Débit d’une liaison série : durée et débit utile

Quand un capteur envoie ses mesures à un microcontrôleur, ou un module à un ordinateur, les données circulent bit après bit sur une liaison. Le débit binaire $D$ est le nombre de bits transmis par seconde, en bits par seconde (bit/s).

La durée de transmission d’un message est le nombre de bits transmis divisé par le débit :

Les données sont souvent comptées en octets : 1 octet = 8 bits. Un message de $k$ octets de données contient donc $8k$ bits de données.

Dans une liaison série asynchrone, chaque octet de données est envoyé dans une trame qui ajoute des bits de service :

• 1 bit de départ (start), qui annonce le début de la trame ;
• les 8 bits de données ;
• éventuellement 1 bit de parité, qui permet de détecter certaines erreurs de transmission ;
• 1 ou 2 bits d’arrêt (stop), qui terminent la trame.

Ces bits de service occupent la ligne : ils sont réellement transmis, et comptent dans la durée de transmission.

Deux débits à ne pas confondre.

• Le débit de la ligne $D$ compte tous les bits qui passent : départ, données, parité, arrêt. C’est le débit maximal de la liaison.
• Le débit utile $D_u$ ne compte que les bits de données transmis par seconde.

Si une trame comporte $n_t$ bits dont 8 bits de données, la part utile est $8 / n_t$ :

Le débit utile est toujours inférieur au débit de la ligne, puisqu’une partie des bits ne transporte pas de données.

Compter les bits d’une trame. Sans parité et avec 1 bit d’arrêt : $1 + 8 + 1 = 10$ bits. Avec parité et 1 bit d’arrêt : $1 + 8 + 1 + 1 = 11$ bits. Avec parité et 2 bits d’arrêt : $1 + 8 + 1 + 2 = 12$ bits.

Unités et conversions. Une durée calculée en secondes se convertit en millisecondes en multipliant par 1 000 (1 s = 1 000 ms). Les débits des liaisons série s’écrivent avec un séparateur de milliers : 2 400 bit/s, 230 400 bit/s.

Rapidité de transmission. Pour transmettre plus vite un même message, on peut augmenter le débit de la ligne, ou réduire les bits de service (supprimer la parité, un seul bit d’arrêt) — au prix d’une détection d’erreurs moins bonne si l’on retire la parité.

Un module envoie un message de 500 octets de données sur une liaison série au débit de ligne $D = 4\,800$ bit/s.

1. Si l’on ne comptait que les données. $500 \times 8 = 4\,000$ bits, et

2. Avec la trame réelle. La liaison utilise 1 bit de départ, 8 bits de données, 1 bit de parité et 1 bit d’arrêt : $1 + 8 + 1 + 1 = 11$ bits par octet. Bits transmis : $500 \times 11 = 5\,500$ bits, et

La trame allonge la transmission de plus d’un tiers.

3. Débit utile de cette liaison.

Contrôle : $D_u < D$, comme il se doit ; et $4\,000$ bits de données transmis à $3\,490{,}9$ bit/s utiles prennent bien $4\,000 / 3\,490{,}9 \approx 1{,}146$ s, la durée trouvée au point 2.

Une trame de liaison série asynchrone avec parité et un bit d’arrêt, dans l’ordre d’émission :

Débit utile selon le format de trame, pour quelques débits de ligne (résultats à 3 chiffres significatifs) :

Ce qu’il faut lire : sur 10 bits transmis, seuls 8 sont des données ; plus la trame contient de bits de service, plus l’écart entre débit de ligne et débit utile se creuse.