Pod pojmem přenos dat si můžeme představit předávání informací mezi dvěma systémy. My se budeme zabývat především přenosem dat mezi dvojicí počítačů, resp. mezi počítačem a vzdáleným periferním zařízením.
Přitom nebudeme uvažovat přenos dat na krátké vzdálenosti, jako je např. přenos dat mezi mikroprocesorem a pamětí apod., ale zajímat nás bude přenos dat na vzdálenosti střední (do desítek metrů) a především pak přenos dat na velké vzdálenosti. Uvnitř počítače se informace obvykle zpracovávají po bytech (slabikách, 8 binárních číslic), resp. po jejich násobcích.
Při přenosu dat se pak informace nejčastěji přenášejí buď po jednotlivých bytech (tzv. paralelní přenos dat), nebo po jednotlivých bitech (tzv. sériový přenos dat).
Paralelní přenos dat umožňuje dosáhnout podstatně vyššího přenosového výkonu než přenos sériový, avšak pro přenos dat na větší vzdálenosti se výrazně zvyšuje cena přenosového systému, neboť mezi vysílačem a přijímačem musí existovat přenosová linka obsahující několik (minimálně 11, pro přenos po bytech), signálových kanálů /nebo vodičů?/.
Sériový přenos dat přenáší jednotlivé bity informace za sebou pomocí jednoho signálového kanálu. Tato metoda přenosu dat minimalizuje náklady na přenosové vedení včetně budičů a přijímačů. Naopak vzrůstají náklady na vysílač a přijímač dat díky tomu, že paralelní informace je nutno převést do sériového tvaru a naopak. Ve srovnání s paralelním přenosem dat také tato metoda přenosu dat umožňuje dosáhnout podstatně nižšího přenosového výkonu.
Je ale vhodná především pro přenos dat na velké vzdálenosti, kde je podstatné snížení nákladů na přenosové linky. V dalším textu se budeme zabývat téměř výhradně právě sériovým přenosem dat.
1.2 Synchronní a asynchronní přenos
Další pojem, který se ve spojení s přenosem dat používá je pojem synchronní a asynchronní přenos dat.
Při sériovém přenosu dat se informace přenášejí po jednotlivých bitech.
Pokud jsou okamžiky přechodu od jednoho přenášeného bitu k bitu dalšímu od sebe vždy stejně vzdáleny, pak jde o tzv. přenos synchronní, jestliže přenášená informace tuto vlastnost nesplňuje, jedná se o přenos asynchronní.
Zvláštním případem asynchronního přenosu dat je pak tzv. arytmický přenos dat, leckdy se jednotlivé znaky přenášejí asynchronně, avšak jednotlivé bity uvnitř znaku jsou přenášeny synchronně /dálnopisná značka/. Tato metoda se používá pro asynchronní přenos dat nejčastěji.
Při asynchronním přenosu dat se synchronizace mezi vysílačem a přijímačem zabezpečuje předáváním tzv. synchronizačních znaků nebo jejich posloupností. Tyto synchronizační znaky jsou doplňovány před vysílanou zprávu a zabezpečují synchronizování přijímače dat s vysílačem. Aby nehrozilo nebezpečí synchronizace přijímače při příjmu náhodné posloupnosti bitů vzniklé poruchou, je často nastavení této znakové synchronizace podmíněno příjmem synchronizačního znaku s dvojnásobnou délkou nebo dvojice synchronizačních značek vysílaných vysílačem bezprostředně po sobě.
Protože generátory hodinových signálů vysílače a přijímače pracují s určitou tolerancí, je nutno při synchronním přenosu dat používat takové kódování znaků, které zabezpečí, že při přenosu libovolné zprávy bude docházet ke změnám úrovně signálu tak často, aby bylo zabezpečeno udržení synchronizace přijímače s vysílačem.
Synchronní přenos dat zabezpečuje přenos dat konstantní přenosovou rychlostí, neboť po vyslání synchronizačních znaků jsou data vysílána nepřetržitě, a proto se používá tehdy, kdy je možno zabezpečit přípravu dat zdrojem dat s odpovídající přenosovou rychlostí. Přenosová rychlost při synchronním přenosu dat musí být volena s ohledem na nejpomalejší zařízení na straně přijímače dat.
Jako asynchronní přenos dat na delší vzdálenosti se nejčastěji používá přenos dat arytmický, kdy je přenos jednotlivých znaků asynchronní, ale přenos uvnitř jednoho znaku probíhá synchronně, neboli s konstantní délkou jednotlivých bitů znaku. K zabezpečení synchronizace je každý přenášený znak doplněn o tzv. rozběhový prvek, který slouží k synchronizaci přijímače dat. Za ním následují vlastní datové bity přenášeného znaku a na konci znaku pak následuje tzv. závěrný prvek signalizující ukončení přenosu znaku dat.
