Что такое модем и для чего он вообще нужен? Назначение и виды модемов

Многие слышали слово «модем», и многие понимают значение данного слова. Сразу же напомню, что данное устройство зачастую используется для подключения компьютера к интернету . В этой статье мы попробуем более подробно разобраться с функциями данного девайса, видами модемов и принципами их функционирования.

Рис. 1

Для начала разберёмся с названием, почему именно модем ? Всё очень просто, слово произошло в результате слияния двух слов: модулятор и демодулятор, соответственно он модулирует и демодулирует сигнал. Модем производит преобразование аналогового сигнала в цифровой, к примеру, сигнал который идёт по телефонным линиям преобразовывается в сигнал понятный компьютеру, и наоборот. Для этого у модема имеется цифровой интерфейс для связи с компьютером, и аналоговый для связи с телефонной линией. С преобразованием сигнала всё просто: с определённой частотой измеряются характеристики сигнала, а потом записываются в цифровом виде с помощью специального алгоритма.

Из чего же состоит данный девайс? Модем состоит из процессоров (сигнального, универсального и модемного), которые управляют режимами роботы остальных частей модема, и выполняют собственно саму модуляцию/демодуляцию сигнала, также в модеме имеется память (ПЗУ, ППЗУ, ОЗУ ), и аналоговая часть модема, которая осуществляет сопряжение с сетью, а специальный контроллер всем этим управляет.

Модемы бывают внешние и внутренние. Внутренние модемы устанавливаются в сам корпус компьютера, и сделаны они в виде платы расширения, которая устанавливается в основном в слот PCI на материнской плате (выбор материнской платы ). Внешние модемы выполнены в виде отдельного устройства, которое подключается к компьютеру с помощью разъёма на сетевой карте. Есть ещё интегрированные (встроенные на материнскую плату ) модемы, но они встречаются редко. Среди достоинств внешнего модема можно отметить то, что он питается от сети, и не создает дополнительную нагрузку для БП, а также в нём присутствует индикация, с помощью которой можно ориентироваться в каком состоянии находится подключение к сети. Главное достоинство внутреннего модема - это незаметность, так как он находится внутри системного блока.

Рис.2

Также существуют беспроводные модемы (рис.2) , эти девайсы по достоинству оценили владельцы ноутбуков, которым нужно подключение к интернету в любой точке земного шара. Для передачи данных они используют различные стандарты беспроводной связи. Подключаются современные беспроводные модемы, в основном, с помощью портов USB.

Теперь поговорим о скоростях. Если раньше обычные цифро – аналоговые модемы работали на скоростях до 56 Кбит/С, то сейчас популярны ADSL –модемы (рис.2) , данные модемы работают с помощью технологии которая позволяет передавать данные со скоростью до 100Мбит/с, плюс к этому телефонная линия остается свободной. Правда, на практике, такие модемы из-за ограничения в скорости у телефонных линий, передают данные на скорости 1 – 24 Мбит/с, что также не мало.

С каждым годом интернет - провайдеры медленно и уверенно увеличивают скорость передачи данных по своим линиям, и возможно в недалёком будущем модемы будут передавать данные на скоростях равных скоростям современных локальных сетей.

Модем – это устройство, предназначенное для модуляции сигнала, то есть для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Именно от слова «модуляция» и произошло название «модем». С помощью модема пользователь выходит в сеть Интернет. Первое аналогичное устройство появилось в 1979 году. За это время, конечно, много изменилось. Изменилась и скорость, которая может сильно отличаться у пользователей, поэтому некоторые хотят измерить скорость интернета.

Виды модемов

1) Оптоволоконный модем. Устройство подсоединяет компьютер к глобальной сети посредством оптоволоконного кабеля.

2) Кабельный модем. Он позволяет передавать сигнал через стандартный телевизионный кабель. При этом работа в Интернете никак не влияет на качество передачи телевизионного сигнала.

3) ISDN-модемы. Такие модемы служат для работы в цифровых сетях – с их помощью возможно передавать голос, текстовую информацию и графику в одно и то же время с постоянной высокой скоростью.

4) ADSL-модемы. Они подключаются к телефонной линии, но работают по особой технологии, благодаря чему скорость доступа возрастает в разы. Такие модемы не распространены в связи с тем, что требуется специальное сложное оборудование, которое не всегда себя оправдывает.

По функциональному признаку модемы классифицируются следующим образом:

1) Аналоговые модемы работают на передачу информации и прием сигнала.

2) Факс-модемы удобны тем, что выполняют функцию факса.

Модемы подразделяются на внешние и внутренние.

