Передача информации по физическим каналам связи в соответствии со стандартом RS-232C

     Рисунок 7- «Внешний вид разъемов, используемых в компьютерах и модемах»

Рисунок 8 – «Переходник DB-25 — DB-9»

     Следует отметить, что DTE (компьютер) всегда оборудуется разъемом-вилкой (на инженерном жаргоне — "папа", male), a DCE (модем) — разъемом-розеткой ("мама", female). Переходник для мыти DB-9 — DB-25, выполненный в неразборном компактном корпусе, для подключения модемов с 9-контактным разъемом лучше не использовать. Дело в том, что в этом переходнике линии CTS (5-8), DSR (6-6), DCD (8-1) и RI (22-9) не используются. В результате чего нельзя будет использовать аппаратное управление потоком, что может привести к неполной совместимости с имеющимся программным обеспечением.

Рисунок 9 – «Модемный кабель DB-9 — DB-25»

     Рисунок 10 - «Переходник Mini DIN-8 — DB-25 для компьютеров Macintosh»

      Для подключения модема к компьютерам Macintosh необходим переходник для подключения к используемому в этих компьютерах разъему Mini DIN-8 Схема одного из возможных вариантов такого переходника приведена на рис.10, а внешний вид соответствующего кабеля — на рис.11. [3]

     Рисунок 11 – «Модемныи кабель Mini DIN-8 — DB-25 для компьютеров Macintosh»

     1.3 Ограничения интерфейса RS-232

     Вследствие воздействия помех, активного и реактивного сопротивления соединительного кабеля между устройствами DTE и DCE существуют ограничения на его длину. Официальное ограничение по длине для соединительного кабеля по стандарту RS-232 составляет порядка 15 м при скорости передачи около 20 Кбит/с. Однако на практике это расстояние может быть значительно больше и зависит от скорости передачи данных. В табл. 2 приведены значения длины соединительного кабеля, определенные McNamara (Technical Aspects of Data Communications, Digital Press, 1982).

     Соотношение между скоростью передачи и длиной кабеля зависит также от качества используемого кабеля. Если используется кабель с низкой емкостью, то расстояние между DTE и DCE может быть больше. Интерфейсы, рассматриваемые ниже, такие как RS-449, RS-422A и RS-423A, позволяют работать с большими скоростями передачи и на большем удалении, чем интерфейс RS-232.[4]

     Таблица 2 -  «Длина соединительного кабеля между устройствами DTE и DCE»

     2 Логический уровень

     2.1 Последовательные порты

     Асинхронный последовательный интерфейс — это основной тип интерфейса, с помощью которого осуществляется взаимодействие между компьютерами. Термин асинхронный означает, что при передаче данных не используются никакие синхронизирующие сигналы и от дельные символы могут передаваться с произвольными интервалами, как, например, при вводе данных с клавиатуры.

