64186 (Технологии создания сетей), страница 11

[5]1. C какой организацией нужно будет контактировать, чтобы улучшить

набор протоколов, используемых в сетях Военно Воздушных Сил США?

2. Почему сетевая индустрия имеет дело с таким большим количеством разных

протоколов и стандартов?

3. Какая организация ответственна за Модель OSI?

[КС 3-6]

//20.08.94

[ Типы данных и сигналы ]

[0]Раздел 4. [2] Типы данных и сигналов

[1]Цели

[5]В конце этого раздела вы сможете:

1. Различать аналоговые и цифровые данные;

2. Различать аналоговые и цифровые сигналы и определять как они измеряются.

[1]Введение

[5]Связь предполагает передачу сообщения от передатчика к приемнику.

Сообщения или данные передаются посредством сигналов. Сигналы - это

электрические или электромагнитные коды данных. И данные, и сигналы могут

быть либо аналоговыми, либо цифровыми.

В этом разделе рассматриваются типы данных и типы сигналов. Раздел начинается

с выяснения различий между аналоговыми и цифровыми данными. Затем

рассматриваются типы сигналов и способы их измерения. В конце раздела

рассматривается вопрос о том, как оба типа данных и сигналов могут быть

использованы для связи.

[КС 4-1]

[ Аналоговые данные Цифровые данные ]

[ к рис. на стр 4-2 (в поле рисунка) ]

[1]Аналоговые и цифровые данные

[5]Аналоговые данные могут принимать любое значение в некотором диапазоне.

Время дня в виде линии, очерчивающей циферблат, - пример аналоговых данных.

Линия непрерывна, и данные (время) могут принимать любые возможные значения

(их бесконечное множество). Другие примеры аналоговых данных - температура

воздуха, измеренная жидкостным термометром в течение дня, и напряжение в

некоторой электросети.

Цифровые данные дискретны и могут иметь только ограниченное число значений.

Например, показание времени дня на электронных часах дискретно. Другими

примерами цифровых данных являются цифры или буквы в последовательности.

Каждое значение дискретно и не связано ни с предыдущим, ни с последующим

значениями. Данные современных ЭВМ - цифровые, поэтому ЭВМ называются

цифровыми.

[КС 4-2]

[ Периодический аналоговый сигнал ]

Один

цикл

Амплитуда

Время

[к рис. на стр 4-3 (в поле рисунка) ]

[1]Аналоговые сигналы

[5]Так же как и аналоговые данные, аналоговые сигналы могут принимать любое

значение в некотором диапазоне, они плавно меняется от одного значения к

другому. Периодический аналоговый сигнал изменяется регулярно во времени и

может быть представлен графически в виде волны. Аналоговые сигналы могут

передаваться по проводам и по воздуху. Периодические аналоговые сигналы (в

дальнейшем, просто аналоговые сигналы) характеризуются тремя параметрами:

амплитудой, частотой и фазой.

Достоинства:

- Передача аналоговых сигналов иногда предпочтительнее из-за возможности

использования телевизионного кабельного сетевого оборудования

для построении сети и обеспечения широкой полосы

пропускания для больших и сложных сетей;

- Аналоговые сигналы в меньшей степени подвержены искажениям из-за ослабления

сигнала, поэтому сеть может охватывать большие расстояния без необходимости

регенерации сигналов.

Недостаток:

- При создании сети, которая охватывает значительные расстояния необходимо

использование радиочастот определенного диапазона.

[КС 4-3]

[1]Амплитуда

[5]Мощность периодического аналогового сигнала характеризуется амплитудой,

разницей между осью и пиком волны. Амплитуда выражается в вольтах,

амперах, ваттах или децибелах. Вольт - это единица электрического напряжения,

ампер - единица электрического тока, ватт - единица электрической мощности

(вольт*ампер). Децибел - это логарифмическая единица, представляющая

собой отношение энергии двух сигналов.

Сигналы ослабляются в пути, уменьшается их амплитуда. При передаче

сигналов на большие расстояния, сигналы нужно периодически усиливать,

чтобы компенсировать их ослабление. Ослабление и усиление часто выражаются

в децибелах (дб). Аналоговые усилители усиливают аналоговые сигналы на линии,

включая помехи, которые накапливаются на линии при передаче сигнала. Чем

длиннее путь сигнала, тем больше накапливается помех.

