Diskussion zu: Paralleler Bus vs. seriellem Punkt zu Punkt

[Leonidas]

Link zum Techlet:
http://www.3dcenter.org/artikel/paralleler-bus-vs-seriellem-punkt-zu-punkt

[puntarenas]

Chapeau! :up:

Wirklich ein erstklassiger Artikel, als Laie hatte ich bisher nur mitbekommen, dass die unpraktischen breiten Kabel im PC gegen hübsche, dünne ausgetauscht wurden und PCIe war eben schneller als AGP, aber was sich elektrotechnisch dahinter verbirgt, war mir nicht klar.

Jetzt habe ich wenigstens das Gefühl, den Hauch einer Ahnung zu haben und weiß die Entwicklungen sehr viel mehr zu schätzen. =)

[Pennywise]

Danke auch von mir, als ehemaliger Elektroniker hab ich mich schon länger gefragt warum nun auf einmal wieder seriell.

[BAGZZlash]

Ausgezeichnet, vielen Dank dafür! :smile:(y)

[Cra$h]

Sehr informativ, danke!

[urpils]

schöner Artikel. Danke!

dennoch hätte er auch gerne noch etwas länger sein können. Ich hätte auch nichts, gegen einen noch tieferen Einstieg und eine etwas genauere Erklärung, wie genau denn nun die Ein/-Ausgänge realisiert werden...
Mag aber vielleicht nichts mit dem Thema des Artikels zu tun haben und persönliche Präferenz sein. Dennoch: danke! :)

[PatkIllA]

Irgendwie kommt das in dem Artikel so rüber als ob Hochfrequenztechnik total simpel istproblematisch waren aber hohe Frequenzen. Nicht nur für die Elektronik, sondern auch für Kabel, Leiterbahnen und Verbindungen.Die Physik hat sich doch nicht geändert. Oder warum kann man jetzt problemlos mit GHz-Frequenzen die Signale durchs Board, Stecker und Kabel schicken?

[anddill]

schöner Artikel. Danke!

dennoch hätte er auch gerne noch etwas länger sein können. Ich hätte auch nichts, gegen einen noch tieferen Einstieg und eine etwas genauere Erklärung, wie genau denn nun die Ein/-Ausgänge realisiert werden...
Mag aber vielleicht nichts mit dem Thema des Artikels zu tun haben und persönliche Präferenz sein. Dennoch: danke! :)

Das würde einen 5-seitigen Ausflug in die Grundlagen und praktischen Ausührungen der CMOS-Technik erfordern.
Aber ich kann es ja mal versuchen, ganz knapp zu beschreiben:
CMOS-Schaltungen sind immer so ausgelegt, daß die Transistoren voll durchgesteuert werden. SO hat man immer stabile Pegel. Außerdem kann man aus einer CMOS-Stufe nur dann den maximalen Ausgangsstrom entnehmen, wenn die Transistoren voll "aufgedreht" sind. Der Vorteil: Man kann hohe Ströme (hoch heißt hier ein paar Milliampere) nutzen, um sämtliche Ladungsträger, die in den Leitungen und den angeschlossenen Eingängen sitzen sehr schnell umschaufeln. Der Nachteil ist, daß auch die Ladungsträger in den Transistoren erst umgeschaufelt werden müssen, so daß eine gewisse Zeit vergeht, ehe der Transistor anfängt umzuschalten. Erhöht man die Schaltfrequenz, kommt man aus diesem Umschalten gar nicht mehr raus, und die Ausgangsspannungen erreichen nicht mehr die definierten Pegel. Man kann das Problem etwas umgehen, indem man die Betriebsspannung erhöht (Overclocker aufgemerkt! ;) ), aber wie wir alle wissen, hat das unangenehme bis gefährliche Nebenwirkungen.
Bei den Ausgangsstufen der seriellen Links werden die Transistoren gezielt in einem Schwebezustand gehalten. Man treibt einen gewissen Ruhestrom durch den Transistor, und steuert den dann so, daß sich am Ausgang eine mittlere Spannung einstellt. Diese Transistoren sind auch anders ausgelegt, sie sollen ja auch keine möglichst niedrigen Einschaltwiderstände erreichen, sondern möglichst linear und mit definierter Steilheit in genau dem Bereich arbeiten, den normale CMOS-Transistoren meiden wie der Teufel das Weihwasser. Steuert man diese Transistoren an, entsteht ein Ungleichgewicht zwischen dem injizierten und abgeleiteten Strom, das sich über die Linkleitungen ausgleicht und damit das Signal erzeugt.
Ist unheimlich schwer zu erklären, ohne tief in die Grundlagen zu gehen.

Vielleicht hilft ein Autovergleich: Normale CMOS-Stufen arbeiten wie ein Trecker-Diesel. Sie stampfen mit Macht hoch und runter. Serielle Ausgänge sind dann so eine Art Wankel-Motor. Hohe Drehzahl, minimale oszillierende Massen und wenig Kraft pro Hub.

[anddill]

Irgendwie kommt das in dem Artikel so rüber als ob Hochfrequenztechnik total simpel istDie Physik hat sich doch nicht geändert. Oder warum kann man jetzt problemlos mit GHz-Frequenzen die Signale durchs Board, Stecker und Kabel schicken?
Ist sie ja auch, wenn man gewisse Randbedingungen einhält.
Mal ein paar Grundlagen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Wellenwiderstand
http://de.wikipedia.org/wiki/Fehlanpassung
http://de.wikipedia.org/wiki/Symmetrische_Signalübertragung

Es ist tatsächlich so, daß man sich von praktisch Gleichstrom und statischen Pegeln auf den Leitungen langsam in HF-Bereiche hochgearbeitet hatte. Nur daß in den inzwischen erreichten Frequenzbereichen die vorhandenen Stecker, Slots etc. einfach nicht mehr funktionierten. Also wurde das Konzept geändert, und man konstruierte die Technik neu, diesmal nicht ausgehend von einem simplen Stück Draht, sondern von einer Koax-Leitung.
Die technischen Grundlagen waren schon lange vorhanden.

Kleine Randnotiz: Die Technik bei PCIe, SATA, Rambus usw. ist entfernt verwandt mit der uralten ECL-Technik: http://de.wikipedia.org/wiki/Emittergekoppelte_Logik

[Gast]

Da habe ich doch heute einen neuen Artikel von anddill entdeckt und gleichmal gelesen:

http://www.3dcenter.org/artikel/paralleler-bus-vs-seriellem-punkt-zu-punkt

und ich muss sagen: ich bin schockiert!
Da wird das doch tatsächlich so dargestellt, als gäbe es eine enge Assoziation des Begriffes "Bus" und des Begriffes "parallel", und analog des Begriffes "Punkt-zu-Punkt-Verbindung" und des Begriffes "seriell". Derart, dass ein Bus immer parallel, und eine parallele Verbindung immer ein Bus sei, und umgekehrt eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung immer seriell, und eine serielle Verbindung immer eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Gekrönt wird das ganze durch die Passage:
Es gibt übrigens einen Sonderfall, und zwar ist das der am weitesten verbreitete serielle Bus. Bus ist hier kein Schreibfehler, sondern tatsächlich absichtlich verwendet. Und zwar ist das der USB. Es gibt hier nur ein Datenleitungspaar, an dem auf jeder Seite ein Sender und Empfänger sitzt. Der USB ist also ein Zwitter aus Bus und seriellem Link.

Ich muss sagen, von Laien und Möchtegern-Experten habe ich so etwas ja schon oft gehört, zum Beispiel auf der Diskussionsseite des Wikipedia-Artikels zu PCI-Express:

http://de.wikipedia.org/wiki/Diskussion:PCI-Express

aber so etwas von anddill, einem echten Elektronik-Experten, zu hören, das ist dann doch erschreckend!

Also, wie es richtigen lauten muss: Bus und parallel haben erstmal nicht viel miteinander zu tun, genausowenig Punkt-zu-Punkt-Verbindung und seriell. Bus und Punkt-zu-Punkt-Verbindung definieren sich durch die Anzahl der möglichen Teilnehmer und der Verkabelung. Bus bedeutet, dass eine im Prinzip belieblige Anzahl an Teilnehmern möglich ist, die alle an einer einzigen Leitung hängen und sich diese teilen, während Punkt-zu-Punkt-Verbindung heißt, dass es genau zwei Teilnehmer gibt. Parallel heißt, es werden mehrere Bits gleichzeitig übertragen, z.B. 32, während bei seriell ein Bit nach dem anderen übetragen wird.

