p align="left">Модемная связь реализует принцип организации цифрового канала в аналоговой проводной линии. Модемные технологии, как и любые технологии передачи сигналов, накрепко связаны с характеристикой среды, по которой сигналы передаются. Процесс кодирования и декодирования аналоговых сигналов происходит следующим образом.

Вначале аналоговый сигнал поступает на вход одного их каналов системы аналогово-цифрового преобразования (АЦП), где заменяется эквивалентной ему по информационному содержанию последовательностью дискретных сигналов - отсчетов. Далее каждый отсчет заменяется некоторым двоичным кодом, учитывающим знак и амплитуду отсчета. Такой процесс носит название импульсно-кодовой модуляции - ИКМ.

При приеме последовательность принимаемых двоичных импульсов подается на вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП), в котором производится преобразование цифрового кода в аналоговый сигнал.

Следует отметить, что скорость передачи по аналоговым линиям связи от модема клиента к цифровому модему сервера отличается от скорости приема и составляет не более 33600 Бит/сек., так как в канале присутствует АЦП (со стороны клиента), который и мешает достичь предельного (для линии связи) максимума скорости передачи данных.

Радиоканалы передачи информации образуются в результате использования в качестве материальной среды передачи сообщений электромагнитные (ЭМ) колебания различных частот, в результате чего сигнал связи представляет собой радиоволну, в параметрах которой заключена передаваемая информация. На практике в качестве модулируемых параметров используют частоту, фазу, амплитуду и длительность передаваемого ЭМ колебания.

Напомним, что амплитуда - это максимальная величина отклонения колебательного процесса от среднего значения (состояния покоя), а частота F=1/Т - это количество совершаемых колебаний в секунду.

Фаза колебания ( ) - градусная мера (от 0 до 360), которая определяет мгновенное состояние в течение периода (Т) совершения колебания.

Длиной волны ? (м) считают расстояние, пройденное радиоволной за период совершения колебания несущей частоты.

Частота ЭМ колебаний определяет их основные свойства распространения, что послужило причиной разделения радиоволн на диапазоны, дополнительно этому в немалой степени послужила зависимость емкости системы связи от частоты колебаний несущей.

Чем выше рабочая частота, тем больше емкость (число каналов) системы связи, но тем меньше предельные расстояния, на которых возможна прямая передача между двумя пунктами без ретрансляторов.

Первая из причин порождает тенденцию к созданию радиолиний более высокочастотных диапазонов, вторая - к освоению околоземного пространства, с целью создания ретрансляторов, обслуживающих большие зоны (прямой видимости) распространения радиосигналов.

Линия радиосвязи, совместно с устройствами, предназначенными для передачи и приема высокочастотных сигналов связи, образует радиоканал.

Радиочастотный диапазон относится к государственным ресурсам и строго регламентирован Государственным комитетом по радиочастотам (ГКРЧ). Для примера ниже приведены частоты, выделенные для обеспечения работы различных организаций и систем связи Левин М., Библия хакера. Книга 2. - М.: Майор, 2003.:

25.16029.655 Мгц - гражданский (любительский) диапазон Си-Би;

38.75044.600, 254.000, 254.685, 380.000, 393.100 Министерство обороны РФ;

140145 Мгц - транковые сети связи;

149209, 450461 Мгц - МВД РФ;

149390 Мгц - радиоэлектронные средства правительственной связи, безопасности и обороны РФ;

148.050148.200 Мгц - пожарная охрана;

337343 Мгц - мобильные объекты; 368388 Мгц - ретрансляторы сотовой сети NMT-450;

430440 Мгц - транковые сети связи;

453457.5 МГц - мобильные объекты; 463-467.5 МГц - ретрансляторы транковой сети Алтай;

825845 МГц - мобильные объекты; 870890 МГц - ретрансляторы сотовой сети GSM;

824849 МГц - прием; 874899 МГц - передача сотовой сети CDMA;

890915 МГц - мобильные объекты; 935965 МГц - ретрансляторы сотовой сети GSM 950;

1626.51646.5 МГц - восходящий луч от терминальных станций;

15301545 МГц - нисходящий луч на терминальные станции спутниковая сеть Inmarsat;

1800 МГц - цифровая сеть микросотовой сети связи DECT;

18001900 МГц - цифровая сеть сотовой сети GSM 1800.

Каналообразующие устройства, предназначенные для организации радиосвязи, представляют собой передающие и принимающие блоки, выполняющие функции формирования, излучения и приема электромагнитных колебаний, в параметрах которых заключено передаваемое сообщение.

Радиопередатчик - это техническое устройство, предназначенное для преобразования передаваемых сообщений в сигналы радиосвязи и излучения их в пространство.

Радиоприемник предназначен для приема радиосигналов, выделения заключенного в них информационного сообщения и выдачи его в требуемой для конкретного вида связи форме.

Для обеспечения односторонней радиосвязи в пункте, из которого ведется передача сигналов, размещают радиопередающее устройство, содержащее радиопередатчик и передающую антенну, а в пункте, в котором ведется прием сигналов - радиоприемное устройство, содержащее приемную антенну и радиоприемник.

Для двухстороннего обмена сигналами нужно иметь два комплекта оборудования. Двухсторонняя радиосвязь может быть симплексной или дуплексной. При симплексной радиосвязи передача и прием ведутся поочередно. Радиопередатчики в конечных пунктах в этом случае могут работать на одинаковой частоте, на эту же частоту настроены и радиоприемники. Радиопередатчик включается только на время передачи.

При дуплексной радиосвязи передача осуществляется одновременно с приемом. Для связи должны быть выделены две разные частоты для передачи в разных направлениях.

В ВЧ диапазонах такие виды радиосвязи обычно используются для передачи голосовых сообщений и организации региональной сети местной радиотелефонной связи, радиовещания.

В ОВЧ диапазонах радиосвязь используется для организации оперативного управления подразделениями силовых структур.

Система радиопередачи символов и отображения текстовой информации получила название пейджинговой системы (page - страница), соответственно, приемник в этой системе называется пейджер, а приемопередатчик - твейджер (two way page - двунаправленная страница).

Система многоканальной радиосвязи с коммутацией абонентов называется транковой системой (trunk - ствол). Отличием транковых радиостанций является включение в их состав блока адресации вызова, аналогичного вызывной системе проводной телефонии, а также диспетчерского пункта ретрансляции каналов связи.

Различают две основные разновидности организации коммутации абонентов:

- системы с незакрепленным каналом управления;

- системы с закрепленным каналом управления.

Транковые системы с незакрепленным каналом управления

К этому классу относятся системы, в которых на одних и тех же каналах происходит как передача служебной информации (кодов вызова, кодов радиостанций, телефонных номеров и т.д.), так и передача речевой информации. Типичным представителем данного класса транковых систем являются системы SmarTrunk II и LTR.

Основным элементом системы SmarTrunk II является многоканальная базовая станция, оснащенная ретрансляторами и транковыми контроллерами. Однако основное управление в системах SmarTrunk II осуществляют абонентские радиостанции, которые сканируют («просматривают») рабочие каналы, ищут свободный канал для связи или определяют, нет ли на одном из каналов вызывного сигнала для радиоабонента.

Системы LTR относятся к классу систем, использующих метод распределенного управления.

Преимущество распределенного метода управления состоит в том, что доступ к системе может быть выполнен по любому из свободных каналов. Каждый ретранслятор определяет, какой из каналов свободен и передает эту информацию в потоке данных одновременно с речевым сообщением. Это означает, что каждый ретранслятор поддерживает собственный поток данных и обслуживает все обращения к своим каналам. Конфликтные ситуации предотвращаются самими абонентами. Это обеспечивает полностью параллельную обработку всех вызовов.

Транковые системы с закрепленным каналом управления

К этому классу относятся транковые системы, в которых для передачи служебной информации используется отдельный канал связи.

Наиболее известным представителем систем с закрепленным каналом управления являются система MPT 1327. Она обеспечивает быстрое установление связи и целый ряд дополнительных удобств, таких как возможность передачи данных на борт мобильного объекта, построение многосотовых сетей связи, выявление и эффективное устранение нелегальных абонентов и т.д.

В исходном состоянии все абонентские радиостанции в пределах зоны действия данной базовой станции находятся на приеме на частоте управляющего канала. На этом канале система постоянно передает сообщения типа ALOHA - приглашение отвечать ей с уведомлением, сколько времени система ждет ответа абонентских станций.

Вызывающий абонент набирает на клавиатуре своей радиостанции номер нужного ему абонента и производит вызов. При этом его радиостанция посылает вызывную последовательность в ответ на очередную посылку ALOHA от базовой станции. Приняв вызов, база проверяет абонента по принципу «свой-чужой» и на том же управляющем канале вызывает второго абонента. Получив от него подтверждение о готовности к связи, база передает обеим радиостанциям команду на перестройку на один из свободных в этот момент «разговорных» каналов связи (каналов трафика).

Обе радиостанции автоматически перестраиваются на указанный канал и начинают переговоры. При нажатии любым из абонентов клавиши «отбой» происходит автоматический возврат радиостанций в ждущий режим на управляющем канале.

Сотовые системы связи. Сотовая связь (СС) отличается от традиционной радиосвязи тем, что в ней не предусматривается создание отдельных, требующих больших затрат энергии каналов связи между каждой парой абонентов. Вместо этого обслуживаемая территория делится на небольшие ячейки (соты) с соответствующим ретранслятором, таким образом, абоненты сети связываются не непосредственно с центральной, а только с ближайшим ретранслятором.

В настоящее время сотовые системы связи делятся на два вида: аналоговые и цифровые системы сотовой связи. В настоящее время наиболее востребованы системы сотовой телефонной связи цифровых стандартов, таких как GSM и CDMA.

Принцип работы сотовых систем радиосвязи основан на взаимодействии мобильных станций с фиксированной ретрансляционной сетью, объединенной с центром коммутации скоростными линиями связи. Для реализации этого принципа в состав сетей подвижной связи входят:

MSC - центр коммутации подвижной связи;

BTS - базовые станции;

MS - подвижные станции.

Центр коммутации подвижной связи (MSC) обеспечивает управление системой подвижной радиосвязи и является интерфейсом между подвижной станцией и фиксированной телефонной сетью. На рисунке 3 приведена структурная схема типовой сети сотовой связи аналогового стандарта NMT-450.

Каждый MSC обслуживает группу базовых станций. Совокупность BTS, обслуживаемых одним MSC, образует зону обслуживания (ТА).

Рис. 3. Схема работы подвижной системы радиосвязи

На каждой базовой станции один канал используется как канал вызова, он маркируется специальным сигналом опознавания. Один или несколько других каналов, когда они свободны, маркируются другим сигналом, показывающим, что канал свободен. Подвижные станции, находящиеся в зоне действия базовой станции, постоянно работают на прием на канале вызова, по нему каждый включенный сотовый телефон периодически напоминает ретранслятору о своем наличии даже тогда, когда Вы не разговариваете. Ретранслятор передает уровень принятого сигнала MS на MSC, где принимается решение - работать с ним дальше или передать на обслуживание соседней BS. Процесс передачи MS между различными BS получил название роуминг (roaming - бродяга англ.).

В цифровых системах сотовой связи процесс определения местоположения отличается. BS постоянно излучает длинный, неповторяющийся, цифровой сигнал-эталон. MS его постоянно принимает и периодически небольшой его кусочек переизлучает. BS сравнивает полученный сигнал с эталоном, вычисляет временную задержку и по ней определяет «дальность» нахождения MS, которую передает на MSC Громаков Ю.А. Сотовые системы подвижной радиосвязи. Технологии электронных коммуникаций. - М.: Эко-Трендз, 1994..

Наиболее распространенный в России стандарт сотовой связи - GSM, помимо процедур установления местоположения, адресации вызова, и ретрансляции каналов связи, выполняет процедуры идентификации абонента и индивидуального шифрования трафика сеанса связи. Для реализации этих функций любое абонентское приемопередающее устройство (сотовый телефон) снабжено микропроцессорным комплектом, которым осуществляется выполнение трех алгоритмов (А3, А8, А5):

А3 - алгоритм аутентификации, защищающий SIM-карту абонента от клонирования;

А8 - алгоритм генерации криптоключа;

A5 - собственно алгоритм шифрования оцифрованной речи для обеспечения конфиденциальности переговоров Существуют две разновидности алгоритма: A5/1 - «сильная» версия шифра и A5/2 - ослабленная..

Ключи алгоритмов A3 и A8 записаны в смарт-картах абонентов, ключ алгоритмов A5 записан в самом ASIC-чипе телефона.

Базовые станции также снабжены ASIC-чипом с A5 и «центром аутентификации», использующим алгоритмы A3A8 для идентификации мобильного абонента и генерации сеансового ключа.

Индивидуальный модуль подлинности абонента (SIM) содержит: международный идентификационный номер (IMSI), свой индивидуальный ключ аутентификации (Ki), алгоритм аутентификации (A3).

С помощью записанной в SIM информации в результате взаимного обмена данными между микропроцессором сотового терминала (абонентского аппарата) и оборудованием базовой станции осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сети.

Процедура проверки сетью подлинности абонента реализуется следующим образом. Сеть передает случайный номер (RAND) на абонентский терминал. На ней с помощью Ki и алгоритма аутентификации A3 определяется значение отклика (SRES), т.е.

SRES = Ki - [RAND].

Абонентский терминал посылает вычисленное значение SRES в сеть, которая сверяет значение принятого SRES со значением SRES, вычисленным сетью. Если оба значения совпадают, подвижная станция приступает к передаче сообщений. В противном случае связь прерывается, и индикатор подвижной станции показывает, что опознавание не состоялось.

Для подтверждения подлинности международного идентификационного номера оборудования сотового телефона (IМЕI) в состав базовой станции входит регистр идентификации оборудования (EIR) - (централизованная база данных). Эта база данных ведется исключительно по оборудованию подвижных станций и состоит из списков номеров IМЕI, организованных следующим образом:

БЕЛЫЙ СПИСОК - содержит номера IМЕI, о которых есть сведения, что они закреплены за санкционированными подвижными станциями.

ЧЕРНЫЙ СПИСОК - содержит номера IМЕI подвижных станций, которые украдены или которым отказано в обслуживании по другой причине.

СЕРЫЙ СПИСОК - содержит номера IМЕI подвижных станций, у которых существуют проблемы, выявленные по данным программного обеспечения, что не является основанием для внесения в «черный список».

Кроме процедур идентификации, проверки и предоставления доступа к сети контроллер базовой станции управляет распределением радиоканалов и сменой частот, контролирует соединения и их очередность, модуляцию и демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сообщений, кодирование речи, адаптацию скорости передачи для речи, данных и вызова, определяет очередность передачи сообщений персонального вызова Громаков Ю.А. Организация физических и логических каналов в стандарте GSM //Электросвязь, 1993. № 10..

Стоит отметить, что для абонентов в стандарте GSM предусмотрено пять классов терминалов связи: от модели 1-го класса с выходной мощностью 20 Вт, устанавливаемой на транспортном средстве, до портативной модели 5-го класса, максимальной мощностью 0,8 Вт Громаков Ю.А. Сотовые системы подвижной радиосвязи. - М.: Эко-Трендз, 1994..

Стремительное развитие технологий связи породило возникновение большого количества видов связи, сервисных функций и специальных терминов, для уточнения которых целесообразно привести краткие пояснения.

2,5G (2,5 Generation) - технологии переходного периода, основанные на использовании усовершенствованных средств 2-го поколения, но способные обеспечивать услуги 3-го поколения.

3G (3 Generation) - 3-е поколение. Новое поколение систем мобильной связи, разрабатываемое в рамках программы IMT-2000. Сети радиодоступа этого поколения будут обеспечивать обмен информацией со скоростью до 144 кбит/с для абонентов с высокой мобильностью (скорость движения до 120 км/ч), 384 кбит/с для абонентов с низкой мобильностью (скорость до 3 км/ч) и 2,048 Мбит/с.

AMPS (Advanced Mobile Phone System) - усовершенствованная система мобильной связи. Аналоговая система, основанная на FDMA и работающая в частоте 800 МГц. Ширина канала 30 кГц.

Bluetooth - международная инициатива компаний Ericsson, IBM, Intel, Nokia и Toshiba, направленная на установление стандарта беспроводного соединения между телефонами мобильной связи, ПК, ручными компьютерами и другими периферийными устройствами. Предусматривается использование малодистанционных (до 10 м) каналов в свободной полосе 2,45 ГГц, используемой научно-медицинскими приборами.

CDMAOne - полностью цифровой стандарт, использующий диапазон частот 824849 МГц для приема и 874899 МГц для передачи.

DAMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service) - это цифровая версия AMPS (Advanced Mobile Phone Service). DAMPS представляет собой систему сотовой подвижной радиосвязи общего пользования первого поколения.

DECT (Didital Enhanced Cordless Telecommunications) - цифровая микросотовая система беспроводной связи. Она обеспечивает своим пользователям устойчивую высококачественную связь, защищенную от несанкционированного доступа. Стандарт DECT поддерживает речевую и факсимильную связь, а также передачу данных.

GPRS (General Packed Radio Services) - радиосистемы передачи с пакетной коммутацией. GPRS часто упоминается как GSM-IP (GSM Internet Protocol). Расчетная скорость - 64 кбит/сек, практически достижимая скорость - 48 кбит/сек, теоретически достижимая - 115 кбит/сек.

GPS (Global Positioning System) - система глобального позиционирования. Система использует навигационные спутники. При проектировании системы планировалось вывести 24 спутника на квазистационарные орбиты. Такие системы обеспечивают круглосуточную информацию о трехмерном положении, скорости и времени для пользователей, обладающих соответствующим оборудованием и находящихся на или вблизи земной поверхности (а иногда и вне ее). Первой системой GPS, широко доступной гражданским пользователям, стала NAVSTAR, обслуживаемая Министерством обороны США.

GSM (Global System for Mobile communications) - глобальная система мобильной связи, цифровой стандарт мобильной связи. Стандарт сотовой связи, использующий частоты 900, 1800 и 1900 МГц. Ответственный за стандартизацию технологии GSM Европейский институт стандартизации электросвязи (ETSI). GSM использует TDMA технологию.

GSM 1800 - цифровой стандарт GSM на частоте 1800 МГц, известен также как DCS 1800 или PCN, используется в Европе, в Тихоокеанских странах Азии, Австралии, России.

GSM 900 - цифровой стандарт GSM на частоте 900 МГц, распространен в более 100 странах Европы и Азии.

IMEI (International Mobile Equipment Identifier - международный идентификатор мобильного оборудования) - это уникальный номер мобильного телефона. Номер включает в себя 15 цифр. Он присваивается аппарату при производстве и предназначен для определения телефона в сети GSM. Когда в центр обслуживания поступает телефон, то он проверяется с помощью IMEI номера. Это позволяет проверить легальность аппарата, версию программного обеспечения, страну сборки и многое другое. Телефоны с измененными IMEI номерами фирменные сервис-центры производителей отказываются обслуживать.

I-mode - технология, обеспечивающая постоянное соединение с пропускной способностью 9,6 Кбит/с. Это позволило DoCoMo начать разработку мобильных приложений на базе IP-телефонии, опередив GPRS. Данная технология конкурирует и с WAP, так как использует компактную версию HTML, в то время как WAP работает со специальным языком маркеров WML (Wireless Markup Language).

IrDA (Infrared Direct Access) - технологии инфракрасной связи, работающей по принципу «точка-точка» в зоне прямой видимости.

LTR (LTR450 и LTR800) - стандарт транкинговой радиосвязи с постоянным каналом. Работа системы основана на организации обмена служебными сообщениями между абонентской станцией и ретранслятором. Обмен данными осуществляется постоянно на субтональной частоте 150 Гц одновременно с передачей речевых сообщений. При этом отпадает необходимость в выделенном канале управления и поэтому для обеспечения максимальной эффективности системы все каналы могут быть использованы для передачи речевых сообщений.

MMS (Multimedia Messaging Service) - сервис передачи мультимедийных сообщений посредством мобильного телефона. Этот сервис очень похож на SMS, но, в отличие от него, более универсален. Технология MMS позволяет передавать мультимедийные сообщения с телефона на телефон либо с телефона на адрес электронной почты.

МРТ (Ministry of Post and Telecommunication) - стандарт транкинговой радиосвязи с закрепленным каналом. MPT 1327 был разработан в Англии для радиосетей общего пользования в диапазоне 174225 МГц, в дальнейшем распространился и на другие диапазоны частот. В настоящее время транковая аппаратура MPT 1327 выпускается для диапазонов 146174 МГц, 300380 МГц, 400520 МГц и даже 800 МГц.

NMT (Nordic Mobile Telephone) - аналоговые мобильные системы скандинавских стран. Стандарт был разработан в скандинавских странах, работает в частотном диапазоне 450 МГц.

SIM-карта (от англ. Subscriber Identification Module) - используемый в мобильной связи идентификационный модуль абонента.

SmarTrunk II - стандарт транкинговой радиосвязи. В системе SmarTrunk II может быть от 2 до 16 каналов и, соответственно, система может обслуживать от 60 до 1100 абонентов. Основным элементом системы является многоканальная базовая станция, оснащенная ретрансляторами и транковыми контроллерами. Однако основное управление в системах SmarTrunk II осуществляют абонентские радиостанции, которые сканируют (осматривают) рабочие каналы, ищут свободный канал для связи или определяют, нет ли на одном из каналов вызывного сигнала для радиоабонента.

SMS (англ. Short Message Service) - служба коротких сообщений). Эта система позволяет посылать и принимать текстовые сообщения посредством сотового телефона. Сообщение можно отправить на выключенный/находящийся вне зоны обслуживания телефон. После появления адресата в сети, он тут же получит сообщение. Сообщение может получить и абонент, занятый разговором. Существует расширенный вариант SMS-MMS.

TETRA (Terrestrial Trunked Radio) - стандарт транкинговой радиосвязи. Этот стандарт был создан под эгидой Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI) с целью заменить со временем все существующие разнородные аналоговые стандарты транкинговой связи. Сегодня он является единым стандартом цифровой транкинговой радиосвязи в странах ЕС. Уровень надежности и безопасности стандарта TETRA многократно превышает существующие аналоговые системы.

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) - Универсальная Мобильная Телекоммуникационная Система - скорость передачи данных до 384 кбит/сек при передвижении со скоростью до 120км/час и до 2 мбит/сек при передвижении со скоростью до 10 км/час. Данный стандарт сотовой связи третьего поколения для Европы разработан ETSI.

USSD (Unstructured Supplementary Services Data) - это услуга двунаправленной сеансовой передачи неструктурированных данных, реализованная в сетях стандарта GSM. Она является встроенной функцией инфраструктуры GSM сетей и позволяет передавать информацию между пользователями и приложениями через сеть сигнализации ОКС №7 в режиме реального времени. Причем этот обмен идет по каналу сигнализации без создания дополнительной нагрузки на голосовые каналы.

Wi-Fi - (Wireless Fidelity - беспроводная высокая точность) - технология, которая в последнее время набирает обороты. Представляет собой формат передачи цифровых данных по радиоканалам в диапазоне 2,4 ГГц. Сети Wi-Fi строятся на основе небольших базовых станций, которые получили название точки доступа или хот-споты. Скорость передачи данных в таких сетях может достигать 54 Мбит/с. Радиус действия одной точки составляет до 100 метров. При наличии усилителей сигнала передача данных может осуществляться на расстояние до 20 километров.

WAP (Wireless Application Protocol) - бесплатный нелицензированный протокол беспроводной связи, позволяющий создавать расширенные системы мобильной телефонии и получать доступ к страницам Интернета с мобильных телефонов.

2.3 Технические особенности информационно-технологических систем

Использование информационно-технологических систем в различных сферах производства дает возможность полнее реализовать вклад следующих составляющих:
1) автоматизация - исключение из процесса человеческого труда;
2) информатизация - сбор и переработка информации о процессе;
3) изменение последовательности (очередности) этапов процессов и обеспечение их параллельного осуществления;
4) контроль - постоянное отслеживание и регистрация состояния объектов и процессов;
5) интеграция - координирование различных заданий и процессов;
6) интеллектуализация - сбор и распределение интеллектуальных активов Муромцев Ю.Л., Орлова Л.П., Муромцев Д.Ю., Тютюнник В.М. Информационные технологии проектирования. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004..

Для обеспечения решения перечисленных информационных задач в состав компьютерной системы обработки информации, помимо рассмотренных ранее основных устройств обработки, может входить ряд обязательных и дополнительных устройств (см. рис 4).

Все компоненты аппаратного обеспечения компьютера вносят существенный вклад в обеспечение эффективности обработки информации, однако с точки зрения пользователя, активно влияющего на работу системы, важны только те устройства, которые отличаются от процессора и памяти, то есть внешние устройства.

Внешние устройства можно подразделить на внешние запоминающие устройства (ВЗУ) и устройства ввода/вывода (УВВ) информации. ВЗУ - это устройства, способные хранить информацию некоторое время, связанные с физическими свойствами конкретного устройства, и обеспечивать чтение и/или запись этой информации в оперативную память.

Если рассматривать ВЗУ с точки зрения использования различными компонентами программного обеспечения, то можно выделить следующие типы устройств:

- накопители на флоппи-дисках (дискетах);

- накопители на жестких дисках («винчестерах»);

- накопители на магнитной ленте (стриммеры);

- накопители на оптических дисках (CD и DVD);

- накопители на интегральной памяти (флеш-модулях).

Общее назначение перечисленных устройств - хранение цифровых двоичных данных в виде файлов, в логических и физических разделах файловой системы.

Дискета (англ. floppy disk) - носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой, для распространения программного обеспечения, может содержать системные файлы операционной системы и использоваться для начальной загрузки (инициирования работы) компьютера «в обход» установленной.

Рис. 4. Комплекс основных и дополнительных компонентов компьютера.

Накопитель на жестких магнитных дисках (винчестеры) (англ. HDD - Hard Disk Drive) - это запоминающее устройство большой емкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые (керамические) пластины - платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения данных в различных файловых системах. Физическое пространство диска при формировании таблицы размещения файлов (file allocation table - FAT) может разбиваться на логические, образуя в системе отдельные виртуальные накопители.

Современные винчестеры выпускаются с тремя типами интерфейсов: SCSI (Small Computer System Interface), IDE (Integrated Drive Electronics), RAID (redundant array of inexpensive disks). Существует 6 вариантов исполнения технологии защиты данных: RAID 1: зеркальные диски; RAID 2: матрица с поразрядным расслоением; RAID 3: аппаратное обнаружение ошибок и четность; RAID 4: внутригрупповой параллелизм; RAID 5: четность вращения для распараллеливания записей; RAID 6: двумерная четность для обеспечения большей надежности.

Конкуренция между этими стандартами привела к существенному увеличению скорости обмена данными. Так, например, скорость передачи по стандарту SCSI-2 достигает 10 Мбайт/с в 8-битном Fast-режиме и 20 Мбайт/с в 16-битном FaslWide-режиме, что позволяет применять этот интерфейс для широкого класса компьютеров, включая супер-ЭВМ.

Интерфейс IDE (или иначе АТА) - гораздо более дешевый вариант, до последнего времени он существенно уступал по возможностям интерфейсу SCSI. Положение изменилось с внедрением нового стандарта АТА-2 (или Enhanced IDE). Его особенности: поддержка до четырех устройств, в том числе накопителей на CD-ROM и на магнитной ленте (ATAPI-ATA Packet Interface).

Накопитель на магнитной ленте (англ. tape streamer) - устройство для резервного копирования больших объемов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой емкостью 1-2 Гб и больше. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед ее записью и восстанавливать после считывания, что фактически увеличивает объем сохраняемой информации.

Накопители на оптических дисках (CD, DVD) представляют собой прозрачные полимерные диски диаметром 8 и 12 см, на одну сторону которого напылен светоотражающий металлизированный слой.

Штампованный CD-ROM - поликарбонат, покрытый с одной стороны отражающим слоем и защитным лаком. Смена отражающей способности осуществляется за счет штамповки углублений в металлическом слое. Время хранения оценивается в 10 лет.

CD-R (CD-WORM) - вместо штамповки отражающего слоя используется разрушение участков покрывающей его термочувствительной краски. Голубые и зеленые цианиновые (cyanine) болванки имеют предполагаемое время хранения 75 лет, фталоцианиновые (phtalocyanine) - 200 лет. Фталоцианин устойчивее к нагреванию и свету, но требует тщательной настройки мощности лазера. На верхнем слое поликарбоната нанесена спиральная дорожка разметки (pregroove), содержащая коды ATIP - требуемая мощность лазера, возможная скорость записи и временные коды каждого кадра, а также информация о носителе (информация определяется изготовителем матрицы, изготовитель диска может использовать матрицу не по назначению: залить другую краску и т.п.):

CD-RW (CD-E) - CD диск с возможностью перезаписи информации способом преобразования кристаллического состояния записывающего слоя в аморфное (низкая отражательная способность) и обратно под воздействием точечного нагревания лазером. Срок хранения - 10 лет. Циклов записи - 1000. Также имеет предварительно выдавленную дорожку разметки с ATIP.

DDCD (Sony) - CD диск с уменьшенным расстоянием между витками и размерами информационных пит. Емкость - 1.3 Гб.

ML-ROM, ML-R, ML-RW (TDK) - CD диск с модифицированным (3 бита на пит) алгоритмом кодирования. Диски 120 мм - 2 Гб, 80 мм - 650 Мб, 60 мм - 200 Мб.

DVD-ROM - носитель аналогичен CD-ROM (120 мм и 80 мм), но длина волны лазера снижена с 780 нм до 635/650 нм, что позволило уменьшить расстояние между витками до 0.74 мкм, а размер пита до 0.14 мкм. Более узкая фокусировка луча позволила уменьшить толщину диска до 0.6 мм и склеивать их по два, делая таким образом двухсторонние диски, увеличивая емкость с 4.7 Гб (Type A, DVD-5, SS/SL, 120 мм) до 9.4 Гб (Type B, DVD-10, DS/SL). При этом данные (на каждой стороне) могут храниться в одном или двух слоях (используется фокусировка луча на различную глубину), таким образом, увеличивая емкость до 8.5 Гб (Type C, DVD-9, SS/DL) или 17 Гб (Type D, DVD-18, DS/DL).

DVD-R - односторонние (4.7 Гб - 1S) и двухсторонние (9.4 Гб - 2S). Термокраска как в CD-R, но другого типа. Читаются на любых DVD-ROM. DVD-R(A) - могут записываться только на профессиональном оборудовании. DVD-R(G) - могут записываться только на бытовом оборудовании, защищены от копирования на них. Для записи на диски A и G используются лазеры с различной длиной волны (635 и 650 нм). Максимальная скорость записи до 16x.

DVD-RAM - одно- и двухсторонние диски. Первая версия - 2.6 Гб, вторая - 4.7 Гб. Используется изменение фазы как в CD-RW в комбинации с магнитооптикой. Отражающая способность ниже, чем у DVD-ROM. Версия для записи видео называется DVD-VR. Помещаются в открываемые (type 2) или цельные кассеты (type 1) или без них (только для чтения). Предусматривается специальная кассета (type 3) для помещения в нее дисков. При извлечении диска из кассеты типа 2 необходимо пробить отверстие, которое позволяет устройству однозначно определить, что диск вынимался или заменялся. Некоторые устройства отказываются записывать на такие диски. Стандарт предусматривает до 100 тысяч циклов перезаписи. Продолжительность хранения - 30 лет.

DVD-RW - разработан на базе DVD-R, но используется изменение фазы как в CD-RW.

