Tehnologii analogice și digitale. Comparația semnalelor analogice și digitale. Semnale analogice și digitale

Oamenii încă se ceartă despre care este mai bine: tehnologia analogică sau digitală. În același timp, acesta din urmă cucerește lumea complet și irevocabil. De exemplu, Festivalul de Film de la Sydney din acest an nu a prezentat niciun film în format de 35 mm - deoarece industria filmului se inspiră din noile tehnologii.

Aruncă o privire la ARIA Top 10 Music Hits (chart-ul oficial al Asociației Australian Recording Industry): casetofonele de studio, care până de curând erau considerate indispensabile, nu au fost niciodată folosite în procesul de înregistrare a acestei muzici. În cele din urmă, fotografi au preferat de mult camere digitale analogic.

Toate exemplele enumerate sunt legate de mediile de stocare utilizate pentru a înregistra rezultatele creativității. Anterior, autorii păstrau roadele muncii lor pe bandă magnetică sau film, dar acum preferă tehnologii digitaleși mass-media conexe.

Creativitatea se referă acum în mare parte la manipularea celor mai recente mass-media pentru a spune o poveste, a evoca un răspuns emoțional, a pune întrebări, a distra publicul - toate lucrurile pe care ar trebui să le facă arta.

Cu toate acestea, în era digitală, există tot mai mulți tineri care sunt nostalgici pentru mediile analogice vechi. Uneori, o astfel de predilecție pentru lucruri pe care nu le-au folosit niciodată se limitează la fetișism.

Nu cu mult timp în urmă, muzicianul Jack White a surprins pe toată lumea înregistrând pe un magnetofon de epocă cu 8 piese. Și acesta este departe de a fi un caz izolat. Reînvierea studiourilor de înregistrări „pe casete” și a caselor de discuri care distribuiau muzică pe casete i-a surprins foarte mult pe cei mari din industria muzicală, care au considerat formatul analogic mort. Mai mult, tehnologia digitală a făcut posibilă scăparea de iritanti anteriori (zumzet, trosnet, distorsiune, fulgerări și alte semne de „sunet cald al tubului”).

Nostalgie pentru analog

Neliniaritatea este un termen din practica mass-media moderne, adică semnal de intrare, intrarea în dispozitiv nu este echivalentă cu semnalul de ieșire.

Orice dispozitiv media care distorsionează semnalul într-un grad sau altul - compresie interval dinamic muzică în înregistrări audio, contururi neclare ale imaginilor și saturație excesivă a cadrului filmului anumite culori- poate fi considerat neliniar.

Specialiștii tehnici s-au străduit întotdeauna să scape de erori, iar producătorii muzicali, fotografi și regizori au învățat să le încorporeze în produsul creativ. Publicul a luat-o destul de natural.

Mulți producători de muzică încă înregistrează pe film înainte de a-l preda pentru digitizare. Sau fotografi - mai întâi „clic” pe material, apoi editează imaginile în Photoshop.

Waves și Steven Slate Digital creează software, recreând cât mai precis posibil efectele sonore ale casetofonelor vechi.

Desigur, fascinația pentru formatul analogic nu slăbește în niciun fel avantajele tehnologiei digitale. Își justifică calitatea, chiar și prea mult. Din cauza triumfului „digitalului”, ne-am plictisit deja de „zgomotos”, neclar și suprasaturați cu imaginea color inerente tehnologiilor analogice. Dar în același timp nimeni nu contestă productivitatea ridicată și eficiență economică formate digitale procesare a semnalului.

Unii pasionați fac tot posibilul să păstreze tehnologia analogică care devine un lucru din trecut doar de dragul ideii. Alții pur și simplu le place să folosească echipamente vintage, cum ar fi o cameră Polaroid.

Restul „retrogradelor” simulează pur și simplu efectele „Polaroid” pe smartphone-uri pentru a satisface sentimentul de nostalgie.

Ascensiunea Slow Media

Un val de interes pentru tehnologiile vechi din partea oamenilor născuți în era digitala, amintește de fenomenul de la sfârșitul anilor 1980 numit „mișcarea media lentă”.

Vânzările sunt în creștere discuri de vinil. Pentru că oamenii redescoperă bucuria de a vedea albumul unui muzician ca pe un mesaj. Ce zici de ascultarea discului în sine? Este un întreg ritual: ridicați un cerc de plastic negru, urcați încet și puneți-l cu grijă în player.

Muzicienii au propriul motiv pentru a iubi filmul. Când vin în studio, știu că trebuie să cânte perfect, pentru că „înșelăciune digitală” nu este disponibilă.

Regizorii, la rândul lor, pleacă de la limitările filmului. Acest lucru pune responsabilitatea performanțelor actorilor pentru a evita luările inutile.

Producătorii de muzică lucrează mai bine fără sumă uriașă piese și posibilități nelimitate de suprapunere a sunetului. Uite ce au făcut Beatles pe doar 4 piese. Astăzi sunt cel puțin 96 de piese Ascultând muzică modernă, trebuie să ne îndoim de beneficiile a 92 de piese suplimentare.

Există un motiv în spatele dragostei pentru tehnologiile vechi. Este mai puțin despre monetizarea modei retro și mai mult despre provocarea modului în care funcționează industria media. În lumea analogică, ești forțat să lucrezi mai încet. În realitatea digitală, trebuie să faci treaba acum.

Vechile formate media nu vor dispărea. Prea mulți oameni sunt interesați de existența lor. Cineva va încerca să recâștige partea pierdută din profit în urma modei retro. Cineva se va cufunda în nostalgie și va începe să strângă echipament de epocă.

Unele lucruri sunt cu adevărat uimitoare. De exemplu, instrumentele muzicale sau aparatele de înregistrare: în urmă cu 40-50 de ani erau făcute ca și cum ar dura, de multe ori din materiale mai scumpe decât în ​​prezent.

08.11.2016

Tehnologiile digitale ne schimbă obiceiurile, interiorul apartamentelor noastre, stilul nostru de viață și limbajul comunicării noastre. Vor transforma afacerile și guvernul, divertismentul și educația, știința și medicina. Ele l-au schimbat semnificativ pe omul însuși, mai ales în aspectele socio-economice și culturale. Fiecare al treilea locuitor al planetei noastre poartă cu ei Telefon celular iar în locurile în care comunicarea „nu este foarte bună” avem nevoie de amplificarea comunicațiilor celulare și a antenelor direcționale. Petrecem un număr din ce în ce mai mare de ore „în spațiul digital” al internetului și dedicăm din ce în ce mai puțin timp unor astfel de medii precum televiziunea și radioul. Suporturile de hârtie sunt înlocuite cu cele electronice. Un număr tot mai mare de pasageri de metrou nu citesc cărți tradiționale, ci versiuni electronice descărcate de pe Internet.

Tehnologia digitală așa cum o cunoaștem astăzi ne-a schimbat radical atât afacerea, cât și viața personală. Stocarea și transmiterea datelor au devenit mai eficiente. Internetul, mai ales de la crearea WWW, permite umanității să creeze și să împărtășească informații și cunoștințe la scară globală.

Digital, invizibil și omniprezent

Urmatorul pas revoluție digitală va exista o omniprezență a tehnologiei digitale. Camerele noastre și playerele MP3, electronice caieteȘi Celulare din ce în ce mai reminiscentă calculatoare de buzunar, dobândind capabilități de filmare video, înregistrare de sunet, transmisie de mare viteză date.

Inovații tehnice bazate pe cele mai multe tehnologii diferite, inclusiv identificarea radio și senzorii radio, schimbă tiparele existenței umane în era noastră digitală. Informații și capacitati de comunicare devin invizibil și omniprezent.

Teoria viitoarei „omniprezențe a computerelor” a lui Mark Weiser – fost om de știință șef al Centrului de Cercetare Xerox Palo Alto – spune că cele mai puternice, avansate și profunde tehnologii sunt „cele care dispar, se împletesc în țesătura vieții de zi cu zi până când se dizolvă în ea”. Conform acestei opinii, toate lucrurile noastre familiare se vor transforma în curând în computere în miniatură. Și asta nu este ficțiune. Trebuie doar să acordăm atenție tendințelor în schimbarea generațiilor de computere. Nu doar devin mai mici. Ele devin din ce în ce mai numeroase și din ce în ce mai de neînlocuit. Rezolvarea multor probleme nu va mai necesita intervenția umană, iar tehnologiile care au fost atât de vizibile ieri vor dispărea din vedere mâine. În același timp, peste tot în mediul nostru, cele mai cotidiene lucruri vor avea capacitatea de a procesa informații.

În urmă cu două decenii și jumătate, computerele care deservesc zeci de oameni erau obișnuite. Apoi au apărut computerele personale - o mașină de persoană - și acum societatea noastră se află în faza de tranziție către calcularea omniprezentă, cu mai multe dispozitive digitale care servesc o singură persoană. Figura 2, preluată din articolul lui Mark Weiser „The 21st Century Computer”, ilustrează apariția erei computerizării pe scară largă. Acesta arată etapele de creștere, saturație și declin a trei generații de computere.

Noi vectori de dezvoltare a rețelei

Convergența digitală anticipată de mult devine o realitate în multe domenii ale vieții. În ultimele două decenii comunicatii telefonice schimbat dincolo de recunoaștere. Telefonia fără fir a devenit larg răspândită. În același timp, telefonul încetează să mai fie doar un mijloc de comunicare prin vorbire. Traficul de date în rețelele de comunicații crește mult mai rapid decât traficul de voce. Si in timp ce operatori de telefonie mobilă străduiți-vă să profitați la maximum de comunicațiile vocale, operatorii altor servicii - voce prin protocolul Internet (VoIP) - încearcă să minimizeze acest beneficiu.

Cu popularitatea sa în creștere Tehnologia VoIP datorează multe avantaje, care, luate împreună, pentru multe categorii de utilizatori - de la gospodine la corporații transcontinentale - formează o metodă de comunicare extrem de atractivă. Apelurile VoIP sunt adesea gratuite sau cel puțin mai ieftine decât telefonia obișnuită. Utilizatorii pot apela destinatarul de oriunde unde există acces la Internet și, în același timp, pot folosi o varietate de servicii aditionale, cum ar fi redirecționarea apelurilor, apelurile video, apelurile în conferință, partajarea fișierelor etc.

Serviciile VoIP există încă din anii 90. Cu toate acestea, răspândirea lor pe scară largă a devenit vizibilă relativ recent. Printre cele mai cunoscute servicii destinate anumitor consumatori se numără Skype.

Skype este un serviciu prin care poți, printr-o specială program de calculator Apelați gratuit alți abonați Skype din întreaga lume. Dacă abonații au Camere web Skype vă permite să organizați conferințe video. De asemenea, puteți apela linii fixe și telefoane mobile obișnuite la tarife foarte mici. Skype include funcțiile sistemelor de mesagerie instantanee, permițându-vă în același timp să organizați conversații cu până la 100 de persoane în același timp și să salvați informațiile primite.

Skype a fost lansat în 2003 și câțiva ani mai târziu a fost achiziționat de eBay, cel mai mare site de licitații online din lume. Skype alăturarea eBay a stimulat mai multe altele companii mari până la începutul experimentelor cu telefonia prin internet. Astfel, Microsoft a achiziționat recent compania VoIP Teleo, Yahoo! a cumpărat compania DialPad și Google a început furnizați serviciul Talk. Furnizorii de servicii de telefonie sunt, de asemenea, interesați de VoIP. British Telecom și Nokia testează terminale inteligente pentru abonați care comută fără probleme între rețelele celulare și VoIP, permițând abonaților să evite să fie nevoiți să cumpere două terminale diferite și să plătească facturile de la doi operatori.

Un nou tip de infrastructură

Dispozitivele care fac schimb de date prin radio pot fi conectate cu ușurință într-o rețea: nu este nevoie să săpați șanțuri sau să construiți canale de cabluri, nu este nevoie să așezați cabluri. in orice caz lumea modernă Prin urmare, cu fluxurile sale multi-gigabyte nu se poate face fără o infrastructură fixă retele fixe Nici ei nu stau pe loc. Principala direcție de dezvoltare aici este crearea de rețele optice la scară largă caracterizate printr-un debit enorm. În țările dezvoltate, rețelele de coloană vertebrală care oferă pe distanțe lungi și comunicatii internationale- deja complet optic. Rețele care conectează casele și clădirile industriale la rețea principală- asa-numitele retele de acces inca mai folosesc cabluri de cupru si Tehnologii DSL. Dar, fără îndoială, acestea vor fi înlocuite de linii optice, implementând conceptul FTTH (fibre-to-the-home). Bine ultimul pas - linii optice comunicațiile în interiorul clădirilor nu vor dura, de asemenea, să ajungă.

Opinia generală a experților este aceea din lumea dezvoltată rețele optice va constitui o infrastructură fixă ​​omniprezentă. Aceste rețele vor fi completate de rețele radio, al căror rol va fi triun.

În primul rând: pentru a asigura conectarea convenabilă a dispozitivelor terminale la infrastructură. Similar termenului „ultimul kilometru” utilizat pe scară largă în literatura de telecomunicații de astăzi, rețelele de acces radio de mâine vor fi rețele de „ultimul metru” - distanța de la transceiver-urile locale la rețelele optice.

În al doilea rând: comunicarea pentru obiecte în mișcare. Acest rol, ca și primul, este un rol mobil clasic.

Al treilea rol este relativ nou. Constă în conectarea dispozitivelor fără a utiliza infrastructura. Are vreun sens? Da, a avut. De exemplu, pentru toate locurile și situațiile în care infrastructura pur și simplu nu există (de exemplu în țările în curs de dezvoltare) sau este inaccesibilă sau deteriorată (de exemplu, din cauza unui accident). În plus, dacă credem în teoria ubicuității computerelor, atunci într-o zi va trebui să conectăm multe dispozitive ieftine într-o singură rețea, ceea ce probabil va rezolva unele probleme locale la birou sau acasă. Este probabil că va fi prea scump să echipați astfel de dispozitive cu interfețe UMTS sau WLAN. Aici avem nevoie de capacitatea de a conecta dispozitive fără a le conecta la infrastructura de rețea. În astfel de scopuri a fost inventat la un moment dat tehnologie bluetooth, care a fost primul pas în această direcție.

Noul stil de viață

Este puțin probabil ca cineva să poată calcula cât de mare este astăzi World Wide Web. Yahoo! își estimează dimensiunea la 40 de miliarde de pagini. De sute de ori mai mult - volumul datelor închise stocate de diverse organizații.

De multe ori folosim internetul fără să știm. Tastare număr de telefon, nu credem că o parte a modului în care apelul nostru va trece printr-o secțiune VoIP de pe Internet. Când trimitem un e-mail unui coleg din biroul următor, nu ne interesează pe ce servere trece. Când facem clic pe butonul Căutare de pe Google sau Yahoo!, vrem pur și simplu să obținem informații. Internetul, împreună cu iluzia „universalității” cunoașterii, ne-a adus un stil nou viaţă. Și împreună cu un nou stil de viață - o nouă piață pentru servicii.

Cât de mare este piața stilului de viață digital?

La un nivel, acesta este un segment uriaș care combină industriile digitale precum comunicațiile, televiziunea și radiodifuziunea și industria computerelor. Dar, pe de altă parte, aceasta este o piață pentru o persoană care apreciază în mod egal atât plătitele, cât și servicii gratuite. Trebuie amintit aici că forța socială cheie a pieței noilor servicii de comunicare este tendința societății spre individualizare, dorința clientului de a alege produse și servicii, ghidându-se doar de nevoile lor. Prin urmare, furnizorii și operatorii vor trebui să ofere consumatorilor posibilitatea de a alege și personaliza în mod direct și personal serviciile pe care le primesc. comunicare multimedia, comerț electronic, telemedicina, învățământ la distanță, omniprezența calculatoarelor - în case, birouri, mașini; rețele radio din cafenele și cluburi de fitness, magazine și hoteluri, aeroporturi și universități - toate acestea împreună vor duce la o creștere semnificativă a traficului global transmis prin Internet.

Astfel, este destul de evident că în fața ochilor noștri, trei componente ale noilor servicii - comunicațiile, radiodifuziunea și industria calculatoarelor - trebuie să se unească și să creeze o nouă piață care nu are încă un nume propriu, dar va apărea, și probabil foarte curând. .

Noi contrarii

IBM Global Business Services a publicat un nou raport, Navigating the Media Disruption: Innovation and Delivering New Business Models, care descrie conflictul cu care se confruntă proprietarii și distribuitorii tradiționali de conținut. Acesta este ceea ce Raportul numește „decalajul media”, care se caracterizează prin tensiunea în relația dintre participanții tradiționali pe piața media și „noi veniți” din domeniul tehnologiilor digitale. Experții IBM prevăd că în următorii patru ani, veniturile totale din noile tipuri de distribuție de conținut media vor crește cu 23% pe an - de aproximativ cinci ori mai mare decât rata de creștere pe piața tradițională de media și divertisment. În plus, potrivit estimărilor experților, odată cu trecerea la tehnologiile digitale pentru formarea, stocarea și distribuția de conținut, industria muzicală va pierde aproximativ 90–160 de miliarde de dolari, iar industria de televiziune și film va suferi pierderi și mai mari dacă o soluție acceptabilă. soluția la situația conflictuală actuală nu este găsită.

Dacă te uiți cu atenție, poți observa cu ușurință o divizare clară între mediile vechi și noi de distribuție a conținutului. Mediul tradițional continuă să fie dominat de conținut care este creat de specialiști și distribuit prin platforme proprietare. Este protejat de holograme, ștampilat „Toate drepturile rezervate”, evoluția distribuției sale este monitorizată de avocați bine plătiți, cazurile de utilizare ilegală (citit - neplătită) a unui astfel de conținut sunt luate în considerare în instanțele diferitelor instanțe. În noul mediu, conținutul este adesea creat de utilizatori și accesat prin resurse deschise. Aceste tendințe polare definesc clar conflictul dintre participanții de pe piață existenți și cei noi.

Un alt conflict apare între participanții existenți pe piață - proprietarii tradiționali de resurse (companii de film, dezvoltatori de jocuri și studiouri de înregistrare) și distribuitorii acestora (companii de televiziune, comercianți cu amănuntul, distribuitori de filme, cablu și comunicații prin satelit). Diviziunea existentă a mediului media pune partenerii unul împotriva celuilalt în lupta pentru creșterea veniturilor.

Confruntarea de astăzi între furnizorii de resurse multimedia tradiționali și noi a atins un punct cea mai mare tensiune. Problema, care inițial era pur tehnică și consta doar în înlocuirea comunicațiilor analogice cu cele digitale, a devenit una economică, juridică și chiar politică. Așa că este timpul să schimbăm modelele de afaceri, să inovăm și să regândim parteneriatele.

Companii noi și relații noi

În mod tradițional, piețele sunt măsurate în termeni de cerere și ofertă, pe baza cărora producătorii și furnizorii de servicii decid ce „valori” vor plăti consumatorii și încearcă să creeze acele valori. Dar la început lumea digitală Se pare că consumatorii își creează ei înșiși aceste valori. Exemple clasice de astfel de „self-service” sunt jocurile online masive și site-urile publice.

Chiar și firmele tradiționale, cum ar fi operatorii de telecomunicații, încep să se miște în direcția „personalizării”. În secolul al XIX-lea, mesajele telegrafice erau tipărite și decodificate de către angajații companiilor de telegraf până în secolul al XX-lea, utilizatorii puteau trimite și primi mesaje ei înșiși, dar echipamentul de rețea îi aparținea companie de telefonie. În secolul al XIX-lea, echipamentele deținute de utilizator erau din ce în ce mai folosite pentru a transmite mesaje.

Tendințe similare pot fi observate în domeniul computerelor (de exemplu, utilizarea de software liber și software cu sursa deschisa) și în domeniul audiovizualului (unde oameni normali sunt din ce în ce mai implicați în crearea de conținut, apărând în show-uri reality TV sau apelând în studiouri Trăi emisiuni de televiziune sau radio).

Mișcarea către personalizare și creșterea valorii create de utilizatorii înșiși schimbă fața pieței. Principalii indicatori ai acestui fapt sunt următorii.

Ce este un serviciu și cine este consumatorul acestuia?

Ceea ce poate fi considerat astăzi serviciu de bază tehnologiile informației și comunicațiilor? În urmă cu douăzeci de ani, era definit ca „un telefon în fiecare casă”. Astăzi, serviciul de bază nu se referă doar la accesibilitate servicii necesare sau echipamente, dar și calitatea pe care o oferă. În lupta pentru calitate și producție și, în cele din urmă, pentru client, sulițele sunt sparte, companiile fuzionează și dau faliment, fundațiile de reglementare se prăbușesc, conceptele sunt scrise și previziunile nu se adeveresc.

La sfârșitul anului 2006, Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor a publicat cel de-al șaptelea raport anual al unui grup de analiști privind tendințele internetului. Se intitulează „Digital.life” și spune că ne putem aștepta la un zori în următoarele decenii nouă eră digitalizarea, timp în care „Internetul datelor și al oamenilor” de astăzi va face loc „Internetului lucrurilor” de mâine.

În raportul lor, analiștii ITU reamintesc cititorului că, la începutul erei internetului, am fost uimiți de posibilitatea de a intra în contact - fără operatori de telefonie și apeluri la distanță lungă - cu persoane aflate în străinătate, în alte fusuri orare și chiar în alte emisfere. Cât de neobișnuit era să accesezi informații în fața unui ecran computer de acasă, și nu în Biblioteca Lenin!

Următorul pas logic în această revoluție tehnologică, conform experților, va fi conectarea în rețea a obiectelor neînsuflețite. Ei vor comunica în timp real și, prin urmare, vor transforma radical Internetul. Potrivit raportului, în prezent există aproximativ 875 de milioane de utilizatori de rețele globale în lume. Și acest număr se poate dubla pur și simplu dacă oamenii rămân utilizatorii principali ai viitorului. Dar experții se așteaptă ca în următoarele decenii numărul de terminale conectate la rețea să se ridice la zeci de miliarde. Aceasta este baza Internetului Lucrurilor. „Internetul lucrurilor va permite noi utilizări ale lucrurilor pe care nu le-am imaginat niciodată până acum”, prevăd autorii raportului.

Dar, deși există multe motive de îngrijorare, un lucru este clar: știința și tehnologia continuă să avanseze. Internetul încetează să mai fie ceva independent; ne acoperă întreaga viață. Investițiile de mai multe miliarde de dolari în tehnologiile de prelucrare și transmitere a datelor duc la apariția a tot mai multe servicii și oportunități noi pentru consumatori, ceea ce înseamnă tot mai multe piețe noi și noi venituri. Acest proces este imprevizibil, la fel cum cursul gândurilor inventatorului este imprevizibil.

Nu merită să încerci să înțelegi căile progresului înainte de a continua să mergi înainte. Având în vedere viteza amețitoare cu care tehnologiile apar și se schimbă, o oprire artificială „pentru a realiza” poate fi destul de costisitoare. Și în acest sens sunt gata să mă cert cu autorii raportului ITU pe care l-am menționat deja, care fac apel la culegere de roade Internet global lucrurile „numai după o înțelegere deplină a acestui progres, a beneficiilor și dificultăților asociate.”

Lumea noastră devine treptat digitală. Acum ne aflăm chiar în epicentrul revoluției digitale, care a luat naștere la începutul anilor 1980 și care înlocuiește treptat serviciile și dispozitivele analogice din viața și afacerile noastre, înlocuindu-le cu cele digitale.

Analogic și semnale digitale

Principii de bază ale electronicii digitale.

Introducere.

DISPOZITIVE DIGITALE

Note de curs

Electronică digitalăîn prezent înlocuiește din ce în ce mai mult analogul tradițional. Companiile de vârf care produc o mare varietate de echipamente electronice anunță din ce în ce mai mult o tranziție completă la tehnologia digitală.

Progrese în tehnologia de producție cipuri electronice a asigurat dezvoltarea rapidă a tehnologiei și dispozitivelor digitale. Utilizarea metodelor digitale de procesare și transmitere a semnalului poate îmbunătăți semnificativ calitatea liniilor de comunicație. Metode digitale procesarea semnalului și comutarea în telefonie fac posibilă reducerea de mai multe ori a caracteristicilor de greutate și dimensiune ale dispozitivelor de comutare, creșterea fiabilității comunicării și introducerea de funcționalități suplimentare. Apariția microprocesoarelor și microcircuitelor de mare viteză memorie cu acces aleator volume mari, dispozitive de dimensiuni mici pentru stocarea informațiilor pe suporturi de stocare de volum mare au făcut posibilă crearea electronică personală universală destul de ieftină mașini de calcul(calculatoare), care au găsit o aplicație foarte largă în viața de zi cu zi și în producție. Tehnologia digitală este indispensabilă în sistemele de telesemnalizare și telecontrol utilizate în producția automată, controlul obiectelor de la distanță, de exemplu, nave spațiale, stații de pompare a benzinei etc. Tehnologia digitală a preluat și ea. loc puternicîn sistemele electrice de măsurare radio. Dispozitive moderneînregistrarea și reproducerea semnalelor este, de asemenea, de neconceput fără utilizarea dispozitivelor digitale. Dispozitivele digitale sunt utilizate pe scară largă pentru controlul aparatelor electrocasnice.

Este foarte probabil ca dispozitivele digitale să domine piața electronică în viitor.

Merită spus că mai întâi vom da câteva definiții de bază.

Semnal este orice mărime fizică (de exemplu, temperatura, presiunea aerului, intensitatea luminii, curentul etc.) care se modifică în timp. Datorită acestei schimbări în timp, semnalul poate transporta anumite informații.

Semnal electric este o mărime electrică (de exemplu, tensiune, curent, putere) care se modifică în timp. Toate electronicele funcționează practic cu semnale electrice, deși În ultima vreme sunt din ce în ce mai folosite semnale luminoase, care reprezintă intensitatea luminii care variază în timp.

Semnal analog este un semnal care poate lua orice valoare în anumite limite (de exemplu, tensiunea poate varia fără probleme de la zero la zece volți). Dispozitivele care funcționează numai cu semnale analogice se numesc dispozitive analogice.

Semnal digital este un semnal care poate lua doar două valori (uneori trei valori). Mai mult, sunt permise unele abateri de la aceste valori (Fig. 1.1). De exemplu, tensiunea poate lua două valori: de la 0 la 0,5 V (nivel zero) sau de la 2,5 la 5 V (nivel de unitate). Dispozitivele care funcționează exclusiv cu semnale digitale se numesc dispozitive digitale.

În natură, aproape toate semnalele sunt analogice, adică se schimbă continuu în anumite limite. Acesta este motivul pentru care primele dispozitive electronice au fost analogice. Οʜᴎ transformat mărimi fiziceîn tensiune sau curent proporțional cu acestea, a efectuat unele operații asupra lor și apoi a efectuat transformări inverse în mărimi fizice. De exemplu, vocea unei persoane (vibrații ale aerului) este convertită în vibrații electrice folosind un microfon, apoi aceste semnale electrice sunt amplificate de un amplificator electronic și folosind sistem de boxe transformat din nou în vibrații ale aerului, într-un sunet mai puternic.

Orez. 1.1. Semnale electrice: analogice (stânga) și digitale (dreapta).

Toate operațiunile efectuate de dispozitive electronice asupra semnalelor pot fi împărțite în trei grupuri mari:

‣‣‣ prelucrare (sau transformare);

‣‣‣ transmitere;

‣‣‣ depozitare.

În toate aceste cazuri, semnalele utile sunt distorsionate de semnale parazite - zgomot, interferență, interferență. În același timp, la procesarea semnalelor (de exemplu, în timpul amplificării, filtrării), forma lor este, de asemenea, distorsionată din cauza imperfecțiunii, non-idealității dispozitive electronice. Și atunci când sunt transmise pe distanțe lungi și în timpul stocării, semnalele sunt, de asemenea, slăbite.

Orez. 1.2. Distorsiunea prin zgomot și interferență a unui semnal analogic (stânga) și a unui semnal digital (dreapta).

În cazul semnalelor analogice, toate acestea degradează semnificativ semnalul util, deoarece toate valorile sale sunt permise (Fig. 1.2). Din acest motiv, fiecare conversie, fiecare stocare intermediară, fiecare transmisie prin cablu sau prin aer degradează semnalul analogic, uneori chiar până la distrugerea lui completă. De asemenea, trebuie să luăm în considerare faptul că toate zgomotele, interferențele și interferențele sunt fundamental imposibil de calculat cu precizie și, prin urmare, este absolut imposibil să descriem cu exactitate comportamentul oricăror dispozitive analogice. În plus, în timp, parametrii tuturor dispozitivelor analogice se modifică din cauza îmbătrânirii elementelor și, prin urmare, caracteristicile acestor dispozitive nu rămân constante.

Spre deosebire de semnalele analogice, semnalele digitale, care au doar două valori permise, sunt mult mai bine protejate de zgomot, interferențe și interferențe. Micile abateri de la valorile permise nu distorsionează semnalul digital în niciun fel, deoarece există întotdeauna zone de abateri permise (Fig. 1.2). În acest sens, semnalele digitale permit o procesare mult mai complexă și în mai multe etape, o stocare mult mai lungă fără pierderi și o transmisie de calitate mult mai ridicată decât cele analogice. În plus, comportamentul dispozitivelor digitale poate fi întotdeauna calculat și prezis cu absolut exactitate. Dispozitivele digitale sunt mult mai puțin susceptibile la îmbătrânire, deoarece micile modificări ale parametrilor lor nu le afectează în niciun fel funcționarea. În același timp, dispozitivele digitale sunt mai ușor de proiectat și de depanat. Este clar că toate aceste avantaje asigură dezvoltarea rapidă a electronicii digitale.

Cu toate acestea, semnalele digitale au și un dezavantaj major. Faptul este că un semnal digital trebuie să rămână la fiecare dintre nivelurile sale permise pentru cel puțin un interval de timp minim, altfel va fi imposibil de recunoscut. Iar un semnal analogic poate lua orice valoare într-un timp infinitezimal. O putem spune altfel: un semnal analogic este definit în timp continuu (adică în orice moment al timpului), iar un semnal digital este definit în timp discret (adică numai în momente selectate de timp). Din acest motiv, viteza maximă realizabilă a dispozitivelor analogice este întotdeauna fundamental mai mare decât cea a dispozitivelor digitale. Dispozitivele analogice pot gestiona semnale cu schimbare mai rapidă decât dispozitivele digitale. Viteza de procesare și transmitere a informațiilor de către un dispozitiv analogic trebuie să fie întotdeauna mai mare decât viteza de procesare și transmitere a acestuia de către un dispozitiv digital.

În același timp, un semnal digital transmite informații doar pe două niveluri și schimbând unul dintre nivelurile sale cu altul, în timp ce un semnal analog transmite informații cu fiecare valoare curentă a nivelului său, adică este mai încăpător în ceea ce privește transmiterea informațiilor. . Din acest motiv, pentru a transmite cantitatea de informații utile conținute într-un singur semnal analogic, cel mai adesea este necesar să se utilizeze mai multe semnale digitale

(de obicei de la 4 la 16).

În plus, după cum sa menționat deja, în natură toate semnalele sunt analogice, adică pentru a le converti în semnale digitale și pentru conversia inversă, se utilizează echipamente speciale (analog-digital și

convertoare digital-analogic). Deci nimic nu vine gratis, iar prețul de plătit pentru beneficiile dispozitivelor digitale poate fi uneori prohibitiv.

Semnale analogice și digitale - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Semnale analogice și digitale” 2017, 2018.

Electronica digitală înlocuiește din ce în ce mai mult electronicele analogice tradiționale. Companiile de vârf care produc o mare varietate de echipamente electronice anunță din ce în ce mai mult o tranziție completă la tehnologia digitală.

Progresele în tehnologia de producție a cipurilor electronice au asigurat dezvoltarea rapidă a tehnologiei și dispozitivelor digitale. Utilizarea metodelor digitale de procesare și transmitere a semnalului poate îmbunătăți semnificativ calitatea liniilor de comunicație. Metodele digitale de procesare a semnalului și comutare în telefonie fac posibilă reducerea de mai multe ori a caracteristicilor de greutate și dimensiune ale dispozitivelor de comutare, creșterea fiabilității comunicațiilor și introducerea de funcționalități suplimentare.

Apariția microprocesoarelor de mare viteză, a cipurilor de memorie cu acces aleatoriu de volum mare și a dispozitivelor de stocare a informațiilor de dimensiuni mici pe suporturi de stocare de volum mare a făcut posibilă crearea de calculatoare electronice personale universale destul de ieftine (calculatoare), care au găsit o aplicație foarte largă. în viața de zi cu zi și în producție.

Tehnologia digitală este indispensabilă în sistemele de telesemnalizare și telecontrol utilizate în producția automată, controlul obiectelor la distanță, de exemplu, nave spațiale, stații de pompare a gazelor etc. Tehnologia digitală a ocupat un loc puternic și în sistemele de măsurare electrice și radio. Dispozitivele moderne pentru înregistrarea și reproducerea semnalelor sunt, de asemenea, de neconceput fără utilizarea dispozitivelor digitale. Dispozitivele digitale sunt utilizate pe scară largă pentru controlul aparatelor electrocasnice.

Este foarte probabil ca dispozitivele digitale să domine piața electronică în viitor.

Mai întâi, să dăm câteva definiții de bază.

