Последовательная передача данных
Связанные понятия
Mультипле́ксор — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передавать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
В информационных технологиях и связи, мультиплекси́рование (англ. multiplexing, muxing) — уплотнение канала, то есть передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу.
В информатике бу́фер (англ. buffer), мн. ч. бу́феры — это область памяти, используемая для временного хранения данных при вводе или выводе. Обмен данными (ввод и вывод) может происходить как с внешними устройствами, так и с процессами в пределах компьютера. Буферы могут быть реализованы в аппаратном или программном обеспечении, но подавляющее большинство буферов реализуется в программном обеспечении. Буферы используются, когда существует разница между скоростью получения данных и скоростью их обработки.
Топология типа общая ши́на, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.
Многоканальный режим (англ. Multi-channel architecture) — режим работы оперативной памяти (RAM) и её взаимодействия с материнской платой, процессором и другими компонентами компьютера, при котором может быть увеличена скорость передачи данных между ними за счёт использования сразу нескольких каналов для доступа к объединённому банку памяти (это можно проиллюстрировать на примере ёмкостей, через горлышко одной из которых жидкость будет выливаться дольше, чем из двух других с такими же общим суммарным.
Сетевой уровень (англ. Network layer) — 3-й уровень сетевой модели OSI, предназначается для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор.
Латентность (в т.ч. англ. CAS Latency, CL; жарг. тайминг) — временна́я задержка сигнала при работе динамической оперативной памяти со страничной организацией, в частности, SDRAM. Эти временны́е задержки также называют таймингами и для краткости записывают в виде трех чисел, по порядку: CAS Latency, RAS to CAS Delay и RAS Precharge Time. От них в значительной степени зависит пропускная способность участка «процессор-память» и задержки чтения данных из памяти и, как следствие, быстродействие системы.
Источник
Последовательная передача данных
Для передачи информации на большие расстояния, например, при объединении компьютеров в сети, используется последовательный способ передачи. Возможны два режима последовательной передачи: синхронный и асинхронный.
При синхронной передаче каждый передаваемый бит сопровождается импульсом синхронизации, информирующим приемник о наличии в линии информационного бита. Синхронизирующие импульсы управляют приемом информации. Следовательно, между передатчиком и приемником должны быть протянуты минимум три провода: один — для передачи данных, второй — для передачи синхроимпульсов, третий — общий заземленный. Если же расстояние между источником и приемником составляет несколько метров, то каждый из сигналов (информационный и синхронизирующий) приходится посылать по экранированному кабелю, что значительно увеличивает стоимость линии связи. Кроме того, такая передача оказывается целесообразной, если передается некоторый массив символов (не отдельные символы). Оба перечисленных обстоятельства приводят к тому, что синхронный способ связи не получил широкого распространения.
Асинхронный способ передачи не требует синхронизации действий приемника и передатчика; по этой причине для связи достаточно линии из двух проводников, причем, оказывается возможным использование даже телефонных линий, т.е. неспециализированных компьютерных. При этом источник и приемник информации должны быть согласованы по формату и скорости передачи.
Передача производится машинными словами (информационными битами), дополненными несколькими служебными. Рассмотрим пример передачи 8-битного слова с одним контрольным битом. В отсутствии передачи в линии поддерживается уровень сигнала, соответствующий логической единице (например, +5 В).
Передатчик может начать пересылку в любой момент посредством генерации стартового бита, который переводит линию в состояние логического нуля на время продолжительности элементарного сигнала τ0 — по нему приемник узнает, что передача началась. Затем происходит передача информационных битов, начиная с младшего (0-го). За ними передается контрольный бит четности. Наконец, за ним следует столовый бит (их может быть два), который вновь переводит линию в состояние ожидания, т.е. логической единице. Вся передаваемая цепочка сигналов от стартового до стопового бита называется кадром.
Передача следующего кадра может начаться сразу после стопового бита, причем, новый стартовый бит может быть послан в любой момент времени (не обязательно кратный τ0), например, 0,67τ0 или 3,45τ0 — поэтому передача и называется асинхронной. Безусловно, данная схема передачи требует предварительного согласования передатчика и приемника по продолжительности элементарного сигнала. Кроме того, для обеспечения максимальной защищенности сигнала от искажений приемник настраивается на считывание бита в середине его длительности.
