Serial 통신 / Parallel 통신
Serial 과 Parallel 즉, 직렬 병렬 통신은 말 그대로 서로 다른 장치를 디지털 통신을 통해 직렬 혹은 병렬로 연결하는 것이다. 아래의 그림은 ‘십진수 100’ 이라는 값을 직렬, 병렬 통신으로 전송하는 것을 나타낸 것이다.
Serial 통신과 Parallel 통신 예시
Serial 통신은 대개 하나의 신호선을 이용하여 데이터를 주고받는 통신을 말한다. 신호선이 하나이기 때문에 데이터를 일정 시간 간격으로 전송하게 되므로 모든 데이터를 전송하기 위해서는 시간이 좀 더 소요된다. 그러나 이렇게 적은 수의 신호선을 사용하기 때문에 저렴한 비용으로 통신을 할 수 있고, 단말 장치 역시 소형화가 가능하다.
👀 Serial 통신 시스템 종류
UART/USART (Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter)
SPI (Serial Peripheral Interface)
I2C (Inter-Integrated Circuit)
CAN(Controller Area Network)
LIN(Local Interconnect Network)
RS-232, RS-422, RS-485Serial 통신의 각 시스템에 대해서는 다른 포스팅에 차차 정리할 예정이다. 정리가 되면 링크로 첨부하겠다.
Parallel 통신은 여러 개의 신호선을 사용해 단위 시간당 전송되는 데이터 bit의 양은 직렬에 비해 많다. 그러나 이러한 병렬 통신은 고속 통신규격에 있어서 쇠퇴하고 있는데 그 이유는 아래와 같다.
- 통신 거리가 길어질 경우 이 많은 선들은 모두 연장해주어야 하므로 통신 비용이 올라감
- 데이터 통신에 필요한 단자 역시 소형화하기 어려움
- 각 병렬 통신 규격의 스펙에 비해 실제로 원활하게 작동(혹은 IO) 요구되는 통신량(속도)가 높기 때문에 일반적인 소비자가 접하는 환경에서는 병렬 통신 규격이 더 느린 경우가 많음
- 통신 속도가 더 빨라지면서 통신 속도를 늘리기 위해 통신 쓰루풋(주파수)을 늘리다 보면 데이터 신호가 주변 선에 간섭하는 현상 발생
- 선이 수십가닥인 만큼 간섭 수준이 데이터의 무결성에 영향을 줄 정도로 커짐
- 모든 선을 절연, 차폐 하기에는 비용이 많이 듬
타이밍 틀어짐(timing skew) or 클럭 틀어짐(clock skew) 현상으로 높은 데이터 전송 속도가 필요한 곳에서는 심각한 문제 초래 가능성
![Parallel 통신 타이밍 틀어짐(timing skew)]()
Parallel 통신에서 Timing skew(Clock skew)- LVDS 라는 새로운 기술의 발명으로 인해 직렬 통신의 데이터 전송 속도 향상과 제조 단가의 절감 달성
💡 LVDS란??
Low Voltage Differential Signalling(저전압 차등 시그널링)
1994년에 소개되었으며, 컴퓨터에 널리 보급되면서, 고속 네트워크와 컴퓨터 버스의 형태로 자리잡았다. 데이터를 낮은 전압과 적은 전위차로 전송해 데이터 송수신 속도 향상 및 잡음이 적게 하고 또한 전력 소모를 적게 하기 위한 통신방법이다.
기본 LVDS 동작 [출처: 위키백과]
송신기에서 서로 다른 2개의 전압을 Receiver로 전송하고, Receiver에서 신호의 전압 차이를 비교해서 정보를 처리하는 방식이다.
👀 Parallel 통신 시스템 종류
컴퓨터 주변 기기용 버스: ISA , ATA , SCSI , PCI , 프론트 사이드 버스 , IEEE-1284(센트로닉스 포트)
IEEE-488
주로 CPU 근거리에 있는 주변장치들과 통신하거나 과거의 프린터, 스캐너 등과 통신 시에 사용되었다.
