16-Transmissão Serial
Visão Geral
A transmissão serial é um método fundamental para enviar dados digitais onde os bits que compõem uma unidade de informação (como um byte ou caractere) são transmitidos sequencialmente, um após o outro, através de um único fio ou canal de comunicação. Este método contrasta com a transmissão paralela, onde múltiplos bits são enviados simultaneamente por múltiplos fios. Embora historicamente pudesse ser considerada mais lenta que a paralela para a mesma frequência de clock, a transmissão serial tornou-se dominante na maioria das interfaces de comunicação modernas (como USB, Ethernet, SATA) devido à sua simplicidade em termos de cabeamento, menor suscetibilidade a ruídos e interferências em altas velocidades e longas distâncias, e avanços nas técnicas de sinalização que permitem taxas de transferência extremamente altas.
Definição
Transmissão serial é o processo de enviar dados um bit de cada vez, sequencialmente, sobre um canal de comunicação. Para que o receptor possa reconstruir a informação original, os bits devem ser enviados em uma ordem específica e, geralmente, mecanismos de sincronização são necessários para que o receptor saiba quando cada bit começa e termina. Essa sincronização pode ser feita de forma assíncrona (usando bits de start/stop) ou síncrona (usando um sinal de clock compartilhado ou embutido no próprio sinal de dados).
Exemplos
- Interface RS-232: Um padrão clássico para comunicação serial, comumente usado em modems antigos, mouses seriais e equipamentos industriais.
- USB (Universal Serial Bus): A interface onipresente para conectar periféricos a computadores.
- Ethernet (sobre par trançado e fibra óptica): Embora possa parecer complexa, a transmissão fundamental em redes Ethernet modernas é serial em cada par de fios ou fibra.
- SATA (Serial ATA): Interface padrão para conectar discos rígidos e SSDs a placas-mãe.
- PCI Express (PCIe): Interface de alta velocidade para conectar placas de expansão (vídeo, rede) à placa-mãe, utiliza múltiplas “lanes” seriais.
- I²C e SPI: Protocolos seriais comuns para comunicação entre circuitos integrados em curtas distâncias dentro de um dispositivo eletrônico.
- MIDI (Musical Instrument Digital Interface): Padrão para conectar instrumentos musicais eletrônicos e computadores.
Características
- Sequencial: Bits são enviados um após o outro.
- Canal Único (por direção): Geralmente utiliza um único fio ou par diferencial para transmitir dados em uma direção.
- Sincronização Necessária: Requer métodos para alinhar o transmissor e o receptor (assíncrono ou síncrono).
- Menos Fios: Utiliza significativamente menos condutores do que a transmissão paralela para a mesma largura de dados.
- Adequada para Longas Distâncias: Menos problemas com desalinhamento temporal entre bits (skew) que afetam transmissões paralelas em longos cabos.
- Hardware SERDES: Requer circuitos de Serialização/Desserialização para converter dados paralelos (como dentro do computador) em seriais para transmissão, e vice-versa.
Vantagens
- Menor Custo de Cabeamento: Menos fios resultam em cabos mais finos, mais baratos e mais fáceis de manusear.
- Menor Complexidade de Conectores: Conectores podem ser menores e mais simples.
- Menor Interferência e Ruído: Menos fios significam menos diafonia (crosstalk) entre eles. Técnicas como pares diferenciais melhoram ainda mais a imunidade a ruído.
- Melhor Desempenho em Altas Frequências/Longas Distâncias: A ausência de problemas de “skew” (diferença no tempo de chegada dos bits em fios paralelos) permite atingir taxas de bits muito mais altas em transmissões seriais modernas.
- Facilidade de Isolação Óptica: Mais simples de implementar com fibra óptica.
Desvantagens
- Menor Taxa de Transferência (Histórica/Mesmo Clock): Para uma mesma frequência de clock, uma interface paralela de N bits pode, teoricamente, transferir N vezes mais dados que uma serial. No entanto, as interfaces seriais modernas operam em frequências muito mais altas, superando as paralelas.
- Necessidade de Circuitos SERDES: Requer hardware adicional para converter entre os formatos paralelo e serial.
- Protocolos Potencialmente Mais Complexos: A necessidade de incorporar informações de sincronização e framing no fluxo de bits pode adicionar complexidade ao protocolo.