Внешний модем выглядит как маленькая коробочка и подключается к ПК через основной COM-порт, в отдельных случаях – через USB-порт. Внешний модем оснащен индикаторами, по которым можно считывать необходимую информацию.

Модемы имеют обыкновение зависать, в этом случае его нужно выключить и снова включить. Подсоединять внешний модем проще, чем внутренний – необходимо подсоединить кабель одним концом к модему, а другим – к компьютеру.

Внутренний модем – это небольшая плата, которая устанавливается в специальный PCI-слот, который находится внутри компьютера. Внутренние модемы дешевле и не требуют блока питания и отдельной розетки для подключения.

Строгой классификации модемов не существует по причине разнообразия как самих модемов, так и сфер применения и режимов их работы. Условно модемы можно классифицировать по конструктивному исполнению, области применения, функциональному назначению, типу используемого канала, методу передачи, интеллектуальным возможностям и т.д.

По конструкции модемы делятся на внешние, внутренние, портативные, групповые.

Внешние модемы выпускаются в отдельном корпусе и имеют встроенный или вынесенный блок питания. Их достоинства: наличие световой индикации на лицевой панели, а в последнее время ЖКИ, что позволяет легко определить его состояние; органы управления находятся на лицевой панели, что позволяет управлять модемом и изменять его конфигурацию. На задней панели модема находятся разъемы для подключения к источнику питания, последовательному порту компьютера, телефонной линии (LINE), а также для подключения телефонного аппарата (PHONE). Модемы оснащены внутренним громкоговорителем, иногда имеется регулятор громкости. Недостатки внешних модемов: требуется дополнительная розетка для блока питания, дополнительное место на рабочем столе, модемы зарубежного производства иногда рассчитаны на подключение к электрической сети напряжением 110-115 В, что требует замены блока питания.

Внутренний модем – это плата расширения, вставляемая в соответствующий слот системной шины материнской платы компьютера. Такие модемы не имеют собственного блока питания и получают питающее напряжение от устройства, в которое они установлены. На задней панели модемов имеются разъемы для подключения линии связи и телефона. Достоинства: не нуждаются во включении/выключении, не занимают стандартные COM-порты компьютера, дешевле внешнего модема и т.д. Недостатки: необходимость свободного слота на материнской плате, увеличение нагрузки на блок питания, отсутствие внешней индикации, усложнение установки, перезагрузка всего компьютера при "зависании" модема.

Портативные модемы предназначены для использования совместно с компьютерами Notebook. Такой модем похож на внешний, только уменьшенного размера. Он имеет более прочный корпус и универсальное питание (от электрической сети через адаптер, от автомобильной сети 12 В и от внутренней батареи. Появились модемы, которые подключаются к портативному компьютеру через специальный разъем, через который он также получает питание. Недостатки: такие модемы гораздо дороже других модемов с аналогичными возможностями.

Групповые (стоечные) модемы – это совокупность отдельных модемов, скомпонованных в общий блок и имеющих общие блок питания, устройства отображения и управления. Это профессиональные модемы. И вставляются они не в компьютер, а в специальную модемную стойку, называемую менеджером модемов.

По области применения модемы можно разделить на несколько групп:

для коммутируемых телефонных каналов - такие модемы должны уметь работать с АТС, различать их сигналы и передавать свои сигналы набора абонентского номера;

для выделенных (арендуемых) каналов;

для физических соединительных линий (полоса пропускания не ограничена значением 3400 Гц и зависит от типа и длины кабеля);

для цифровых систем передачи - подключаются к цифровым каналам, таким как ISDN;

для сотовых систем связи – поддерживают специальные протоколы модуляции и исправления ошибок, позволяющие эффективно передавать данные в условиях сотовых каналов с высоким уровнем помех и постоянно изменяющимися параметрами;

для пакетных радиосетей – несколько радиомодемов использует один и тот же радиоканал в режиме множественного доступа;

для локальных радиосетей – такие радиомодемы обеспечивают передачу данных на небольшие расстояния (до 300 м) с высокой скоростью (2-10 Мбит/с), сопоставимой со скоростью передачи в проводных локальных сетях;

кабельные модемы –используются для передачи каналов кабельного телевидения; скорость передачи может достигать 10 Мбит/с.

Рассмотрим типы модемов по функциональному назначению .

Факс-модемы . Для увеличения функциональных возможностей в классический модем практически всегда добавляется обмен факсами с факс-аппаратами и с другими факс-модемами. Достоинства факс-модемов:

1. экономия термобумаги,

2. файл-сообщение несколько лучше читается, чем факс,

3. посылка факса с помощью модема производится быстрее,

4. можно программировать посылку нескольких факсов в заданное время,

5. входящие документы удобнее обрабатывать в виде файлов.

