通訊的基本概念
在計算機設備與設備之間或集成電路之間常常需要進行數(shù)據(jù)傳輸,在本書后面的章節(jié)中我們會學習到各種各樣的通訊方式,所以在本章中我們先統(tǒng)一介紹這些通訊的基本概念。
18.1. 串行通訊與并行通訊
按數(shù)據(jù)傳送的方式,通訊可分為串行通訊與并行通訊,串行通訊是指設備之間通過少量數(shù)據(jù)信號線(一般是8根以下),地線以及控制信號線, 按數(shù)據(jù)位形式一位一位地傳輸數(shù)據(jù)的通訊方式。而并行通訊一般是指使用8、16、32及64根或更多的數(shù)據(jù)線進行傳輸?shù)耐ㄓ嵎绞剑鼈兊耐ㄓ崅鬏攲Ρ日f明見 圖18_1,并行通訊就像多個車道的公路,可以同時傳輸多個數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù),而串行通訊,而串行通訊就像單個車道的公路,同一時刻只能傳輸一個數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)。
圖 18?1 并行通訊與串行通訊的對比圖
很明顯,因為一次可傳輸多個數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù) ,在數(shù)據(jù)傳輸速率相同的情況下,并行通訊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要大得多,而串行通訊則可以節(jié)省數(shù)據(jù)線的硬件成本(特別是遠距離時)以及PCB的布線面積, 串行通訊與并行通訊的特性對比見 表18_1。
表 18?1 串行通訊與并行通訊的特性對比
特性 | 串行通訊 | 并行通訊 |
通訊距離 | 較遠 | 較近 |
抗干擾能力 | 較強 | 較弱 |
傳輸速率 | 較慢 | 較高 |
成本 | 較低 | 較高 |
不過由于并行傳輸對同步要求較高,且隨著通訊速率的提高,信號干擾的問題會顯著影響通訊性能,現(xiàn)在隨著技術(shù)的發(fā)展,越來越多的應用場合采用高速率的串行差分傳輸。
18.2. 全雙工、半雙工及單工通訊
根據(jù)數(shù)據(jù)通訊的方向,通訊又分為全雙工、半雙工及單工通訊,它們主要以信道的方向來區(qū)分,見 圖18_2 及 表18_2。
表 18?2 通訊方式說明
通訊方式 | 說明 |
全雙工 | 在同一時刻,兩個設備之間可以同時收發(fā)數(shù)據(jù) |
半雙工 | 兩個設備之間可以收發(fā)數(shù)據(jù),但不能在同一時刻進行 |
單工 | 在任何時刻都只能進行一個方向的通訊,即一個固定為發(fā)送設備,另一個固定為接收設備 |
仍以公路來類比,全雙工的通訊就是一個雙向車道,兩個方向上的車流互不相干;半雙工則像鄉(xiāng)間小道那樣,同一時刻只能讓一輛小車通過,另一方向的來車只能等待道路空出來時才能經(jīng)過;而單工則像單行道,另一方向的車輛完全禁止通行。
圖 18?2 全雙工、半雙工及單工通訊
18.3. 同步通訊與異步通訊
根據(jù)通訊的數(shù)據(jù)同步方式,又分為同步和異步兩種,可以根據(jù)通訊過程中是否有使用到時鐘信號進行簡單的區(qū)分。
在同步通訊中,收發(fā)設備雙方會使用一根信號線表示時鐘信號,在時鐘信號的驅(qū)動下雙方進行協(xié)調(diào), 同步數(shù)據(jù),見 圖18_3。通訊中通常雙方會統(tǒng)一規(guī)定在時鐘信號的上升沿或下降沿對數(shù)據(jù)線進行采樣。
圖 18?3 同步通訊
在異步通訊中不使用時鐘信號進行數(shù)據(jù)同步,它們直接在數(shù)據(jù)信號中穿插一些同步用的信號位,或者把主體數(shù)據(jù)進行打包,以數(shù)據(jù)幀的格式傳輸數(shù)據(jù),見 圖18_4,某些通訊中還需要雙方約定數(shù)據(jù)的傳輸速率,以便更好地同步。
圖 18?4 某種異步通訊
在同步通訊中,數(shù)據(jù)信號所傳輸?shù)膬?nèi)容絕大部分就是有效數(shù)據(jù),而異步通訊中會包含有幀的各種標識符,所以同步通訊的效率更高,但是同步通訊雙方的時鐘允許誤差較小,而異步通訊雙方的時鐘允許誤差較大。
18.4. 通訊速率
衡量通訊性能的一個非常重要的參數(shù)就是通訊速率,通常以比特率(Bitrate)來表示,即每秒鐘傳輸?shù)亩M制位數(shù),單位為比特每秒(bit/s)。容易與比特率混淆的概念是“波特率”(Baudrate),它表示每秒鐘傳輸了多少個碼元。而碼元是通訊信號調(diào)制的概念,通訊中常用時間間隔相同的符號來表示一個二進制數(shù)字,這樣的信號稱為碼元。如常見的通訊傳輸中,用0V表示數(shù)字0,5V表示數(shù)字1,那么一個碼元可以表示兩種狀態(tài)0和1,所以一個碼元等于一個二進制比特位,此時波特率的大小與比特率一致;如果在通訊傳輸中,有0V、2V、4V以及6V分別表示二進制數(shù)00、01、10、11,那么每個碼元可以表示四種狀態(tài),即兩個二進制比特位,所以碼元數(shù)是二進制比特位數(shù)的一半,這個時候的波特率為比特率的一半。因為很多常見的通訊中一個碼元都是表示兩種狀態(tài),人們常常直接以波特率來表示比特率,雖然嚴格來說沒什么錯誤,但希望您能了解它們的區(qū)別。
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第8課【通訊的基本概念】串行并行 單工半雙工全雙工 同步異步 比特率波特率

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