Лекция13. Беспроводные интерфейсы периферийных устройств

1. Инфракрасный интерфейс IrDA

2. Радиоинтерфейс Bluetooth

1. Инфракрасный интерфейс IrDA

Беспроводные (wireless) интерфейсы позволяют освободить устройства от свя­зывающих их интерфейсных кабелей, что особенно привлекательно для малога­баритной периферии, по размеру и весу соизмеримой с кабелями. В беспровод­ных интерфейсах используются электромагнитные волны инфракрасного (IrDA) и радиочастотного (Blue Tooth) диапазонов. Кроме этих интерфейсов перифе­рийных устройств существуют и беспроводные способы подключения к локаль­ным сетям.

Применение излучателей и приемников инфракрасного (ИК) диапазона позво­ляет осуществлять беспроводную связь между парой устройств, удаленных на расстояние нескольких метров. Инфракрасная связь -IR (InfraRed) Connection - безопасна для здоровья, не создает помех в радиочастотном диапазоне и обеспе­чивает конфиденциальность передачи. ИК-лучи не проходят через стены, поэто­му зона приема ограничивается небольшим, легко контролируемым простран­ством. Инфракрасная технология привлекательна для связи портативных ком­пьютеров со стационарными компьютерами или ПУ. Инфракрасный интерфейс имеют некоторые модели принтеров,им оснащают многие современ­ные малогабаритные устройства: карманные компьютеры (PDA), мобильные те­лефоны, цифровые фотокамеры и т. п.

Различают инфракрасные системы:

Низкой (до 115,2 Кбит/с)

Средней (1,152 Мбит/с)

Высокой (4 Мбит/с) скорости.

Низкоскоростные системы служат для обмена короткими сообщениями.

Высокоскоростные - для обмена файлами между ком­пьютерами, подключения к компьютерной сети, вывода на принтер, проекцион­ный аппарат и т. п. Ожидаются более высокие скорости обмена, которые позво­лят передавать «живое видео».

В 1993, году создана ассоциация разработчиков систем инфракрасной передачи данных IrDA (Infrared Data Association), призван­ная обеспечить совместимость оборудования от различных производителей. В настоящее время действует стандарт IrDA 1.1, наряду с которым существуют и собственные системы фирм Hewlett Packard - HP-SIR (Hewlett Packard Slow Infra Red) и Sharp - ASKIR (Amplitude Shifted Keyed IR). Эти интерфейсы обес­печивают следующие скорости передачи:

· IrDA SIR (Serial Infra Red), HP-SIR - 9,6-115,2 Кбит/с;

· в IrDA HDLC, известный и как IrDA MIR (Middle Infra Red) - 0,576 и 1,152 Мбит/с;

· IrDA FIR (Fast Infra .Red) - 4 Мбит/с;

· ASKIR - 9,6-57,6 Кбит/с.

Излучателем для ИК-связи является светодиод, имеющий пик спектральной характеристики мощности 880 нм. Светодиод дает конус эффективного излуче­ния с углом около 30°. В качестве приемника используют PIN-диоды, эффектив­но принимающие ИК-лучи в конусе 15°. Спецификация IrDA определяет требо­вания к мощности передатчика и чувствительности приемника, причем для при­емника задается как минимальная, так и максимальная мощность ИК-лучей. Импульсы слишком малой мощности приемник не «увидит», а слишком боль­шая мощность «ослепляет» приемник - принимаемые импульсы сольются в не­различимый сигнал.

Кроме полезного сигнала на приемник воздействуют поме­хи: засветка солнечным освещением или лампами накаливания, дающая посто­янную составляющую оптической мощности, и помехи от люминесцентных ламп, дающие переменную (но низкочастотную) составляющую. Эти помехи прихо­дится фильтровать. Спецификация IrDA обеспечивает уровень битовых ошибок (BER - Bit Error Ratio) не более 10 9 при дальности до 1 м и дневном свете (освещенность - до 10 клюкс).

Спецификация IrDA определяет многоуровневую систему протоколов, кото­рую рассмотрим снизу вверх.

Ниже перечислены возможные варианты IrDA на физическом уровне.

· IrDA SIR - для скоростей 2,4-115,2 Кбит/с используется стандартный асинхронный режим передачи (как в СОМ-портах): старт-бит (нулевой), 8 бит данных и стоп-бит (единичный). Нулевое значение бита кодируется импульсом длительностью 3/16 битового интервала (1,63 мкс на скорости 115,2 Кбит/с), единичное - отсутствием импульсов (режим IrDA SIR-A ). Таким образом, в паузе между посылками передатчик не светит, а каждая посылка начинается с импульса старт-бита. В спецификации 1.1 преду­смотрен и иной режим - IrDA SIR-B, с фиксированной длительностью импульса 1,63 мкс для всех этих скоростей.

· ASK IR - для скоростей 9,6-57,6 Кбит/с также используется асинхрон­ный режим, но кодирование иное: нулевой бит кодируется посылкой им­пульсов с частотой 500 кГц, единичный - отсутствием импульсов.

· IrDA HDLC - для скоростей 0,576 и 1,152 Мбит/с используется синхрон­ный режим передачи и кодирование, аналогичное SIR, но с длительностью импульса 1/4 битового-интервала. Формат кадра соответствует протоколу HDLC, начало и конец кадра отмечаются флагами 01111110, внутри кадра эта битовая последовательность исключается с помощью вставки битов (bit stuffing). Для контроля достоверности кадр содержит 16-битный CRC -код.

· IrDA FIR (IrDA4PPM) - для скорости 4 Мбит/с также применяется синх­ронный режим, но кодирование несколько сложнее. Здесь каждая пара смежных битов кодируется позиционно-импульсным кодом: 00 - 1000, 01 - 0100, 10 - 0010, 11 - 0001 (в четверках символов единица означает посылку импульса в соответствующей четверти двухбитового интервала). Такой способ кодирования позволяет вдвое снизить частоту включения светодиода по сравнению с предыдущим. Постоянство средней частоты принимаемых импульсов, облегчает адаптацию к уровню внешней засвет­ки. Для повышения достоверности применяется 32-битный CRC-код.

Над физическим уровнем расположен протокол доступа IrLAP (IrDA Infrared Link Access Protocol) - модификация протокола HDLC, отражающая нужды ИК-связи. Он преобразует данные в кадры и предотвращает конфликты устройств; при наличии более двух устройств, «видящих» друг друга, одно из них назнача­ется первичным, а остальные - вторичными. Связь всегда полудуплексная. IrLAP описывает процедуру установления, нумерации и закрытия соединений. Соеди­нение устанавливается на скорости 9600 бит/с, после чего согласуется скорость обмена по максиму из доступных обоим (9,6, 19,2, 38,4, 57,6 или 115,2 Кбит/с) и устанавливаются логические каналы (каждый канал управляется одним веду­щим устройством).

Над IrLAP располагается протокол управления соединением IrLMP (IrDA Infrared Link Management Protocol). С его помощью устройство сообщает осталь­ным о своем присутствии в зоне охвата (конфигурация устройств IrDA может изменяться динамически: для ее изменения достаточно поднести новое устрой­ство или отнести его подальше). Протокол IrLMP позволяет обнаруживать сервисы, предоставляемые устройством, проверять потоки данных и выступать в роли мультиплексора для конфигураций с множеством доступных устройств. Приложения с помощью IrLMP могут узнать, присутствует ли требуемое им ус­тройство в зоне охвата. Однако гарантированной доставки данных этот прото­кол не обеспечивает.

Транспортный уровень обеспечивается протоколом Tiny TP (IrDA Transport Protocols) - здесь обслуживаются виртуальные каналы между устройствами, обрабатываются ошибки (потерянные пакеты, ошибки данных и т. п.), произ­водится упаковка данных в пакеты и сборка исходных данных из пакетов (про­токол напоминает TCP ). На транспортном уровне может работать и протокол IrTP .

Протокол IrCOMM позволяет через ИК-связь эмулировать обычное провод­ное подключение:

· 3-проводное по RS-232C (TXD, RXD и GND);

· 9-проводное по RS-232C (весь набор сигналов СОМ-порта);

· Centronics (эмуляция параллельного интерфейса).

Протокол IrLAN обеспечивает доступ к локальным сетям; он позволяет пере­давать кадры сетей Ethernet и Token Ring. Для ИК-подключения к локальной сети требуется устройство-провайдер с интерфейсом IrDA , подключенное обыч­ным (проводным) способом к локальной сети, и соответствующая программная поддержка в клиентском устройстве (которое должно войти в сеть).

Протокол объектного обмена IrOBEX (Object Exchange Protocol) - простой протокол, определяющий команды PUT и GET для обмена «полезными» двоичны­ми данными между устройствами. Этот протокол располагается над протоколом Tiny ТР . У протокола IrOBEX есть расширение для мобильных коммуникаций, определяющее передачу информации, относящуюся к сетям GSM (записная книжка, календарь, управление вызовом, цифровая передача голоса и т. п.), меж­ду телефоном и компьютерами разных размеров (от настольного до PDA).

Этими протоколами не исчерпывается весь список протоколов, имеющих от­ношение к ИК-связи. Заметим, что для дистанционного управления бытовой тех­никой (телевизоры, видеомагнитофоны и т. п.) используется то же 880-нм диа­пазон, но иные частоты и методы физического кодирования.

Приемопередатчик IrDA может быть подключен к компьютеру различны­ми способами; по отношению к системному блоку он может быть как внут­ренним (размещаемым на лицевой панели), так и внешним, размещаемым в произвольном месте. Размещать приемопередатчик следует с учетом угла «зре­ния» (30° у передатчика и 15° у приемника) и расстояния до требуемого уст­ройства (до 1 м).

Внутренние приемопередатчики на скоростях до 115,2 Кбит/с (IrDA SIR, HP-SIR, ASK IR) подключаются через обычные микросхемы UART, совместимые с 16450/16550 через сравнительно несложные схемы модуляторов-демодуляторов. В ряде современных системных плат на использование инфракрасной связи (до 115,2 Кбит/с) может конфигурироваться порт COM2, Для этого в дополнение к UART чипсет содержит схемы модулятора и демодулятора, обеспечивающие один или несколько протоколов инфракрасной связи. Чтобы порт COM2 использовать для инфракрасной связи, в CMOS Setup требуется выбрать соответствую­щий режим (запрет инфракрасной связи означает обычное использование COM2) . Существуют внутренние адаптеры и в виде карт расширения (для шин ISA, PCI, PC Card ), для системы они выглядят как дополнительные СОМ- порты.

На средних и высоких скоростях обмена применяются специализированные микросхемы контроллеров IrDA , ориентированные на интенсивный программ­ный обмен (PIO) или DMA, с возможностью прямого управления шиной. Здесь обычная микросхема UART непригодна, поскольку она не поддерживает синх­ронный режим и высокую скорость. Контроллер IrDA FIR выполняется в виде карты расширения либо интегрируется в системную плату; как правило, такой контроллер поддерживает и режимы SIR.

Приемопередатчик подключается к разъему IR-Connector системной платы, напрямую (если он устанавливается на лицевую панель компьютера) или через промежуточный разъем (mini-DIN), расположенный на скобе-заглушке на зад­ней стенке корпуса. К сожалению, единой раскладки цепей на внутреннем кон­некторе нет, и для большей гибкости приемопередатчик (или промежуточный разъем) снабжают кабелем с отдельными контактами разъема.

