Chuong I

Chương I THÔNG TIN và SỰ TRAO ĐỔI THÔNG TIN

1.1 Sự phát triển và yêu cầu 1.2 Thông tin - Mã hóa thông tin

1.2.1 Mã và bảng chữ 1.2.2 Nguyên tắc mã hóa 1.2.3 Mã Baudot và mã BCD 1.2.4 Mã ASCII 1.2.5 Mã EBCDIC 1.2.6 Sự truyền trên đường dây

1.3 Cách truyền thông tin trên đường dây

1.3.1 Dãy đồng bộ và không đồng bộ 1.3.2 Mạch dữ liệu đồng bộ

1.1 Sự phát triển và yêu cầu

1.1.1 Sự phát triển

Trong những năm gần đây, các hệ thống máy tính đạt được những thành tựu to lớn, đặc biệt trong lĩnh vực truyền số liệu. Trong vòng 10 năm qua, công nghệ vi xử lý và dung lượng bộ nhớ của máy PC phát triển hàng trăm lần, tốc độ truyền trong mạng diện rộng (WAN) cũng tăng hàng chục lần và trong mạng LAN (với sự tồn tại của các mạng FDDI) nó cũng đạt được những thành quả mỹ mãn.

Hình 1.1 Sự phát triển công nghệ và tốc độ truyền.

Hình 1.1 và 1.2 cho ta sự phát triển về công nghệ và tốc độ truyền.

1.1.1.1 Mạng cục bộ (LAN):

Hơn 90% mạng LAN dựa trên chuẩn được định nghĩa của Ethernet/ IEEE 802-3 năm 1982 và Token Ring/ IEEE năm 1985 với tốc độ truyền đạt được 10 và 16 (hoặc 4) Mbps. Chỉ riêng về mặt số lượng người sử dụng trong mạng có bị giảm đi. Chỉ trong vài năm số lượng người sử dụng trong mạng Ethernet từ hơn 300 giảm xuống còn khoảng 30-40 và có xu hướng đứng lại ở đó. Cuối những năm 80, một tiêu chuẩn LAN mới được thiết lập: mạng FDDI (Fibre Distributed Digital Interface), cơ sở trên đồ hình vòng sợi quang với tốc độ truyền 100Mbps.

Hình 1.2 Sự phát triển tốc độ truyền.

Tuy nhiên FDDI không dễ dàng thiết lập vì các phần tử phần cứng giá thành đắt. Hơn nữa với băng thông 100 Mbps sẽ thường sử dụng cho một phần ứng dụng mạng. Như vậy cũng chưa đủ thật sự cho ứng dụng đa phương tiện (Băng thông tối thiểu 1node trong mạng đa phương tiện là 10 Mbps như vậy nó chỉ cho phép mạng tối đa là 10 thuê bao đồng thời dùng). Chuẩn IEEE 802.12 LAN (Fast Ethernet, Fast Token Ring) được đưa vào sử dụng từ năm 1994, nó cho phép mạng Ethernet hoặc Token Ring truyền với tốc độ 100 Mbps.

1.1.1.2 Truyền dữ liệu ở cự ly xa (WAN):

Trong WAN không giống như trong LAN, tốc độ truyền không ngừng tăng theo thời gian. Mười năm về trước, nó được bắt đầu với đường nối Datex-P có tốc độ 2,4Kbp; 4,8Kbps. Ngày nay với mạng chuyển mạch gói có thể cung cấp cho ta tốc độ truyền 64Kbps và 2Mbps.

Hình 1.3 Sự phát triển của tốc độ truyền dữ liệu mạng diện rộng.

Những năm cuối của thập niên 80 bắt đầu sự truyền phân phối giữa tín hiệu liên tục (analog) và tín hiệu số trên cơ sở rộng hơn: ISND (Intergrated Service Digital Network). Một đường cơ sở ISDN cho băng thông 64*2Kbps có nghĩa là 128Kbps (2 kênh rộng 64Kbps đó có thể dùng cho 1 kênh 128Kbps). Ở bộ phân kênh (multiplexer) sơ cấp S2M liên kết 30 kênh sử dụng, một số kênh băng rộng người sử dụng có thể liên kết thành 1 kênh dữ liệu chung (Hyper-ISND).

Hình 1.4 Cuộc cách mạng truyền dữ liệu xa.

Như vậy đường dây S2M có thể chia thành 2 kênh dữ liệu có 896Kbps cho mỗi kênh và theo đó mỗi kênh có 2 đường nối tiếng nói với mỗi đường có 64Kbps. Ở giai đoạn bắt đầu chuẩn hóa ISDN, một đường truyền có 64Kbps là thích hợp, nhưng suốt thời gian dài chuẩn hóa vấn đề trở nên phức tạp vì chúng ta thấy rõ rằng làm việc trên cơ sở băng thông 64Kbps không đáp ứng được yêu cầu điều khiển đang ngày càng phát triển của hệ thống liên lạc. Do đó bước tiếp theo là phát triển hệ thống truyền băng rộng. Những hệ thống với băng thông hơn 2Mbps được biết đến như: hệ thống chuyển tiếp frame (Frame Relay), hệ thống mạng cho thành phố lớn (MAN: metropolital area network), mạng B-ISDN/ATM, kênh cáp quang (F). (Frame Relay, MAN: metropolital area network, B-ISDN/ATM, Fiber Channel�). Năm 1988 CCITT đã chọn ATM (Asynchronnous Tranfer Mode) là phương pháp truyền chính cho mạng B-ISDN. Sự phát triển ATM và B-ISDN qua 2 năm đạt được nhiều hứa hẹn trong truyền thông, như vậy nó đã trở thành 1 dạng hiện tại để truyền thông tin trong thời gian tới. 1.1.2. Băng thông trong thông tin liên lạc ngày nay:

Hàng chục năm, quá trình ứng dụng dữ liệu chủ yếu giữ trong dạng thông tin ký tự, chỉ mãi đến đầu những năm 90, khả năng ứng dụng đa phương tiện được đưa vào trong các hệ thống máy tính. Thông tin bây giờ ở trong dạnh hình ảnh, văn bản, video và âm thanh, tiếng nói, tài liệu (cơ sở dữ liệu cho đa phương tiện). Thêm vào đó công nghệ thông tin mới được dùng vào thông tin liên lạc (như video hội nghị). Mạng phải đáp ứng những yêu cầu mới đó.

1.1.2.1 Truyền tiếng nói:

Nếu sự truyền tiếng nói chỉ giới hạn ở băng tần 4KHz phù hợp với băng thông trong đường điện thoại (vì tiếng nói có tần số 200 � 3800Hz). Khi đổi sang tín hiệu số (PCM) băng thông yêu cầu truyền được với dung lượng 64Kbps. Phù hợp với định luật lấy mẫu (fs > 2fmax) với fmax = 4000 Hz cần có 4000 * 2 = 8000 lần lấy mẫu trong 1 giây. Ta dùng mã PCM với n=8 ta có được 256 giá trị biểu diễn. Kết quả dòng các bit cần truyền sẽ là 8000 * 8 bit = 64Kbps.

1.1.2.2 Truyền ký tự:

Trong các hệ thống máy vi tính, màn hình của nó biểu diễn 40 dòng và mỗi dòng có 80 ký tự. Mỗi ký tự được mã hóa với 8 bits. Như vậy toàn màn hình có 25,6Kbits dữ liệu. Để truyền dữ liệu đó qua đường nối 9,6Kbps cần có 2,6 giây. Tuy nhiên đó chỉ là trường hợp đặc biệt khi cần truyền toàn bộ màn hình. Nếu như dữ liệu chỉ là 1 phần màn hình thì tốc độ chỉ cần 2,4Kbps đến 4,8Kbps là đủ.

1.1.2.3 Liên mạng LANs:

Ứng dụng thông tin liên mạng trong những năm qua được tăng đáng kể, yêu cầu băng thông truyền để nối giữa 2 mạng LAN có thể rất lớn. Sự đo đạt trên đường nối liên mạng cho thấy rằng tải của mạng tại lúc cao điểm có thể 25 lần lớn hơn so với thời điểm bình thường có tải thấp. Trong nhiều trường hợp, tỉ lệ phần trăm của tổng lưu thông cần thiết trên đường nối liên mạng là 10% có nghĩa là băng thông yêu cầu truyền khoảng 1-10Mbps, (nó phụ thuộc vào đồ hình của mạng: Ethernet, Token Ring hoặc FDDI) là đủ cho đường nối liên mạng.

1.1.2.4 Yêu cầu băng thông cho dịch vụ đa phương tiện:

Yêu cầu băng thông cho ứng dụng đa phương tiện ngày nay thay đổi trong khoảng 10Mbps đến 900Mbps (HDTV- High Definition Television - video).

Ở đây việc sử dụng quá trình nén và tối ưu hóa đó�ng một vai trò quan trọng. Ví dụ: để truyền tín hiệu video ta có thể thu nhỏ để chỉ truyền những phần thay đổi của ảnh mà thôi.

Hình 1.5a Hình 1.5bThông tin liên lạc trong mạng LAN; sơ lược sự lưu thông.

Thông tin phục vụ	Băng thông	Loại ứng dụng
Video	1 Mbps 1 - 10 Mpbs 10 - 100 Mpbs	Đen trắng Màu HDTV (CAD)

1.1.2.4.1 Truyền thông tin video:

Trên màn hình có khoảng 1 triệu phần tử (điểm) và với mỗi điểm thường dùng 3 bytes (24 bit) để biểu thị (trong trường hợp ảnh màu). Điều đó có nghĩa là cần truyền 24Mbit. Dùng đường nối 64Kbps thì phải truyền trong 6 phút. Nếu dùng đường nối có tốc độ 155Mbps thì chỉ tốn 0,15 giây.

Hình 1.6 Sự phát hình và băng thông.

1.1.2.4.2 Truyền video:

Theo qui ước với màn hình 500 dòng có thể truyền với băng thông giữa 10 đến 90 Mbps, phụ thuộc vào giải thuật nén thông tin. HDTV với màn hình 1000-1200 dòng thì yêu cầu 90 � 900Mbps. Bảng sau cho ta quan hệ giữa băng thông yêu cầu và mục đích sử dụng.

Thông tin phục vụ	Băng thông	Loại ứng dụng
Video Đa phương tiện hội nghị	1 Mbps 1 - 10 Mpbs 10 - 100 Mpbs	- Hình ảnh: taking header cửa sổ. - Hình ảnh cửa sổ nhỏ, ảnh chất lượng cao.

Trong tương lai sự quyết định băng thông truyền là do những yêu cầu mức độ thời gian thực (real time). Hình vẽ 1-7 cho ta tốc độ truyền dữ liệu cho một hình ảnh động có thể biến đổi lớn.

Hình 1.7 Tốc độ truyền theo tỉ lệ thay đổi của hình.

1.3 Những nhóm sử dụng mới:

Sự kết hợp của môi trường thông tin hiện đại với quá trình số hóa tạo ra một nhóm người sử dụng mới cho quá trình dữ liệu và cũng tạo ra yêu cầu mới cho thông tin dữ liệu. Trong lĩnh vực đào tạo và kinh doanh cũng làm tăng sự sử dụng thông tin đa phương tiện trên máy tính hiện nay.

Ví dụ: "Tele-teamwork" cho 1 số người sử dụng nối mạng với nhau cùng đồng thời làm việc trên 1 văn bản thông qua terminal của họ hoặc trao đổi cùng một vấn đề. Điều đó dẫn đến yêu cầu về giá thành hội nghị và lưu lại thời gian thông qua. Đó là suy nghĩ ốt để có thể tham dự mà không cần rời khỏi bàn. In từ xa, chữa bệnh từ xa và những bức fax màu chất lượng cao là những dạng khác.

Hình 1.8 Những nhóm ứng dụng trong thông tin dữ liệu.