64186 (Технологии создания сетей), страница 12

[ Двоичные данные ]

[ Униполярное ]

[ Полярное ]

[ Биполярное ]

[ RZ ]

[ NRZ ]

[ Бифазное ]

[ Манчестер ]

[ Дифференциальный ]

[ Манчестер ]

[ к рис. на стр. 5-4 (в поле рисунка]

[1]Кодирование цифровых данных цифровыми сигналами

[5]В большинстве локальных сетей цифровые данные передаются в виде цифровых

сигналов. Для этого передатчик и приемник должны быть способны выделять

каждый элемент сигнала и определять его значение. Определение момента

выделения сигнала обеспечивается специальным синхронизирующим процессом,

позволяющим передатчику и приемнику согласовать временные позиции битов

информации.

Цифровые сигнальные системы могут использовать сигналы более, чем с одним

или двумя уровнями и, тем самым, кодировать более одного бита информации в

каждом сигнальном элементе. Однако для простоты изложения в следующих

разделах обсуждается лишь двоичное кодирование. Тем не менее большинство из

рассматриваемых принципов применяются и в случае многоуровневых цифровых

сигнальных систем.

В следующих разделах рассматриваются восемь наиболее широко применяемых схем

кодирования. При этом подчеркивается существование свойства

самосинхронизируемости и устойчивости к помехам для каждой схемы.

В любой электронной системе 0 представляет некоторый относительный уровень

сигналов. Нулевым напряжением считается электрический потенциал Земли,

обычно измеряемый относительно заглубленого в землю проводника.

В электронных системах с плохим заземлением нулевое относительное напряжение

может установиться на любой уровень. При дальнейшем обсуждении термин 0 вольт

используется в смысле "относительное напряжение в передающей системе".

[КС 5-4]

[1]Униполярное кодирование (Unipolar)

[5]При униполярном кодировании для представления данных используется

исключительно только положительное или отрицательное напряжение. Например,

+3 вольта представляют двоичный 0, а 0 вольт - двоичную 1.

Униполярное кодирование используется при работе телетайпа (TTY) и в

интерфейсах персональных ЭВМ, которые являются TTY-подобными. Такое

кодирование требует отдельной линии для передачи синхросигналов. Без

синхросигналов длинные серии единиц или нулей могут вызвать неприемлемую

рассинхронизацию приемника и передатчика. Униполярное кодирование неустойчиво

к помехам.

[1]Полярное кодирование (Polar)

[5]При полярном кодировании применяется как положительное напряжение, так и

отрицательное. Например, 1 может обозначаться уровнем в -3v, а 0 - уровнем в

+3v. Схема полярного кодирования менее подвержена воздействию шумов в

сравнении с униполярной схемой (за счет большей разности потенциалов между

уровнем 0 и уровнем 1), однако по-прежнему требует выделенную линию для

передачи синхросигналов.

[1]Биполярное кодирование (Bipolar)

[5]При биполярном кодировании сигнал принимает три значения. Обычно эти три

значения представляют собой следующее: некоторое положительное напряжение,

некоторое отрицательное напряжение и нулевое напряжение.

Одним из популярных способов биполярного кодирования является метод

альтернативной инверсии (AMI - Alternate Mark Inversion). В AMI методе каждая

двоичная единица альтернативно представляется или высоким уровнем напряжения,

или низким. Двоичный 0 всегда представлен нулевым напряжением. Переключение

полярности сигнала в AMI методе позволяет обнаруживать все возможные на

практике наведенные ошибки на уровне аппаратуры.

[1]Кодирование с возвратом к нулю (RZ Return to Zero)

[5]В некоторых RZ схемах кодирование осуществляется с помощью введения

переходов сигнала на нулевой уровень в тот момент, когда истекает половина

каждого сигнального интервала времени. При этом на нулевом уровне сигнал

фиксирует оставшуюся часть каждого интервала. Кодирование с помощью переходов

менее подвержено шумовым искажениям в сравнении с кодированием постоянным

уровнем напряжения (где переходы выполняются только на границе сигнальных

интервалов), поскольку влияние шума на процесс перехода сигнала на нулевой

уровень значительно меньше, чем влияние шума на сигнал с некоторым постоянным

уровнем.