Для прикладного использования IrDA кроме физического подключения адап­тера и трансивера требуется установка и настройка соответствующих драйверов.

В ОС Windows 9x/ME/2000 контроллер IrDA попадает в «Сетевое окружение». Сконфигурированное ПО позволяет

Устанавливать соединение с локальной се­тью (для выхода в Интернет, использования сетевых ресурсов);

Передавать фай­лы между парой компьютеров;

Выводить данные на печать;

Синхронизировать данные PDA, мобильного телефона и настольного компьютера;

Выгружать от­снятые изображения из фотокамеры в компьютер и выполнять ряд других по­лезных действий, не заботясь ни о каком кабельном хозяйстве.

2. Радиоинтерфейс Bluetooth

Bluetooth (синий зуб) - это фактический стандарт на миниатюрные недорогие средства передачи информации на небольшие расстояния посредством радио­связи между мобильными (и настольными) компьютерами, мобильными теле­фонами и любыми другими портативными устройствами.

Разработкой специфи­кации занимается труппа лидирующих фирм в областях телекоммуникаций, ком­пьютеров и сетей - 3Com, Agere Systems, Ericsson, IBM, Intel, Microsoft, Motorola, Nokia, Toshiba. Эта группа, образовавшая Bluetooth Special Interest Group, и вы­вела данную технологию на рынок. Спецификация Bluetooth свободно доступна в Сети (www.blueto6th.com), правда, весьма объемиста (около 15 Мбайт PDF-фай-лов). Открытость спецификации должна способствовать ее быстрому распрост­ранению, что уже и наблюдается на практике. Здесь позволим себе сократить название технологии до «ВТ» (это неофициальное сокращение). Само название берет начало от прозвища датского короля, объединившего Данию и Норвегию, - это намек на всеобщую объединяющую роль технологии.

Каждое устройство ВТ имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диапазоне частот 2,4 ГГц. Этот диапазон в большинстве стран отведен для про­мышленной, научной и медицинской аппаратуры и не требует лицензирования, что обеспечивает повсеместную применимость устройств. Для ВТ используются радиоканалы с дискретной (двоичной) частотной модуляцией, несущая частота каналов F = 2402 + k (МГц), где k - 0,...,78. Для нескольких стран (например, Франции, где в этом диапазоне работают военные), возможен сокращенный ва­риант с F = 2454 + k (k = 0,...,22). Кодирование простое - логической единице соответствует положительная девиация частоты, нулю - отрицательная. Пере­датчики могут быть трех классов мощности, с максимальной мощностью 1, 2,5 и 100. МВт, причем должна быть возможность понижения мощности с целью эко­номии энергии.

Передача ведется с перескоком несущей частоты с одного радиоканала на дру­гой, что помогает в борьбе с интерференцией и замираниями сигнала. Физичес­кий канал связи представляется определенной псевдослучайной последователь­ностью используемых радиоканалов (79 или 23 возможных частот).

Группа уст­ройств, разделяющих один, канал (то есть знающих одну и ту же последова­тельность перескоков), образует так называемую пикосеть (piconet), в которую может входить от 2 до 8 устройств.

В каждой, пикосети имеется одно ведущее устройство и до 7 активных ведомых. Кроме того, в зоне охвата ведущего уст­ройства в его же пикосети могут находиться «припаркованные» ведомые устройства: они тоже «знают» последовательность перескоков и синхронизируются (по перескокам) с мастером, но не могут обмениваться данными до тех пор, пока мастер не разрешит им активность. Каждое активное ведомое устройство пикосети имеет свой временный номер (1-7); когда ведомое устройство деактивируется (паркуется), оно отдает свой номер другим. При последующей активации оно уже может получить иной номер (потому-то он и временный).

Пикосети могут перекрываться зонами охвата, образуя «разбросанную»» сеть (scatternet). При этом в каждой пикосети мастер только один, но ведомые устройства могут входить в несколько пикосетей посредством разделения времени (часть времени устройство работает в одной пикосети, часть в другой). Более того, мастер одной пикосети может быть ведомым устройством другой пикосети. Эти пикосе­ти никак не синхронизированы, каждая из них использует свой канал (последо­вательность перескоков).

Канал делится на тайм-слоты длительностью 625 мкс, слоты последователь­но нумеруются с цикличностью 2 27 . Каждый тайм-слот соответствует одной час­тоте несущей в последовательности перескоков (1600 перескоков в секунду). Последовательность частот определяется адресом устройства-мастера пикосети. Передачи ведутся пакетами, каждый пакет может занимать от 1 до 5 тайм-сло­тов. Если пакет длинный, то он весь передается на одной частоте несущей, но отсчет слотов по 625 мкс продолжается, и после длинного пакета следующая частота будет соответствовать очередному номеру слота (то есть несколько пе­рескоков пропускаются). Мастер и ведомые устройства ведут передачу пооче­редно: в четных слотах передачу ведет мастер, а в нечетных - адресованное им ведомое устройство (если ему есть что «сказать»).

Между мастером и ведомыми устройствами могут устанавливаться физичес­кие связи двух типов: синхронные и асинхронные.

Синхронные связи (они же изохронные) с установлением соединения, SCO link (Synchronous Connection-Oriented), используются для передачи изохронно­го графика (например, оцифрованного звука). Эти связи типа «точка-точка» предварительно устанавливаются мастером с выбранными ведомыми устройства­ми, и для каждой связи определяется период (в слотах), через который для нее резервируются слоты. Связи получаются симметричные двусторонние. Повтор­ных передач пакетов в случае ошибок приема нет. Мастер может установить до трех связей SCO с одним или разными ведомыми устройствами. Ведомое уст­ройство может иметь до трех связей с одним мастером или иметь по одной связи SCO с двумя различными мастерами. По сетевой классификации связи SCO от­носятся к коммутации цепей.

Асинхронные связи без установления соединения, ACL link (Asynchronous Connection-Less), реализуют коммутацию пакетов по схеме «точка-множество точек» между мастером и всеми ведомыми устройствами пикосети. Мастер мо­жет связываться с любым из ведомых устройств пикосети в слотах, не занятых под SCO, послав ему пакет и потребовав ответа.

Беспроводные (wireless) интерфейсы применяются для передачи данных на расстояния от нескольких десятков сантиметров до нескольких километров. Они наиболее удобны для пользователей, но при небольших расстояниях их стоимость выше проводных. Тем не менее, они востребованы во всех своих вариантах, и беспроводные технологии сейчас развиваются чрезвычайно интенсивно.

Беспроводные интерфейсы ЭВМ можно разделить на две группы:

1. Интерфейсы, предназначенные для подсоединения к ЭВМ периферийных устройств (клавиатуры, мыши, принтера, сканера, внешней памяти и др.) и портативных компьютеров (КПК, ноутбука и др.).

2. Интерфейсы для подключения ЭВМ к компьютерным сетям (локальным, региональным, корпоративным, сети Интернет).

К первой группе интерфейсов относятся инфракрасные интерфейсы IrDA, радиоинтерфейсы: Bluetooth, WUSB, WSATA и др. Ко второй группе относятся интерфейсы WiFi, WiMax и др.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Основные блоки ЭВМ, их назначение и функциональные характеристики

Херсонський національний технічний університет.. кафедра інформаційних технологій.. рег конспект лекцій для студентів курсу для..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Конспект лекцій
з дисципліни «Архітектура комп"ютерів» для студентів 2 курсу для спеціальності 6.0915.01 «Комп"ютерні системи та мережі» напряму 0915 «Комп’ютерна інженер

Микропроцессор
Микропроцессор (МП) - центральное устройство ПК, предназначенное для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией. В состав м

Системная шина
Системная шина - основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя: □ кодовую шину данных (КШ

Основная память
Основная память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и о

Внешняя память
Внешняя память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней пам

Внешние устройства
Внешние устройства (ВУ) ПК - важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса, достаточно сказать, что по стоимости ВУ составляют до 80-85 % стоимости всего ПК. ВУ ПК обеспечиваю

Дополнительные интегральные микросхемы
К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные интегральные микросхемы, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микр

Элементы конструкции ПК
Конструктивно ПК выполнены в виде центрального системного блока, к которому через разъемы-стыки подключаются внешние устройства: дополнительные блоки памяти, клавиатура, дисплей, пр

Функциональные характеристики ЭВМ
Основными функциональными характеристиками ЭВМ являются: 1. Производительность, быстродействие, тактовая частота. 2. Разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса.

Производительность, быстродействие, тактовая частота
Производительность современных компьютеров измеряют обычно в миллионах операций в секунду. Единицами измерения служат: □ МИПС (MIPS - Millions Instruction Per Second) - для операций

Разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса
Разрядность - это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность,

Тип и емкость оперативной памяти
Емкость (объем) оперативной памяти измеряется обычно в мегабайтах. Напоминаем, что 1 Мбайт = 1024 Кбайт = 10242 байт. Многие современные прикладные программы с оперативной памят

Наличие, виды и емкость кэш-памяти
Кэш-память - это буферная, недоступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующи

Вопросы для самопроверки
1. Нарисуйте блок-схему персонального компьютера. 2. Дайте характеристику основных блоков компьютера. 3. Дайте краткую характеристику устройств, входящих в состав микропроцессора.

Микропроцессоры
Наиболее важными компонентами любого компьютера, обусловливающими его основные характеристики, являются микропроцессоры, системные платы и интерфейсы. Микропроцессор (МП),

Микропроцессоры типа CISC
Большинство современных ПК типа IBM PC используют МП типа CISC, выпускаемые многими фирмами: Intel, AMD, Cyrix, IBMи т. д. «Законодателем мод» здесь выступает Intel, но ей «на пятк

Микропроцессоры Pentium
Микропроцессоры 80586 (Р5) более известны по их товарной марке Pentium, которая запатентована фирмой Intel (МП 80586 других фирм имеют иные обозначения: К5 у фирмы AMD, Ml у фирмы Cyrix и т. д.). Э

Микропроцессоры Pentium Pro
В сентябре 1995 года были выпущены МП шестого поколения 80686 (Р6), торговая марка Pentium Pro. Микропроцессор состоит из двух кристаллов: собственно МП и кэш-памяти. Но он не полностью совместим с

Микропроцессоры Pentium MMX и Pentium II
В 1997 году появились модернизированные для работы в мультимедийной технологии микропроцессоры Pentium и Pentium Pro, получившие торговые марки, соответственно, Pentium MMX (MMX - MultiMedia eXtent

Микропроцессоры Pentium III
Появившиеся в 1999 году процессоры Pentium III (Coppermine) являются дальнейшим развитием Pentium II. Их главным отличием является основанное на новом блоке 128-разрядных регистров расширение набор

Микропроцессоры Pentium 4
Модификация МП Pentium - Pentium 4 - предназначена для высокопроизводительных компьютеров, в первую очередь серверов, рабочих станций класса high-end и мультимедийных игровых ПК. Рассмотрим основны

Технология НТ
Технология Hyper Treading (tread - поток) реализует многопотоковое исполнение программ: на одном физическом процессоре можно одновременно исполнять два задания или два потока команд одной программы