Помимо информационных и контрольных битов в последовательном способе передачи кадр, как было сказано, дополняется еще двумя-тремя граничными битами. Это, естественно, приводит к увеличению избыточности кода и суммарной времени передачи. Поскольку биты передаются по очереди, скорость передачи ниже, чем в параллельном способе (при одинаковых частотах генераторов). Тем не менее, и в последовательных линиях скорость может достигать единиц Гбит/с — такой скорости более чем достаточно для передачи, например, телевизионного сигнала. При этом неоспоримым преимуществом данного способа является то, что в нем нет ограничений на дальность передачи.
Источник
Последовательная и параллельная передача.
Ограничения на передачу сигнала и информационная емкость канала.
Пропускная способность линий связи — это количество бит, передаваемых по линиям связи за единицу времени. Измеряется: бит/сек, Кбит/сек, Мбит/сек, Гбит/сек.
Полоса пропускания линий связи — это диапазон частот, гарантированно воспринимаемых приемником. Это физическая характеристика среды передачи данных и зависит обычно от конструкции, толщины и длины носителя. Сетевой трафик — поток информации, передаваемый по сети. Кроме полезной информации, включает и служебную ее часть — неизбежные накладные расходы на организацию взаимодействия узлов сети.
Каналы связи имеют ограниченную пропускную способность. Она связана с его полосой пропускания и соотношением сигнал/шум в канале.
Первым фактором, определяющим количество информации, которая может быть передана по каналу, является максимальная скорость передачи сигнала, поддерживаемая этим каналом связи.
Наличие изменения в сигнале может рассматриваться как сигнализирующее событие вне зависимости от природы сигнала (аналогового или цифрового).
Для широкополосных систем изменение одной частоты или амплитуды на другую свидетельствует о сигнализирующем событии.
Для узкополосных систем переход от одного дискретного состояния в другое (например, от +12V к -12V) также является подобным событием. Такие сигнализирующие события обычно носят специальное название — боды.
Таким образом, максимальная скорость передачи сигналов, поддерживаемая каналом, эквивалентна максимальной скорости передачи в бодах, поддерживаемых этим каналом связи.
На уровне физических сигналов вместо битовой скорости (бит/сек) оперируют понятием изменения сигнала в линии, измеряемой в бодах. Под ней понимается число изменений различных состояний линии за единицу времени.
В 1924 г. Гарольд Найквист (Bell Telephone Laboratories) открыл зависимость между полосой пропускания канала связи и его максимальной скоростью передачи в бодах.
Скорость в бодах не может превышать полосу пропускания канала более чем вдвое, т.е. для телефонной лини с полосой пропускания 3000 Гц, скорость передачи в бодах не может быть выше, чем 6000 бод.
Во многих схемах кодирования каждый переход сигнала в канале соответствует передаче бита от передатчика (Tx) к приемнику (Rx). Тогда скорость в бодах и битах совпадает (1 бит за один бод).
Другие схемы кодирования (для аналоговой и цифровой) могут передать более одного бита в течение одного сигнализирующего события (несколько бит за один бод). В них скорость в битах будет больше скорости в бодах.
Такие схемы классифицируются в терминах, характеризующих количество бит информации, переданных за каждый переход сигнала.
– dibit — 2 бита/бод
– tribit — 3 бита/бод
– quadbit — 4 бита/бод
Сейчас широко распространена схема кодирования DPSK — относительная фазовая модуляция.
Если демодулятор может распознать разницу между двумя фазами синусоидальной волны, он передает один бит информации с каждым изменением фазы. Для создания такого модема можно назначить ноль одной фазе (например, со сдвигом 0 градусов), а цифровое значение 1 — другой фазе (со сдвигом 180 градусов). Каждый раз при переключении модема между фазами 0 и 180 передается один бит информации. Чувствительность демодулятора можно повысить, чтобы он различал промежуточные фазы (90 и 270 градусов), т.е. при распознавании 4-х фаз волны мы можем назначить каждой фазе 2-х битовое значение.
– 90 градусов — 01
– 180 градусов — 10
– 270 градусов — 11
Последовательная и параллельная передача.
При параллельной передаче все линии используются для передачи данных, кроме одной, зарезервированной для передачи синхросигнала между отправителем и получателем. Биты передаются через линии одновременно с большой скоростью, но это преимущество нейтрализуется явлением, называемым перекосом шины или рассогласованием, при котором устройство реагирует на распространяемый сигнал не одинаково. Т.к. каждая линия канала связи имеет свои электрические характеристики, биты данных в каждом канале могут вести себя по-разному. Тогда биты, помещенные источником в канал, имея разную относительную скорость достигнут приемника в разное время. Этот эффект усиливается с расстоянием, поэтому параллельные имеют ограничение по длине.
В последовательной передаче между источником и приемником существует только один канал связи, поэтому биты должны следовать по каналу один за другим. Это вызывает ограничение по скорости в сравнении с параллельными каналами. В последовательных каналах нет проблемы рассогласования, поэтому их можно использовать для связи на дальних расстояниях. Но возникает другая проблема — необходимость в синхронизации приемника и передатчика.
Побитная синхронизация.
Rx (приемник) должен четко знать, когда нужно обратиться к линии, чтобы снять бит. Проблема решается использованием синхронизирующих устройств (генераторов) на каждом конце линии. Генератор передатчика задает темп передачи бит в линию. Генератор получателя определяет темп, с которым он должен опрашивать линию.
Если генератор передатчика должен выдавать в линию 100 бит/сек, то он настраивается на такую скорость и на ходе получателя тогда биты будут появляться каждую 1/100 сек. Если генератор получателя тоже настроен на 100 бит/сек, то получатель будет опрашивать линию 100 раз в сек.
Получатель обычно опрашивает состояние линии в течение очень короткого времени, чтобы определить находится линия в состоянии 1 или 0. При опросе линии во время перехода от 1 к 0 или наоборот возникает неоднозначность. Лучшей точкой для опроса является положение в центре бита и получатель может найти его, используя переход 1-0 или 0-1 в качестве опорной точки. Получатель может запустить его на одном из этих переходов, подождать половину времени длительности бита и затем опросить состояние линии. Стробирование (опрос) линии выполняется через интервал времени, равный длительности одного бита. Если генераторы Tx и Rx работают с одинаковой частотой, то биты будут опрашиваться в «правильные» моменты времени. При расхождении генераторов возможны ошибки распознания бит. Обычно генераторы всегда будут расходиться в частотах, поэтому необходима постоянная их синхронизация через определенные промежутки времени.
Есть некоторые системы, в которых сигналы синхронизации передаются по линиям вместе с данными, так что получатель может выделить синхроимпульсы, которые точно совпадают с синхроимпульсами самого источника.
Существует два способа синхронизации передатчика и приемника:
– Основывается на явной синхронизации при обмене информацией. Это синхронная передача. Она означает, что передатчик и приемник синхронизируются от одного источника. Приемник работает при этом синхронно с передатчиком (с фазовым сдвигом, обусловленным временем распространения сигнала). Синхросигнал либо передается по отдельной линии связи, либо встроен в основной сигнал с помощью самосинхронизирующего кодирования. При синхропередаче передатчик постоянно активен. Он непрерывно посылает битовую последовательность если не полезных данных, то некоторого заполнителя.
– Основывается на неявной синхронизации взаимодействующих устройств. Это асинхронная передача, т.е. передатчик и приемник не пользуются общим источником синхронизации. Передача очередной порции может быть начата в любой момент времени и время прохождения соседних блоков данных между передатчиком и приемником может быть разным.
Источник
Последовательная и параллельная передача данных
Я нарисовал два рисунка, иллюстрирующих эти виды передачи данных:
1. Последовательная передача данных 
2. Параллельная передача данных
Здесь нумерованные квадратики изображают биты данных. Передача данных производится слева направо. Линия связи изображена в разрезе (серым цветом изображена изоляция от внешней среды и между каналами): на первом рисунке линия связи с одним каналом, на втором рисунке — линия связи с четырьмя каналами. Число четыре в данном случае ничего особенного не означает, каналов (как и входящих битов) может быть и больше, и меньше.
На первый взгляд кажется, что в компьютерных сетях нужно выбирать параллельную передачу данных, так как параллельная передача данных должна быть быстрее, чем последовательная (на вышеприведенных рисунках — в 4 раза, за счет большего числа каналов).
Однако, на практике в подавляющем большинстве случаев для прокладки компьютерных сетей выбирают последовательную передачу данных.
Во-первых, очевидно, линия связи с одним каналом дешевле линии связи с несколькими параллельными каналами за счет меньшего количества материала, потраченного на ее изготовление. Кроме этого, линия связи с одним каналом занимает меньше места, чем линия связи с несколькими каналами.
Во-вторых, в случае параллельных каналов требуется обеспечить их работу с одинаковой скоростью, в противном случае на выходе изначальный порядок бит перепутается и данные будут повреждены. Это тоже дополнительные трудности, которые отсутствуют в случае последовательной передачи данных.
В-третьих, параллельные каналы создают помехи работе друг друга. Это так называемые «перекрестные помехи», связанные с электромагнитным влиянием параллельных каналов друг на друга.
Источник