동기(Synchronous)식 통신 / 비동기(Asynchronous)식 통신
동기식 통신과 비동기식 통신의 가장 큰 차이는 클럭(clock) 신호의 유무이다.
동기식 통신은 두개의 시스템이 통신 시 시차가 있을 경우 데이터를 잘못 해석할 수 있어서 타이밍을 맞춰 동시에 시스템을 작동시키기 위한 통신 방법이다. 어떠한 신호 주기로 보내겠다는 클럭신호에 따라서 그에 맞게 데이터를 전송하기 때문에 data를 통신하기 위한 선 외에도 클럭 주기를 맞추기 위한 선이 하나 더 필요하다.
연결된 장치 사이에는 지속적으로 클럭신호가 이동하고 있으며 데이터의 전송이 없을 때에도 클럭신호는 계속해서 주고 받는다. 하나의 클럭마다 사용자가 정해놓은 일정한 데이터 비트를 송수신 하는 방식으로 데이터를 주고 받는다.
동기 통신의 경우 서로 start bit와 같은 신호 없이 데이터만 보내면 되기 때문에 전송 속도가 빠르다.
하지만 수신측에서 비트를 계산해야하고 버퍼 기억 장치를 내장하여야 하므로 가격이 비싸다는 단점이 있다.
👀 동기식 통신 시스템 종류
USART (Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter)
SPI (Serial Peripheral Interface)
I2C (Inter-Integrated Circuit)
I2S (Integrated Interchip Sound)
비동기식 통신은 클럭신호를 보내지 않는다. 대신 보낼 데이터가 있을 때 Start bit를 보낸 후 데이터를 전부 보낸 후에는 Stop bit를 보내게 된다. 따라서 스타트-스톱 전송이라고 불리기도 한다. 주로 8비트정도 되는 작은 비트블럭의 앞 뒤에 문자의 시작과 끝을 알리는 Start bit, Stop bit를 붙여서 전송한다. 이러한 방식으로 인해 동기 통신에 비해 전송속도가 느리다.
비동기식 통신의 구조 [출처: 통신 방식의 비교]
💡 Parity Bit란??
정보의 전달 과정에서 오류가 생겼는지를 검사하기 위해 추가한 비트
그림에서 볼 수 있듯이 전송하고자 하는 데이터의 끝에 1비트를 더해 전송하는 것으로 홀수, 짝수 2가지종류의 Parity bit가 있다. 실제 보내고자 하는 데이터의 비트 중에서 1의 개수가 짝수가 되도록 정하는 것이 짝수 패리티, 홀수가 되도록 하는게 홀수 패리티 이다.
여기서 주의해야 할 점은 0이라서 짝수, 1이라서 홀수가 아닌 전체 데이터 비트에서 1의 개수가 짝수 or 홀수가 되게 하는 것이라는 점이다. 예를 들자면 데이터 비트에서 1의 개수가 홀수개 있다면 짝수 패리티의 경우 패리티 비트를 1로 정한다는 것이다.
이러한 Parity bit로 수신된 데이터의 비트를 계산해 데이터에 오류가 발생했는지 여부를 알 수 있지만 오류를 수정할 수는 없다는 단점이 있다.
Parity bit는 주로 시리얼 통신의 거리가 상당히 멀 경우에 적용되는 경우가 많고 짧은 거리에서는 보통 Parity bit가 아닌 Checksum 데이터를 추가하는 방법으로 데이터를 검증한다고 한다.
👀 비동기식 통신 시스템 종류
UART (Universal Asynchronous serial Receiver and Transmitter) , LIN (Local Interconnect Network)
RS-232C, RS-422, RS-485
참고자료
[아두이노 강좌] 15. Serial 통신(1) - 시리얼 통신이란 무엇인가
RS-232, RS-422, RS-485 시리얼(직렬) 통신에 대해서 알아보자~!
시리얼 통신(Serial Communication)이란 무엇인가?
병렬 통신 - 나무위키
병렬 통신 - 위키백과
통신방식의 비교
LVDS 란?
낮은 전압 차분 신호 - 위키백과
패리티 비트(Parity Bit)란 무엇인가?