Semnal este orice mărime fizică (de exemplu, temperatura, presiunea aerului, intensitatea luminii, puterea curentului etc.) care se modifică în timp. Datorită acestei schimbări în timp, semnalul poate transporta anumite informații.

Semnal electric este o mărime electrică (de exemplu, tensiune, curent, putere) care se modifică în timp. Toate electronicele funcționează în primul rând pe semnale electrice, deși mai recent semnalele luminoase, care reprezintă intensitatea luminii care variază în timp, au fost din ce în ce mai utilizate.

Semnal analog este un semnal care poate lua orice valoare în anumite limite (de exemplu, tensiunea se poate schimba fără probleme de la zero la zece volți). Dispozitivele care funcționează numai cu semnale analogice se numesc dispozitive analogice.

Semnal digital este un semnal care poate lua doar două valori (uneori trei valori). Mai mult, sunt permise unele abateri de la aceste valori (Fig. 1.1). De exemplu, tensiunea poate lua două valori: de la 0 la 0,5 V (nivel zero) sau de la 2,5 la 5 V (nivel de unitate). Dispozitivele care funcționează exclusiv cu semnale digitale se numesc dispozitive digitale.

În natură, aproape toate semnalele sunt analogice, adică se schimbă continuu în anumite limite. Acesta este motivul pentru care primele dispozitive electronice au fost analogice. Au convertit mărimi fizice în tensiune sau curent proporțional cu acestea, au efectuat unele operații asupra lor și apoi au efectuat conversii inverse în mărimi fizice. De exemplu, vocea unei persoane (vibrațiile aerului) este convertită în vibrații electrice folosind un microfon, apoi aceste semnale electrice sunt amplificate de un amplificator electronic și, folosind un sistem acustic, sunt din nou transformate în vibrații ale aerului, într-un sunet mai puternic.

Orez. 1.1. Semnale electrice: analogice (stânga) și digitale (dreapta).

Toate operațiunile efectuate de dispozitive electronice asupra semnalelor pot fi împărțite în trei grupuri mari:

Prelucrare (sau transformare);

Difuzare;

Depozitare.

În toate aceste cazuri, semnalele utile sunt distorsionate de semnale parazite - zgomot, interferență, interferență. În plus, la procesarea semnalelor (de exemplu, în timpul amplificării, filtrării), forma acestora este, de asemenea, distorsionată din cauza imperfecțiunii și imperfecțiunii dispozitivelor electronice. Și atunci când sunt transmise pe distanțe lungi și în timpul stocării, semnalele slăbesc și ele.

Orez. 1.2. Distorsiunea prin zgomot și interferență a unui semnal analogic (stânga) și a unui semnal digital (dreapta).

În cazul semnalelor analogice, toate acestea degradează semnificativ semnalul util, deoarece toate valorile sale sunt permise (Fig. 1.2). Prin urmare, fiecare conversie, fiecare stocare intermediară, fiecare transmisie prin cablu sau aer degradează semnalul analogic, uneori chiar până la distrugerea lui completă. De asemenea, trebuie să luăm în considerare faptul că toate zgomotele, interferențele și interferențele sunt fundamental imposibil de calculat cu precizie, prin urmare este absolut imposibil să descriem cu exactitate comportamentul oricăror dispozitive analogice. În plus, în timp, parametrii tuturor dispozitivelor analogice se modifică din cauza îmbătrânirii elementelor, astfel încât caracteristicile acestor dispozitive nu rămân constante.

Spre deosebire de semnalele analogice, semnalele digitale, care au doar două valori permise, sunt mult mai bine protejate de zgomot, interferențe și interferențe. Micile abateri de la valorile permise nu distorsionează semnalul digital în niciun fel, deoarece există întotdeauna zone de abateri permise (Fig. 1.2). Acesta este motivul pentru care semnalele digitale permit o procesare mult mai complexă și în mai multe etape, o stocare mult mai lungă fără pierderi și o transmisie de calitate mult mai ridicată decât semnalele analogice. În plus, comportamentul dispozitivelor digitale poate fi întotdeauna calculat și prezis cu absolut exactitate. Dispozitivele digitale sunt mult mai puțin susceptibile la îmbătrânire, deoarece micile modificări ale parametrilor lor nu le afectează în niciun fel funcționarea. În plus, dispozitivele digitale sunt mai ușor de proiectat și de depanat. Este clar că toate aceste avantaje asigură dezvoltarea rapidă a electronicii digitale.

Cu toate acestea, semnalele digitale au și un dezavantaj major. Faptul este că un semnal digital trebuie să rămână la fiecare dintre nivelurile sale permise pentru cel puțin un interval de timp minim, altfel va fi imposibil de recunoscut. Iar un semnal analogic poate lua orice valoare într-un timp infinitezimal. O putem spune altfel: un semnal analogic este definit în timp continuu (adică în orice moment al timpului), iar un semnal digital este definit în timp discret (adică numai în momente selectate de timp). Prin urmare, performanța maximă realizabilă a dispozitivelor analogice este întotdeauna fundamental mai mare decât cea a dispozitivelor digitale. Dispozitivele analogice pot gestiona semnale care se schimbă mai rapid decât cele digitale. Viteza de procesare și transmitere a informațiilor de către un dispozitiv analogic poate fi întotdeauna mai mare decât viteza de procesare și transmitere a acestuia de către un dispozitiv digital.

În plus, un semnal digital transmite informație doar pe două niveluri și prin schimbarea unuia dintre nivelurile sale cu altul, în timp ce un semnal analogic transmite și informație cu fiecare valoare curentă a nivelului său, adică este mai încăpător în ceea ce privește transmiterea informațiilor. Prin urmare, pentru a transmite cantitatea de informații utile conținute într-un semnal analogic, cel mai adesea este necesar să se utilizeze mai multe semnale digitale (de obicei de la 4 la 16).

În plus, după cum sa menționat deja, în natură toate semnalele sunt analogice, adică pentru a le converti în semnale digitale, iar pentru conversia inversă, este necesară utilizarea unor echipamente speciale (convertoare analog-digital și digital-analogic) . Deci nimic nu vine gratuit, iar prețul de plătit pentru beneficiile dispozitivelor digitale poate fi uneori inacceptabil de mare.

Curs 4. Metode de comunicare în rețea.

Metode de comunicare în rețea

Semnale

După cum am menționat mai devreme, există multe modalități de a crea și de a transmite fizic un semnal. intervalul vizibil Conversia unilor și zerourilor care reprezintă datele dintr-un computer în impulsuri de energie se numește codificare (modulație).

Similar cu clasificarea rețelelor de calculatoare, semnalele pot fi clasificate în funcție de diferitele lor caracteristici. Semnalele sunt următoarele:

analog și digital,

modulat și modulat,

sincron și asincron,

simplex, half duplex, full duplex și multiplex

Semnale analogice și digitale

În funcție de forma tensiunii electrice (care poate fi văzută pe ecranul osciloscopului), semnalele sunt împărțite în analogice și digitale. Cel mai probabil, sunteți deja familiarizați cu acești termeni, deoarece se găsesc destul de des în documentația diferitelor echipamente electronice , cum ar fi casetofone, televizoare, telefoane etc.

Într-un fel, echipamentele analogice reprezintă era de ieșire a tehnologiei electronice, iar echipamentele digitale reprezintă cea mai nouă eră care o înlocuiește. Cu toate acestea, trebuie amintit că un tip de semnal nu poate fi mai bun decât altul. Fiecare dintre ele are propriile sale avantaje și dezavantaje, precum și propriile sale domenii de aplicare. Deși semnalele digitale devin din ce în ce mai utilizate, ele nu vor înlocui niciodată semnalele analogice.

Parametrii semnalului analogic

Semnalele analogice se schimbă lin și continuu în timp, astfel încât ele pot fi reprezentate grafic ca o curbă netedă (Fig. 4.1).

În natură, marea majoritate a proceselor sunt fundamental analogice. De exemplu, sunetul este o schimbare a presiunii aerului care poate fi convertită în tensiune electrică folosind un microfon. Aplicând această tensiune la intrarea osciloscopului, puteți vedea un grafic similar cu cel prezentat în Fig. 4.1, adică Puteți vedea cum se modifică presiunea aerului în timp.

Pentru a vizualiza mai clar informațiile analogice, gândiți-vă la vitezometrul tradițional dintr-o mașină. Pe măsură ce viteza mașinii crește, acul se mișcă lin de-a lungul scalei de la un număr la altul. Un alt exemplu este acordarea unei stații într-un receptor radio: când rotiți butonul, frecvența recepționată se schimbă fără probleme.

