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Calcolatori Elettronici a.a. 2001-2002Omero TuzziSeriali-Modem 1 Trasmissione e ricezione dellinformazione Sorgente Codifica di canaleModem Utente Demodem.

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1 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 1 Trasmissione e ricezione dellinformazione Sorgente Codifica di canaleModem Utente Demodem Canale fisico Decodifica di canale Data stream Code stream Canale digitale La codifica/decodifica di canale permette di diminuire (con un certo grado di libertà) il tasso di errore del canale, aggiungendo informazioni, oltre a quelle trasmesse, che permettono di rilevare e/o ricostruire simboli errati. Università di Trieste

2 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 2 Serie di Fourier Allinizio del XIX secolo Jean-Baptiste Fourier ha dimostrato che: Università di Trieste

3 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 3 Serie di Fourier Università di Trieste

4 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 4 Serie di Fourier Università di Trieste

5 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 5 Capacità del mezzo Nel 1924 H. Nyquist dimostrò che un segnale a larghezza di banda B può essere ricostruito a partire dai 2B campioni del segnale stesso. Con lausilio di questa relazione riuscì a stabilire che la massima quantità di informazione trasmessa in un canale non rumoroso, dato un segnale costituito da V livelli, è di: Università di Trieste

6 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 6 Capacità del mezzo Nel 1948 C. Shannon estese il lavoro di Nyquist a canali soggetti a rumore casuale (termico). Se indichiamo con S la potenza del segnale e con N la potenza del rumore, la massima informazione trasmessa è: quindi, in un canale telefonico la banda è di circa 3 Khz, il rapporto S/N è di circa 30 dB (cioè 10 log =30 dB), allora la quantità massima di bit trasmessi è di circa bps. Università di Trieste

7 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 7 Mezzi di trasmissione Mezzi magnetici: Nastri magnetici e floppy disk che hanno una banda passante molto varia (dipende dalla destinazione) Il doppino: Consiste in due fili di rame isolati, dello spessore di un 1mm La larghezza di banda dipende dallo spessore e dalla distanza percorsa, ma molte volte può raggiungere diversi megabit/s per distanze di chilometri. Esistono vari tipi di doppino: Categoria 3: Rappresentato da 4 coppie raggruppate in una guaina Categoria 5: Come Cat. 3 ma con più intrecciamenti per cm ed isolamento di qualità superiore Università di Trieste

8 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 8 Mezzi di trasmissione Cavo coassiale a banda base: Consiste in un filo di rame rigido circondato da una garza metallica che funge da schermo: Limpedenza tipica dei cavi coassiali (coax) è di 50. La larghezza di banda dipende dalla lunghezza del cavo: per lunghezze di 1 km sono possibili velocità che variano da 1 a 2 Gbps. Si possono avere anche cavi più lunghi, ma occorre ridurre la velocità di trasmissione e frammezzare ai tratti di cavo degli amplificatori di segnale. Università di Trieste

9 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 9 Mezzi di trasmissione Cavo coassiale a larga banda: Consiste in un cavo identico a quello in banda base, ma con un sistema di trasmissione diverso. Su coassiale in banda larga, la trasmissione avviene in analogico, cioè in maniera del tutto simile alla trasmissione televisiva. La larghezza di banda in questo caso è di 300 Mhz, con lunghezze anche di 100 km. I sistemi a banda larga suddividono il canale totale in canali da 6 Mhz, che possono essere utilizzati per la trasmissione di emittenti TV, audio ad alta qualità (1,4 Mbps) o un flusso digitale a 3 Mbps. Università di Trieste

10 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 10 Mezzi di trasmissione Fibra ottica: Consiste in un cavo composto da un anima trasparente di silicio avvolto in un rivestimento di vetro con indice di rifrazione diverso. Tutta la parte in vetro è ricoperta da una guaina di plastica nera. Le fibre sono normalmente raggruppate insieme intorno ad un filo di metallo che facilita la posa del cavo. La larghezza di banda in questo caso è di oltre GHz. Lattuale limite di trasmissione è dovuto semplicemente al fatto che un sistema a fibra ottica necessita di due conversioni: la prima da elettrico a luce, e la seconda luce ad elettrico. Università di Trieste

