Синхронізація процесу передачі даних

Передача дискретних сигналів між двома пристроями потребує синхронності їхньої роботи. Це пов’язано з тим, що у разі передачі довгої послідовності однакових символів (нулів або одиниць), їх кількість на пристроях передачі та прийому може не співпадати
(рис. 2.11), оскільки частотні параметри генераторів цих пристроїв є неоднаковими.

Рис. 2.11. Поява помилки за рахунок різниці частоти генераторів

передавача та приймача пристроїв (F₁ більше F₂), де: АС – абонентська система

Для запобігання подібних помилок використовуються різні способи синхронізації. Залежно від способу синхронізації, розрізняють канали із асинхронною і синхронною передачею даних.

Під час асинхронної передачі інформація передається в канал по одному символу в довільному темпі, до того ж символи синхронізуються окремо: передача кожного символу супроводжується сигналами «старт» і «стоп». Символами є цифри, букви алфавіту і спеціальні символи.

Двійкова форма подання інформації зумовлює подання кожного символу у вигляді послідовності бітів фіксованої довжини. Кількість інформаційних бітів у кожному символі визначається стандартним кодом що використовується і залежить від кількості символів у ньому. Загалом кількість символів, які можна кодувати за допомогою n бітів, визначається значенням 2ⁿ. Наприклад, за допомогою телеграфного коду Бодо можна зобразити тільки 32 символи, що явно недостатньо для відображення всіх букв, цифр і службових символів. Для розширення коду Бодо введено два спеціальних символи, що називаються буквеним регістром і цифровим регістром. Буквений регістр відображається комбінацією 11111 і означає, що наступні символи є буквами. Цифровий регістр подається комбінацією 11011 і, відповідно, вказує на перехід до цифрових символів. Це дає змогу використовувати той самий символ для кодування цифри і букви. Статистичні дослідження показують, що у разі передачі текстової інформації в коді Бодо витрачається в середньому 5,05 біт/символ, що майже на 19 % менше, чим у разі використання 6-розрядного коду. Проте з переходом до більш швидкісних каналів ця перевага стає менш явною. Очевидно, що за високих швидкостей передачі вплив розрядності коду на затримку передачі даних не є таким помітним. Разом з тим 7-розрядний код, поряд з малими і великими літерами, дає змогу закодувати певну кількість додаткових символів, потрібних для керування передачею даних.

Мабуть, найпоширенішим з-поміж 7-розрядних кодів є код ASCII (American Standard Code for Information Interchange) – Американський стандартний код для обміну інформацією. Однією з його версій є Міжнародний код № 5. Розглянемо структуру цього коду. Як правило, набір символів коду можна подати у вигляді таблиці (табл. 2.1), яка складається з 8 стовпчиків і 16 рядків, нумерація яких починається з нуля. При цьому номер стовпчика визначається трьома старшими розрядами символу. Чотири молодших розряди визначають номер рядка, де міститься потрібний символ. Аналізуючи таблицю, бачимо, що стовпчики визначають тип символу, а рядки — його конкретне значення. Наприклад, нульовий і перший стовпчик визначають керуючі символи, що, у свою чергу, одночасно відповідає наявності нулів у 6-му і 7-му розрядах.

Отже, у кодовій таблиці міститься 32 керуючих символи, серед яких є чотири загальних класи і кілька окремих символів.

Таблиця 2.1.Кодування символів

У класи об’єднуються такі символи:

· керування пристроями;

· символи друку;

· роздільники інформації;

· символи зв’язку.

Символи керування пристроями використовуються для управліннядопоміжними пристроями. До них належать символи DC1–DC4, за допомогою яких ініціалізуються певні процедури керування зовнішніми пристроями.

Символи друку використовуються для управління розташуванням інформації на друкованій сторінці або на екрані дисплея. До цього класу належать такі символи:

BS — повернення на крок, він дає можливість повернути головку пристрою друку на один крок назад або на дисплеї перевести вказівник (курсор) на одну позицію ліворуч;

HT — горизонтальна табуляція, з його допомогою головка пристрою друку або курсор переміщується в задане положення в горизонтальному напрямку;

LF — переведення рядка,за допомогою даного символу головка пристрою друку або курсор переводиться в ту саму позицію наступного рядка;

VT — вертикальна табуляція, забезпечує процедуру табуляції у вертикальному напрямку в межах однієї сторінки;

FF — переведення формату, відрізняється від вертикальної табуляції можливістю переміщення на кілька сторінок;

CR — повернення каретки, дає можливість перемістити друкувальну головку або курсор у початкове положення даного рядка.

