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Articulo de referencia

Comunicación en serie

Transmisión de datos en serie y en paralelo de 01001011 2 . La secuencia de bits estándar es bit menos significativo primero (D 0 a D 7 en orden ascendente). [ 1 ] D 0 se recibe...

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Transmisión de datos en serie y en paralelo de 01001011 2 . La secuencia de bits estándar es bit menos significativo primero (D 0 a D 7 en orden ascendente). [ 1 ] D 0 se recibe primero mediante transmisión en serie. Todos los bits se reciben simultáneamente mediante transmisión en paralelo.

En telecomunicaciones y transmisión de datos , la comunicación en serie consiste en enviar datos bit a bit , de forma secuencial, a través de un canal de comunicación o bus informático . Esto contrasta con la comunicación en paralelo , donde se envían varios bits como un todo, a través de un enlace con varios canales paralelos.

Estructura de caracteres estándar para la comunicación de datos asíncrona que consta de 10 elementos para un carácter ASCII de 7 bits.

La comunicación en serie se utiliza para todas las comunicaciones de larga distancia y la mayoría de las redes informáticas , donde el coste del cable y la dificultad de sincronización hacen que la comunicación en paralelo sea poco práctica. Los buses de computadora en serie se han vuelto más comunes incluso en distancias más cortas, ya que la mejora en la integridad de la señal y las velocidades de transmisión en las nuevas tecnologías en serie han comenzado a superar la ventaja de simplicidad del bus en paralelo (no se necesita serializador ni deserializador, o SerDes ) y a superar sus desventajas ( desfase del reloj , densidad de interconexión). La migración de PCI a PCI Express (PCIe) es un ejemplo.

Las modernas interfaces seriales de alta velocidad como PCIe [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] envían datos de varios bits a la vez utilizando técnicas de modulación/codificación como PAM4 , que agrupa 2 bits a la vez en un solo símbolo, y varios símbolos se siguen enviando uno a la vez. Esto reemplaza a PAM2 o NRZ (sin retorno a cero), que solo envía un bit a la vez, o dicho de otro modo, un bit por símbolo. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] Los símbolos se envían a una velocidad conocida como velocidad de símbolos o velocidad en baudios. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

Cables

Muchos sistemas de comunicación en serie fueron diseñados originalmente para transferir datos a distancias relativamente grandes mediante algún tipo de cable de datos .

Prácticamente todas las comunicaciones de larga distancia transmiten datos bit a bit, en lugar de en paralelo, porque esto reduce el coste del cable. Los cables que transportan estos datos (a excepción del cable serie) y los puertos de ordenador a los que se conectan suelen denominarse con un nombre más específico para evitar confusiones.

Los cables y puertos del teclado y del ratón son casi invariablemente seriales, como el puerto PS/2 , el Apple Desktop Bus y el USB .

Los cables que transportan vídeo digital también son en su mayoría seriales, como por ejemplo un cable coaxial conectado a un puerto HD-SDI , una cámara web conectada a un puerto USB o FireWire , un cable Ethernet que conecta una cámara IP a un puerto Power over Ethernet , FPD-Link , líneas telefónicas digitales (por ejemplo, ISDN ), etc.

Otros cables y puertos similares, que transmiten datos bit a bit, incluyen Serial ATA , Serial SCSI , cable Ethernet conectado a puertos Ethernet , el canal de datos de pantalla que utiliza pines previamente reservados del conector VGA o el puerto DVI o el puerto HDMI .

Autobuses en serie

Conector RS-232 (variante D-Sub DB-25)

Muchos sistemas de comunicación se diseñaban generalmente para conectar dos circuitos integrados en la misma placa de circuito impreso , conectados mediante pistas de señal en esa placa (en lugar de cables externos).

Los circuitos integrados son más caros cuanto mayor es el número de pines. Para reducir la cantidad de pines en un encapsulado, muchos circuitos integrados utilizan un bus serie para la transferencia de datos cuando la velocidad no es crucial. Algunos ejemplos de buses serie de bajo costo y baja velocidad son RS-232 , DALI , SPI , CAN bus , I²C , UNI/O y 1-Wire . Los buses serie de alta velocidad incluyen USB , SATA y PCI Express .

Serie versus paralelo

Los enlaces de comunicación, a través de los cuales las computadoras (o partes de ellas) se comunican entre sí, pueden ser seriales o paralelos. Un enlace paralelo transmite varios flujos de datos simultáneamente a través de múltiples canales (por ejemplo, cables, pistas de circuitos impresos o fibras ópticas); mientras que un enlace serial transmite un único flujo de datos. La razón de ser de la comunicación paralela radicaba en la ventaja adicional de contar con acceso directo a memoria a las direcciones de registro de 8 o 16 bits en una época en la que la asignación directa de canales de datos era más conveniente y rápida que la sincronización serial de datos.

Aunque un enlace serie pueda parecer inferior a uno paralelo, ya que puede transmitir menos datos por ciclo de reloj, a menudo los enlaces serie pueden funcionar a una velocidad de reloj considerablemente mayor que los enlaces paralelos para lograr una mayor velocidad de datos. Varios factores permiten que los enlaces serie funcionen a una velocidad de reloj más alta:

  • La desviación del reloj entre diferentes canales no es un problema (para enlaces de comunicación serie asíncronos sin reloj ). Esto puede deberse a longitudes de cable o conductor desiguales. [ 17 ] [ 18 ]
  • Una conexión en serie requiere menos cables de interconexión (por ejemplo, cables o fibras) y, por lo tanto, ocupa menos espacio. El espacio adicional permite un mejor aislamiento del canal respecto a su entorno.
  • La diafonía es un problema menor, porque hay menos conductores en proximidad. [ 17 ]
  • Los presupuestos para el consumo de energía, la disipación de potencia, el costo del cable, el costo de los componentes, el área del chip del circuito integrado, el área de la placa de circuito impreso, la protección ESD, etc., pueden concentrarse en un solo enlace.