11 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 11 Mezzi di trasmissione La trasmissione allinterno dellanima di vetro può avvenire con modalità diverse: Fibra multimodale: È una fibra il cui nucleo è abbastanza ampio da permettere diversi angoli di rimbalzo della luce trasmessa Fibra monomodale: È una fibra il cui nucleo permette il passaggio di poche lunghezze donda. Questo fa comportare la fibra come una semplice guida donda Università di Trieste

12 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 12 Mezzi di trasmissione Laria: Laria è un buon mezzo di trasmissione, in particolare le onde radio sono facili da generare, possono viaggiare per lunghe distanze e penetrano facilmente negli edifici. Inoltre sono omnidirezionali, quindi il trasmettitore e il ricevitore non devono essere allineati. RadioMicroondeInfrarossoRaggi XUVRaggi Gamma TV Doppino Coax Fibre Satellite Radio FM Microonde Radio AM Marittima LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF Università di Trieste

13 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 13 Canale digitale È costituito dallinsieme modulatore, canale fisico di comunicazione e demodulatore. Viene chiamato così perché sia in ingresso che in uscita del canale si hanno simboli digitali. Discrete q-aty input, Q-ary output channel q q = 1 - p p p BSC (Binary Symmetric Channel) x0x0 y0y0 x1x1 y1y1 x2x2 y2y2 xjxj ykyk …… Università di Trieste

14 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem : Inizio della nuova era 1876: Alexander Graham Bell brevetta il telefono 1878: Fonda la Bell Telephone Company Apre il primo ufficio di commutazione a New Haven nel Connecticut Università di Trieste

15 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 15 Il sistema telefonico moderno DIGITAL PSTN Linea Analogica Nella trasmissione PCM, in corrispondenza di ciascun campione vengono emessi n impulsi binari rappresentanti in codice il valore quantizzato dellampiezza istantanea del segnale campionato Università di Trieste

16 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 16 Evoluzione della topologia di rete End officeToll office Switching office Local LoopToll connecting trunk VHB interc. trunk... Local Loop Università di Trieste

17 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 17 Mezzi di trasmissione Il canale telefonico vocale ha banda in 300Hz - 3.4KHz circuiti locali I circuiti locali sono doppini in rame uffici di commutazione Tra gli uffici di commutazione si usano cavi coassiali, microonde e fibre ottiche digitale Si sta passando dal sistema analogico al digitale (è più facile rigenerare il segnale; permette trasmissione di voce, dati, video; la frma donda non deve essere accurata; manutenzione più semplice). Università di Trieste

18 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 18 Componenti del sistema Circuiti locali - analogici I dati devono essere convertiti in forma analogica con un modem Dorsali Centralini Ufficio terminale Ufficio terminale Ufficio di pedaggio Università di Trieste

19 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 19 Distorsione dampiezza La Distorsione dampiezza deriva dalla diversa attenuazione che subiscono nella propagazione le varie componenti spettrali del segnale, il quale risulta così deformato rendendo più difficile la sua ricezione. Ad ogni distorsione dello spettro provoca un cambiamento sullandamento del segnale nel dominio del tempo. Questo provoca effetti coda con conseguente interferenza intersimbolica Soglia di decisione attenuazione Lattenuazione è la perdita di energia del segnale durante la sua propagazione. La perdita è espressa in dB per Km. Università di Trieste

20 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 20 Distorsioni della fase La Distorsione di fase è provocata dalla differente velocità con la quale si propagano le diverse componenti del segnale trasmesso. In genere sono costanti per un mezzo trasmissivo e si riflettono nel dominio del tempo provocando una traslazione in ritardo del segnale. Il Jitter di fase è un fenomeno molto simile alla distorsione di fase, con lunica differenza che questo disturbo non è costante nel tempo, ma varia in maniera casuale. Università di Trieste

