Последовательная передача данных

Сравнение параллельной и последовательной передачи данных

При последовательной передаче данных цифровые данные передаются автономно по одной линии (или по паре линий). В отличие от этого, при параллельной передаче данных данные передаются синхронно по нескольким линиям. Принципиальное отличие состоит в том, что при последовательной передаче не нужно учитывать различия во времени работы между разными линиями, что позволяет использовать гораздо более высокие тактовые частоты. Название serial связано с заблуждениями, поскольку в принципе каждая передача данных работает последовательно. Лучшее название - побитовая передача данных (в отличие от побайтовой передачи интерфейса Centronics ), но это имя также вызывает ложные ассоциации, поскольку несколько линий также могут использоваться параллельно с последовательной передачей данных (например, PCI Express , Gigabit -Ethernet , HDMI ) и более сложные модуляции, которые больше не распознают отдельные биты (PCI Express, USB 3.0, USB 3.1 , SATA, Ethernet из Fast Ethernet ). Для последовательной передачи данных определены различные последовательные интерфейсы . К ним относятся вилки, напряжения, модуляции, используемые протоколы и программные интерфейсы.

В настоящее время, за некоторыми исключениями (подключение DDR RAM к процессорам и устаревшим интерфейсам), используется только последовательная передача данных. Даже сверхбыстрые аналого -цифровые преобразователи используют последовательные интерфейсы для вывода преобразованных данных. В прошлом (до 1990-х годов) последовательные интерфейсы использовались для более медленной передачи данных (примерно до 10 Кбайт / с) на возможно более длинные расстояния (несколько сотен метров), параллельные интерфейсы для более быстрой передачи (до 1 Мбайт / с) ) на более короткие расстояния.

Объяснение терминов

Земля (соединения GND)
Линии заземления - это соединения с низким сопротивлением, которые используются для компенсации разницы потенциалов между двумя оконечными устройствами.
Для этого линия заземления должна иметь значительно меньшее сопротивление, чем источники разности потенциалов, в противном случае это работает только частично.
несимметричный (несимметричный)
При несимметричной передаче опорный потенциал приемника GND (в надежде, что он будет таким же, как и у передатчика). Сигналы передаются по парам линий, которые состоят из экрана (в основном GND) и внутреннего проводника (например, линии передачи данных), как и в случае коаксиальных проводов. Несмотря на это, здесь говорят о несбалансированной передаче, потому что экран защищает внутренний проводник от внешних воздействий, но не наоборот.
Дифференциальная (сбалансированная) трансмиссия
Здесь разностный сигнал генерируется в приемнике двумя линиями равного значения, чтобы восстановить полезный сигнал. Таким образом выделяются синфазные помехи . Меньшие сдвиги потенциала не нарушают передачу.
Асинхронный
При асинхронной передаче данных передаются отдельные слова данных (от 5 до 16 бит) индивидуально и независимо друг от друга. Отсюда следует, что все отправленные данные требуют информации о синхронизации (например, стартовый бит, стоповый бит, см. RS-232 ). Стартовый бит синхронизирует передатчик и приемник переданного слова данных. Если несколько слов данных передаются одно за другим, каждому слову данных предоставляется собственная информация синхронизации в виде стартовых и стоповых битов.
Синхронный
При синхронной передаче данных данные группируются в блоки и передаются вместе. В случае синхронной передачи отдельные стартовые биты больше не требуются для каждого байта данных. Пользовательские данные группируются в более крупные блоки или передаются в виде непрерывного потока данных. Это делает передачу более эффективной. HDLC и SDLC 1970-х годов были ранними представителями этой технологии передачи .

Средства передачи

Кабель для последовательной передачи данных

В качестве среды для последовательной передачи данных обычно используется электрическая линия , но также возможно использование стекловолокна, беспроводной связи (радиопередачи) или другой среды. Часто данные также хранятся последовательно, например B. магнитным способом с магнитными лентами или жестким диском или оптическим способом с помощью CD / DVD (только одна головка на поверхность диска).

Последовательная передача данных всегда использовалась, когда среда передачи ограничена (например, минимальным количеством отдельных проводников) или представляет собой фактор стоимости. В основном это делается за счет пропускной способности. Если пропускная способность более важна, использовалась параллельная передача данных (см. Также шинные системы ). Б. Шина PCI . Благодаря достижениям в полупроводниковой технологии, сейчас существуют такие быстрые и недорогие последовательно-параллельные преобразователи. Б. UART (универсальный асинхронный передатчик-приемник) назвал это, например, все более важными усилиями по прокладке кабелей с параллельной передачей данных. Потому что с еще более высокими скоростями передачи становится все труднее поддерживать так называемую асимметрию тактовых импульсов и перекрестные помехи на соседнюю линию при параллельной передаче данных.

Смещение часов

В случае синхронной последовательной передачи данных, часы (так называемые «часы» или тактовый сигнал) могут быть отправлены по дополнительной линии, чтобы сигнализировать, когда бит присутствует в линии данных. Однако использование дополнительной линии может привести к проблемам: сдвиг часов ( англ. Clock skew ) описывает сдвиг во времени, при котором отдельные сигналы больше не могут одновременно поступать в приемник из-за неидентичных параметров линии. Существуют различия во времени выполнения, которые необходимо подождать, пока не будет передана следующая дата. Помимо прочего, это ограничивает максимально достижимую скорость передачи. На печатных платах с высокой скоростью передачи данных предпринимаются попытки минимизировать перекос тактовой частоты с помощью извилистых линий. Причины перекоса часов: i. d. Обычно имеют физическую природу и связаны, среди прочего, с длиной кабеля, колебаниями температуры, дефектами материала или емкостной связью .

свойства

Далее перечислены некоторые термины или функции, которые в основном относятся к каждому стандарту последовательной передачи. Также делается различие между свойствами оборудования физического интерфейса и протоколов .

  • Структура разъема, назначение контактов
  • Дифференциальная (сбалансированная) трансмиссия или недифференциальная трансмиссия
  • Напряжения, токи, импедансы, согласующие резисторы, длина волны (для оптических передач)
  • Компонент постоянного напряжения, гальваническая развязка
  • Однонаправленный: симплекс, двунаправленный: полудуплекс, полнодуплекс
  • Линейное кодирование или модуляция
  • Самосинхронизация или с дополнительным тактовым сигналом
  • Количество каналов передачи на направление
  • Аппаратное или программное рукопожатие
  • Обработка ошибок передачи: четность , CRC , расстояние Хэмминга и т. Д. (См. Теорию кодирования )
  • Двухточечное соединение (P2P) или многоточечное соединение (последовательная шина)
  • Арбитраж: multitimaster или master slave
  • Возможность работы в реальном времени: например, B. требуется для полевых автобусов
  • Арбитраж для шин данных: управление приоритетом через токены , CSMA и т. Д.

Существуют различные стандарты для последовательных интерфейсов, которые могут использоваться для последовательной передачи.

литература

  • Карл-Дирк Каммейер: Передача сообщений. 4-е издание. Vieweg + Teubner, 2008, ISBN 978-3-8351-0179-1 .
  • Экберт Херинг, Клаус Бресслер, Юрген Гутекунст: Электроника для инженеров и естествоиспытателей . Springer Verlag, Берлин / Гейдельберг 2014, ISBN 978-3-642-05499-0 .
  • Кристиан Крошель: передача данных. Введение. Springer-Verlag, Берлин / Гейдельберг 1991, ISBN 3-540-53746-5 .
  • Карстен Харниш: Сетевые технологии. 4-е издание. Издательская группа Hüthing Jehle Rehm, Гейдельберг 2009, ISBN 978-3-8266-9418-9 .
  • Бернд Шюрманн: Структуры компьютерных соединений. Автобусные системы и сети. Friedrich Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden 1997, ISBN 3-528-05562-6 .

веб ссылки