 KB | |
| Основні поняття: міграція еміграція імміграція сальдо міграції сезонна міграція маятникова міграція економічносоціальна міграція політична релігійна екологічна міграція біженці. Що таке міграція Які причини міграції. | |||
Введение
Коммуникационные устройства и их разнообразие. Скорость, с которой мобильные телефоны завоевывали популярность и внедрялись в нашу современную жизнь менялась на протяжении последних десятилетий в геометрической прогрессии. Ежегодно разнообразие мобильных аппаратов возрастало и в наши дни по-настоящему поражает. Попробуйте представить область деятельности человека, в которой не применялись бы портативные электронные устройства. Скорее всего, это будет не просто. Выполнение будничных задач мы постепенно отдаем на откуп возможностям новых цифровых приборов. Вместо поиска альтернативного метода их решения, мы стараемся отыскать нужный функционал в электронных устройств, чтобы заменить наши усилия автоматическими.
Данная курсовая работа состоит из двух частей: первая - теоретическая часть. В ней рассматривается все типы современных коммуникационных устройств, их характеристика и свойства. Вторая часть - расчетная, в ней рассматриваются типы топологий «шина» и «кольцо», Их сравнительные характеристики, преимущества и недостатки.
Коммуникационные устройства
Коммуникационные устройства ПК предназначены для обмена данными между компьютерами, компьютером и удаленным устройством ввода-вывода, требуется для различных целей: передачи файлов, совместного использования периферийных устройств (например, принтеров), доступа к разнообразным информационным услугам Интернета и частных сетей, приема и передачи факсимильных сообщений, посылки сообщений на пейджеры и мобильные телефоны, установление голосовой связи (IP-телефония), видеосвязи и даже совместных игр по сети, а также для объединения компьютеров в локальную (Local Area Network, LAN) или глобальную (Wide Area Network, WAN) сеть (включая Интернет). Обмен данными требуется для различных целей: передачи файлов, совместного использования периферийных устройств (например, принтеров), доступа к разнообразным информационным услугам Интернета и частных сетей, приема и передачи факсимильных сообщений, посылки сообщений на пейджеры и мобильные телефоны, установление голосовой связи (IP -телефония), видеосвязи и даже совместных игр по сети. Современные технологии, используемые для этих целей, ориентированные именно на коммуникации: СОМ-порт, беспроводные интерфейсы, модемы, адаптеры локальных сетей. Связь между компьютерами, правда, с рядом ограничений, может быть установлена и другими средствами: через LPT-порты, последовательные шины FireWire и USB.
Локальная сеть (Local Area Network, LAN) - компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным. Связывает компьютеры в пределах одной организации и предоставляет следующие преимущества:
- · возможность обмена информацией (файлами) без использования дискет;
- · возможность хранить файлы на общем сетевом диске и обращаться к ним с любого компьютера сети;
- · возможность использования общих внешних устройств (принтеры, сканеры), подключенных к сети.
Глобальная компьютерная сеть, ГКС (англ. Wide Area Network, WAN) -- компьютерная сеть, охватывающая большие территории и включающая в себя большое число компьютеров. ГКС служат для объединения разрозненных сетей так, чтобы пользователи и компьютеры, где бы они ни находились, могли взаимодействовать со всеми остальными участниками глобальной сети.
Некоторые ГКС построены исключительно для частных организаций, другие являются средством коммуникации корпоративных ЛВС с сетью Интернет или посредством Интернет с удалёнными сетями, входящими в состав корпоративных. Чаще всего ГКС опирается на выделенные линии, на одном конце которых маршрутизатор подключается к ЛВС, а на другом коммутатор связывается с остальными частями ГКС.
Сети компьютеров можно классифицировать следующим образом.
- * Простейшие одноуровневые объединяют небольшое число компьютеров, причем все они имеют одинаковые возможности использования;
- * Двухуровневые сети могут объединять большее число компьютеров, среди которых выделяется один центральный компьютер, который организует работу всей сети. На дисках сервера хранятся основные файлы, необходимые для управления работой всей сети и отдельных компьютеров, а также файлы пользователей.
- * Многоуровневые сети могут объединять между собой отдельные локальные сети со своими серверами. Особенность таких сетей состоит в том, что серверы могут быть компьютерами разных типов (IBM-совместимые ПК, компьютеры Macintosh, рабочие станции). Это требует использования специальных программ управления такими сетями. Подобные сети иногда называют корпоративными.
- * Региональные сети объединяют компьютеры в рамках некоторого региона (Татарстан, Поволжье, Россия) и используют для передачи информации телефонные линии или специальные высокоскоростные каналы. Наиболее известной сетью в России является сеть Relcom.
- * Глобальные (мировые) сети объединяют миллионы компьютеров по всему миру. Наиболее известная мировая сеть - Internet.
Для связи компьютеров друг с другом в пределах одной сети необходимы два основных типа устройств:
- · специальные электронные схемы (сетевые платы), вставляемые в каждый компьютер;
- · провода (кабели), необходимые для физического соединения компьютеров.
Для организации взаимодействия компьютеров через телефонные линии необходимы специальные устройства - модемы. Они служат посредниками между компьютером и телефонной линией и необходимы для преобразования цифрового представления информации в непрерывный сигнал и обратно.
Проводные интерфейсы связи. Последовательный интерфейс для передачи данных в одном направлении использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом -- последовательно. Английские названия интерфейса и порта -- Serial Interface и Serial Port. Последовательная передача позволяет сократить количество сигнальных линий и добиться улучшения связи на больших расстояниях. Начиная с первых моделей, в PC имеется последовательный интерфейс - СОМ-порт (Communications Port -- коммуникационный порт). Этот порт обеспечивает асинхронный обмен по стандарту RS-232C. Синхронный обмен в PC поддерживают лишь специальные адаптеры, например, SDLC или V.35. СОМ-порты реализуются на микросхемах универсальных асинхронных приемопередатчиков (UART), совместимых с семейством 18250/16450/16550.
Порты могут вырабатывать аппаратные прерывания IRQ4 (обычно используются для СОМ1 и COM3) и IRQ3 (для COM2 и COM4). С внешней стороны порты имеют линии последовательных данных передачи и приема, а также набор сигналов управления и состояния, соответствующий стандарту RS-232C. СОМ-порты имеют внешние разъемы-вилки DB25P или DB9P, выведенные на заднюю панель компьютера. Характерной особенностью интерфейса является применение не ТТЛ-сигналов -- все внешние сигналы порта двух - полярные. Гальваническая развязка отсутствует -- схемная земля подключаемого устройства соединяется со схемной землей компьютера. Скорость передачи может достигать 115,2 Кбит/сек.
Название порта указывает на его основное назначение -- подключение коммуникационного оборудования (например, модема) для связи с другими компьютерами, сетями и периферийными устройствами. К порту могут непосредственно подключаться и периферийные устройства с последовательным интерфейсом: принтеры, плоттеры, терминалы и др. СОМ-порт широко используется для подключения мыши, а также организации непосредственной связи двух компьютеров. К СОМ-порту подключают и электронные ключи.
В настоящее время устройства, которые традиционно используют СОМ-порт, рекомендуется переводить на последовательные шины USB и Fire Wire.
1. Локальная вычислительная сеть - программно-аппаратный комплекс, включающий в себя несколько активно взаимодействующих компьютеров (обычно от нескольких штук до нескольких сотен), соединенных между собой каналами связи. В локальную сеть включается также коммуникационное оборудование. К нему относятся:
ü концентраторы;
ü коммутаторы;
ü маршрутизаторы.
Основное отличие локальной сети от территориально распределенных сетей заключается в использовании коммуникационного оборудования, не требующего специальных мер коррекции ошибок передачи и сжатия информации.
Сетевая работа пользователя начинается на его рабочем месте, которое чаще всего представляет собой компьютер, включенный в местную (или локальную) сеть. Компьютер, подключенный к удаленной сети через модем, логически по адресации также включен в локальную сеть. В этом случае говорят об использовании протокола TCP/IP поверх последовательной линии. В России преобладают локальные сети Ethernet.
Локальные вычислительные сети (ЛВС) традиционно выделяют из всего многообразия возможных компьютерных сетей.
В настоящее время концепция локальных вычислительных сетей достаточно хорошо проработана. В основе этой концепции лежит принцип организации ЛВС в виде так называемой сети Intranet, то есть внутренней сети, построенной на основе тех же протоколов, программного обеспечения, средств доступа и защиты информации, что и глобальная сеть Internet.