Роздільники інформації використовуються для логічного поділу елементів даних з метою полегшення їх обробки. До цього класу належать такі символи:

US — роздільник елементів, призначений для поділу інформації на мінімальні структурні елементи — блоки;

RS — роздільник записів, задає більш значні одиниці інформації — записи, кожен з яких може містити кілька блоків;

GS — роздільник груп, використовується для поділу груп, кожна з яких об’єднує кілька записів;

FS — роздільник файлів, використовується для формування більш значних структур даних — файлів.

Символи зв’язку призначені для управлінняпередачею даних каналами зв’язку. Символи зв’язку коду ASCII орієнтовані на передачу інформації у вигляді заголовка повідомлення і кількох блоків текстової інформації (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Структура повідомлення, де:

АС – абонентська система; С – сервер

Заголовок, насправді, також є блоком, в якому замість тексту міститься адресна і керуюча інформація, потрібна для супроводу текстових блоків. Як роздільники заголовка і тексту використовуються управляючі символи: SOH — початок заголовка і STX — початок тексту. У разі передачі повідомлення, що містить кілька блоків, кожний з них, крім останнього, закінчується символом ETB — кінець блоку передачі. Наприкінці останнього блоку розміщується символ ETX — кінець тексту.

Слід зазначити, що наведені керуючі символи визначають структуру переданих повідомлень. Безпосередньо для керування передачею використовуються такі символи:

ENQ — запит,використовується для запиту відповіді з боку абонентської системи;

ACK — підтвердження,передається приймачем як позитивне підтвердження на запит передавача;

NAK — заперечення,є негативною відповіддю передавачеві з боку приймача;

DLE — перший авторегістр, використовується для розширення функцій керування передачею даних;

SYN — синхронізація, застосовуєтьсядля встановлення або підтримання синхронізації в системах передачі даних.

Використання асинхронного методу передачі передбачає доповнення кожного символу коду ASCII спеціальними службовими символами
(рис. 2.13). Слід зазначити, що початковий стан за відсутності передачі даних відповідає рівню логічної одиниці. Цей стан називається позначеним (MARK). Початок передачі символу пов’язаний з появою стартового біта (START), який відповідає логічному нулю. Потім відбувається передача біта даних, починаючи з молодших розрядів. Зауважимо, що у разі запису коду у двійковій формі його молодші біти розміщуються праворуч (наприклад, символ Sкодується як 1010011).

Рис. 2.13. Структура повідомлення при асинхронній передачі

з використанням службових символів

Якщо затримка передачі даних триває довше визначеного часу, вважається, що канал перейшов у стан розірвання зв’язку (SPACE). Біт парності використовується для контролю правильності передачі даних і набуває такого значення, при якому в переданому символі загальна кількість одиниць (або нулів) завжди є парним або непарним числом залежно від початкової установки регістрів пристрою кінцевого устаткування даних. Приймальний пристрій знову обчислює парність даних, що надходять, і порівнює одержаний результат із прийнятим значенням біта парності. Якщо парності не збігаються, то вважається, що сталася помилка в передачі даних. Наприкінці символу розташовуються два стопових біти (STOP). Потім до надходження наступного стартового біта канал знову переходить у початковий стан (MARK).

Структура переданих символів впливає на ефективну швидкість передачі даних, під якою розуміють кількістьінформаційних (без службових) бітів, переданих за секунду (біт/с). Одиницею загальної швидкості передачі є бод, що відповідає всій кількості бітів (разом зі службовими), переданих за секунду. Для розглянутого коду відношення ефективної швидкості передачі до загальної дорівнює 7:11, або близько 64 %. Отже, цей спосіб передачі, що називається також стартостопним, є досить повільним і використовується в основному для передачі інформації телеграфними каналами зв’язку. Широке застосування асинхронної передачі пояснюється низькою вартістю апаратури, оскільки до неї ставляться менш жорсткі вимоги щодо синхронізації.

У високошвидкісних каналах найчастіше використовується синхронний спосіб передачі інформації, тобто відпадає необхідність включення на початок і кінець кожного символу стартостопних бітів. У цьому разі інформація передається неперервними блоками досить великого розміру, що, порівняно з асинхронним способом передачі, сприяє досягненню більш високих швидкостей передачі даних за тих самих параметрів каналу зв’язку.

Взаємна синхронізація передавача і приймача здійснюється за допомогою преамбули— спеціальної послідовності символів (10 101 010....101 011), яка передує передачі блоку даних. Чергування одиниць і нулів розглядається як послідовність сигналів синхронізації, причому дві останні одиниці означають її закінчення. Зі збільшенням довжини текстових блоків зростає інтервал між послідовностями сигналів синхронізації, що підвищує ймовірність появи помилкових символів. Це пов’язано насамперед із дрейфом генераторів передавача і приймача, усунення якого збільшує вартість апаратури передачі даних. Вибір оптимальної довжини блоків дає можливість за відносно невеликих апаратурних витрат досягти необхідного рівня надійності передачі тексту.