Tento závěrný prvek může ještě předcházet tzv. paritní bit sloužící k zabezpečení přenášené informace. Klidová úroveň přenosové linky je při asynchronním přenosu obvykle logická úroveň "1".
Jako rozběhový prvek se obvykle používá tzv. start-bit, jemuž odpovídá přechod do logické úrovně "0" po dobu odpovídající přenosu jednoho bitu dat. Jako závěrný prvek se pak používá tzv. stop-bitu jemuž odpovídá logická úroveň "1" po dobu odpovídající přenosu jednoho, jednoho a půl, nebo dvou bitů dat.
Tvar vysílaného znaku při často používaných tzv. mezinárodních telegrafních abecedách čís. CCITT 2 a CCITT 5 známe z dálnopisné techniky. Při arytmickém přenosu dat pracuje generátor hodinového signálu přijímače obvykle s několikanásobně vyšší frekvencí, než je maximální možná frekvence změn signálu při přenosu dat.
Doba odpovídající přenosu dat je obvykle šestnáctinásobkem (někdy i čtyřiašedesátinásobkem) periody hodinového signálu. Proto je start-bit vyhodnocen jako rozběhová značka až je-li detekována logická úroveň "0" při devíti (třiatřiceti) periodách hodinového signálu, čímž se zvyšuje odolnost proti poruchám, které by mohly být chybně interpretovány jako rozběhová značka. Od tohoto okamžiku jsou v pravidelných intervalech šestnácti (čtyřiašedesáti) period hodinového signálu vzorkovány jednotlivé přenášené bity a na závěr přenášeného znaku je způsobem odpovídajícím vyhodnocení start-bitu vyhodnocen i stop-bit.
Je-li ten přijat nesprávně, je přijatá informace považována za chybnou pro tzv. chybu konstrukce (rámce) dat (tzv. FRAME ERROR). Asynchronní přenos dat umožňuje dosáhnout nižšího přenosového výkonu, neboť přenášené znaky musí obsahovat kromě vlastních dat i rozběhové a závěrné prvky, avšak mnohem snáze se přizpůsobuje přenosová rychlost nejpomalejšímu zařízení na straně přijímače. Proto se pro vyšší přenosové rychlosti při dálkovém přenosu dat používá přenos synchronní umožňující nejefektivnější využití přenosových cest, v ostatních případech pak přenos arytmický.
1.3 Směr přenosu dat - duplex, poloviční duplex
Dále je možno podle směru přenosu dat přenosovou linkou rozdělit přenos dat na jednosměrný a obousměrný. Při použití jednosměrných přenosových linek se ovšem velmi často používají jejich dvojice. Jedna linka zabezpečuje přenos dat jedním směrem, druhá pak směrem opačným. Při obousměrném přenosu dat je jedna přenosová linka využívána pro přenos dat oběma směry. Při úplném obousměrném (plně duplexním) přenosu dat se mohou data přenášet oběma směry současně. Při tzv. poloduplexním provozu se data přenášejí buď jedním nebo druhým směrem, není zde možný současný přenos dat oběma směry. Poloduplexní přenos dat je jednodušší z hlediska řízení přenosu dat, neboť linkou je přenesen blok dat a další (resp. stejný) blok dat je přenášen až po potvrzení správného (resp. chybného) přijetí bloku dat ze strany příjemce. Při plně duplexním provozu se přenášejí bloky dat za sebou a je nutno je číslovat. Zprávy o správném (resp. chybném) přijetí bloku pak musí obsahovat toto číslo přenášeného bloku. Pro zabezpečení přenosu dat je nutné uspořádat jednotlivé přenášené informace do zprávy v jednoznačně definovaném formátu zprávy.
- je možno členit na znakově orientované a bitově orientované. Při znakově orientovaném formátu zpráv je délka přenášené zprávy násobkem délky jednotlivých přenášených znaků. Přenášené znaky jsou pak interpretovány jako kódy jednoznačně definované abecedy. Jako abeceda pro přenos dat se nejčastěji používá tzv. mezinárodní telegrafní abeceda CCITT 5, její jednotlivé kódy zachycuje tabulka
Mezinárodní telegrafní abeceda CCITT 5
Význam řídících znaků této abecedy (kódy 0 až 31) pak zachycuje následující tabulka
Formát zprávy je možno rozdělit na tři části:
záhlaví
vlastní informační část (text zprávy) a
zakončení.
Záhlaví a zakončení se někdy souhrnně označují jako obálka zprávy.
Tato obálka používá obvykle stejnou abecedu jako vlastní text zprávy, ale není to podmínkou.
Záhlaví se skládá ze dvou částí
z části uživatelské, kterou vytváří zdroj zprávy a je předávána příjemci a
z části přenosové, vytvářené prvky linky pro přenos dat a před předáním zprávy příjemci odstraněno.
Zakončení zprávy od sebe odděluje jednotlivé zprávy a dále slouží k zabezpečení přenášených informací pomocí některého kódu pro detekci, resp. korekci chyb.
Zabezpečovací část zakončení zprávy vytváří při vysílání zprávy zdroj dat a pro kontrolu ji vytváří i příjemce dat.
Pro potvrzení správného přenosu zprávy je nutné, aby se tato zabezpečovací část zakončení zprávy vytvořená příjemcem zprávy shodovala se zabezpečovací částí zakončení zprávy ve tvaru v jakém byla do zprávy doplněna zdrojem.
V bitově orientovaných formátech zpráv nemusí být délka přenášeného bloku násobkem délky přenášeného znaku (neboť se vlastně žádné znaky nepřenášejí).
Zpráva se předává jen jako posloupnost bitů a jejich interpretace je plně závislá na zdroji a příjemci dat.
Základním prvkem zprávy bitově orientovaného formátu je tzv. rámec, který je na začátku i na konci ohraničen tzv. křídelními značkami posloupnost bitů "01111110".
Aby nebyla tato křídelní značka mylně interpretována přijímačem v toku bitů, doplňuje vysílač automaticky po pěti "jedničkových" bitech jeden bit "nulový"; přijímač naopak tyto redundantní bity odstraňuje.
Data se mezi zdrojem a příjemcem dat přenášejí pomocí sdělovacího kanálu, někdy nazývaného též přenosová linka.
Dvojice sdělovacích kanálů, kdy jeden slouží k přenosu informací jedním směrem a druhý směrem opačným je pak nazýván sdělovací (nebo též přenosový) okruh.
Každý sdělovací kanál má na každé straně dvojici svorek, sdělovací okruh má pak na každém konci dvě dvojice svorek.
Pokud jsou tyto svorky oddělené, používá se pro přenosový okruh označení okruh čtyř drátový.
V případě, že tyto svorky splývají, používá se označení dvoudrátový okruh.
Zařízení, které má za úkol data poskytovaná zdrojem dat převádět do tvaru použitelného ve sdělovacím okruhu a naopak data přicházející z přenosového okruhu převádět do tvaru použitelného příjemcem dat je nazýváno zařízením ukončujícím datový okruh UZD, mnohem častěji se však pro něj používá označení MODEM (MOdulátor DEModulátor).
Tento modem je se zdrojem resp. příjemcem dat spojen pomocí tzv.rozhraní RS-232. Jako rozhraní se u osobních počítačů řady IBM PC používá nejčastěji pro sériový přenos dat rozhraní RS-232C (rozhraní navržené podle doporučení V.24 a V.28 CCITT), resp. rozhraní CENTRONICS pro přenos dat paralelní. Podrobněji budou o vlastnostech těchto rozhraní pojednávat následující odstavce.
Další problematika, která je podstatná pro přenos dat na velké vzdálenosti je rychlost přenosu dat. Pro snazší pochopení této problematiky jsou první dva důležité pojmy .
Základním pojmem, který je zde nutno zavést je stav . Je to hodnota logického signálu, při běžných zvyklostech odpovídající logické úrovni signálu.
Další důležitý pojem je jednotkový interval ( označen jako Td) což je minimální doba, po kterou je vždy stav logického signálu konstantní.
Převrácená hodnota jednotkového intervalu se pak nazývá modulační rychlost a určuje počet jednotkových intervalů za jednotku času.
Udává se v Baudech (Bd), přičemž 1 Baud je modulační rychlost odpovídající přenosu jednoho jednotkového intervalu za 1 sekundu.
Přenosová rychlost je pak vyjádřena jako počet bitů přenesený za jednu sekundu a udává se v bitech za sekundu (bit/s). Při dvoustavové modulaci, kdy logický signál nabývá pouze dvou stavů 0 a 1, je přenosová rychlost číselně shodná s rychlostí modulační.
Jinak je tomu ovšem při vyšších přenosových rychlostech, kdy se používá vícestavová modulace. Tak např. při čtyřstavové modulaci je přenosová rychlost dvojnásobkem rychlosti modulační.
Konečně posledním důležitým pojmem z této oblasti je tzv. přenosový výkon udávající množství skutečně přenesené informace za jednotku času. Udává se podobně jako přenosová rychlost v bitech za sekundu, ale je vždy nižší než přenosová rychlost, neboť z přenášených dat je jen určitá část užitečnou informací.
Ostatní přenášená data slouží k řízení a zabezpečení přenosu dat a spadají sem i informace, které byly přeneseny chybně a je nutno tedy jejich přenos opakovat.
Pro systém dálkového přenosu dat mají význam tyto všechny tři pojmy. Přenosový výkon je informace, která je nejpodstatnější pro uživatele a říká mu, jak dlouho bude trvat přenos určitého objemu dat. Přenosová rychlost je pak podstatná pro obvody zabezpečující přenos dat i pro jejich řídící software. Konečně na modulační rychlosti závisí parametry přenosových okruhů.