エンベデッドシステムスペシャリスト 2016年午前2 問05

問題文

コンピュータと周辺装置とのデータ転送方式に関して、適切な記述はどれか。

🖊️ 解答を隠して解いてみる

ア：SATA、PCI Express、USBのシリアル転送方式では、高速なデータ転送のために、データ線とは独立した専用のクロック信号線を使用している。

イ：高速パラレル転送方式では、8b/10bエンコーディングなどの符号化方式によるエンベデッドクロックを採用している。

ウ：シリアル転送方式では、データは必ずLSB側から1ビットずつ順番に転送される。

エ：パラレル転送方式では、転送クロックを高速化すると、データの各ビット間での信号到達タイミングの整合を取ることが困難になる。（正解）

🔒 解説は解答すると表示されます

正しいのはエです。

パラレル転送では、複数のデータ線を使って複数ビットを同時に送ります。転送速度を上げるためにクロックを高速化すると、1ビット分の時間が短くなります。その結果、各データ線の信号が受信側に届くタイミングのずれ（スキュー）が、データを正しく読み取るうえで問題になりやすくなります。

つまり、クロックが速くなるほど、各ビットの到着タイミングをそろえることが難しくなります。

ア：誤りです。 SATA、PCI Express、USBなどのシリアルインタフェースでは、データ線とは別の専用クロック線を使うのではなく、データ信号からクロックを取り出す方式が広く使われています。データにクロック情報を含める方式は、エンベデッドクロックと呼ばれます。
イ：誤りです。 8b/10bなどの符号化は、クロックの再生を助ける目的などで使われますが、高速パラレル転送方式の一般的な特徴ではありません。高速シリアル通信で用いられる例が代表的です。
ウ：誤りです。 シリアル転送とは、データを1ビットずつ順に送る方式です。ただし、LSB（最下位ビット）から送るか、MSB（最上位ビット）から送るかは通信方式の仕様によって異なります。
エ：正しいです。 パラレル転送では、複数のデータ線ごとの信号到着タイミングを合わせる必要があります。クロックを高速化すると、タイミングのずれが許容範囲を超えやすくなります。

シリアル転送では専用のクロック線が必須だと思うこと
クロックをデータ信号から復元する方式もあります。シリアルかパラレルかと、クロック線の有無は別の観点です。
シリアル転送は必ずLSBから送ると思うこと
ビットの送信順は、通信プロトコルや装置の仕様で決まります。
パラレル転送は同時に送るので高速化しやすいと思うこと
複数ビットを同時に送れる一方、各信号の到着タイミングをそろえる難しさがあります。

パラレル転送では、データ線ごとの配線長や電気的特性の違いによって、信号の到着時刻に差が生じます。これがクロックスキューやデータ間のスキューにつながります。高速化するとクロック周期が短くなり、許容できるずれも小さくなります。

一方、高速シリアル転送では、信号線の本数を抑えながら高速に通信するため、エンベデッドクロックなどの技術が利用されます。

Q. パラレル転送では、クロックを高速化できないのですか？
A. 高速化は可能ですが、信号の到着タイミングをそろえる難度が上がります。そのため、配線や回路の設計に工夫が必要です。

Q. エンベデッドクロックとは何ですか？
A. データ信号にクロックの情報を含め、受信側がデータ信号からタイミングを復元する方式です。データ線とは別の専用クロック線を不要にできます。

Q. シリアル転送なら、常にパラレル転送より速いのですか？
A. いいえ。転送速度は、信号線の本数だけでなく、通信規格や信号処理技術などによって決まります。

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