Синхронизация данных

Последовательный способ передачи данных. Примеры последовательных интерфейсов.

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).

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 самосинхронизирующего 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.

Дата добавления: 2015-04-24