Технология RAID
Большинство новых микропроцессоров поддерживают технологию Intel RAID (Redundant Array Intensive Disk - массив недорогих дисков с избыточностью). Достоинством этой технологии является простота орга

Новая маркировка МП фирмы Intel
Начиная с 2004 года фирма Intel вводит новую маркировку своих микропроцессоров. Вводимый фирмой единый трехзначный номер процессора будет учитывать сразу несколько характеристик: базовую архитектур

Микропроцессоры Over Drive
Интерес представляют МП Over Drive, по существу, являющиеся своеобразными сопроцессорами, обеспечивающими для МП 80486 режимы работы и эффективное быстродействие, характерные для МП Pentium, а для

Микропроцессоры типа RISC
Микропроцессоры типа RISC содержат только набор простых, чаще всего встречающихся в программах команд. При необходимости выполнения более сложных команд в микропроцессоре производится их автоматиче

Микропроцессоры типа VLIW
Это сравнительно новый и весьма перспективный тип МП. Микропроцессоры типа VLIWв 2004году выпускают фирмы: □ Transmeta - это микропроцессор Crusoe м

Физическая и функциональная структура микропроцессора
Физическая структура микропроцессора достаточно сложна. Ядро процессора содержит главный управляющий и исполняющие модули - блоки выполнения операций над целочисленными данными. К локальным управля

Устройство управления
Устройство управления (УУ) является функционально наиболее сложным устройством ПК - оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций (КШИ) во все блоки машины. Упрощенн

Арифметико-логическое устройство
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации. Функ- ционально в простейшем варианте АЛУ (рис. 8.2) сос

Микропроцессорная память
Микропроцессорная память (МПП) базового МП 8088 включает в себя 14 двухбайтовых запоминающих регистров. У МП 80286 и выше имеются дополнительные регистры, например, у МП типа VLIW е

Универсальные регистры
Регистры АХ, ВХ, СХ и DX являются универсальными (их часто называют регистрами общего назначения - РОН); каждый из них может использоваться для временного хранения любых данных, при этом позволено

Сегментные регистры
Регистры сегментной адресации CS, DS, SS, ES используются для хранения начальных адресов полей памяти (сегментов), отведенных в программах для хранения1: □ команд программ

Регистры смещений
Регистры смещений (внутрисегментной адресации) IP, SP, BP, SI,DI предназначены для хранения относительных адресов ячеек памяти внутри сегментов (смещений относительно начала сегментов): &n

Регистр флагов
Регистр флагов F содержит условные одноразрядные признаки-маски, или флаги, управляющие прохождением программы в ПК; флаги работают независимо друг от друга, и лишь для удобства они помещены в един

Вопросы для самопроверки
1. Дайте краткую характеристику микропроцессора, его структуры, назначения, основных параметров. 2. Назовите и поясните основные функции, выполняемые микропроцессором. 3. Назовите

Системные платы
Системная (system board, SB), или объединительная, материнская (mother board, MB) плата - это важнейшая часть компьютера, содержащая его основные электронные компонент

Разновидности системных плат
В настоящее время десятки фирм выпускают большое число системных плат, различающихся и конструктивно, и по типу поддерживаемых ими микропроцессоров, и по тактовой частоте их работы, и по величине р

Чипсеты системных плат
Микропроцессоры, устанавливаемые на материнской плате, в определенном диапазоне моделей можно менять, а главным несменяемым функциональным компонентом СП является набор системных ми

Вопросы для самопроверки
1. Поясните роль системной платы в ПК. 2. Назовите основные устройства, расположенные на системной плате ПК. 3. Назовите основные форматы системных плат. 4. Дайте краткую

Интерфейсные системы ЭВМ
Интерфейс (interface) - совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или их частей. (В компьютерной литературе иногда вм

Шины расширений
1. Шина PC/XT - 8-разрядная шина данных и 20-разрядная шина адреса, рассчитанная на тактовую частоту 4,77 МГц; имеет 4 линии для аппаратных прерываний и 4 канала для прямого доступа в память (канал

Локальные шины
Современные вычислительные системы характеризуются: □ стремительным ростом быстродействия микропроцессоров и некоторых внешних устройств □ появлением программ, требующ

Периферийные шины
Периферийные шины обеспечивают связь центральных устройств машины с внешними устройствами (дисковые накопители, клавиатура, мышь, сканер и др.). Они являются внешними интерфейсами Э

Универсальные последовательные шины
В 2003-2004 годах произошли революционные изменения в интерфейсных системах ЭВМ: сначала произошел переворот в сторону последовательных интерфейсов, а в 2004 году стали активно развиваться и беспро

Последовательная шина USB
Первая и самая распространенная сейчас последовательная шина - это USB (Universal Serial Bus) - универсальная последовательная шина. Она появилась в 1995 году и была призвана заменить такие устарев

Стандарт IEEE 1394
IEEE 1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394 - стандарт Института инженеров по электротехнике и электронике 1394) - новый и перспективный последовательный интерфейс, предназначе

Последовательный интерфейс SATA
В конце 2000 года группа компаний Working Group (Intel, IBM, Maxtor, Quantum, Seagate и др.) анонсировала новый чрезвычайно эффективный последовательный интерфейс Serial ATA (SATA), обеспечивающий

Семейство последовательных интерфейсов PCI Express
Пожалуй, наиболее перспективно и представляет существенный интерес семейство последовательных интерфейсов PCI Express, информация о базовом протоколе которого появилась в июле 2002 года. PCI Expres

Интерфейсы IrDA
Одним из первых беспроводных интерфейсов, нашедших применение в компьютерах, был стандарт IrDA, связь в котором осуществляется по каналу инфракрасного излучения. Инфракрасный диапазон использовался

Интерфейс Bluetooth
Bluetooth - технология передачи данных по радиоканалам в диапазоне частот около 2,5 ГГц на короткие расстояния даже при отсутствии прямой видимости между устройствами. Первоначально Bluetoot

Интерфейс WUSB
Фирма Intel в качестве основной замены Bluetooth предложила беспроводную версию интерфейса USB - интерфейс WUSB (Wireless USB), который, по ее прогнозам, к 2006 году должен был вытеснить «голубой з

Семейство интерфейсов WiFi
Интерфейсы WiFi относятся к группе интерфейсов, обеспечивающих беспроводной доступ компьютеров к сетям. Базовый стандарт IEEE 802.11 или WiFi (Wireless Fidelity - «беспроводная преданность») был ра

Интерфейсы WiMax
Технология беспроводной связи WiMax - это коммерческое название стандарта IEEE 802.16a, заявленного в январе 2003 года. Это третья версия стандарта IEEE 802.16, впервые предложенного в декабре 2001

Прочие интерфейсы
□ PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association - ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров) - внешняя шина компьютеров класса ноутбуков. Другое наз

Вопросы для самопроверки
1. Что такое интерфейс? 2. Какие функции выполняет интерфейс? 3. Дайте краткую характеристику шины ISA. 4. Дайте краткую характеристику семейства интерфейсов PCI.

Запоминающие устройства ПК
Персональные компьютеры имеют четыре уровня памяти: □ микропроцессорная память (МПП); □ регистровая кэш-память; □ основная память (ОП);

Статическая и динамическая оперативная память
Оперативная память может составляться из микросхем динамического (Dynamic Random Access Memory - DRAM) или статического (Static Random Access Memory - SRAM) типа. Память статического

Регистровая кэш-память
Регистровая кэш-память - высокоскоростная память сравнительно большой емкости, являющаяся буфером между ОП и МП и позволяющая увеличить скорость выполнения операций. Регистры кэш-памяти недо

Физическая структура основной памяти
Упрощенная структурная схема модуля основной памяти при матричной его организации представлена на рис. 11.1. При матричной организации адрес ячейки, поступающий в регистр адреса, например

DIP, SIP и SIPP
DIP(Dual In-line Package - корпус с двухрядным расположением выводов) - одиночная микросхема памяти, сейчас используется только в составе укрупненных модулей (в составе модулей SIM

FPM DRAM
FPM DRAM(Fast Page Mode DRAM) - динамическая память с быстрым страничным доступом, активно используется с микропроцессорами 80386 и 80486. Память со страничным доступом отличается

RAM EDO
RAM EDO(EDO - Extended Data Out, расширенное время удержания (доступности) данных на выходе), фактически, представляют собой обычные микросхемы FPM, к которым добавлен набор регист

BEDO DRAM
BEDO DRAM(Burst Extended Data Output, EDO с блочным доступом). Современные процессоры благодаря внутреннему и внешнему кэшированию команд и данных обмениваются с основной памятью п

DDR SDRAM
DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM - SDRAM II). Вариант памяти SDRAM, осуществляющий передачу информации по обоим фронтам тактового сигнала. Это позволяет удвоить пропускную способно

Постоянные запоминающие устройства
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, или ROM- Read Only Memory, память только для чтения) также строится на основе установленных на материнской плате модулей (кассет) и

Логическая структура основной памяти
Структурно основная память состоит из миллионов отдельных однобайтовых ячеек памяти. Общая емкость основной памяти современных ПК обычно лежит в пределах от 16 до 512 Мбайт. Емкость

Внешние запоминающие устройства
Устройства внешней памяти, или, иначе, внешние запоминающие устройства (ВЗУ), весьма разнообразны. Их можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, по ти

Файлы, их виды и организация
Файлом называется именованная совокупность данных на внешнем носителе информации. В ПК понятие файла применяется в основном к данным, хранящимся на дисках (реже - на кассетной магнитной лент

Управление файлами
Доступом называется обращение к файлу с целью чтения или записи в него информации. Файловая система поддерживает два типа доступа к файлам: □ последовательный метод доступа;

Атрибуты файлов
Атрибут - это классифицирующий файл признак, определяющий способ его использования, права доступа к нему и т. д. ОС DOS допускает задание следующих элементов в атрибуте:

Логическая организация файловой системы
Упорядочение файлов, хранящихся в дисковой памяти, называется логической организацией файловой системы. Основой логической организации являются каталоги. Каталогом называется специальный файл, в ко

Спецификация файла
Для того чтобы операционная система могла обратиться к файлу, необходимо указать: □ диск; □ каталог; □ полное имя файла. Эта информация наличес

Размещение информации на дисках
Дорожки диска разбиты на секторы. В одном секторе дорожки обычно размещается 512 байт данных. Обмен данными между НМД и ОП осуществляется последовательно кластерами.