2. Локальные вычислительные сети позволяют объединять в систему большое количество рабочих мест, построенных на основе ЭВМ. При этом персонал таких рабочих мест может совместно использовать оборудование сети, программные средства и информацию. Локальная вычислительная сеть может рассматриваться каждым ее участником как единый программно-аппаратный комплекс. В этом комплексе можно выделить следующие технологические преимущества:
ü разделение аппаратных средств (например, доступ к лазерному принтеру обеспечивается со всех рабочих станций сети);
ü разделение данных (со всех рабочих станций сети обеспечивается доступ к системе управления базой данных - СУБД);
ü разделение программных средств (необходимые программы могут быть запущены с любой рабочей станции);
ü разделение ресурсов процессора файлового сервера (процессор используется в режиме разделения времени. Его особенность заключается в том, что доступ к имеющимся ресурсам осуществляется через специальный диспетчер);
ü мультипрограммный режим (предоставляет возможность даже одному пользователю организовать работу одновременно с несколькими заданиями);
ü электронная почта (с помощью которой происходит интерактивный обмен информацией между пользователями на рабочих станциях сети).
Описанные возможности не являются специфическими для локальных сетей. В той или иной мере они присущи всем сетям. В локальной сети их действенность усиливается, если локальная сеть используется как единый комплекс, например, при коллективной разработке некоторого продукта.
Схема обмена данными в сетях Ethernet называется множественным доступом с контролем несущей и обнаружением конфликтов - CSMA/CD (Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection). Множественный доступ означает, что любое подключенное устройство может передавать информацию. Контроль несущей означает, что можно определить, занят канал или нет. Обнаружение конфликтов означает возможность узнать, перебиваете вы кого-нибудь или нет.
Фактическая задержка при обнаружении конфликтов - величина случайная. Это позволяет избежать такого развития событий, когда две машины одновременно передают сообщение по сети, обнаруживают конфликт, ждут некоторое время, а потом возобновляют передачу, переполняя сеть конфликтами. Вычисление задержки происходит с использованием генератора случайных чисел на некотором диапазоне. Количество попыток передачи не бесконечно. После определенного числа попыток сообщение снимается.
3. В качестве рабочих мест в ЛВС применяют автономные компьютерные системы, называемые рабочими станциями, автоматизированными рабочими местами (АРМ), или сетевыми станциями. Обычно включаемые в сеть станции располагают собственным внешним накопителем, но допускается конфигурация без такового со специальными постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ) для загрузки сетевого программного обеспечения.
Управление различными службами в ЛВС осуществляется с использованием одного или нескольких серверов. В терминологии сетевых технических средств сервер - это один из включенных в сеть компьютеров, располагающих соответствующими программными и достаточными аппаратными мощностями для выполнения какого-либо обслуживания. Принципиальной разницы между сервером и рабочей станцией, снабженной специальным программным обеспечением, нет.
К серверу могут предъявляться некоторые дополнительные требования, связанные с необходимостью обслуживания им большого числа запросов от многих станций и других серверов. Например, типичным требованием к серверам является требование круглосуточной бесперебойной работы.
Повышенные требования предъявляются к программно-аппаратному обеспечению файловых серверов. Это связано с тем, что от таких серверов зависят временные характеристики по загрузке, передаче и хранению данных в сети.
4. Для подключения ЭВМ к сети требуются устройства сопряжения, называемые сетевыми адаптерами, или сетевыми интерфейсными картами, вставляемыми в гнездо материнской платы компьютера. В настоящее время широкое распространение приобрели адаптеры, которые могут настраиваться на различную скорость передачи данных: 10 Мбит/с (Ethernet) и 100 Мбит/с (Fast Ethernet).
В настоящее время в основном выпускаются адаптеры с автоматической настройкой Plug-and-Play (PNP), которые в случае конфликтов с другими аппаратными средствами допускают и программную перенастройку.
При выпуске каждый сетевой адаптер снабжается микросхемой с уникальным 48-битовым адресом Ethernet. Каждая фирма, имеющая лицензию на выпуск адаптеров, располагает собственным диапазоном аппаратных адресов Ethernet, так что в мире не должно быть двух интерфейсных карт с одинаковыми адресами.
Для взаимного преобразования интернетовских адресов в аппаратные и обратно служат протоколы ARP (Address Resolution Protocol) и RARP (Reverse ARP).
5. Топология локальных сетей Ethernet представляет собой шину с ответвлениями, но без контуров. В каждой логической (в смысле адресации TCP/IP) сети между двумя любыми точками имеется только один путь. Данные, пересылаемые по кабельной системе, передаются всем машинам в широковещательном режиме.