[1]Частота

[5]Колебательный характер периодического аналогового сигнала измеряется

частотой или количеством циклов в единицу времени. Высокий голос имеет

частоту выше, чем низкий голос. Частота измеряется в герцах (гц) или

циклах в секунду. Один цикл определяется как колебание сигнала от одной

вершины волны до следующей.

[КС 4-4]

[ Фаза периодических аналоговых сигналов ]

[к рис. на стр 4-5 (в поле рисунка) ]

[1]Фаза

[5]Два сигнала одной частоты могут отличаться по фазе. Это означает, что

второй сигнал посылается немного позже, чем первый. Разница фаз в 180

градусов означает сдвиг на пол-цикла (начинается спад вместо подьема).

На рисунке показано, что сигнал В сдвинут на 90 градусов по отношению к А,

сигнал С - на 270 градусов по отношению к А.

[КС 4-5]

[ Двоичные цифровые данные и сигналы ]

Данные

Сигнал Амплитуда

Время

[ к рис. на стр 4-6 (в поле рисунка) ]

[1]Цифровые сигналы

[5]И цифровые данные, и цифровые сигналы имеют два характерных свойства.

Во-первых, они могут принимать только ограниченное число дискретных значений,

часто только два. Во-вторых, сигнал из одного состояния в другое переходит

мгновенно.

Информация, которую несет цифровой сигнал, зависит от уровня сигнала в

течение какого-то времени. Поэтому, цифровые передающие и принимающие станции

должны иметь синхронизированные счетчики. С помощью этих счетчиков ведется

отсчет бодов, т.е. сколько раз в секунду меняется значение сигнала.

Различные таймерные схемы используются для синхронизации передающей и

приемной сторон. Цифровые сигналы часто включают синхросигналы. В отличие

от аналоговых сигналов цифровые сигналы могут быть переданы только по

проводам.

Достоинства:

- Цифровое оборудование обычно проще и дешевле,

- При использовании цифровых сигналов встречается меньше ошибок из-за

шумов и помех.

Недостаток:

- В отличие от аналоговых сигналов цифровые сигналы ослабляются в большей

степени на тех же расстояниях.

[КС 4-6]

[1]Данные и сигналы

[5]Важно понять, что и аналоговые, и цифровые сигналы могут передавать и

аналоговые, и цифровые данные. Примеры различных комбинаций данных и

сигналов, приведены ниже.

- Аналоговые сигналы переносят цифровые данные. Например, при тональном

режиме набора телефонного номера цифровые данные (номер) передаются с

помощью аналоговых сигналов. Модемы тоже посылают цифровые данные между ЭВМ,

используя аналоговые телефонные сигналы.

- Аналоговые сигналы передают аналоговые данные. Например, коммерческие

радиостанции транслируют голоса и музыку (аналоговые сигналы), используя

амплитудную модуляцию (АМ) или частотную модуляцию (FM).

- Цифровые сигналы передают цифровые данные. Например, связь между

двумя ЭВМ - это обмен цифровыми данными с использованием цифровых

сигналов.

- Цифровые сигналы передают аналоговые данные. Например, музыкальный

компакт-диск (CD) кодирует вводимый с микрофона звук в цифровые значения

амплитуд и частот. СD-плейер декодирует записанные цифровые значения и

воссоздает аналоговый сигнал (музыку).

[1]Итоги

[5]В этом разделе вводятся понятия аналоговых и цифровых данных. Аналоговые

данные непрерывны, а цифровые - дискретны. И аналоговые, и цифровые данные

могут быть представлены или аналоговыми, или цифровыми сигналами. Аналоговые

сигналы характеризуются частотой, амплитудой, фазой. Работа с цифровыми

сигналами обычно проще и дешевле, чем с аналоговыми сигналами, хотя цифровые

сигналы в большей степени ослабляются на расстоянии. В больших, сложных

сетях используются и аналоговые и цифровые данные и сигналы.

[КС 4-8]

[1]Упражнение 4

[5]Расставьте тип данных в следующих пунктах (А - аналоговые,

D - цифровые )

1.______ Счет очков в гольфе.

2.______ Путь мяча в игре в гольф.

3.______ Перечень хранящихся приборов.

4.______ Изменение количества бензина в автомобиле во времени.

5.______ Население города.

6.______ Длина змеи.

7.______ Сколько станций (FM) передают рок-н-рол?

8. Нарисуйте аналоговый и цифровой сигнал. Назовите их характеристики.

[КС 4-8]

[ Преобразование данных ]

[0]Раздел 5 [2]Преобразование данных

[1]Цели

[5]В коце данного раздела вы сможете:

1. Определять основные методы кодирования и их ключевые характеристики для

аналоговых и цифровых сигналов.

2. Определять общие коды представления сообщений и причины, по которым эти

коды используются при передаче сообщений.

[1]Введение

[5]В отличие от людей, хорошо различающих такие символы, как "А" и "1", ЭВМ

способны оперировать лишь с нулями и единицами. Поэтому существует

необходимость преобразования символов в последовательности нулей и единиц

прежде, чем ЭВМ сможет обрабатывать информацию. Обьединение ЭВМ в сети

требует еще более глубоких преобразований. Единицы и нули необходимо

кодировать и декодировать в цифровые или аналоговые сигналы для передачи по

линиям связи. В данном разделе описывается как метод представления символов в

виде нулей и единиц, так и способы их кодирования и декодирования

с помощью цифровых и аналоговых сигналов.

[КС 5-1]

[Цифровые данные и Модулированные аналоговые несущие]

[ Двоичные данные ]

[ ASK ]

[ Амплитудная модуляция время ]

[ FSK ]

[ Частотная модуляция время ]

[ PSK ]

[ Фазовая модуляция время ]

[ к рис. на стр. 5-2 (в поле рисунка)]

[1]Кодирование цифровых данных аналоговыми сигналами

[5]Цифровые данные могут быть переданы с помощью аналоговых сигналов

(аналоговой несущей) посредством модулирования характеристик несущей:

амплитуды, частоты или фазы. Основные методы кодирования обсуждаются в

следующих трех разделах. Большое количество подсетей передачи данных

используют эти методы модуляции аналоговой несущей при работе с телефонными

системами. Наличие временных меток в сигналах позволяет довольно просто

осуществить синхронизацию счетчиков передачи/приема на обеих сторонах.

[1]Амплитудная модуляция (ASK-Amplitude-Shift Keying)

[5]Метод кодирования ASK заключается в модулировании амплитуды несущей двумя

и более уровнями. Например, двоичный 0 может быть представлен амплитудой,

равной одной единице измерения, а двоичная 1 - амплитудой, равной трем единицам

измерения.

Закодированные методом ASK данные в значительной степени подвержены

искажениям из-за возможной интерференции с другими сигналами, затухания и

усиления. Поэтому метод ASK не обеспечивает необходимой надежности при

передаче на большие расстояния.

[1]Частотная модуляция (FSK- Frequency-Shift Keying)

[5]Метод кодирования FSK заключается в модулировании частоты несущей двумя

и более значениями. Например, двоичный 0 может представляться одной частотой

(или группой частой), а двоичная 1 - другой частотой (или группой частот).

Закодированные методом FSM данные в сравнении с методом ASK менее подвержены

искажениям, однако этот метод не применяется при передаче данных в речевом

диапазоне на скоростях выше 1200 бит в секунду. В большинстве низкоскоростных

модемов применяется метод FSK для преобразования цифровых данных в аналоговые

сигналы для передачи по телефонным линиям связи.

[1]Фазовая модуляция (PSK Phase-Shift Keying)

[5]Метод кодирования PSK заключается в сдвиге фазы несущей в определенные

периоды времени в соответствии с данными. Так, например, для передачи

двоичной единицы осуществляется сдвиг фазы несущей на 180 градусов, сдвиг

фазы на 0 градусов - для передачи двоичного 0.

Закодированные методом PSK данные высоко устойчивы к искажениям. Сигналы,

получаемые методом PSK, содержат временные отметки, которые могут быть

использованы для синхронизации счетчиков приема/передачи.

Широко применяются комбинированные методы кодирования. Например, возможна

комбинация методов PSK и ASK, при этом изменение фазы несущей сочетается с

соответствующим изменением ее амплитуды.

[КС 5-3]

[ Цифровое кодирование ]