DVD+RW - используется изменение фазы как в CD-RW. Первая версия - 3 Гб, вторая - 4.7 Гб. Односторонние (тип S) и двухсторонние (тип D). Позволяет перезаписывать часть данных, не затрагивая окружающие (например, перезапись плохо записанного сектора). До 1000 циклов перезаписи. Максимальная скорость, определенная в стандарте - 4x8x.

DVD+R - гибрид форматов - структура данных от DVD+RW, химия от CD-R. Односторонние (тип S) и двухсторонние (тип D). Максимальная скорость, определенная в стандарте - 8x (бывают устройства 16x).

DVD+R9 - двухслойный DVD+R. 8.5 Гб. Максимальная скорость, определенная в стандарте - 2x4x.

В скором будущем альянс производителей (DVD Forum) обещает появление нового носителя - DVD-RDL.

Внешние накопители на перепрограммируемой постоянной памяти (Flash-память - Flash Memory) - устройства, содержащие энергонезависимую память, допускающие многократную перезапись своего содержимого. Они подразделяются на (см. рис. 5):

- PC Card (или PCMCIА ATA);

- Mini Card;

- CompactFlash;

- SmartMedia;

- IBM Microdrive;

- MultiMedia Card;

- Sony Memory Stick;

- SD Card;

- DataPlay.

PC Card ATA - карта памяти хранения данных большой емкости для портативных компьютеров, - размер 85,6х 54х 3,3 мм, имеет 68 pin-овое соединение на торцевом разъеме. Существует несколько типов PC Card: Type I, Type II, Type III, различие которых в толщине. Это 3.3, 5.0, 10.5 мм соответственно. Стандарт PC Card ATA Type I - используется как память SRAM, Flash и т.п. типы памяти; стандарт PC Card ATA Type II - помимо памяти - как устройства ввода-вывода (например: модемы, сетевые карты); стандарт PC Card ATA Type III - как жесткие диски.

Mini Card (или Miniature Card) - это сменный цифровой носитель информации. Его размеры 38 мм длина, 33 высота, 3,5 мм ширина. На торцевом разъеме находятся штырьки, которые легко можно повредить при использовании.

СompactFlash - это маленькое сменное устройство хранения данных большой емкости без движущихся частей, размером 42,8 x 36,4 x 3.3 мм. Карта имеет 50 pin-овое соединение на торцевом разъеме, и соответствует всем ATA спецификациям, вплоть до всех электрических и механических процессов. Во-первых, этот формат не имеет движущихся частей, во-вторых - малое энергопотребление 3,3 и 5 вольт, в-третьих - высокая совместимость с PC (из-за встроенного контроллера).


PCMCIА ATA	Mini Card	CompactFlash

SmartMedia	IBM Microdrive	MultiMedia Card

Sony Memory Stick	SD Card	DataPlay

Рис. 5. Внешние накопители - карты памяти хранения данных

SmartMedia Card. Ранее они носили еще название - Solid State Floppy Disk Card (гибкий диск с твердым телом), размером 45.1370,76 мм, вес 2 грамма. Энергопотребление - 3,3 и 5 вольт. 22 pin-овое подсоединение. Скорость записи/чтения примерно 512 килобайт в секунду. В карте отсутствует контроллер, и как следствие, структура имеет только носитель информации и контактную позолоченную панель.

IBM Microdrive - это миниатюрный жесткий диск объемом 170, 340, 512 Мб и 1 Гб. Может использоваться в камерах, оборудованных слотом для CompactFlash Type II, потому что сам он имеет точно такой же размер, что и CompactFlash Type II.

MultiMedia Card - это одно из самых маленьких сменных устройств хранения данных небольшой емкости. Эта карта имеет размер приблизительно с почтовую марку. Длина 32 мм, ширина 24 мм, высота 1.4 мм, вес - меньше 2х грамм.

Memory Stick от Sony. Размер 50 мм длиной, 21.5 мм шириной, 2.8 мм высотой, вес 4 грамма. Это, как и все карты памяти, применяемые в цифровых фотокамерах, энергонезависимый носитель информации. Основана на технологии Flash RAM. Имеет 10-контактный разъем и защиту от случайного стирания.

SD Card (Secure Digital) (SD - сокращенно от Secure Digital) - карты безопасного хранения. Это карта размером 24 х 32 х 2.1 мм, 9 штырьковый разъем на торце. Вес 2 грамма. Скорость считывания данных - около 6Мб в секунду. Карта имеет криптозащиту от несанкционированного копирования, повышенную защиту информации на карте от случайного стирания или разрушения. Слот для приема SD карт совместим со слотом MultiMedia Card.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11