Kapitel 2. Dataöverföring

Innehållsförteckning
Inledning
Duplex, Simplex och Halv-duplex
Analog och digital överföring
Amplitud och frekvens
Mer om digital dataöverföring
Något om talbaser
Bit, Byte kByte, ...
ASCII-tabell
Sammanfattning

Detta kapitel behandlar hur data kan föras över mellan två olika noder i ett system genom en kabel eller på annat sätt som till exempel radio eller som infrarött ljus.

Inledning

I slutet på det förra kapitlet nämndes ett telefonsamtal som ett exempel på kommunikation. Två personer kommunicerar med varandra. Om man bryter ner samtalet i olika lager så ser vi att personerna egentligen inte talar med varandra utan de båda talar egentligen med sin telefon. Telefonerna i sin tur talar med varandra med hjälp av telenätet. Telefonerna utbyter data med varandra men är ovetande om innebörden. Telefonerna presenterar data i form av ljud som personerna som för dialogen förstår och omsätter till information. En hel del regler måste finnas och följas för att kommunikationen skall fungera.

I figur 2-1 visas en skiss på ett sådant telefonsamtal. Det är inte meningen att förklara hur telefonnätet fungerar. Häng inte upp dig på detaljerna utan fokusera på principen med de olika skikten. I figuren är alla protokoll ritade som pilar. Tänk på att de olika delarna upplever att de talar horisontellt med sin motpart på andra sidan när de egentligen talar nedåt eller uppåt på sin egen sida.

Figur 2-1. Ett telefonsamtal

Personerna som samtalar måste följa en mängd regler som båda känner till, och som de i förhand kommit överens om, för att samtalet skall ha någon mening. Till exempel så måste de komma överens om att tala en i taget och tala ett språk som de båda förstår och följa de regler som finns i detta språk. Man kan säga att detta är det protokoll som de följer.

Nu är det ju inte så att dessa två personer talar med varandra direkt, utan de talar ju egentligen med sina telefoner. Telefonerna i sin tur talar sedan med den andra telefonen med hjälp av en mängd komponenter som till exempel växlar och kablar. Alla dessa komponenter måste samarbeta enligt givna protokoll för att det skall fungera. Telefonerna skickar och tar emot elektriska strömmar som bildar ljud. Dessa måste se ut på ett visst sätt för att telefonerna skall förstå dem. Vidare måste alla delar i telefonnätet vara överens för att man skall vara så säker som möjligt på att de strömmar som kommer ur en telefons högtalare skall vara så lika som möjligt som de som kommer in i den andra telefonens mikrofon.

Om alla delar i denna kommunikation fungerar så kommer samtalet att vara givande.

Duplex, Simplex och Halv-duplex

Man kan dela in kommunikation beroende på i vilken rikting den kan gå. Simplex innebär att kommunikation bara kan ske åt ett håll. Ett bra exempel på det är TV eller radio-utsändningar. Du kan bara lyssna (och titta) på det som sägs, men inte säga något tillbaka. Duplex (kallas ibland även full-duplex) innebär att du kan svara och säga emot den du kommunicerar med det vill säga ni kan tala i munnen på varandra och kommunikationen kan flyta åt båda håll på samma gång. Ett exempel på duplex är ett vanligt telefonsamtal. Ett mellanting mellan simplex och duplex är halv-duplex. Med halv-duplex kan kommunikationen ske åt båda hållen, men bara åt ett håll i taget. Ett exempel på detta är kommunikationsradio där man inte kan tala i munnen på varandra utan en sänder och andra lyssnar.

Analog och digital överföring

Data som förs över en ledning skickas som elektriska pulser eller signaler på ett eller annat vis. Beroende på vilket protokoll som används så kan data packas in i dessa strömmar på olika sätt. Till exempel så kan en hög spänning betyda en sak och en låg spänning något annat.

I telefonexemplet så var det ljud som fördes från en telefon till en annan. Ljud är exempel på analoga data [1]. Spänningen varierar beroende på vilket ljud som kommer i mikrofonen på den ena telefonen och spelas upp på motsvarande sätt i den andres hörtelefon. Man kan jämföra analoga signaler med en vattenkran. Om man öppnar mycket kommer mycket vatten och öppnar man den lite kommer det lite vatten. Man kan variera exakt hur mycket vatten man vill skall komma fram vid varje tidpunkt. Digitala signaler kan man istället jämföra med en strömbrytare som antingen kan slå på eller av strömmen. Man kan inte med en vanlig strömbrytare sätta på strömmen lite grann.

Figur 2-2. Analoga och digitala signaler

Amplitud och frekvens

I figur 2-2 så ser vi exempel på en analog och en digital signal. Vi ser att båda två går upp och ned. Ibland är de höga och ibland är de låga. Avståndet mellan det höga läget och det låga läget kallas för signalens amplitud. I vilken enhet den mäts beror på vilken enhet som finns på y-axeln i diagrammet. Vanligt är att den mäts i Volt.

Hur många gånger per sekund en kurva växlar mellan lågt och högt värde kallas för frekvens. Den mäts i enheten Hertz (Hz) som är samma sak som antal per sekund. Vid höga frekvenser används Kilo Hertz (kHz), Mega Hertz (MHz) eller till och med Giga Hertz (GHz).

Mer om digital dataöverföring

När man talar om datorkommunikation menar man så gott som alltid digital dataöverföring. Datorn fungerar digitalt både inom en och samma maskin och när den kommunicerar med andra datorer.

Du har kanske hört att en dator bara känner till ettor och nollor. Detta verkar ju hänga bra ihop med liknelsen med en strömbrytare ovan eller att kurvan bara kan vara låg eller hög. Och visst hänger det ihop. En dator använder bara ettor och nollor för att hantera data och dessa representeras ofta av låga och höga spänningar, precis som i vårt lilla exempel ovan.

Men hur kan man få ut något av en etta eller en nolla? Jodå, det går alldeles utmärkt bara det finns många ettor och nollor. En datamängd som kan vara ett eller noll är den minsta möjliga datamängden. Den kallas för en bit. Alltså något som kan vara ett eller noll är en bit. Ordet bit kommer från engelskans Binary Digit som betyder binär siffra. Binär är samma sak som tvåfaldig. Men en bit har man ingen större nytta av. Oftast klumpar man ihop några bitar för att få en datamängd som är något större. Om man har en bit så finns det ju bara två alternativ (0 och 1), men har man 8 bitar så finns det betydligt fler alternativ (till exempel 11001010 och 01010111). Det är vanligt att man jobbar med just 8 bitar som kallas för en byte. Ordet byte kommer från engelskans "By eight" En byte kan anta 28=256 olika kombinationer.

Något om talbaser

Normalt när vi räknar och talar om siffror så menar vi underförstått att vi använder talbasen 10. Vi bygger våra tal av 10 olika siffror (0-9) och grupperar upp ett tal i ental, 10-tal, 100-tal, 1000-tal och så vidare. 1, 10, 100 och 1000 är potenser av 10 100, 101, 102, 103. Precis på samma sätt kan man räkna med andra talbaser, till exempel 2 (binärt), 8 (oktalt) eller 16 (hexadecimalt).

Talet 13 kan beskrivas som 1*101+3*100=13. Det vill säga ett 10-tal och 3 ental. I det binära talsystemet har vi bara två siffror (0 och 1) och istället för ental, 10-tal och så vidare så har vi ental, 2-tal, 4-tal, 8-tal, 16-tal och så vidare eller 20, 21, 22, 23, 24 och så vidare. Skall vi binärt skriva 13 så behöver vi, enligt samma principer som i vår decimalsystem, ett 8-tal, ett 4-tal, inget 2-tal och ett ental eftersom 1*23+1*22+0*21+1*20=13. Talet 13 skrivs alltså som 1101 binärt.

Eftersom datorn bara jobbar binärt med bitar så hanterar datorn tal i binärform. Ofta när man jobbar inom datateknik och programmering så använder man sig av binära tal. Som vi sett så går det ju utmärkt att konvertera mellan det binära talsystemet och det vanliga decimala. Som vi också ser så är 1101 mycket längre och svårare att överblicka än till exempel 13. Det gör att man i praktiken sällan jobbar med binära tal. Ofta räknar man istället med talbasen 8 eller 16. Dessa är fortfarande potenser av 2 och passar bra in i datorsammanhang men talen blir mindre och enklare. Det vanligaste är talbasen 16 eller hexadecimala tal som det kallas. Eftersom vi har talbasen 16 måste vi ha 16 stycken siffror. Våra vanliga siffror räcker inte till utan man brukar lägga till bokstäverna A-F också och behandla dem precis som om de vore siffror. Vi har alltså siffrorna 0123456789ABCDEF. Vi bygger tal av ental, 16-tal, 256-tal, 4096-tal och så vidare. Eller om vi uttrycker det som ovan 160, 161, 162, 163 och så vidare. Skall man skriva talet 13 binärt så behöver vi bara D (=13) stycken ental. Talet 13 skrivs alltså D hexadecimalt.

Bit, Byte kByte, ...

Inom matematiken har vi sedan länge lärt oss att prefixen kilo (k), Mega (M) och Giga (G) betyder 103, 106 respektive 109. Inom datorvärlden där mycket utgår från binära tal så är inte dessa tal speciellt jämna. De tal som är jämna i ett binärt talsystem är, översatt till decimaltal, talen 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, osv. Kanske känner du igen dessa tal om du någon gång köpt till exempel minne till din dator. Detta har också gjort att man inom datorvetenskapen definierat om våra vanliga prefix. Kilo betyder istället för 1000 (103) i sammanhanget kByte istället 1024 (210). Mega betyder 1024*1024 eller 220 eller som det blir decimalt, 1048576. Detta leder förstås till en del missförstånd, men eftersom talen ligger relativt nära varandra så blir det sällan några större problem. Men det kan vara svårt att veta om man till exempel köpt en hårddisk på 1 GByte om den rymmer 109=1000000000 eller 230=1073741824 bytes.

Märk också, när vi har enhetsförväxlingar på tapeten, att dataöverföringshastigheter oftast mäts i bitar/sekund och inte i bytes/sekund. Där gör det större skillnad eftersom skillnaden är ungefär en faktor 10.

ASCII-tabell

Vi har nu sett att man binärt kan uttrycka tal. Till exempel så var ju 1101 talet 13. Ofta så vill man istället för tal representera text eller bokstäver. Detta går till på så sätt att man låter olika tal representera olika bokstäver enligt en tabell. Ett exempel på en sådan tabell är ASCII-tabellen. ASCII står för American Standard Code for Information Interchange och är en standard för hur tecken skall representeras binärt i form av siffror från standardiseringsorganet ANSI. Ett exempel på en (utökad) ASCII-tabell visas i tabell C-1.

Sammanfattning

I detta kapitel har vi behandlat på vilket sätt olika protokoll kan jobba både beroende till varandra och oberoende av varandra i en och samma kommunikationsmodell. Vi har också tittat på vad som menas med analog och digital överföring och vilka karakteristiska egenskaper dessa har. Vi har lärt oss ytterligare några begrepp och lite om matematiken med olika talbaser och varför man i datorvärlden så ofta uttrycker tal hexadecimalt.

Noter

[1]

Även analoga data kan överföras digitalt bara man kommer överens om vilket protokoll som skall användas för att packa in dessa analoga data i ett binärt format.