Последовательные коммуникационные соединения

April 9, 2010 by admin Комментировать »

Такие устройства, как мышь и клавиатура, подключаются прямо к компьютеру, и для этого, как правило, используется последовательное соединение. Другие уст­ройства, в частности принтеры и сканеры, могут подключаться к компьютеру либо непосредственно, либо через коммуникационную сеть, чтобы их могли совместно использовать несколько пользователей. Поскольку во многих компьютерных при­ложениях важную роль играет Интернет, компьютеры часто соединяются с ним либо непосредственно, либо через коммутируемые телефонные линии.

Далее в этой главе описываются типичные схемы последовательных коммуни­кационных соединений. Мы начнем с рассмотрения некоторых основных идей и понятий в этой области.

Модуляция и демодуляция

В электронных схемах бит кодируется электрическим сигналом, который может принимать одно из двух значений. Каналы передачи данных, по которым пересы­лаются такие сигналы, называются узкополосными. Альтернативой подобного ко­дирования нулей и единиц может выступать модуляция синусоидального несущего сигнала. Для передачи таких сигналов используются широкополосные каналы. Предположим, что частота сигнала может принимать одно из двух значений:/!, представляющее логическое значение 0, и/2, представляющее логическое значе­ние 1. В этом случае говорят, что используется частотная модуляция, ЧМ (Fre­quency Modulation, FM). Существует и множество других схем модуляции. При фазовой модуляции, ФМ (Phase Modulation, FM) изменяется фаза несущего сиг­нала, а при амплитудной модуляции, AM (Amplitude Modulation, AM) — его ам­плитуда. При квадратурной амплитудной модуляции, КАМ (Quadrature Amplitude Modulation, QAM) изменяются и амплитуда, и фаза несущего сигнала, благодаря чему возможны не две, а четыре комбинации значений. Таким образом, переда­ваемый сигнал может представлять два бита информации.

При передаче данных параметры несущего сигнала изменяются скачкообраз­но. Такой способ модуляции сигнала называется манипуляцией (keing). Соответ­ственно различают частотную, ЧМн (Frequency-Shift Keying, FSK); фазовую, ФМн (Phase-Shift Keying, PSK); амплитудную, АМн (Amplitude-Shift Keying, ASK) и квадратурную амплитудную, КАМн (Quadrature Amplitude-Shift Keying, QASK) манипуляции.

Конфигурация сигнала, передаваемая в течение одного тактового периода, име­нуется символом. При частотной модуляции используются два символа, представ­ленных синусоидальными сигналами с частотами/t и/2. При квадратурной моду­ляции применяются четыре символа, определяемых амплитудой и фазой сигнала. Количество символов, передаваемых за одну секунду, составляет бод (baud). Его же можно определить как количество изменений состояния сигнала в секунду. Количество бодов в секунду равняется количеству битов в секунду только в том случае, если используется двоичная схема модуляции, как в описанном выше примере частотной модуляции. Для квадратурной модуляции значение скорости передачи данных в битах вдвое больше значения в бодах, поскольку каждый сим­вол представляет два бита информации. Существуют схемы модуляции, где ис­пользуется 8,16 или более символов. В системе с 16 символами для кодирования одного символа необходимо 4 бита, а скорость передачи данных в битах вчетверо больше скорости передачи в бодах.

Синхронизация

Последовательное соединение означает, что данные пересылаются по одному би­ту за единицу времени. Для этого необходимо, чтобы передающее и принимаю­щее устройства использовали для интерпретации отдельных битов одну и ту же тактовую информацию. Когда взаимодействующие устройства расположены в не­посредственной близости друг от друга, скажем в одном помещении, и имеется несколько сигнальных линий, тактовый сигнал может передаваться одновремен­но с данными. Однако для устройств, находящихся на большом расстоянии друг от друга, такая технология пересылки неприемлема, поскольку имеется всего один сигнальный канал. Но даже в случае наличия второго канала задержки при пересылке данных и тактового сигнала могут различаться. Поэтому тактовая ин­формация и данные все равно кодируются вместе и передаются по одному кана­лу. Существует множество разнообразных схем кодирования, позволяющих при­нимающему устройству декодировать полученный сигнал и правильно выделять данные и тактовую информацию.

Реализация последовательной передачи данных осуществляется одним из двух способов. Если скорость пересылки не превышает нескольких десятков килобайтов в секунду, может применяться простая схема, в которой приемник и передатчик используют независимые тактовые сигналы одинаковой номинальной частоты. При этом не гарантируется, что два тактовых сигнала будут в точности совпадать по частоте и фазе. Поэтому такая схема называется асинхронной.

Для передачи данных на более высокой скорости применяется синхронная схема: приемник определяет используемую передатчиком тактовую частоту по расположе­нию переходов получаемого сигнала и соответственно настраивает свою тактовую частоту. В результате тактовые сигналы приемника и передатчика синхронизированы и передаваемые данные всегда распознаются правильно. Для кодирования тактовой информации, передаваемой по синхронным каналам связи, могут быть задействова­ны разные технологии. Они различаются способом использования полосы пропус­кания канала и максимальной скоростью пересылки данных.

Дуплексное и полудуплексное соединения

Коммуникационное соединение может функционировать по одной из трех сле­дующих схем:

? симплексное соединение — поддерживает передачу данных только в одном направлении;

? полудуплексное соединение — позволяет передавать данные в обоих на­правлениях, но не одновременно;

? дуплексное соединение — позволяет одновременно передавать данные в двух направлениях.

Симплексная конфигурация полезна лишь в тех случаях, когда на одном из концов канала связи располагается только принимающее или только передающее устройство, но не оба сразу. Эта конфигурация применяется редко. Обычно для передачи данных используется дуплексная или полудуплексная конфигурация, а выбор между ними зависит от требуемого соотношения экономичности и скоро­сти передачи данных.

Самое простое электрическое соединение для передачи данных состоит из двух проводов, по которым данные могут пересылаться только в одном направле­нии. Речь идет о симплексном соединении. Полудуплексное соединение создает­ся путем расположения на разных концах соединения двух переключателей, со­единяемых поочередно с передающим и принимающим устройствами. Когда за­вершается пересылка данных в одном направлении, выполняется переключение на другое направление. За управление переключателями отвечают устройства, расположенные на концах соединения.

Дуплексное соединение может состоять из четырех проводов, по два на каждое направление передачи. Возможно также использование двухпроводного соедине­ния с двумя непересекающимися полосами частот. Две полосы частот создают два канала передачи, по одному на каждое направление. В качестве альтернативы мож­но использовать общую полосу частот, если на концах соединения будет работать устройство, называемое гибридом (hybrid). Гибрид разделяет сигналы, передавае­мые в разных направлениях, чтобы они не влияли друг на друга. Такая схема пе­редачи данных применяется в коммутируемых телефонных соединениях.

В случае синхронной полудуплексной связи при изменении направления пе­редачи данных происходит задержка, поскольку передающий модем должен пе­редать инициализационную последовательность сигналов, чтобы принимающее устройство адаптировалось к новому состоянию канала. Длительность этой за­держки зависит от параметров модема и канала связи и лежит в диапазоне от не­скольких до сотен миллисекунд.

Все вышесказанное относится к характеристикам линий связи и модемов. Дру­гими важными факторами, от которых зависит выбор между полудуплексным и дуплексным соединением, является природа трафика данных и способ реакции системы на ошибки при передаче. Мы обсудим только первый из этих факторов.

При работе со многими приложениями необходимо, чтобы компьютер полу­чил входные данные, обработал их и вернул выходные данные. Требованиям та­ких приложений прекрасно удовлетворяет полудуплексная связь. Однако если выполняется частый обмен короткими сообщениями, задержка на переключение направления передачи данных начинает существенно отражаться на скорости ра­боты. Поэтому во многих приложениях используют дуплексные соединения, хотя данные никогда не передаются в обоих направлениях одновременно.

В некоторых ситуациях очень удобна одновременная передача данных в двух направлениях. Например, в системе на рис. 10.2 пользователь может непосредст­венно взаимодействовать с сетевым сервером, используя свой компьютер в качест­ве терминала. Каждый вводимый с клавиатуры символ должен также отображать­ся на дисплее компьютера. Это может осуществляться локально самим компьюте­ром или удаленно сетевым сервером. Если это делается удаленно, необходимы средства автоматического контроля принимаемых данных, гарантирующие от­сутствие ошибок. При использовании в такой ситуации полудуплексной связи пересылку очередного введенного символа придется откладывать до получения предыдущего символа. В случае применения дуплексной связи этого ограниче­ния не будет. Еще одним примером ситуации, когда удобна дуплексная связь, яв­ляется соединение узлов высокоскоростной компьютерной сети. Сообщения, пе­ресылаемые через конкретное соединение в двух направлениях, могут быть никак не связаны между собой. Поэтому их можно передавать одновременно.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты