Последовательный способ передачи данных. Примеры последовательных интерфейсов

Чтобы снизить стоимость линий связи в компьютерных сетях необходимо сократить количество проводов. Поэтому используют не параллельную передачу всех бит кода, как это делается внутри компьютера, а последовательную, побитную передачу, требующую всего одной пары проводов.

Для передачи кодовой комбинации по двухпроводной линии связи группа битов передается по одному проводу бит за битом. Это передача информации носит название передача с использованием последовательного интерфейса или последовательным кодом.

Такая передача, как не парадоксально, позволяет повысить скорость передачи данных (за счет отсутствия задержек при передаче битов), а также, что особенно важно для передачи сообщений на большие расстояния, является более помехоустойчивой (из-за отсутствия взаимного влияния сигналов).

В персональных ЭВМ для последовательной передачи используются:

l стандартный внешний последовательный (Com, т.е. коммуникационные) порт (интерфейс) типа RS-232C (Reference Standard number 232 revision C –стандарт обмена номер 232 версии С). Длина кабеля до 15 м, максимальная скорость 115 Кбит/с),

l современный последовательный порт типа USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль) версии 2.0 со скоростью до 480 Мбит/с (60 Мбайт/с) и версии 3.0 со скоростью 4.8 Гбит/с, используемый для подключения различных периферийных устройств (цифровые видеокамеры, сканеры, принтеры, мобильные устройства для хранения данных, модемы, клавиатуры, мыши и др.). Максимальная длина 4-проводного кабеля (USB 3.0 – 8 проводов) с экранированной витой парой 5 м;

l современный высокоскоростной последовательный интерфейс Firewire (i.Link) – огненная линия (IEEE 1394, IEEE 1394b), который призван заменить интерфейсы IDE и SCSI и обеспечить комфортную работу с жесткими дисками и внешними высокоскоростными устройствами (цифровые видеокамеры, аудиоустройства, сканеры и т.д.). Скорость передачи от 400 до 800 Мбит/с (IEEE 1394b). Максимальная длина 6-проводного кабеля с экранированной витой парой 4,5 м.;

l новые последовательные интерфейсы накопителей жестких дисков Serial ATA и Serial Attached SCSI (SAS) c пропускной способностью до 600 Мбайт/с.;

l быстродействующая последовательная шина PCI Express. 8-полосная шина, позволяющая одновременно передавать 8 бит данных, обеспечивает скорость передачи до 8000 Мбит/с (1000 Мбайт/с). При одновременном использовании до 32 полос скорость передачи может достигнуть 32 Гбит/с (4 Гбайт/с).

 

Синхронизация данных.

Процессы передачи и приема информации в вычислительных комплексах и сетях могут быть привязаны к определенным временным отметкам, и тем самым может быть обеспечено согласование протекания этих процессов во времени. Такие процессы называются синхронными.

В то же время могут существовать процессы, в которых нет такой привязки и которые могут начать выполняться в любой момент времени. Такие процессы называются асинхронными.

Таким образом, синхронизация данных – это согласование различных процессов передачи и приема данных во времени.

При организации взаимодействия устройств внутри компьютера задача синхронизации решается очень просто, так как в этом случае все модули синхронизируются от общего тактового генератора.

Для внешней передачи данных по компьютерным сетям может использоваться как синхронный, так и асинхронный способы передачи.

При синхронном способе передачи приемник работает синхронно с передатчиком (с некоторым сдвигом, обусловленным временем распространения сигнала), при этом проблема синхронизации приемника и передатчика может решаться двумя способами:

l с помощью внешней синхронизации путем обмена специальными тактовыми синхроимпульсами (флагами) по отдельной линии (практически не применяется из-за дороговизны реализации дополнительного канала),

l путем само синхронизирующего кодирования, когда приемником из принятого сигнала автоматически выделяются импульсы синхронизации. В ЛВС чаще других применяют самосинхронизирующийся манчестерский код.

Синхронная передача – высокоскоростная и почти безошибочная. Она используется не только для обмена сообщениями между устройствами ЭВМ, а также в глобальных вычислительных сетях для передачи данных по телефонным линиям и высокоскоростной передачи по магистральным цифровым линиям. Синхронная передача требует дорогостоящего оборудования.

Параллельные интерфейсы персонального компьютера всегда работают в синхронном режиме.

При асинхронной передаче приемник и передатчик не пользуются общим источником синхронизации. Передача очередной порции данных может начаться в произвольный момент времени, при этом время прохождения соседних блоков данных между передатчиком и приемником может быть различным.

Так как промежутки времени между передаваемыми блоками не фиксированы, принимающая сторона должна быть предупреждена, когда данные начинаются и когда заканчиваются. Для этого каждая порция битов (Data bits, обычно это 8 битов) ограничивается специальными стартовым (Start bit) и стоповым (Stop bit) битами, которые и позволяют произвести выделение каждой отдельной порции в передаваемом потоке. Иногда в линиях связи с низкой надежностью используется 2 стоповых бита.

Дополнительные стартовые и стоповые биты и частые подтверждения правильного приема снижают эффективную скорость передачи данных и соответственно пропускную способность канала связи.

Так в асинхронном способе используется, по крайней мере, 10 бит на 1 байт информационных битов данных (включая стартовый и стоповый биты), а при синхронном – только восемь. Поэтому синхронный метод дает возможность ускорить обмен данными по сравнению с асинхронным, по крайней мере, на 20%. В то же время асинхронная передача не требует дорогостоящего оборудования и поэтому широко используется в вычислительных сетях.

Асинхронный режим является наиболее распространенным для подключения терминалов, его поддерживают Com-порты персонального компьютера. Современные высокоскоростные последовательные интерфейсы USB и Firewire могут работать как в асинхронном, так и в синхронном режимах.