Устройства вывода информации

Принтеры

 

6.1.1. Принципы работы лазерных принтеров

Лазерные принтеры выросли из электростатической копировальной технологии, формируя изображение на экране с помощью крошечного лазерного луча. Выход полупроводникового лазера модулируется изображением, по командам компьютера, которое необходимо напечатать. Лазерный луч фокусируется на специальный оптический светочувствительный барабан. Вращающееся зеркало заставляет луч быстро сканировать барабан. Слой краски реагирует на лазерный луч, преобразуя поступающий свет в электрический заряд. Барабан затем покрывается специальным пигментом, который электростатически фиксируется в засвеченных областях, а с других затем удаляется. Бумага подается на барабан, и при помощи тепла частицы пигмента припаиваются к бумаге. После удаления бумаги с барабана и с лазерного принтера на ней остается изображение, сформированное частицами пигмента рис. 43.

Рис. 43. Принцип работы лазерного принтера 1 Лазер, 2 Система зеркал 3 Барабан-девелопер 4 Фотобарабан, 5 Механизм захвата бумаги, 6 Механизм нагрева бумаги

Рис. 44. Блок-схема лазерного принтера: 1 — фотобарабан; 2 — девелопер; 3 — лист бумаги; 4— валик подачи; 5, 6 — термозакрепляющие валики; 7 — ракель; 8 — лампа; 9 — очищающий ракель; 10 — валик восстановления заряда.

 

Воспроизведение текста и графики в лазерном принтере осуществляется в три стадии: экспозиция, проявка и печать, рис.44.

На первой стадии данные из компьютера поступают в буфер строки, модулируют луч лазера и с помощью сканирующей системы, в которую входит лазер, переносятся на отрицательно заряженную поверхность специального фотобарабана 1. Лазерная засветка осуществляется следующим способом: тонкий луч лазера светит на зеркало, которое вращается с высокой скоростью. Отраженный луч через систему зеркал и призму попадает на барабан и за счет поворота зеркала нейтрализует заряды по всей длине фотобарабана. Затем происходят поворот барабана на один шаг (этот шаг измеряется в долях дюйма, и именно он определяет разрешение принтера по вертикали) и вычерчивается новая линия. Точки, которые на бумаге должны получиться темными, разряжа-ются светом лазерного луча. Заряды на освещенных течках поверхности барабана нейтрализуются благодаря фотопроводящим свойствам барабана. Таким образом, на поверхности барабана формируется скрытое электростатическое изображение.

Скорость вращения зеркала очень высока. Она составляет 7-15 тыс. об./мин. Для того чтобы увеличить скорость печати, не увеличивая скорость вращения зеркала, его выполняют в виде многогранной призмы.

На второй стадии с помощью второго барабана 2, называемого девелопером, на фотобарабан наносится тонер — мельчайший красящий порошок. В процессе работы барабана-девелопера, частицы тонера и фотобарабан всегда заряжены отрицательно, однако в точках, засвеченных лазерным лучом, потенциал поверхности фотобарабана уменьшается с -900 В до —200 В. Напряжение на барабане-девелопере составляет при этом —500 В. Таким образом, разность потенциалов, притягивающая тонер на разряженные области фотобарабана, оказывается равной 300 В; соседние заряженные участки поверхности, напротив, отталкивают частицы.

Рядом с барабаном-девелопером расположен ракель 7. Это резиновое лезвие, которое предназначено для снятия излишков тонера, оставляя для печати только один слой приставших к бумаге частиц. Это лезвие сделано плавающим, как в хороших бритвах.

Затем «проявленный» участок барабана прокатывается по листу бумаги 3, который подается снизу еще одним валиком 4, тоже заряженным. Электростатическое поле переносит тонер на лист бумаги, и тот прямиком отправляется в узел закрепления изображения. Этот узел состоит из двух барабанов 5, 6, нагретых до 180-200°С (в зависимости от модели). При такой температуре частицы тонера намертво вплавляются в бумагу. Поэтому выползающий из принтера отпечатанный лист бывает теплым.

Внизу, рядом с подающим бумагу валиком 4, расположена мощная лампа 8 вытянутой формы. Она нужна для того, чтобы поддерживать на подающем валике постоянный заряд. Этот заряд притягивает частицы тонера и способствует переносу изображения с фотобарабана на бумагу.

Еще один ракель 9 и валик (10) готовят фотобарабан к следующему рабочему циклу. Этот ракель очищает фотобарабан от остатков тонера, а заряженный валик при контакте с фотобарабаном восстанавливает заряд на его поверхности.

Такова схема, по которой работают все модели лазерных принтеров. Но конкретная реализация этой схемы в принтерах различных фирм может быть различной.

В большинстве принтеров фотобарабан вместе с барабаном-девелопером входят в состав единого узла — картриджа. Внутри картриджа в специальной емкости находится тонер.

Разрешение лазерного принтера по горизонтали и по вертикали, вообще говоря, определяется разными факторами. Для большинства лазерных принтеров составляет 1/600 дюйма.

Каждый лазерный принтер содержит быстродействующий процессор, оперативную память и флэш-память (ППЗУ). Объем оперативной памяти обычно составляет 1-2 Мбайта с возможностью расширения до 8-16 Мбайт. Флэш-память (если она есть) может иметь объем до 4 Мбайт. Кроме того, в некоторых принтерах может быть установлен жесткий диск. Скорость печати лазерных принтеров составляет (в зависимости от разрешения) от 4 до 20 страниц в минуту.

Обладая значительной флэш-памятью (ППЗУ), принтер выигрывает в скорости за счет того, что не тратит времени на загрузку из компьютера шрифтов и шаблонов. Все эти данные многоразового использования хранятся в памяти принтера. Флэш-память позволяет записать и держать наготове до двух десятков шрифтов.

Вся страница перед печатью должна быть загружена во внутреннюю память принтера в виде растрового (Bitmap) представления.

Для цветных принтеров требуемый объем внутренней памяти возрастает не менее чем в три раза. Для повышения скорости печати пользователь может пожертвовать высоким разрешением и переключить принтер в режим печати с разрешением 600 или даже 300 dpi.

Лазерные принтеры довольно чувствительны к качеству бумаги, она должна быть хорошего качества. С другой стороны, лазерные принтеры допускают использование качественной бумаги плотностью от 60 до 300 граммов на кв. метр (материал с удельным весом 300 г/кв. м представляет собой картон в полтора миллиметра толщиной). Конверты и картон отправляются на печать с отдельного лотка и проходят через весь механизм по особому маршруту, так что им почти не приходится сгибаться.

Цветные лазерные принтеры

При печати на цветном лазерном принтере используются две различные технологии. В соответствии с первой, широко используемой до недавнего времени, на фотобарабане последовательно для каждого отдельного цвета (Cyan [голубой], Magenta [малиновый], Yellow, (желтый), Black (черный)) формировалось соответствующее изображение и лист печатался за четыре прохода, что сказывалось на скорости и качестве печати.

В современных моделях в результате четырех последовательных прогонов на фотобарабан наносится тонер каждого из четырех цветов. Затем при соприкосновении бумаги с барабаном на нее наносятся все четыре краски одновременно, образуя нужные цветовые сочетания на отпечатке. В результате достигается более ровная передача цветовых оттенков.

Рис. 44. Блок-схема цветного лазерного принтера

 

Высокая стоимость цветных аппаратов обусловлена тем, что некоторые детали представлены не в одном, а в четырех экземплярах. Кроме того, для улучшенной передачи оттенков используются более совершенные барабаны, а также более точный, чем в обычных аппаратах, механизм подачи бумаги, поскольку бумага проходит по барабану четыре раза. Лазерные принтеры обеспечивают самую высококачественную печать.

6.1.2. Светодиодные принтеры

В отличие от лазерного, в светодиодном принтере отсутствует сложная и дорогостоящая оптико-механическая часть. Вместо нее применена линейка светодиодов.

Рис. 45 Принцип работы светодиодного принтера

По сравнению с обычной лазерной технологией светодиодная (по-английски LED — Iight Emitting Diode) технология обладает следующими преимуществами: -- формирователь изображения (линейка светодиодов) значительно компактнее лазерной оптико-механической системы; -- в силу отсутствия в механизме формирования изображения подвижных частей система намного проще и надежнее; -- из-за использования неподвижной линейки, где каждый светодиод находится над определенным участком фотобарабана, снимаются проблемы с качеством изображения по краям листа, присущие системам с лазерной разверткой.

Лидером и законодателем мод в области светодиодной (LED) технологии является компания OKI. В принтерах OKIPAGE применены раздельные фотобарабан и тонер-картридж. Это позволяет заменять тонер по мере его расходования, оставляя ба рабан настолько долго, насколько качество отпечатков будет устраивать пользователя.

В последних моделях принтеров OKIPAGE и в планируемых к выпуску новых принтерах, используется новых тонер со сложной структурой. Каждая крупица нового тонера представляет собой капсулу с твердой оболочкой и мягким легкоплавким ядром. Такая структура позволяет сократить время, затрачиваемое на расплавление тонера, и увеличить общее быстродействие принтера. Легкоплавкий полимер обладает более глубоким черным цветом, что позволяет достичь большей яркости отпечатков. За счет разности температур плавления ядра и оболочки достигается более глубокая фиксация тонера на бумаге, что способствует боль­шей долговечности полученных отпечатков.

Теоретически светодиодная технология более надежна, поскольку является более простой. Кроме того, принтеры со светодиодной панелью более компактны. Благодаря компактности светодиодную технологию часто используют в ксерографических цифровых плоттерах.

Однако на практике большинство производителей предпочитает лазерную технологию. Кроме того, лазерные принтеры работают быстрее, в то время как светодиодные более дешевы.

 

6.1.3 Струйные принтеры

Рис.46 Схема работы струйного принтера

Струйные принтеры относятся к безударным печатающим устройствам, то есть таким, у которых носитель печатаемой информации не касается бумаги, рис. 46. Струйные чернильные принтеры (Ink Jet) относятся, как правило, к классу последовательных матричных безударных печатающих устройств, которые, в свою очередь, подразделяются на устройства непрерывного (continuous drop, continuous jet) и дискретного (drop-on-demand) действия. Последние в своей работе опять же могут использовать либо термическую <пузырьковую> технологию (bubble-jet, или thermal ink-jet), либо пьезоэффект (piezo ink-jet). У чернильных устройств, как, впрочем, и у ударных матричных принтеров, печатающая головка движется относительно неподвижной бумаги. Сопла (канальные отверстия) на печатающей головке, через которые разбрызгиваются чернила, соответствуют <ударным> иглам. Количество сопел у разных моделей принтеров обычно варьируется от 12 до 256. Поскольку размер каждого сопла существенно меньше диаметра иглы (тоньше человече-

 

ского волоса), а количество сопел может быть больше, то получаемое изображение должно быть в этом случае четче (если чернила не расплываются на бумаге).Максимальная разрешающая способность массовых моделей достигает значения 1440 точек на дюйм.

Основными параметрами струйных принтеров являются технология печати, разрешение, количество цветов, стоимость эксплуатации и некоторые другие.

Технология печати. Под технологией печати понимается способ формирования капли чернил. В пьезоэлектрических печатных головках капля формируется и выстреливается на бумагу за счет пьезоэффекта (принтеры Epson),

Рис.47 Схема работы струйного принтера с пьезокерамикой.

 

в пузырьковых головках капля выстреливается за счет давления пузырька пара, возникающего при нагревании чернил (принтеры Canon, Hewlett-Packard и Lexmark).

а) конструкция сопла

б) функционирование сопла

Рис.48 Схема работы струйного принтера

В пузырьковых печатных механизмах сопла печатной головки изнашиваются быстрее, поэтому головка совмещена с картриджем и меняется на новую вместе с опустевшим баллончиком чернил. Пьезоэлектрические головки обычно несменные, меняются только баллончики с чернилами.

Разрешение. Разрешение характеризует величину самых мелких деталей изображения, передаваемых при печати без искажений. Измеряется обычно в dpi (dot per inch) - числе наносимых отдельных точек красителя на дюйм бумаги. Необходимо понимать, что разрешение принтера соответствует разрешению изображения только для черно-белых изображений, то есть только черно-белая картинка с разрешением 300 dpi будет напечатана на принтере с разрешением 300 dpi без искажений.

Количество цветов. В черно-белых принтерах, которые уже практически не выпускаются, печатная головка (и картридж к ней) была одна. В так называемых трехцветных принтерах, или принтерах с возможностью цветной печати, можно установить только один картридж либо с черными чернилами, либо с тремя чернилами CMY (Cyan, Magenta, Yellow - голубой, малиновый, желтый). Черный цвет при использовании такого картриджа получается смешением этих цветов и в реальности выглядит грязно-коричневым. Такие принтеры пригодны для эпизодической печати простейшей иллюстративной графики (примеры: HP DeskJet 400 и 600C, Lexmark 1020). В четырехцветных принтерах реализуется модель печати CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black) и применяются либо четыре отдельных картриджа, либо два: черный и цветной. Большинство современных струйных принтеров именно четырехцветные. Сегодня наиболее качественная печать цветных растровых изображений получается при использовании не четырех, а шести цветов. Шестицветные модели струйных принтеров выпускаются всеми ведущими производителями этих устройств.

Интерфейс. До недавнего времени основным интерфейсом для подключения принтеров был параллельный порт с различными его расширениями. С активным внедрением шины USB появляется все больше устройств с этим интерфейсом. Существуют модели, поддерживающие печать через ИК-порт. Наиболее мощные и дорогие сетевые модели позволяют подключаться непосредственно к сети Ethernet.

 

6.1.4. Матричный принтер

Широко распространенным устройством является матричный принтер. Он позволяет довольно качественно выводить текст и формировать графические изображения в основном для вспомогательных целей.

Рис.49 Устройство печатающей головки матричного принтера

Основной элемент матричного принтера - печатающая головка, содержащая от 7 до 48 вертикально расположенных штырьков (игл), с шишечкой, выталкиваемых электромагнитами до соударения с красящей лентой. Принцип работы одной иголки матричного принтера показан на рис. 49. Наиболее распространены 9 и 24-х игольчатые принтеры. Важной характеристикой принтера является разрешение, определяемое диаметром иглы. Обычные значения - десятые доли миллиметра (до 3-5 точек/мм, т.е. 85-127 точек/дюйм).

Адресное разрешение по оси Y определяется расстоянием между иглами (Dh) и составляет до 170 точек/дюйм. Наиболее современные 48-игольчатые матричные принтеры имеют разрешение приближающееся в 300 точкам/дюйм.

В одноцветных принтерах красящая лента свернута в кольцо Мебиуса, так что обеспечивается использование ленты с двух сторон. Цветные принтеры, в зависимости от используемой бумаги, работают в один или несколько проходов. Если возможно использование обычной бумаги, то все цвета печатаются в каждой строке, прежде чем произойдет перемещение к следующей. Цвет переключается механически вертикальным смещением красящей ленты. В более скоростных (и дорогостоящих) цветных принтерах, использующих специальную толстую перфорированную бумагу, лента состоит из трех частей: красной, желто-зеленой и синей. Печать происходит постранично в три прохода.

Забота о не наложении точек различных цветов друг на друга возлагается на пользователя. При повторной печати точки другим цветом краситель с бумаги частично переносится на ленту, поэтому ленты быстро мажутся, особенно, светлых оттенков.

Обычно принтеры имеют несколько комплектов внутренних шрифтов и память для загрузки шрифтов, созданных пользователем. В хороших принтерах оба хода головки рабочие и слева-направо и справа-налево.

Как правило, принтеры имеют встроенную память для накопления распечатываемого текста (до нескольких десятков страниц).

Обычно имеется два режима работы - символьный и графический. В символьном режиме принтер, используя внутреннее растровое описание шрифтов, сам управляет печатью строк. В графическом режиме пользователь должен сам подготовить поточечное описание строк.

Скорости печати в символьном режиме порядка первых сотен символов в секунду (120, 120-200, более 200). Скорости печати строк в минуту также первые сотни (до 200, 200-400, более 400).

Лидеры на рынке матричных принтеров - фирмы Epson и NEC (Nippon Electric Company).

 

Плоттеры

Для вывода сложных и широкоформатных графических объектов (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем) используются специальные устройства вывода - плоттеры. Принцип действия плоттера такой же, как и у принтера.

Параметры плоттеров. Тип носителя (media type) напрямую влияет на эксплуатационные расхо ды: чем дороже и "экзотичнее" носитель, тем они выше. Максимальный размер листа (max media size) при использовании нарезанных заранее или максимальная ширина листа носителя (max media width) при использовании рулонного носителя больше фактических соответственно размера рабочего поля носителя (image size) или ширины рабочего поля (image width), т.е. пространства, где плоттер рисует, на размер полей по краям листа (border, margins) из-за необходимости его перемещения в процессе создания изображения.

Формат листа (drawing size) определяет максимальный стандартный формат, который может быть вписан в размер рабочего поля. Длина носителя (media length) для рулонных плоттеров зависит от его толщины (чем тоньше носитель, тем он длиннее), так как допустимый диаметр рулона ограничен. Иногда можно встретить параметр - максимальная толщина носителя (max media thickness). Понятно, что малая толщина носителя сужает возможности использовании плоттера.

Плоттеры:

● Перьевые плоттеры. ● Струйные плоттеры. ● Лазерные плоттеры

Перьевые плоттеры

Перьевые плоттеры - это электромеханические устройства векторного типа, и на ПП традиционно выводят графические изображения, различные векторные, программные системы типа AutoCAD. ПП создают изображение при помощи пишущих элементов, обобщенно называемых перьями, хотя имеется несколько видов таких элементов, отличающихся друг от друга используемым видом жидкого красителя. Пишущие элементы бывают одноразовые и многоразовые (допускающие перезарядку). Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну или две степени свободы перемещения.

Существует два типа ПП: планшетные, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения, и барабанные (или рулонные), в которых перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага вдоль другой за счет захвата транспортным валом, обычно фрикционным. Перемещения выполняются при помощи шаговых (в подавляющем большинстве плоттеров) или линейных электродвигателей, создающих довольно большой шум. Хотя точность вывода информации барабанными плоттерами несколько ниже, чем планшетными, она удовлетворяет требованиям большинства задач. Эти плоттеры более компактны и могут отрезать от рулона лист необходимого размера автоматически, что определило их доминирование на рынке больших ПП (ПП формата А3 обычно планшетные). Отличительной особенностью ПП являются высокое качество получаемого изображения и хорошая цветопередача при использовании цветных пишущих элементов. К сожалению, скорость вывода информации в ПП невысока, несмотря на все более быструю механику и попытки оптимизации процедуры рисования; существует и проблема подбора пары носитель - чернила.

Карандашно-перьевые плоттеры (КПП, pen/pencil) - разновидность перьевых - отличаются возможностью установки специализированного пишущего узла с

цанговым механизмом для использования обычных карандашных грифелей, который обеспечивает постоянное усилие нажима грифеля на бумагу и его автоподачу при стачивании. В результате не требуется постоянно следить за процессом вывода информации, как при эксплуатации ПП, в которых может засоряться канал истечения красителя.

Дополнительные преимущества карандашной технологии: "Краситель" карандашных грифелей не высыхает, и карандаш пишет на любой скорости (при использовании жидких красителей необходимо учитывать время их вытекания из пера и время высыхания). Карандаш позволяет рисовать на любых бумажных носителях, в том числе и не очень высокого качества; при этом изображения качественны, дают хорошие оттиски при копировании, и в то же время их можно корректировать ластиком.

6.2.2. Струйные плоттеры.

Струйная технология создания изображения известна с 70-х годов, но истинный ее прорыв на рынке стал возможен только с разработкой фирмой Canon технологии создания реактивного пузырька (Bubblejet) - направленного распыления чернил на бумагу при помощи сотен мельчайших форсунок одноразовой печатающей головки. Каждой форсунке соответствует свой микроскопический нагревательный элемент (терморезистор), который мгновенно (за 7-10 мкс) нагревается под воздействием электрического импульса. Чернила закипают, и пары создают пузырек, который выталкивает из форсунки каплю чернил. Когда импульс кончается, терморезистор столь же быстро остывает, а пузырек исчезает.

Печатающие головки могут быть "цветными" и иметь соответствующее число групп форсунок. Для создания полноценного изображения используется стандартная для полиграфии цветовая схема CMYK, использующая четыре цвета: Cyan - голубой, Magenta - пурпурный, Yellow - желтый и Black - черный. Сложные цвета образуются смешением основных, причем получение оттенков различных цветов достигается путем сгущения или разрежения точек соответствующего цвета в фрагменте изображения (аналогичный способ используется при получении различных оттенков "серого" при выводе монохромных изображений).

Струйная технология имеет ряд достоинств. Сюда можно отнести простоту реализации, высокое разрешение, низкую потребляемую мощность и относительно высокую скорость печати. Приемлемая цена, высокое качество и большие возможности делают СП серьезным конкурентом перьевых устройств. Спрос на СП со стороны работающих с настольными издательскими системами и пользователей систем автоматизированного проектирования, выпускающих сложные чертежи формата А0, растет, однако невысокая скорость вывода графической информации и выцветание со временем полученного цветного изображения без принятия специальных мер (использования ламинирования или специальной "самоламинирующейся" бумаги) ограничивает их применение.

6.2.3. Лазерные (светодиодные) плоттеры.

Эти плоттеры базируются на электрографической технологии, в основу которой положены физические процессы внутреннего фотоэффекта в светочувствительных полупроводниковых слоях селеносодержащих материалов и силовое воздействие электростатического поля. Промежуточный носитель изображения (вращающийся селеновый барабан) в темноте может быть заряжен до потенциала в сотни вольт. Луч света снимает этот заряд, создавая скрытое электростатическое изображение, которое притягивает намагниченный мелкодисперсный тонер, переносимый затем механическим путем на бумагу. После этого бумага с нанесенным тонером проходит через нагреватель, в результате чего частицы тонера запекаются, создавая изображение.

Некоторое время назад создание скрытого изображения на барабане осуществлялось исключительно при помощи лазера. Для управления перемещением лазерного луча служила сложная система вращающихся зеркальных многогранников или призм или линз. Вследствие этого плоттеры, использующие лазеры, боятся тряски и ударов, которые могут сбить настройку. Избежать сложностей с оптикой и сделать систему проще, легче и надежнее позволило применение линеек точечных полупроводниковых светодиодов (light-emitting diode - LED).

Лазерные и LED-плоттеры ввиду высокого быстродействия (лист фор- мата А1 выводится менее чем за полминуты) удобно использовать как сетевые устройства, и они имеют в стандартной комплектации адаптер сетевого интерфейса. Не менее важно и то, что эти плоттеры могут работать на обычной бумаги, что сокращает эксплуатационные затраты. LED-плоттеры становятся все более популярными, хотя по стоимости сравнимы с монохромными электростатическими.

Область их применения: сложный технический дизайн, архитектура, картография и другое, т.е. везде, где требования к производительности и качеству результатов высоки, но наличие цвета не требуется. Время от времени предрекается появление цветных лазерных плоттеров, но пока еще это слишком дорого.

1. Телекоммуникация. Устройства связи с объектом 48

Модемы

Модем (mod ulator + dem odulator = modem) – внешнее или внутреннее устройство, подключаемое к компьютеру для передачи и приема сигналов по разным линиям связи. Сокращение от "модулятор - демодулятор", что указывает на принцип работы этого устройства: преобразование цифрового сигнала, полученного от компьютера, в аналоговую форму для передачи и обратное преобразование принятого сигнала из аналоговой формы в цифровую. Модем - это устройство, которое позволяет компьютеру выходить в Internet и обмениваться данными с другими компьютерами при помощи телефонных линий. мобильном телефоне это возможность использования этого телефона в качестве модема при соединении с компьютером. оединив специальным кабелем мобильный телефон и ноутбук, вы получаете доступ в интернет в любом месте, где есть сотовая связь. В случае, когда в телефоне есть поддержка беспроводной технологии передачи данных Bluetooth, вместо кабеля можно использовать радиосоединение. Ноутбук в этом случае должен быть оснащен Bluetooth-адаптером.

По типу модемы делятся следующим образом:

По исполнению: внешние, внутренние (устанавливаются внутрь компьютера), встроенные (являются внутренней частью устройства, например ноутбука).

По принципу работы: аппаратные; винмодемы; полупрограммные; программные.

По типу: Модемы для коммутируемых телефонных линий; ISDN (модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий); DSL (используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть); Кабельные (используются для обмена данными по специализированным кабелям); Радио; Спутниковые;

Модем представляет собой устройство, имеющее, с внешней точки зрения, цифровой интерфейс c компьютером (обычно последовательный порт RS-232) и аналоговый интерфейс с каналом связи (телефонной линией) - разъем для телефонного кабеля (RJ-11). "Внутри" модем представляет собой микрокомпьютер с достаточно мощным процессором (иногда несколькими), постоянной и оперативной памятью, и аналоговой частью, ответственной за сопряжение модема с телефонной сетью - устройство набора номера, усилитель, АЦП и ЦАП - Аналого-Цифровой и Цифро-Аналоговый преобразователи, ответственные за преобразование сигнала из аналоговой формы (непрерывный сигнал-напряжение) в цифровую (отдельные отсчеты сигнала, дискретизованные по времени и квантованные по напряжению), и наоборот, соответственно. Практически все современные модемы производят обработку информации в цифровой форме, без сколь либо сложной аналоговой предобработки, так как это позволяет добиться высокой стабильности и в значительной степени упростить разработку и анализ алгоритмов. При этом обычно частота дискретизации (скорость следования отдельных отсчетов оцифрованного сигнала) находится в пределах 7-12 тысяч отсчетов в секунду (килоГерц, kHz). Теоретически, частота дискретизации должна быть как минимум в два раза выше максимальной частоты сигнала.

Кодировка сигнала. Наиболее популярные ныне протоколы передачи данных - V.34 и V.32 - используют амплитудно-фазовую модуляцию сигнала. Базовый сигнал - несущая синусоида определенной протоколом частоты при передаче модулируется, т.е. подвергаются изменению ее амплитуда, то есть уровень, 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 (не путать с буквами и цифрами). Скорость, с которой символы сменяют друг друга, называется символьной скоростью (Symbol rate в статистике модема). Она определяется протоколом, для V.32 она всегда равна 2400 символов в секунду, для V.34 может достигать 3429 символов в секунду. Когда один символ сменяется другим, происходит изменение (увеличение или уменьшение) амплитуды и сдвиг фазы ("вперед" или "назад") сигнала.

Устройство модема. Сведения" о внутреннем устройстве и архитектуре современных модемов не настолько доступны, как, например, информация об устройстве персональных компьютеров. Одной из причин этого является отсутствие каких бы то ни было промышленных стандартов на конструкцию модемов. Другая причина состоит в том, что современные модемы, как правило, строятся на наборах специализированных микросхем, которые реализуют основные модемные функции. Число производителей наборов модемных микросхем значительно меньше числа производителей собственно модемов. Однако все же их недостаточно для того, чтобы можно было вести речь о какой-либо унификации модемных комплектующих. Основными производителями специализированных наборов являются фирмы Rockwell, Intel, AT&T, Sierra Semiconductor, National Semiconductor, Motorola, Exar и некоторые другие. Ряд известных компаний, таких как U. S. Robotics, Telebit, ZyXEL, самостоятельно занимается разработкой и производством модемных микросхем для своих нужд. Некоторые производители при построении модемов используют микросхемы общего назначения — цифровые процессоры и микроконтроллеры.

Казалось бы каждый производитель модемов волен делать, что хочет и как хочет. Однако, это не так. В рамках такой "свободы" производитель должен создать конкурентоспособный продукт, удовлетворяющий множеству стандартных модемных протоколов, которые, в свою очередь, налагают определенные требования на количество и качество его функций. Эти требования приводят к тому, что в отличных по конструкции модемах одни и те же методы и протоколы реализованы различными способами. Один из вариантов исполнения модема можно представить в виде, изображенном на рис. 2. 1.