Адресация информации на диске
Используются следующие системы адресации информации на МД: □ в BIOS - трехмерная: номер цилиндра (дорожки), магнитной головки (стороны диска), сектора; □ в DOS - после

Накопители на жестких магнитных дисках
Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, жесткие диски, Hard Disk Drive - HDD) представляют собой устройства, предназначенные для длительного хранения информации. В качестве на

Переносные дисковые накопители
В последнее время переносные накопители (их также называют внешними, мобильными, съемными, а портативные их варианты - карманными - Pocket HDD) получили широкое распространение. Питание переносных

Jaz 1Gb, Jaz 2Gb
Модели Jaz 1Gb, Jaz 2Gb,разработанные компанией Iomega (Jaz 1Gb поддерживают жесткие диски емкостью 1 Гбайт, а дисководы Jaz 2 Gb - диски емкостью 1 и 2 Гбайт). Iomega Jaz 2Gb-диск

ZIV1, ZIV2
ZIV- весьма изящный миниатюрный дисковый накопитель форм-фактора 2,5 дюйма со специальным контроллером, подключаемым к интерфейсам USB 1.1 (ZIV1) или USB 2.0 (ZIV2). Типовой размер

Дисковые массивы RAID
В машинах-серверах баз данных и в суперкомпьютерах часто применяются дисковые массивы RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks - массив недорогих дисков с избыточностью), в которых несколь

Накопители на гибких магнитных дисках
Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД, флоппи-дисководы, Floppy Disk Drive, FDD) - устройства, предназначенные для записи и чтения информации с гибких магнитных дисков (ГМД, д

Накопители на флоптических дисках
Накопители на флоптических дискахвыполняют обычную магнитную запись информации, но с существенно большей плотностью размещения дорожек на поверхности диска. Такая плотность достига

Дисководы Zip
Самыми распространенными после флоппи-дисководов (FDD) приводами гибких дисков являются дисководы Zip,разработанные фирмой Iomega в 1995 году. Устройства Zip базируются на традицио

Форматирование дисков и правила обращения с ними
Каждый новый диск в начале работы с ним следует отформатировать. Форматирование диска - это создание структуры записи информации на ее поверхности: разметка дорожек, секторов, запись маркеров и дру

Накопители на оптических дисках
Появившийся в 1982 году благодаря фирмам Philips и Sony оптический компакт-диск произвел кардинальный переворот в области персональных компьютеров и индустрии развлечений. Компакт-д

Неперезаписываемые лазерно-оптические диски CD-ROM
Массовое распространение получили CD-ROM. Компакт-диск представляет собой пластиковый поликарбонатовый круг диаметром 4,72 дюйма (встречаются компакт-диски диаметром 3,5; 5,25; 12 и 14 дюймов) и то

Оптические диски с однократной записью
Накопители CD-R позволяют однократно записывать информацию на диски с форм-фактором 4,72 и 3,5 дюйма. Для записи используются специальные заготовки дисков, иногда называемые болванками (target). На

Оптические диски с многократной записью
Накопители CD-RW позволяют многократно записывать информацию на диски с отражающей поверхностью, под которую нанесен слой типа Ag-In-Sb-Te (содержащий серебро, индий, сурьму, теллур) с изменяемой ф

Цифровые диски DVD
Настоящий переворот в технике внешних запоминающих устройств готовы совершить новые, впервые появившиеся в 1996 году цифровые видеодиски, имеющие габариты обычных CD-ROM, но значительно большей емк

Накопители на магнитооптических дисках
Принцип работы магнитооптического накопителя (Magneto Optical) основан на использовании двух технологий - лазерной и магнитной. Запись информации осуществляется на магнитном носител

Накопители на магнитной ленте
Накопители на магнитной ленте были первыми ВЗУ вычислительных машин. В универсальных компьютерах широко использовались и используются накопители на бобинной магнитной ленте (НМЛ), а в перс

Устройства флеш-памяти
Флеш-диски (Flash Disks) - весьма популярный и очень перспективный класс энергонезависимых запоминающих устройств. Флеш-диски (твердотельные диски) являются модификацией HDD и представляют собой ус

Вопросы для самопроверки
1. Приведите классификацию запоминающих устройств ПК и дайте краткую характеристику отдельных классов. 2. Что такое и где используется статическая оперативная память, динамическая оператив

Видеотерминальные устройства
Видеотерминальные устройства предназначены для оперативного отображения текстовой и графической информации в целях визуального восприятия ее пользователем. Видеотерминал состоит из

Видеомониторы на базе ЭЛТ
В состав монитора входят: □ электронно-лучевая трубка; □ блок разверток; □ видеоусилитель; □ блок питания и т. д. Электронно-луч

Монохромные мониторы
Монохромные мониторы существенно дешевле цветных, имеют более четкое изображение и большую разрешающую способность, позволяют отобразить десятки оттенков «серого цвета», менее вредны для здо

Цветные мониторы
В цветном CRT-мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах. Каждая пушка отвечает за один из трех основных цветов: красный (Red

Виды развертки изображения на мониторе
Блок разверток может подавать в отклоняющую систему монитора напряжения разной формы, от которой зависит вид развертки изображения. Различают три типа разверток: □ растровую;

Цифровые и аналоговые мониторы
В зависимости от вида управляющего лучом сигнала мониторы бывают аналоговые и цифровые. В аналоговых мониторах ручное управление строится на основе поворотных потенциометров, в цифровых -

Размер экрана монитора
Мониторы выпускаются с экранами разных размеров. Размер экрана монитора задается обычно величиной его диагонали в дюймах: для IBM PC-совместимых ПК приняты типоразмеры экранов 12, 14, 15,

Вертикальная (кадровая) развертка
Важной характеристикой монитора является частота его кадровой развертки. Смена изображений (кадров) на экране с частотой 25 Гц воспринимается глазом как непрерывное движение, но глаз при этом из-за

Разрешающая способность мониторов
Видеомониторы обычно могут работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме изображение на экране монитора состоит из отображаемых символов расширенного набора ASCII, ф

Частотная полоса пропускания
Ширина полосы пропускания частот имеет важное самостоятельное значение, поскольку от нее зависит четкость изображения на экране (очень часто на коробке от монитора указывается только это значение).

Эргономичность электронно-лучевых мониторов
Эргономичность монитора определяется удачным подбором таких характеристик, как качество картинки на экране, габариты, вес, дизайн монитора, а также, в большей степени, его безвредно

Стандарт ТСО-99
Требования, которые ТСО-99 предъявляет к обычным электронно-лучевым (CRT) мониторам, делятся на 6 основных категорий. В первых двух объединены свойства, характеризующие визуальную эргономичность ап

Защитные фильтры для мониторов и их выбор
Итак, даже если видеомонитор полностью удовлетворяет требованиям международного стандарта MPR-2 (дисплеи Low Radiation), от его излучений желательна дополнительная защита. Предложений на этот счет

Мониторы на жидкокристаллических индикаторах
Мониторы на жидкокристаллических индикаторах (ЖКИ, LCD - Liquid Crystal Display) - это цифровые плоские мониторы. Эти мониторы используют специальную прозрачную жидкость, которая при опред

Плазменные мониторы
В плазменных мониторах (PDP - Plasma Display Panels) изображение формируется сопровождаемыми излучением света газовыми разрядами в пикселах панели. Конструктивно панель состоит из трех стеклянных п

Электролюминесцентные мониторы
Электролюминесцентные мониторы (FED - Field Emission Display) в качестве панели используют две тонкие стеклянные пластины с нанесенными на них прозрачными проводами. Одна из этих пластин покрыта сл

Светоизлучающие мониторы
В светоизлучающих мониторах (LEP - Light Emitting Polymer) используется в качестве панели полупроводниковая полимерная пластина, элементы которой под действием электрического тока начинают светитьс

Стереомониторы
Разработано и второе поколение мониторов, создающих объемное трехмерное изображение. Для создания трехмерного (3D), а точнее стереоскопического изображения необходимо показывать левому и правому гл

Видеоконтроллеры
Видеоконтроллер {видеоадаптер) является внутрисистемным устройством, преобразующим данные в сигнал, отображаемый монитором, и непосредственно управляющим монитором и выводом

Вопросы для самопроверки
1. Приведите многоаспектную классификацию мониторов. 2. Перечислите и поясните основные параметры, учитываемые при выборе ЭЛТ-монитора. 3. Поясните основные факторы, влияющие на з

Клавиатура
Клавиатура- важнейшее для пользователя устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ПК. На клавишах нанесены буквы латинского и нац

Графический манипулятор мышь
Следует кратко остановиться и на другом типе устройств ручного ввода информации в ПК. Речь идет о графических манипуляторах, в качестве которых используются сенсорные экраны, планше

Принтеры
Печатающие устройства (принтеры) - это устройства вывода данных из компьютера, преобразующие ASCII-коды и битовые последовательности в соответствующие им символы и фиксирующи

Матричные принтеры
В матричных принтерах изображение формируется из точек ударным способом, поэтому их более правильно называть ударно-матричные принтеры, тем более что и прочие типы знакосинтезирующих принтер

Струйные принтеры
Это самые распространенные в настоящее время принтеры. Струйные принтеры в печатающей головке вместо иголок имеют тонкие трубочки - сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки

Лазерные принтеры
Лазерные принтеры обеспечивают наиболее качественную печать с наивысшими разрешением и скоростью. В них применяется электрографический способ формирования изображений, используемый

Термопринтеры
Термопринтеры относятся к группе матричных принтеров. В них используется термоматрица и специальная термобумага или термокопирка. Принцип действия термопринтера весьма прост. Печата

Твердочернильные принтеры
Твердочернильная технология разработана фирмой Tektronix, являющейся частью компании Xerox. Красители, используемые в твердочернильном принтере, представляют собой твердые кубики цв

Сервисные устройства
Быстродействующие принтеры, как уже отмечалось, имеют собственную буферную память, используемую как при обмене данными с ПК, так и для хранения загружаемых шрифтов. Память у матричных принтеров неб

Сетевые принтеры
Сетевой принтер - принтер, имеющий IP-адрес и, таким образом, являющийся своеобразным веб-сайтом. К такому принтеру можно обращаться через IP-адрес с помощью обычного браузера, извлекать полную инф

Сканеры
Сканер - это устройство ввода в компьютер информации непосредственно с бумажного документа. Это могут быть тексты, схемы, рисунки, графики, фотографии и другая информация. Сканер, п

Типы сканеров
Ручные сканеры конструктивно самые простые - они состоят из линейки свето-диодов и источника света, помещенных в единый корпус. Перемещение по изображению такого сканера

Векторный
В растровом формате изображение запоминается в файле в виде мозаичного набора множества точек, соответствующих пикселам отображения этого изображения на экране дисплея. Файл, созда

Дигитайзеры
Дигитайзер (digitizer), или графический планшет, - это устройство, главным назначением которого является оцифровка изображений. Он состоит из двух частей: основания

Основные характеристики дигитайзеров
Дигитайзеры бывают: □ электростатические; □ электромагнитные. В электростатических дигитайзерах регистрируется локальное изменение электростатического

Плоттеры
Плоттеры (plotter, графопостроитель) - устройства вывода графической информации (чертежей, схем, рисунков, диаграмм и т. д.) из компьютера на бумажный или иной вид носителя.

Типы плоттеров
Перьевые плоттеры (pen plotter) - это электромеханические устройства векторного типа, в которых изображение создается путем вычерчивания линий при помощи пишущего элемента, обобщенно называе

Вопросы для самопроверки
1. Назовите и кратко охарактеризуйте основные разновидности клавиатур. 2. Назовите и кратко охарактеризуйте основные разновидности графических манипуляторов. 3. Назовите основные

5.12 Беспроводные интерфейсы

5.12.1 Инфракрасный интерфейс IrDA

Применение излучателей и приемников инфракрасного (ИК) диапазона позволяет осуществлять беспроводную связь между парой устройств, удаленных на рассто­яние до нескольких метров. Инфракрасная связь - IR ( Infra Red ) Connection - без­опасна для здоровья, не создает помех в радиочастотном диапазоне и обеспечива­ет конфиденциальность передачи. ИК-лучи не проходят через стены, поэтому зона приема ограничивается небольшим, легко контролируемым пространством. Инфракрасный интерфейс имеют некоторые модели принтеров, им оснащают многие современные малога­баритные устройства: карманные компьютеры (PDA ), мобильные телефоны, циф­ровые фотокамеры и т. п.

Различают инфракрасные системы низкой (до 115,2 Кбит/с), средней (1,152 Мбит/с) и высокой (4 Мбит/с) скорости. В 1993 году была создана ассоциация разработчиков систем инфракрасной передачи данных IrDA (Infrared Data Association ). В настоящее время действует стандарт IrDA 1.1.

Излучателем для ИК-связи является светодиод, имеющий пик спектральной характеристики мощности 880 нм. Светодиод дает конус эффективного излучения с углом около 30°. В качестве приемника используют PIN-диоды, эффективно при­нимающие ИК-лучи в конусе 15°.

Ниже перечислены варианты, возможные на физическом уровне IrDA:

1. IrDA SIR - для скоростей 2,4-115,2 Кбит/с используется стандартный асин­хронный режим передачи (как в СОМ-портах).

2. ASK IR - для скоростей 9,6-57,6 Кбит/с также используется асинхронный ре­жим.

3. IrDA HDLC - для скоростей 0,576 и 1,152 Мбит/с используется синхронный режим передачи и кодирование, аналогичное протоколу SIR .

4. IrDA FIR - для скорости 4 Мбит/с также применяется синхрон­ный режим.

Приемопередатчик IrDA может быть подключен к компьютеру различными спо­собами; по отношению к системному блоку он может быть как внутренним (раз­мещаемым на лицевой панели), так и внешним, размещаемым в произвольном месте. Размещать приемопередатчик следует с учетом угла «зрения» (30° у передатчика и 15° у приемника) и расстояния до требуемого устройства (до 1 м).

Внутренние приемопередатчики на скоростях до 115,2 Кбит/с (IrDA SIR , ASK IR ) подключаются через обычные микросхемы асинхронных приемопередатчиков UART , совместимые с 16450/ 16550, через сравнительно несложные схемы ИК- модуляторов/демодуляторов. В ряде со­временных системных плат на использование инфракрасной связи (до 115,2 Кбит/с) может конфигурироваться порт COM2.

Существуют внешние ИК-адаптеры с интерфейсом RS -232 C (для подключения к СОМ-порту) и с интерфейсом USB . Пропускной способности USB достаточно даже для FIR , СОМ-порт пригоден только для SIR .

5.12.2 Последовательный инфракрасный порт SIR

Интерфейс SIR (Serial InfraRed port - последовательный инфракрасный порт) был разработан ассоциацией IrDA (Infrared Data Association ). Первые версии этого стандарта были опубликованы в 1994 году.

По своим свойствам интерфейс SIR близок к интерфейсу стандарта RS -232 C . Скорость передачи по инфракрасному каналу составляет до 115 Кбит/с (в последних специфи­кациях - до 4 Мбит/с). Обмен данными - асинхронный (без синхронизации), то есть последовательный. Для обна­ружения и устранения ошибок передачи используются ал­горитмы проверки контрольной суммы пакетов данных.

Существенным недостатком инфракрасного порта является ограниченный радиус действия (скорость передачи 4 Мбит/с достигается на расстоянии около 1 м). К тому же между приемником и передатчиком не должно быть посторонних предметов.

5.12.3 Радиоинтерфейс Bluetooth

Bluetooth (синий зуб) - это фактический стандарт на миниатюрные недорогие средства передачи информации с помощью радиосвязи между мобильными (и настольными) компьютерами, мобильными телефонами и любыми другими портативными устройствами на небольшие расстояния.

Каждое устройство Bluetooth имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диа­пазоне частот 2,4 ГГц. Для Bluetooth используются ра­диоканалы с дискретной (двоичной) частотной модуляцией. Кодирование простое - логической единице соответству­ет положительная девиация частоты, нулю - отрицательная. Передатчики могут быть трех классов мощности, с максимальной мощностью 1, 2,5 и 100 МВт.

В рамках спецификации Bluetooth определены несколько протоколов.

Протокол обнаружения сервисов SDP (Service Dis ­ covery Protocol ), позволяющий устройству использовать функциональность окружающего его оборудования.

Протокол RFCOMM обеспечивает эмуляцию последовательного порта (9-проводного RS -232). С его помощью традиционные кабельные соединения устройств могут быть легко заменены на радио­связь, без каких-либо модификаций ПО верхних уровней.

Интерфейс хост-контроллера HCI (Host Controller Interface ) - это единообразный метод доступа к аппаратно-программным средствам нижних уровней Bluetooth . Он предоставляет набор команд для управления радиосвязью, получения информа­ции о состоянии и собственно передачи данных. Физически аппаратура Bluetooth может подключаться к различным интерфейсам: шине расширения (например, PC Card ), шине USB , СОМ-порту. Для каждого из этих подключений имеется соответствующий протокол транспортного уровня HCI - прослойка, обеспечивающая независимость HCI от способа подключения.

Беспроводные интерфейсы

В ноутбуках могут присутствовать IrDA‑порт, Bluetooth‑адаптер и Wi‑Fi‑интерфейс.

IrDA‑порт распространен, но не очень удобен в работе. При его использовании нужно размещать «глазки» инфракрасных портов, расположенных на обоих связываемых устройствах, в зоне прямой видимости и на небольшом удалении друг от друга (не более 10 см, что бы ни утверждали производители), а также обеспечивать практически полную их неподвижность в течение всего сеанса связи. Даже небольшое смещение портов, как правило, приводит к разрыву соединения. Поэтому практически невозможно использовать IrDA‑соединение, например, в транспорте. Кроме того, даже когда оба соединенных устройства неподвижны друг относительно друга, капризное инфракрасное соединение может разорваться без каких‑либо видимых причин.

Еще совсем недавно IrDA являлся наиболее распространенным беспроводным интерфейсом. Такой порт присутствовал в большинстве ноутбуков, во всех карманных компьютерах, допускающих автономное использование, принтерах и в большинстве мобильных телефонов. Последнее наиболее важно, так как сотовый телефон является самым распространенным средством выхода в Интернет с ноутбука. Скорость передачи данных через инфракрасный порт достигает до 115,2 Кбит/c.

Ноутбук может иметь два инфракрасных порта: один для установки связи с другими цифровыми устройствами, а другой – для пульта дистанционного управления (рис. 4.5). «Глазок» порта, предназначенного для пульта, обычно располагается на переднем торце ноутбука, но может иметь и внешнее исполнение (в таком случае его «пристегивают» к USB‑порту). Пульт (в просторечии – «ленивчик») актуален при использовании ноутбука в качестве проигрывателя аудио– и видеофайлов. Для других целей IrDA‑порт для пульта использовать невозможно: связи с цифровыми устройствами он не обеспечит.

Рис. 4.5. К ноутбуку можно подключить пульт дистанционного управления, упрощающий проведение презентаций

Bluetooth – устройство, передающее данные со скоростью до 722 Кбит/c, без сомнения, составляет серьезную конкуренцию IrDA.

Использование радиоканала для обеспечения беспроводного соединения не требует размещения связываемых устройств в зоне прямой видимости. Например, подключиться к телефону можно, не доставая аппарат из чехла, печатать – на принтере, стоящем в дальнем углу комнаты, и т. д. Причем соединение по радиоканалу более устойчивое, чем установленное через инфракрасный порт. Кроме того, Bluetooth с успехом применяется для создания персональных точек доступа. Все популярнее становятся модели, в которых модем – кабельный или ADSL – использует для связи с ноутбуком Bluetooth‑соединение. На первый взгляд, такое решение выглядит излишне изощренным, но при ближайшем рассмотрении оказывается весьма удобным. Согласитесь, глупо иметь ноутбук, мобильность которого даже в вашей квартире ограничена проводными соединениями.

Беспроводной интерфейс Wi‑Fi , также известный как IEEE 802.11, RadioEthernet или, по терминологии Apple, AirPort Extreme, применяется для беспроводного доступа к локальной сети. Существует множество стандартов IEEE 802.11. Скорость передачи данных через самый распространенный из них – IEEE 802.11а – составляет 54 Мбит/с. Соответствующие решения появились достаточно давно, но применялись в основном в корпоративных сетях и только относительно недавно стали доступны массовому пользователю.

Сегодня слово hotspot известно, наверное, всем. Так называют общедоступную зону с Wi‑Fi‑покрытием, то есть место, куда можно прийти со своим ноутбуком и подключиться к ресурсам локальной сети (обычно к Интернету, но возможны и другие варианты). Доступ может быть бесплатным, платным или предоставляемым на определенных условиях (например, посетителям ресторана, заказывающим еду и напитки). Сегодня на Западе такие точки существуют во всех крупных гостиницах, на вокзалах, в аэропортах и других местах сосредоточения мобильных пользователей: во многих кафе, ресторанах, интернет‑кафе, библиотеках, бизнес‑центрах (см. сайты www.jiwire.com, www.wifinder.com, www.totalhotspots.com и др.). Зоны с Wi‑Fi‑покрытием (как платные, так и бесплатные) получают все большее распространение и в России. Сайты с данными о местоположении таких точек в разных городах (например, www.freewifi.ru, http://wifi.yandex.ru или http://wifi.ru/) становятся одной из наиболее востребованных категорий ресурсов Интернета. Одного взгляда на их перечень достаточно, чтобы понять: подключение через Wi‑Fi не является европейской или столичной «штучкой», поскольку точку доступа можно найти в более‑менее большом городе в любой стране. Это значит, что наличие соответствующего адаптера в ноутбуке, с которым вы планируете перемещаться не только в пределах собственной квартиры или офиса, – насущная необходимость.

Примечание

Взлет популярности Wi‑Fi в немалой степени произошел благодаря политике, проводимой компанией Intel. Корпорация занимается активной популяризацией этого способа беспроводного доступа к интернет‑ресурсам и продвигает технологию Centrino, неотъемлемой частью которой является Wi‑Fi‑адаптер. В результате Wi‑Fi‑адаптеры встречаются в ноутбуках значительно чаще, чем Bluetooth‑модули.

Большинство выпускаемых сегодня ноутбуков имеют встроенные Wi‑Fi‑адаптеры. Однако, если такового в вашем портативном компьютере не оказалось, не расстраивайтесь: практически к любому ноутбуку можно приобрести внешний Wi‑Fi‑адаптер, подключаемый к USB‑порту или выполненный в виде PC‑карты.

Разъемы и порты

Все современные ноутбуки оснащены USB‑портами , к которым можно подключить практически все современные периферийные устройства. Интерфейс USB 2.0 обеспечивает передачу данных со скоростью до 60 Мбит/c и обладает обратной совместимостью с USB 1.1. Этот мудреный термин означает, что к портам USB 2.0 можно подключать устройства, поддерживающие USB 1.1, и эти устройства будут корректно работать, хотя скорость обмена данными при этом не превысит 12 Мбит/c (то есть будет такой, которую обеспечивает «младшая» версия стандарта).

Хорошим тоном является оснащение ноутбука портами FireWire (официальное название интерфейса – IEEE 1394, он известен и как i.Link). Данный интерфейс не является необходимым, но может оказаться удобным при подключении периферийных устройств, с которыми производится интенсивный обмен данными: цифровых видеокамер, устройств чтения карт памяти (Card‑Reader), внешних накопителей (как приводов компакт‑дисков и DVD, так и на основе жесткого диска), цифровых фотокамер с крупными сенсорами и т. д. Скорость передачи данных через FireWire – до 400 Мбит/c.

От портов старых форматов – LPT, COM и PS/2 (их называют legacy – унаследованные) – производители ноутбуков постепенно отказываются. Это правильно, так как все меньше людей работает, например, с принтерами, подключаемыми по LPT, и с мышами, использующими COM‑интерфейс. Таким образом, эти порты уже практически не применяются, а пользователю приходится таскать с собой дополнительный груз. Пусть он составляет лишь несколько десятков граммов, и все же…

Исключение – порт PS/2. Его наличие в ноутбуке все еще актуально. Во‑первых, USB‑клавиатуры несколько превосходят по цене PS/2‑клавиатуры. Во‑вторых, до сих пор используется большое количество мышей, подключаемых через этот интерфейс, а любой пользователь предпочтет работать с привычным манипулятором.

Все ноутбуки снабжены VGA‑разъемом , позволяющим подключать к компьютерам внешний монитор или проектор (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Некоторые ноутбуки (обычно модели, рассчитанные на профессиональное применение) позволяют подключать сразу два внешних монитора

Некоторые производители оснащают свои ноутбуки фирменными интерфейсами . Например, некоторые системы ThinkPad (ранее выпускаемые IBM, а теперь – Lenovo) имеют разъем фирменного стандарта UltraPort, через который к системе можно подключить модуль инфракрасной связи, Bluetooth‑модуль, РС‑камеру и некоторые другие устройства. Есть собственные стандарты интерфейсов и у других компаний. Например, ноутбуки ASUS снабжались фирменным интерфейсом Ai‑Box, позволяющим подключать дисковые накопители. Однако номенклатура периферийных устройств, подключаемых к фирменным интерфейсам, немногочисленна, они мало распространены и стоят достаточно дорого, а потому и применяются крайне редко.

При выборе ноутбука обратите внимание на взаимное расположение портов (рис. 4.7). Если их разъемы расположены близко друг к другу, то работать будет неудобно: подключение одного внешнего устройства может практически заблокировать доступ к соседним портам. Как показывает практика, от интерфейсов, разъемы которых расположены друг над другом, нет никакой пользы: при подключении устройства к одному из них второй оказывается недоступным.

Рис. 4.7. Взаимное расположение портов существенно влияет на удобство работы

Совет

Ноутбук обязательно должен иметь побольше USB‑портов; legacy‑порты избыточны, FireWire используется нечасто (однако, если вы обладаете DV видеокамерой, такой интерфейс вам необходим), а фирменные порты вообще неактуальны.

Факс‑модем

Модемы для телефонных линий встраивают во все современные ноутбуки. Нам не удалось обнаружить на рынке модели, в которой бы отсутствовал интегрированный модем на 56 Кбит/с.

Модемы ноутбуков ничем особенным друг от друга не отличаются, достигаемая скорость передачи данных при использовании российских телефонных сетей примерно одинакова.

Разумеется, установленные в ноутбуках модемы могут отправлять и принимать факсы, но сегодня такая форма коммуникаций считается морально устаревшей и стремительно вытесняется электронной почтой. Однако факсы продолжают использоваться для передачи документов, изображений, поздравлений и т. д., поэтому факс‑составляющая коммуникационной подсистемы ноутбука, похоже, будет актуальна еще довольно долгое время.

Следует отметить также, что привычная связь через модем начинает активно вытесняться ADSL и спутниковыми технологиями. Многим пользователям встроенный в ноутбук модем может и не понадобиться.

Сетевой адаптер

Адаптер для подключения к локальной сети присутствует в любом ноутбуке. В большинстве случаев это Ethernet 10/100, но сегодня появляются портативные компьютеры, оснащенные Ethernet‑картами, поддерживающими скорость соединения 1 Гбит/с. Значимых для пользователя различий между разными сетевыми адаптерами ноутбуков нет.

Клавиатура

Удобная клавиатура крайне важна для комфортной работы на ноутбуке! Однако пользователи часто забывают про это, обращая при выборе портативного компьютера внимание на все что угодно, только не на клавиатуру.

Оценить удобство системы ввода‑вывода на глаз невозможно, поэтому перед приобретением ноутбука следует набрать на его клавиатуре хотя бы короткий текст, чтобы понять, удобно ли вам работать. Особого комфорта при первом знакомстве с непривычной клавиатурой не ждите, но и выраженного раздражения от соприкосновения пальцев с клавишами не должно возникать. Если клавиатура ноутбука, который вы планируете купить, вас раздражает, лучше попытайтесь подыскать другую модель – клавиатура в мобильном компьютере является встроенной, и заменить ее невозможно!

Внимание!

Клавиатура ноутбука не должна прогибаться под пальцами при ударах по клавишам! От портативного компьютера, обладающего такой особенностью, следует отказаться.

Дополнительных ухищрений, улучшающих эргономику клавиатуры, в ноутбуках почти не применяют. Разве что компания Acer иногда располагает на своих моделях клавиши чуть изогнутыми рядами, однако это не сильно меняет ситуацию.

На клавиатуре ноутбука обычно присутствуют дополнительные клавиши (рис. 4.8). Часто они выполняют жестко закрепленные функции, ограничивающиеся запуском определенных приложений – браузера, почтовой системы, программы для установки связи с провайдером и т. д. В некоторых ноутбуках дополнительные клавиши можно программировать для действий, отличающихся от заданных по умолчанию.

Рис. 4.8. На клавиатуре ноутбука обычно присутствуют дополнительные клавиши, которые можно настроить на запуск наиболее часто используемых приложений

1. Беспроводные интерфейсы

Беспроводные (wireless) интерфейсы позволяют освободить устройства от связывающих их интерфейсных кабелей, что особенно привлекательно для малогабаритной периферии, по размеру и весу соизмеримой с кабелями. В беспроводных интерфейсах используются электромагнитные волны инфракрасного (IrDA) и радиочастотного (Bluetooth) диапазонов. Кроме этих интерфейсов периферийных устройств существуют и беспроводные способы подключения к локальным сетям.

1.1. Инфракрасный интерфейс IrDA

Применение излучателей и приемников инфракрасного (ИК) диапазона позволяет осуществлять беспроводную связь между парой устройств, удаленных на расстояние до нескольких метров. Инфракрасная связь - IR (Infra Red ) Connection - безопасна для здоровья, не создает помех в радиочастотном диапазоне и обеспечивает конфиденциальность передачи. ИК-лучи не проходят через стены, поэтому зона приема ограничивается небольшим, легко контролируемым пространством. Инфракрасная технология привлекательна для связи портативных компьютеров со стационарными компьютерами или док-станциями. Инфракрасный интерфейс имеют некоторые модели принтеров, им оснащают многие современные малогабаритные устройства: карманные компьютеры (PDA), мобильные телефоны, цифровые фотокамеры и т. п.

Различают инфракрасные системы низкой (до 115,2 Кбит/с), средней (1,152 Мбит/с) и высокой (4 Мбит/с) скорости. Низкоскоростные системы служат для обмена короткими сообщениями, высокоскоростные - для обмена файлами между компьютерами, подключения к компьютерной сети, вывода на принтер, проекционный аппарат и т. п. Ожидаются более высокие скорости обмена, которые позволят передавать «живое видео». В 1993 году была создана ассоциация разработчиков систем инфракрасной передачи данных IrDA (Infrared Data Association), призванная обеспечить совместимость оборудования от различных производителей. В настоящее время действует стандарт IrDA 1.1, наряду с которым существуют и собственные системы фирм Hewlett Packard - HP - SIR (Hewlett Packard Slow Infra Red) и Sharp - ASK IR (Amplitude Shifted Keyed IR). Эти интерфейсы обеспечивают следующие скорости передачи:

♦ IrDA SIR (Serial Infra Red), HP-SIR -9,6-115,2 Кбит/с;

♦ IrDA HDLC, известный и как IrDA MIR (Middle Infra Red) - 0,576 и 1,152 Мбит/с;

♦ IrDA FIR (Fast Infra Red) - 4 Мбит/с;

♦ ASK IR - 9,6-57,6 Кбит/с.

Излучателем для ИК-связи является светодиод, имеющий пик спектральной характеристики мощности 880 нм; светодиод дает конус эффективного излучения с углом около 30°. В качестве приемника используют PIN-диоды, эффективно принимающие ИК-лучи в конусе 15°. Спецификация IrDA определяет требования к мощности передатчика и чувствительности приемника, причем для приемника задается как минимальная, так и максимальная мощность ИК-лучей. Импульсы слишком малой мощности приемник не «увидит», а слишком большая мощность «ослепляет» приемник - принимаемые импульсы сольются в неразличимый сигнал. Кроме полезного сигнала на приемник воздействуют помехи: засветка солнечным освещением и лампами накаливания, дающая постоянную составляющую оптической мощности, и помехи от люминесцентных ламп, дающие переменную (но низкочастотную) составляющую. Эти помехи приходится фильтровать. Спецификация IrDA обеспечивает уровень битовых ошибок (Bit Error Ratio, BER) не более 10-9 при дальности до 1 м и дневном свете (освещенность до 10 клюкс). Поскольку передатчик почти неизбежно вызывает засветку своего же приемника, вводя его в насыщение, приходится задействовать полудуплексную связь с определенными временными зазорами при смене направления обмена. Для передачи сигналов используют двоичную модуляцию (есть свет - нет света) и различные схемы кодирования.

Спецификация IrDA определяет многоуровневую систему протоколов, которую рассмотрим снизу вверх.

Ниже перечислены варианты, возможные на физическом уровне IrDA.

♦ IrDA SIR - для скоростей 2,4-115,2 Кбит/с используется стандартный асинхронный режим передачи (как в СОМ-портах): старт-бит (нулевой), 8 бит данных и стоп-бит (единичный). Нулевое значение бита кодируется импульсом длительностью 3/16 битового интервала (1,63 мкс на скорости 115,2 Кбит/с), единичное - отсутствием импульсов (режим IrDA SIR-А). Таким образом, в паузе между посылками передатчик не светит, а каждая посылка начинается с импульса старт-бита. В спецификации 1.1 предусмотрен и иной режим -IrDA SIR-B, с фиксированной длительностью импульса 1,63 мкс для всех этих скоростей.

♦ ASK IR - для скоростей 9,6-57,6 Кбит/с также используется асинхронный режим, но кодирование иное: нулевой бит кодируется посылкой импульсов с частотой 500 кГц, единичный - отсутствием импульсов.

♦ IrDA HDLC - для скоростей 0,576 и 1,152 Мбит/с используется синхронный режим передачи и кодирование, аналогичное протоколу SIR, но с длительностью импульса 1/4-битового интервала. Формат кадра соответствует протоколу HDLC, начало и конец кадра отмечаются флагами, внутри кадра эта битовая последовательность исключается путем вставки битов (bit stuffing). Для контроля достоверности кадр содержит 16-битный CRC-код.

♦ IrDA FIR (IrDA4PPM) - для скорости 4 Мбит/с также применяется синхронный режим, но кодирование несколько сложнее. Здесь каждая пара смежных битов кодируется позиционно-импульсным кодом: 00 -> 1000, 01 -> 0100, 10 -> 0010,11 ->0001 (в четверках символов «1» означает посылку импульса в соответствующей четверти двухбитового интервала). Такой способ кодирования позволил вдвое снизить частоту включения светодиода по сравнению с предыдущим. Постоянство средней частоты принимаемых импульсов облегчает адаптацию к уровню внешней засветки. Для повышения достоверности применяется 32-битный CRC-код.

Над физическим уровнем расположен протокол доступа IrLAP (IrDA Infrared Link Access Protocol) - модификация протокола HDLC, отражающая нужды ИК-связи. Этот протокол инкапсулирует данные в кадры и предотвращает конфликты устройств: при наличии более двух устройств, «видящих» друг друга, одно из них назначается первичным, а остальные - вторичными. Связь всегда полудуплексная. IrLAP описывает процедуру установления, нумерации и закрытия соединений. Соединение устанавливается на скорости 9600 бит/с, после чего согласуется скорость обмена по максиму из доступных обоим (9,6,19,2,38,4,57,6 или 115,2 Кбит/с) и устанавливаются логические каналы (каждый канал управляется одним ведущим устройством).

Над IrLAP располагается протокол управления соединением IrLMP (IrDA Infrared Link Managment Protocol). С его помощью устройство сообщает остальным о своем присутствии в зоне охвата (конфигурация устройств IrDA может изменяться динамически: для ее изменения достаточно поднести новое устройство или отнести его подальше). Протокол IrLMP позволяет обнаруживать сервисы, предоставляемые устройством, проверять потоки данных и выступать в роли мультиплексора для конфигураций с множеством доступных устройств. Приложения с помощью IrLMP могут узнать, присутствует ли требуемое им устройства в зоне охвата. Однако гарантированной доставки данных этот протокол не обеспечивает.

Транспортный уровень обеспечивается протоколом Tiny TP (IrDA Transport Protocols) - здесь обслуживаются виртуальные каналы между устройствами, обрабатываются ошибки (потерянные пакеты, ошибки данных и т. п.), производится упаковка данных в пакеты и сборка исходных данных из пакетов (протокол напоминает TCP). На транспортном уровне может работать и протокол IrTP.

Протокол IrCOMM позволяет через ИК-связь эмулировать обычное проводное подключение:

♦ 3-проводное по RS-232C (TXD, RXD и GND);

♦ 9-проводное по RS-232C (весь набор сигналов СОМ-порта);

♦ Centronics (эмуляция параллельного интерфейса).

Протокол IrLAN обеспечивает доступ к локальным сетям, позволяя передавать кадры сетей Ethernet и Token Ring. Для ИК-подключения к локальной сети требуется устройство-провайдер с интерфейсом IrDA, подключенное обычным (проводным) способом к локальной сети, и соответствующая программная поддержка в клиентском устройстве (которое должно войти в сеть).

Протокол объектного обмена IrOBEX (Object Exchange Protocol) - простой протокол, определяющий команды PUT и GET для обмена «полезными» двоичными данными между устройствами. Этот протокол располагается над протоколом Tiny ТР. У протокола IrOBEX есть расширение для мобильных коммуникаций, которое определяет передачу информации, относящуюся к сетям GSM (записная книжка, календарь, управление вызовом, цифровая передача голоса и т. п.), между телефоном и компьютерами разных размеров (от настольного до PDA).

Этими протоколами не исчерпывается весь список протоколов, имеющих отношение к ИК-связи. Заметим, что для дистанционного управления бытовой техникой (телевизоры, видеомагнитофоны и т. п.) используется тот же диапазон 880 нм, но иные частоты и методы физического кодирования.

Приемопередатчик IrDA может быть подключен к компьютеру различными способами; по отношению к системному блоку он может быть как внутренним (размещаемым на лицевой панели), так и внешним, размещаемым в произвольном месте. Размещать приемопередатчик следует с учетом угла «зрения» (30° у передатчика и 15° у приемника) и расстояния до требуемого устройства (до 1 м).

Внутренние приемопередатчики на скоростях до 115,2 Кбит/с (IrDA SIR, HP-SIR, ASK IR) подключаются через обычные микросхемы UART, совместимые с 16450/ 16550 через сравнительно несложные схемы модуляторов-демодуляторов. В ряде современных системных плат на использование инфракрасной связи (до 115,2 Кбит/с) может конфигурироваться порт COM2. Для этого в дополнение к UART чипсет содержит схемы модулятора и демодулятора, обеспечивающие один или несколько протоколов инфракрасной связи. Чтобы порт COM2 использовать для инфракрасной связи, в CMOS Setup требуется выбрать соответствующий режим (запрет инфракрасной связи означает обычное использование COM2). Существуют внутренние адаптеры и в виде карт расширения (для шин ISA, PCI, PC Card); для системы они выглядят как дополнительные СОМ-порты.

На средних и высоких скоростях обмена применяются специализированные микросхемы контроллеров IrDA, ориентированные на интенсивный программно-управляемый обмен или DMA, с возможностью прямого управления шиной. Здесь обычный приемопередатчик UART непригоден, поскольку он не поддерживает синхронный режим и высокую скорость. Контроллер IrDA FIR выполняется в виде карты расширения или интегрируется в системную плату; как правило, такой контроллер поддерживает и режимы SIR.

Приемопередатчик подключается к разъему IR - Connector системной платы напрямую (если он устанавливается на лицевую панель компьютера) или через промежуточный разъем (mini-DIN), расположенный на скобе-заглушке задней стенки корпуса. К сожалению, единой раскладки цепей на внутреннем коннекторе нет, и для большей гибкости приемопередатчик (или промежуточный разъем) снабжают кабелем с отдельными контактами разъема. Собрать их в должном порядке предоставляют пользователю; варианты назначения контактов коннектора инфракрасного приемопередатчика приведены в табл. 1.1. Некоторые приемопередатчики, поддерживающие режимы FIR и SIR, имеют раздельные выходы приемников - IRRX (для SIR) и FIRRX (для FIR). Если контроллер поддерживает только один из режимов, один из контактов останется неподключенным.

Таблица 1.1. Коннектор инфракрасного приемопередатчика

Цепь Назначение Контакт/вариант

1 2 3 4

	Вход с приемника
	Вход с приемника FIR
	Выход на передатчик
	Свободный

Внешние ИК-адаптеры выпускают с интерфейсом RS-232C для подключения к СОМ-порту или же с шиной USB. Пропускной способности USB достаточно даже для FIR, СОМ-порт пригоден только для SIR. Внешний ИК-адаптер IrDA SIR для СОМ-порта не так прост, как казалось бы: для работы модулятора-демодулятора требуется сигнал синхронизации с частотой, равной 16-кратной частоте передачи данных (этот сигнал поступает на синхровход микросхемы UART СОМ-порта). Такого сигнала на выходе СОМ-порта нет и его приходится восстанавливать из асинхронного битового потока. Адаптер ASK IR в этом плане проще - передатчик должен передавать высокочастотные импульсы все время, пока выход TXD находится в высоком состоянии; приемник должен формировать огибающую принятых импульсов.

Для прикладного использования IrDA кроме физического подключения адаптера и трансивера требуется установка и настройка соответствующих драйверов. В ОС Windows 9x/ME/2000 контроллер IrDA попадает в группу Сетевое окружение. Сконфигурированное ПО позволяет устанавливать соединение с локальной сетью (для выхода в Интернет, использования сетевых ресурсов); передавать файлы между парой компьютеров; выводить данные на печать; синхронизировать данные PDA, мобильного телефона и настольного компьютера; загружать отснятые изображения из фотокамеры в компьютер и выполнять ряд других полезных действий, не заботясь ни о каком кабельном хозяйстве.

1.2. Радиоинтерфейс Bluetooth

Bluetooth (синий зуб) - это фактический стандарт на миниатюрные недорогие средства передачи информации с помощью радиосвязи между мобильными (и настольными) компьютерами, мобильными телефонами и любыми другими портативными устройствами на небольшие расстояния. Разработкой спецификации занимается группа лидирующих фирм в областях телекоммуникаций, компьютеров и сетей - 3Com, Agere Systems, Ericsson, IBM, Intel, Microsoft , Motorola, Nokia, Toshiba. Эта группа, образовавшая Bluetooth Special Interest Group, и вывела данную технологию на рынок. Спецификация Bluetooth свободно доступна в Сети (www.), правда, она весьма объемна (около 15 Мбайт PDF-файлов). Открытость спецификации должна способствовать ее быстрому распространению, что уже и наблюдается на практике. Здесь позволим себе сократить название технологии до «ВТ» (это не официальное сокращение). Само название представляет собой прозвище датского короля, объединившего Данию и Норвегию, - намек на всеобщую объединяющую роль технологии.

Каждое устройство ВТ имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диапазоне частот 2,4 ГГц. Этот диапазон в большинстве стран отведен для промышленной, научной и медицинской аппаратуры и не требует лицензирования, что обеспечивает повсеместную применимость устройств. Для ВТ используются радиоканалы с дискретной (двоичной) частотной модуляцией, несущая частота каналов F=2402+k (МГц), где k=0…78. Для нескольких стран (например, Франции, где в этом диапазоне работают военные) возможен сокращенный вариант с F-2454+k (k-0…22). Кодирование простое - логической единице соответствует положительная девиация частоты, нулю - отрицательная. Передатчики могут быть трех классов мощности, с максимальной мощностью 1, 2,5 и 100 МВт, причем должна быть возможность понижения мощности с целью экономии энергии. Передача ведется с перескоком несущей частоты с одного радиоканала на другой, что помогает в борьбе с интерференцией и замираниями сигнала. Физический канал связи представляется определенной псевдослучайной последовательностью используемых радиоканалов (79 или 23 возможных частот). Группа устройств, разделяющих один канал (то есть «знающих» одну и ту же последовательность перескоков), образует так называемую пикосетъ (piconet), в которую может входить от 2 до 8 устройств. В каждой пикосети имеется одно ведущее устройство и до 7 активных ведомых. Кроме того, в зоне охвата ведущего устройства в его же пикосети могут находиться «припаркованные» ведомые устройства: они тоже «знают» последовательность перескоков и синхронизируются (по перескокам) с ведущим устройством, но не могут обмениваться данными до тех пор, пока ведущее устройство не разрешит их активность. Каждое активное ведомое устройство пикосети имеет свой временный номер (1-7); когда ведомое устройство деактивируется (паркуется), оно отдает свой номер для использования другими. При последующей активизации оно уже может получить иной номер (потому-то он и временный). Пикосети могут перекрываться зонами охвата, образуя «разбросанную» сеть (scatternet). При этом в каждой пикосети ведущее устройство только одно, но ведомые устройства могут входить в несколько пикосетей, используя разделение времени (часть времени он работает в одной, часть - в другой пикосети). Более того, ведущее устройство одной пикосети может быть ведомым устройством другой пикосети. Эти пикосети никак не синхронизированы, каждая из них использует свой канал (последовательность перескоков).

Канал делится на тайм-слоты длительностью 625 икс, слоты последовательно нумеруются с цикличностью 227. Каждый тайм-слот соответствует одной частоте, несущей в последовательности перескоков (1600 перескоков в секунду). Последовательность частот определяется адресом ведущего устройства пикосети. Передачи ведутся пакетами, каждый пакет может занимать от 1 до 5 тайм-слотов. Если пакет длинный, то он весь передается на одной частоте несущей, но отсчет слотов по 625 мкс продолжается, и после длинного пакета следующая частота будет соответствовать очередному номеру слота (то есть несколько перескоков будут пропущены). Ведущее и ведомые устройства ведут передачу поочередно: в четных слотах передачу ведет ведущее устройство, а в нечетных - адресованное им ведомое устройство (если ему есть что «сказать»).

Между ведущим и ведомыми устройствами могут устанавливаться физические связи двух типов: синхронные и асинхронные.

Синхронные связи (они же изохронные) с установлением соединения, SCO link (Synchronous Connection-Oriented), используются для передачи изохронного трафика (например, оцифрованного звука). Эти связи типа «точка-точка» предварительно устанавливает ведущее устройство с выбранными ведомыми устройствами, и для каждой связи определяется период (в слотах), через который для нее резервируются слоты. Связи получаются симметричные двусторонние. Повторные передачи пакетов в случае ошибок приема не используются. Ведущее устройство может установить до трех связей SCO с одним или разными ведомыми устройствами. Ведомое устройство может иметь до трех связей с одним ведущим устройством или иметь по одной связи SCO с двумя различными ведущими устройствами. По сетевой классификации связи SCO относятся к коммутации цепей.

Асинхронные связи без установления соединения, ACL link (Asynchronous Connection-Less), реализуют коммутацию пакетов по схеме «точка-множество точек» между ведущим устройством и всеми ведомыми устройствами пикосети. Ведущее устройство может связываться с любым из ведомых устройств пикосети в слотах, не занятых под SCO, послав ему пакет и потребовав ответа. Ведомое устройство имеет право на передачу, только получив обращенный к нему запрос ведущего устройства (безошибочно декодировав свой адрес). Для большинства типов пакетов предусматривается повторная передача в случае обнаружения ошибки приема. Ведущее устройство может посылать и безадресные широковещательные пакеты для всех ведомых устройств своей пикосети. С каждым из своих ведомых устройств ведущее устройство может установить лишь одну связь ACL.

Информация передается пакетами, в которых поле данных может иметь длину 0-2745 бит. Для связей ACL предусмотрено несколько типов пакетов с защитой CRC-кодом (в случае обнаружения ошибки предусматривается повторная передача) и 1 беззащитный (без повторных передач). Для связей SCO данные не защищаются CRC-кодом, и следовательно, повторные передачи по ошибке приема не предусмотрены.

Защита данных от искажения и контроль достоверности производится несколькими способами. Данные некоторых типов пакетов защищаются CRC-кодом, и приемник информации должен подтверждать прием правильного пакета или сообщить об ошибке приема. Для сокращения числа повторов применяется избыточное кодирование FEC (Forward Error Correction code). В схеме FEC 1/3 каждый полезный бит передается трижды, что позволяет выбрать наиболее правдоподобный вариант мажорированием. Схема FEC 2/3 несколько сложнее, здесь используется код Хэмминга, что позволяет исправлять все однократные и обнаруживать все двукратные ошибки в каждом 10-битном блоке.

Каждый голосовой канал обеспечивает скорость по 64 Кбит/с в обоих направлениях. В канале может использоваться кодирование в формате РСМ (импульсно-кодовая модуляция) или CVSD (Continuous Variable Slope Delta Modulation - вариант адаптивной дельта импульсно-кодовой модуляции). Кодирование РСМ допускает компрессию по G.711; оно обеспечивает лишь сугубо «телефонное» качество сигнала (имеется в виду цифровая телефония, 8-битные выборки с частотой 8 Кбит/с). Кодер CVSD обеспечивает более высокое качество - он упаковывает входной РСМ-сигнал с частотой выборок 64 Кбит/с, однако и при этом спектральная плотность сигнала в полосе частот 4-32 кГц должна быть незначительной. Для передачи высококачественного аудиосигнала голосовые (речевые) каналы ВТ непригодны, однако сжатый сигнал (например, поток МРЗ) вполне можно передавать по асинхронному каналу передачи данных.

Асинхронный канал может обеспечивать максимальную скорость 723,2 Кбит/с в асимметричной конфигурации (оставляя для обратного канала полосу 57,6 Кбит/с) или же 433,9 Кбит/с в каждую сторону в симметричной конфигурации.

Для обеспечения безопасности в ВТ применяется аутентификация и шифрова ние данных на уровне связи (link layer), которые, конечно же, могут дополняться и средствами верхних протокольных уровней.

Важной частью ВТ является протокол обнаружения сервисов SDP (Service Discovery Protocol), позволяющий устройству найти «интересного собеседника». В дальнейшем, установив с ним соединение, устройство сможет воспользоваться требуемыми сервисами (например, выводить документы на печать, подключиться к Сети и т. п.).

Протокол RFCOMM обеспечивает эмуляцию последовательного порта (9-провод-ного RS-232) через L2CAP. С его помощью традиционные кабельные соединения устройств (в том числе и нуль-модемные) могут быть легко заменены на радиосвязь, без каких-либо модификаций ПО верхних уровней. Протокол позволяет устанавливать и множественные связи (одного устройства с несколькими), и радиосвязь заменит громоздкие и дорогие мультиплексоры и кабели. Через протокол RFCOMM может работать протокол ОВЕХ, используемый в инфракрасных беспроводных соединениях (в иерархии протоколов IrDA), Через RFCOMM может работать и протокол РРР, над которым стоят протоколы стека TCP/IP, - это открывает дорогу во все приложения для Интернета. Через RFCOMM работают и АТ-команды, управляющие телефонными соединениями и сервисами передачи факсов (эти же команды используются в модемах для коммутируемых линий). Специальный бит-ориентированный телефонный протокол TCS BIN (Telephony Control protocol - Binary), определяющий сигнализацию вызова для связи устройств ВТ (речевой связи и обмена данными), тоже работает через L2CAP. В протоколе имеются и средства управления группами устройств TCS.

Интерфейс хост-контроллера HCI (Host Controller Interface) - это единообразный метод доступа к аппаратно-программным средствам нижних уровней ВТ. Он предоставляет набор команд для управления радиосвязью, получения информации о состоянии и собственно передачи данных. Через этот интерфейс происходит взаимодействие протокола L2CAP с аппаратурой ВТ. Физически аппаратура ВТ может подключаться к различным интерфейсам: шине расширения (например, PC Card), шине USB, СОМ-порту. Для каждого из этих подключений имеется соответствующий протокол транспортного уровня HCI - прослойка, обеспечивающая независимость HCI от способа подключения.

2. Последовательные шины USB и Fire Wire

Последовательные шины позволяют объединять множество устройств, используя всего 1-2 пары проводов. Функциональные возможности этих шин гораздо шире, чем у традиционных интерфейсов локальных сетей, - USB и FireWire способны передавать изохронный трафик аудио - и видеоданных. Последовательные шины по своей организации сильно отличаются от параллельных. В последовательных шинах нет отдельных линий для данных, адреса и управления - все протокольные функции приходится выполнять, пользуясь одной или двумя (в FireWire) парами сигнальных проводов. Это накладывает отпечаток на построение шинного протокола, который в последовательных шинах строится на основе пересылок пакетов - определенным образом организованных цепочек бит. Заметим, что в терминологии USB пакеты и кадры имеют несколько иную трактовку, нежели в сетях передачи данных. В параллельных шинах имеются возможности явной синхронизации интерфейсной части ведущих и ведомых устройств; исполнение каждого шага протокола обмена может быть подтверждено, и, при необходимости, некоторые фазы обмена могут продлеваться по «просьбе» не успевающего устройства. В последовательных шинах такой возможности нет - пакет пересылается целиком, а синхронизация возможна только по принимаемому потоку бит. Эти и другие особенности сближают последовательные шины с локальными сетями передачи данных.

Наибольшую популярность имеют шины USB и FireWire, хотя последняя пока что в PC-совместимых компьютерах используется не повсеместно. Последовательные шины FireWire и USB, имея общие черты, являются, тем не менее, существенно различными технологиями. Обе шины обеспечивают простое подключение большого числа ПУ (127 для USB и 63 для FireWire), допуская коммутации и включение/выключение устройств при работающей системе. По структуре топология обеих шин достаточно близка, но FireWire допускает большую свободу и пространственную протяженность. Хабы USB входят в состав многих устройств и для пользователя их присутствие зачастую незаметно. Обе шины имеют линии питания устройств, но допустимая мощность для FireWire значительно выше. Обе шины поддерживают технологию PnP (автоматическое конфигурирование при включении/выключении) и снимают проблему дефицита адресов, каналов DMA и прерываний. Различаются пропускная способность и управление шинами.

Шина USB ориентирована на периферийные устройства, подключаемые к PC. Изохронные передачи USB позволяют передавать цифровые аудиосигналы, а шина USB 2.0 способна нести и видеоданные. Все передачи управляются централизованно, и PC является необходимым управляющим узлом, находящимся в корне древовидной структуры шины. Адаптер USB пользователи современных ПК получают почти бесплатно, поскольку он входит в состав всех современных чипсетов системных плат. Правда, адаптеры USB 2.0 первое время будут выпускаться в виде карт PCI. Непосредственное соединение нескольких PC шиной USB не предусматривается, хотя выпускаются «активные кабели» для связи пары компьютеров и устройства-концентраторы.

Шина FireWire ориентирована на устройства бытовой электроники, которые с ее помощью могут быть объединены в единую домашнюю сеть. К этой сети может быть подключен компьютер, и даже не один. Принципиальным преимуществом шины 1394 является отсутствие необходимости в специальном контроллере шины (компьютере). Любое передающее устройство может получить полосу изохронного трафика и начинать передачу по сигналу автономного или дистанционного управления - приемники «услышат» эту информацию. При наличии контроллера соответствующее ПО может управлять работой устройств, реализуя, например, цифровую студию нелинейного видеомонтажа или снабжая требуемыми мультимедийными данными всех заинтересованных потребителей информации.

2.1. Шина USB

USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры PC, ориентированным на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники. Версия 1.0 была опубликована в начале 1996 года, большинство устройств поддерживает версию 1.1, которая вышла осенью 1998 года, - в ней были устранены обнаруженные проблемы первой редакции. Весной 2000 года опубликована спецификация USB 2.0, в которой предусмотрено 40-кратное повышение пропускной способности шины. Первоначально (в версиях 1.0 и 1.1) шина обеспечивала две скорости передачи информации: полная скорость FS (full speed) - 12 Мбит/с и низкая скорость LS (Low Speed) - 1,5 Мбит/с. В версии 2.0 определена еще и высокая скорость HS (High Speed) - 480 Мбит/с, которая позволяет существенно расширить круг устройств, подключаемых к шине. В одной и той же системе могут присутствовать и одновременно работать устройства со всеми тремя скоростями. Шина с использованием промежуточных хабов позволяет соединять устройства, удаленные от компьютера на расстояние до 25 м. Подробную и оперативную информацию по USB (на английском языке) можно найти по адресу http://www. usb. org.