الاتصال التسلسلي

الموسوعة الحرة

يتم إرسال البيانات 01001011 2 بشكل تسلسلي ومتوازي . التسلسل القياسي للبتات هو البت الأقل أهمية أولاً (من D0 إلى D7 بترتيب تصاعدي ). [ 1 ] يتم استقبال D0 أولاً عبر الإرسال التسلسلي. يتم استقبال جميع البتات في وقت واحد عبر الإرسال المتوازي.

في مجال الاتصالات ونقل البيانات ، تُعرف الاتصالات التسلسلية بأنها عملية إرسال البيانات بتًا واحدًا في كل مرة، بالتتابع، عبر قناة اتصال أو ناقل حاسوب . وهذا يختلف عن الاتصالات المتوازية ، حيث تُرسل عدة بتات كوحدة واحدة، عبر رابط ذي قنوات متوازية متعددة.

بنية الأحرف القياسية للاتصال غير المتزامن للبيانات، وتتكون من 10 عناصر لحرف ASCII ذي 7 بتات

تُستخدم الاتصالات التسلسلية في جميع الاتصالات بعيدة المدى ومعظم شبكات الحاسوب ، حيث تجعل تكلفة الكابلات وصعوبة المزامنة الاتصالات المتوازية غير عملية. وقد أصبحت ناقلات الحاسوب التسلسلية أكثر شيوعًا حتى على مسافات أقصر، إذ بدأت سلامة الإشارة المحسّنة وسرعات النقل في التقنيات التسلسلية الحديثة تتفوق على ميزة بساطة الناقل المتوازي (عدم الحاجة إلى مُسلسل ومُفكك تسلسلي، أو SerDes ) وتتجاوز عيوبه ( انحراف التوقيت ، وكثافة التوصيلات البينية). ويُعدّ الانتقال من PCI إلى PCI Express (PCIe) مثالًا على ذلك.

ترسل واجهات الاتصال التسلسلي الحديثة عالية السرعة، مثل PCIe [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]، البيانات على دفعات باستخدام تقنيات التضمين/الترميز مثل PAM4، التي تجمع بتّين في رمز واحد، بينما تُرسل الرموز تباعًا. يحل هذا محل PAM2 أو تقنية عدم العودة إلى الصفر (NRZ) التي ترسل بتًا واحدًا فقط في كل مرة، أي بت واحد لكل رمز. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] تُرسل الرموز بسرعة تُعرف بمعدل الرموز أو معدل الباود. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

الكابلات

صُممت العديد من أنظمة الاتصالات التسلسلية في الأصل لنقل البيانات عبر مسافات كبيرة نسبياً من خلال نوع من كابلات البيانات .

تُنقل البيانات في جميع الاتصالات بعيدة المدى تقريبًا بتًا بتًا، بدلًا من نقلها بالتوازي، وذلك لتقليل تكلفة الكابل. وعادةً ما يُشار إلى الكابلات التي تنقل هذه البيانات (باستثناء كابل التسلسل) ومنافذ الحاسوب التي تُوصل بها بأسماء أكثر تحديدًا، لتجنب الالتباس.

تكون كابلات ومنافذ لوحة المفاتيح والماوس تسلسلية في الغالب - مثل منفذ PS/2 و Apple Desktop Bus و USB .

الكابلات التي تنقل الفيديو الرقمي هي في الغالب كابلات تسلسلية - مثل كابل محوري موصول بمنفذ HD-SDI ، وكاميرا ويب موصولة بمنفذ USB أو منفذ FireWire ، وكابل إيثرنت يربط كاميرا IP بمنفذ Power over Ethernet ، و FPD-Link ، وخطوط الهاتف الرقمية (مثل ISDN )، وما إلى ذلك.

وتشمل الكابلات والمنافذ الأخرى التي تنقل البيانات بت واحد في كل مرة، Serial ATA و Serial SCSI وكابل Ethernet الموصول بمنافذ Ethernet وقناة بيانات العرض باستخدام دبابيس محجوزة مسبقًا لموصل VGA أو منفذ DVI أو منفذ HDMI .

الحافلات التسلسلية

موصل RS-232 (نسخة D-Sub DB-25)

تم تصميم العديد من أنظمة الاتصالات بشكل عام لربط دائرتين متكاملتين على نفس لوحة الدوائر المطبوعة ، متصلة عن طريق مسارات الإشارة على تلك اللوحة (بدلاً من الكابلات الخارجية).

