Устройство которое преобразует сигналы среды передачи в компьютерные данные называется

Обновлено: 01.07.2024

Тема – Устройства вывода. Устройства, предназначенные для передачи данных на расстояние.

Продолжительность занятия- 40 минут

Образовательное учреждение - Томская область, Томский район, село Моряковский Затон, Муниципальная общеобразовательная школа.

Авторский медиапродукт- презентация для повторения и изучения нового материала (Приложение 2: 15 слайдов в среде POWER POINT), тест для проверки знаний (Приложение 1: среда MS EXCEL)

Текущий контроль качества изучаемого материала.
Познакомить учащихся с устройствами вывода информации, с устройствами, предназначенными для передачи данных на расстояние.
Тренировка работы с основным рядом клавиатуры десятипальцевым «слепым» методом печати.
Воспитание информационной культуры учащихся.

Оборудование: Тест для самостоятельной работы в EXCEL, обучающий клавиатурный тренажер из пакета «Наставник», презентация «Устройство ПК», С.Н. Тур, Т.П. Бокучава «Рабочая тетрадь для 5 класса», компьютеры, проектор, экран.

I. Организационный момент.

II. Актуализация опорных знаний.

1. Проверка домашнего задания с помощью теста.

Программы для ПК составляет:

А) процессор
Б) программист
В) сканер

Персональные компьютеры бывают:

А) монохромные, цветные, черно-белые
Б) настольные, портативные, карманные
В) матричные, лазерные, струйные

Какое правило надо соблюдать обязательно при работе на ПК?

а) почистить зубы
б) за час до работы поспать
в) не трогать провода

Какая часть компьютера предназначена для ввода текста?

А) принтер
Б) мышь
В) клавиатура

А) устройство для выполнения вычислений
Б) устройство для работы с информацией
В) электронный прибор с клавиатурой и монитором.

нет ошибок – оценка «5»;
одна ошибка – оценка «4»;
две ошибки – оценка «3»;
три ошибки – оценка «2».

После выполнения теста дети возвращаются на свои места за парты.

2. Фронтальное повторение.

Устный опрос учащихся без оценивания знаний. Учащиеся отвечают на вопросы. Вопросы, как и ответы, продублированы в визуальном виде на презентационном экране (Приложение 2, слайды № 2-7).

1. Назовите основные части компьютера.

Ответ. Системный блок, монитор, клавиатура и мышь.

Это то, что обычно всегда бывает у современного компьютера! Не так давно манипулятор мышь не входил в этот обязательный набор, но с развитием компьютерного графического интерфейса, работать без мыши практически невозможно.

2. Для чего нужны устройства ввода?

Ответ. Это устройства преобразования информации из формы, понятной человеку, в форму, понятную компьютеру.

3. Для чего предназначена клавиатура?

Ответ. Клавиатура — это устройство ввода. На ней удобно набирать текст. Некоторые клавиши клавиатуры (или их комбинации) служат для управления работой компьютера (программ).

4. Для чего предназначена мышка?

Ответ. Мышка, как и клавиатура — это устройство ввода. С мышкой связан экранный указатель (курсор). Указатель повторяет на экране движение мыши по коврику. Таким образом, можно выбирать экранные объекты и активизировать их при помощи щелчков (нажатия мышиных кнопок).

5. Для чего предназначен системный блок?

Ответ. Системный блок — это самая главная часть компьютера. В нем находится процессор (мозг компьютера) и запоминающие устройства (кратковременная память, постоянная память, магнитные и оптические диски).

III. Изучение нового материала

3. Введение в тему

Вопрос классу: Какие еще устройства можно подключать к компьютеру?

Сообщить тему урока и записать ее в тетрадь. (Тема урока представлена визуально на презентационном экране (Приложение 2, слайд № 8)).

4. Объяснение нового материала.

Объяснение нового материала проводится с помощью продолжения презентации, использованной для устного повторения.

Устройства вывода позволяют выводить информацию, имеющуюся в компьютере. Язык электрических сигналов, доступный компьютеру, преобразуется в понятную для человека информацию – в числа, слова, картинки, звуки.

Запомним и запишем в тетрадь:

Устройства вывода – устройства преобразования выходной информации из формы, понятной компьютеру, в форму, понятную человеку (Приложение 2, слайд №9)

Рассмотрим наиболее распространенные устройства вывода информации.

Монитор является универсальным устройством вывода информации. Монитор еще называют дисплеем. Работает монитор точно так же, как телевизор – получает электрический сигнал и преобразует его в видимое изображение. В простых и дешевых бытовых компьютерах раньше в качестве монитора часто использовали обычный телевизор. Но для серьезной работы телевизор не годится. Дело в том, что изображение в телевизоре очень яркое, но не слишком четкое, и, кроме того, оно постоянно чуть-чуть дрожит. Когда человек не напрягаясь и сидя на диване, смотрит кинофильм, это дрожание и яркость его не утомляют. Кроме того, расстояние от глаз до экрана – около двух метров. А при работе с компьютером обычно сидят близко к экрану и внимательно следят за тем, что происходит на экране монитора. Поэтому при телевизионном качестве изображения глаза устанут уже через несколько минут, работать станет совершенно невозможно. Чтобы этого не происходило, к компьютерным мониторам предъявляются очень жесткие требования по четкости и устойчивости изображения, которые не может обеспечить обычный телевизор.

Мониторы могут работать в текстовом режиме – когда на экран выводится информация только в виде букв и цифр и в графическом режиме. В графическом режиме на экране монитора отображаются не только цифры и буквы, но и картинки.

Различается также количество цветов, которое может показывать монитор. Бывают монохромные мониторы, где кроме черного, есть еще только один цвет (обычно это белый, зеленый или оранжевый). Бывают и цветные мониторы, которые могут изображать 16, или 256, или еще большее количество различных цветов. Качество цветного изображения на хорошем мониторе лучше, чем на цветной фотографии.

2. Принтеры (Приложение 2, слайд № 11).

Для распечатки информации, которая хранится в компьютере, созданы специальные устройства – принтеры. Слово «принтер» происходит от английского слова «print», что означает «печатать». Принтер вместе с компьютером образует миниатюрную типографии, позволяя печатать на бумаге любые тексты различными шрифтами и даже вместе с цветными картинками.

Наиболее распространены сейчас матричные, струйные и лазерные принтеры. В матричных и струйных принтерах точки изображение на бумаге составляется из точек. В матричных принтерах точки печатаются, когда специальные иголки через красящую ленту ударяют по листу бумаги. Если увеличить, например, букву П, напечатанную на матричном принтере, то ее изображение может иметь вид, как на рисунке. Из-за такого низкого качества печати матричные принтеры постепенно выходят из употребления.

В струйных принтерах используется чернильная печатающая головка, которая под давлением выбрасывает чернила из ряда мельчайших отверстий на бумагу.

В лазерном принтере точки получаются с помощью очень тонкого лазерного луча.

Плоттер выводит на бумагу графические данные – выполняет качественные цветные печатные копии сложных схем, графиков, чертежей, географических карт, архитектурных проектов.

4. Устройства звукового вывода (Приложение 2, слайд № 12).

Динамики, колонки, наушники обеспечивают вывод и воспроизведение звуковой информации (музыки, человеческого голоса и т.д.)

5. Устройства, предназначенные для передачи данных на расстояние (Приложение 2, слайд № 13 - 14).

Одно из устройств ввода/вывода информации называется модемом. С помощью модема можно передавать данные из компьютера на компьютер по телефонному проводу.

Запомним и запишем в тетрадь:

Модем – устройство, предназначенное для преобразования и передачи информации между удаленными компьютерами.

IV. Закрепление изученного.

Ответы на вопросы в рабочей тетради (Приложение 2, слайд № 15).

