基本介紹
- 中文名：數據機
- 外文名：Modem
- 學科：計算機網路
- 屬性：網路套用硬體
- 開始年代：1950年代
- 作用：模擬信號和數位訊號的“翻譯員”
基本定義,歷史發展,基本原理,分類方法,外置式Modem,內置式Modem,PCMCIA插卡式,機架式Modem,傳輸模式,傳輸速率,傳輸協定,差錯協定,數據壓縮協定,檔案,安裝方法,Modem安裝,軟體安裝,晶片相關,調製方式,性能與價格,主要品牌,選購須知,相關術語,通信協定,糾錯壓縮協定,AT命令,波特率,DCE,DTE,其他,
基本定義
數據機是Modulator（調製器）與Demodulator（解調器）的簡稱，中文稱為數據機，根據Modem的諧音，親昵地稱之為“貓”，是一種能夠實現通信所需的調製和解調功能的電子設備。一般由調製器和解調器組成。在傳送端，將計算機串列口產生的數位訊號調製成可以通過電話線傳輸的模擬信號；在接收端，數據機把輸入計算機的模擬信號轉換成相應的數位訊號，送入計算機接口。在個人計算機中，數據機常被用來與別的計算機交換數據和程式，以及訪問在線上信息服務程式等。
數據機的英文是MODEM，它的作用是模擬信號和數位訊號的“翻譯員”。電子信號分兩種，一種是"模擬信號"，一種是"數位訊號"。我們使用的電話線路傳輸的是模擬信號，而PC機之間傳輸的是數位訊號。所以當你想通過電話線把自己的電腦連入Internet時，就必須使用數據機來"翻譯"兩種不同的信號。連入Internet後，當PC機向Internet傳送信息時，由於電話線傳輸的是模擬信號，所以必須要用數據機來把數位訊號"翻譯"成模擬信號，才能傳送到Internet上，這個過程叫做"調製"。當PC機從Internet獲取信息時，由於通過電話線從Internet傳來的信息都是模擬信號，所以PC機想要看懂它們，還必須藉助數據機這個“翻譯”，這個過程叫作“解調”。總的來說就稱為“調製解調”。
歷史發展
Modem起初是為1950年代的半自動地面防空警備系統（SAGE）研製，用來連線不同基地的終端，雷達站和指令控制中心到美國和加拿大的SAGE指揮中心。SAGE運行在專用線路上，但是當時兩端使用的設備跟Modem根本不是一回事。IBM是SAGE系統中計算機和Modem的供貨商。幾年後美國航空(American Airlines)的執行長(CEO)與IBM一位區域經理的一次會晤促成了"mini-SAGE"這種航空自動訂票系統。在這系統中，一個位於票務中心的終端連線在中心電腦上，用來管理機票有效性和時間。這個系統，叫做Sabre，是SABRE系統的早期原型。
在智慧型Modem之前，幾乎所有的Modem都需要兩個步驟來產生一個連線：第一步，人工在電話機上撥叫對方的號碼，然後將聽筒放在Modem附帶的acoustic coupler里，一個用兩個橡膠杯組成的用來在聲音信號和電信號之間轉換的設備。使用智慧型Modem就不再需要acoustic coupler，而是直接將modem連線在標準電話線或插座上。然後電腦就能自動完成接通電話並撥叫號碼的功能。這個改變極大的簡化了bulletin board systems (BBS)的安裝和使用。
到1980年代Modem的速率一直沒有多大變化。美國一般使用一種與貝爾212類似的2400 bit/s的系統，而歐洲的系統稍有差別。到1980年代晚期大多數Modem都能支持當時所有的標準，2400bit/s逐漸普及。大量特定用途的標準也被加了進來，通常都是使用高速信道接受低速信道傳送，典型的例子就是法國的Minitel 系統，用戶終端大部分時間都在接受信息。Minitel終端的Modem用1200bit/s接受數據75 bit/s傳送命令反饋給伺服器。
基本原理
工作原理一般人的語音頻率範圍是300—3400Hz，為了進行話音信號在普通的電話系統中傳輸，線上路上給它分配一定的頻寬，國際標準取4KHz為一個標準話路所占用的頻頻寬度。在這個傳輸過程中：語音信號以300—3400Hz頻率輸入，傳送方的電話機把這個語音信號轉變成模擬信號，這個模擬信號經過一個頻分多路復用器進行變化，使得線路上可以同時傳輸多路模擬信號，當到達接收端以後再經過一個解頻的過程把它恢復到原來的頻率範圍的模擬信號，再由接收方電話機把模擬信號轉換成聲音信號。
計算機內的信息是由“0”和“1”組成數位訊號，而在電話線上傳遞的卻只能是模擬電信號。不採取任何措施利用模擬信道來傳輸數位訊號必然會出現很大差錯（失真），故在普通電話網上傳輸數據，就必須將數位訊號變換到電話網原來設計時所要求的音頻頻譜內（即300Hz－3400Hz）。
調製就是用基帶脈衝對載波波形某個參數進行控制，形成適合於線路傳送的信號。
解調就是當已調製信號到達接收端時，將經過調製器變換過的模擬信號去掉載波恢復成原來的基帶數位訊號。
採用數據機也可以把音頻信號轉換成較高頻率的信號和把較高頻率的信號轉換成音頻信號。所以調製的另一目的是便於線路復用，以便提高線路利用率。基於載波信號的三個主要參數，可以把調製方式分為三種：調幅、調頻和調相。
分類方法
外置式Modem
內置式Modem
PCMCIA插卡式
機架式Modem
除以上四種常見的Modem外，還有ISDN數據機和一種稱為Cable Modem的數據機，另外還有一種ADSL數據機。Cable Modem利用有線電視的電纜進行信號傳送，不但具有調製解調功能，還集路由器、集線器、橋接器於一身，理論傳輸速度更可達10Mbps以上。通過Cable Modem上網，每個用戶都有獨立的IP位址，相當於擁有了一條個人專線。深圳有線電視台天威網路公司已推出這種基於有線電視網的Internet接入服務，接入速率為2Mbps-10Mbps！
USB接口的數據機
USB技術的出現，給電腦的外圍設備提供更快的速度、更簡單的連線方法，SHARK公司率先推出了USB接口的56K的數據機，這個只有呼機大小的數據機確給傳統的串口數據機帶來了挑戰。只需將其接在主機的USB接口就可以，通常主機上有2個USB接口，而USB接口可連線127個設備，如果要連線多設備還可購買USB的集線器。通常USB的顯示器、印表機都可以當作USB的集線器，因為它們有除了連線主機的USB接口外還提供1-2個USB的接口。
傳輸模式
Modem最初只是用於數據傳輸。然而，隨著用戶需求的不斷增長以及廠商之間的激烈競爭，市場上越來越多的出現了一些“二合一”、“三合一”的Modem。這些Modem除了可以進行數據傳輸以外，還具有傳真和語音傳輸功能。
1.傳真模式（Fax Modem）
通過Modem進行傳真，除省下一台專用傳真的費用外，好處還有很多：可以直接把計算機內的檔案傳真到對方的計算機或傳真機，而無需先把檔案列印出來；可以對接收到的傳真方便地進行保存或編輯；可以克服普通傳真機由於使用熱敏紙而造成字跡逐漸消退的問題；由於Modem使用了糾錯的技術，傳真質量比普通傳真機要好，尤其是對於圖形的傳真更是如此。Fax Modem大多遵循V.29和V.17傳真協定。其中V.29支持9600bps傳真速率，而V.17則可支持14400bps的傳真速率。
2.語音模式（Voice Modem）
傳輸速率
Modem的傳輸速率，指的是Modem每秒鐘傳送的數據量大小。通常所說的14.4K、28.8K、33.6K等，指的就是Modem的傳輸速率。傳輸速率以bps（比特/秒）為單位。因此，一台33.6K的Modem每秒鐘可以傳輸33600bit的數據。Modem在傳輸時都對數據進行了壓縮，因此33.6K的Modem的數據吞吐量理論上可以達到115200bps，甚至230400bps。
Modem的傳輸速率，實際上是由Modem所支持的調製協定所決定的。在Modem的包裝盒或說明書上看到的V.32.V.32bis、V.34.V.34+、V.fc等等，指的就是Modem的所採用的調製協定。其中V.32是非同步/同步4800/9600bps全雙工標準協定；V.32bis是V.32的增強版，支持14400bps的傳輸速率；V.34是同步28800bps全雙工標準協定；而V.34+則為同步全雙工33600bps標準協定。以上標準都是由ITU（國際通訊聯盟）所制定，而V.fc則是由Rockwell提出的28800bps調製協定，但並未得到廣泛支持。
提到Modem的傳輸速率，就不能不提時下被炒得為熱的56K Modem。其實，56K的標準已提出多年，但由於長期以來一直存在以Rockwell為首的K56flex和以U.S.Robotics為首X2的兩種互不兼容的標準，使得56K Modem遲遲得不到普及。1998年2月，在國際電信聯盟的努力下，56K的標準終於統一為ITU V9.0，眾多的Modem生產廠商亦已紛紛出台了升級措施，而真正支持V9.0的Modem亦已經遍地開花。56K有望在一到兩年內成為市場的主流。由於國內許多ISP並未提供56K的接入服務，因此在購買56K Modem前，最好先向你的服務商打聽清楚，以免造成浪費。
以上所講的傳輸速率，均是在理想狀況的得出的。而在實際使用過程中，Modem的速率往往不能達到標稱值。實際的傳輸速率主要取決於以下幾個因素：
1．電話線路的質量
因為調製後的信號是經由電話線進行傳送，如果電話線路質量不佳，Modem將會降低速率以保證準確率。為此，在連線Modem時，要儘量減少連線長度，多餘的連線要剪去，切勿繞成一圈堆放。另外，最好不要使用分機，連線也應避免在電視機等干擾源上經過。
2．是否有足夠的頻寬
如果在同一時間上網的人數很多，就會造成線路的擁擠和阻塞，Modem的傳輸速率自然也會隨之下降。因此，ISP是否能供足夠的頻寬非常關鍵。另外，避免在繁忙時段上網也是一個解決方法。尤其是在下載檔案時，在繁忙時段與非繁忙時段下載所費的時間會相差幾倍之多。
3．對方的Modem速率
Modem所支持的調製協定是向下兼容的，實際的連線速率取決於速率較低的一方。因此，如果對方的Modem是14.4K的，即使用的是56K的Modem，也只能以14400bps的速率進行連線。
傳輸協定
差錯協定
隨著Modem的傳輸速率不斷提高，電話線路上的噪聲、電流的異常突變等，都會造成數據傳輸的出錯。差錯控制協定要解決的就是如何在高速傳輸中保證數據的準確率。差錯控制協定存在著兩個工業標準：MNP4和V4.2。其中MNP（Microcom Network Protocols）是Microcom公司制定的傳輸協定，包括了MNP1—MNP10。由於商業原因，Microcom只公布了MNP1—MNP5，其中MNP4是被廣泛使用的差錯控制協定之一。而V4.2則是國際電信聯盟制定的MNP4改良版，它包含了MNP4和LAP-M兩種控制算法。因此，一個使用V4.2協定的Modem可以和一個只支持MNP4協定的Modem建立無差錯控制連線，而反之則不能。所以在購買Modem時，最好選擇支持V4.2協定的Modem。
另外，市面上某些廉價Modem卡為降低成本，並不具備硬糾錯功能，而是使用使用了軟體糾錯方式。大家在購買時要注意分清，不要為包裝盒上的“帶糾錯功能”等字眼所迷惑。
數據壓縮協定
為了提高數據的傳輸量，縮短傳輸時間，現時大多數Modem在傳輸時都會先對數據進行壓縮。與差錯控制協定相似，數據壓縮協定也存在兩個工業標準：MNP5和V4.2bis。MNP5採用了Run-Length編碼和Huffman編碼兩種壓縮算法，最大壓縮比為2:1。而V4.2bis採用了Lempel-Ziv壓縮技術，最大壓縮比可達4:1。這就是為什麼說V4.2bis比MNP5要快的原因。要注意的是，數據壓縮協定是建立在差錯控制協定的基礎上，MNP5需要MNP4的支持，V4.2bis也需要V4.2的支持。並且，雖然V4.2包含了MNP4，但V4.2bis卻不包含MNP5。
檔案
檔案傳輸是數據交換的主要形式。在進行檔案傳輸時，為使檔案能被正確識別和傳送，需要在兩台計算機之間建立統一的傳輸協定。這個協定包括了檔案的識別、傳送的起止時間、錯誤的判斷與糾正等內容。常見的傳輸協定有以下幾種：
ASCII：這是最快的傳輸協定，但只能傳送文本檔案。
Xmodem：這種古老的傳輸協定速度較慢，但由於使用了CRC錯誤偵測方法，傳輸的準確率可高達99.6%。
Ymodem：這是Xmodem的改良版，使用了1024位區段傳送，速度比Xmodem要快。
除以上幾種外，還有Imodem、Jmodem、Bimodem、Kermit、Lynx等協定。
安裝方法
Modem的安裝過程可以分為硬體安裝與軟體安裝兩步：硬體安裝和軟體安裝。
Modem安裝
1.外置式Modem的安裝：
第二步：關閉計算機電源，將Modem所配的電纜的一端（25針陽頭端）與Modem連線，另一端（9針或者25針插頭）與主機上的COM口連線。
數據機之ATM傳輸模式2.內置式Modem的安裝：
第一步：根據說明書的指示，設定好有關的跳線。由於COM1與COM3、COM2與COM4共用一個中斷，因此通常可設定為COM3/IRQ4或COM4/IRQ3。
第三步：連線電話線。把電話線的RJ11插頭插入Modem卡上的Line接口，再用電話線把Modem卡上的Phone接口與電話機連線。此時拿起電話機，應能正常撥打電話。
軟體安裝
當硬體安裝完成後，打開計算機，外置式Modem還應打開Modem的開關。對於大多數Modem，Windows 98會報告“找到新的硬體設備”，此時只需選擇“硬體廠商提供驅動程式”，並插入Modem的安裝盤即可。如果Windows 98啟動後未能偵測到Modem，也可以按以下步驟完成安裝：
第一步：進入Windows 95的“控制臺”，雙擊“數據機”圖示，並在屬性視窗中單擊“添加”按鈕
第二步：選中“不檢測數據機，而將從清單中選定一個”，然後單擊“下一步”
第三步：在Modem列表中選擇相應的廠商與型號，然後單擊“下一步”。或者插入Modem的安裝盤後，選擇“從磁碟安裝”即可。要證明Modem是否安裝成功，可使用Windows 98附屬檔案中的電話撥號程式隨便撥打一個電話，如果成功的話，說明Modem已被正確安裝。對於上網用戶，還需要安裝撥號網路和協定。
附Modem指示燈含義：
POWER：電源指示燈
ADSL-ACT：信號數據燈，有數據傳輸時閃耀，無時常暗
LAN-ACT：區域網路數據燈，有數據傳輸時閃耀，無時常暗
MR：Modem已準備就緒，並成功通過自檢。
TR：終端準備就緒。
SD：Modem正在發出數據。
RD：Modem正在接收數據。
OH：摘機指示，Modem正占用電話線。
CD：載波檢測，Modem與對方連線成功。
RI：Modem處於自動應答狀態。某些Modem用AA表示。
HS：高速指示，速率大於9600。
PS: 若modem上所有燈常亮，連線不上寬頻,請關閉modem電源後過會再試，並延長間隔時間，若以上方法試後，仍所有燈常亮，請聯繫當地電信部門報告modem問題
晶片相關
調製方式
其數字調試方式有FSK,ASK,PSK,TCM,QAM,等
性能與價格
雖然使用的都是ROCKWELL晶片，但是有的“貓”就愛掉線，有的“貓”的速率無法達到標稱性能。Modem在性能上的差異是由於多種原因造成的，首先是所用的Modem的晶片，其次是選料和電路設計。一般Modem的電路採用的都是晶片廠商推薦的公板設計，而在選料上差別就大了。有些小廠生產的Modem採用的是二手元器件或者質量低劣的元器件，導致Modem長時間工作後由於發熱等原因出現不穩定的現象。知名廠商為了維護自己的信譽，一般採用高可靠性的元件，在性能和穩定性上都超過小廠。正因為如此，同樣是使用ROCKWELL的外置Modem，最貴的要800多元，而最便宜的只要幾十元。
主要品牌
國外Modem的品牌非常多，比較知名的有賀氏、USR、Diamond、美式坦克等。USR的大黑貓在很多發燒友心中算是一種極品，儘管它使用的是TI晶片，但是無論從性能還是穩定性上來說都是首屈一指的，而且它內置的喇叭的音量可以自由調節，讓喜歡熬夜的網蟲不必再擔心Modem的怪叫聲吵著四鄰了。大黑貓的一個絕技就是不掉線，除非把它關掉，否則它會一直掛在網上。Diamond是國外很有名的多媒體設備製造廠商，Diamond的Modem的外形小巧、選料講究、價格適中，是貓中的精品。
一種數據機
一種數據機國內品牌的“貓”也有相當大的市場占有率，比較知名的國內品牌有全向、實達、聯想等，它們在設計上考慮中國的國情，價格也比較平易近人。這裡還有必要提一下台灣的產品。台灣是世界Modem產品的主要生產地，事實上市場上很多Modem雖然打著不同的品牌，但是它們都是由台灣廠商OEM生產的，包括USR的“大黑貓”，Diamond的產品都是在台灣OEM生產的。除了OEM以外，台灣比較知名的Modem品牌有Acer、花王、GVC、WISECOM等。由於Modem的技術含量比較低，市場上還充斥著大量的由南方小廠生產的Modem產品，這些Modem大部分是三無產品，質量很差，只是價格便宜。
選購須知
國外的Modem不一定比國內的好，很多人都喜歡買國外品牌的Modem。其實那些Modem絕大多數是台灣省OEM生產的，只不過在選料上比較講究罷了。而國內的Modem產品在設計上考慮了國內的實際情況，價格比較便宜，而在性能上又不比國外的產品差。不要注重外表，關鍵看內在品質。市場上的Modem外殼搞的越來越花，色彩也越來越絢麗，不過各位在購買的時候千萬別被外表所迷惑。不少廠家推出的所謂系列產品，在價格上差異很大，但實際上用的是一樣的電路板，只不過是外殼不同罷了。買Modem沒有必要為了外殼而多花上幾百元錢。
相關術語
通信協定
通常將通信協定稱為“數據傳輸標準”。通用的56Kbps數據傳輸標準就是ITU指定的V.90協定，它允許數據機能夠在標準的電話交換網上實現56Kps的數據傳輸率。Modem的協定，都是裝載在BIOS中的，所以通過刷新BIOS中的內容能實現有限的升級。
糾錯壓縮協定
在網路通信時，數據是以數據包的形式傳送的，因為信號衰減以及線路質量欠佳，或者受到干擾等問題，經常會有傳輸中數據包丟失或受損的現象。糾錯協定的作用就是偵測收到的數據包是否有錯誤，一旦發現錯誤，糾錯協定將努力重新獲得正確的數據包或通過算法來嘗試修復受損的數據包。常見的糾錯協定有V.42和MNP系列。V.42是ITU-T（國際通訊聯盟）推出的糾錯協定，它的作用是一旦傳送端傳送的數據包丟失，接收方能立即要求對方重新傳送該數據包。MNP則是微軟公司提出的一系列協定，分MNP1--MNP10一共10個級別，級別越高功能就越強，並且能夠向下兼容，MNP的作用是一旦V.42未能完成申請出錯數據包重新傳送的任務，它將嘗試糾錯。這兩種糾錯協定都是Modem普遍支持的。V.42協定還另外負擔數據壓縮的任務。
數據機撥號方式
數據機撥號方式AT命令
(AT Commands)
由Hayes公司發明，已成為事實上的標準並被所有數據機製造商採用的一個數據機命令語言。每條命令以字母“AT”開頭，因而得名。AT後跟字母和數字表明具體的功能，例如“ATDT”是撥號命令，其它命令有“初始化數據機”、“控制揚聲器音量”、"規定數據機啟動應答的振鈴次數“、”選擇錯誤校正的格式"等等，不同牌號數據機的AT命令並不完全相同，請仔細閱讀MODEM用戶手冊，以便正確使用AT命令。
波特率
(Baud Rate)
模擬線路信號的速率，也稱調製速率，以波形每秒的振盪數來衡量。如果數據不壓縮，波特率等於每秒鐘傳輸的數據位數，如果數據進行了壓縮，那么每秒鐘傳輸的數據位數通常大於調製速率，使得交換使用波特和比特/秒偶爾會產生錯誤。
DCE
“Data Communication Equipment(數據通信設備)"的首字母縮略詞。DCE提供建立、保持和終止聯接的功能，數據機就是一種DCE。
DTE
“Data Terminal Equipment(數據終端設備)"的首字母縮略詞。DTE提供或接收數據。聯接到數據機上的計算機就是一種DTE。
其他
線路速率(Line Rate)
連線埠速率(Port Rate)
專線/撥號
專線指的是普通的兩根無源(或有源)電線。在專線上撥號沒有撥號音，因而需專門硬體支持。撥號線就是普通電話線，通過電話系統撥號。常見的數據機都支持撥號線，而不一定支持專線。