Ein Bus kann nun parallel realisiert sein, ebensogut wie er seriell realisiert sein kann. Ebenso kann eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung seriell sein, ebensogut wie sie parallel sein kann. Parallel vs. seriell hat mit Bus vs. Punkt-zu-Punkt-Verbindung so gut wie rein gar nichts zu tun.

Deswegen ist USB auch weder ein Schreibfehler, noch irgendeine Art von Zwitter. USB ist das, was sein Name ganz richtig sagt, ein serieller Bus. Also ein Bus, der seriell ist. Ok, rein von der Verkabelung her ist es eher ein Baumnetzwerk als ein Bus, aber elektrisch und logisch ist es ein Bus.

[Spasstiger]

Er geht halt im Speziellen auf die parallelen Busse und die seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen ein, die mit Abstand häufigsten Ausprägungen von Leitungssystemen in der Datenverarbeitung.
Auch mir wurde in einer meiner Vorlesung eine starke Assoziation zwischen Bus und parallel bzw. Punkt-zu-Punkt und seriell nahegelegt.
Es ist nicht so einfach, einen schnellen Bus seriell auszulegen, weil einem da die Hochfrequenztechnik einen Strich durch die Rechnung macht. USB ist so gesehen ein Sonderfall, die Signalfrequenz ist ja auch nicht sonderlich hoch, zumindest nicht annähernd so hoch, wie man es von anderen seriellen Leitungssystemen kennt (z.B. PCIe, Hypertransport).
Genauso macht eine parallele Punkt-zu-Punkt-Verbindung wenig Sinn, weil man auch gleich mehrere serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindungen simultan verwenden kann. Mit einer parallelen Punkt-zu-Punkt-Verbindung würde man nur unnötig an Datenrate einbüßen.

[moloch]

Schöner Artikel!
Nur ein kleines Problem : http://www.forum-3dcenter.org/vbulletin/showthread.php?p=6824793#post6824793 wenn das noch "entwirrt" wird ist er perfekt.

[anddill]

@ Gast: Du hast völlig Recht. Ich war so auf die schnellen Verbindungen fokussiert, daß ich alles andere komplett vergessen habe. Während der Entstehung des Artikels hatte ich auch noch kurze Ausführungen zu seriellen Bussen in der Mache, hab die aber weggekürzt. Zum Schluß fiel mir dann noch der USB ein, und ich mußte den ja wenigstens erwähnen.
Serielle Busse sind mir auf Anhieb einige eingefallen: Das gute alte Koax-Ethernet, LPC, I²C, Token Ring, diverse Feld- und Systembusse aus der Leittechnik usw....
Aber bei den parallelen Links mußte ich grübeln. Ok, der FSB in Single-CPU Systemen ist praktisch ein paralleler Link, aber technisch in der Lage, mehr als 2 Geräte zu bedienen. Also kein gutes Beispiel. Und dann fiel mir der gute alte AGP ein. Wirklich unverzeihlich. Ich schreibe seitenlang über PCIe, erwähne PCIe 16x, aber vergesse den Vorgänger überhaupt zu erwähnen. Mal schauen, wie ich das noch in den Artikel integrieren kann. Vielleicht als Nachsatz, um nicht alles nochmal umschreiben zu müssen.

Der USB ist aber wirklich ein Sonderfall. Er ist zwar logisch als Baum strukturiert, physikalisch sind aber immer nur 2 Geräte verbunden. Sonst könnte man statt USB-Hubs ja einfach eine Mehrfachsteckdose nehmen. In dem Sinne wäre er also ein serieller Link. Aber an dem Signalleiterpaar hängen zwei Sender und zwei Empfänger. Also ein Bus.

[Hübie]

Wie dem auch sei, anddill hat mir und einigen anderen gute Einblicke leicht verständlich gewährt.
Dafür danke ich dir anddill :)


bye Hübie

[Rooter]

Habe den Artikel jetzt erst gelesen und als Radio- und Fernsehtechniker™ a. D. darf ich behaupten das du hier zurecht der Elektronik-Guru bist. :up:

MfG
Rooter

[Murhagh]

Bin leider jetzt erst auf den Artikel gestoßen. Wollte aber dennoch mein Lob loswerden. Vielen Dank für den Einblick und die Erklärungen. (y)