Стандартная спецификация Ethernet предусматривает скорость передачи данных 10 Мбит/с. Аппаратура быстрой Ethernet (Fast Ethernet) рассчитана на скорость 100 Мбит/с.
В топологии Ethernet наиболее распространены три среды передачи данных.
ü коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 50 Ом;
ü медный провод "витая пара";
ü оптоволоконный кабель.
При выборе типа кабеля учитываются следующие показатели:
ü стоимость монтажа и обслуживания;
ü ограничение на длину коммуникаций без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров);
ü безопасность передачи данных.
6. Пропускная способность локальных сетей сильно зависит от количества включенных в них активно действующих объектов - серверов, рабочих станций, интеллектуальных устройств. В сетях Ethernet при увеличении информационных потоков может резко возрасти время доставки сообщений, а затем наступить полная блокировка: ни одно сообщение не сможет пробиться к адресату.
Для борьбы с этим явлением, прежде всего, должны использоваться специализированные программные средства и совершенствоваться собственно программное обеспечение серверов и станций. Это требует специального анализа и измерения информационных потоков.
В качестве аппаратных мер по предотвращению заторов можно с помощью специального коммуникационного оборудования разделить сеть на части, в которые входят наиболее активно взаимодействующие между собой объекты. Такое деление часто называют сегментацие й. Обычно сегментация возникает естественным образом исходя из расположения сетевых объектов и состава групп специалистов, решающих общие задачи. Но возможно проведение сегментации с целью недопущения блокировок, когда замечено, что время реакции сети существенно возрастает.
В компьютерных сетях наиболее распространенным коммуникационным оборудованием являются:
ü концентраторы;
ü коммутаторы;
ü маршрутизаторы.
Для сегментации с целью избежания перегрузок могут служить только коммутаторы и маршрутизаторы.
Концентратор (Hub) позволяет присоединить к нему несколько рабочих станций, логически (по адресам) входящих в одну и ту же сеть. Концентратор обеспечивает возможность использования в ЛВС кабеля "витая пара".
Коммутатор (Switch) позволяет увеличить полосу пропускания и уменьшить время задержки обработки информации. С его помощью можно сегментировать локальную сеть на канальном уровне иерархической модели протокола TCP/IP, то есть без использования IP-адресации.
Маршрутизатор (router) разбивает логически единую по адресации сеть на подсети. Маршрутизатор служит либо для соединения сетей с различными протоколами, либо для соединения сетей TCP/IP с различным пространством адресов. В последнем случае его часто называют шлюзом (Gateway). Аппаратные маршрутизаторы обычно бывают многопротокольными и очень дороги. В локальных сетях в качестве маршрутизатора можно использовать не очень мощный компьютер с двумя или более сетевыми картами, что является самым дешевым решением для расширения сети.
Маршрутизаторы предоставляют дополнительные средства защиты данных и контроля трафика. Они играют большую роль в управлении сетью и выявлении нештатных ситуаций.
Коммуникационные устройства ПК предназначены для обмена данными между компьютерами, компьютером и удаленным устройством ввода-вывода, а также для объединения компьютеров в локальную (Local Area Network, LAN) или глобальную (Wide Area Network, WAN) сеть (включая Интернет). Обмен данными требуется для различных целей: передачи файлов, совместного использования периферийных устройств (например, принтеров), доступа к разнообразным информационным услугам Интернета и частных сетей, приема и передачи факсимильных сообщений, посылки сообщений на пейджеры и мобильные телефоны, установления голосовой связи (IP-телефонии), видеосвязи и даже совместных игр по сети. Современные технологии, используемые для этих целей, рассмотрены в , а в этой главе описаны коммуникационные устройства: модемы и адаптеры проводных и беспроводных локальных сетей. Связь между компьютерами - правда, с рядом ограничений может быть установлена и другими средствами: через LPT-порты, последовательные шины FireWire и USB. Конечно, практическую (прикладную) пользу из подключения компьютера к сети можно извлечь только при наличии сетевого программного обеспечения, но его рассмотрение не является темой данной книги.
Варианты подключения
Для подключения отдельного (например, домашнего) компьютера к Интернету необходимо обеспечить его связь с интернет-провайдером (поставщиком услуг). Для такой связи существуют несколько вариантов, различающихся по доступности, пропускной способности, стоимости:
Подключение через модем по обычной (коммутируемой) телефонной линии - самый массовый и доступный способ. Для этого необходимо установить модем (внутренний или внешний) и настроить интернет-браузер (прикладную программу) на данный тип связи (мастер настройки в Windows задаст все необходимые вопросы). Также нужно заключить договор с провайдером и получить у него номер телефона, по которому модем должен дозваниваться к провайдеру, имя пользователя и пароль. Провайдер, в принципе может находиться в любом месте, но не следует выбирать слишком далекого (в плане телефонной сети) провайдера, тем более иногороднего или зарубежного (будет слишком дорого). Далее при запуске браузера модем автоматически (или с запросом подтверждения) по команде браузера будет дозваниваться до провайдера и устанавливать соединение (на это могут уходить минуты, если, конечно, легко дозвониться до провайдера). После установления соединения можно пользоваться всеми благами Сети. Условия оплаты могут быть различными: фиксированная оплата при ограниченном объеме пересылаемой информации (трафика); повременная оплата подключения; оплата по трафику и их различные комбинации. При повременной оплате не следует забывать разрывать связь по окончании активной работы в Сети (это экономит деньги). У подключения через модем есть ряд недостатков: скорость приема данных из сети не может превышать 56 Кбит/с, а передачи - еще ниже. При плохой АТС пользователя или плохих линиях связи, а также с плохим провайдером связь окажется неустойчивой, соединения будут разрываться, и копирование больших файлов в таких условиях может быть не только длительным, но и невозможным. Во время работы в Сети данной телефонной линией пользоваться для разговоров, естественно, невозможно. Извне дозвониться до увлеченного абонента Сети тоже проблематично (хотя можно по электронной почте послать ему письмо). Абоненты сблокированных телефонов могут испытывать технические трудности подключения, а также сложности в дележе телефонного времени с соседями. Вероятный переход на повременную оплату телефонных разговоров может заметно удорожить этот пока что самый доступный способ подключения.
Подключение через xDSL-модемы по обычной телефонной линиц. Для этого должны быть установлены соответствующие модемы у пользователя и провайдера, но провайдер, кроме того, должен физически находиться на территории АТС, обслуживающей данного пользователя. Такие модемы дороже обычных, но зато обеспечивают более высокую скорость передачи. К тому же модем работает независимо от телефона, подключенного к той же линии. К xDSL-модему можно подключать и небольшую локальную сеть компьютеров (ряд xDSL-модемов подключаются прямо через Ethernet).
Подключение через выделенную двух- или четырехпроводную телефонную линию с помощью специального модема. Это подключение уже никак не связано с телефоном, здесь используются только телефонные кабели. Подключение может быть организационно сложным, поскольку далеко не всегда в телефонных кабелях имеются свободные пары. Качество и скорость связи, как правило, выше, чем у обычных модемов, но выше и цена оборудования.
Подключение через сеть кабельного телевидения и кабельный модем. Пока что не очень распространенный способ, поскольку он выгоден провайдеру (владельцу сети кабельного телевидения) лишь при существенном числе абонентов, желающих подключиться к Сети.
Подключение через цифровую сеть ISDN. Для этого требуются адаптер подключения к ISDN (часто называемый ISDN-модемом) и собственно линия ISDN, проложенная к пользователю. Скорость передачи - 64 или 128 Кбит/с (для абонентов с интерфейсом BRI), но даже для этого начального уровня сеть ISDN - дорогое удовольствие.
Спутниковое подключение. Провайдер обеспечивает высокоскоростную передачу нисходящего трафика (из Сети к пользователю) через спутник, для приема требуются спутниковая антенна и специальный приемник, подключаемый к компьютеру. Обратный канал организуется одним из традиционных проводных способов (чаще - через коммутируемые телефонные линии).
Подключение через оптоволоконную линию связи - самое дорогое, но и качественное соединение. Для этого требуется прокладка оптоволоконного кабеля от провайдера до пользователя, причем одному пользователю требуется только пара волокон. Оконечная аппаратура дорогостоящая, но скорость передачи упирается только в физические возможности провайдера (и финансовые - пользователя).
Подключение к локальной сети, являющейся IP-подсетью Интернета. Технически это самое простое подключение - необходим сетевой адаптер, подключенный к локальной сети. К адаптеру подключается сетевой протокол IP, назначается IP-адрес, и компьютер становится полноправным членом Сети. Вопросы связи с провайдером ложатся на администратора сети, который должен позаботиться об отделении локальной сети от глобальной маршрутизатором. Связь маршрутизатора с провайдером может выполняться одним из вышеописанных способов.
