Значительная часть пользователей не сможет чётко ответить, что означает термин «модем». У тех, кто в курсе, это слово однозначно ассоциируется с устройствами, предоставляющими доступ к интернету с использованием мобильных протоколов. На самом деле модем в техническом аспекте – многофункциональный девайс, история которого насчитывает ровно столетие.
Что такое модем
Модему приписывают немало важных достижений: с него началась эра телетайпов, ему же приписывают едва ли не основную роль в развитии интернета. Что же представляет собой этот прибор? Термин «модем» – это сокращение от пары «модулятор-демодулятор», которое полностью описывает назначение устройства: преобразование аналоговых сигналов в цифровые и наоборот. Почему именно модуляция? Потому что аналоговый сигнал (в подавляющем большинстве случаев – электрический) можно использовать, обрабатывая одну или несколько его характеристик – амплитуду, частоту или фазу, и такая обработка называется модуляцией.
Обратная операция, то есть преобразование двоичного кода в аналоговый сигнал, называется демодуляцией. В настоящее время самыми распространёнными разновидностями модемов являются ADSL- и GSM-модемы, работающие с телефонными и сотовыми аналоговыми данными соответственно. Но так было не всегда.
История модемов
Считается, что цифровая эра наступила с появлением первого компьютера, но это не совсем так. Принцип работы телетайпа, электромеханического устройства, предназначенного для печати сообщений, поступающих через телефонную линию, также основан на кодировании символов с помощью двоичного кода, как самого простого в реализации. Понятно, что чтобы телетайп понимал, что печатать, он должен уметь преобразовывать телефонный сигнал, и эта задача ложилась на плечи первых в истории модемов, появившихся в 20-ых годах прошлого столетия. В качестве интерфейса между телетайпом и модемом уже тогда использовалось соединение типа RS-232.
Важной вехой в истории создания модема стали 40-ые годы, когда модем был впервые апробирован на компьютере: Джорджу Штибицу в Нью-Йорке удалось получить сообщение, отосланное телетайпом из Нью-Гемпшира. В конце сороковых ВВС США спонсировали разработку устройства, способного предавать данные с радаров в единый командный центр. В итоге специалисты из исследовательского центра AFCRC под руководством Джона Харрингтона представили первый модем, способный оцифровывать звук и выполнять обратную операцию.
В 1958 году команде из Bell Laboratories удалось усовершенствовать устройство, доведя скорость передачи и дешифровки данных до 150 бод (1 бод=1 бит/сек). Спустя два года AT&T разработала прототип, работающий на скорости 300 бод, который первоначально использовался только внутри телефонной компании. В 1962 году появилась модель Bell 103, предназначенная для внешнего рынка. Она была довольно дорогой и использовалась преимущественно для работы с компьютером в терминальном режиме.
Дальнейшему совершенствованию препятствовали разные факторы: от неважного качества телефонных линий до сложностей, связанных с передачей команд компьютером (отсутствие стандартов, интерфейсов и пр.). Частично проблему помогли решить внутренние модемы, представляющие собой плату, вставляемую в стандартный разъём на Motherboard. Одним из первых представителей модемов данного класса стала модель Apple-CAT II.
Стоит отметить, что вторая половина 70-ых была временем, когда в компьютерной области новые устройства часто разрабатывались «с коленки» энтузиастами этого дела, примеров тому имеется множество. Такими энтузиастами были и Денис Хейс с Дейлом Хезерингтоном: друзья в 1977 году занялись разработкой модемов, а через год сделали это занятие основным, оставив прежние места работы. Так появилась компания Hayes Microcomputer, на многие годы вперёд определившая пути развития данных устройств. Первым по-настоящему массовым и успешным их продуктом стала модель Micromodem 100, предназначенная для Apple II и компьютеров S-100 (1979 год). Внутренние модемы были достаточно производительными, но тоже имели недостатки – несовместимость со многими компьютерами на уровне интерфейса, необходимость использования специфического ПО. Так, в весьма популярных компьютерах того времени Atari 400 внутри просто не было места, куда можно было бы вставить модемную плату.
Поэтому акцент был смещён в сторону внешних устройств: большинство компьютеров уже тогда оснащалось стандартным портом RS-232. Основной проблемой таких устройств была невозможность идентифицировать конец сеанса связи. В Hayes Microcomputer взялись решить эту проблему, разработав систему команд, которая передавалась отдельно от данных. Осталось решить, как модем должен понять, что передаются не данные, а команды. Было принят вариант использования для этого последовательность символов «+++», а чтобы она не была интерпретирована как просто текст, перед передачей этой последовательности применяли секундную паузу. В 1981 году в продаже появилась модель Smartmodem, которая умела не только работать в командном режиме, но и определять скорость порта компьютера, к которому подключался модем.
Столь важное изобретение привело к тому, что спустя всего три года большинство рынка модемов составляли устройства Hayes Microcomputer. Дальнейшая их эволюция двигалась в направлении увеличения скорости передачи данных: в 1982 году был достигнут рубеж в 1200 бод, в 1984 году скорость была удвоена, вскоре появились модемы, способные передавать данные на скорости 9600 бод. Первенцем был модем Courier HST. В 1988 году скорость выросла до 14400 бод, а спустя 6 лет появился модем Sportster V.34, у которого этот показатель составлял 28800 бод. Через год скорость модемов была доведена до максимума – 33600 бод, а с принятием протокола V.92 теоретически можно было получить 57,6 КБ/сек, но на практике получалось намного меньше. Чтобы увеличить скорость, нужно было улучшать качество существующих телефонных линий.
Когда появился проводной интернет на базе Ethernet, разработка телефонных модемов постепенно была свёрнута – они уже не соответствовали требованиям по скорости. Однако интернет по витой паре был доступен далеко не везде, поэтому сама идея использования телефонной линии не умерла, а повысить скорость удалось благодаря появлению ADSL-модемов.
Основная идея состояла в применении для передачи данных не тех частот, на которых передавался голос, при этом телефон во время работы модема можно было использовать по прямому предназначению. Скорость передачи данных на вход составляла до 24 МБ/сек, правда, исходящий трафик был лимитирован скоростью в 1 МБ/сек. Скоростные показатели сильно зависели от качества сигнала, который на больших расстояниях от АТС имел свойство затухать.
С развитием сотовой связи началась эра GSM-модемов, для которых вообще не требовались провода, и в настоящий момент именно эти USB-модемы используются там, где нет проводного интернета.
Современная классификация модемов
Существует несколько критериев, с помощью которых классифицируют аналоговые модемы. Рассмотрим их более подробно.
По конструктивному исполнению классификация выглядит следующим образом:
- внешние, подключаемые к компьютеру через порты COM1/COM2 или USB. Первые, как правило, имеют блок питания для подключения к бытовой сети, вторые запитываются от USB;
- внутренние, устанавливаемые на материнскую плату с использованием слотов ISA/EISA, PCI, PCMCIA;
- встроенные, являющиеся частью МП (обычно такими модемами оснащают ноутбуки, где с добавлением плат имеются большие проблемы).
По принципу функционирования различают:
- аппаратные модемы, в которых все операции модуляции/демодуляции осуществляются самим устройством;
- программные, у которых часть или все операции преобразований данных осуществляются программно.
По способу передачи сигнала:
- аналоговые модемы используют провода телефонной сети;
- кабельные для подключения к интернету задействуют коаксиальный кабель (обычный телевизионный или специальный);
- радиомодемы способны принимать радиосигналы, передаваемые на определённой частоте;
- спутниковые – используют сигнал, улавливаемый спутниковой тарелкой. Требуют наличия специального оборудования для передачи сигнала наружу;
- сотовые модемы, имеющие модуль для приёма и передачи данных по мобильной связи. Могут иметь компактное исполнение в виде небольшого USB-брелка.
В настоящее время аналоговые модемы практически не используются. Спутниковые – дорогие и по оборудованию, и по стоимости трафика, но могут работать практически в любой точке земного шара, лишь бы было питание. Радиомодемы тоже имеют ограниченную область использования, а самым распространённым вариантом являются GSM-модемы и их разновидности.