Majoritatea semnalelor analogice sunt de natură ciclică sau periodică, cum ar fi undele radio, care sunt oscilații de înaltă frecvență ale unui câmp electromagnetic. Atat de ciclic semnale analogice Se obișnuiește să-l caracterizeze prin trei parametri.

Amplitudine. Valoarea maximă sau minimă a semnalului, de ex. înălțimea valului.

Frecvență. Numărul de modificări ale semnalului ciclic pe secundă. Frecvența este măsurată în Herți (Hz); 1 Hz este un ciclu pe secundă.

Fază. Poziția unei unde în raport cu o altă undă sau în raport cu un anumit moment în timp care servește ca punct de referință. Faza este de obicei măsurată în grade și se crede că un ciclu complet este egal cu 360 de grade.

Parametrii semnalului digital

Un alt nume pentru semnalele digitale este discret Termenul de stări discrete este folosit destul de des.

Un exemplu de semnal digital sunt citirile celor mai recente vitezometru digitalîntr-o mașină (comparați cu exemplul unui vitezometru analog din secțiunea anterioară). Când viteza vehiculului crește, numerele care indică valoarea vitezei în kilometri pe oră se schimbă intermitent, iar valoarea semnalului este fundamental discretă: de exemplu, nu există valori intermediare între stările discrete „125 km/h” și „126”. km/h”. Un alt exemplu de informație digitală este cel mai recent radio, în care utilizatorul introduce un număr exact egal cu frecvența postului de radio pentru a acorda un anumit post.

Comparația semnalelor analogice și digitale

Calculatoarele sunt mașini digitale. Informațiile pe care le procesează sunt reprezentate prin zerouri și unu. Cifră binară egal fie cu 0, fie cu 1 și nu există nimic între ele sau dincolo de ele. Datorită acestei clarități, semnalele digitale sunt foarte utile pentru reprezentarea și transmiterea datelor computerizate, motiv pentru care sunt folosite în marea majoritate a rețelelor.

Datorită simplității tehnologiei, semnalele digitale au o serie de avantaje:

Echipamente digitale în caz general mai ieftin decât analogul.

Semnalele digitale sunt mai puțin susceptibile la interferențe.

Cu toate acestea, semnalele analogice au și câteva avantaje:

Sunt ușor de multiplexat, de ex. transmite un numar mare de semnale pe un canal.

Sunt mai puțin susceptibile la atenuare (slăbirea semnalului cu creșterea distanței), prin urmare, cu aceeași putere a dispozitivului de transmisie, pot fi transmise către distanta mai mare.

În general, atât semnalele analogice, cât și cele digitale sunt utile. Cu toate acestea, în retele de calculatoare Semnalele digitale permit niveluri mai mari de securitate, debit și fiabilitate. În plus, liniile digitale sunt mult mai puțin predispuse la erori decât liniile analogice.

Rețelele locale se bazează aproape întotdeauna pe transmisia de semnale digitale prin cablu. Semnalele analogice sunt utilizate în unele rețele de zonă extinsă.

Semnale modulate și nemodulate

O caracteristică importantă a metodei de transmisie este capacitatea canalului, care este direct legată de modularea semnalului. Un semnal digital se numește nemodulat dacă tranzițiile de la o stare discretă la alta reprezintă creșteri de tensiune într-un cablu sau alt mediu. În același timp, într-un semnal modulat, tranziția între stările discrete este o modificare a amplitudinii așa-numitului semnal purtător, care este fluctuațiile de tensiune de înaltă frecvență.

Semnalul nemodulat ocupă întregul canal de comunicație. În afară de aceasta, nimic altceva nu poate fi transmis prin canalul de comunicare. Un exemplu de semnale nemodulate sunt semnalele dintr-un cablu Ethernet.

Dacă se utilizează modulația, mai multe semnale digitale la frecvențe purtătoare diferite pot fi transmise pe un canal. În plus, nu numai semnalele digitale, ci și analogice pot fi transmise la diferite frecvențe purtătoare. Un exemplu este un sistem de televiziune prin cablu în care un cablu deservește zeci de canale de televiziune, fiecare dintre acestea difuzând programe diferite.

Semnale nemodulate

Semnalele nemodulate sunt destul de simple: doar un semnal este transmis de-a lungul cablului la un moment dat. Un semnal nemodulat este cel mai adesea un semnal digital, deși poate fi și analog.

Tehnologia computerelor și a comunicațiilor utilizează în principal semnale digitale nemodulate. De exemplu, un computer schimbă semnale digitale modulate cu monitoare, imprimante, tastaturi etc. Un exemplu de utilizare a semnalelor digitale modulate este sistemul ISDN (Integrated Services Digital Network), în care multe semnale sunt transmise pe canale separate printr-un singur cablu. Semnalele nemodulate pot fi transmise în două direcții, adică La fiecare capăt al cablului, puteți instala atât un transmițător, cât și un receptor care funcționează simultan.

Semnale modulate

Folosind semnale modulate, este posibil să se organizeze mai multe canale de comunicație pe un cablu, iar fiecare canal de comunicație poate funcționa la propria frecvență purtătoare fără a interfera cu alte canale.

Semnalele modulate sunt unidirecționale. Aceasta înseamnă că semnalul este transmis într-o singură direcție: un transmițător este instalat la un capăt al cablului, iar un receptor este instalat la celălalt. Cu toate acestea, mai multe canale în direcții diferite pot funcționa simultan pe un singur cablu.

Pe lângă televiziunea prin cablu, în sistemul DSL (Digital Subscriber Line) sunt folosite semnale modulate, în care datele și vocea sunt transmise simultan pe aceeași linie, eventual prin satelit sau unde radio.

Metodele de multiplexare sunt folosite pentru a plasa mai multe canale de comunicație pe o linie.

Multiplexarea

Multiplexarea este transmisia simultană a mai multor semnale pe o linie. Pe partea de recepție, semnalele multiplexate sunt restaurate, adică. sunt separate unul de altul. Să revenim la exemplul TV prin cablu. Televizorul are un decodor de semnal încorporat care selectează un canal și renunță la restul. Datorită acestui fapt, spectatorul poate alege programul dorit.

Multe surse din literatură vorbesc despre metodele de multiplexare doar în raport cu semnalele analogice, dar semnalele digitale pot fi și multiplexate. Se folosesc următoarele metode de multiplexare de bază:

metoda diviziunii în frecvență (FDM);

divizarea în timp a canalelor (Time Division Method - TDM);

după lungimea de undă densitate mare(Dense Wavelength Division Multiplexing - DWDM).

Diviziunea în frecvență

Cu separarea de frecvență a canalelor care ocupă aceeași linie, fiecare canal funcționează la propria frecvență (Fig. 4.3). De obicei, semnalele analogice sunt multiplexate folosind această metodă. Pentru a permite comunicarea în două sensuri cu diviziunea de frecvență, este necesar să instalați atât un multiplexor, cât și un demultiplexor pe fiecare parte.

Împărțirea în timp a canalelor

De obicei, această metodă este utilizată pentru multiplexarea semnalelor digitale. Cu împărțirea în timp, fiecărui canal îi sunt alocate propriile intervale de timp. La capătul de recepție, semnalele de la diferite canale sunt separate printr-un demultiplexor (Fig. 4.4).

Multiplexare cu lungimi de undă de înaltă densitate

Această metodă de multiplexare este utilizată pentru a transmite semnale prin cabluri de fibră optică. Semnalele fiecărui canal sunt transmise printr-un fascicul de lumină cu propria lungime de undă. Din punct de vedere fizic, această metodă coincide cu diviziunea în frecvență a canalelor, deoarece lungimea de undă raza de lumina este în mod clar legat de frecvența sa. Cu toate acestea, diferențele în implementările hardware ale acestor metode sunt atât de mari încât sunt încă considerate metode separate, așa cum se arată în Fig. 4.5, diferite date pot fi transmise simultan printr-o fibră optică, folosind diferite metode (de exemplu, SONET și ATM).

Transmisie asincronă și sincronă

Datele încorporate într-un semnal digital sunt de fapt reprezentate de modificări ale stărilor de semnal discret. Ne putem restabili zerourile și cele inițiale prin măsurarea tensiunii cu un voltmetru în anumite momente în timp. Cu toate acestea, trebuie să știți exact în ce momente trebuie efectuate măsurătorile. Sincronizarea, adică Coordonarea timpului în tehnologiile de comunicare nu este mai puțin importantă decât în ​​toate celelalte domenii ale vieții noastre.