для создания бумажной копии документа ___________
для вывода картинок и схем на бумагу _____________
для отображения символов, вводимых с клавиатуры_____________
для прослушивания мелодий, хранящихся в компьютере ____________

V. Задание на дом.

Для чего нужны устройства вывода?
перечислить известные устройства вывода и указать их назначение.
Какие виды информации можно выводить с помощью устройств вывода?
Какие бывают мониторы? В каких режимах они могут работать?
Для каких целей предназначен модем?
Какие принтеры сейчас наиболее распространены?

Физкультминутка коротка,
Встряхнем руками мы слегка,
Потянемся немножко,
Посмотрим мы в окошко.
И присядем мы, и встанем,
И опять за парты сядем.

После физкультминутки учащиеся переходят к компьютерам, на которых загружен обучающий клавиатурный тренажер из пакета «Наставник».

VII. Работа на компьютере.

Вспомним, что при печати «вслепую» пальцы обеих рук должны всегда находиться над основным рядом клавиатуры, слегка касаясь клавиш и, нажав клавишу на другом ряду, возвратиться в исходное положение.

Модем - это преобразователь сигналов, который является промежуточным звеном между компьютером и соединительной линией. Название модема происходит от двух слов: "Модулятор" и "Демодулятор". Как модулятор модем преобразует цифровые сигналы импульсов постоянного тока, используемые в компьютерных системах, в аналоговые сигналы, содержащие ту же информацию. Этот процесс и называется модуляцией.

Модулятор осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс.

Модуляция формирование аналоговых сигналов, в которых закодирована цифровая информация .

Демодуляция представляет собой обратный процесс. Если посмотреть на образуемый сигнал с другой стороны - модем , как модулятор, получает аналоговые сигналы и преобразует их в начальную цифровую форму, содержащую переданную информацию.

Классификация модемов.

по типу
- Аналоговые - наиболее распространенный тип модемов для обычных коммутируемых телефонных линий
- ISDN - модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий
- DSL - используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. 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 .
- Радио
- Спутниковые
- PLC - используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.
- 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.
- 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).
- внутренние - плата вставляемая 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.
- внешние - отдельное устройство, питающееся от сети и имеющее разъемы для подключения телефонной линии и телефонного аппарата, соединяющееся шнуром с компьютером. На передней панели модема выведены светодиодные индикаторы, отображающие его состояние. 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. При "зависании" внутреннего модема его нельзя перезагрузить отдельно - приходится прибегать к перезагрузке всего компьютера.
- 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.).
- голосовые модемы 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) .
- аппаратные
- программные 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 ).
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.
1. Использование ресурсов центрального процессора. Любой аппаратный модем содержит в себе процессор, выполняющий все вычислительные операции.
2. Зависимость модема от операционной системы (ОС) проявляется в наличии или отсутствии драйверов.
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.
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.
Естественно, что для нормальной деятельности, работающие в паре модемы должны осуществлять операции модуляции/демодуляции одинаковым образом, иначе информация, передаваемая между ними, будет необратимо искажена.

Несущая частота. По своей сути процесс модуляции представляет собой наложение одного сигнала на другой. Модем, как модулятор, начинает функционировать, генерируя постоянный сигнал, называемый несущей частотой, потому что с его помощью осуществляется передача информации. В большинстве систем несущая частота - это устойчивый сигнал постоянной амплитуды, фазы и частоты.

Информационный сигнал. Сигнал, который электрически смешивается с несущей частотой, моделируя ее по некоторому закону, называется информационным. Изменение информационного сигнала приводит к изменению несущего и выходного сигнала.

Модуляция. В основном электронные цепи могут быть настроены на обработку одной несущей частоты и отражение всех других, мультиплицированные модулированные сигналы могут посылаться через один канал связи. Помимо того, модуляция позволяет цифровой информации в форме постоянного тока быть переданной такими средствами, как телефонные системы, которые не могут обрабатывать сигналы постоянного тока.

В демодуляторах несущая частота отделяется, а закодированная информация представляется в своей первоначальной форме.

Последовательная передача данных означает, что данные передаются по единственной линии. При этом биты байта данных передаются по очереди с использованием одного провода. Для синхронизации группе битов данных обычно предшествует специальный стартовый бит, после группы битов следуют бит проверки на четность и один или два стоповых бита. Иногда бит проверки на четность может отсутствовать.

Форматы передачи данных определяют использование бита четности, стартовых и стоповых битов. Очевидно, что передатчик и приемник должны использовать один и тот же формат данных, иначе обмен не возможен. Скорость передачи данных должна быть одинаковой для передатчика и приемника.

Скорость передачи данных обычно измеряется в бодах (по фамилии французского изобретателя телеграфного аппарата Emile Baudot - Э. Бодо) или в количестве передаваемых битов в секунду. При этом учитываются и старт/стопные биты, а также бит четности. Величины "бод" и "бит/с" не всегда совпадают.

Все каналы связи и проходящие по ним сигналы характеризуются полосой пропускания. Эта характеристика определяет диапазон частот, который канал может передать или который может присутствовать в сигнале.

Аналоговые каналы тональной частоты характеризуются тем, что спектр передаваемого по ним сигнала ограничен диапазоном 300-3400 Гц Скорость передачи информации не может превышать ширины этого спектра, т.е. 3100 бод.

Электрический сигнал, распространяемый по каналу, характеризуется тремя параметрами: амплитудой, частотой и фазой. Изменение одного или совокупности этих параметров составляет физическую сущность процесса модуляции. Каждому информационному элементу соответствует фиксированный отрезок времени, на котором электрический сигнал имеет определенные значения своих параметров, характеризующих значение этого информационного элемента. Этот отрезок времени называется бодовым интервалом. Если кодируемый элемент соответствует одному биту информации (может принимать значения 0 и 1), то модуляционная скорость (линейная или бодовая) равна информационной, т.е. 1 бод = 1 бит/с. Но кодируемый элемент может соответствовать, например, двум битам информации. В этом случае информационная скорость может принимать совокупность значений 00, 01, 10 и 11. В общем же случае, когда на бодовом интервале кодируются n бит, информационная скорость будет превышать бодовую в n раз.

Уплотнение данных воспринимают как меру ускорения передачи информации. При посылке данные обрабатываются программой модема и уплотняются. При этом объединяются повторяющиеся данные, т.е. программа сокращает, например, последовательность знаков ВВВВВВ до 6 хВ . Средне статистически это наполовину сокращает количество передаваемых данных.

Дуплекс - описывает возможность канала связи одновременно передавать два сигнала, имеющих противоположные направления. Используя эти два канала, полнодуплексный модем может передавать и принимать информацию в одно и то же время. Для этого используются две несущих частоты, позволяющих одновременно получать и передавать информацию. Две несущие делят пополам имеющуюся полосу пропускания.

Полудуплекс. Альтернативой предыдущему режиму служит полудуплекс. В этом случае используется только один сигнал, а модем должен попеременно настраиваться на прием и передачу сигналов для организации двунаправленности разговора.

Эхо. Модем выдает символ в телефонную линию, а удаленный модем возвращает этот же символ первому, который затем отображается, подтверждая правильность передачи символа.

Охранная полоса. В режиме дуплекса полоса не просто делится на две. Два канала разделяются охранной полосой. Эта полоса представляет собой неиспользуемые частоты, изолирующие каналы и предохраняющие их от перекрытия отдельных несущих частот.

Способы модуляции. Различными модемами используются различные способы модуляции сигналов. Все они базируются на характеристиках несущей волны, которая может быть изменена для кодировки информации.

Используются три основные волновые характеристики: амплитудная, частотная и фазовая.

Амплитудная модуляция. Амплитуда - это сила сигнала или громкость тона передаваемого через телефонный провод. Изменение этой характеристики при кодировке передаваемой информации, называется амплитудной модуляцией. Одним из способов, с помощью которого цифровая информация может быть закодирована при амплитудной модуляции, является соотношение двух значений амплитуд в соответствии с цифровой информацией. Так цифровую информацию можно кодировать установкой максимальной мощности сигнала и нулевой мощностью. Эту характеристику телефонного сигнала легче всего изменять. Однако оба перехода могут накрываться шумами, поэтому амплитудная модуляция не используется в модемах.

Фазовая модуляция. Для кодирования информации в несущей частоте можно использовать и ее фазу. Не модулируемая частота содержит ряд идентичных волн, которые следуют друг за другом с одним шагом. Если же, например, одну волну задержать на ее длину, она придется точно на вершину следующей. Задержка одних волн без изменения их амплитуд или частот порождает изменение, называемое фазовым сдвигом. Установка волны сдвигает во времени ее по отношению к предшествующей. Таким образом, информация может быть закодирована путем сдвига фазы. Единица кодируется одним ее положением, а нуль - другим. Хотя этот способ модуляции используется в модемах связи более часто, он применяется в комбинации с другими технологиями.

Частотная модуляция. Цифровой сигнал можно также закодировать при помощи изменения частоты, например, большое значение можно закодировать высокой частотой, а малую амплитуду более низкой частотой. Такая технология называется частотной модуляцией и обычно используется в радиовещании. В большинстве случаев при частотной модуляции разные значения частот соответствуют цифровым нулю и единице

Коррекция ошибок. Быстродействующие модемы очень чувствительны к шумам. Возможность исправлять случайные ошибки при приеме и передаче файлов. Используемые в настоящее время и ранее протоколы коррекции ошибок применяются обычно вместе со способом сжатия данных. Параллельно с коррекцией ошибок используется Fallback -метод (метод нейтрализации ошибки), встроенный в некоторые протоколы ( V.42, MNP -4 ). Как только количество ошибок превышает предельно допустимое значение, модемы совместно переходят на меньшую скорость передачи.

Название: ШИНА.
Назначение. С помощью шин осуществляется передача информации внутри компьютера (чаще говорят «обмен информацией»).
Шина - совокупность токопроводящих линий, по которым обмениваются информацией устройства компьютера.
Отличительным признаком шины от других систем соединения является наличие трех групп линий, по каждой из которых передается свой вид информации: шины данных, шины адреса, шины управления.
Шина, связывающая только два устройства, называется портом.
Шины в компьютере различаются по своему назначению:
- системная шина (или шина ЦПУ);
- шина кэш-памяти - предназначена для обмена информацией между ЦПУ и кэш-памятью;
- стандартные и локальные шины ввода/вывода.
Локальная шина - это скоростная шина, предназначенная для обмена информацией между быстродействующими периферийными устройствами (видеоадаптерами, сетевыми картами, картами сканера и пр.) и системной шиной.
Стандартная шина используется для подключения более медленных устройств (мыши, клавиатуры, модемов).

Название: СИСТЕМНАЯ ШИНА.
Назначение. Системная шина - это главная магистраль, по которой происходит обмен информацией между процессором и памятью и их связь с периферийными устройствами.
Принцип работы. Системная шина имеет следующие компоненты:

Основные пользовательские характеристики:
- разрядность - количество битов информации, параллельно «проходящих» через неё. Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть передано за определенный промежуток времени и тем выше производительность компьютера; Разрядности шины адреса, адресной шины и шины управления, как правило, не совпадают.
- пропускная способность - количество битов информации, передаваемых по шине за секунду.
- разрядность адресной шины определяет доступное адресное пространство. Если разрядность адресной шины равна п, то максимальный адрес, который может быть по ней передан - 2 n . Очевидно, количество байтов оперативной памяти не должно превышать 2 n , иначе байты с большими адресами не будут использоваться.
Для определения пропускной способности шины необходимо умножить разрядность шины на тактовую частоту, которая, как и для процессора, определяется генератором тактовой частоты.

Назначение. Модем
Модем - сокращение от «модулятор-демодулятор» - устройство для передачи цифровой информации через аналоговые линии связи, например, через телефонные линии или с помощью радиоволн.
Принцип действия. Необходимость промежуточного подсоединения модема между компьютером и телефонной линией объясняется тем, что цифровое и аналоговое представления информации не совпадают и подключить компьютер напрямую к телефонной линии нельзя.
Модем принимает от компьютера данные в цифровом виде (программу, текстовый, звуковой или графический файл), преобразует в аналоговый сигнал и передает в канал связи.
На противоположном конце в принимающем модеме происходит обратное преобразование, и в принимающий компьютер информация попадает в цифровом виде.
Модем - это цифроаналоговый и аналого-цифровой преобразователь.
Модемы бывают внутренние и внешние.
Внутренний модем по своей конструкции представляет съёмную карту расширения, установленную на материнской плате, на которой размещены все компоненты, обеспечивающие обмен данными, и гнезда для подключения кабеля телефонной линии («Line» - соединение с телефонной линией и «Phone» - вставляется разъем телефона).
Внешний модем представляет собой независимое, автономное устройство, подключенное к любому последовательному COM-порту. Подключается к разъёму на задней панели системного блока. Он занимает место на рабочем столе, однако дает возможность отслеживать процесс передачи данных благодаря встроенным в него индикаторам состояния.

Основные пользовательские характеристики:
- скорость передачи данных;
- поддерживаемые протоколы передачи данных.
Скорость передачи данных по каналам связи измеряется в бодах (бит в секунду). Скорость модема оценивается числом информационных битов, передаваемых за одну секунду. Низкоскоростные модемы работают со скоростями 2400 или 9600 бод, высокоскоростные модемы - со скоростями передачи 33600, 65000 бод и выше.
Протокол - стандарт, регламентирующий процедуру установления связи или режимы передачи данных между различными устройствами (между двумя модемами или между модемом и компьютером): V.24, RS-232, RS-422, V.35.
Наиболее важными протоколами являются:
- протокол аппаратной коррекции ошибок;
- протокол аппаратного сжатия данных с контролем ошибок;
- протоколы передачи файлов.
Программная поддержка. Программное обеспечение модема включает в себя:
- программы по согласованию способов и скоростей передачи данных передающего и принимающего модемов;
- протоколы передачи файлов, которые обеспечивают безошибочную передачу данных, управление потоком передаваемых данных, передачу служебной информации, защиту соединения (например, паролирование).
Для безошибочной передачи данных применяются специальные методы. Они реализуются как с помощью специальной аппаратуры, так и с помощью программ

К дополнительному программному обеспечению модемов относятся программы работы с факсами и данными, программы подключения к Интернету, программы работы с голосовыми возможностями и пр.

Физический уровень определяет способ физического соединения компьютеров в сети. Основными функциями средств, относящихся к данному уровню, является побитовое преобразование цифровых данных в сигналы среды передачи, а также собственно передача сигналов по физической среде.

Среда передачи

Центральным понятием данного уровня является понятие среды передачи. Среда передачи – это физическая среда, по которой возможно распространение информационных сигналов в виде электрических, световых и т.п. импульсов. В настоящее время выделяют два основных типа физических соединений: соединения с помощью кабеля и беспроводные соединения.

Технические характеристики среды передачи влияют на такие потребительские параметры сетей как максимальное расстояние передачи данных и максимальная скорость передачи данных.

Кабельные системы

Кабель (cable), используемый для построения компьютерных сетей, представляет собой сложную конструкцию, состоящую, в общем случае, из проводников, изолирующих и экранирующих слоев. В современных сетях используются три типа кабеля:
- коаксиальный кабель (coaxial cable);
- "витая пара" (twisted pair);
- оптоволоконный кабель (fiber optic).
Каждый тип кабеля отличается от других внутренним устройством и обладает целым набором технических характеристик, влияющих на основные потребительские параметры сетей:

Тип кабеля

Характеристика

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель был первым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть. Кабель данного типа состоит из центрального медного проводника, покрытого пластиковым изолирующим материалом, который, в свою очередь, окружен медной сеткой и/или алюминиевой фольгой. Этот внешний проводник обеспечивает заземление и защиту центрального проводника от внешней электромагнитной интерференции. При прокладке сетей используются два типа кабеля — "Толстый коаксиальный кабель" (Thicknet) и "Тонкий коаксиальный кабель" (Thinnet). Сети на основе коаксиального кабеля обеспечивают передачу со скоростью до 10 Мбит/с. Максимальная длина сегмента лежит в диапазоне от 185 до 500 м в зависимости от типа кабеля.

Витая пара

Кабель типа "витая пара" (twisted pair), является одним из наиболее распространенных типов кабеля в настоящее время. Он состоит из нескольких пар медных проводов, покрытых пластиковой оболочкой. Провода, составляющие каждую пару, закручены вокруг друг друга, что обеспечивает защиту от взаимных наводок. Кабели данного типа делятся на два класса — "экранированная витая пара" ("Shielded twisted pair") и "неэкранированная витая пара" ("Unshielded twisted pair"). Отличие этих классов состоит в том, что экранированная витая пара является более защищенной от внешней электромагнитной интерференции, благодаря наличию дополнительного экрана из медной сетки и/или алюминиевой фольги, окружающего провода кабеля. Сети на основе "витой пары" в зависимости от категории кабеля обеспечивают передачу со скоростью от 10 Мбит/с – 1 Гбит/с. Длина сегмента кабеля не может превышать 100 м.

Оптоволоконный кабель

Оптоволоконные кабели представляют собой наиболее современную кабельную технологию, обеспечивающую высокую скорость передачи данных на большие расстояния, устойчивую к интерференции и прослушиванию. Оптоволоконный кабель состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного слоем стеклянного или пластикового покрытия и внешней защитной оболочкой. Передача данных осуществляется с помощью лазерного или светодиодного передатчика, посылающего однонаправленные световые импульсы через центральный проводник. Сигнал на другом конце принимается фотодиодным приемником, осуществляющим преобразование световых импульсов в электрические сигналы, которые могут обрабатываться компьютером. Скорость передачи для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/c до 10 Гбит/с. Ограничение по длине сегмента зависят от используемого Стандарта Gigabit.

Топология сети

топологии сетей мы уже рассматривали в статье Топологии сетей.

Если сеть состоит всего из двух компьютеров, то они соединяются "напрямую". Такой способ соединения получил название "точка-точка" ("point-to-point").

Топология «Шина»

Эта топология использует один передающий канал на базе коаксиального кабеля, называемый "шиной". Все сетевые компьютеры присоединяются напрямую к шине. На концах кабеля-шины устанавливаются специальные заглушки - "терминаторы" (terminator). Они необходимы для того, чтобы погасить сигнал после прохождения по шине. К недостаткам топологии "Шина" следует отнести следующее:
- данные, предаваемые по кабелю, доступны всем подключенным компьютерам;
- в случае повреждения "шины" вся сеть перестает функционировать.
Топология «Кольцо»

Для топологии кольцо характерно отсутствие конечных точек соединения; сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо, по которому передаются данные. Эта топология подразумевает следующий механизм передачи: данные передаются последовательно от одного компьютера к другому, пока не достигнут компьютера-получателя. Недостатки топологии "кольцо" те же, то и у топологии "шина":
- общедоступность данных;
- неустойчивость к повреждениям кабельной системы.
Топология «Звезда»

В сети с топологией "звезда" все компьютеры соединены со специальным устройством, называемым сетевым концентратором или "хабом" (hub), который выполняет функции распределения данных. Прямые соединения двух компьютеров в сети отсутствуют. Благодаря этому, имеется возможность решения проблемы общедоступности данных, а также повышается устойчивость к повреждениям кабельной системы. Однако функциональность сети зависит от состояния сетевого концентратора.

Следует отметить, что термин топология может употребляться для обозначения двух понятий – физической топологии и логической топологии. Физическая топология – способ физического соединения компьютеров с помощью среды передачи, например, участками кабеля. Логическая топология определяет маршруты передачи данных в сети. Во многих случаях, физическая топология однозначно определяет логическую топологию. Однако существуют такие конфигурации, в которых логическая топология отличается от физической. Например, сеть с физической топологией «звезда» может иметь логическую топологию «шина» – все зависит от того, каким образом устроен сетевой концентратор.

Передача данных

Передача данных по физическим каналам подразумевает решение трех задач:
Способ физического кодирования определяется техническими характеристиками среды передачи. Наиболее известным и часто используемым способом является модуляция. Суть модуляции состоит в том, что по физическому каналу передается непрерывный синусоидальный сигнал (называемый несущим или опорным), физические параметры которого изменяются в соответствии со значениями информационного сигнала, представляющего данные. Модуляция используется, как правило, при передаче данных по каналам, специально не предназначенным для построения компьютерных сетей (например, телефонным).

Наряду с модуляцией для передачи данных могут использоваться различные виды цифрового кодирования, основанные на изменении уровня напряжения или полярности электрического сигнала. Поскольку сигналы, используемые для такого кодирования данных, достаточно легко искажаются под воздействием помех, то этот метод используется в каналах, специально предназначенных для построения именно компьютерных сетей и обладающих должными техническими характеристиками.

Для подключения компьютеров к среде передачи используются специализированные устройства. Основными функциями этих устройств является физическое кодирование и декодирование данных, а также синхронизация приема и передачи. Наряду с этим современные устройства могут решать задачи логической организации передачи, относящиеся к канальному уровню модели OSI. Наиболее известными в настоящее время устройствами являются модемы и сетевые адаптеры.

Модем (МОдулятор/ДЕМодулятор, Modem) представляет собой устройство, осуществляющее физическое кодирование данных методом модуляции. Существуют различные типы модемов для подключения к сетям по разным физическим каналам, как правило, не предназначенным для построения компьютерных сетей. Так, для подключения по телефонным линиям используются телефонные модемы (или - просто модемы, поскольку исторически под этим термином понималось устройство для подключения по телефонным линиям), для подключения по кабельным каналам - кабельные модемы, для подключения по радиоканалам - радиомодемы. Технические характеристики используемого канала накладывают ограничения на правила формирования сигналов (модуляции).

Обычно модемы используются для взаимодействия в сетях типа "точка-точка". В таких сетях не требуется сложной логической организации передачи, поскольку нет необходимости упорядочивать взаимодействие нескольких пар абонентов. К числу дополнительных функций, связанных с организацией передачи, можно отнести сжатие передаваемых данных и обнаружение и исправление ошибок с целью повышения эффективности и надежности передачи по низкокачественным каналам, например, телефонных (подробнее см. раздел "Канальный уровень").

Сетевой адаптер (сетевая плата, плата сетевого интерфейса, Network Interface Card) - это устройство, которое предназначено для подключения компьютера к высококачественным физическим каналам компьютерных сетей. Поэтому для физического кодирования передаваемых данных используются различные типы цифрового кодирования.

Поскольку компьютерные сети могут иметь сложные топологии? и в них одновременно могут осуществлять взаимодействие несколько пар абонентов, то требуется решать достаточно сложные задачи по упорядочиванию этого взаимодействия. Поэтому сетевые адаптеры реализуют также определенное число логических функций организации взаимодействия, например, адресации абонентов и упорядочивания одновременного доступа нескольких к общей физической линии и т.д. (подробнее см. раздел "Канальный уровень").

Читайте также:

Устройство которое преобразует сигналы среды передачи в компьютерные данные называется

Классификация модемов.

Тип кабеля

Характеристика