Организация ЭВМ и систем. Периферийные устройства (стр. 4 )

Среднее время поиска определяется по смеси обращений к случайным цилиндрам и для современных жестких дисков составляет около 8–14 мс. Чем больше объем накопителя, тем больше и время поиска: большее число головок труднее быстро перемещать; большее число цилиндров или увеличивает длину перемещения головок, или повышает требования к точ­ности позиционирования.

Максимальное время поиска примерно в два раза пре­вышает среднее и относится к самым дальним переходам между крайними ци­линдрами.

Скорость вращения шпинделя измеряется в оборотах в ми­нуту (RPM – Rotates Per Minutes), позволяет косвенно судить о производи­тельности (внутренней скорости). Для жестких дисков значения 5400–7200 об/мин является обычной, 10000–15000 об/мин – высокой скоростью.

Среднее ожидание сектора при одиночном обращении обычно составляет половину времени полного оборота. Современные контроллеры «позволяют» уменьшить это значение чуть ли не до нуля (Zero Latency), начиная считывание всего трека сразу после позицио­нирования (не дожидаясь команды).

Объем буферной памяти – для современных жестких дисков буферная память составляет 8–32 МБайт.

Физические параметры – ширина, высота, глубина и вес.

4.1.3. Накопители НГМД. Обычно дискета (floppy disk) представляет собой гибкую пластиковую пластину, покрытую ферромагнитным слоем. Эта пластина помещается в гибкую или жесткую оболочку, защищающую магнитный слой от физических повреждений. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства – дисковода (флоппи-дисковода). Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения. При записи на дискету используется кодирование MFM.

Внутренние дисководы подключаются при помощи интерфейса SA-400, разработанного в начале 1970-х годов компанией «Shugart Associa-tes». Интерфейс относится к категории интерфейсов на уровне устройства, т. к. содержит сигналы, характерные для функций устройства (Motor On – включить мотор, Index – проход индексной метки, Side 1 Select – выбор головки и т. п.). Интерфейс обеспечивает скорость порядка 300 Кбит/с.

Для внутренних накопителей всех типов используют интерфейсы SCSI, EIDE/ATA или SerialATA, а для внешних – SCSI, IEEE 1284 (иногда), USB и FireWire.

4.2. Накопители с оптическим носителем

Под накопителем для оптических носителей чаще всего подразумевают привод для компакт-дисков (CD-ROM) или привод DVD-дисков (DVD-ROM).

4.2.1. Устройство CD-ROM. Компакт-диск (compact disk) был создан в 1979 году компаниями «Philips» и «Sony». В «Philips» разработали общий процесс производства, основываясь на своей более ранней технологии лазерных дисков, а «Sony» выработала методику коррекции ошибок.

Компакт-диски изготавливаются из поликарбоната толщиной 1,2 мм, покрытого тончайшим слоем алюминия с защитным слоем из лака, на котором обычно печатается этикетка. Компакт-диски диаметром 12 см вмещают до 650 МБайт информации (74 мин. аудио). Используются также объемом 700 МБайт (80 мин. аудио), 800 МБайт (90 мин. аудио) и более.

Конструктивно диск представляет собой трехслойный «пирог» (рис. 41).

Рис. 41. Структура компакт-диска

Подложка из оптически прозрачного материала (поликарбонат), которая изготавливается методом литья под давлением. При изготовлении подложки на одной из ее поверхностей формируется информационный рисунок (спиральная дорожка), состоящий из ямок (питов) и промежутков между ямками (лэндов). На информационный рисунок напыляется тонкий отражающий слой. Поверх отражающего слоя наносится слой лака, защищающий диск от повреждений. Как правило, на защитный лак наносится лейбл.

На рис. 42 отображена схема считывания информации с оптического диска. Для чтения информации с КД используется луч лазера (laser) инфракрасного диапазона (ИК). Луч подается на вращающийся диск со стороны подложки, отражается от отражающего слоя и возвращается на специальный фотоприемник (photo-electrical cell). При попадании луча на питы и лэнды интенсивность отраженного луча меняется. В итоге на выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, повторяющий по форме информационный рисунок на поверхности компакт-диска.

Рис. 42. Устройство лазерного механизма

Таким образом, фиксируются логические "1" и "0, соответствующие исходным данным в коде EFM5. Для коррекции ошибок используется алгоритм CIRC6.

4.2.1.1. Виды компакт-дисков. Различают следующие виды компакт-дисков: CD-ROM, CD-R и CD-RW. Обычные компакт-диски (CD-ROM) штампуются на заводах при помощи стеклянной матрицы с вытравленным на ней рисунком дорожек, которой прессуется металлический слой диска.

CD-R (CD-Recordable) – это однократно записываемый компакт-диск. Он состоит из пластиковой основы и записывающего слоя, представляющего собой слой органического красителя (цианин, металлизированный AZO или фталоцианин) и отражающий слой из серебра, его сплава или золота. Отражающий слой покрывается защитным лаком. Чистый CD-R не является полностью пустым, на нем имеется служебная дорожка с сервометками ATIP7. Эта служебная дорожка нужна для системы слежения, которая удерживает луч лазера при записи на дорожке и следит за скоростью записи. Помимо функций синхронизации служебная дорожка также содержит информацию об изготовителе этого диска, сведения о материале записывающего слоя, длине дорожки для записи и т. п. Служебная дорожка не разрушается при записи данных на диск. При записи CD-R данные наносятся на диск лучом лазера повышенной мощности, чтобы физически "прожечь" органический краситель записывающего слоя. Когда краситель нагревается выше определенной температуры, он разрушается и меняет отражательные свойства (темнеет). Управляя мощностью лазера, на записывающем слое можно получить чередование темных и светлых пятен, которые при чтении интерпретируются как питы. При чтении лазер имеет значительно меньшую мощность, чем при записи, и не разрушает краситель записывающего слоя. Отраженный от слоя серебра луч попадает на фотодиод; если же луч падает на темный ("прожженный") участок, то почти не проходит через него до отражающего слоя и фотодиод регистрирует ослабление светового потока. Прожигание записывающего слоя является необратимым химическим процессом, т. е. однократным, поэтому записанную на CD-R информацию нельзя стереть.

CD-RW (CD-ReWritable) – это перезаписываемый компакт-диск. Технология CD-RW была представлена в 1997 году. В CD-RW записывающий слой состоит из материала с фазовым переходом (обычно сплав AgInSbTe). При помощи ИК-лазера кристаллические участки записывающего слоя быстро нагреваются и переходят в аморфное состояние или трансформируются при более низкой температуре и более длительном нагреве обратно в кристаллическое состояние. Различие в коэффициентах отражения аморфных и кристаллических областей интерпретируется как питы и площадки. Однако уровень сигналов в таком случае получается ниже, чем декларируется стандартами CD-ROM и CD-R, поэтому компакт-диски CD-RW могут не читаться в приводах CD-ROM.

4.2.2. Устройство DVD-ROM. В сентябре 1995 г. группой компаний («Philips», «Sony», «Toshiba» и др.), позднее образовавших «DVD Forum», была предложена спецификация оптических дисков высокой плотности – DVD9. DVD представляет собой две склеенных пластины из поликарбоната толщиной по 0,6 мм, покрытых отражающим слоем из алюминия или золота. Один слой способен хранить 4,38 ГБайт информации. Принцип работы аналогичен CD-ROM, однако для чтения DVD используется лазер с длиной волны 650 нм и большей, чем у лазеров для CD, апертурой, что позволяет значительно увеличить плотность записи. Кроме того, в DVD используются более эффективные алгоритмы кодирования (EFM-Plus10) и коррекции ошибок (RS-PC11).

4.2.2.1. Виды DVD-дисков. Различают следующие типы носителей DVD:

– DVD-ROM – штампованные на заводе диски;

– DVD-R/RW (DL) – однократно (RW – многократно) записываемые диски, стандартизованные DVD Forum (Double Layer – двухслойные);

– DVD-RAM – многократно записываемые диски с произвольным доступом (RAM – Random Access Memory);

– DVD+R/RW (DL) – однократно (RW - многократно) записываемые диски, предложенные DVD+RW Alliance (Double Layer – двухслойные).

Стандарт записи DVD-R/RW был разработан консорциумом «DVD Forum» как официальная спецификация перезаписываемых дисков. Однако цена лицензии на эту технологию была слишком высока и поэтому несколько производителей пишущих приводов и носителей для записи объединились в «DVD+RW Alliance», который и разработал стандарт DVD+R/RW. Стандарты записи DVD+R/RW и DVD-R/RW частично совместимы. Все приводы для DVD могут читать оба формата дисков, и большинство пишущих приводов также могут записывать диски обеих технологий.

DVD-RAM по технологии ближе к дисковым накопителям, чем к компакт-дискам, т. к. вместо одной спиральной дорожки содержит множество концентрических дорожек. При этом не требуется специализированного программного обеспечения.

По объему выделяют следующие категории DVD-дисков:

– DVD-5 – однослойные односторонние 4,7 гигабайт (4,38 ГБайт);

– DVD-9 – двухслойные односторонние 8,5 гигабайт (7,92 ГБайт);

– DVD-10 – однослойные двухсторонние 9,4 гигабайт (8,75 ГБайт);

– DVD-18 – двухслойные двухсторонние 17,1 гигабайт (15,9 ГБайт).

4.2.3. Накопители BD-ROM. В 2006 году консорциумом «BDA» был предложен новый формат оптического носителя – Blu-Ray Disc. Для записи и чтения используется коротковолновый «синий» лазер (длина волны – 405 нм), что позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском (до 0,32 мкм) и увеличить плотность записи данных.

Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 25 ГБайт, двухслойный диск может вместить 50 ГБайт.

Скорость CD-приводов указывается в единицах, кратных 150 Кбайт/сек (1х), а DVD-приводов – в единицах, кратных 1352 Кбайт/сек (что соответствует 9х для CD-привода). Скорость передачи данных для BD-ROM измеряется в единицах, кратных 36 Мбит/сек.

Обычно внутренние оптические приводы подключаются через интерфейс EIDE/ATA, SATA или SCSI, а внешние – через SCSI, USB или FireWire.

4.3. Флэш-память

Флэш-память – особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти.

Конструктивно может состоять из двух основных элементов: непосредственно ячейка памяти и контроллер памяти. Для работы с флэш-памятью нужны кардридеры, которые могут поддерживать только один тип флэш-карт или поддерживать какое-то определенное количество.

Флэш-карты бывают двух типов: с параллельным (parallel) и с последовательным (serial) интерфейсом.

Карты с параллельным интерфейсом:

– PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash).

– CompactFlash (CF).

– SmartMedia.

– xD-Picture Card.

Карты с последовательным интерфейсом:

– MultiMedia Card (MMC).

– Sony Memory Stick.

Карты с последовательно-параллельным интерфейсом:

– SD-Card (Secure Digital Card).

4.3.1. PC-Card (PCMCIA) или ATA Flash. PC Card – один из первых стандартов карт флэш-памяти, ранее этот тип карт назывался PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) (рис. 43).

Рис. 43. Карта PC-Card

Карта снабжена ATA контроллером. Благодаря этому обеспечивается эмуляция обычного жесткого диска. PC Card бывает объемом до 2 ГБайт. Существует три типа PC Card ATA (I, II и III). Все они отличаются толщиной (3,3 5,0 и 10,5 мм соответственно). Все три типа обратно совместимы между собой. Питание карт – 3,3 В и 5 В. ATA-flash как правило относится к форм-фактору PCMCIA Type I. Основное применение карт данного типа приведено в табл. 2.

Таблица 2

Параметры PC-Card

Тип	Длина, мм	Ширина, мм	Толщина, мм	Использование
Type I	85,6	54	3,3	Память (SRAM, DRAM, Flash и т. д)
Type II	85,6	54	5	Память, устройства ввода-вывода (модемы, сетевые карты и т. д)
Type III	85,6	54	10,5	Устройства хранения данных, жёсткие диски

PC-Card Flash бывают двух типов: PCMCIA Linear Flash Card и ATA Flash Card (Flash Disk). Linear встречается намного реже ATA flash и не совместим с последним. Отличие между ними состоит в том, что ATA Flash содержит в себе схему, позволяющую эмулировать обычный HDD, автоматически помечать испорченные блоки и производить автоматическое стирание блоков.

pactFlash – формат флэш-памяти, появился одним из первых среди карт флэш-памяти. Формат разработан компанией «SanDisk Corporation» в 1994 году.

Интерфейс: параллельный, 50-ти контактный, соответствует стандарту PCMCIA ATA.

Спецификацию для данного формата составляет «Association CompactFlash». По мере развития технологий данный формат развивался:

pactFlash Type II – емкость памяти до 320 МБайт, скорость чтения до 1,5 МБайт/с, записи – 3 МБайт/сек.

pactFlash 2.0 или CF+ – скорость чтения увеличилась до 8 МБайт/сек, записи – 6,6 МБайт/сек.

pactFlash 3.0 (конец 2004 года) – поддерживает режимы UDMA33 и UDMA66, скорость передачи данных увеличена до 66 МБайт/сек.

В 2007 году максимальный объём накопителей с интерфейсом CompactFlash достиг 32 ГБайт.

Размеры карт составляют 42 мм на 36 мм:

– для CompactFlash толщина составляет 3,3 мм;

– для CompactFlash Type II – 5 мм.

Карты CompactFlash Type I могут вставляться в слоты обоих типоразмеров, CompactFlash Type II – только в слот для CompactFlash Type pactFlash обоих типоразмеров имеет 50-ти контактные разъёмы.

Карты поддерживают два напряжения: 3,3 В и 5 В. Любая карта CF способна работать с любым из двух видов питания.

В соответствии со стандартом, интерфейс накопителей CompactFlash электрически совместим с интерфейсом IDE (рис. 44).

Рис. pactFlash

4.3.3. SmartMedia. SmartMedia – портативная флэш-карта памяти (рис. 45), созданная компаниями «Toshiba» и «Samsung» и выпущенная на рынок в 1995 году, чтобы составить конкуренцию форматам «CompactFlash» и «PC Card».

Интерфейс: параллельный, 22-х контактный. 8 из 22-х контактов карты используются для передачи данных, остальные служат для питания микросхемы, управления и несут на себе другие вспомогательные функции. Размер карты SmartMedia составляет 45,0×37,0×0,76 мм. Скорость передачи данных – 2 МБайта/сек.

Рис. 45. Карта SmartMedia

Карта SmartMedia состоит из одного чипа NAND EEPROM внутри тонкого пластикового корпуса (некоторые карты большого объёма состоят из нескольких связанных чипов). В карте отсутствует контроллер памяти. Основные достоинства:

– сравнительно малые габариты;

– невысокая цена.

Недостатки:

– максимальный объём карты был ограничен 128 МБайт.

Есть две версии карт SmartMedia – 5 В и 3,3 В (иногда обозначается 3В), названные по рабочему напряжению. Корпус у них практически идентичен. Единственное различие – положение «срезанного» уголка.

4.3.4. xD-Picture Card. Интерфейс: параллельный, 22-х контактный. Анонсирован 30 июля 2002 года компаниями «Fujifilm» и «Olympus» (рис. 46). Теоретически емкость карт может достигать 8 ГБайт.

Рис. 46. Карта xD-Picture

Размеры карты: 20×25×1,7 мм. Как и SmartMedia, карта xD-Picture не содержит контроллера.

Существует несколько типов карт:

– скорость записи обычных xD карт памяти объёмом от 64 МБайт до 512 МБайт составляет около 3 МБайт/сек и около 5 МБайт/сек – скорость чтения;

– скорость записи xD карт памяти типа M составляет около 2,5 МБайт/сек и около 4 МБайт/сек – скорость чтения;

– скорость записи xD карт памяти типа H составляет около 4 МБайт/сек и около 5 МБайт/сек – скорость чтения.

4.3.5. MultiMedia Card. MultiMedia Card (MMC) – портативная флэш-карта памяти, использующаяся в цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. д.

Интерфейс: последовательный, 7-и контактный. Разработана в 1997 году компаниями «Hitachi», «SanDisk» и «Siemens Semiconductors» (Infineon Technologies) и имеет размер 24×32×1,5 мм (рис. 47).

Рис. 47. Карта MMC

Карта состоит из пластиковой оболочки и печатной платы, на которой расположена микросхема памяти, микроконтроллер и разведены контакты.

MultiMedia Card работает с напряжением 2,0–3,6 В, однако спецификацией предусматриваются карты с пониженным энергопотреблением – Low Voltage MMC (напряжение 1,6–3,6 В).

Карты MMC могут работать в двух режимах: MMC и SPI (Serial Peripheral Interface). Режим SPI является частью протокола MMC и используется для коммуникации с каналом SPI, который обычно применяется в микроконтроллерах Motorola и других производителей.

Режим SPI предназначен для устройств, которые используют небольшое количество карт памяти (обычно одну).

Существуют еще несколько стандартов карт MMC, такие как: RS-MMC, HS-MMC, CP-SMMC, PIN-SMMC.

Стандарт карт RS-MMC (Redused Size MMC) утвержден в 2002 году ассоциацией производителей «MMC» (MMCA – MMC Association) и отличается от обычной MMC только габаритами – карта приблизительно в два раза меньше обычного MMC. Размеры карт RS-MMC – 24×18×1,4 мм, вес – 0,8 грамма.

HS-MMC – высокоскоростная (High Speed) MMC-карта у которой не 7, а 13 контактов. Размер карты соответствует размеру обычной MMC. В режиме x8 (52 МГц) скорость передачи данных в теории может достигнуть 52 Мбит/сек.

Существует также Micro Memory Card (MMCmicro), конструктивно идентичная карте MultiMedia Card. Размер таких карт составляет 12×14×1,1 мм.

Cтандарт MMC+, в котором обеспечивается высокая скорость передачи данных и поддержка 8-битной шины данных (в SD и MMC используются 4-х битная шина данных), для чего была добавлена дополнительная группа контактов. Соответственно в устройствах без полной поддержки MMC+ эта карта работает как стандартная MMC). Карты MMC+ полностью совместимы с SD/MMC-устройствами и MMCmicro.

4.3.6. Secure Digital. Secure Digital Memory Card (SD-card) – портативная флэш-карта памяти, использующаяся в цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. д. Разработана в 2001 году фирмой «SanDisk» на основе MMC-карты. Размер 24×32×2,1 мм (рис. 48).

Интерфейс: последовательно-параллельный, 9-ти контактный. Формат разработан компаниями «Matsushita», «SanDisk», «Toshiba» в 2000 году.

Рис. 48. SD-карта

SD-Card работает с напряжением 2,0­–3,6 В, однако спецификацией предусматриваются SDLV-карты (SD Low Voltage) с пониженным энергопотреблением (напряжение 1,6–3,6 В), кроме того, спецификацией предусмотрены карты толщиной 1,4 мм (как у MMC), без переключателя защиты от записи.

Фактически карты SD являются дальнейшим развитием стандарта MMC. Флэш-карты SD обратно совместимы с MMC (в устройство с разъемом SD можно вставить MMC, но не наоборот).

Основные отличия от MMC:

– По сравнению с MMC в SD на 2 контакта больше. По сравнению с MMC, где данные передаются по одному-единственному контакту, в SD данные могут передаваться по 4-м контактам одновременно (число линий, по которым передаются данные, может быть равно 1, 2 и 4, причём количество используемых линий можно динамически изменять). Эта особенность переводит карту из разряда карт с чисто последовательным интерфейсом в разряд карт с последовательно-параллельным интерфейсом.

– В отличие от MMC SD изначально соответствует соглашениям SDMI (т. е. карты SD содержат так называемый механизм защиты авторских прав).

– На карточке присутствует переключатель защиты от записи – write protection switch.

– MMC по спецификации работает на частотах до 20 МГц, SD – на частотах до 25 МГц.

– В режиме SPI карты SD работают по протоколу SD-Card, а не по протоколу MMC.

– Добавлен один дополнительный внутренний регистр, часть остальных несколько отличаются от аналогичных в MMC.

– Обычно карточка несколько толще и тяжелее MMC.

– За счёт более толстой пластиковой оболочки улучшена стойкость карты к статическим разрядам (ESD Tolerance).

Объём памяти может быть:

– Для стандарта SD 1.0 от 8 Мбайт до 2 ГБайт.

– Для стандарта SD 1.1 возможен размер до 4 ГБайт.

– Стандарт SDHC разрешает размер вплоть до 32 ГБайт.

Скорость обмена SD карт, как и в случае с CD-ROM, задаётся числом-множителем – 1x = 150 КБайт/сек. Простейшие карты имеют скорость 6x (900 КБайт/сек), самые новые – 150х (22500 КБайт/сек).

Для миниатюрных приборов разработаны MiniSD размером 20×21,5×1,4 мм и самая маленькая из всех карт – MicroSD (ранее известная как TransFlash) размером 11×15×1 мм.

Карты MiniSD и MicroSD имеют адаптеры, при помощи которых их можно вставлять в любой слот для обычной SD-карты (рис. 49).

Рис. 49. Адаптер MicroSD-SD и карта MicroSD

SDHC – Secure Digital High Capacity – сменная карта флэш-памяти, удовлетворяющая спецификации SDA 2.00, введённой SD Card Association (SDA). SDHC стал развитием популярного формата SD (Secure Digital), унаследовав большинство его характеристик (рис. 50).

Рис. 50. Карта SDHC

Потенциальный максимальный объём карт SDHC увеличен до 32 Гбайт. Карты этого типа используют файловую систему FAT32 (для SD применялась FAT16/12).

Карты SDHC не совместимы с карт-ридерами и прочими устройствами, работавшими с SD-картами. Устройства, способные работать с SDHC-картами, поддерживают также и SD-карты ёмкостью не более 4 Гбайт.

SDA ввела также классификацию скоростных характеристик карт и устройств для работы с ними, так называемый SD Speed Class. Изначально было определено три варианта: SD Class 2 (скорость записи от 2 МБайт/сек), SD Class 4 (скорость записи от 4 МБайт/сек), SD Class 6 (скорость записи от 6 МБайт/с).

4.3.7. Sony Memory Stick. Интерфейс: последовательный, 10-ти контактный. Разработана в 1998 году компанией «Sony». Карта имеет размер 50×21,5×2,8 мм (рис. 51).

Рис. 51. Карта Sony Memory Stick

В таких картах используется переключатель защиты от записи (Write Protection Switch).

Карта работает в полудуплексном режиме. Максимальная частота, на которой может работать карта – 20 МГц.

Существует разновидность Memory Stick – Memory Stick Magic Gate (сокращенно MG), в которой реализована поддержка механизма "защиты авторских прав" – Magic Gate (разновидность SDMI).

В 2000 году «Sony» разработала ещё один формат – Memory Stick Duo. От обычного MemoryStick Duo отличается меньшими размерами и весом – 31×20×1,6 мм. При использовании MemoryStick Duo в устройствах, предназначенных для обычных MemoryStick, требуется специальный адаптер. Также существует модификация этого формата флэш-памяти – Memory Stick Duo MG.

В 2003 была представлена карта MemoryStick Pro, разработанная «Sony» совместно с «SanDisk». Новая модификация карт «Sony» имеет те же размеры и такое же количество контактов, как и у обычных MemoryStick. Однако карта не совместима со старыми MemoryStick (в разъеме, предназначенном для обычных MemoryStick, карточка MemoryStick Pro работать не будет, однако обратная поддержка реализована в разъеме для карточек Pro, обычный MemoryStick читается).

Технически карточки Pro отличаются от обычных MemoryStick тем, что работают на более высокой частоте (40 МГц), а данные передаются по четырем линиям, вместо одной. Пропускная способность интерфейса – 160 Мбит/сек или 20 МБайт/сек (4 линии × 40 МГц), однако с таким быстродействием карточка долго работать не может – на такой скорости способен работать только внутренний кэш, а по его заполнении карточка будет работать с пропускной способностью 15 Мбит/сек.

В 2008 году предложен новый стандарт карт – Memory Stick PRO-HG Duo с увеличенной скоростью чтения до 60 МБайт/сек.

5. СРЕДСТВА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ

5.1. Модемы

Модем (модулятор-демодулятор) – устройство передачи данных на большие расстояния, выполняющее функцию модуляции и демодуляции сигнала (рис. 52). Модулятор изменяет характеристики несущего сигнала в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс.

а) внутренний модем б) внешний модем

Рис. 52. Модемы

5.1.1. Устройство модема. Функциональные блоки модема отображены на рис. 53.

Рис. 53. Функциональные блоки модема

Со стороны телефонной линии самым первым устройством является блок интерфейса с телефонной линией. Основными функциями этого блока являются:

– обеспечение физического соединения с телефонной линией;

– обеспечение физического соединения с телефонной линией;

– защита от перенапряжения и радиопомех;

– набор номера;

– фиксация звонков;

– гальваническая развязка внутренних цепей модема и телефонной линии.

Далее сигналы попадают в дифференциальную систему, цель которой – разделение выходных и входных сигналов и компенсация влияния собственного сигнала на входные цепи. В наиболее простых моделях модемов этот узел исполняется в виде пассивной схемы, что зачастую приводит к сильной зависимости качества работы блока от сопротивления конкретной телефонной линии. Избавиться от такой зависимости могут только модели с активной дифференциальной системой, где необходимый для компенсации сигнал постоянно вычисляется сигнальным процессором и, "вычитаемый" из входного сигнала, обеспечивает необходимый уровень компенсации.

Подготовленные таким образом сигналы попадают на ряд фильтров, усиливаются и оцифровываются с помощью АЦП в блоке формирования аналоговых фронтов, так что дальнейшая обработка производится в цифровом виде. Одно из преимуществ такого подхода – улучшение качества обработки сигнала и удешевление схемы.

Обработанная информация поступает в цифровой сигнальный процессор (DSP – Digital Signal Processor), который и выделяет из нее на основе математических методов "нули" и "единицы". Именно возможностями цифровой обработки сигнала этого блока определяются качество и скоростные возможности современных модемов.

Поддержка интерфейса с компьютером, управление DSP, реализация протоколов аппаратной коррекции ошибок и сжатия данных, управление интерфейсом с пользователем (индикаторы, кнопки и джамперы настройки), а также управление энергонезависимой памятью – за все это отвечает система управления модемом (контроллер модема).

При этом если ранее микропрограмма хранилась в ПЗУ, изготовленном и "прошитом" на заводе, то теперь производители все чаще стали помещать ее в перезаписываемую флэш-память, что позволяет обновлять программу без аппаратного вмешательства.

5.1.2. Классификация модемов. Модемы различаются:

По исполнению:

– Внешние – подключаются к COM или USB-порту, обычно имеют внешний блок питания (существуют USB-модемы, питающиеся от USB и LPT-модемы).

– Внутренние – устанавливаются внутрь компьютера в слот ISA, PCI, PCMCIA, AMR, CNR.

– Встроенные – являются внутренней частью устройства, например ноутбука или док-станции. 

По принципу работы:

– Аппаратные – все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например, с использованием DSP контроллера). Также в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.

– Винмодемы (WinModem) – аппаратные модемы, лишённые ПЗУ с микропрограммой. Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключён модем. Работоспособен только при наличии драйверов, которые обычно писались исключительно под операционные системы семейства MS Windows.

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

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

По типу:

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

– ISDN – модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий.

– DSL – используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий с применением обычной телефонной сети. Отличаются от коммутируемых модемов кодированием сигналов. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.

– Кабельные – используются для обмена данными по специализированным кабелям. К примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS.

– Радиомодемы (беспроводные) – это приёмопередатчик, использующий сети операторов мобильной связи для передачи и приёма информации. Для использования сети сотовой связи в модем обычно вставляется SIM-карта.

– Спутниковые – осуществляют прием и передачу через спутниковые каналы связи.

– PLC – модемы, которые используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

5.1.3. Модемы с дополнительными возможностями. Существуют модемы, которые обеспечивают, помимо основных функций, еще и дополнительные функциональные возможности. Их обычно называют:

– Факс-модем – позволяет компьютеру, к которому он присоединён, передавать и принимать факсимильные изображения на другой факс-модем или обычную факс-машину.

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

5.2. Сетевые карты

Сетевая карта (сетевой адаптер) – это устройства, предназначенные для двунаправленной передачи данных внутри локальной сети или между двумя ЭВМ (рис. 54).

Рис. 54. Внешняя сетевая карта с интерфейсом USB

5.2.1. Устройство сетевой карты. Любая сетевая карта состоит из разъема для сетевого проводника и контроллера сетевой карты, который кодирует\декодирует сетевые пакеты, а также вспомогательных программно-аппаратных комплексов и служб (рис. 55).

Рис. 55. Устройство сетевой карты

Сетевые платы характеризуются:

– Разрядностью: 8 бит (самые старые), 16 бит и 32 бита.

– Шиной данных, по которой идет обмен информацией между материнской платой и сетевой картой: ISA, PCI, USB и др.

– Микросхемой контроллера или чипом (Chip, chipset), на котором данная плата изготовлена и который определяет тип используемого совместимого драйвера и прочее: разрядность, тип шины и т. д.

– Поддерживаемой сетевой средой передачи (network media), т. е. установленными на карте разъемами для подключения к определенному сетевому кабелю. BNC – для сетей на коаксиальном кабеле, RJ-45 для сетей на витой паре или разъемы для подключения к волоконной оптике.

– Скоростью работы: Ethernet (10 Мбит/с) и/или Fast Ethernet (100 Мбит/с), Gigabit Ethernet 1000Base-Т (1000 Мбит/с).

– MAC-адресом. Для определения точки назначения пакетов (frames) в сети Ethernet используется MAC-адрес. Это уникальный серийный номер, присваиваемый каждому сетевому устройству Ethernet для идентификации его в сети. MAC-адрес присваивается адаптеру его производителем, но может быть изменен с помощью программы. При работе сетевые адаптеры просматривают весь проходящий сетевой трафик и ищут в каждом пакете свой MAC-адрес. Если таковой находится, то устройство (адаптер) декодирует этот пакет. Существуют также специальные способы по рассылке пакетов всем устройствам сети одновременно (broadcasting). MAC-адрес имеет длину 6 байт и обычно записывается в шестнадцатеричном виде, например 00:15:BC:24:FC:0A.

В некоторых сетевых картах предусматривается установка ПЗУ –

BootROM, благодаря которой возможна загрузка операционной системы компьютера с сервера сети. Микросхема загрузки должна соответствовать сетевой карте.

5.2.2. Классификация сетевых карт. По физической реализации сетевые платы делятся на:

– Внутренние – отдельные платы, вставляющиеся в PCI или ISA слот.

– Внешние, подключающиеся через USB, PCMCIA или ExpressCard интерфейс. Последние два обычно используются в ноутбуках для подключения внешних устройств.

– Встроенные – являются составной частью устройства, например материнской платы.

5.2.3. Беспроводные сетевые карты. В таких сетевых картах для передачи информации внутри сети используется радиоканал. В этом случае вместо кабеля используется встроенная или внешняя антенна для приема сигналов (рис. 56).

Рис. 56. Беспроводная сетевая карта

Наиболее распространенный стандарт связи – IEEE 802.11, регламентирующий работу устройств в определенном диапазоне частот и скоростью передачи. Наиболее распространенными можно считать:

– IEEE 802.11a – определяет скорость передачи до 54 Мбит/сек. с рабочим диапазоном 5 ГГц.

– IEEE 802.11b – стандарт предусматривает использование нелицензируемого диапазона частот 2,4 ГГц и скорость передачи до 11Мбит/сек.

– IEEE 802.11g – обратно совместим с IEEE 802.11b, поддерживает скорость передачи до 54 Мбит/сек, рабочий диапазон частот – 2,4 ГГц.

– IEEE 802.11n – обратно совместим с IEEE 802.11 a/b/g. Рабочий диапазон частот – 2,4 ГГц или 5 ГГц, увеличена скорость передачи данных до 300 Мбит/сек.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гук, М. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия / М. Гук. – СПб.: Питер, 2002. – 528 с.

2. Цилькер, ЭВМ и систем: учебник для вузов / , . – СПб.: Питер, 2006. – 668 с.

3. Организация ЭВМ. Память ЭВМ [электронный ресурс]. – [2008]. – Режим доступа http://. ru/files/book3/index. html

4. Принцип работы LCD-мониторов [электронный ресурс]. – [2009]. – Режим доступа http://www. *****/st/monitor5.htm

5. Характеристики мониторов [электронный ресурс]. – [2009]. – Режим доступа http://. ru/material/monitor_6.shtml

6. Иллюстрированный самоучитель по WEB-графике [электронный ресурс]. – [2008]. – Режим доступа http://www. books. *****/The_WEB_schedule/menu. html

7. Устройство и принцип работы веб-камеры [электронный ресурс]. – [2008]. – Режим доступа http://www. *****/support/faq/2.ahtm

8. Устройство модема [электронный ресурс]. – [2008]. – Режим доступа http://dimonxp. *****/MODEM2.htm

9. Устройство сетевой карты [электронный ресурс]. – [2008]. – Режим доступа http://www. hardinfo. info/index. php? id=lan_1.3