    Каждому символу, передаваемому через последовательное соединение, должен предшествовать стандартный стартовый сигнал, а завершать его передачу должен стоповый сигнал. Стартовый сигнал — это нулевой бит, называемый стартовым битом. Он должен сообщить принимающему устройству о том, что следующие восемь битов представляют собой байт данных. После символа передаются один или два стоповых бита, сигнализирующих об окончании передачи символа. В принимающем устройстве символы распознаются по появлению стартовых и стоповых сигналов, а не по моменту их передачи. Асинхронный интерфейс ориентирован на передачу символов (байтов), а при передаче используется примерно 20% ин формации только для идентификации каждого символа. Термин последовательный означает, что передача данных осуществляется по одиночному проводнику, а биты при этом передаются последовательно, один за другим. Такой тип связи характерен для телефонной сети, в которой каждое направление обслуживает один проводник. Расположение последовательных портов Типичные системы включают в себя один или два последовательных порта, располагаемых обычно на задней панели системного блока. Существуют также компьютеры, созданные с учетом потребительских требований, которые содержат последовательный порт цифровой камеры, расположенный на передней панели. Этот порт используется для передачи данных из цифровых камер низшего класса. В современных конструкциях системных плат для управления встроенными последовательными портами этого типа используется микросхема Super I/O, расположенная на системной плате, или высокоинтегрированная микросхема South Bridge. Для того чтобы увеличить количество последовательных портов, имеющихся в стандарт ной системе, необходимо приобрести одно- или многопортовую плату либо так называемую интерфейсную плату ввода-вывода (multi-I/O card), содержащую один или два последовательных, а также один или два параллельных порта. Последовательные порты старых систем, созданных на основе стандартов ISA или VL-Bus, часто подключались к многофункциональным платам, содержащим интерфейсы жесткого диска IDE и накопителя на гибких дисках. Обратите внимание на то, что модемы, размещенные на платах, также включают в себя встроенный последовательный порт. На рис. 17.1 показан стандартный 9-контактный разъем, используемый многими современными внешними последовательными портами. К последовательным портам можно подключить самые разнообразные устройства: моде мы, плоттеры, принтеры, сканеры, другие компьютеры, устройства считывания штрих-кода или схему управления устройствами. В основном во всех устройствах, для которых необходима двунаправленная связь с компьютером, используется ставший стандартом последова тельный порт RS-232С (Reference Standard number 232 revision C — стандарт обмена номер 232 версии С), который позволяет передавать данные между несовместимыми устройствами. В официальных технических требованиях рекомендуется максимальная длина кабеля не более 15 м.[5]

   2.2 Аппаратная реализация

     Аппаратная реализация интерфейса RS-232 включает в себя последовательный адаптер и собственно механический интерфейс (разъемное соединение).

      Когда фирма IBM стала выпускать свои первые персональные компьютеры, на их материнской плате не предусматривалось никаких схем для поддержки последовательной связи. Однако дополнительно мог поставляться асинхронный коммуникационный адаптер. Этот адаптер устанавливался в соответствующий слот материнской платы и обеспечивал связь между микропроцессором и программируемым интерфейсом, подобным RS-232. С тех пор много воды утекло, было продано и установлено буквально несчетное число адаптеров, выпускаемых большим числом фирм. Не смотря на это у всех последовательных адаптеров гораздо больше общего, нежели различий. Причина этого — не отсутствие творческого подхода у разработчиков, а необходимость согласования характеристик адаптера с требованиями простого и жестко определенного стандарта

Рисунок 12 – «Структурная схема адаптера RS-232»

      Преобразование ТТЛ-уровней в уровни интерфейса RS-232 и наоборот производится передатчиками и приемниками EIA, входящими в состав микросхем типа il488 и il489 или их аналогов.

      Обычно передача данных осуществляется на одной из нескольких дискретных скоростей: 50, 75, 110, 150 , 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 или 115200 Бод. Средства BIOS (такие как прерывание Intl4h) поддерживают скорости только до 9600 Бод включительно. Тактовая частота составляет 1,8432 МГц и стабилизирована благодаря использованию кварцевого i снератора. Из этой частоты формируются все остальные необходимые частоты.

      В основе контроллера последовательного порта передачи данных лежит микросхема INS8250 (i8250) или ее современные аналоги — 16450, 16550, 16550А. Эта микросхема является асинхронным приемопередатчиком UART (Universal Asinchronouse Receiver Transmitter). Микросхема 8250 содержит регистры передатчика и приемника данных, а также ряд служебных регистров. Точная последовательность операций, выполняемых UART в каждой конкретной ситуации, контролируется внешними параметрами. В общих чертах работу UART в режимах приема/передачи можно описать следующим образом. При передаче символа UART должен выполнить следующие операции:

> принять символ в параллельной форме через системную шину PC;

> преобразовать символ в последовательность отдельных битов (параллельно-последовательное преобразование);

> сформировать старт-стопный символ путем добавления к информационным разрядам стартового, стопового и, возможно, бита паритета (четности или нечетности);

> передать старт-стопный символ на интерфейс с требуемой скоростью;

> сообщить о готовности к передаче следующего символа.

       При приеме символа UART должен выполнить обратную последовательность действий:

> принять данные в последовательной форме;

> проверить правильность структуры старт-стопного символа: стартовый бит, информационные разряды, бит паритета; если выявлена ошибка — выдать сигнал ошибки;

> осуществить проверку паритета; если выявлена ошибка — выдать сигнал ошибки паритета;

> преобразовать старт-стопный символ в информационный и передать его в параллельной форме в PC;

> сообщить, что символ принят.

       Первые адаптеры последовательной связи фирмы IBM были построены на микросхеме INS8250 фирмы National Semiconductor. За прошедшее время эта микросхема несколько раз модернизировалась. Выпускались и многочисленные функциональные аналоги другими производителями микросхем. Тем не менее, все модификации микросхемы 8250 идентичны между собой по большинству своих функциональных характеристик. Микросхемы 8250 рассчитаны на максимальную скорость 38400 бит/с. В настоящее время UART такого типа практически не используются.

      Появившиеся позже микросхемы UART серии 16450 рассчитаны на максимальную скорость 115200 бит/с. При их разработке были исправлены некоторые ошибки микросхем серии 8250.

      Работая со скоростями порядка 9600 бит/с микросхемы 8250 и 16450 превосходно выполняли свои функции, полностью соответствуя по своим характеристикам невысокому (в прошлом) быстродействию PC и однозадачным операционным системам. Однако на сегодняшнем уровне техники связи с ее высокими скоростями передачи информации и многозадачными операционными системами (ОС) микросхемы такого типа стали "узким местом" коммуникационной аппаратуры. Чтобы исправить ситуацию были разработаны и выпущены микросхемы типа  16550 (PC16550C/NS16550AF и ряд их функциональных аналогов).

       По умолчанию микросхема 16550 работает в режиме микросхемы 8250 и может быть установлена вместо микросхемы 8250. В совместимом режиме, она является полным функциональным аналогом UART 8250 и 16450 и в отличие от микросхем UART более ранних выпусков микросхема 16550 имеет второй режим работы, предусматривающий сокращение вмешательства центрального процессора в процедуру последовательной передачи данных. В этом режиме внутренние буферные регистры приемника и передатчика расширяются от 1 до 16 байтов и управляются с использованием логики FIFO (First In — First Out

— первым пришел — первым вышел). Буфер FIFO приемника используется также для хранения трех битов информации об ошибках для каждого символа. Ошибки паритета, форматирования и сигналы прерывания (BREAK-сигналы) буферируются вместе с символом, к которому они относятся. Микросхема 16550 выполняет следующие функции:

> обеспечивает простой интерфейс между шиной PC и модемом или другими внешними устройствами;

> автоматически добавляет, удаляет и проверяет форматирующие биты;

> генерирует и проверяет биты паритета под управлением специальной программы;

> выделяет указатели состояния операций передачи и приема, а также состояния линии передачи данных и устройства сопряжения;

> содержит встроенные сдвиговые регистры и регистры хранения для операций передачи и приема данных, что исключает необходимость точной синхронизации работы процессора с потоком последовательных данных;

> содержит программируемый генератор-контроллер скорости передачи, работающий с внешним опорным сигналом частотой до 24 МГц;

> содержит встроенные средства самотестирования;

> может работать под управлением программного обеспечения, разработанного для микросхем 8250 и 16450;

> внутренние буферы позволяют хранить до 16 символов и связанную с ними служебную информацию при операциях передачи и приема данных.[6]

     3 Сети передачи данных

     Сеть передачи данных — совокупность оконечных устройств (терминалов) связи, объединённых каналами передачи данных и коммутирующими устройствами (узлами сети), обеспечивающими обмен сообщениями между всеми оконечными устройствами.

     3.1 Топологии сетей

     Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология — это стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной компоновки сети. Если Вы поймете, как используются различные топологии, Вы сумеете понять, какими возможностями обладают различные типы сетей. Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель. Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, не достаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров. Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки. Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть.

Базовые топологии

Все сети строятся на основе трех базовых топологий: