| 2.7. Parallele und serielle Datenübertragung - Paritätsprüfung und Checksums - CRC |
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Letztmalig dran rumgefummelt: 14.06.18 16:59:04 |
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Wo auch immer Daten in einem Rechnersystem, einem Verbund seiner Komponenten bis hin zu mittleren und großen Rechnernetzen müssen Daten übermittelt werden. Dies geschieht byteweise und man unterscheidet prinzipiell zwei Möglichkeiten. | ||||||||
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1. Paralleler Datentransfer 2. Serieller Datentransfer 3. Parallele und serielle Übertragungs-Protokolle 4. Paritätsprüfung 5. Checksums 6. Stelligkeitenprüfung 7. Verwandte Themen |
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In digitalen Systemen sind häufig Kombinationen dieser beiden Varianten üblich, z. B. bitparallele/wortserielle Informationsdarstellung und Übertragung | ||||||||
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Allgemeine Schnittstellenbeschreibung Bei einer Punktverbindung erfolgt der
Datenaustausch zwischen zwei Datenstationen (Bild 1). Durch die Leitung ist
vorbestimmt, welche der Datenstationen einen Datenaustausch vornehmen. Bei einem Bussystem (Sammelleitungs-System) sind dagegen an eine Übertragungsleitung mehrere Datenstationen angeschlossen. Lokale Netze (Local Area Networks, LAN) entstehen durch räumlich begrenzte Bussysteme. Zum korrekten Ablauf einer Datenübertragung Man bezeichnet die Schnittstellenbeschreibung als OSI-7-Schichtenmodell (engl. Open System of Interconnection = Kommunikation Offener Systeme, Tabelle 1). der Bitübertragungsschicht werden die Art der Bitdarstellung, die Bauform des Verbindungsstrecke, die Leitungsart, die Signalspannungen, die Signalströme, die Art der Erdung und die zulässigen Bild 1: Datenaustausch bei Punktverbindung Leitungslängen beschrieben. und Bussystem der Datensicherungsschicht wird das Zuteilungsverfahren beschrieben, welche Datenstation senden und welche Datenstationen empfangen dürfen. An einem Datenbus sind mehrere Teilnehmer (Sender oder |
| 1. Paralleler Datentransfer |
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Hierbei wird die gesamte Information (z.B. die 8 Bit
eines Wortes) zeitlich nacheinander auf einer einzigen Leitung (auf einem
einzigen Übertragungskanal) übertragen bzw. steht an einem Schaltkreisanschluss
zur Verfügung. Die Signale werden in Form von Impulsen (kurzzeitiger H- bzw.
L-Spannungs- oder Strompegel) dargestellt. Zur Übertragung bzw. Darstellung
eines n-bit-Wortes werden n „Bitzeiten“ benötigt. Je nach der Schaltzeit
der digitalen Schaltungen liegt eine Bitzeit im Bereich von ns bis ms. |
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Tafel unten gibt einen Vergleich zwischen den Eigenschaften der parallelen und seriellen Informationsdarstellung.
Hierbei repräsentiert jede Leitung ein Bit. Zur Darstellung eines Bytes (8-bit-Wort) werden also 8 Anschlüsse eines Schaltkreises und zur Übertragung des Bytes 8 Leitungen bzw. Übertragungskanäle benötigt. |
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Gesamte Information eines Wortes gleichzeitig verfügbar (alle Bits gleichzeitig) |
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Wesentlich höhere Datenübertragungsrate realisierbar |
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Höherer Aufwand (je Bit eine Leitung und Anpassschaltung) |
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Signaländerung innerhalb eines Bruchteils einer Bitzeit realisierbar |
| 2. Serielle Datenübertragung |
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Die serielle Informationsübertragung benötigt in
der Regel erheblich geringeren Aufwand. Sie ist aber störempfindlicher, weil
die Information nur sehr kurzzeitig (in Form kurzer Impulse) zur Verfügung
steht. Bei der Signalübertragung zwischen verschiedenen Geräten ist zur
Unterdrückung von Störimpulsen eine RC-Filterung der übertragenen Signale
zweckmäßig. Da hierdurch natürlich auch die Nutzsignale verschliffen werden,
können bei der seriellen Signalübertragung keine großen RC-Zeitkonstanten gewählt
werden (RC << Impulsbreite, damit der Impuls nicht zu stark verschliffen
wird!). Die parallele Signalübertragung kann dagegen statisch erfolgen. Dadurch
lassen sich RC-Filter zur Störunterdrückung mit wesentlich größerer
Zeitkonstante dimensionieren, falls es nicht auf sehr hohe Übertragungsraten
ankommt. |
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Statische und dynamische Signaldarstellung. Im Bild unten lernen wir die
„dynamische“ Signaldarstellung in Form kurzer Impulse kennen. Bei der
parallelen Informationsdarstellung gibt es zwei Möglichkeiten zur Darstellung
der einzelnen Bits
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Jedes Bit eines Wortes erscheint zu einer anderen Zeit |
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Signaländerung dauert mindestens eine Wortzeit |
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Niedrigere Datenübertragungsrate |
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Geringerer Aufwand (nur eine Leitung und Anpassschaltung je Wort) |
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Synchrone und asynchrone serielle Datenübertragung |
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| 3. Parallele sowie serielle Datenübertragungsprotokolle |
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Natürlich wird ab diesem Punkt die Geschichte insofern schwierig, als das dies ein weites Feld ist. Die Schwachstelle bekämpfen wir genau mit ihren eigenen Waffen: die einzelnen Protokolle sind immer schalenförmig aufgebaut - und unten liegen immer die Hardwareschichten. Wir machen Hardware und lassen alles andere konsequent weg. | |||||||||||||||
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| 4. Paritätsprüfung |
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Was dem Laien absolut unverständlich ist, geht mit praktischer Mathematik. Daten auf ein Ziel zu übertragen und am Ziel ohne unmittelbare Kommunikation mit dem Empfänger festzustellen, ob Fehler während der Übertragung aufgetreten sind, ist durch redundante Informationsübertragung möglich. | ||||
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| 5. Checksums - Cycling redundaced Check - kurz: CRC |
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Byteweise wird wird hier nun eine Kontrollsumme erfasst und an die Zielstelle durch gegeben. Die Prüfsumme wird auf der Zielseite auf die übertragenen Bytes angewandt und neu berechnet - stimmt sie überein, so sind Übertragungsfehler mit extrem hoher Wahrscheinlichkeit auszuschließen. |
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| 6. Stelligkeitenprüfung |
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Hier gilt es zu prüfen, ob eine Zahl gerade oder ungerade ist. Dies kann auf logischer Ebene ohne die Anwendung einer implementierten Funktion schon zu einem echten Problem werden. Auf der Hardwareebene dagegen eine relativ leicht zu lösendes Aufgabe. Da die Zahlen eh im Binärformat vorliegen, muss eigentlich nur das Bit 0 getestet werden. Ist es gleich "0", so ist die Zahl gerade, sonst ungerade. |
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| 7. Verwandte Themen |
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Codewandlungen stehen in der Praxis immer dann an, wenn Gerätekomponenten eingangs- und/oder ausgangsseitig einen Wechsel des Signalmusters erwarten oder benötigen. De facto ist die Gesamtheit aller logischen Schaltungen nichts weiter als eine Codewandlung. Immer wird aus einem gleichen Input ein äquivalenter Output generiert. | ||||||||||||
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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha | © Frank Rost im Februar 1999 |
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... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus (das haben wir schon den Salat - und von dem weiß ich!) nicht mehr teilzunehemn ;-) „Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“ Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist |
