stringtranslate.com

Последовательная связь

Последовательная и параллельная передача данных 01001011 2 . Стандартная последовательность битов — сначала младший бит (D 0 — D 7 в порядке возрастания). [1] D 0 принимается первым при последовательной передаче. Все биты принимаются одновременно при параллельной передаче.

В телекоммуникациях и передаче данных последовательная связь — это процесс отправки данных по одному биту за раз, последовательно, по каналу связи или компьютерной шине . Это отличается от параллельной связи , где несколько бит отправляются как единое целое по линии с несколькими параллельными каналами.

Стандартная структура символов для асинхронной передачи данных, состоящая из 10 элементов для 7-битного символа ASCII

Последовательная связь используется для всех дальних коммуникаций и большинства компьютерных сетей , где стоимость кабеля и трудности синхронизации делают параллельную связь непрактичной. Последовательные компьютерные шины стали более распространенными даже на более коротких расстояниях, поскольку улучшенная целостность сигнала и скорость передачи в новых последовательных технологиях начали перевешивать преимущество простоты параллельной шины (нет необходимости в сериализаторе и десериализаторе, или SerDes ) и превосходить ее недостатки ( перекос тактовой частоты , плотность межсоединений). Примером является миграция с PCI на PCI Express (PCIe).

Современные высокоскоростные последовательные интерфейсы, такие как PCIe [2] [3] [4], отправляют данные по несколько бит за раз, используя методы модуляции/кодирования, такие как PAM4 , который группирует 2 бита за раз в один символ, и несколько символов по-прежнему отправляются по одному за раз. Это заменяет PAM2 или безвозвратный ноль (NRZ), который отправляет только один бит за раз, или, другими словами, один бит на символ. [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] Символы отправляются со скоростью, известной как скорость символов или скорость передачи в бодах. [13] [14] [15] [16]

Кабели

Многие системы последовательной связи изначально были разработаны для передачи данных на относительно большие расстояния по какому-либо кабелю передачи данных .

Практически все дальние коммуникации передают данные по одному биту за раз, а не параллельно, поскольку это снижает стоимость кабеля. Кабели, которые передают эти данные (кроме "последовательного" кабеля) и компьютерные порты, к которым они подключаются, обычно называются более конкретными именами, чтобы избежать путаницы.

Кабели и порты клавиатуры и мыши почти всегда являются последовательными, например порт PS/2 , Apple Desktop Bus и USB .

Кабели, передающие цифровое видео, также в основном являются последовательными, например, коаксиальный кабель, подключаемый к порту HD-SDI , веб-камера, подключаемая к порту USB или порту FireWire , кабель Ethernet , подключающий IP-камеру к порту Power over Ethernet , FPD-Link , цифровые телефонные линии (например, ISDN ) и т. д.

Другие подобные кабели и порты, передающие данные по одному биту за раз, включают в себя Serial ATA , Serial SCSI , кабель Ethernet, подключенный к портам Ethernet , канал данных дисплея, использующий ранее зарезервированные контакты разъема VGA или порта DVI или порта HDMI .

Последовательные автобусы

Разъем RS-232 ( вариант D-Sub DB-25)

Многие системы связи, как правило, проектировались для соединения двух интегральных схем на одной печатной плате , соединенных сигнальными дорожками на этой плате (а не внешними кабелями).

Интегральные схемы дороже, когда у них больше контактов. Чтобы уменьшить количество контактов в корпусе, многие ИС используют последовательную шину для передачи данных, когда скорость не важна. Некоторые примеры таких недорогих низкоскоростных последовательных шин включают RS-232 , DALI , SPI , CAN bus , I²C , UNI/O и 1-Wire . Высокоскоростные последовательные шины включают USB , SATA и PCI Express .

Последовательный против параллельного

Каналы связи, по которым компьютеры (или части компьютеров) общаются друг с другом, могут быть последовательными или параллельными. Параллельный канал передает несколько потоков данных одновременно по нескольким каналам (например, проводам, печатным дорожкам или оптическим волокнам); тогда как последовательный канал передает только один поток данных. Обоснованием параллельной связи было дополнительное преимущество прямого доступа к памяти к 8-битным или 16-битным адресам реестра в то время, когда отображение прямых линий данных было удобнее и быстрее, чем последовательная синхронизация данных. [ необходима цитата ]

Хотя последовательный канал может показаться хуже параллельного, поскольку он может передавать меньше данных за такт, часто бывает так, что последовательные каналы могут тактироваться значительно быстрее параллельных каналов, чтобы достичь более высокой скорости передачи данных. Несколько факторов позволяют последовательному каналу тактироваться с более высокой скоростью:

Переход от параллельных к последовательным шинам был разрешен законом Мура , который позволил включить SerDes в интегральные схемы. [19] Для электрической последовательной связи требуется только пара проводов, тогда как для параллельной связи требуется несколько. Таким образом, последовательные связи могут сэкономить на расходах (также известных как Bill of Materials ). Дифференциальная передача сигналов использует согласованные по длине провода или проводники и используется в высокоскоростных последовательных связях. [20] Согласование длины проще выполнять на последовательных связях, поскольку для них требуется меньше проводников.

Во многих случаях последовательный интерфейс дешевле в реализации, чем параллельный. Многие микросхемы имеют последовательные интерфейсы, в отличие от параллельных, поэтому у них меньше контактов и, следовательно, они менее дороги.

Примеры архитектур

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Mackenzie, Charles E. (1980). Coded Character Sets, History and Development (PDF) . The Systems Programming Series (1-е изд.). Addison-Wesley Publishing Company, Inc. стр. 247–253. ISBN 978-0-201-14460-4. LCCN  77-90165. Архивировано (PDF) из оригинала 26 мая 2016 г. Получено 29 декабря 2022 г.
  2. ^ Робинсон, Дэн (12 января 2022 г.). «Опубликованы окончательные спецификации PCIe 6.0: скорость соединения 64 ГТ/с... с выходом продуктов в 2023 г.». The Register .
  3. ^ «Доступна спецификация PCIe 7.0 Draft 0.5: 512 ГБ/с по PCIe x16 на подходе к 2025 году».
  4. ^ «PCIe 5.0 только начинает появляться на новых PCS, но версия 6.0 уже здесь». 12 января 2022 г.
  5. ^ Справочник по последовательным интерфейсам связи: всеобъемлющий сборник стандартов последовательного цифрового ввода/вывода (I/O). Newnes. 21 августа 2015 г. ISBN 978-0-12-800671-9.
  6. ^ «PAM4: к лучшему и к худшему | 2019-02-26 | Журнал целостности сигнала».
  7. ^ "Сигнализация PAM-4".
  8. ^ Чжан, Хонгтао; Цзяо, Брэндон; Ляо, Юй; Чжан, Джефф. Сигнализация PAM4 для приложений последовательной связи 56G − Учебное пособие (PDF) . DesignCon 2016.
  9. ^ «Сигнализация PAM4 в высокоскоростной последовательной технологии: тестирование, анализ и отладка» (PDF) (примечание к применению). Tektronix .
  10. ^ Пан, Чжунци; Юэ, Ян (3 декабря 2019 г.). Передовые методы цифровой обработки сигналов для высокопроизводительных и энергоэффективных оптоволоконных коммуникаций. ISBN 978-3-03921-792-2.
  11. ^ Основы современных коммуникаций. John Wiley & Sons. 4 августа 2020 г. ISBN 978-1-119-52149-5.
  12. ^ Ким, Гейн (январь 2022 г.). «Исследование пространства проектирования однополосных последовательных каналов на основе OFDM для высокоскоростной проводной связи». IEEE Open Journal of Circuits and Systems . 3 (1). Рисунок 2. doi : 10.1109/OJCAS.2022.3189550. ISSN  2644-1225.
  13. ^ «Глазковые диаграммы: инструмент для анализа последовательных данных». 4 июня 2019 г.
  14. ^ «Преимущества модуляции PAM4 | Недостатки сигнализации PAM4».
  15. ^ "Создание сигналов PAM4 для проверки соответствия приемника". 20 сентября 2016 г.
  16. ^ Проектирование сложных цифровых устройств. CRC Press. 9 мая 2024 г. ISBN 978-1-040-01179-9.
  17. ^ ab "Лекция 24" (PDF) . CSE378: Машинная организация и язык ассемблера .
  18. ^ Ледин, Джим; Фарли, Дэйв (4 мая 2022 г.). Современная компьютерная архитектура и организация: изучите архитектуры x86, ARM и RISC-V, а также проектирование смартфонов, ПК и облачных серверов. Packt Publishing. ISBN 978-1-80323-823-4.
  19. ^ Граница — Справочник сканирования. Springer. 30 июня 2003 г. ISBN 978-1-4020-7496-7.
  20. ^ Ледин, Джим; Фарли, Дэйв (4 мая 2022 г.). Современная компьютерная архитектура и организация: изучите архитектуры x86, ARM и RISC-V, а также проектирование смартфонов, ПК и облачных серверов. Packt Publishing. ISBN 978-1-80323-823-4.

Внешние ссылки