Parallele Datenübertragung


Datenübertragung allgemein

Zum Einstieg in das Prinzip der parallelen Datenübertragung (DÜ) befassen wir uns erst einmal kurz mit der Datenübertragung im Allgemeinen.
Eine Datenübertragung liegt immer dann vor, wenn ein Sender Daten, zum Beispiel in Form von Sprache, Musik, Licht oder elektrischen Signalen, über ein Medium zu einem Empfänger transportiert, wobei das nur über kurze Strecken gilt, sonst wäre es Datenfernübertragung (DFÜ). Zu den Medien zählt auch die Luft oder das Wasser, ohne die keine Sprache (Schallwellen) und Musik übertragen werden könnte.

Unidirektionale und Bidirektionale Datenübertragung

In jedem Fall einer Datenübertragung muß sichergestellt sein, dass der Empfänger auch weiß, dass die Daten an ihn gerichtet sind. Außerdem sollte der Sender nach der Übertragung erfahren ob auch alles angekommen ist. Letzteres ist aber nur möglich, wenn eine bidirektionale Verbindung besteht.

Bidirektionale Datenübertragung

Das ist eine Verbindung, bei der der Sender und der Empfänger Daten gegenseitig austauschen können. Beispiele für diese Art der Datenübertragung 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 Datenübertragung

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

Parallele und serielle Datenübertragung

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

Serielle Datenübertragung

Bei der seriellen Datenübertragung werden die Bits über eine Leitung hintereinander also seriell übertragen. Diese Übertragungsart wird bei allen Datenübertragungen über größere Entfernungen verwendet, da sie sehr störsicher ist. So findet man sie zum Beispiel bei Netzwerken, Funkdatenübertragung, und bei der Datenübertragung über die Telefonleitung. Außerdem werden mit der seriellen Schnittstelle des PC's auch zwei Computer über ein Nullmodemkabel verbunden. Ein weiterer Vorteil liegt in der geringen Anzahl der Leitungen, das sind dann zwei (I2C - Bussystem, welches bei Meß- und Steueraufgaben benutzt wird) bis ungefähr neun (serielle RS 232 - Schnittstelle beim Computer). Die Anzahl der Leitungen ist im Prinzip zwar unbegrenzt aber die Störanfälligkeit steigt dann. Ein Nachteil liegt bei der Übertragungsgeschwindigkeit, da es ziemlich lange dauert große Mengen von Daten seriell zu übertragen.

Parallele Datenübertragung

Bei der parallelen Datenübertragung werden acht Bits zu einem Byte zusammengefaßt und parallel Übertragen. Die Anzahl der parallel übertragenen Bytes hängt von der Bußbreite ab, bzw. von der Anzahl der Datenleitungen. Bei 16 Datenleitungen werden natürlich zwei Bytes parallel übertragen, die Anzahl der Datenleitungen ist nicht festgelegt, wird aber meistens so gewählt, dass man immer volle Bytes übertragen kann. Diese Übertragungsart wird vor allem bei Anwendungen verwendet, bei denen die Daten nicht weit übertragen werden müssen. Der Grund dafür liegt bei den Störungen, die auf die Datenleitungen wirken, dadurch wird die Reichweite, ohne besondere Hilfsmittel auf circa fünf Meter begrenzt. Durch diese Grundvoraussetzung verwendet man die parallele Datenübertragung überall 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 Datenübertragung ist der hohe Datendurchsatz, was bedeutet, dass viele Daten schnell übertragen werden können.

Allgemeiner Ablauf der parallelen Datenübertragung

Um die Funktion der parallelen Datenübertragung näher zu erläutern, 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 für die Übertragung des ASCII-Zeichens, eine "Daten gültig" - Leitung, mit der der Sender einstellt, dass er alle Daten eingestellt hat, und eine "OK" - Leitung, mit der der Empfänger angibt, dass er alle Daten empfangen hat.
Am Anfang der Prozedur müssen die "OK"- und die "Daten gültig"- Leitung LOW gesetzt sein. (Das bedeutet, dass an der Leitung 0V bzw. unter 15% der jeweiligen Höchstspannung (zum Beispiel 5V) anliegen, der Zustand LOW entspricht also dem Zustand 0. Dem Zustand 1 entspricht der Zustand HIGH, bei dem die jeweilige Höchstspannung (zum Beispiel 5v) bzw. 75% dieser Spannung angelegt sein. müssen)
Nun muß der Sender als erstes die acht Datenleitungen setzen. Das macht er, indem er ein ASCII- Zeichen als Dualzahl überträgt. Dann kann er die "Daten gültig"- Leitung HIGH setzen.
Ist dies geschehen, weiß der Empfänger, 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 empfängt, kann er die "Daten gültig"- Leitung wieder LOW setzten. Das zeigt dem Empfänger, das sein Signal verstanden wurde, und er setzt seine "OK"- Leitung auch LOW.
Nun sind wir wieder an der Ausgangssituation angelangt, das heißt, dass der Sender nun die nächsten Daten ausgeben und dem Empfänger senden kann.

Der Signalplan

Signalplan

Um sich die einzelnen Schritte der Übertragung 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 gültig"- 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 Datenübertragung an Hand des Signalplans noch einmal vor Augen zu führen:
Jetzt wird zum Beispiel auf den acht ASCII-Leitungen die Zustände des Zeichens "B" (in der ASCII-Tabelle die Nummer 66) eingestellt. (Die Zeit die der Sender für das Einstellen des Zeichens benötigt ist unwichtig.) Es folgt das HIGH setzten der "Daten gültig"- Leitung. Jetzt werden die Daten empfangen und dann die "OK"- Leitung ebenfalls HIGH gesetzt. Der Sender empfängt dieses Signal und setzt die "Daten gültig"- Leitung wieder LOW. Danach wird auch die "OK"- Leitung LOW gesetzt.

Die wichtigsten Punkte beim Ablauf einer Datenübertragung

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

Spannungs-Zeit-Diagramm der Flanken

Es muß 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 geändert wird, nennt man das "eine Flanke geben". Das geht je nach System auch umgekehrt, nämlich 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 Übertragung auf folgende Punkte geeinigt:

Signalplan