Tecnologia e Mídias
Digitais – PUC 2002
Redes
Moisés Machado
Paulo Macedo
Curso de Tecnologia e Mídias Digitais
PUC SP - 1º Semestre - 2002
Comunicação Local Assíncrona
RS-232
Comunicação Local Assíncrona – RS232
RS232: Porta Serial
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A porta serial convencional é uma porta E/S muito antiga.
Quase todos os PC's as possuem.
Mas os Macs (Apple Computer) após meados de 1998 (com caixas coloridas) têm
apenas a porta USB.
A especificação comum é RS-232 (ou EIA-232).
O conector para a porta serial é visto muitas vezes como um ou dois conectores
de 9 pinos (em alguns casos 25 pinos) na parte posterior do PC. Mas a porta
serial é mais do que apenas isso. Inclui a eletrônica associada, que deve produzir
sinais de acordo com a especificação EIA-232.
Um pino é usado para enviar bytes de dados e outro para receber bytes de
dados. Um outro pino é um terra para sinais comum. Os outros pinos "úteis" são
usados principalmente para fins de sinalização com uma tensão negativa
constante significando "desligado", e uma tensão positiva constante significando
"ligado".
Comunicação Local Assíncrona – RS232
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RS232: Conceito – Normas
recomended standard number 232 from the Electronic Industry Association
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•
Apareceu em 1960 para especificar as conexões entre computadores e a rede
publica de telefones. Somente em 1980 adquiriu as normas atuais.
•
Utiliza-se o DB-25 para ligar DTE’s (data terminal equipment) e DCE’s (data
comunications equipment)
•
A norma RS-232 define três padrões: elétrico, funcional e físico.
•
O padrão RS-232
– Definição elétrica: tensão varia entre –15v e + 15v
– Definição física: tamanho máximo do conector 15 metros
– Definição funcional: informa quais são os circuitos conectados a cada pino, e
como é a transmissão de caracteres.
Comunicação Local Assíncrona – RS232
RS232: Conceito – Normas
recomended standard number 232 from the Electronic Industry Association
•
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Originalmente o conector RS232 foi desenvolvido para usar 25 pinos(DB25),
porém a versão de 9 pinos (DB9) vem sendo utilizada com maior freqüência.
Comunicação Local Assíncrona – RS232
Comunicação Assíncrona: Conceito
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• Tipo de comunicação que o remeteutiliza receptor
não necessitam de estar sincronizados.
• Tipo de comunicação que ocorre com desfazamento
significativo de tempo em que diferentes utilizadores
em comunicação trocam informação que é enviada
para ser recebida com um determinado atraso
• Exemplos de dispositivos assíncronos: ???
Comunicação Local Assíncrona – RS232
Comunicação Assíncrona : Dispositivos
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• Teclado
• Mouse
• Impressora
• Modems
• .....
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Comunicação Assíncrona : Transmissão
(lógica)
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• Numa transmissão assíncrona, quando queremos transmitir um bloco
de dados binários, este é segmentado em conjuntos de 8 bits de
informação, aos quais são acrescentados um cabeçalho, constituído de
um bit, e no final um outro, constituído de um ou dois bits, formando
assim um conjunto de 10 ou 11 bits denominados de caracteres
(bytes) de start e stop.
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Comunicação Assíncrona : Transmissão
(lógica)
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• O cabeçalho é formado por um digito binário zero, também denominado
de start bit, pois sinaliza o início do bloco de 8 bits de informação. O
caractere final (também chamado de rabeira), é constituído de um a dois
dígitos binários em um, também chamados de stop bits, indicam o fim
dos 8 bits de informação. Os bits de start e stop, além de localizarem
temporalmente os 8 bits de informação, também tem a função de
sincronizar a fase do relógio de recepção local no terminal de recepção.
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Comunicação Assíncrona : Transmissão
(lógica - Considerações)
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• Fica claro que, a transmissão assíncrona, pelo fato de
não se preocupar em enviar informação de
sincronismo junto com os dados, possui uma
implementação simples, mas, por outro lado, é
pouco eficiente, pois no pior caso, para enviar 8 bits
de informação necessita um total de 11 bits, tendo
uma eficiência de 72%. Na transmissão de caracteres
alfanuméricos, o oitavo bit às vezes ainda é utilizado
para implementar um mecanismo de detecção de
erros, baseado na paridade dos restantes 7 bits de
informação, neste caso, a eficiência baixa para 63%.
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Comunicação Assíncrona : Transmissão
(eléctrica – meio fisico)
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• Como a informação é transmitida do emissor para o
receptor (ex: PC para modem)?
• A Interface RS-232 especifica 25 circuitos de ligação, ou condutores,
que controlam o fluxo de dados entre o ETD e ECD. O sinal de cada um
desses condutores ocorre de acordo com uma transição de voltagem
predefinida.
• Dessa forma, os padrões estabelecem os níveis de tensão para a
transmissão de dados, onde o estado lógico 1 (marca) é definido como
sendo uma tensão negativa entre -3 e -15 volts, enquanto o estado
lógico 0 (espaço) é definido como uma tensão positiva entre +3 volts e
+15 volts, tudo referenciado ao terra de sinal e com previsão de uma
queda de tensão de 12 volts ao longo das linhas de transmissão
(RUIDO).
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Comunicação Assíncrona : Transmissão
(eléctrica – meio fisico)
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• Como os receptores são obrigados a reconhecer sinais de no máximo
+-3 volts, sobra uma margem de segurança (região de transição) de 6
volts entre os níveis 1 e 0, o que contribui para aumentar a imunidade
a ruídos e a diferença de potencial de massa . O estado do sinal não
necessariamente será identificado de forma única quando a tensão
estiver na região de transição.
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Baud Rate, Data Bits & Parity
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• Uma comunicação série que usa Rs-232 requer que você especifique
quatro parâmetros: Baud Rate, Data Bits que codificam um
caractere, o Parity Bit que é opcional e o número de Stop Bits.
•
Cada caractere transmitido é empacotado em um frame do caractere
que consiste em um único bocado de começo seguido pelos bocados de
dados, no bocado de paridade opcional, e no bocado ou nos bocados
de fim de pacote.
• Estamos a considerar “bocado” a cada bit
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Baud Rate, Data Bits & Parity
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Baud Rate, Data Bits & Parity
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• Baud Rate
– A Baud Rate, é uma medida de como rapidamente os dados se
estão movendo entre os instrumentos que usam uma comunicação
de série.
– RS-232 usa somente dois estados da tensão, chamados MARCA e
ESPAÇO (MARK and SPACE). Em tal esquema de coding do doisestados, a taxa de baud é idêntica ao número máximo dos bocados
de informação, incluindo os control bits, que são transmitidos por o
segundo.
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Baud Rate, Data Bits & Parity
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• Baud Rate (continuação)
– A MARCA (MARK)é uma tensão negativa e o ESPAÇO (SPACE) é
positivo; a figura mostra como o sinal aparece num osciloscópio.
Representação de um “R” e de um ”S”
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Baud Rate, Data Bits & Parity
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• Start Bit
– Um Start Bit sinaliza o começo de cada frame do caractere. É uma
transição de negativo (MARCA) à tensão positiva (do ESPAÇO); sua
duração nos segundos é a recíproca da taxa de baud. Se nós
estivermos transmitindo em 9600 baud, então a duração do bocado
de começo e de cada bocado subseqüente será aproximadamente
0,104 ms. O frame inteiro do caráter de onze bocados seria
transmitido em aproximadamente 1,146 ms.
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Baud Rate, Data Bits & Parity
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• Data Bits
– Os Data Bits são "de cabeça para baixo transmitidos e para trás."
Isto é, a lógica invertida é usada e a ordem da transmissão é do
bocado menos significativo (Least Significant Bit) para o bocado
mais significativo (Most Significant Bit). Para interpretar os bocados
de dados do caráter num frame, você deve ler da direita para a
esquerda, e ler 1 para a tensão negativa e 0 para a tensão positiva.
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Baud Rate, Data Bits & Parity
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• Parity Bit
– Um bocado de paridade opcional segue os bocados de dados no
frame do caractere. O bocado de paridade, estiver presente, seguir
também a lógica invertida: leia 1 para a tensão negativa e 0 para a
tensão positiva.
– Este bocado é incluído como meio simples de verificação de erro. A
idéia é esta: você especifica antes do tempo se a paridade da
transmissão deve ser uniforme ou impar. Suponha que a paridade
está escolhida ser impar. O transmissor ajustará então o bocado de
paridade em tal maneira a respeito de faz um número impar de 1
entre os bocados de dados e o bocado de paridade.
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Baud Rate, Data Bits & Parity
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• Stop Bits
– A última parte de um frame do caráter consiste em 1, 1,5, ou 2
bocados de batente (STOP BITS). Estes bocados são representados
sempre por uma tensão negativa. Se nenhum caractere mais
adicional for transmitido, a linha permanece na condição negativa
(da MARCA). A transmissão do frame seguinte do caráter, se
existirem, será iniciado por um bocado de começo da tensão
positiva (do ESPAÇO).
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Tipos de Comunicação Assíncrona
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• Basicamente existem 3 formas de como os dados podem ser
transmitidos:
– Simplex: quando permite comunicação apenas em um único
sentido, tendo em uma extremidade um dispositivo apenas
transmissor (transmitter) e do outro um dispositivo apenas
receptor (receiver). Não há possibilidade do dispositivo receptor
enviar dados ou mesmo sinalizar se os dados foram recebidos
corretamente. Transmissões de rádio e televisão são exemplos de
transmissão simplex.
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Tipos de Comunicação Assíncrona
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– half duplex: também chamada semi-duplex quando existem em ambas as
extremidades dispositivos que podem transmitir e receber dados, porém
não simultaneamente. Durante uma transmissão half-duplex, em
determinado instante um dispositivo A será transmissor e o outro B será
receptor, em outro instante os papéis podem se inverter. Por exemplo, o
dispositivo A poderia transmitir dados que B receberia; em seguida, o
sentido da transmissão seria invertido e B transmitiria para A a informação
se os dados foram corretamente recebidos ou se foram detectados erros de
transmissão. A operação de troca de sentido de transmissão entre os
dispositivos é chamada de turn-around e o tempo necessário para os
dispositivos chavearem entre as funções de transmissor e receptor é
chamado de turn-around time.
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Tipos de Comunicação Assíncrona
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– full duplex: também chamada apenas duplex quando dados podem ser
transmitidos e recebidos simultaneamente em ambos os sentidos.
Poderíamos entender uma linha full-duplex como funcionalmente
equivalente a duas linhas simplex, uma em cada direção. Como as
transmissões podem ser simultâneas em ambos os sentidos e não existe
perda de tempo com turn-around, uma linha full-duplex pode transmitir
mais informações por unidade de tempo (maior throughput) que uma linha
half-duplex, considerando-se a mesma taxa de transmissão de dados.
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Comunicação Assíncrona Full Duplex
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• Em muitas aplicações RS232, existe necessidade da informação
fluir ao mesmo tempo nas duas direções. Ex: conectar um
terminal ASCII a um computador, a informação vai do teclado
ao computador e ao mesmo tempo do computador para a tela.
Neste tipo de ligação os sinais de controle são ignorados
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Limitações do Hardware Real
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•
Nenhum dispositivo eletrônico reproduz uma tensão exata ou muda de uma
tensão a outra instantaneamente, e também nenhum fio conduz eletricidade
perfeitamente – quando a a energia flui através do fio, perde-se sinal, sendo
assim o sinal recebido não é perfeito.
•
O RS-232 sabe que o hardware é imperfeito, o padrão não especifica que um
receptor deve medir a tensão exatamente no começo de cada bit, o padrão
determina a tomada de amostras durante o tempo alocado ao bit. Deste modo o
receptor reconhecera os sinais .
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Largura de Banda do Hardware
e a Transmissão de Bits
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• Cada sistema tem uma largura de manda (bandwidth) limitada, isto é a
taxa máxima em que um hardware pode realizar mudanças de sinal.
• A largura de Banda é medida em ciclos por segundos Hertz; exemplo ,
se uma sistema de transmissão tiver uma largura de 4000 Hz, então o
hardware deste sistema pode transmitir sinais que oscilem para frente
e para trás em uma taxa igual ou menor a 4000 Hz.
• Na década de 20, um pesquisador descobriu a relação entre a largura
de banda e do número máximo de bits por segundo, conhecido como
“Teorema de Amostragem de Nyquist ”.
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Largura de Banda do Hardware
e a Transmissão de Bits
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• Para um sistema como o RS-232 que usa dois valores de tensão para
codificar dados, o teorema de Nyquist que a taxa de dados máxima de
bits por segundo que pode ser atingida sobre um sistema de
transmissão B é 2B. De maneira geral, se o sistema da transmissão
usa K valores de tensão possíveis em vez de 2, o teorema de Nyquist
indica que a taxa máxima de bps é = 2Blog 2 K
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Questões:
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1.
É A Porta Serial Obsoleta?
2.
Explique o “Baud Rate” e como este processo é desenvolvido.
3.
Na comunicação local Assíncrona (rs232) os dados para
serem transmitidos são “empacotados”? Explique.
4.
Quando pode se dizer que um hardware de comunicação é
tido como assíncrono ?
5.
Já que nenhum hardware reproduz uma tensão exata como o
padrão RS232 faz para que o receptor aceite o sinal
transmitido ?
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Respostas:
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1.
SIM
A resposta é sim, a porta serial é obsoleta, mas é ainda necessária,
especialmente para Linux. A porta serial tem muitos defeitos, mas
parece que quase todos os novos PCs vêm com elas. A porta serial
deve passar dados entre o computador e o cabo externo. Assim, ela
tem duas interfaces, ambas lentas. Primeiro consideraremos a
interface via o cabo externo e o mundo de fora.
O Cabo EIA-232 (RS-232) É Para Baixa Velocidade e Curta Distância
A porta serial convencional RS-232 é inerentemente para baixa
velocidade e severamente limitada em distância. Anunciam
freqüentemente "alta velocidade", mas pode apenas funcionar a alta
velocidade sobre distâncias muito curtas tais como a um modem
localizado pertinho do computador. Comparado a uma placa de rede,
mesmo esta "alta velocidade" é baixa. Todos os fios em cabos seriais
usam um fio de retorno de terra comum, de modo que a tecnologia
de pares trançados (necessários para altas velocidades) não pode
ser usada sem hardware adicional.
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Existem interfaces mais modernas para portas seriais mas
estas não são muito populares.
É algo trágico que o padrão RS-232 de 1969 não usava
tecnologia de pares trançados que podia operar cerca de cem
vezes mais rápido. Os pares trançados têm sido utilizados em
cabos telefônicos desde a última parte do século 19. Em 1888
(113 anos atrás) a "Conferência de Cabos" relatou seu
suporte ao par trançado (para sistemas telefônicos) e
destacou as suas vantagens. Mas por mais de 80 anos após a
sua aprovação pela "Conferência de Cabos", o RS-232 deixou
de utiliza-lo. Como o RS-232 foi originalmente projetado para
conectar um terminal a um modem de baixa velocidade
localizado por perto, a necessidade de alta velocidade e
transmissão a distâncias maiores aparentemente não foi
reconhecida.
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Respostas:
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2.
A Baud Rate, é uma medida de como rapidamente os dados
se estão movendo entre os instrumentos que usam uma
comunicação série, isto é, a velocidade de transmissão de
dados. Essa transmissão ocorre com a variação de tensão
elétrica do condutor.
Por exemplo na taxa de transmissão de 9600 baud, significa
que são transmitidos 9600 bits por segundo
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3.
Sim, neste tipo de transmissão os dados são “empacotados”
de forma ao receptor entender a informação.
Esta forma de “empacotamento” é a seguinte (normalmente):
–
–
–
–
•
1
7
1
2
start bit
bits que chamamos de caractere frame
parity bit
stop bit
Devido a isto e dizemos que é um tipo de transmissão de
dados de pouca eficiência
11 bits --------------- 100%
7 -------------------- X
100% * 7 / 11 = 63,6% de eficiência
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4.
Um hardware
de comunicação é classificado como
assíncrono se o sinal elétrico que o transmissor enviar não
contiver informações que o receptor pode usar para
determinar onde os bits individuais começam e terminam.
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5.
O padrão diz o quanto parecido do formato perfeito de onda um
transmissor deve emitir e quanto tolerante à perfeição um
receptor deve ser.
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Anexo: Significado de cada pino do
DB25
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• Protective Ground – Ligado ao modem com objetivo de proteger o equipamento e o
operador contra descargas elétricas.
• Transmitted Data – Os dados (na forma digital) vindos do dispositivo ETC são
encaminhados para o ECD para a transmissão.
Esses dados sofrerão modulação (modem analógico) ou codificação modem digital para
serem colocados no meio de transmissão.
• Received Data – Os dados recebidos pelo modem sofrem a demodulação (modem
analógico) ou a decodificação (modem digital) e são encaminhados ao ETD 3 na forma
digital.
• Request to Send – Indicação do terminal para o modem alertando que a transmissão
pode ser iniciada.
• Clear to Send – Indicação do modem ao terminal informando que o mesmo está pronto
para transmitir dados. É um sinal de resposta ao sinal RTS.
• Data Set Ready – Indicação do modem ao terminal indicando que o mesmo está pronto
para operar.
• Signal Ground – Estabelece uma referência de aterramento para as linhas.
Pode ser associado ao pino 1.
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Anexo: Significado de cada pino do
DB25
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Carrier Detect – Enviado pelo modem ao terminal, indica que o modem está
recebendo um sinal na linha com característica de portadora.
Secondary Received Signal Detect – Equivalente ao CD, exceto por ser
utilizado para indicar se o sinal de linha do canal secundário está dentro de
limites apropriados.
Secundary Clear to Send – Equivalente ao sinal CTS, exceto por ser utilizado
se o ECD é condicionado para transmitir dados no canal secundário.
Secondary Transmitted Data – Equivalente ao TD, exceto por utilizar o canal
secundário para transmitir dados.
Transmit Timing – O modem informa ao terminal o sinal de relógio (clock)
utilizado para temporizar os dados que são transmitidos.
Secundary Received Data – Equivalente ao RD, exceto pela sua utilização para
receber dados no canal secundário.
Received Timing – O modem síncrono informa ao terminal qual o clock dos
dados recebidos.
Secondary Request to Send – Equivalente ao RTS, exceto pela sua utilização
para controlar a função de transmissão do canal secundário do ECD.
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Anexo: Significado de cada pino do
DB25
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Data Terminal Ready – Controla a conexão
do modem à linha telefônica.
Signal Quality Detector – Indica a
probabilidade de existência de um erro nos
dados recebidos.
Ring Indicator – O modem avisa ao terminal a
detecção de uma chamada telefônica (Ring).
Data Rate Detector – Permite que o terminal
selecione a velocidade de transmissão do
modem.
Transmit Timing – O terminal fornece ao
modem assíncrono a base de tempo (clock) a
ser utilizado para a transmissão de dados
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Material de Apoio:
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Livros
•
Redes de Computadores e Internet – Comer , E. Douglas
–
•
Capitulo 4 (pág. 43 – 53)
Redes de Computadores – Luis Fernando Gomes ,Wildo Lemos
, Sérgio Laucher
Pesquisa na Internet (alguns sites mais significativos)
•
•
http://www.rad.com/networks/1995/rs232/rs232.htm
http://venus.rdc.puc-rio.br/rmano/interfac.html
•
http://www.mindspring.com/~jc1/serial/Basics/BitFormat.html
•
Pode ainda participar em grupos de discussão sobre RS232 através
de http://groups.google.com/groups
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