Рис. 50. Устройство современного модема

 

Модем состоит из адаптеров портов канального и DTE—DCE интерфейсов; универсального (PU), сигнального (DSP) и модемного процессоров; постоянного (ПЗУ, ROM), постоянного энергонезависимого перепрограммируемого (ППЗУ, ERPROM) оперативного (ОЗУ, RAM) запоминающих устройств и схемы индикаторов состояния модема.

Порт интерфейса DTE—DCE обеспечивает взаимодействие с DTE. Если модем внутренний, вместо интерфейсов DTE—DCE может применяться интерфейс внутренней шины компьютера ISA. Порт канального интерфейса обеспечивает согласование электрических параметров с используемым каналом связи. Канал может быть аналоговым или цифровым, с двух- или четырехпроводным окончанием.

Универсальный процессор выполняет функции управления взаимодействием с DTE и схемами индикации состояния модема. Именно он выполняет посылаемые DTE АТ-команды и управляет режимами работы остальных составных частей модема. Также универсальный процессор может реализовывать операции компрессии/декомпрессии передаваемых данных.

Схема ERPROM позволяет сохранять установки модема в так называемых профайлах или профилях модема на время его выключения. Память RAM интенсивно используется для временного хранения данных и выполнения промежуточных вычислений как универсальным, так и цифровым сигнальным процессорами.

На сигнальный процессор, как правило, возлагаются задачи по реализации основных функций протоколов модуляции (кодирование сверточным кодом, относительное кодирование, скремблирование и т. д.), за исключением разве что собственно операций модуляции/демодуляции. Последние операции обычно выполняются специализированным модемным процессором.

Описанное распределение функций между составными частями модема может быть, и скорее всего будет, совсем не таким, какое реализовано в вашем конкретном модеме. Однако внутренней начинкой современного модема все эти функции в той или иной мере должны выполняться.

Ниже подробнее остановимся на устройстве аналоговых (для телефонных каналов) и цифровых модемах и основных их функциях, связанных с обработкой сигналов. Согласно рис. 50 эти функции реализуются цифровым сигнальным процессором, модемным процессором и собственно канальным интерфейсом.

Телефонный модем.

Данные по линиям пеpедаются двуполяpными посылками напpяжения +/ - 12 В относительно общего пpовода (GND). Допускается снижение амплитуды нап - pяжения на входах модема до +/ - 5 В. Активный уpовень напpяжения - положительный, кpоме линий TxD и RxD.

Пpактически все телефонные модемы общего назначения имеют унифициpованный набоp команд, пpедложенный и закpепленный фиpмой Hayes, по имени котоpой назван и сам набоp. Дpугое название набоpа - AT-набоp (AT-set), поскольку большинство команд начинается с пpефикса AT (ATtention - внимание). Ряд специализиpованных модемов имеет собственные набоpы команд, несовместимые с Hayes и между собой.

Различаются два основных pежиме pаботы модема: pежим команд и pежим данных. В пеpвом pежиме DTE пеpедает модему команды и получает сообщения, во втоpом модем пpозpачно пеpедает данные между DTE и удаленным модемом.

Факс-модем

Это модем со встpоенными факсовыми пpотоколами установления связи, модуляции и пеpедачи изобpажений. Такой модем может pаботать как с обычными модемами посpедством пpотоколов пеpедачи данных, так и с факс-машинами чеpез пpотоколы пеpедачи изобpажений.

Голосовой модем

Это модем с возможностью голосового (voice) контакта между абонентами. Пеpвые модемы с поддеpжкой голоса имели только микpофонный и телефонный усилитель с возможностью подключения наушников с микpофоном, что добавляло к модему функции обычного телефонного аппаpата. Совpеменные модемы, кpоме этого, способны одновpеменно пеpедавать по каналу данные и голос, отчего эта гpуппа модемов имеет общее обозначение SVD (Simultaneous Voice and Data), и часто позволяет делать это пpи помощи подключенного к модему телефонного аппаpата.

Факсимильная связь

Фототелеграфная связь, фототелеграф, передача на расстояние плоских неподвижных изображений (графических, иллюстративных и буквенно-цифровых) с воспроизведением их в пункте приёма, осуществляемая электрическими сигналами, распространяющимися по проводам, или радиосигналами; вид электросвязи. Исторически Ф. с. включают в состав телеграфной связи. П