La transición de buses paralelos a seriales fue posible gracias a la ley de Moore, que permitió la incorporación de SerDes en circuitos integrados. [ 19 ] Un enlace serial eléctrico solo requiere un par de cables, mientras que un enlace paralelo requiere varios. Por lo tanto, los enlaces seriales pueden ahorrar costos (también conocido como lista de materiales ). La señalización diferencial utiliza cables o conductores de longitud coincidente y se utiliza en enlaces seriales de alta velocidad. [ 18 ] La coincidencia de longitud es más fácil de realizar en enlaces seriales ya que requieren menos conductores.

En muchos casos, la comunicación en serie es más económica de implementar que la comunicación en paralelo. Muchos circuitos integrados tienen interfaces en serie, en lugar de paralelas, por lo que tienen menos pines y, por lo tanto, son menos costosos.

Ejemplos de arquitecturas

Véase también

Referencias

  1. ↑ Mackenzie, Charles E. (1980). Conjuntos de caracteres codificados, historia y desarrollo (PDF) . Serie de programación de sistemas (1.ª  ed.). Addison-Wesley Publishing Company, Inc. págs. 247–253 . ISBN  978-0-201-14460-4LCCN 77-90165 . Archivado (PDF) del original el 26 de mayo de 2016. Consultado el 29 de diciembre de 2022 . 
  2. ↑ Robinson, Dan (12 de enero de 2022). "Especificaciones finales de PCIe 6.0 reveladas: velocidad de enlace de 64 GTps próximamente... con productos que llegarán en 2023" . The Register .
  3. ↑ "Especificación preliminar 0.5 de PCIe 7.0 disponible: 512 GB/s sobre PCIe x16 en camino para 2025" . Archivado del original el 4 de abril de 2024.
  4. ↑ "PCIe 5.0 está empezando a llegar a los nuevos PC, pero la versión 6.0 ya está aquí" . 12 de enero de 2022.
  5. ↑ Manual de interfaces de comunicaciones serie: Compendio exhaustivo de estándares de entrada/salida (E/S) digitales serie . Newnes. 21 de agosto de 2015. ISBN 978-0-12-800671-9.
  6. ↑ "PAM4: Para bien o para mal | 26-02-2019 | Signal Integrity Journal" .
  7. ↑ "Señalización PAM-4" .
  8. ↑ Zhang, Hongtao; Jiao, Brandon; Liao, Yu; Zhang, Geoff. Señalización PAM4 para aplicaciones de enlace serie de 56G: un tutorial (PDF) . DesignCon 2016.
  9. ↑ "Señalización PAM4 en tecnología serial de alta velocidad: prueba, análisis y depuración" (PDF) (nota de aplicación). Tektronix .
  10. ↑ Pan, Zhongqi; Yue, Yang (3 de diciembre de 2019). Técnicas avanzadas de DSP para comunicaciones de fibra óptica de alta capacidad y eficiencia energética . ISBN 978-3-03921-792-2.
  11. ↑ Fundamentos de la comunicación moderna . John Wiley & Sons. 4 de agosto de 2020. ISBN 978-1-119-52149-5.
  12. ↑ Kim, Gain (enero de 2022). "Exploración del espacio de diseño de enlaces seriales basados ​​en OFDM de un solo carril para comunicaciones cableadas de alta velocidad" . IEEE Open Journal of Circuits and Systems . 3 (1). Figura 2. doi : 10.1109/OJCAS.2022.3189550 . ISSN 2644-1225 . 
  13. ↑ "Diagramas de ojo: La herramienta para el análisis de datos en serie" . 4 de junio de 2019.
  14. ↑ "Ventajas de la modulación de PAM4 | Desventajas de la señalización de PAM4" .
  15. ↑ "Generar señales PAM4 para pruebas de conformidad del receptor" . 20 de septiembre de 2016.
  16. ↑ Diseño complejo de hardware digital . CRC Press. 9 de mayo de 2024. ISBN 978-1-040-01179-9.
  17. 1 2 "Clase 24" (PDF) . CSE378: Organización de máquinas y lenguaje ensamblador .
  18. 1 2 Ledin, Jim; Farley, Dave (4 de mayo de 2022). Arquitectura y organización de computadoras modernas: Aprenda sobre las arquitecturas x86, ARM y RISC-V y el diseño de teléfonos inteligentes, PC y servidores en la nube . Packt Publishing. ISBN 978-1-80323-823-4.
  19. ↑ The Boundary — Scan Handbook . Springer. 30 de junio de 2003. ISBN 978-1-4020-7496-7.
  • Tutorial de interfaz serie para robótica (contiene numerosos ejemplos prácticos)
  • Listado de interfaces serie (con asignación de pines)
  • Wiki: Puertos serie
  • Codificación en Visual Studio 2008 para comunicación serial
  • Introducción a los protocolos I²C y SPI. Archivado el 8 de marzo de 2016 en Wayback Machine.
  • Introducción a la comunicación en serie
  • Programación de puerto serie en Linux (Archivado el 2 de julio de 2018 en Wayback Machine)