تزداد تكلفة الدوائر المتكاملة كلما زاد عدد أطرافها. ولتقليل عدد الأطراف في العبوة، تستخدم العديد من الدوائر المتكاملة ناقلًا تسلسليًا لنقل البيانات عندما لا تكون السرعة مهمة. ومن أمثلة هذه النواقل التسلسلية منخفضة التكلفة والسرعة: RS-232 ، و DALI ، وSPI ، و CAN bus ، و I²C ، و UNI/O ، و1-Wire . أما النواقل التسلسلية عالية السرعة فتشمل USB ، و SATA ، و PCI Express .

التسلسل مقابل التوازي

قد تكون روابط الاتصال، التي تتواصل عبرها أجهزة الكمبيوتر (أو أجزاء منها) فيما بينها، تسلسلية أو متوازية. ينقل الرابط المتوازي عدة تدفقات من البيانات في وقت واحد عبر قنوات متعددة (مثل الأسلاك، أو مسارات الدوائر المطبوعة، أو الألياف الضوئية)؛ بينما ينقل الرابط التسلسلي تدفقًا واحدًا فقط من البيانات. ويكمن مبرر الاتصال المتوازي في الميزة الإضافية المتمثلة في إمكانية الوصول المباشر إلى عناوين سجل النظام (8 بت أو 16 بت) في وقت كان فيه ربط مسارات البيانات المباشرة أسهل وأسرع من مزامنة البيانات تسلسليًا.

على الرغم من أن وصلة الاتصال التسلسلي قد تبدو أقل كفاءة من وصلة الاتصال المتوازي، نظرًا لقدرتها على نقل بيانات أقل في كل دورة ساعة، إلا أنه غالبًا ما يمكن زيادة سرعة تردد وصلات الاتصال التسلسلي بشكل ملحوظ مقارنةً بوصلات الاتصال المتوازي لتحقيق معدل نقل بيانات أعلى. وتتيح عدة عوامل زيادة سرعة تردد وصلات الاتصال التسلسلي:

  • لا يُمثل انحراف التوقيت بين القنوات المختلفة مشكلة (بالنسبة لوصلات الاتصال التسلسلي غير المتزامنة غير المُوقّتة ). قد يكون سبب ذلك عدم تطابق أطوال الأسلاك أو الموصلات. [ 17 ] [ 18 ]
  • يتطلب الاتصال التسلسلي عددًا أقل من الكابلات المتصلة (مثل الأسلاك/الألياف الضوئية)، وبالتالي يشغل مساحة أقل. وتتيح المساحة الإضافية عزلًا أفضل للقناة عن محيطها.
  • يُعد التداخل بين الإشارات مشكلة أقل، نظرًا لوجود عدد أقل من الموصلات في المنطقة المجاورة. [ 17 ]
  • يمكن تركيز الميزانيات الخاصة باستخدام الطاقة، وتبديد الطاقة، وتكلفة الكابلات، وتكلفة المكونات، ومساحة رقاقة الدوائر المتكاملة، ومساحة لوحة الدوائر المطبوعة، والحماية من التفريغ الكهروستاتيكي، وما إلى ذلك، على وصلة واحدة.

أتاح قانون مور الانتقال من ناقلات البيانات المتوازية إلى التسلسلية ، مما سمح بدمج تقنية SerDes في الدوائر المتكاملة. [ 19 ] لا تتطلب وصلة البيانات التسلسلية الكهربائية سوى زوج من الأسلاك، بينما تتطلب وصلة البيانات المتوازية عدة أسلاك. وبالتالي، يمكن لوصلات البيانات التسلسلية توفير التكاليف (المعروفة أيضًا بقائمة المواد ). تستخدم الإشارات التفاضلية أسلاكًا أو موصلات متطابقة الطول، وتُستخدم في وصلات البيانات التسلسلية عالية السرعة. [ 18 ] يُعدّ تطابق الطول أسهل في وصلات البيانات التسلسلية نظرًا لأنها تتطلب عددًا أقل من الموصلات.

في كثير من الحالات، يكون تنفيذ الاتصال التسلسلي أرخص من الاتصال المتوازي. تحتوي العديد من الدوائر المتكاملة على واجهات تسلسلية، على عكس الواجهات المتوازية، مما يعني أنها تحتوي على عدد أقل من الأطراف وبالتالي تكون أقل تكلفة.

أمثلة على البنى المعمارية

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ماكنزي، تشارلز إي. (1980). مجموعات الأحرف المشفرة، تاريخها وتطورها (ملف PDF) . سلسلة برمجة الأنظمة (  الطبعة الأولى). شركة أديسون-ويسلي للنشر، الصفحات 247-253 . ISBN  978-0-201-14460-4LCCN 77-90165 . مؤرشف ( PDF) من الأصل بتاريخ 26 مايو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 ديسمبر 2022 . 
  2. ↑ روبنسون، دان (12 يناير 2022). "الكشف عن المواصفات النهائية لتقنية PCIe 6.0: سرعة ربط تصل إلى 64 جيجابت في الثانية... مع منتجات ستتبعها في عام 2023" . ذا ريجستر .
  3. ↑ "مواصفات PCIe 7.0 Draft 0.5 متوفرة: سرعة 512 جيجابايت/ثانية عبر PCIe x16 تسير وفق الخطة لعام 2025" . مؤرشف من الأصل في 4 أبريل 2024.
  4. ↑ "بدأت تقنية PCIe 5.0 للتو بالوصول إلى أجهزة الكمبيوتر الشخصية الجديدة، لكن الإصدار 6.0 متوفر بالفعل" . 12 يناير 2022.
  5. ↑ دليل واجهات الاتصالات التسلسلية: موسوعة شاملة لمعايير الإدخال/الإخراج الرقمي التسلسلي . نيونس. ٢١ أغسطس ٢٠١٥. ISBN 978-0-12-800671-9.
  6. ↑ "PAM4: للأفضل والأسوأ | 2019-02-26 | مجلة سلامة الإشارة" .
  7. ↑ "إشارات PAM-4" .
  8. ↑ تشانغ، هونغتاو؛ جياو، براندون؛ لياو، يو؛ تشانغ، جيف. إشارات PAM4 لتطبيقات وصلات تسلسلية بسرعة 56 جيجابت في الثانية - دليل تعليمي (ملف PDF) . مؤتمر التصميم 2016.
  9. ↑ "إشارات PAM4 في تقنية الاتصال التسلسلي عالي السرعة: الاختبار والتحليل والتصحيح" (ملف PDF) (مذكرة تطبيقية). تيكترونيكس .
  10. ↑ بان، تشونغتشي؛ يو، يانغ (3 ديسمبر 2019). تقنيات معالجة الإشارات الرقمية المتقدمة لاتصالات الألياف الضوئية عالية السعة وكفاءة الطاقة . ISBN 978-3-03921-792-2.
  11. ↑ أساسيات الاتصالات الحديثة . جون وايلي وأولاده. 4 أغسطس 2020. ISBN 978-1-119-52149-5.
  12. ↑ كيم، غاين (يناير 2022). "استكشاف فضاء التصميم للوصلات التسلسلية أحادية المسار القائمة على تقنية OFDM للاتصالات السلكية عالية السرعة" . مجلة IEEE المفتوحة للدوائر والأنظمة . 3 (1). الشكل 2. doi : 10.1109/OJCAS.2022.3189550 . ISSN 2644-1225 . 
  13. ↑ "مخططات العين: أداة لتحليل البيانات التسلسلية" . 4 يونيو 2019.
  14. ↑ "مزايا تعديل PAM4 | عيوب إشارات PAM4" .
  15. ↑ "توليد إشارات PAM4 لاختبار توافق جهاز الاستقبال" . 20 سبتمبر 2016.
  16. ↑ تصميم الأجهزة الرقمية المعقدة . دار نشر CRC. 9 مايو 2024. رقم ISBN 978-1-040-01179-9.
  17. 1 2 "المحاضرة 24" (ملف PDF) . CSE378: تنظيم الآلة ولغة التجميع .
  18. 1 2 ليدين، جيم؛ فارلي، ديف (4 مايو 2022). هندسة الحاسوب الحديثة وتنظيمه: تعلم هندسة x86 وARM وRISC-V وتصميم الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر الشخصية وخوادم الحوسبة السحابية . دار نشر Packt. ISBN 978-1-80323-823-4.
  19. ↑ دليل المسح الضوئي للحدود . سبرينغر. 30 يونيو 2003. ISBN 978-1-4020-7496-7.