Historický vývoj UART

Predmet	Historický vývoj UART Štandard RS232 Štandard RS485 Blok UART API UART Protokol MODBUS/uBUS Popis protokolu MODBUS/uBUS Implementácia protokolu MODBUS/uBUS
Konfigurovateľné mikroprocesorové systémy
Tématická časť:
Sériová asynchrónna komunikácia - UART

Optická telegrafná stanica

Ľuďom sa však stále takéto prenášania sprav zdali pomalé a náročné a preto si to chceli uľahčiť. Prvým skutočne použiteľným a rozšíreným druhom telegrafu, bol telegraf založený na optickom princípe ktorý v osemnástom storočí zaviedli do používania vo Francúzsku. Idea bola veľmi podobná starému gréckemu fakľovému telegrafu, len fakle nahradili ramená a stožiar a stenu kamenná veža. Podobné telegrafy sa používali aj v iných krajinách s miernymi obmenami, najväčší rozmach však dosiahli vo Francúzsku. Vynálezcom tohto optického telegrafného systému bol Claude Chappe d´ Auteroche (1763 -1805). Svoj vynález prvý krát prakticky predviedol na pokusnej linke dlhej 14 míľ dňa 3. marca 1971. Podarilo sa mu získať pre svoj vynález aj podporu vlády, teda bol schopný dokázať, že jeho vynález prinesie zisk a výhody vyvažujúce veľké investície do budovania siete staníc. Po niekoľkých rokoch v roku 1794 bola oficiálne uvedená do prevádzky prvá „komerčná“ telegrafná linka na svete z Paríža do mesta Lille, a o pár rokov neskôr mala už telegrafná sieť vo Francúzsku 5000 kilometrov a viac ako 500 staníc. Tieto linky spájali všetky dôležité mestá Francúzska.

Fotografia optickej telegrafnej stanice a rez jej vnútrom

Fotografia optickej telegrafnej stanice a rez jej vnútrom

Sieť pozostávala z telegrafných staníc v tvare veží, aké vidíme na obrázku. Na vrchole veže bol stožiar, na ktorom bol priečny trám zakončený dvomi ramenami. Ramená sa pohybovali pomocou prevodov a kľúk, ktoré boli vnútri veže. Obsluha pomocou ďalekohľadu odčítala polohu ramien susednej stanice a potom nastavila rovnaký znak na veži. Systém umožňoval rozlíšiť 196 znakov z ktorých bolo použitých len 92. Boli to jednak písmená veľkej aj malej abecedy, číslice, ale aj riadiace znaky ktorými napríklad obsluha mohla signalizovať prerušenie linky, žiadať o opakovanie signálu, či potvrdiť jeho správne prijatie. Systém bol tak dokonalý že umožňoval dokonca priradiť správe prioritu a tá mala potom prednosť pred ostatnými správami čakajúcimi na prenos.

Znaky použité pri optickom telegrafe

Rýchlosť prenosu správ bola na tie doby vskutku úžasná. Samozrejme, závisela od šikovnosti obsluhy ale priemerne sa prenos jedného znaku na 20 míľ, čo bola bežná vzdialenosť medzi susednými stanicami , spotreboval čas od 6 do 20 sekúnd. V hmle alebo v noci sa správy prenášať nemohli. No aj tak to bol na danú dobu skutočný pokrok. Prenos správy bol aj veľmi drahý, no pre bežných ľudí ani nebol určený . Slúžil hlavne pre potreby armády a štátu. Na masovú dostupnosť takýchto vymožeností bolo treba ešte nejaké to storočie počkať.

Elektrický a chemický telegraf

Za najväčší pokrok v oblasti telekomunikácií vďačíme objavu elektriny. Všetky významné objavy v tejto oblasti vďačia za svoj vznik javu, ktorý začal trhanými pohybmi žabích stehienok a nakoniec pohol celým svetom. Prvým krokom na ceste k elektrickému telegrafu bol objav Stephena Graya, objav elektrickej vodivosti. On prvý prišiel na to, že vtedy ešte len statická elektrina sa dá prenášať pomocou kovového drôtu. V roku 1729 preniesol elektrický prúd vodičom na konci ktorého bol elektroskop ktorý sa pôsobením statickej elektriny vychýlil. Tým vlastne prvý krát preniesol elektrický signál vodičom. Základný princíp elektrického telegrafu bol na svete. No trvalo ešte mnoho rokov, kým sa ho podarilo rozvinúť do použiteľnej podoby. Prvé pokusy sa objavili už v pomerne krátkom čase. V roku 1753 neznámy autor publikoval ideu prenášať správy pomocou siete vodičov spojených s elektroskopmi. Každému znaku by prislúchal samostatný vodič. Táto idea zostala nepovšimnutá a akosi predbehla dobu o skoro pol storočia. Až v roku 1798 sa objavuje ďalší, teraz trochu úsmevný nápad použiť namiesto siete elektroskopov príslušný počet ľudí, z ktorých každý po pocítení elektrického úderu vysloví jemu určené písmeno. Aj keď idea je to v skutku veľmi zaujímavá, našťastie pre prijímače zostala len v rovine teoretických úvah.