În tehnologiile de rețea, o astfel de coordonare a timpului se numește sincronizare de biți. Dispozitivele electronice sincronizează biții individuali folosind metode asincrone sau sincrone.

Transfer asincron

Această metodă utilizează un bit de pornire situat la începutul fiecărui mesaj pentru sincronizare. Când bitul de pornire ajunge la dispozitivul receptor, acesta își sincronizează în acel moment ceasul intern cu ceasul dispozitivului expeditor.

Transmisie sincronă

În transmisia sincronă, ceasurile interne ale dispozitivelor de expediere și recepție sunt coordonate prin mecanisme încorporate. De exemplu, informațiile de timp pot fi încorporate în semnalele de date. Această metodă se numește sincronizare cu schimbări de stare garantate. Dintre metodele sincrone, aceasta este cea mai comună.

O altă metodă sincronă este sincronizarea folosind un semnal de timp separat, în care informațiile de timp sunt transmise între emițător și receptor pe un canal separat. O altă metodă sincronă este gate. În acest caz, sincronizarea se realizează folosind impulsuri stroboscopice speciale.

Metode de transmisie simplex, half-duplex și full-duplex

Canalele prin care sunt transmise semnalele de date pot funcționa în unul dintre cele trei moduri: simplex, half-duplex și full-duplex. Aceste metode diferă în direcțiile în care sunt transmise semnalele.

Transmisie simplex

După cum sugerează și numele, aceasta este cea mai simplă metodă de transfer. Uneori este numită unidirecțională deoarece semnalele circulă într-o singură direcție, ca mașinile pe o stradă cu sens unic (Figura 4.6).

Un exemplu de comunicare simplex este televiziunea. Datele (programe TV) sunt transmise la televizor. Nu sunt transmise semnale de la televizor înapoi către studio sau compania de cablu. Prin urmare, televizorul include doar un receptor de semnal, dar nu și un transmițător.

În prezent, sistemele de televiziune interactivă devin din ce în ce mai răspândite, făcând posibilă transmiterea semnalelor nu numai de la studio la televizor, ci și la direcție inversă. Cu toate acestea, majoritatea companiilor de cablu încă acceptă doar transmisia simplex. Acest lucru a creat o problemă serioasă odată cu apariția Internetului. Sistemul de cablu existent era capabil să transmită date doar într-o singură direcție, către utilizator.

Acest defect face imposibil, de exemplu, pentru un utilizator să acceseze paginile Web, deoarece browserul utilizatorului trebuie să-și trimită cererea către site-ul Web. Companiile de cablu oferă două moduri de a rezolva această problemă:

transmite cererile utilizatorilor (care sunt întotdeauna mult mai scurte decât pagini web) De linii telefonice, și pagini Web - prin cabluri de televiziune;

instalați echipamente de cablu noi cu transmisie în două sensuri.

Majoritatea companiilor au folosit prima metodă ca alternativă temporară la a doua, mai avansată. Dacă părăsiți sistemul de transmisie prin cablu simplex, atunci utilizatorul va trebui să suporte doar costul achiziționării modemurilor prin cablu și telefon (cu un debit al acestuia din urmă de cel mult 56 Kbps.) În acest caz, resursele cablului de mare viteză canalul va fi utilizat pe deplin.

Multe companii de cablu își modernizează rapid echipamentele pentru a suporta comunicații bidirecționale, în timp ce altele oferă încă doar date de internet unidirecționale prin cablu TV. În aceste zone, clienții sunt nevoiți să folosească atât modemuri prin cablu, cât și modemuri analogice conectate la linia telefonică.

Transmisie semi-duplex

În comparație cu simplex, avantajele transmisiei semi-duplex sunt evidente: semnalele pot fi transmise în ambele sensuri. Din pacate insa, acest drum nu este suficient de lat pentru ca semnalele sa treaca in ambele sensuri in acelasi timp. În metoda semi-duplex, semnalele sunt transmise într-o singură direcție la un moment dat (Fig. 4.7).

Metoda semi-duplex este utilizată în multe sisteme de comunicații radio, cum ar fi comunicațiile vehiculelor de poliție. În aceste sisteme, în timp ce butonul microfonului este apăsat, poți vorbi, dar nu auzi nimic. Dacă utilizatorii apăsă butoanele microfonului de la ambele capete în același timp, niciunul nu va auzi nimic.

Transmisie duplex

Funcționarea unui sistem de comunicații duplex este similară cu o stradă cu două sensuri: mașinile se pot deplasa în ambele sensuri în același timp (Figura 4.8).

Un exemplu de comunicare duplex este cel obișnuit conversatie telefonica. Ambii abonați pot vorbi în același timp, iar fiecare dintre ei aude ce spune celălalt la celălalt capăt al liniei (deși nu este întotdeauna posibil să înțelegem ce s-a spus).

Probleme întâlnite în timpul transmisiei semnalului

Semnalele prin care computerele comunică sunt supuse diferitelor interferențe și limitări. Tipuri diferite Cablurile și metodele de transmisie au susceptibilitate diferită la interferențe.

Interferență electromagnetică

Interferența electromagnetică este pătrunderea unui semnal electromagnetic străin care perturbă forma semnalului dorit. Când se adaugă zgomot extern la semnalul dorit, computerul care primește semnalul nu poate interpreta corect semnalul.

Imaginează-ți că conduci într-o mașină lângă o instalație industrială puternică și asculți radioul în același timp. Un semnal clar și lizibil este brusc acoperit de zgomot și trosnet. Acest lucru se întâmplă deoarece semnalul postului de radio este completat de semnale puternice generate de o instalație care se află mai aproape de postul de radio. Acesta este motivul pentru care interferența electromagnetică este uneori numită zgomot.

Destul de des, interferența provine dintr-o sursă necunoscută. Există multe Dispozitive în care semnalele electrice nu îndeplinesc funcții de informare, ci sunt un produs secundar al diferitelor procese de producție. Interferența pe care o creează se poate răspândi pe distanțe de până la câțiva kilometri.

Interferența electromagnetică cauzează probleme nu numai în tehnologiile de comunicații computerizate. În orașe există multe dispozitive care transmit și primesc semnale electromagnetice: telefoane mobile, comunicații radio, emițătoare și receptoare de televiziune. Interferența electromagnetică poate cauza multe probleme, cum ar fi imagini de televiziune slabe, prăbușiri de avion din cauza eșecului comunicării cu dispecerul, moartea unui pacient din cauza funcționării defectuoase a echipamentului medical etc. Există, de asemenea, efecte secundare pe termen lung ale radiațiilor electromagnetice, de exemplu cancerul sau leucemia pot fi cauzate de expunerea prelungită la sursă puternică câmpuri electromagnetice.

În tehnologia comunicațiilor, firele de cupru neecranate sunt deosebit de sensibile la interferența electromagnetică. Mantaua exterioară metalică a cablurilor coaxiale le protejează foarte mult de interferențe. Aceeași funcție este îndeplinită de carcasa metalică a perechii răsucite ecranate. Cablul de pereche răsucită neecranat este destul de susceptibil la interferențe. Cablurile de fibră optică sunt complet insensibile la interferența electromagnetică deoarece semnalele din ele nu sunt impulsuri electrice, ci un fascicul de lumină. Prin urmare, în condiții de interferență electromagnetică puternică, canalele de comunicare prin fibră optică funcționează cel mai bine.

Interferențe de radiofrecvență

Interferența de radiofrecvență este cauzată de semnalele de la transmițătoarele radio și alte dispozitive care generează semnale la frecvențe radio. Acestea includ, de asemenea, procesoare și afișaje de computer. Frecvența radio este considerată radiație electromagnetică la frecvențe de la 10 KHz la 100 GHz. Radiația la frecvențe de la 2 la 10 GHz se mai numește și radiație cu microunde.

Influența interferenței radiofrecvenței este eliminată folosind filtrele de zgomot utilizate în tipuri variate retelelor.

Crosstalk

Acest tip de interferență include semnale de la fire situate la o distanță de câțiva milimetri unul de celălalt. Curentul electric care curge printr-un fir creează un câmp electromagnetic, care generează semnale într-un alt fir situat în apropiere. Destul de des, când vorbești la telefon, poți auzi conversațiile înfundate ale altora. Motivul pentru aceasta este diafonia.

Diafonia este mult redusă prin răsucirea celor două fire împreună, așa cum se face cu cablurile cu perechi răsucite. Cu cât sunt mai multe viraje pe unitate de lungime, cu atât influența interferenței este mai mică. Utilizarea cablului de fibră optică elimină complet această problemă. Puteți plasa câte fibre optice doriți în interiorul unei învelișuri și nu se vor interfera între ele, deoarece semnalele din ele nu sunt impulsuri electrice, ci raze de lumină.

