Transfer de date seriale

Compararea transmisiei de date paralele și seriale

Transmisiile de date seriale transmit date digitale în mod autonom pe o linie (sau pe o pereche de linii). Spre deosebire de aceasta, cu transmisiile de date paralele, datele sunt transmise sincron pe mai multe linii. Diferența fundamentală este că transmisiile seriale nu trebuie să ia în considerare diferențele de timp de rulare între diferite linii, ceea ce permite frecvențe de ceas mult mai mari. Numele serial este asociat cu concepții greșite, deoarece, în principiu, fiecare transmisie de date funcționează în serie. Un nume mai bun este transmiterea de date bit-serial (spre deosebire de transmiterea byte-serial a unei interfețe Centronics ), dar acest nume stârnește și asociații false, deoarece mai multe linii pot fi utilizate și în paralel cu transmisia de date seriale (de ex. PCI Express , Gigabit -Ethernet , HDMI ) și modulații mai complexe pot fi utilizate care nu mai recunosc biți individuali (PCI Express, USB 3.0, USB 3.1 , SATA, Ethernet de la Fast Ethernet ). Diverse interfețe seriale sunt definite pentru transmiterea datelor seriale . Acestea includ mufe, tensiuni, modulații, protocoale utilizate și interfețe software.

În zilele noastre, cu câteva excepții (conexiunea RAM DDR la procesoare și interfețe vechi), se utilizează doar transmisiile de date seriale. Chiar și convertoarele AD ultrarapide utilizează interfețe seriale pentru a transmite datele convertite. În trecut (până în anii 1990) interfețele seriale erau folosite pentru transferuri mai lente de date (până la aproximativ 10 KByte / s) pe distanțe posibil mai mari (câteva sute de metri), interfețe paralele pentru transferuri mai rapide (până la 1 Mbyte / s ) pe distanțe mai mici.

Explicația termenilor

Masă (conexiuni GND)
Liniile de masă sunt conexiuni cu rezistență redusă, care sunt utilizate pentru a compensa diferențele de potențial între două dispozitive finale.
În acest scop, o linie de sol trebuie să aibă o rezistență semnificativ mai mică decât sursele diferenței de potențial, altfel aceasta funcționează doar parțial.
cu un singur capăt (dezechilibrat)
Cu o transmisie cu un singur capăt, receptorul are GND ca potențial de referință (în speranța că va fi la fel cu emițătorul). Semnalele sunt transmise prin perechi de linii, care constau dintr-un ecran (în mare parte GND) și un conductor interior (de exemplu, linia de date) ca și în cazul conductorilor coaxiali. În ciuda acestui fapt, se vorbește aici de transmisie dezechilibrată, deoarece scutul protejează conductorul interior de influențele externe, dar nu invers.
Transmisie diferențială (echilibrată)
Aici semnalul diferențial este generat în receptor de 2 linii de valoare egală pentru a recupera semnalul util. Interferențele în mod obișnuit se remarcă astfel. Schimbările potențiale mai mici nu perturbă transmisia.
Asincron
Transferurile de date asincrone transmit cuvinte individuale de date (5 până la 16 biți) individual și independent unul de celălalt. Rezultă că toate datele trimise necesită informații de sincronizare (de exemplu bit de pornire, bit de oprire, vezi RS-232 ). Bitul de start sincronizează emițătorul și receptorul pentru un cuvânt de date transmis. Dacă mai multe cuvinte de date sunt transmise unul după altul, fiecare cuvânt de date este furnizat cu propriile informații de sincronizare sub formă de biți de pornire și oprire.
Sincron
Cu transmisia sincronă a datelor , datele sunt grupate în blocuri și transmise împreună. În cazul transmisiei sincrone, biții de pornire individuali nu mai sunt necesari pentru fiecare octet de date. Datele utilizatorului sunt grupate în blocuri mai mari sau transmise ca flux continuu de date. Acest lucru face ca transmisia să fie mai eficientă. HDLC și SDLC din anii 1970 au fost reprezentanții timpurii ai acestei tehnologii de transmisie .

Mijloace de transmisie

Cablu pentru transmisie de date seriale

O linie electrică este de obicei utilizată ca mediu pentru transmiterea de date în serie , dar fibra de sticlă, conexiunea fără fir (transmisie radio) sau un alt mediu este de asemenea concepută. Adesea, datele sunt stocate și în serie, de ex. B. magnetic cu benzi magnetice sau hard diskul sau optic cu CD / DVD (doar un cap pe suprafața discului).

Transmisia de date în serie a fost întotdeauna utilizată atunci când mediul de transmisie este limitat (de exemplu, la cât mai puțini conductori individuali posibil) sau reprezintă un factor de cost. Practic, acest lucru se face în detrimentul capacității de transmisie. Dacă capacitatea de transmisie este mai importantă, transmisia paralelă a datelor a fost o opțiune (a se vedea, de asemenea, sistemele de magistrală ). B. autobuz PCI . Datorită progreselor în tehnologia semiconductorilor, există acum astfel de convertoare seriale-paralele atât de rapide și ieftine. B. UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) a numit că, de exemplu, efortul de cablare cu transmisie paralelă de date devine din ce în ce mai important. Deoarece cu rate de transmisie din ce în ce mai mari, devine din ce în ce mai dificil să păstreze așa-numitul ceas înclinat și diafragmă până la linia vecină suficient de mic cu transmisie paralelă de date.

Offset ceas

În cazul transmiterii de date seriale sincrone, un ceas (așa-numitul „ceas” sau semnal de ceas) poate fi trimis pe o linie suplimentară pentru a semnaliza când un bit este prezent pe linia de date. Cu toate acestea, utilizarea unei linii suplimentare poate duce la probleme: Ceasul înclinat ( englez clock skew ) descrie un decalaj de timp, pe care semnalele individuale nu mai pot ajunge simultan la receptor din cauza parametrilor de linie neidentici. Există diferențe de execuție care trebuie așteptate până la transmiterea următoarei date. Printre altele, acest lucru limitează rata maximă de transfer care poate fi atinsă. Pe plăcile de circuite cu rate de date ridicate, se încearcă minimizarea înclinării ceasului utilizând linii meandre . Cauzele distorsiunii ceasului sunt i. d. De obicei de natură fizică și sunt legate, printre altele, de lungimea cablului, fluctuațiile de temperatură, defectele de material sau cuplajul capacitiv .

proprietăți

În cele ce urmează, sunt enumerați câțiva termeni sau caracteristici care sunt atribuite practic fiecărui standard de transmisie în serie. De asemenea, se face distincția între proprietățile hardware-ului interfeței fizice și protocoalele .

  • Structura conectorului, atribuirea pinilor
  • Transmisie diferențială (echilibrată) sau transmisie nediferențială
  • Tensiuni, curenți, impedanțe, rezistențe terminale, lungime de undă (pentru transmisii optice)
  • Component de tensiune continuă, izolare galvanică
  • Unidirecțional: simplex, bidirecțional: semi-duplex, full-duplex
  • Codare sau modulare de linie
  • Auto-ceas sau cu un semnal de ceas suplimentar
  • Numărul de canale de transmisie, pe direcție
  • Strângere de mână hardware sau software
  • Manipularea erorilor de transmisie: paritate , CRC , distanță Hamming etc. (vezi teoria codării )
  • Conexiune punct-la-punct (P2P) sau multipunct (magistrală serială)
  • Arbitraj: multimaster sau master slave
  • Capacitate în timp real: de ex. B. necesare pentru autobuze de teren
  • Arbitraj pentru magistrale de date: control prioritar prin jetoane , CSMA etc.

Există diferite standarde pentru interfețele seriale care pot fi utilizate pentru transmiterea serială.

literatură

  • Karl-Dirk Kammeyer: Transmiterea mesajului. Ediția a IV-a. Vieweg + Teubner, 2008, ISBN 978-3-8351-0179-1 .
  • Ekbert Hering, Klaus Bressler, Jürgen Gutekunst: Electronică pentru ingineri și oameni de știință din natură . Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-05499-0 .
  • Kristian Kroschel: transfer de date. O introducere. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg 1991, ISBN 3-540-53746-5 .
  • Carsten Harnisch: Tehnologie de rețea. Ediția a IV-a. Grupul editorial Hüthing Jehle Rehm, Heidelberg 2009, ISBN 978-3-8266-9418-9 .
  • Bernd Schürmann: Structuri de conectare la computer. Sisteme și rețele de autobuz. Friedrich Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden 1997, ISBN 3-528-05562-6 .

Link-uri web