Голосовые модемы (VOX) выполняются как расширение факс-модемов. Эти модемы принимают из телефонной сети голосовые сообщения, записывая их в виде компьютерного файла, а также воспроизводят в телефонную сеть ранее сформированные голосовые файлы. Файл можно вывести на динамик компьютера, на отдельную телефонную трубку, подсоединенную к модему или на трубку телефонного аппарата, если использовать специальный переключатель.

SVD модемы позволяют передавать данные и одновременно вести разговор с помощью телефонной трубки, подключенной к модему, причем в дуплексном режиме.

Скоростные модемы - это SR-модемы и кабельные модемы. Используют совсем другие протоколы передачи, чем на телефонных линиях. SR -модемы используются для передачи данных на малые расстояния т.е., когда есть возможность соединить два терминальных устройства прямым кабелем и нет необходимости "втискиваться" в стандартную ширину телефонного канала. Это позволяет увеличить скорость передачи данных до 80 кбит/с на расстояние до 15 км, а для хорошего кабеля типа "витой пары" и меньших расстояний скорость может доходить до 2 Мбит/с. Кабельные модемы используют для передачи каналы кабельного телевидения (скорость передачи достигает 10 Мбит/с).

Радиомодемы вместо телефонных проводов используют радиоэфир как среду для передачи информации. В них вместо телефонного разъема имеется антенный разъем, куда вставляется антенна. Он такой же как и классический модем: подключается к компьютеру через стандартный интерфейс RS-232. В антенный разъем подключается штыревая антенна (до 30 см), или, если нужна большая дальность, - антенный кабель, усилитель и направленная антенна. Кроме того, радиомодем содержит в своем составе радиоприемопередатчик. Применяются в тех случаях, когда прокладка телефонной или кабельной линии затруднена. Главное отличие радиомодемов состоит в том, что они ориентированы на работу в едином радиоканале со многими пользователями, а не в канале типа "точка-точка".

Сотовые модемы используются для мобильной сотовой радиотелефонии. Они не содержат в своем составе приемопередатчиков, а используют приемопередатчики, входящие в состав сотового телефона, передавая в них свои сигналы. Скорость передачи данных и факсимильной информации в таком радиоканале до 14,4 кбит/с (без их сжатия). Эти модемы имеют портативное исполнение и размещены в прочном корпусе. Они используются на зашумленных и нестабильных линиях: спутниковых, сельских и междугородних.

По методу передачи модемы делятся на асинхронные и синхронные. Передача по интерфейсу DTE-DCE может быть синхронной и асинхронной. Модем может работать с компьютером в асинхронном режиме и одновременно с удаленным модемом – в синхронном режиме и наоборот. Тогда можно сказать, что модем работает в синхронно-асинхронном режиме. Чаще всего синхронизация реализуется одни из двух способов, связанных с тем, как работают тактовые генераторы отправителя и получателя: независимо друг от друга (асинхронно) или согласованно (синхронно).

Асинхронный режим передачи используется тогда, когда передаваемые данные генерируются в случайные моменты времени (самим пользователем). В этом случае принимающее устройство должно восстанавливать синхронизацию в начале каждого получаемого символа. Для этого каждый передаваемый символ снабжается дополнительным стартовым и одним или более стоповыми битами.

При синхронном методе передачи объединяется большое число символов или байт в отдельные блоки или кадры. Весь кадр передается как одна цепочка битов без каких либо задержек между восьмибитными элементами. Чтобы принимающее устройство могло обеспечить различные уровни синхронизации, должные выполняться следующие требования:

передаваемая последовательность не должна содержать длинных последовательностей нулей и единиц, чтобы устройство могло выделять тактовую частоту синхронизации.

каждый кадр должен иметь зарезервированные последовательности битов или символов, отмечающие его начало и конец.

По интеллектуальным возможностям модемы бывают:

без системы управления;

поддерживающие набор АТ-команд; (позволяет пользователю управлять характеристиками модема и параметрами связи).

с поддержкой команд V.25bis; (позволяет управлять режимами установления соединения и автовызова).

с фирменной системой команд; (специализированные промышленные модемы).

поддерживающие протоколы сетевого уровня; (позволяют администратору управлять элементами сети и модемами с удаленного терминала).

Модем (акроним, составленный из слов мод улятор- дем одулятор) — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию, то есть изменяет характеристики несущего сигнала в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).

Типы модемов:

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). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.

Винмодемы — 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 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.

Основная статья: Беспроводной модем

Спутниковые

PLC — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

Наиболее распространены в настоящее время:

Внутренний программный модем

Встроенные в ноутбуки модемы.

Внешний аппаратный модем

Основные элементы модема

Порты ввода-вывода — схемы, предназначенные для обмена данными между телефонной линией и модемом с одной стороны, и модемом и компьютером — с другой. Для взаимодействия с аналоговой телефонной линией зачастую используется трансформатор.

Сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP) Обычно модулирует исходящие сигналы и демодулирует входящие на цифровом уровне в соответствии с используемым протоколом передачи данных. Может также выполнять другие функции.

Контроллер управляет обменом с компьютером.

Микросхемы памяти: ROM — энергонезависимая память, в которой хранится микропрограмма управления модемом — прошивка, которая включает в себя наборы команд и данных для управления модемом, все поддерживаемые коммуникационные протоколы и интерфейс с компьютером. Обновление прошивки модема доступно в большинстве современных моделей, для чего служит специальная процедура описанная в руководстве пользователя. Для обеспечения возможности перепрошивки для хранения микропрограмм применяется флэш-память (EEPROM). Флэш-память позволяет легко обновлять микропрограмму модема, исправляя ошибки разработчиков и расширяя возможности устройства. В некоторых моделях внешних модемов она так же используется для записи входящих голосовых и факсимильных сообщений при выключенном компьютере.

NVRAM — энергонезависимая электрически перепрограммируемая память, в которой хранятся настройки модема. Пользователь может изменять установки, например используя набор AT-команд.

RAM — оперативная память модема, используется для буферизации принимаемых и передаваемых данных, работы алгоритмов сжатия и прочего.

Модемы с дополнительными возможностями

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

Это позволяет осуществить:

Использование такого модема в режиме автоответчика и для организации голосовой почты.

История

Компания AT&T Dataphone Modems в Соединённых Штатах была частью SAGE (ПВО системы) в 50-х годах. Она cоединяла терминалы на различных воздушных базах, радарах и контрольных центрах с командными центрами SAGE, разбросанными по США и Канаде. SAGE использовала выделенные линии связи, но устройства на каждом из концов этих линий были такими же по принципу как современные модемы.

Первым модемом для персональных компьютеров стало устройство компании Hayes Microcomputer Products, которая в 1979 году выпустила Micromodem II для персонального компьютера Apple II. Модем стоил 380 долл. и работал со скоростью 110/300 б/сек.

В 1981 году фирма Hayes выпустила модем Smartmodem 300 б/сек, система команд которого стала стандартом де-факто.

Доброго времени суток, вам дорогие мои друзья. Сегодня я с вами понастальгирую, вспоминая, что такое модем. Эх, какое это было время… Чувствую, не все меня сейчас понимают, особенно молодые читатели, впервые услышавшие название данного устройства.

Тогда объясняю, обратившись к истории.

Допустим, что у вас есть ПК, но интернета нет, вообще никакого. Плохо вам без него? Да уж, особенно учитывая, что вам известны его безграничные возможности. Так вот. В 90-х владельцы компьютеров в России впервые узнают о таком Чуде Света, как глобальная паутина. И оказывается, что подключиться к ней можно по простой телефонной сети. Которая была на тот момент единственным средством проводной связи, проложенным даже в отдаленные деревеньки.

Но для этого требовалось, чтобы в вашем городе существовал провайдер, предоставляющий доступ к интернету. А у пользователя было устройство, называемое модемом, и подключаемое между ПК и телефонной линией.

С чего все началось?

Так уж случилось, что после падения «железного» занавеса интернет попал в нашу страну уже с готовыми аппаратными и программными решениями. Но в реальности, и самой сети, и обслуживающим ее устройствам пришлось пройти тернистый путь поиска оптимальных решений.

История возникновения модемной обработки данных начинается в послевоенные горы в США. В 1950 году между военными базами ПВО, расположенными по всей Северной Америке, была проложена , которая соединяла радары, терминалы, командные центры. Обработка сигнала на концах линий осуществлялась с помощью модулирующих преобразований.

Этот принцип стал основой для создания аналогичных устройств для сетевой связи между персональными компьютерами.

В 1979 появился Micromodem II, предназначенный исключительно для ПК Apple II. Так устройство получило свое название «модем», образованное от названия двух, выполняемых им операций: МОдуляции и ДЕМодуляции.

Назначение этих функций и принцип работы я сейчас объясню. Чтобы импульсы цифрового кода, представляющие собой «прямоугольный» график, можно было передавать по каналу, предназначенному для звуковой связи, их предварительно модулируют, после чего привычный для телефонной линии аналоговый сигнал успешно идет по сети.

В свою очередь, и компьютер не способен воспринимать несвойственную для него аналоговую информацию. Поэтому плавное изменение напряжения в линии демодулируется обратно в импульсы, понятные для считывания процессором.

Но если более подробно изучить работу модема, то стоит обратить внимание на его взаимодействие с сетью и ПК, подразумевающее систему запросов, распознавания, изменение параметров подключения и прочие управляющие операции.

Все это записывается специальным программным кодом. В 1981 году компанией Hayes был представлен Smartmodem 300. В котором использовалась система таких команд, ставших впоследствии стандартом в сфере производства модемов.

Какие бывают модемы и как они устроены

Но, раз уж мы начали вникать в такие тонкости. То я предлагаю сразу рассмотреть устройство модема, состоящее из:

• блока электропитания;
• двух разъемов для подключения телефонного кабеля (входящий от розетки и ответвление к телефону) и сетевого LAN или последовательного LPT порта для соединения с компьютером;
• контроллера, отвечающего за обмен потоковыми данными с ПК;
• сигнального процессора, непосредственно выполняющего операции по преобразованию сигналов;
• набора микросхем памяти, включающего оперативную RAM и два типа энергонезависимой: ROM (с прошивкой, драйверами) и NVRAM с рабочими настройками.

Сразу скажу, что данный «набор» взят из конструкции внешнего модема, которые в период их наибольшей популярности были самыми распространенными. Кое-кто наверняка помнит такие модели как Courier или Zyxel.

Со временем появились и внутренние модемы, вставляемые в материнку. В них уже не требовался блок питания и наружный com-port. Но был задействован разъем, который мог пригодиться и для других нужд. Некоторые производители делали даже встроенные модемы, интегрированные в системную плату.

Способ подключения, определяющий скорость интернета

Разговор о модемах будет не полным, если обойти стороной способы их подключения к интернету. И первым, конечно, является Dial-up – обычный дозвон, набором номера. Конечно, эту функцию выполняла электронная начинка устройства сопровождающая свою работу характерными звуками, доносящимися из динамика. Их специально не отключали (несмотря на надоедливость) с целью контроля процесса. Dial-up соединение имело свои особенности:

• дозвон занимал продолжительное время, а в процессе работы в сети использование телефона было невозможным;
• очень низкая скорость подключения 40 — 45 кбит/с, которая, к тому же, сильно зависела от качество телефонной лини;
• тарификация зачастую была поминутной, а с учетом медленной скорости – дорогой…

В качестве альтернативы корпоративным и просто состоятельным пользователям предлагалась выделенная линия Dial-up связи. Достоинством которой было отсутствие дозвона и лучшее качество канала.

Практика использования интернета показала, что объем скачиваемой пользователем информации намного выше чем, передаваемой им в сеть. Поэтому была предложена технология ADSL – асинхронное частотное разделение потоков данных с помощью мультиплексора и модема, способного работать с таким сигналом. Это обеспечило новые возможности и очевидные преимущества:

• появилась возможность параллельного использования телефона в процессе работы с интернетом;
• скорость увеличилась до 25 Мбит/сек;
• существенно сократилось время подключения;

Передача информации с помощью позволило по-новому взглянуть на возможности скоростного Интернета, но, к сожалению, сдерживающим фактором на этом этапе оказалась пропускная способность телефонных линий. Провайдеры стали напрямую прокладывать линии связи (витую пару или оптоволокно) к пользователю доведя скорость соединения до 100-300 Мбит/с.

Теперь не актуальны?

А что же наши модемы, спросите вы, пропали? Ну не совсем. Все-таки прокладка новой линии дело хлопотное, а телефонный кабель уже лежит. Грех им не воспользоваться. Поэтому у провайдеров такая услуга еще присутствует. Другое дело, что телефонная связь изменилась, оцифровалась, стала мобильной и предоставила новее перспективы в лице 3G/4G USB модемов.

Теперь подключиться к интернету можно в любой точке, находящейся в зоне покрытия мобильного оператора. Причем скорость передачи данных позволит спокойно смотреть потоковое видео. Со временем и у USB модемов появились конкуренты – это смартфоны. Которые в умелых руках запросто раздают интернет через wi-fi.

Но это уже другая история. А эту, я считаю возможным закончить. До скорых встреч, мои дорогие читатели.