На рисунке показан пример биполярной RZ схемы кодирования, в которой для

обозначения двоичного нуля используется переход сигнала от положительного

уровня к нулевому уровню, причем переход выполняется в момент, когда истекает

половина сигнального интервала времени, а для обозначения двоичной единицы -

переход от отрицательного уровня к нулевому. Этот код является

самосинхронизирующимся.

[КС 5-5]

[1]Кодирование без возврата к нулю (NRZ Non Return to Zero)

[5]Кодирование без возврата к нулю или дифференциальное кодирование

характеризуется выполнением сигнального перехода для каждой двоичной 1 и

отсутствием такового для двоичного 0. При этом состояние сигнала изменяется

попеременно от высокого уровня к низкому уровню и обратно при кодировании

каждого единичного бита. Сигнал остается на одном из уровней до тех пор,

пока не будет обрабатываться следующий единичный бит. В этой схеме значение

бита представляется наличием или отсутствием соответствующего перехода.

наличие - 1, отсутствие - 0.

NRZ коды из-за своей простоты и дешевизны широкого применяются на интерфейсах

Терминал - Модем, однако из-за отсутствия свойства самосинхронизируемости

они не применяются в ЛС.

[1]Бифазное кодирование (Biphase)

[5]Бифазное кодирование требует выполнения по-крайней мере одного сигнального

перехода во время передачи каждого бита данных, поэтому этот метод обладает

свойством самосинхронизации. Данная схема более устойчива к ошибкам, чем NRZ

схема, поскольку отсутствие ожидаемого перехода в известном интервале времени

свидетельствует о возникновении ошибки. Несмотря на то, что бифазные схемы

кодирования более сложны в реализации в сравнении с NRZ схемами, свойство

самосинхронизации делает их полезными для применения в ЛС.

[1]Манчестерское кодирование (Manchester)

[5]Кодирование по схеме Манчестер является примером бифазного кодирования.

В типичной схеме Манчестерского кодирования для представления двоичной 1

используется переход сигнала от низкого уровня к высокому, выполняемый в

середине сигнального интервала времени, а для представления двоичного 0 -

переход от высокого уровня к низкому. В других схемах Манчестера применяется

прямо противоположное представление. Переход, выполняемый сигналом в середине

сигнального временного интервала, одновременно указывает значение бита и

является синхросигналом.

Манчестерское кодирование применяется в локальных сетях (ЛС) типа ETHERNET.

[1]Дифференциальное Манчестерское кодирование (Differential Manchester)

[5]Дифференциальное Манчестерское кодирование является примером бифазного

кодирования. В отличие от Манчестерского кодирования в данной схеме серединный

переход сигнала используется лишь для синхронизации. Данные представляются с

помощью перехода сигнала в начале сигнального интервала времени: присутствие

перехода - 0, отсутствие перехода - 1.

Метод дифференциального Манчестерского кодирования используется в ЛC типа

Token Ring.

[КС 5-6]

[ Коды символов ]

[ Код Морзе ]

[ К рис. на стр. 5-7 (в поле рисунка)]

[1]Коды символов

[5]Обмен сообщениями предполагает наличие языковой среды или кодов, которые

известны как передатчику, так и приемнику. Код Морзе - это пример кода для

передачи сообщений в некоторой среде.

Каждый тип ЭВМ характеризуется внутренним кодом, который используется для

представления данных. Наряду с этим существует множество других кодов,

применяемых в различных отраслях промышленности. Возникает проблема при

попытке связать две различные ЭВМ. Чтобы обеспечить успешный обмен информацией

необходимо, чтобы или приемник, или передатчик выполнял преобразование

кодов. В некоторых случаях как передатчик, так и приемник выполняют

преобразование своего внутреннего представления данных в стандартное, принятое

на сети. Наиболее широко используются два кода ASCII и EBCDIC.

[1]ASCII

[5]В США общепринятым кодом является Американский стандартный код обмена

информацией (ASCII), разработанный и опубликованный Американским Национальным

Институтом стандартов (ANSI). Официальная ссылка на стандарт - ANSI X3.4.

Принятый в США в качестве правительственного стандарта ASCII применяется в

большинстве малых ЭВМ и их периферийных устройствах, а также для больших ЭВМ,

за исключением IBM совместимых. Стандарт ASCII популярен и за пределами США.

[КС 5-7]

[5]ASCII является семибитовым кодом, который определяет значения последних

семи битов восьмибитового символа, байта. При этом используются все

возможные значения от 0000000 до 1111111, всего 128 значений. Восьмой бит

позволяет или ввести дополнительно 128 значений для обозначения символов,

или используется для контроля ошибок методом, называемым проверка паритета.

-------------------------------------------------

7| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |

-------------------------------------------------

Биты 6| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |

-------------------------------------------------

5| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |

-------------------------------------------------

4 3 2 1

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 0 | 0 | 0 | | NUL | DLE | SP | 0 | @ | P | ` | p |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 0 | 0 | 1 | | SOH | DC1 | ! | 1 | А | Q | a | q |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 0 | 1 | 0 | | STX | DC2 | " | 2 | B | R | b | r |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 0 | 1 | 1 | | ETX | DC3 | # | 3 | C | S | c | s |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 1 | 0 | 0 | | EOT | DC4 | $ | 4 | D | T | d | t |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 1 | 0 | 1 | | ENQ | NAK | % | 5 | E | U | e | u |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 1 | 1 | 0 | | ACK | SYN | & | 6 | F | V | f | v |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 1 | 1 | 1 | | BEL | ETB | ' | 7 | G | W | g | w |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 0 | 0 | 0 | | BS | CAN | ( | 8 | H | X | h | x |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 0 | 0 | 1 | | HT | EM | ) | 9 | I | Y | i | y |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 0 | 1 | 0 | | LF | SUB | * | : | J | Z | j | z |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 0 | 1 | 1 | | VT | ESC | + | ; | K | [ | k | { |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 1 | 0 | 0 | | FF | FS | , | < | L | \ | l | | |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 1 | 0 | 1 | | CR | GS | - | = | M | ] | m | ] |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 1 | 1 | 0 | | SO | RS | . | > | N | ^ | n | ~ |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 1 | 1 | 1 | | SI | US | / | ? | O | _ | o | DEL |

----------------- -------------------------------------------------

CR=Возврат каретки (Carriage return)

0001101

[5] Рис. 5-1. Таблица ASCII

[ к рис. на стр. 5-8]

[5]Паритет может быть использован двумя способами: дополнение до четности или

до нечетности. Если существует четное число единиц в семи битах данных, то

ЭВМ реализует нечетный паритет, установкой последнего (восьмого) бита в 1 так,

чтобы посылалось нечетное число единиц. Если же число единиц в семи битах -

нечетное, то ЭВМ устанавливает в восьмой бит значение 0, вновь

передавая нечетное число единиц.

Восьмой бит необязательно используется в качестве паритета. Его можно

использовать для определения второго множества из 128 символов. Второе

множество значений может определяться соответствующими компаниями

самостоятельно, причем таким образом, что определения различных компаний

могут быть или не быть совместимыми.

[КС 5-8]

[1]EBCDIC

[5]Код EBCDIC официально принят фирмой IBM в качестве внутреннего кода для

своих больших ЭВМ. Этот код был получен из более раннего кода передачи

данных ВCD - Двоично-Десятичного кода. Код BCD был разработан для проведения

вычислений и использовался для представления цифр. В связи с обеспечением

взаимодействия человек-ЭВМ BCD был расширен и получил название BCDIC -

Двоично-Десятичный код обмена. Оба эти кода однако не обладали достаточной

надежностью. Поэтому следующим шагом развития стал код EBCD - Расширенный

Двоично-Десятичный Код, включающий бит паритета для контроля ошибок. Этот код

был впервые применен при создании печатающих устройств фирмы IBM. Ограничением