Parallele Datenbertragung


Datenbertragung allgemein

Zum Einstieg in das Prinzip der parallelen Datenbertragung (D) befassen wir uns erst einmal kurz mit der Datenbertragung im Allgemeinen.
Eine Datenbertragung liegt immer dann vor, wenn ein Sender Daten, zum Beispiel in Form von Sprache, Musik, Licht oder elektrischen Signalen, ber ein Medium zu einem Empfnger transportiert, wobei das nur ber kurze Strecken gilt, sonst wre es Datenfernbertragung (DF). Zu den Medien zhlt auch die Luft oder das Wasser, ohne die keine Sprache (Schallwellen) und Musik bertragen werden knnte.

Unidirektionale und Bidirektionale Datenbertragung

In jedem Fall einer Datenbertragung mu sichergestellt sein, dass der Empfnger auch wei, dass die Daten an ihn gerichtet sind. Auerdem sollte der Sender nach der bertragung erfahren ob auch alles angekommen ist. Letzteres ist aber nur mglich, wenn eine bidirektionale Verbindung besteht.

Bidirektionale Datenbertragung

Das ist eine Verbindung, bei der der Sender und der Empfnger Daten gegenseitig austauschen knnen. Beispiele fr diese Art der Datenbertragung sind, beim Computer, der Datenbus, die serielle RS 232 Schnittstelle und der parallele Druckerport (die Druckerschnittstelle), und eigentlich alle Anderen PC - Schnittstellen (zum Beispiel Joystickport)

Unidirektionale Datenbertragung

Im Gegensatz zu der bidirektionalen Verbindung ist dies bei einer unidirektionalen Verbindung nicht mglich. Da bei einer solchen Situation nur der Sender Daten senden kann und der Empfnger keine Mglichkeit hat zu antworten. Das Prinzip der unidirektionalen Verbindung erkennt man beim Adrebus des Computers oder bei der bertragung der analogen Bilddaten von der Grafikkarte an den Monitor.

Parallele und serielle Datenbertragung

Es gibt also wie schon oben erwhnt nicht nur die Unterscheidung unidirektionaler und bidirektionaler Datenbertragung, sondern auch die Unterscheidung zwischen serieller und paralleler Datenbertragung.

Serielle Datenbertragung

Bei der seriellen Datenbertragung werden die Bits ber eine Leitung hintereinander also seriell bertragen. Diese bertragungsart wird bei allen Datenbertragungen ber grere Entfernungen verwendet, da sie sehr strsicher ist. So findet man sie zum Beispiel bei Netzwerken, Funkdatenbertragung, und bei der Datenbertragung ber die Telefonleitung. Auerdem werden mit der seriellen Schnittstelle des PC's auch zwei Computer ber ein Nullmodemkabel verbunden. Ein weiterer Vorteil liegt in der geringen Anzahl der Leitungen, das sind dann zwei (I2C - Bussystem, welches bei Me- und Steueraufgaben benutzt wird) bis ungefhr neun (serielle RS 232 - Schnittstelle beim Computer). Die Anzahl der Leitungen ist im Prinzip zwar unbegrenzt aber die Stranflligkeit steigt dann. Ein Nachteil liegt bei der bertragungsgeschwindigkeit, da es ziemlich lange dauert groe Mengen von Daten seriell zu bertragen.

Parallele Datenbertragung

Bei der parallelen Datenbertragung werden acht Bits zu einem Byte zusammengefat und parallel bertragen. Die Anzahl der parallel bertragenen Bytes hngt von der Bubreite ab, bzw. von der Anzahl der Datenleitungen. Bei 16 Datenleitungen werden natrlich zwei Bytes parallel bertragen, die Anzahl der Datenleitungen ist nicht festgelegt, wird aber meistens so gewhlt, dass man immer volle Bytes bertragen kann. Diese bertragungsart wird vor allem bei Anwendungen verwendet, bei denen die Daten nicht weit bertragen werden mssen. Der Grund dafr liegt bei den Strungen, die auf die Datenleitungen wirken, dadurch wird die Reichweite, ohne besondere Hilfsmittel auf circa fnf Meter begrenzt. Durch diese Grundvoraussetzung verwendet man die parallele Datenbertragung berall da, wo der Weg kurz ist, aber viele Daten zu transportieren sind. Diese Voraussetzungen findet man zum Beispiel bei den Bussystemen des Computers, bei der Druckerschnittstelle und bei dem Gameport. Selten wird die parallele Schnittstelle auch zum Verbinden von zwei Computern benutzt. Der wesentliche Vorteil der parallelen Datenbertragung ist der hohe Datendurchsatz, was bedeutet, dass viele Daten schnell bertragen werden knnen.

Allgemeiner Ablauf der parallelen Datenbertragung

Um die Funktion der parallelen Datenbertragung nher zu erlutern, nehmen wir als Beispiel das Prinzip des Druckerports.
In diesem Beispiel gibt es zehn Leitungen (in Wirklichkeit sind es insgesamt 25 mit Masseleitungen und Steuerleitungen und acht Datenleitungen), acht fr die bertragung des ASCII-Zeichens, eine "Daten gltig" - Leitung, mit der der Sender einstellt, dass er alle Daten eingestellt hat, und eine "OK" - Leitung, mit der der Empfnger angibt, dass er alle Daten empfangen hat.
Am Anfang der Prozedur mssen die "OK"- und die "Daten gltig"- Leitung LOW gesetzt sein. (Das bedeutet, dass an der Leitung 0V bzw. unter 15% der jeweiligen Hchstspannung (zum Beispiel 5V) anliegen, der Zustand LOW entspricht also dem Zustand 0. Dem Zustand 1 entspricht der Zustand HIGH, bei dem die jeweilige Hchstspannung (zum Beispiel 5v) bzw. 75% dieser Spannung angelegt sein. mssen)
Nun mu der Sender als erstes die acht Datenleitungen setzen. Das macht er, indem er ein ASCII- Zeichen als Dualzahl bertrgt. Dann kann er die "Daten gltig"- Leitung HIGH setzen.
Ist dies geschehen, wei der Empfnger, dass die richtigen Daten anliegen, und er sie nun einlesen und zum auswerten zwischenspeichern kann. Nach dem Empfang der Daten signalisiert er dem Sender, dass die anliegenden Daten auswertbare Zeichen waren und gespeichert wurden, indem er die "OK"- Leitung HIGH setzt.
Wenn der Sender dieses Signal empfngt, kann er die "Daten gltig"- Leitung wieder LOW setzten. Das zeigt dem Empfnger, das sein Signal verstanden wurde, und er setzt seine "OK"- Leitung auch LOW.
Nun sind wir wieder an der Ausgangssituation angelangt, das heit, dass der Sender nun die nchsten Daten ausgeben und dem Empfnger senden kann.

Der Signalplan

Signalplan

Um sich die einzelnen Schritte der bertragung eines ASCII-Zeichens genauer anzuschauen und besser zu verstehen, kann der Ablauf mit Hilfe eines Signalplans dargestellt werden. Hier sind untereinander die einzelnen Datenleitungen dargestellt, unten, als erstes die "OK"- Leitung, als Zweites die "Daten gltig"- Leitung und dann die acht Datenleitungen. Auf der waagerechten Achse sind die Zeitpunkte eingetragen.

Um dies zu sehen, Ein Beispiel, um sich noch einmal den Ablauf der parallelen Datenbertragung an Hand des Signalplans noch einmal vor Augen zu fhren:
Jetzt wird zum Beispiel auf den acht ASCII-Leitungen die Zustnde des Zeichens "B" (in der ASCII-Tabelle die Nummer 66) eingestellt. (Die Zeit die der Sender fr das Einstellen des Zeichens bentigt ist unwichtig.) Es folgt das HIGH setzten der "Daten gltig"- Leitung. Jetzt werden die Daten empfangen und dann die "OK"- Leitung ebenfalls HIGH gesetzt. Der Sender empfngt dieses Signal und setzt die "Daten gltig"- Leitung wieder LOW. Danach wird auch die "OK"- Leitung LOW gesetzt.

Die wichtigsten Punkte beim Ablauf einer Datenbertragung

Was im ganzen Proze der parallelen Datenbertragung ungeheuer wichtig ist, ist die Reihenfolge. So darf die "Daten gltig"- Leitung nicht HIGH gesetzt werden, bevor alle Zustnde der Leitungen fr ein ASCII-Zeichen eingestellt sind, oder die "OK"- Leitung LOW gesetzt werden, bevor die "Daten gltig"- Leitung es ist (siehe Signalplan1), sonst funktioniert das System, das sehr an seinen Zeitablauf gebunden ist, nicht.

Spannungs-Zeit-Diagramm der Flanken

Es mu auch sonst alles den Regeln (Protokollen) entsprechen, so ist zum Beispiel unter dem Begriff Flankensteilheit festgelegt wie lange der Wechsel zwischen LOW und HIGH dauern darf (siehe Bild oben). (Wenn der Zustand einer Leitung von LOW auf HIGH gendert wird, nennt man das "eine Flanke geben". Das geht je nach System auch umgekehrt, nmlich das der Zustand von HIGH auf LOW wechselt. Das ist dann eine Negativflanke und die zuerst genannte Flanke war eine Positivflanke, welche weiter verbreitet ist als die Negativflanke.)
Damit Fehler wie die in dem folgenden Bild nicht passieren, gibt es Protokolle und dabei wird sich bei den beiden Partnern der bertragung auf folgende Punkte geeinigt:

Signalplan

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