Na prelome storočí dochádza k dôležitému objavu, objavu elektrického prúdu Allessandrom Voltom v roku 1799. Tento objav spustil lavínu výskumov, ktorých ovocie na seba nedalo dlho čakať. V roku 1800 sir Humpry Davy objavuje chemické účinky elektrického prúdu a celých 20 rokov trvalo než Oersted v roku 1820 objavil pôsobenie vodiča s elektrickým prúdom na magnetickú strelku. Ďalších 5 rokov výskumov bolo treba na to, kým sa objavil spôsob ako zosilniť účinky elektrického prúdu vo vodiči jeho stočením do tvaru cievky na železnom jadre. Tento objav prináleží Williamovi Sturgeonovi ktorý započal výskumy vlastností elektromagnetov ktorými sa zaoberal aj ďalší významný vedec tej doby Joseph Henry. O tom že vykonal dosť svedčí aj to že je po ňom pomenovaná jednotka indukčnosti ako základnej vlastnosti cievky. Jednoduchým pokusom dokázal preniesť elektrický signál vodičom, keď na jeho koniec umiestnil elektromagnet ktorý rozozvučal zvonček. Vzniklo tak jednoduché signálne zariadenie.

Vráťme sa však k nášmu telegrafu. Pomerne rýchlym zužitkovaním vynálezu Davyho chemických účinkov elektrického prúdu Samuelom Soemerlingom v roku 1809 vzniká chemický telegraf. Ten má znovu osobitný vodič pre každé písmeno , na ich konci sú však vodiče ponorené do nádoby so slaným roztokom. Pri prítomnosti napätia na vodiči sa v jeho okolí začali vyvíjať bublinky. Celé zariadenie možno vidieť na obrázku.

Sturgeonov chemický telegraf

Hlavnou bolesťou takéhoto a jemu podobných zariadení bola prílišná zložitosť. Potreba kábla s viac ako 26 vodičmi bola na tú dobu veľmi obmedzujúca a tak sa takého vynálezy nedočkali aplikácie v praxi.

Čakalo sa na systém ktorý bude dostatočne jednoduchý aby sa presadil v praxi. Najprv bolo potrebné odstrániť príliš veľký počet vodičov. Znaky ktoré sa mali preniesť bolo treba teda nejako zakódovať, aby na ich prenos postačilo menej vodičov. Podobné vynálezy sa postupne objavovali a čakalo sa len na to, keď sa jednému z nich podarí presadiť.

Prvým krokom je telegraf baróna Schillinga von Canstedta z roku 1832. používal 6 galvanometrov, pričom potreboval 8 vodičov. Jeden vodič pre každý z galvanometrov , jeden spoločný a jeden na napájanie signalizačného zvončeka. Znaky boli zakódované do pozícií 6-tich galvanometrov.

Sturgeonov elektrciký telegraf

Systém bol už jednoduchší , no pre praktické použitie ešte trochu ťažkopádny. A hlavne prichádzali stále nové a nové vylepšenia. Už o rok prichádzajú dvaja vedci, matematik Carl Friedrich Gauss a fyzik Willhelm Weber s ručičkovým telegrafom. Ten používal už len jeden pár vodičov a na vysielanie páku, ktorou sa menil smer prúdu v obvode. Ručička na prijímacej strane sa tak mohla vychýliť do oboch strán čo umožňovalo zakódovať do jej polohy potrebný počet znakov. Aj keď systém bol už jednoduchý, stále sa neujal. Na to treba okrem objavu samotného mať aj možnosti a príležitosť ho presadiť. A to sa podarilo až človeku, ktorý napokon zožal celú slávu. Napodiv nebol vôbec vedcom ale umelcom. Bol ním profesor umenia na univerzite Samuel Breese Morse. Jeho zásluhou sa telegraf za krátky čas rozvinul tak, že onedlho spájali telegrafné linky všetky mestá a kontinenty.

