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

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

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。