21 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 21 Il rumore di linea È importante distinguere tra rumore di fondo e rumore impulsivo: Rumore di fondo (Rumore bianco): È un rumore la cui potenza è uniformemente distribuita nella banda di frequenze utilizzata. Rumore impulsivo: È un rumore costituito da picchi che superano una determinata soglia, in genere non raggiungibile dal rumore di fondo. Ha origine dai transitori delle centrali, da correnti parassite industriali e atmosferiche e da qualunque altra causa che possa indurre disturbi di breve durata ma di forte intensità. Università di Trieste

22 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 22 Le modulazioni La modulazione dei dati sulla linea di trasmissione può essere: Pulse Code Modulation (PCM) Modulazione a Frequency Shift Keying (FSK) Modulazione a Phase Shift Keying (PSK) Modulazione a Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Università di Trieste

23 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 23 La codifica PAM/PCM Per trasformare una sequenza di bit in un segnale analogico è necessario associare ad ogni valore binario una curva chiamata kernel. Il problema è che non è possibile avvicinare troppo due simboli consecutivi, perché questi potrebbero interferire tra loro. Inoltre non è possibile ridurre troppo l occupazione in tempo della curva kernel a causa del conseguente allargamento della banda di canale nel dominio della frequenza Università di Trieste

24 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 24 Frequency Shift Keying Nella modulazione FSK a ciascuna delle due cifre binarie è associato un valore diverso di frequenza. Precisamente: Requisito importante nella FSK è la continuità di fase negli istanti di transizione da una frequenza allaltra. Il mancato rispetto di questa condizione comporta un allargamento della banda del segnale modulato. Per ottenere questo generalmente si scelgono le frequenze di livello in modo che la loro frequenza risulti pari ad un multiplo della frequenza fondamentale di modulazione. Università di Trieste

25 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 25 Phase Shift Keying Nella modulazione PSK bifase, a ciascuna delle due cifre binarie è associato un valore diverso di fase. Precisamente: La modulazione polifase si realizza effettuando una codifica preliminare dei bit provenienti dal terminale, raggruppandoli in parole di n bit e facendo corrispondere a ciascuna delle 2 n parole possibili una determinata fase della frequenza portante. Università di Trieste

26 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 26 Esempio di PSK bit = 2400 bit/s 3 bit = 4800 bit/s Non si può aumentare indefinitamente il numero di bit per campione perché entrano in gioco fattori di distorsione o rotazione del segnale, detto anche phase jitter. Università di Trieste

27 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 27 Quadrature Amplitude Modulation Nella QAM si utilizzano congiuntamente le modulazioni di ampiezza e fase. Quindi la codifica dei bit non viene solo affidata alla variazione di fase, ma anche a quella di ampiezza. Schemi di costellazione bit/baud3 bit/baud Università di Trieste

28 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 28 Esempio di costellazione QAM bit/baud = 9600 bps Università di Trieste

29 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 29 Esempio di costellazione QAM Velocità di trasmissione: bps Costellazione a 64 punti Università di Trieste

30 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 30 I Modem I modem vengono classificati in base alle loro principali caratteristiche di funzionamento: Banda di frequenza dei segnali trasmessi (banda base o traslata) Tipo di collegamento consentito (half duplex o full duplex) Procedura di trasmissione (sincrona o asincrona) Università di Trieste

31 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 31 Caratteristiche dei Modem Modem in banda traslata: Se la via di trasmissione del collegamento dati è un canale telefonico con banda Hz, è necessario effettuare, mediante il modem, una traslazione di frequenza di adattamento. Modem in banda base: Se il collegamento è una rete dedicata in ambito urbano con supporto trasmissivo costituito da coppie di cavo senza limitazioni (o quasi) di banda, è possibile trasmettere dati in banda base. In questo modo il modem risulta semplificato. Università di Trieste

32 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 32 Caratteristiche dei Modem Modem in half-duplex: In questo tipo di funzionamento, per consentire il flusso dei dati in entrambe le direzioni di trasmissione, i modem devono passare alternativamente dallo stato di trasmissione a quello di ricezione e viceversa. Questa commutazione richiede un certo tempo dellordine di qualche millisecondo (turn around time). Modem in full-duplex: In questo tipo di funzionamento il flusso dei dati può avvenire contemporaneamente nei due sensi di trasmissione: non è richesta quindi la commutazione trasmissione-ricezione da parte del modem, e ciò consente di eliminare i tempi morti relativi a questa operazione. Questa modalità pone dei problemi nel caso di circuiti a 2 fili, perché la banda passante telefonica deve essere divisa in due canali che limitano di fatto la velocità di trasmissione. Università di Trieste

33 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 33 Caratteristiche dei Modem Modem sincroni: Nel modo sincrono la temporizzazione dei dati è eseguita dal modem. Questo preleva i dati, lato trasmissione, dal terminale secondo una cadenza scandita da un proprio clock. In ricezione, il clock viene estratto dai segnali in arrivo. In questo caso la velocità di trasmissione è rigidamente stabilita dal clock del modem. Modem asincroni: Nel modo asincrono il modem non ha componenti di temporizzazione, ed accetta dalla sorgente i dati con qualsiasi cadenza, purché non superiori ad un massimo consentito. Questi vengono poi restituiti al terminale ricevente senza alterazioni temporali; si dice che i modem asincroni sono trasparenti ai dati. Università di Trieste

34 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 34 Caratteristiche dei Modem Altri elementi di classificazione: Intelligenza Equalizzazione automatica o manuale Modem a multiporta Sicurezza Capacità Voice/Data Università di Trieste

35 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 35 Circuito di trasmissione Data EncoderScrambler Modulatore Circuito di controllo Filtro Clock Driver Request To Send Transmit Data Transmit Clock Clear To Send Canale fisico Università di Trieste

36 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 36 Circuito di ricezione Data DecoderDescrambler Demodulatore Equalizzatore Clock Driver Data Carrier Detect Received Data Receive Clock Canale fisico Filtro e Amplificatore Circuito di Carrier Detect Università di Trieste

37 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 37 Elementi del Modem Data Encoder: Viene impiegato in sinergia con schemi di modulazione, per aumentare il rapporto bit/baud. Scrambler/Descrambler: Quando il flusso di bit che arrivano dal DTE non è sufficiente allestrazione del clock di trasmissione, è necessario aggiungere uno scrambler che modifica le sequenze di bit in modo da aggiungere le transizioni necessarie. Equalizzatore: Gli equalizzatori vengono utilizzati per adattare le singole componenti del segnale ricevuto, in modo da minimizzare interferenze, attenuazioni, ecc. Filtro: È un dispositivo che accoppia la banda del segnale emesso dal modem alla banda del canale fisico. Università di Trieste

38 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 38 Elementi del Modem Driver: Il driver è un dispositivo che adatta il livello del segnale al canale fisico. Modulatore/Demodulatore: Questi circuiti trasformano le sequenze di bit digitali in segnali analogici aventi particolari caratteristiche che dipendono dal tipo di modulazione impiegata. Clock:Il generatore di clock interno è necessario nei modem sincroni. Università di Trieste

39 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 39 Baud/sec e Bps I Bps (Bits Per Second) di un modem rappresentano la capacità di trasmissione in bit di sorgente. Il Baud rate o Baud/sec rappresentano il numero di campioni analogici trasmessi dal modem. Università di Trieste

40 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 40 Codifica/Decodifica di canale In generale una codifica di canale si indica con (n, k): dove k rappresenta il numero di simboli di sorgente utilizzati per la formazione di un blocco, mentre n (n > k) indica il numero di simboli utilizzati dal codificatore per rappresentare il blocco codificato. Il numero n viene detto anche lunghezza della parola di codice, mentre gli n - k simboli si dicono simboli di ridondanza. Università di Trieste

41 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 41 Classificazione dei Codici Possiamo dividere i codici in due classi distinte: Codici a rilevazione derrore: che permettono di rilevare la presenza di un errore allinterno di una parola di codice ma che non permettono la sua correzione. Codici a correzione derrore: che permettono, oltre ad una rilevazione dellerrore in un parola di codice, anche la sua lindividuazione e correzione. Un codice (n, k) viene detto in forma sistematica se la parola di codice è formata dai k simboli di sorgente (rimasti invariati), uniti agli n - k simboli di ridondanza. Università di Trieste

42 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 42 Vantaggi e svantaggi Codici a rilevazione derrore Vantaggi Sono codici molto semplici e quindi molto veloci. In questo modo possono lavorare ad alte velocità Hanno probabilità di errore più piccole rispetto ai codici a correzione Svantaggi Presentano più basse prestazioni in trasmissione perché è necessario ritrasmettere la parola di codice sbagliata Università di Trieste

43 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 43 Vantaggi e svantaggi Codici a correzione derrore Vantaggi Hanno prestazioni elevate in trasmissione perché possono correggere le parole di codice sbagliate Svantaggi I decodificatori sono sempre molto complessi Quando sono presenti più errori di quelli che il codice può correggere, in genere il decodificatore introduce nuovi errori. Università di Trieste

44 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 44 La Codifica Trellis Quindi è stata introdotta una codifica di canale, chiamata Codifica Trellis (TCM) che tende a massimizzare la rilevazione degli errori. Nei modem a modulazione QAM, il limite imposto alla velocità è dovuto principalmente alle distorsioni introdotte dal canale fisico. S to P Data Signal Point Mapper C.E. 4 bit 2 bit3 bit Trasmettitore QAM Fase Livello Università di Trieste

45 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 45 Standard dei modem Università di Trieste

46 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 46 Non-linear encoding La Non Linear-Encoding è una tecnica utilizzata per distribuire i punti della costellazione in maniera non uniforme. Questo sistema rende il modem immune agli effetti della PCM su linee analogiche normali S to P Data Signal Point Mapper C.E. 4 bit 2 bit3 bit Trasm. QAM Fase Livello Università di Trieste

47 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 47 Modem a 300 bit/s (V. 21) Caratteristiche generali di un modem a 300 bit/s: Velocità di trasmissione:300 bit/s Modulazione:FSK Tipo di trasmissione:asincrona Mezzo trasmissivo:rete commutata Servizio:full-duplex Frequenze di trasmissione: BitCanale inferioreCanale superioreCanale inf. (Bell)Canale sup. (Bell) Università di Trieste

48 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 48 Costellazione V bps Università di Trieste

49 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 49 Costellazione V. 32 bis bps Università di Trieste

50 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 50 Costellazione V. 32 terbo bps Università di Trieste

51 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 51 Modem V. 34 I modem basati sullo standard V. 34 sono di gran lunga i modem più complessi realizzati perché incorporano una vasta gamma di possibili configurazioni I baud di trasmissione fissati dallo standard sono: 2400, 3000, 3200 La massima velocità di trasmissione è: 3200 × 9 bits/baud = bps Università di Trieste

52 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 52 Modem V. 34 Alla massima velocità, la costellazione è formata da 960 punti Per discriminare tra tutti i punti della costellazione, vengono utilizzati tutti i sistemi di codifica già introdotti (Codifica non lineare, Trellis) Sono stati aggiunti baud rate sotto i 3000 (2743, 2800) per consentire anche la trasmissione su reti ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) normalmente utilizzate per comunicazioni via satellite Università di Trieste

53 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 53 Modem V. 34 Capacità di aggiornamento del firmware È stato aggiunto un concetto di canale di trasmissione/ricezione asimmetrico Viene utilizzato un canale ausiliare per la trasmissione a bassissima velocità di informazioni sulla qualità della linea e su informazioni di servizio Successivamente alla sua standardizzazione, il V. 34 viene modificato dalla Rockwell Semiconductor Systems per raggiungere bps Università di Trieste

54 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 54 Il V. 90 a 56kbps Lo standard V. 90 utilizza il V. 34 nei collegamenti modem-modem Per poter utilizzare queste velocità è stato necessario eliminare una conversione D/A: questo ha ridotto il rumore di quantizzazione che limitava il V. 34: DIGITAL PSTN ADC DAC Linea Analogica Modem Università di Trieste

55 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 55 Trasmissione digitale su linea analogica: problemi Il soppressore di eco Parla A Parla B Università di Trieste

56 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 56 Trasmissione digitale su linea analogica: problemi Il cancellatore di eco Predittore eco + Università di Trieste

57 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 57 Interfaccie DTE/DCE Data Terminal Equipment (DTE) Data Communication Equipment (DCE) RS-232 Università di Trieste

58 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 58 Breve storia La RS-232-C nasce nel 1969 e si diffonde rapidamente. Negli anni 70 vengono fatte varie revisioni, tra cui la RS-449 (parte elettrica), la RS-423 (a collegamento sbilanciato) e la RS-422 a collegamento bilanciato che raggiunge i 2Mbps con cavi fino a 60m Nel 1987 viene revisionata e viene pubblicata la RS-232-D che aggiunge funzionalità di test locali e una schermatura del cavo Nel 1991 viene pubblicata la RS-232-E che aggiunge un cavo più piccolo Università di Trieste

59 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 59 Caratteristiche Ufficialmente può trasmettere 20kbps su linee lunghe fino a 15m Con le attuali lunghezze dei cavi si può trasmettere anche fino a 56kbps, ma raramente si può arrivare a 115.2kbps a causa della degradazione del segnale La RS-232-C utilizza un connettore a 25 (o a 9) pin largo 47,04 13mm con i pin disposti su due file numerate da 1-13 (superiore) e (inferiore) I livelli elettrici sono: Livello 0 Livello 1 Università di Trieste

60 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 60 I segnali della RS-232-C Power supply Transmit circuits Receive circuits Test and control circuits Protective gnd Transmitted data Signal gnd RTS CTS Carrier detect Received data Dataset ready Ring indicator Data terminal ready Modem Terminal Università di Trieste

61 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 61 I segnali della RS-232-C protective GrouND (GND, 1): Questo segnale viene utilizzato per delle masse tra i due circuiti DTE e DCE. Nella RS-232-D questo segnale è stato modificato per fornire una schermatura al cavo in ambienti altamente rumorosi Signal Ground (SG, 7): Questa linea è stata inclusa per fornire un potenziale di riferimento a tutti gli altri segnali dellinterfaccia Trasmitted Data (TD, 2): Quando nessun dato viene trasmesso dal DTE al DCE, questo segnale viene forzato ad 1. Altrimenti il flusso di bit in uscita viene incanalato su questa linea Università di Trieste

62 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 62 I segnali della RS-232-C Receive Data (RD, 3): Questo segnale viene utilizzato per trasferire dati dal DCE al DTE Request To Send (RTS, 4): Questo segnale viene mandato al DCE dal DTE per preparare il modem alla trasmissione Clear To Send (CTS, 5): Questo segnale viene utilizzato dal DCE per comunicare al DTE che è pronto alla trasmissione Università di Trieste

63 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 63 I segnali della RS-232-C Carrier Detect (CD, 8): Questo segnale viene utilizzato dal DCE per indicare che sta ricevendo un segnale portante da un modem remoto Data Set Ready (DSR, 6): Questa linea indica al DTE che il modem è collegato alla line atelefonica ed è pronto a trasmettere dati Data Terminal Ready (DTR, 20): Questo segnale è utilizzato dal DTE per preparare il modem alla connessione alla linea telefonica Ring Indicator (RI, 22): Questo segnale viene utilizzato per svegliare il DTE in caso di chiamata in arrivo Università di Trieste

64 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 64 RS 232C Università di Trieste

65 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 65 Il NULL-Modem Transmit Data Receive Data Request To Send Clear To Send Data Set Ready Carrier detect Data Terminal Ready Transmit Data Receive Data Request To Send Clear To Send Data Set Ready Carrier detect Data Terminal Ready 1.DTR abilita DSR sul computer remoto. In questo modo il computer trasmittente riconosce che il termnale remoto è attivo 2.RTS abilita CD sul computer remoto e il proprio CTS. In questo modo il terminale è convinto che il modem virtuale è stato attivato ed è pronto alla trasmissione 3.I dati vengono trasmessi TD e ricevuti dal terminale remoto da RD. Università di Trieste

66 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 66 Fibra nel circuito locale Doppino di rame Dorsali in fibra Fibra Scatola di giunzione Centrale Università di Trieste

67 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 67 Fibra nel circuito locale Dorsali in fibra Filo di rame per TV via cavo Fibra Scatola di giunzione Commutatore Università di Trieste

68 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 68 Traffico sulle dorsali divisione di tempo Multiplexing a divisione di tempo (TDM) Linee digitali (audio PCM) Campionamento voce a 8KHz (125 s/campione) Quantizzazione 7/8 bit campione divisione di lunghezza donda Multiplexing a divisione di lunghezza donda (WDM) divisione di frequenza Multiplexing a divisione di frequenza (FDM) 4KHz/Canale (3Khz segnale + 2 x 500Hz guardia) C1C2C3 Frequenza (kHz) C1 C2 Lunghezza donda C1C2 Tempo C1C3TT Università di Trieste

69 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 69 Portante T1 24 canali vocali multiplexati 193 bit / frame (125 s) 1 0 canale Codice di pacchetto 7 bit campione bit disegnalazione bit 24 x Velocità = 193 x 8000 = 1,544 Mbps Il bit aggiuntivo è usato per la sincronizzazione ( ….) Per uso dati: 23 canali + 1 per la sincronizzazione Università di Trieste

70 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 70 T1 T2 T3 ….. Si possono multiplexare più portanti T1 in un canale T2 4: :1 1,544 Mbps T1 6,312 Mbps T2 44,736 Mbps T3 4 flussi T16 flussi T2 4 canali T1 corrispondono a 6,176 Mbps I bit in più sono per suddividere i frame e per il controllo Università di Trieste

71 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 71 Commutazione Commutazione di messaggio Connessione fisica stabilita su richiesta Commutazione di circuito Pacchetti accodati ed instradati Commutazione di pacchetto Ufficio di commutazione di portante Richiede linizializzazione del cammino Spreco di banda Spedizione di un messaggio intero pacchetti Suddivisione del messaggio in pacchetti Maggiore efficienza nella correzione di errori Università di Trieste

72 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 72 Commutatori crossbar crescita elevata della complessità con laumento delle linee Input Output n linee di input e output n 2 punti di incrocio n (n-1)/2 se full-duplex Università di Trieste

73 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 73 Divisione di spazio n × k { n N/n × N/n n × k N/n crossbar k crossbar N = 16, n = 4, k= 2 k percorsi per ogni ingresso verso unuscita numero di punti di incrocio = 2kN+(N/n) 2 sono possibili solo kN/n connessioni contemporanee Università di Trieste

74 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 74 Divisione di tempo contatore Scambiatore degli slot temporali n linee di input n linee di output Buffer di RAM n parole da k bit Tabella di commutazione degli slot Università di Trieste

75 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 75 Universal Serial Bus (USB) Standard per la connessione di periferiche al personal computer (proposto verso la metà degli anni 90 da un pool di società tra cui Intel, IBM,Microsoft,..) Obiettivi principali: – connessione al pc dallesterno del case – unico tipo di cavo, in grado di distribuire anche lalimentazione – connessione di fino a 127 dispositivi ad un unico computer – supporto per dispositivi real-time (audio, video) Università di Trieste

76 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 76 Universal Serial Bus (USB) Banda passante di 1.5 MB/s (12 Mb/s) Cavo a 4 fili: D+, D- per il segnale (differenziale), VBUS (alimentazione a +5 V), ground. Encoding: NRZI (Non Return to Zero Invert): – 1: conserva il valore logico precedente – 0: commuta rispetto al valore logico precedente Clock estratto dalla linea dati; per evitare perdita di sincronismo, è inserito uno 0 ogni sei 1 consecutivi (bit stuffing) Università di Trieste

77 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 77 Un USB device è un dispositivo in grado di connettersi al bus USB Un USB hub è un ripetitore con un ingresso e N (tipicamente 4, 7, 8) uscite; a ciascuna delle uscite può essere connesso un USB device o un altro USB hub Università di Trieste

78 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 78 USB Ciascun device ha un identificatore Î 1-127; a un device appena connesso è associato di default lidentificatore 0, in modo che possa essere indirizzabile dalla root che gli invia il suo identificatore definitivo (non cè ambiguità se non sono connessi contemporaneamente più dispositivi) Da un punto di vista logico il bus USB è un insieme di bit pipe (pipe di larghezza 1 bit) tra la root e I device. NB: Nessuna connessione tra i device!, tutto centralizzato attraverso la root. Università di Trieste

79 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 79 In realtà, su ciascun device possono essere presenti fino a 16 endpoint (sorgenti o destinazioni della connessione). Endpoint 0: sempre disponibile a default allatto della connessione. Root: ogni 1.00 ± ms si ha un nuovo frame. Il frame può contenere più trasferimenti. Ogni trasferimento è indirizzato a un device. Il frame è composto di pacchetti, che possono andare da root a device o viceversa. Università di Trieste

80 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 80 USB transfer types 4 tipi di trasferimenti: – controllo – isocroni – bulk – interrupt controllo: per configurare i dispositivi, inviare comandi e richiedere lo stato: se fallisce, viene reinviato (non è detto nello stesso frame). Università di Trieste

81 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 81 isocroni: per dispositivi real-time quali microfoni e telecamere; hanno un ritardo massimo altamente predicibile e non prevedono ritrasmissione in caso di errori bulk: per dati non real-time quali file per le stampanti interrupt: per dati con feedback di utente, tipo digitazione da tastiera o coordinate del mouse; sono in realtà inviati a polling perché non esistono linee fisiche di interrupt nel bus Università di Trieste

82 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 82 USB packet I trasferimenti consistono di pacchetti (packets); si hanno 4 tipi di pacchetti: – token – data – handshake – special ogni pacchetto è formato da campi: – SYNC: sincronizzazione – PID: tipo del pacchetto (SOF, IN, OUT, DATA...) – parte variabile – CRC: Cyclic Redundancy Code Università di Trieste

83 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 83 token: dalla root al device per controllo – SOF: Start of Frame (clock del frame); se non cè nulla da fare al momento, questo è lunico pacchetto del frame; la parte variabile è il frame number – IN: chiede dati al dispositivo (lettura) e OUT: avvisa il dispositivo che stanno per arrivargli dati (scrittura); la parte variabile è device identifier + endpoint – SETUP: per configurazione data: la parte variabile (PAYLOAD) sono i dati veri e propri (fino a 1023 byte per trasferimenti tipo isocrono e 64 per gli altri) handshake: ACK, NACK, STALL (wait, im busy) Università di Trieste

84 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 84 Esempi di trasferimenti Università di Trieste

85 Calcolatori Elettronici a.a Omero TuzziSeriali-Modem 85 USB bandwidth Non è possibile raggiungere la banda passante limite del bus di 1.5 MB/s per le informazioni, a causa delloverhead del protocollo: pacchetti token, ACK e NACK nei casi non isocroni, SYNC, PID, CRC nei pacchetti dati,... maggiore è la lunghezza del payload nel pacchetto dati, migliore è lo sfruttamento della banda passante (che dipende ovviamente dalloverhead introdotto dal protocollo) In una situazione tipica è possibile eseguire circa trasferimenti con payload da 64 byte per frame, per una banda utile di circa MB/s; per payload più piccoli, questa si riduce a poche decine di KB/s. Università di Trieste


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