Atenuarea semnalului

Pe măsură ce semnalele electrice trec prin cablu, acestea devin mai slabe. Cu cât distanța până la sursă este mai mare, cu atât semnalul este mai slab. Nu este greu să-ți imaginezi acest lucru imaginându-ți că încerci să spui ceva unei persoane care se află la o oarecare distanță de tine. Dacă se află la 5 metri, atunci îți va auzi vocea (semnalul) clar și tare, dar dacă se află la 50 de metri, va avea dificultăți să înțeleagă despre ce îi strigi. Această slăbire a semnalului cu distanța se numește atenuare a semnalului.

Atenuarea este motivul pentru care diferitele specificații de arhitectură de rețea specifică o limită a lungimii cablului. Dacă se observă această limitare, efectul de atenuare nu va afecta funcționarea normală a canalului de comunicație.

Pe măsură ce frecvența crește, atenuarea crește deoarece cu cât frecvența semnalului este mai mare, cu atât mai intensă este disiparea energiei sale electromagnetice în spațiul înconjurător. Pe măsură ce frecvența crește, firul în sine se transformă dintr-un purtător de semnal într-o antenă, disipând energia în spațiu.

Semnalele dintr-un cablu de fibră optică sunt, de asemenea, supuse atenuării. Cele două motive principale sunt absorbția fasciculului de lumină de către impuritățile din sticlă și împrăștierea fasciculului datorită micilor modificări ale densității optice a sticlei formate în timpul producerii sale. Cu toate acestea, cablurile de fibră optică pot transmite un semnal pe o distanță mult mai mare decât cablurile de cupru fără a-și reduce puterea la niveluri inacceptabile.

Lățimea de bandă

Lățimea de bandă de comunicație este de obicei măsurată în megabiți pe secundă (Mbps). Lățimea de bandă este afectată de intervalul semnalului, tipul de mediu și distanța pe care este transmis semnalul.

Conceptele de debit ridicat și scăzut sunt foarte relative. De exemplu, debitul Ethernet lOBaseT de 10 Mbps pare foarte mare în comparație cu debitul unui modem telefonic (50 Kbps), în timp ce, în același timp, pare lamentabil de scăzut în comparație cu Gigabit Ethernet (1 Gbps) sau conexiunile de mare viteză rețele globale precum SONET și ATM.

Un criteriu important atunci când alegeți un tip de cablu și o arhitectură de rețea este lățimea de bandă necesară (atât acum, cât și în viitor).

Planificarea creșterii rețelei

În etapa de planificare a rețelei, este necesar să ne amintim că lățimea de bandă este o resursă care este întotdeauna insuficientă. Achiziționarea de echipamente cu un randament mai mare decât este necesar în prezent este investitie buna capital: costurile suplimentare se vor plăti cu siguranță.

Tehnologiile informatice și de comunicare se dezvoltă într-un ritm rapid. În anii 1980, legăturile WAN tipice aveau o capacitate de 10 Kbps, iar rețelele locale aveau o capacitate de 2,5 Mbps. Pe atunci, nimeni nici măcar nu și-a imaginat că într-o zi va fi necesar să se transmită ceva cu o viteză mai mare de 100 Mbit/s La urma urmei, tehnologii precum videoconferința, transmisia vocală sau transferul de fișiere mari, care sunt acum larg răspândite nu există încă.

Așezarea unui cablu cu lățime de bandă crescută este mult mai ușoară și mai ieftină decât înlocuirea cablului cu unul nou Să presupunem că instalați o rețea 10BaseT, pentru care este suficient un cablu de Categoria 3 cu o lățime de bandă de 10 Mbit/s. Achiziționând un cablu de categoria 3, mai degrabă decât un cablu de categoria 5, veți economisi câțiva dolari. Cu toate acestea, în câțiva ani, când va trebui să vă actualizați rețeaua la 100 Mbps (și aproape sigur se va întâmpla), va trebui să înlocuiți toate cablurile. Acest lucru va costa mult mai mult decât dacă ați cumpăra și instalați direct un cablu de categoria 5.

Metode de acces la rețea

Există mai multe metode de acces diferite pentru a se potrivi diferitelor arhitecturi și topologii de rețea. Cele mai utilizate metode sunt:

trecerea marcajului (acces releu);

solicită priorități.

Metoda CSMA/CD

În prezent, cea mai comună metodă de control al accesului LAN este CSMA/CD (Acces multiplu cu sens de transportator cu detectare a coliziunilor - acces multiplu cu monitorizare media și detectare a coliziunilor). Popularitatea metodei CSMA/CD se datorează în mare măsură faptului că este utilizată în cea mai comună arhitectură Ethernet în prezent.

Aceasta este o metodă foarte rapidă și eficientă de a oferi acces la un cablu Ethernet. Pentru a înțelege cum funcționează, să ne uităm la fragmentele numelui său separat.

Controlul media. Când un computer este pe cale să transmită date către o rețea folosind metoda CSMA/CD, trebuie mai întâi să verifice dacă un alt computer își transmite datele prin același cablu în același timp. Cu alte cuvinte, verificați starea media: dacă este ocupat cu transferul altor date.

Acces multiplu. Aceasta înseamnă că mai multe computere pot începe să transmită date în rețea în același timp.

Detectarea conflictelor. Aceasta este sarcina principală a metodei CSMA/CD. Când computerul este gata să transmită, verifică starea media. Dacă cablul este ocupat, computerul nu trimite semnale. Dacă computerul nu aude semnalele altor persoane în cablu, începe să transmită. Cu toate acestea, se poate întâmpla ca două computere să asculte cablul și, nedetectând semnale, să înceapă să transmită pe ambele simultan. Acest fenomen se numește ciocnire semnal.

Când în cablu de rețea semnalează conflict, pachetele de date sunt distruse. Totuși, nu totul este pierdut. În metoda CSMA/CD, calculatoarele așteaptă o perioadă de timp aleatorie și apoi trimit din nou aceleași semnale. De ce perioada de timp trebuie să fie aleatorie? Dacă ambele computere așteaptă un anumit număr fix de milisecunde, atunci timpii lor de așteptare pot coincide și totul se va repeta din nou. Calculatorul care repetă primul transmisia pachetului (care are în mod aleatoriu o perioadă mai scurtă de timp) „câștigă” accesul la rețea într-un joc de ruletă.

Probabilitatea conflictelor este scăzută, deoarece acestea apar numai dacă începuturile pachetelor se potrivesc, adică. perioade foarte scurte de timp. Deoarece semnalele sunt transmise la viteze mari (10 sau 100 Mbps în Ethernet), performanța rămâne ridicată.

Implementarea metodei CSMA/CD este definită de specificațiile IEEE 802.3.

Metoda CSMA/CA

Numele metodei înseamnă Acces multiplu Carrier Sense cu evitarea coliziunilor.

CSMA/CA este o metodă mai „fără încredere”. Dacă computerul nu găsește alte semnale în cablu, nu ajunge la concluzia că calea este clară și îți poți trimite datele prețioase. În schimb, computerul trimite mai întâi o cerere de trimitere a semnalului - RTS (Request to Send). Făcând acest lucru, el anunță altor computere că intenționează să înceapă transferul de date. Dacă un alt computer face același lucru în același timp, va exista un conflict de semnale, nu de pachete de date. În acest fel, pachetele de date nu se pot ciocni niciodată. Aceasta se numește prevenirea conflictelor.

La prima vedere, metoda de prevenire a conflictelor este mult mai avansată decât metoda de detectare a conflictelor. Cu toate acestea, performanța sa este mai mică datorită faptului că, pe lângă date, este necesar să se trimită semnale KTS, marea majoritate dintre acestea fiind inutile. De fapt, numărul de semnale care sosesc pe cablu aproape se dublează.

Metoda CSMA/CA este utilizată în rețelele AppleTalk.

Trecând un jeton

Există o metodă de acces care să funcționeze fără coliziuni de semnal? O astfel de metodă există: este o metodă de trecere a simbolurilor.

Metoda de trecere a simbolurilor este necompetitivă În această metodă, două computere nu pot începe să transmită un semnal în același timp. Metoda funcționează ca un seminar în care un participant nu poate începe să vorbească până nu i se dă cuvântul. De asemenea, un computer dintr-o rețea care trece jetonul nu transmite până când jetonul trece la acesta.