La
trasmissione seriale
e una modalita di
comunicazione
tra dispositivi digitali nella quale i
bit
sono trasferiti lungo un
canale
di comunicazione uno di seguito all'altro e giungono
sequenzialmente
al ricevente nello stesso ordine in cui li ha trasmessi il mittente.
Nonostante la maggior complessita architetturale e gestionale rispetto alla
trasmissione parallela
, la modalita seriale e una delle piu diffuse in ambito informatico perche:
Ovviamente, il circuito trasmissivo piu semplice ha come contropartita una maggior complessita di gestione.
I dispositivi digitali, come memorie e microprocessori, di norma lavorano con unita minime di
4
o
8 bit
. Nell'architettura dei primi processori, il meccanismo di trasmissione dei dati da un dispositivo all'altro e stato quindi
spontaneamente
progettato per trasportare i dati utilizzando un filo per
bit
, a cui vanno aggiunti una connessione di massa e il segnale di
clock
per il coordinamento di tutte le operazioni.
Come prima alternativa alla trasmissione parallela, e possibile trasmettere su un singolo filo tutti i bit in sequenza sincronizzandoli con un segnale periodico (detto
clock
) trasmesso con un altro filo. Questa modalita, detta sincrona, richiede tre fili (segnale, clock e massa) e permette alte velocita, ma, seppur potendo eliminare il filo di massa, usando la terra, l'uso di un filo di sincronizzazione non la rende adatta, ad esempio, all'uso di impianti gia esistenti, come la
rete telefonica
o quella elettrica.
Per ovviare a questo devono venir usati dei
Modem
(DCE) adatti alla trasmissione dati in modo sincrono e connessi al terminale dati (DTE) tramite una linea seriale sincrona tipo EIA
RS232
o equivalenti.
In caso di Trasmissioni Seriali Sincrone attraverso un sistema Terminale -
Modem
(DTE - DCE) sono necessarie ed indispensabili alcune caratteristiche peculiari:
- disporre di un
computer
sufficientemente potente da soddisfare le esigenze di continuita del flusso dei dati tipico di una trasmissione sincrona.
- disporre di una
interfaccia
di tipo Sincrono
Attualmente la maggior parte di Personal Computer dispone solo di interfacce seriali tipo EIA
RS232
Asincrone proprio per le limitate capacita originali dei P.C. e per i costi di tali tipi di interfaccia (visto il limitato mercato).
Qualsiasi
protocollo
venga usato (dati) la trasmissione DEVE essere preceduta da almeno tre caratteri SYC (Sync o SYNCHRONOUS IDLE)
ASCII
,
Esadecimale
16,
Binario
0001 0110, affinche il
Modem
e, in particolare, il DTE ricevente possa ben sincronizzarsi. Di questi tre caratteri, almeno il primo viene generalmente perso, mentre i restanti due dovrebbero arrivare a destinazione, permettendo cosi un controllo di partenza della bonta della linea e di tutto il sistema. Comunque il primo carattere ricevuto dal DTE remoto DEVE sempre essere un carattere SYC.
Se, per qualsiasi motivo, il DTE in trasmissione non avesse temporaneamente dati significativi da inviare, per non fare cadere la connessione Sincrona e invalidare i dati precedentemente trasmessi, esso DEVE autonomamente trasmettere il carattere di "riempimento" DLE (DATA LINK ESCAPE) ASCII, Esadecimale 10, Binario 0001 0000.
Fin qui le specifiche hardware. Per le caratteristiche di
protocolli
piu o meno complessi in ambienti sincroni si rimanda alle specifiche voci.
Nella modalita asincrona il trasmettitore ed il ricevitore si sincronizzano usando i dati stessi: il trasmettitore invia inizialmente un bit di
partenza
, poi il dato vero e proprio (tipicamente da cinque a otto bit, con il bit meno significativo per primo), un bit opzionale di
parita
, e infine un tempo di
stop
che puo avere diverse lunghezze tipiche (uno, uno e mezzo o due tempi di bit). Il bit di partenza e di polarita opposta alla condizione normale (space o 0). Il bit di stop e di polarita normale (mark o 1) e crea uno spazio prima della partenza del carattere successivo. La modalita asincrona, in caso di trasmissioni di una certa lunghezza, usa i segnali in modo molto meno efficiente della modalita sincrona, in cui, dopo un preambolo di sincronizzazione, tutti i bit trasportano dati.
I primi dispositivi seriali, usati nelle
telescriventi
, erano dei commutatori meccanici rotanti, che inviavano i caratteri codificati a 5 bit in formato
Baudot
al posto del
codice Morse
. Piu tardi, i caratteri vennero codificati usando 7 bit nel formato
ASCII
.
Quando l'
IBM
realizzo il primo computer, agli inizi degli anni '60, basato su un'architettura a 8 bit, estese anche il codice per utilizzare i 128 caratteri aggiuntivi disponibili:
EBCDIC
(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code).
Nelle telescriventi meccaniche il bit di
stop
e spesso esteso a due tempi di bit, per dare al meccanismo piu tempo per terminare la stampa di un carattere.
Il bit di parita puo essere dispari o pari o omesso. Il bit di parita dispari e piu affidabile in quanto assicura che vi sara sempre una transizione o un passaggio di dati, consentendo ai dispositivi di risincronizzarsi.
Attualmente il controllo di parita non e piu usato, poiche il sistema e inaffidabile, specialmente perche, con l'aumentata velocita di trasmissione un possibile
disturbo elettromagnetico
puo avere durata superiore al tempo stesso di trasmissione di un bit.
In questo caso il sistema di controllo di parita dara falsi riscontri di "parita soddisfatta", quando si ha la perdita (errore) di due bit aventi stesso valore (0 o 1). Il controllo di esattezza dei flussi di dati e ora affidato al
protocollo
di trasmissione e a verifiche di tipo
CRC
. La maggior parte delle comunicazioni seriali asincrone oggi vengono effettuate con un formato carattere di
8N1
(8 bit dati, nessuna parita, 1 bit di stop). In questo caso ogni carattere sara trasmesso usando un totale di 10 bit (1 Start, 8 dati, 1 Stop).
La velocita standard per un dispositivo seriale asincrono dipende dal tipo di linee dati e si misura in
bit per secondo
(bps) o, in alternativa, in
simboli per secondo
(
baud
). Le telescriventi meccaniche standard vanno da 110 a 150 baud,
modem
in banda fonica da 300 a 56.200 baud, le connessioni
ADSL
vanno dai 640 kbit/s in su e le connessioni
Ethernet
da 10 Mbit/s a 1 Gbit/s.
Le trasmissioni seriali utilizzano differenti cablaggi e tensioni standard. Nella modalita
Full duplex
sono consentite la trasmissione e la ricezione in simultanea (es. telefono). Nella modalita
Half duplex
si consente invece una trasmissione per volta, in una sola direzione (es. walkie-talkie).
La modalita isocrona e una tecnica di trasmissione asincrona su un dispositivo di tipo sincrono. In pratica puo succedere che si disponga di un canale sincrono ad elevata velocita e che sia necessario, per i piu svariati motivi, stabilire una connessione di tipo asincrono. La cosa e tecnicamente possibile solo a patto che la velocita di trasmissione asincrona sia un quarto della velocita a cui opera la trasmissione sincrona. In pratica si puo trasmettere in modalita asincrona 1200 bit/s su una connessione sincrona predisposta a 9800 bit/s.
Gli standard di trasmissione seriale si differenziano per caratteristiche elettriche e
protocollo di trasmissione
dei dati.
Lo stesso argomento in dettaglio:
Ethernet
.
Ethernet
e il nome di una famiglia di tecnologie per
reti locali
, sviluppato a livello sperimentale da
Robert Metcalfe
e
David Boggs
(suo assistente) allo
Xerox PARC
, che ne definisce le specifiche tecniche a
livello fisico
(
connettori
,
cavi
, tipologia di
trasmissione
, etc.) e a
livello MAC
del modello
architetturale di rete
ISO/OSI
.
Lo stesso argomento in dettaglio:
IEEE 1394
.
La connessione tipo FireWire (
IEEE 1394
) viene comunemente usata per collegare dispositivi di archiviazione o dispositivi di acquisizione video.
Lo stesso argomento in dettaglio:
IEEE 488
.
L'
IEEE 488
, noto anche come
General Purpose Interface Bus
(
GPIB
) e
Hewlett-Packard Instrument Bus
(
HP-IB
) e un
bus
per l'interconnessione e il controllo di apparecchiature elettroniche, reso standard dall'
IEEE
.
Discende da un protocollo proprietario (
HP-IB
) che la
HP
aveva implementato per consentire il controllo tramite computer, della vasta gamma di
strumenti di misura
che produceva.
Nel tempo, per risultare compatibili con la concorrenza, tutte le case costruttrici operanti nel settore degli strumenti elettronici adottarono questo protocollo. Pertanto GPIB e nato da quello che era gia uno
standard de facto
.
Con IEEE-488 e possibile collegare fino ad un massimo di 15 dispositivi in
daisy-chaining
, ovvero in serie con il segnale passato da un dispositivo all'altro, mediante bus parallelo ad 8 bit. La massima velocita, originariamente di 1 MB/s, e stata elevata a 8 MB/s nelle versioni piu recenti.
Questo bus ebbe un'enorme fortuna tra il 1976 ed il 1980 grazie all'unica interfaccia periferica della famiglia
PET e CBM
della
Commodore
realmente utilizzata (la seconda porta 6522 non era protetta e quindi era troppo inaffidabile).
EIA RS-232
(sigla di
Electronic Industries Alliance
Recommended Standard 232
), citato spesso piu semplicemente come
RS-232
o con il piu generico (ed alquanto improprio)
porta seriale
e uno
standard
EIA
equivalente allo standard europeo CCITT V21/V24, che definisce un'
interfaccia
seriale a bassa
velocita di trasmissione
per lo scambio di dati tra dispositivi digitali.
Stendendo un
cavo
fisico tra due apparecchiature elettroniche dotate di una porta RS-232 e possibile realizzare una comunicazione tra di loro.
EIA RS-422
e uno standard
EIA
o V11 nella normativa europea CCITT.
Si tratta di un
protocollo
per la
comunicazione dati
seriale che prevede l'impiego di due
fili
con linea differenziale e
multipunto
(
differenziale
bilanciata). Prevede, per ogni coppia di fili, la trasmissione di dati unidirezionale e non reversibile, su linee di trasmissione dati terminate o non terminate.
Nel caso di due coppie di fili e, ovviamente con due circuiti simili, si ottiene la connessione
full duplex
.
A differenza dell'
EIA RS-485
, a cui differisce per la sola capacita di porsi sulla linea in alta impedenza se non selezionato, l'EIA-422 non permette trasmettitori multipli ma solo ricevitori multipli.
A differenza dello standard
EIA RS-232
e stato progettato per connettere direttamente due apparecchiature (siano esse DTE o DCE) con alta immunita ai disturbi anche a distanze considerevoli (tipicamente fino a 1550 m) e a velocita considerevoli (anche oltre ai 20000 bit/secondo). E uno standard molto diffuso, soprattutto in ambito industriale.
Poiche la variazione di stato del dato e determinato dalla differenza delle tensioni sui due fili in modo bilanciato (da 0 a +5 V e -5 V sui due conduttori rispettivamente) e dal momento che entrambi i fili arrotolati fra di loro con un passo ben preciso devono seguire lo stesso percorso, un
rumore
elettrico o disturbo, ripercuotendosi su entrambi i conduttori, non altera la tensione relativa fra questi ottenendo cosi un'alta immunita ai disturbi.
I connettori usati per questa interfaccia sono il
DB-25
secondo la
EIA-530
, ed il
DB-37
secondo la
EIA-449
.
La lunghezza massima dei cablaggi e 1550 m per velocita non superiori a 1 Mbit/s.
Indicativamente si consigliano le seguenti lunghezze massime dei collegamenti per alte velocita:
- 10 Mbit/s lunghezza 1,2 m
- 100 kbit/s lunghezza 1200 m
Un impiego comune per l'EIA-422 e come estensione per l'
RS-232
. Inoltre, una variante compatibile con l'RS-232 e che adotta un connettore mini-DIN-8 e stata utilizzata per lungo tempo sul
Macintosh
fino a che non e stata sostituita dall'
USB
della
Intel
sull'
iMac
.
EIA RS-485
, equivalente allo standard Europeo CCITT V11, e una
specifica
Modello OSI
a
livello fisico
di una connessione seriale a due
fili
,
half-duplex
e multipunto. Lo standard specifica un sistema di gestione del segnale in forma differenziale: la differenza tra la tensione presente sui due fili costituisce il dato in transito. Una polarita indica un livello logico 1, quella inversa indica il livello logico 0. La differenza di potenziale deve essere di almeno 0,2 V per un'operazione valida, ma qualsiasi tensione compresa tra +12 V e ?7 V permette il corretto funzionamento del ricevitore.
La EIA RS-485 specifica soltanto le caratteristiche elettriche del trasmettitore e del ricevitore. Non indica ne raccomanda alcun
protocollo
per la trasmissione dei dati. EIA RS-485 permette la configurazione di
reti locali
a basso costo e comunicazioni multipunto. Permette una velocita di trasmissione molto elevata (35
Mbit/s
fino a 10 m e 100
kbit/s
a 1.200 m). Dal momento che utilizza un sistema di segnalazione con una tensione non trascurabile, con una
linea bilanciata
tramite l'impiego di un
doppino
(come avviene nella
EIA RS-422
), si possono raggiungere distanze relativamente notevoli (fino a poco piu di 1.200 m).
Rispetto alla
EIA RS-422
, che ha un singolo circuito di pilotaggio, che non puo essere spento, il trasmettitore per la EIA-485 viene messo in modalita di
trasmissione
in modo esplicito, applicando un segnale (CS).
EIA RS-485, come l'EIA RS-422 puo essere resa
full-duplex
utilizzando quattro fili (due doppini), ma dal momento che EIA-485 e una specifica di tipo multipunto, cio non e necessario in molti casi. EIA-485 e EIA-422 possono risultare compatibili entro certi limiti: in caso di connessioni multipunto in cui viene usato, ad esempio, un protocollo di tipo polling/selecting il trasmettitore master e il suo relativo ricevitore possono essere di tipo EIA RS422 mentre tutte le periferiche slave devono essere con un'interfaccia di tipo EIA RS-485.
Le interfacce
SCSI
-2 e SCSI-3 ad esempio utilizzano queste specifiche per implementare il loro
livello fisico
.
EIA RS-485 e usata spesso con alcuni
UART
piuttosto comuni per implementare dei sistemi di comunicazione dati nelle cabine degli aerei commerciali. E anche utilizzata con i
controllori logici programmabili
(PLC), ad esempio nelle aziende e nelle fabbriche per protocolli di comunicazione di tipo proprietario. Dal momento che e differenziale, resiste alle interferenze di natura elettromagnetica provenienti dai motori e dalle stazioni di saldatura.
Questo standard viene al momento gestito dalla
TIA
ed e nominato TIA-485-A,
Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems (ANSI/TIA/EIA-485-A-98) (R2003)
, che indica che lo standard e stato riconfermato senza modificazioni tecniche nel
2003
.
Lo stesso argomento in dettaglio:
USB
.
La connessione tipo USB,
USB
, e stata progettata negli ultimi anni ed ha avuto una gran diffusione quale sistema di connessione a breve distanza (massimo 5 m) fra le varie periferiche di un Personal Computer.