Uma possibilidade de aplicação das mais interessantes para o PC é a de se conseguir acessar às informações contidas em outros computadores ou enviar para eles informações através das linhas telefônicas.
Esta possibilidade, que começa com o uso do próprio computador como fax e que se estende ao acesso às BBSs e à Internet é algo que interessa a todos os leitores que possuam este tipo de equipamento. No entanto, para entender como tudo isso é possível e de que modo a eletrônica participa desta troca de informações é preciso entender como funcionam os MODEMs e os padrões utilizados. Neste artigo vamos explicar justamente isso, focalizando alguns aspectos técnicos que interessam a todos que pretendem comprar, instalar e usar um MODEM em seu computador.
Obs. Este artigo é de 1996, quando os modems eram ainda do tipo para linha telefônica, com baixa velocidade em comparação com os atuais.
O envio de documentos ou mensagens escritas através da linha telefônica, cabos especiais, fibras ópticas ou mesmo através de sinais de rádio não é novidade recente. A primeira versão de um dispositivo que pode ser considerado um fax (abreviação de fac-simile) foi patenteada 1842 por Alexandre Bain.
O sistema original era formado por um par de máquinas que eram interligadas por meio de fios. As máquinas eram eletromecânicas e o que se digitava no teclado de numa era reproduzido na outra.
Na versão moderna, temos uma espécie de "Tele-Xerox", ou seja, uma copiadora à distância: você enfia os originais do documento que pretende transmitir de um lado do sistema e a cópia é feita do outro lado, conforme mostra a figura 1.
Veja que os dois aparelhos não precisam estar conectados fisicamente: são as informações sobre o documento original que devem ser copiadas, devendo portanto ser convertidas em sinais elétricos que podem ser enviados por meio de fios ou mesmo ondas de rádio até o receptor onde é obtida a cópia.
Inicialmente, os aparelhos de fax só eram encontrados em grandes empresas, mas o desenvolvimento da eletrônica não só barateou estes equipamentos como também possibilitou uma expansão de seu uso, inclusive incorporando-os aos computadores pessoais.
Assim, o mesmo sistema que permite que você envie um documento de um aparelho de fax para outro, também permite que você conecte seu computador com outro através da linha telefônica ou ainda conecte seu computador com um fax comum e faça uma transferência de informações.
Estas informações podem ser desde um texto digitado no seu computador, como um documento ou uma foto. A única exigência é que eles contenham informações que possam ser convertidas em sinais digitais para a transmissão.
Os primeiros aparelhos de fax eram lentos, operando a uma velocidade de 300 baud, o que significava que para transmitir uma simples página eram necessários até 6 minutos. O sistema usava a técnica FSK (Frequency Shift Keying) em que os "bits" eram convertidos em tons de áudio de duas frequências diferentes que se alternavam de modo a poderem ser compatíveis com as características das linhas telefônicas comuns.
A palavra baud é muito importante quando se trata do envio de informações. Ela vem do nome do telegrafista francês J. M. E. Baudot que criou um padrão para medida da velocidade no envio de mensagens telegráficas.
É importante observar que a unidade baud que representa uma transição do nível de sinal enviado não corresponde necessariamente a um bit. Assim, os modernos MODEMs conseguem "enfiar" mais de um bit por baud não havendo portanto uma correspondência da unidade baud com bit por segundo (bps).
Mas, o mais importante para entender as limitações no envio de mensagens digitalizadas pelas linhas telefônicas é entender a diferença entre os sinais analógicos que correspondem à voz e os sinais digitais gerados pelos computadores.
O que ocorre é que as informações contidas num documento quando convertidas por um fax ou por um PC para a forma digital entram em "conflito" com as características das linhas telefônicas que são feitas para trabalhar com sinais analógicos, ou seja, a voz.
As linhas telefônicas são projetadas para operar com a faixa de 300 a 3000 Hz que permite que a voz humana possa ser transmitida sem problemas.
Esta faixa de apenas 2 700 Hz, entretanto, é muito estreita para transmitir dados na velocidade que um PC pode gerar ou receber ou ainda, para ser conveniente para a operação com grande quantidade de informações.
Os primeiros sistemas procuravam aproveitar totalmente esta faixa limitada, sem muitos problemas, pois os dados gerados pelos computadores e fax eram então em pequena quantidade.
O que se fazia então era gerar uma portadora ou um sinal "de suporte" que pudesse ser enviado pela linha telefônica e modulá-lo de alguma forma com a informação a ser transmitida, de tal maneira que essa informação pudesse ser recuperada do outro lado da linha sem problemas.
É claro que os sistemas iniciais muito simples e de baixa velocidade precisaram ser aperfeiçoados de modo a se obter velocidade cada vez maiores, compatíveis com as quantidades de dados que devem ser trocadas.
Os métodos de modulação foram então aperfeiçoados até chegarmos aos modernos MODEMs que encontramos na maioria dos computadores.
OS MÉTODOS DE MODULAÇÃO
A portadora que vai transportar as informações pela linha telefônica deve ser um sinal cuja frequência esteja dentro dos limites de sua capacidade de condução, ou seja, dentro da faixa de 300 a 3000 Hz.
O que se faz então é variar alguma característica da portadora com a informação a ser transmitida de modo que ela possa ser reconhecida no receptor.
Podemos, por exemplo, modular a portadora em amplitude de modo que sinais de intensidades diferentes possam ser interpretados como zeros ou uns da informação digital.
Também podemos modular a portadora em fase de modo que o "ritmo" de produção dos sinais se altere de acordo com a informação a ser transmitida.
Outra possibilidade interessante consiste em se modular a portadora em frequência de modo que os bits "zero" tenham uma frequência e os bits "um" tenham outra frequência.
Na figura 3 temos uma representação desses três modos de modulação.
A combinação das três modulações pode ser importante para se concentrar mais informações numa portadora, conforme veremos.
a) Frequency Shift Keying (FSK)
Esta é a forma de modulação mais simples que pode ser usada para transmissão de dados por uma linha telefônica.
No sistema que usa o FSK os níveis altos e baixos que correspondem a um bit são emitidos na forma de dois tons com diferenças de frequência de 150 Hz e que devem ser reconhecidos pelo receptor. Em suma, um tom de uma frequência corresponde ao bit "zero" e um tom de outra frequência corresponde ao bit "um".
Como precisamos de pelos menos alguns ciclos de cada tom para que o receptor possa reconhecer sua frequência, a velocidade máxima do FSK é muito baixa: 300 bits por segundo.
O padrão Bell 103 fixa as frequências do método FSK de tal forma que se tem uma velocidade máxima de 300 bits por segundo, que neste caso corresponde a 300 baud. São usadas duas portadoras, uma de 1 200 Hz e uma de 2 200 Hz deslocadas de 150 Hz na modulação.
b) MODEMs de alta velocidade
Para se obter uma velocidade maior do que 2 400 bits por segundo são usados MODEMs de alta velocidade. Estes MODEMs combinam os diversos tipos de modulações que vimos e com isso podem alcançar velocidades de até 14 400 bps e mesmo 28 800 bps como a maioria dos tipos atuais.
O que se faz é usar um processo de codificação denominado "codificação de grupos" em que os estados possíveis do sinal (frequência, fase e amplitude, por exemplo) não são associados a um simples bit, mas a um grupo de bits.
Por exemplo, se tivermos dois níveis possíveis de modulação em amplitude e combinarmos com duas alterações de fase podemos ter 4 estados possíveis que combinam os 4 dados que podem ser representados por 2 bits, conforme mostra a figura 4.
Isso significa que se tivermos um MODEM que opere a 600 baud mas que tenha uma codificação deste tipo, ele pode transferir dados com o dobro da velocidade, ou seja, 1 200 bps. Neste ponto fica mais clara a diferença entre baud e bits por segundo.
Se conseguirmos colocar 16 estados discretos num sinal em lugar de apenas 4, trabalhando por exemplo, com quatro níveis de sinal em lugar de apenas dois, podemos transferir informações numa velocidade de 600 bauds que correspondam a 2 400 bps.
Técnicas especiais usadas nos MODEMs atuais que reúnem diversos tipos de modulação e diversos níveis possíveis para cada uma permitem obter até 256 estados o que leva a possibilidade de termos velocidades até maiores que os 28 800 bps conseguidos na maioria dos tipos comerciais.
O que deve ser levado em conta é que, à medida que trabalhamos com mais estados possíveis e, portanto aumentamos a capacidade de transmitir mais bits por Baud, também aumentamos a probabilidade de que os dados não cheguem da forma perfeita do outro lado. Cada sinal passa a transportar mais dados e com isso a possibilidade de uma falha se torna proporcionalmente maior.
OS PADRÕES
OS MODEMs não podem ser considerados dispositivos que dependem para funcionar exclusivamente de seu computador. Os MODEMs foram feitos para se comunicarem, o que significa que "devem falar a mesma língua". Indo além, um ponto crítico nos MODEMs é a necessidade de seguirem determinados padrões que sejam aceitos universalmente.
O leitor pode imaginar o que ocorreria se seu computador tivesse um MODEM que usasse um padrão de transmissão que não fosse reconhecido pelos outros.
O aparecimento dos padrões atuais mais usados ocorreu depois que a Bell Systems criou o Bell 103 de que já falamos, para os MODEMs de baixa velocidade usando a modulação FSK.
Quando a Bell System foi dividida na AT&T e as sete concessionárias regionais de menor porte, o monopólio telefônico nos Estados Unidos acabou e com isso novos padrões de MODEMs apareceram em diversos locais, inclusive em outros países.
Assim, o sistema FSK original foi aperfeiçoado e em 1980 o CCITT (Comité Consultatif International Télégraphique et Telephonique - que é uma organização da ONU) adotou padrões mais rápidos partindo do que usa uma velocidade de 9 600 bits por segundo e que é usado na maioria dos aparelhos de FAX atuais.
Os padrões da CCITT receberam denominações como v.22bis, v.32, v.32bis, v.42 e v.42bis. Observe as caixas dos MODEMs quando os adquirir: a indicação de que obedecem a estes padrões é um atestado de que eles podem ser comunicar com outros MODEMs de qualquer parte do mundo sem problemas!
Um outro fabricante que estabeleceu padrões é a Microcom, uma empresa dos Estados Unidos. Os padrões desta empresa tem designações que começam com as letras MNP como o MNP4, MNP5, etc. As letras MNP significam Microcom Networking Protocol.
Com estes novos padrões as velocidades cresceram e já seria possível transmitir um documento de página inteira em tempos menores que 1 minuto.
Uma velocidade maior para se transmitir sinais via linha telefônica também significa a possibilidade de se conseguir maior nitidez quando se transmite uma imagem (foto ou desenho).
QUE PADRÃO ESCOLHER
Os padrões mais adotados são os da CCITT e o leitor deve estar atento a eles quando for adquirir um MODEM.
Assim temos os seguintes padrões como os mais encontrados nas especificações de MODEMs:
v.22 - este é o padrão equivalente ao antigo Bell 212A e proporciona uma velocidade de transferência de dados de 1 200 bps a 600 baud. É importante observar que a equivalência não significa neste caso compatibilidade. Se bem que poucos MODEMs usem hoje esta velocidade, a possibilidade de se seu MODEM entender uma transferência de documentos feita neste padrão é interessante.
v.22bis - trata-se do primeiro padrão que pode ser considerado mundial. Com ele pode-se transferir dados a uma velocidade de 2 400 bps em 600 baud. A técnica de modulação usada é a de treliças que combina modulação em amplitude com fase. São usadas 4 amplitude e quatro fases que resultam em 16 estados disponíveis por ciclo do sinal.
v.32 - este padrão de alta velocidade pode transferir dados a 4 800 e 9 600 bps em 2 400 baud.
v.32bis - trata-se do padrão v.32 modificado para operar com 14 400 bps e tem recurso do "fall back" que o levam a velocidades intermediárias de 12 000 bps e 7 200 bps.
Para obter esta taxa de transmissão são usados 128 estados por baud o que possibilita a codificação de 7 bits por baud.
v.42 - este não é um padrão de transmissão mas sim de correção de erros tendo sido criado para suportar as comunicações que usem os padrões v.32 e v32.bis.
A finalidade deste padrão é ajudar as comunicações que sejam feitas pelos padrões anteriores inclusive o MNP4 que é usado como protocolo alternativo. Assim, numa comunicação, o MODEM tenta antes definir o uso do v.42, mas se ocorrerem falhas ele passa a usar o MNP4.
v.42bis - este é o mais eficiente de todos os padrões e com ele o v.42 também funciona melhor. Com o v.42bis é possível multiplicar por 4 a velocidade de transmissão chegando ao limite das portas seriais do PC que está em 38 400 bps.
Observe que todas as velocidades são múltiplos de 2 400 que é justamente a velocidade dada pelo primeiro padrão realmente mundial.
PORQUE PRECISAMOS DE MAIOR VELOCIDADE
Quando transmitimos informações, dependendo de seu volume, o valor da conta telefônica que pagamos pode ser reduzido se tivermos mais velocidade.
Com arquivos muito grandes o tempo ocupado numa ligação internacional pode pesar sensivelmente na hora de se optar pelo uso do MODEM.
Para o caso de imagens, a velocidade é importante para que o tempo disponível não comprometa sua qualidade.
É como na TV em que o maior número de pontos de imagem resulta numa reprodução mais nítida. Assim, uma transmissão de 9 600 bits por segundo é possível obter uma resolução de 1728 pontos horizontais por centímetro ou quase 200 dpi (dot per inch ou pontos por polegada) e 100 dpi verticalmente.
Com maior velocidade ou obtemos maior resolução ou ainda transmitimos uma imagem com mais detalhes em tempo menor.
Um artifício interessante que é possível de se utilizar para ganhar tempo quando o computador é empregado na transmissão é o que faz uso de programas compactadores de dados.
O que este programa faz é analisar o documento que vai ser transmitido e verificar se existem dados que se repetem e que portanto só ocupam "tempo" da transmissão.
Assim, se no seu documento, o programa encontra uma linha em que você digitou 60 tracinhos para encerrar um capítulo como mostra a figura 5, em lugar de repetir 60 vezes o envio do byte "-" 60 vezes, ele simplesmente envia 60 "-" ou seja, a informação que o sinal - deve ser repetido 60 vezes naquela linha.
Um bom programa compactador pode reduzir um documento até a 20% de seu tamanho original, com uma transmissão 5 vezes mais rápida.
Os computadores, para poderem converter suas informações na forma que possam ser enviadas pela linha telefônica ou por outro meio equivalentes, e vice-versa, necessitam de circuitos especiais.
VELOCIDADES MAIORES
Já estão em estudos e até em operação diversos padrões que fazem uso de linhas ou meios com maior capacidade de transmissão de dados e que certamente estarão acessíveis ao usuário gradativamente.
Com estas novas tecnologias o limite teórico de 38 400 bps das linhas telefônicas convencionais estará sendo superado e os usuários poderão transferir até imagens em tempo real.
Vejamos alguns destes novos padrões.
Um deles, que já funciona em algumas localidades dos Estados Unidos é o Switched Data Services 56 ou SDS56 que proporciona ao usuário um canal de 56 kbps, empregando na condução um par de fios trançados comum. Como este padrão ainda não tem uma aceitação mundial ele é mais usado quando se deseja fazer a transferência de dados sempre para outro computador que também use o mesmo padrão (filial e matriz de uma empresa, por exemplo).
Temos a seguir o ISDN que significa Integrated Services Digital Network (mas que alguns engraçadinhos chamam de I Still Don't Know) e que permite o uso de um par trançado mas com velocidade de transferência que alcança os 64 kbps.
O interessante deste padrão é que ele comporta três canais digitais num único par de fios: dois canais B (Bearer) que transportam qualquer tipo de dados (voz, mensagens de faz, imagens, etc.) e um canal D (Delta) que pode transferir sinais de controle ou ainda funcionar como um terceiro canal de dados.
Finalmente, temos o SMDS que significa Switched Multimegabit Data Service e que permite a transferência de dados por meio de linhas telefônicas a uma velocidade de 1,45 Mbps.
OS CIRCUITOS DOS MODEMs
Modem é a abreviação de MOdulador/DEModulador e sua finalidade é converter os sinais que devem ser enviados de um computador para outro (ou de um fax para outro) na forma que possam passar pela linha telefônica (ou outro meio) conforme mostra a figura 6.
Conforme salientamos no início do artigo, o problema principal que encontramos no projeto dos MODEMs é a velocidade máxima com que as linhas telefônicas comuns podem operar e suas características.
As linhas telefônicas foram criadas para trabalhar com informações analógicas, ou seja, a voz cuja frequência prevista está entre 300 e 3000 Hz, conforme já explicamos, o que é mais do que suficiente para que a voz humana possa ser entendida.
As frequências abaixo de 300 Hz, se bem que concentre a maior potência de nossa fala quase não contribuem para sua inteligibilidade e as que estão acima de 3 000 Hz, apenas afetam um pouco sua clareza.
Usando esta faixa bastante estreita de frequências, de apenas 2 700 Hz de largura, as empresas telefônicas tem maior facilidade em aproveitar os canais disponíveis nos seus sistemas eletrônicos. Com canais mais estreitos, uma quantidade maior deles pode ser colocada numa certa faixa de frequências disponível de um link, por exemplo.
No entanto, a velocidade com que os computadores devem enviar informações digitais é muito alta quando comparada ao máximo que uma linha telefônica pode trabalhar. Veja, entretanto, que mesmos os computadores que operam em 100 ou 150 MHz não podem trocar informações numa velocidade maior do que 38 400 bps, pois esta é a velocidade máxima de suas portas seriais. Mas, mesmo tendo a possibilidade de alcançar esta centena de milhar de bits por segundo, quando pretendemos fazer conexões usando a linha telefônica temos de nos contentar com as placas de MODEM que, com muito custo conseguem chegar aos 14 400 bits por segundo ou mesmo 28 800 bits por segundo, que são as mais usadas atualmente.
Em muitos casos, entretanto, a linha "não suporta" tais velocidades e as comunicações podem ser afetadas. As próprias placas de Modems são dotadas de circuitos que podem fazer o teste antes de trocar as mensagens: se uma conexão não "aceita" 14 400 bps, por exemplo, a placa se ajusta automaticamente para a velocidade imediatamente inferior e testa novamente a ligação. Se ela aceitar a transmissão tem prosseguimento... Este recurso é denominado "fallback" e praticamente todas as placas de MODEM o possuem.
Dentro dos padrões das linhas telefônicas as velocidades conseguidas até que são grandes, se bem que ainda bem longe do que poderíamos obter com os circuitos dos modernos computadores.
No futuro, quando a linha telefônica de fio elétrico comum for substituída por fibras ópticas, estas velocidades poderão ser multiplicadas milhares de vezes e aí sim, as informações poderão fluir muito mais facilmente entre os computadores, por mais longe que eles estejam uns dos outros.
O componente básico de um MODEM é a UART que significa Universal Assynchronous Receiver and Transmitter. Trata-se de um componente que faz o interfaceamento dos dados na forma paralela que devem ser trabalhados pelo PC com os dados que chegam ou que saem na forma serial pela linha telefônica.
As UARTs mais usadas nos MODEMs comuns são as 16450 e a 16550. A 16550 deve ser preferida, por ter um desempenho melhor já que inclui um buffer de placa. Para velocidades acima de 14 400 bps a 16550 deve ser a preferida.
Os MODEMs usados nos PCs atuais podem ser de três tipos: externo e interno pu PCMCIA.
O MODEM interno típico usado num PC (Computador Pessoal) consiste numa placa que é encaixada num "slot" interno, conforme mostra a figura 8, e ligada por meio de conector apropriado a uma linha telefônica.
Nesta placa destacamos a UART que transforma as informações digitais na forma paralela em informações seriais que possam ser jogadas na linha telefônica e as informações seriais que chegam pela linha em informações paralelas que o PC possa utilizar. A qualidade deste componente vai determinar o desempenho do MODEM.
Usando um programa apropriado, o computador acessa esta placa e com ela pode fazer todas as operações de envio e recebimento de arquivos. Qualquer coisa que possa ser gravada num disquete ou num disco rígido pode ser enviada de um computador para outro, passando pelo MODEM.
Existem então programas que fazem a discagem automática do número do telefone em que está conectado o computador para o qual desejamos transferir a mensagem, ou acessar o arquivo, que adaptam a velocidade do MODEM ao que a linha suporta, que registram informações importantes adicionais como horário da chamada, etc.
Enfim, com uma placa de MODEM num computador e os programas apropriados é possível conectar seu computador a qualquer outro que tenha os mesmos recursos (ou aparelho de FAX comum para o qual é possível enviar mensagens).
O MODEM externo consiste basicamente no mesmo circuito, com a diferença de que é montado numa caixa e conectado à uma das portas disponíveis do PC.
Não há diferença de funcionamento, apenas que, o MODEM externo pode ser ligado ao seu PC mais facilmente, e se você trocar de equipamento, ele pode ser mantido para ser usado no novo equipamento, sem muito trabalho.
O MODEM PCMCIA tem a forma de um pequeno cartão que é encaixado em soquete padronizado encontrado nos LAPTOPs e NOTEBOOKs, ou seja, é um MODEM para PCs portáteis.
O preço de uma placa de MODEM ou de um MODEM externo varia muito, dependendo de sua velocidade e dos recursos que ele possua.
Atualmente as velocidades mais usadas são as de 14 400 bps e 28 800 bps. Na verdade, como a velocidade de operação é importante pois determina o tempo que se usa a linha telefônica para a transmissão de um arquivo, a tendência é que sempre os MODEMs de maior velocidade passem a ser os preferidos.
Por isso, já notamos uma tendência dos MODEMs de 14 400 bps, que estão se tornando cada vez mais baratos, estarem totalmente obsoletos em pouco tempo.
COMO CONECTAR UM MODEM
A instalação de um MODEM é bastante simples tanto se for interno como externo.
No caso do Interno, basta encaixar a placa num slot livre e se for externo basta conectar os cabos.
Os MODEMs possuem dois conectores telefônicos RJ11, semelhantes aos encontrados nos telefones sem fios e secretárias eletrônicas. Num deles temos a indicação "line" (linha) e noutro a indicação "phone" (fone) ou algo equivalente.
Se o aparelho for usado apenas para a transferência de dados, basta ligar o cabo telefônico fornecido com o MODEM à tomada de telefone na parede e o ponto line. Eventualmente será preciso usar um adaptador de 4 pinos para esta finalidade, conforme mostra a figura 7.
Se for usado simultaneamente o telefone, eles serão ligados em sequência sendo sempre o telefone o último.
Evidentemente, o MODEM deve ser configurado. Para isso, o procedimento mais comum é o seguinte:
* Determine a porta COM que vai ser atribuída ao MODEM (cuidado para não escolher a mesma porta que está sendo usada pelo mouse).
* Consulte o manual para verificar quais são as DIP switches ou jumpers que devem ser configurado, se o procedimento for manual. Em alguns tipos, acompanha um disquete que roda um programa que faz isso automaticamente.
* Instale o MODEM no slot ou faça suas ligações ao PC e à linha telefônica.
* Teste o MODEM usando o Windows ou outro procedimento indicado pelo fabricante. Pelo windows basta abrir o grupo Acessórios e executar o Terminal. No menu de Configurações vá ao Settings e selecione Comunicações, colocando os dados que forem indicados pelo fabricante de seu MODEM.
* Siga os procedimentos indicados pelo manual do fabricante para o teste nos demais quadros do Terminal.
