Аппаратные модемы: внутренние и внешние

1.1 Классификация модемов

Модемы могут быть классифицированы :

1. по типу используемого канала

• модемы для коммутируемых каналов - наиболее распространенные- использующиеся на коммутируемых телефонных линиях.

• модемы для арендованных каналов - используются на выделенных линиях.
• комбинированные - сочетающие в себе свойства двух предыдущих.

2. по скорости передачи информации

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

3.    по области применения

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

4.   по исполнению

• внутренние.
• внешние.

5.   по реализации дополнительных функций

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

6.  по средствам управления

• аппаратные
• программные

1.1.1 Аппаратные модемы: внутренние  и внешние

Внешние модемы - отдельное устройство, питающееся от сети и имеющее разъемы для  подключения телефонной линии и телефонного аппарата, соединяющееся шнуром с последовательным портом (интерфейсом) компьютера. На передней панели модема выведены светодиодные индикаторы, отображающие его состояние (их перечень представлен в таб.2 приложения)

Внутренние  модемы выполнены в виде отдельной платы, вставляемой в слот на материнской плате компьютера. Подключение питания и соединение с компьютером внутренних модемов происходит непосредственно через шину. Это, с одной стороны, позволяет сэкономить на соединительных проводах, а с другой - ведет к замедлению работы компьютера, так как внутренний модем создает дополнительную нагрузку на центральный процессор. Одним из недостатком внутренних модемов является и сложность настройки конфигурации интерфейсов .

Внутренний  модем не позволяет осуществлять контроль его состояния, что удобно реализовано посредством ряда светодиодных индикаторов на лицевой панели внешнего модема, а эмуляционные программы потребляют часть и без того обильно используемых внутренним модемом ресурсов центрального процессора (около 10%), что не происходит при работе модема внешнего. Причем для корректной работы внутренних модемов предъявляются довольно жесткие требования к ресурсам компьютера. На начало 2000 года - это процессор с тактовой частотой 166 МГц и ОЗУ как минимум 32Мб. При "зависании" внутреннего модема его нельзя перезагрузить отдельно - приходится прибегать к перезагрузке всего компьютера

С другой стороны, внешние модемы довольно громоздки, соединительные провода так же не придают им привлекательности. Внутренние же обходятся без дополнительного источника питания и вставляются в соответствующий порт компьютера, не занимая место на рабочем столе. Помимо этого, они как правило на $10-15 дешевле внешних аналогов

1.1.2 Программные  модемы

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

Недостатки  программных модемов

1. Использование ресурсов центрального процессора. Любой аппаратный модем содержит в себе процессор, выполняющий все вычислительные операции. Производительность такого процессора достаточно низкая из-за того, что круг задач подобного процессора невелик. Именно узкая специализация позволяет достичь нужного результата при малой производительности. Если сравнивать с процессорами сегодняшнего дня, то Intel 286 для этих целей хватит с избытком. Использование центрального процессора системы потребует более высоких затрат. Так, при использовании Pentium II 400 МГц требуется порядка 10% его вычислительной мощности. На младших процессорах, таких как Pentium 200 МГц, эта цифра достигает 40%. Для модемов с аппаратно реализованным DSP (см. ниже) эти цифры немного меньше. Отсюда видно, что использование программных модемов на младших моделях процессоров Pentium приведет к значительному сокращению вычислительных мощностей. Кроме всего прочего, в системе Microsoft Windows высокий приоритет работы драйвера модема приводит к тому, что пресловутые 10% можно считать недоступными для различного рода приложений. При этом зачастую становится невозможным использование приложений, работающих в режиме реального времени и наиболее критичных к вычислительным ресурсам.
2. Зависимость модема от операционной системы (ОС) проявляется в наличии или отсутствии драйверов. Здесь основную роль играет распространенность той или иной ОС и популярность самого модема. Поскольку продукт предназначен для конечного пользователя (корпоративный доступ строится на совсем других технологиях), то разработчикам выгоднее всего писать драйверы именно под конечного потребителя. На Украине, в России и ряде других стран на сегодняшний момент большинство пользователей работают под ОС Microsoft Windows. Пользователям других операционных систем перед покупкой такого модема имеет смысл навести справки у производителя. На сегодняшний день большинство таких модемов имеют драйверы под одну-две операционные системы, пользующиеся наибольшим спросом. Хотя в любой момент ситуация может кардинально измениться.
3. Полное отсутствие аппаратных средств (кодек можно в расчет не брать) открывает практически неисчерпаемые возможности для создания высококлассных модемов. Если для создания аппаратной части достаточно разового вложения средств, то для создания микропрограммы необходимо нанимать команду разработчиков, а затем постоянно вкладывать деньги в разработку более совершенных алгоритмов, в исправление уже существующих ошибок, в поиск know-how. Все это в итоге приводит к удорожанию конечного продукта и уменьшению рынка сбыта. Именно поэтому многофункциональные модемы обходятся значительно дороже. В их стоимость входит дальнейшая разработка новых и поддержка уже существующих микропрограмм. Про адаптацию к нашим линиям в подобном случае говорить уже не приходится.

Достоинства программных модемов:

1. Компактность. Для реализации софт- модема требуется лишь кодек и плата с двумя телефонными разъемами типа RJ-11. Открываются широкие возможности для интеграции софт- модемов в материнские платы, что мы сегодня и наблюдаем. Практически любая современная материнская плата имеет интегрированный кодек. Однако целесообразность подобного решения вовсе не очевидна. Во-первых, цена материнской платы возрастает на 10-20 долларов, что заставит призадуматься потенциальных покупателей, а также пользователей, имеющих аппаратные модемы. Во-вторых, не всегда есть возможность запретить системе использовать подобный модем (такие случаи пока еще встречаются), или она некорректно реализована. И наконец, не совсем понятно, чем модем лучше остальных периферийных устройств. Например, многим гораздо больше хотелось бы иметь интегрированный контроллер сканера или FM-тюнер.
2. Быстрая реализация новых функций и протоколов.
3. Отсутствие привязки к шине ISA .
4. Низкая стоимость. Для наращивания возможностей и реализации новых протоколов достаточно изменить соответствующим образом микропрограмму. При этом начисто отсутствуют затраты по разработке аппаратной части и привязке программного комплекса к элементной базе. Так же просто решается вопрос с адаптацией микропрограммы к реальным условиям для каждого конкретного случая. На сегодня система команд процессоров Intel изучена достаточно хорошо, так что изменить код драйвера не составляет особого труда. Для отечественных линий, качество которых оставляет желать лучшего, такая адаптация необходима.

Особенности программных модемов:

1. Появление спецификации PC 99, в которой шина ISA отсутствует как факт, заставляет производителей аппаратных модемов задуматься о целесообразности выпуска внутренних моделей с шиной ISA. С этой точки зрения интегрированные (встроенные в материнскую плату) софт- модемы могут послужить промежуточным решением для пользователей, чей бюджет не позволяет купить новый аппаратный модем взамен старого. В системе Microsoft Windows 2000 поддержка шины ISA не предусмотрена, поэтому даже наличие материнской платы с этой шиной в данной ситуации уже не спасет.
2. Софт- модем представляет собой стандартное PCI-устройство. Microsoft Windows при установке такого модема распознает его как стандартное устройство и запрашивает драйверы, после чего все Windows-приложения могут обращаться к нему как к обычному модему. Несколько по-другому работают с модемом DOS-приложения. С их точки зрения модем представляет собой обычный СОМ-порт. Таким образом, драйвер модема должен уметь эмулировать полноценный СОМ-порт для работы подобных программ. К сожалению, большинство производителей вообще не предусматривают такой возможности. В результате некоторые программы и старые игры такой модем использовать не смогут. Это стоит учесть в том случае, если подобные программы разрабатывались на заказ и по каким-либо причинам разработчики их больше не поддерживают. Это могут быть, например, программы бухгалтерии и складского учета, рассчитанные на удаленных друг от друга пользователей, или программы автоматизации предприятия.

1.2 Основные компоненты модема

Современный модем - сложное устройство, состоящее из нескольких основных блоков и компонентов, обеспечивающих его  функционирование

Компоненты модема:

• Контроллер - реализует протоколы  сжатия данных и коррекции ошибок. Кроме того, является связующим звеном между модемом и программным  обеспечением компьютера (реализует  программный интерфейс)

• Кодек - осуществляет двустороннее преобразование аналогового сигнала, поступающего из линии, в поток цифровых данных

• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) - микросхема памяти, хранящая в себе программу  работы модема, также называемую "прошивкой". Последние модели модемов допускают обновление и перезапись прошивки модема с помощью специального программного обеспечения (за исключением тех случаев, когда это не предусмотрено производителем)

• ОЗУ (оперативное  запоминающее устройство) - микросхема оперативной памяти, хранящая данные до первого выключения питания. Предназначена для хранения и последующей обработки потока данных. Иногда в ней же хранятся текущие настройки для работы модема

Основные  функциональные блоки ( см. Рис.1.1):

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

• обеспечение  физического соединения с телефонной линией;

• защита от перенапряжения и радиопомех;

• набор  номера;

• фиксация звонков;

• гальваническая развязка внутренних цепей модема и телефонной линии;

• согласование импеданса

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 (аналогово-цифровой преобразователь) 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), который и выделяет из нее на основе математических методов “нули” и “единицы”. Именно возможностями цифровой обработки сигнала этого блока определяется качество и скоростные возможности современных модемов