Morseho telegraf

Morseho telegraf

Snímku Morseho prvého telegrafu nájdene na nasledujúcom obrázku. Prijímač tvorí rozmerný drevený rám (pôvodne maliarsky stojan), v ktorom je vmontovaný elektromagnet, ktorý pohybuje ramenom na konci ktorého je písací hrot. Ten sa dotýka papierovej pásky ktorá sa posúva pomocou hodinového stroja.

Elektromagnet pohybuje hrotom kolmo na smer pohybu pásky. Signál teda kreslí na páske záznam v podobe akéhosi hrebeňa s rôzne širokými zubmi.

Vysielačom je zvláštne zariadenie v podobe základne, v ktorej sa pomocou kľuky pohybuje žliabok v ktorom sú z dreva vyrezané šablóny znakov. Ich tvar sníma drevené rameno ktoré podľa výšky znakov prerušuje elektrický obvod Takto sa jednotlivé „zuby“ prekopírujú na papierovú pásku v prijímači. Každému znaku prislúcha šablóna s určitou kombináciou zubov a medzier ktorá zodpovedá Morseho kódu. Všetky znaky sú zakódované do kombinácií medzier a zubov.

Pravda Morseho telegraf poznáme dnes v inej podobe ako bola jeho pôvodná. K zmenám a zjednodušeniu došlo ešte pred zavedením do praktickej prevádzky. Vysielač nahradil telegrafný kľúč a tvar signálov namiesto šablóny vyťukával vycvičený operátor. Prijímač sa miniaturizoval a hrebeňovitý záznam na pásku nahradil záznam v podobe medzier a rôzne dlhých čiarok na úzku papierovú pásku.

Telegrafný kľúč, ktorým sa vysielali morseove značky

Prvý telegrafný prenos Morseho systémom sa uskutočnil 24. mája 1844 z kapitolu vo Washingtone to Baltimooru na vzdialenosť 40 míľ. Nastáva obdobie búrlivého rozmachu telegrafie a budovania telegrafných liniek. Tie sa budujú hlavne okolo železničných tratí. V roku 1851 vzniká slávna spoločnosť Western Union a už v roku 1861 vedie naprieč Spojenými Štátmi prvý transkontinentálny kábel. Jedinou prekážkou zostával oceán. Tento sa prvý krát podarilo preklenúť podmorským telegrafným káblom 28. júla 1866. Telegraf tak umožnil doručenie správy na ľubovoľné miesto na Zemi v priebehu niekoľkých sekúnd. Telegraf ponúkal svoje služby každému pomocou verejnej siete telegrafných staníc. Svoj monopol si udržal až do roku 1876 kedy ho prišiel nahradiť azda najvýznamnejší vynález v dejinách komunikácie ktorý priniesol možnosť prenášať hlas do celého sveta priamo do domácností – mobilný telefón.

Morseova abeceda

Ďalekopis

Štandardný ďalekopis sa vyvinul do automatického káblového systému nazývaného Telex. Pôvodne bol rotačný mechanický komutátor (rotačný prepínač) spúšťaný "štartbitom". Komutátor distribuoval ostatné bity skupine Elektromagnetických relé, ktoré pomocou cievok mechanicky text vytlačili na papier. Smerovanie bolo automatizované pomocou rotačného elektromechanického systému, ktorý bol použitý v starých telefónnych systémoch. Do počítačov bol neskôr tento sériový komunikačný systém prispôsobia pomocou vstupno-výstupných zariadení nazývaných sériový port s čipmi USART.

    1870 - Émile Baudot – zaviedol 5-bitový kód pre prenos znakov vhodný pre strojové                              
                          spracovanie a prenos informácií
    1930 - ďalekopis, Nemecko
                        – mechanické kódovanie/dekódovanie
                        – dôležité dodržanie prenosovej rýchlosti
                        – štandardy 45, 150,300,600,1200,2400 Bd
    1960 - zavedený 8-bitový ASCII kód

Vývoj telekomunikačných zariadení mal hlboký vplyv na evolúciu softvéru a operačných systémov, ktoré dodnes zvyčajne dáta spracúvajú ako sekvenciu znakov.

Ďalekopis

Odkazy a literatúra

http://en.wikipedia.org/wiki/Morse_Code

http://sk.wikipedia.org/wiki/Sériová_komunikácia

http://www.1sg.sk/www/data/01/projekty/2008_2009/innovators/technika_a_clovek/historia_komunikacie.html