Sériové spojení vítězí na celé čáře

DEFINICE Uložení dat na disk i na jakékoli jiné médium vyžaduje mimo jiné jejich přenos. Při zápisu na pevný disk ...


DEFINICE
Uložení dat na disk i na jakékoli jiné médium vyžaduje mimo jiné jejich přenos.
Při zápisu na pevný disk je z historického hlediska preferovanou alternativou
paralelní spojení. Avšak při současných rychlostech může být sériový přenos
rychlejší. A to není jeho jediná výhoda.
Data jsou na disk zapisována do dlouhých řetězců (nazývaných stopy a sektory)
skládajících se z jedniček a nul. Hlavičky disku tyto řetězce čtou po
jednotlivých bitech tak dlouho, dokud disk nenahromadí požadované množství dat,
která pak odešle do procesoru, operační paměti nebo na jiné ukládací zařízení.
Způsob, jakým disk data posílá, pak ovlivňuje celkový výkon systému.
Před mnoha lety byla data čtena a posílána na disk v sériové podobě jeden bit
po druhém, s použitím jediného kanálu nebo kabelu s jednou žilou. Spolu s
příchodem integrovaných obvodů však bylo možné na jediný kousek křemíku
vměstnat mnoho zařízení jednoduše a levně tak se zrodilo paralelní rozhraní.
Paralelní rozhraní pro přenos typicky využívá 8 kanálů, takže lze najednou
odeslat osm bitů (jeden bajt), což je pochopitelně více než při přímém sériovém
připojení. Standardní paralelní rozhraní využívalo neskladný a drahý kabel s 36
žilami, existují však i jiné alternativy.

Ústup ze slávy
V posledních letech výrobci opouštějí paralelní rozhraní ve prospěch rozhraní
sériových. U většiny nových tiskáren paralelní port už zcela chybí. Také u
laptopů zmizely tradiční paralelní a sériové porty a byly nahrazeny rychlejšími
rozhraními USB a IEEE-1394. Nyní ke stejné změně dochází u rozhraní sloužících
k připojení disků.
Otázka ale zní: Proč vlastně ten návrat zpět k sériovým rozhraním, když
potřebujeme dostat data z disku a na disk rychleji než kdy předtím? Na první
pohled to vypadá jako rozpor s intuicí. Není snad paralelní rozhraní výkonnější
než sériové? Odpověď zní: Ne. Přinejmenším nyní již takto postavené tvrzení
neplatí. Při současných rychlostech má paralelní přenos dat několik nevýhod,
které napomáhají jeho odchodu z jeviště.

Režie při zpracování
Vzpomeňme si, že data jsou na disk ukládána a čtena po jedné stopě, po jednom
bitu. Pro jednoduchost hovoříme o bajtech, ale bajt je pouze řada osmi bitů, a
hlavně každý z těchto bitů je třeba zpracovat samostatně.
Na jedné straně kabelu jsou osmice bitů připravovány k odeslání na jednotlivých
žilách kabelu a následně odeslány. Tento proces nebývá nijak zdlouhavý, protože
v počítači jsou data běžně zpracována paralelně, nicméně například při
kopírování z disku na disk je třeba nejprve je převést ze sériové podoby do
podoby paralelní.
Na druhé straně kabelu musejí data projít procesem, kdy jsou bajty rozkládány
do série bitů, které pak hlavičky disku mohou zapsat na plotny. K tomu se
přidávají další pomocné informace (například kontrolní součty).
Pro lepší pochopení realizovaných činností je možno si představit podobný (byť
opačný) proces: Konverzi paralelního signálu na sériový pro přenos a naopak. To
se děje při posílání textu v Morseově abecedě po telegrafním drátu. Zpráva
začíná jako psaná slova (paralelní signál) na listu papíru. Procesor (tj. mozek
telegrafní operátor) musí převést každé písmeno na sérii teček a čárek (sériový
signál) a ty pak přes drát odeslat.
Na přijímající straně další procesor musí poslouchat tyto čárky a tečky a
převést je zpět na písmena a slova. Celý přenos má velkou režii, protože
přenosové médium neodpovídá formátu vstupních a výstupních dat.

Časový posuv signálu
Při cestě signálu přes kabely či integrované obvody mohou nedokonalosti
způsobit zpomalení určitých bitů. Při paralelním spojení tak oněch osm bitů,
vyslaných současně, nedorazí k cíli ve stejný okamžik některé z nich se tam
dostanou později než jiné. Tomu se říká časový posuv. Přijímající zařízení se s
tím musí vyrovnat tak, že se synchronizuje s předávacím zařízením a musí čekat,
dokud všechny bity nejsou přeneseny. Sekvence vypadá následovně: čti, čekej,
zablokuj, čekej na časový signál, přenes.
Čím více máme drátů a čím jsou delší, tím delší je časový posuv a zpoždění. A
toto zpoždění omezuje skutečnou přenosovou rychlost a počet paralelních spojů,
které lze prakticky využít.

Přeslechy
Skutečnost, že paralelní kabely tvoří fyzicky spojené žíly, znamená, že se
někdy jeden signál může "otisknout" na sousední žílu kabelu. Dokud jsou tyto
signály odlišitelné, nemáme problém. Ale tak tomu nemusí být vždy.
Jak se bity přibližují k cíli, síla signálu se spolu se vzdáleností zeslabuje
(zvláště u vysokých frekvencí) a nežádoucí odrazy se akumulují. V důsledku toho
výrazně roste možnost vzniku chyb, přičemž řadič disku nemusí být schopen
rozlišit jedničku a nulu. Abychom tomu zabránili, je třeba dalšího zpracování.
Sériové sběrnice zamezují tomuto jevu modifikací signálu v okamžiku přenosu
tak, aby tyto ztráty byly kompenzovány. Při sériové topologii jsou všechny
přenosové cesty lépe řiditelné (a je třeba sahat k menším změnám signálu než u
paralelní alternativy), což dovoluje realizovat sériový přenos spolehlivě při
podstatně vyšších frekvencích, než je tomu u paralelní sběrnice.

Nové a menší
Sériová připojení již nahradila paralelní u tiskáren a dalších periferií. Nyní
dochází uvnitř počítačů k nahrazování paralelních připojení disků a diskových
polí (jak SCSI, tak ATA) novými sériovými architekturami, zvanými Serial
Attached SCSI a Serial ATA.
Na místo velkých paralelních konektorů a širokých páskových kabelů, které
blokují tok vzduchu uvnitř počítače, nastupují úzké kabely, co do velikosti
porovnatelné s kabelem telefonním, spolu s novým napájecím konektorem, který má
15 kolíků (pinů) oproti čtyřem u starších zařízení. Vnitřek počítače lze lépe
uspořádat a chladit.
Sběrnice PCI, k níž se připojují další zařízení, je nahrazována sériovým
rozhraním zvaným PCI Express. Jiné sériové systémy v oblasti ukládání dat pak
zahrnují například Serial RapidIO, InfiniBand a Fibre Channel. Zdá se, že
paralelní rozhraní zůstanou jen zmínkou v učebnicích historie IT.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.