Как работают модемы (стр. 7 )

Стандартные установки ресурсов последовательных портов

СОМ-порт	Запрос на прерывание	Адрес ввода-вывода
СОМ1	IRQ4	3F8
COM2	IRQ3	2F8
COM3	IRQ4	ЗЕ8
COM4	IRQ3*	2Е8
СОМ5	IRQ4*	ЗЕО
СОМ6	IRQ3*	2ЕО
СОМ7	IRQ4*	338
СОМ8	IRQ3*	238

* Могут быть установлены с помощью Диспетчера устройств Windows 9x (Свойства: Система)

Оптимизация последовательных портов

Компьютер имеет один либо два встроенных последовательных порта в виде 9-штырькового разъема, обычно расположенных на задней панели компьютера. С помощью такого порта за единицу времени можно передать лишь 1 бит данных, в то время как посредством параллельного - 8 бит. Скорость работы последовательного порта зависит от универсального асинхронного приемо-передатчика (UART), преобразующего проходящий через шину ПК параллельный поток данных в однобитовый.

Как правило, современные ПК поставляются с UART модели 16550. В этом случае максимальная пропускная способность составляет 115 кбит/с, что обеспечивает достаточную полосу пропускания для большинства последовательных устройств. Более старые UART моделей 16450 и 8250 с этой задачей уже не справляются. Но иногда производительности UART 16550 может оказаться недостаточно, ведь некоторые аналоговые модемы обрабатывают сжатые данные со скоростью 230 кбит/с, а адаптеры ISDN - до 1 Мбит/с. Так что, если вам требуется большая скорость передачи данных, покупайте плату расширения с UART модели 16750, способной работать со скоростью 921 кбит/с.

Работа с параллельными портами

Параллельные порты обычно используются для принтеров, хотя через них могут подключаться к ПК и другие устройства, например сканеры. С их помощью можно передавать данные со скоростью от 40 Кбайт/с до 1 Мбайт/с, а иногда даже с большей.

В основном все ПК поставляются с одним параллельным портом в виде 25-штырькового разъема на задней панели. Чтобы добавить второй порт, необходимо купить контроллер ввода-вывода и установить его в разъем расширения на системной плате. Параллельный порт бывает четырех типов - однонаправленный, двунаправленный, с улучшенными возможностями (ЕРР-порт) и с расширенными возможностями (ЕСР-порт). Для каждого из них характерны различные скорость и возможности. Порты большинства новых ПК поддерживают все четыре режима, и чтобы узнать, какой из них обеспечивает параллельный порт, посмотрите в программе Setup (CMOS Setup utility) вашего ПК раздел периферийных устройств (Integrated peripherals).

Однонаправленный порт иногда называется также SPP-портом. Эта базовая конфигурация пропускает данные со скоростью 40-50 Кбайт/с лишь в одном направлении - к принтеру или другому внешнему устройству.

Двунаправленный порт. Обеспечивает двусторонний обмен данными со скоростью передачи от 100 до 300 Кбайт/с между ПК и внешним устройством. При этом информация о состоянии последнего поступает в компьютер.

Порт с улучшенными возможностями (ЕРР). Разработан для внешних дисководов и сетевых адаптеров, требующих высокой производительности. Обеспечивает скорость передачи данных от 400 Кбайт/с до 1 Мбайт/с и более.

При установке в программе System Setup опции ЕРР предлагаются версии 1.7 и 1.9. Практически для всех периферийных устройств, купленных в последние годы, нужно выбирать 1.9.

Порт с расширенными возможностями (ЕСР). Повышает скорость и расширяет возможности обмена данными между внешним устройством и компьютером. Если принтер и иное периферийное устройство поддерживают ЕСР, то они непосредственно выдают сообщения о состоянии устройств и ошибках.

Если в программе. System Setup задать опцию ЕСР, то появится строчка для выбора DMA-канала (канал непосредственного доступа к памяти, direct memory access). Необходимо задать его так же, как и при запросе на прерывание. Чтобы предотвратить возникновение конфликтов DMA-каналов, просмотрите свободные из них в окне "Свойства: Компьютер", как описано выше. Если конфликта не избежать, то вернитесь к двунаправленному режиму порта.

Лучший порт для урагана данных.

В новых системах и периферийных устройствах параллельные и последовательные порты стали заменять универсальной последовательной шиной (Universal Serial Bus, USB). С ее помощью можно достичь скорости передачи данных до 12 Мбит/с, а также подключать при наличии всего одного порта клавиатуры, мониторы, мыши и многие другие (до 127) устройства, которые, как и с решающим сходные задачи SCSI-интерфейсом, могут быть соединены "цепочкой". При этом используется всего один запрос прерывания. USB-шину можно устанавливать и на более старые компьютеры, купив соответствующую плату расширения.

Коммуникации

Модемы

Слово "модем" является сокращением от слов "модулятор" и "демодулятор". Вы можете спросить, что же здесь модулируется и демодулируется. Речь, опять-таки, идет о цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразованиях (ЦАП и АЦП). Модем представляет собой устройство, которое имеет цифровой интерфейс связи с компьютером, обычно RS-232 (см. последовательные интерфейсы) и аналоговый интерфейс для связи с телефонной линией - разъем для телефонного кабеля (RJ-11). Полноценный модем имеет на борту достаточно мощный процессор (иногда несколько), постоянную и оперативную память, аналоговую часть, ответственную за сопряжение модема с телефонной сетью - устройство набора номера, усилитель, АЦП и ЦАП, - и, наконец, контролер, который всем этим делом управляет.

Телефонная линия имеет полосу пропускания (в норме) 300-3400 Hz, в этом диапазоне и ведется модемная передача данных. Преобразование аналогового сигнала осуществляется достаточно просто - с определенной частотой замеряются его характеристики и записываются в цифровой форме по определенному алгоритму. Соответственно в обратной последовательности идет преобразование цифровой информации. Этот метод принципиально не отличается от того, который используется в современной звуковой аппаратуре. Кстати, прародителем модема и был такой звуковой прибор, исполненный в виде телефонной трубки, и который необходимо было подносить соответствующим образом к трубке обычного телефона. Правда, скорость передачи при этом не могла быть выше 2400 bps. Современные же модемы могут передавать данные со скоростью 33600-56000 bps.

Естественно, перед началом передачи информации модем должен знать, какими параметрами обладает устройство на другом конце провода, в частности, какие протоколы передачи он поддерживает. Для этого разработан специальный алгоритм соединения, называемый рукопожатием (handshake), с помощью которого модемы договариваются об используемлм протоколе, скорости передачи и так далее. Очевидно, что при соединении модемов с различными протоколами (и, как правило, различающимися скоростями) происходит обмен по наиболее новому и быстрому, который поддерживают оба модема, и при этом скорость обмена ограничена самым медленым из устройств. Сегодня наиболее часто используемыми протоколами являются V.34, K56Flex, V.90. Первый позволяет вести обмен на скорости до 33600 bps, у последних двух она ограничена 56000 bps на прием и все теми же 33600 bps на передачу. Такая несимметричность вызвана тем, что скорость передачи данных по телефонной линии традиционными способами в обе стороны не может быть выше 33600 bps, и более быстрый поток предназначен для передачи данных от интернет-провайдера к пользователю (так как основная область применения модемов - доступ в интернет), а менее скоростной осуществляет передачу служебной информации на сервер. Поэтому при соединении двух модемов больше 33600 bps в принципе получить не удастся, и это уже предел, накладываемый характеристиками телефонной линии. Все современные протоколы предусматривают коррекцию ошибок, которые неизбежно вносятся в поток данных устаревшей и низкокачественной (особенно в России) проводной телефонной сетью.

Рассмотрим работу аналоговой части модема более подробно (если не интересно вдаваться в технические подробности, то эту часть можно пропустить). Базовый сигнал - несущая синусоида определенной протоколом частоты - при передаче модулируется, то есть подвергаются изменению его амплитуда и фаза (сдвиг фазы сигнала относительно немодулированной исходной синусоиды). При этом состояния сигнала, характеризующиеся неизменной амплитудой и фазой, последовательно сменяют друг друга. Каждое такое состояние кодирует небольшое количество битов данных и называется одним символом. Скорость, с которой символы сменяют друг друга, называется символьной скоростью (symbol rate). Она определяется протоколом, для V.34, например, она может достигать 3429 символов в секунду. Когда один символ сменяется другим, происходит изменение (увеличение или уменьшение) амплитуды и сдвиг фазы (вперед или назад) сигнала. Мгновенно ни амплитуда, ни фаза измениться не могут - это потребовало бы бесконечной скорости изменения сигнала (напряжения и тока) в канале, то есть неограниченной полосы пропускания канала. Обычно же требуется передать максимум информации, заняв отведенный диапазон частот. Минимальный диапазон частот, требующийся для передачи сигнала, в котором фаза меняется максимально быстро вперед или назад, в точности равен символьной скорости в Hz. Например, если фаза сигнала должна сдвигаться вперед на половину периода несущей за время передачи одного символа, частота сигнала в ходе этого перехода как минимум должна достигать (исходная частота несущей)+(символьная скорость)/2. В противном случае будет накапливаться отставание фазы сигнала от требуемой. Для того, чтобы вписать сигнал в этот минимально необходимый диапазон частот, переходы между символами сглаживаются с тем, чтобы скорость изменения сигнала (и его частота, соответственно) не превышала это ограничение. Например, если требуется существенный сдвиг фазы вперед, этот сдвиг происходит не мгновенно, а постепенно. В течение этого переходного периода частота сигнала в канале будет выше исходной частоты несущей (слышимый тон - выше), поскольку для сдвига фазы вперед требуется более быстрое изменение сигнала. И наоборот, для сдвига фазы назад требуется замедление изменения сигнала, и слышимый ухом тон - ниже. А поскольку такие переходы происходят часто (с символьной скоростью), и требуемые величины изменения фазы сигнала достаточно случайны, то, когда модем передает данные, мы слышим не ровный тон, или последовательность тонов, а шипение, то есть в среднем все частоты в рабочей полосе используются одинаково часто. Если рассмотреть спектр сигнала за длительный период времени, он будет равномерным, с центром, совпадающим с частотой исходной несущей, простирающимся в ширину симметрично влево и вправо от центральной частоты несущей на полосы частот, равные половине символьной скорости.