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  • 2020-12-22 01:28:56

    串行通讯

    一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是:数据位传送,传按位顺序进行,最少只需一根传输线即可完成,成本低但送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米。 根据信息的传送方向,串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。信息只能单向传送为单工;信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工;信息能够同时双向传送则称为全双工。 串行通讯又分为异步通讯和同步通讯两种方式。在单片机中,主要使用异步通讯方式。

    串行通讯中,两个设备之间通过一对信号线进行通讯,其中一根为信号线,另外一根为信号地线,信号电流通过信号线到达目标设备,再经过信号地线返回,构成一个信号回路。

    初级读者会产生疑问:为何不让信号电流从电源地线返回?答案:公共地线上存在各种杂乱的电流,可以轻而易举地把信号淹没。因此所有的信号线都使用信号地线而不是电源地线,以避免干扰。

    这一对信号线每次只传送1bit(比特)的信号,比如1Byte(字节)的信号需要8次才能发完。传输的信号可以是数据、指令或者控制信号,这取决于采用的是何种通讯协议以及传输状态。串行信号本身也可以带有时钟信息,并且可以通过算法校正时钟。因此不需要额外的时钟信号进行控制。

    并行通讯中,基本原理与串行通讯没有区别。只不过使用了成倍的信号线路,从而一次可以传送更多bit的信号。

    并行通讯通常可以一次传送8bit、16bit、32bit甚至更高的位数,相应地就需要8根、16根、32根信号线,同时需要加入更多的信号地线。比如传统的PATA线路有40根线,其中有16根信号线和7根信号地线,其他为各种控制线,一次可以传送2Byte的数据。并行通讯中,数据信号中无法携带时钟信息,为了保证各对信号线上的信号时序一致,并行设备需要严格同步时钟信号,或者采用额外的时钟信号线。

    通过串行通讯与并行通讯的对比,可以看出:串行通讯很简单,但是相对速度低;并行通讯比较复杂,但是相对速度高。更重要的是,串行线路仅使用一对信号线,线路成本低并且抗干扰能力强,因此可以用在长距离通讯上;而并行线路使用多对信号线(还不包括额外的控制线路),线路成本高并且抗干扰能力差,因此对通讯距离有非常严格的限制。

    历史

    最早的计算机设备之间全部采用串行接口,比如硬盘接口、打印机接口、通讯端口等等。那时候都是分立元件的电路设计,如果采用并行接口,元件的数量和占用的空间将成倍增长。比如一个8bit并行线路的接口元件数量将是串行线路的8倍(你得为每根信号线配置一套接收电路)。这个时期的数据通讯只能是非常简单而低速的。

    但是集成电路技术的出现带来了一个转变,当大量元件可以集成到一个小小的芯片上时,并行通讯变得廉价而方便了。不论是8bit、16bit还是更高位数的并行线路,只需要一个并行接口芯片就可以处理,这比一个处理串行通讯的芯片成本高不到哪里去。与串行通讯相比,并行通讯在同样的工作频率下,通讯速度就可以整倍提高。因此适应了当时计算机设备发展的需要,硬盘、打印机等速度较快的设备开始使用并行通讯,PATA、SCSI、Parallel Port成为最为流行的并行通讯接口,被大众所熟知。不过并行线路固有的一些缺点仍然限制了并行通讯的应用范围,至于超高速通讯和长距离通讯方面,由于线路成本比接口成本要重要得多,因此一直都是串行通讯的应用领域。

    除了并行通讯具有速度优势以外,串行通讯自身也有一个问题。在计算机内部,数据往往都是并行方式传送的,当采用串行方式与外界通讯时必须经过串/并转换处理。在早期集成电路规模较小的时代,串/并转换电路的处理能力十分有限,因此串行通讯的速度无法提高。随着如今集成技术的发展,逻辑电路的集成能力大大提高,甚至超过了IO连接单元的集成水平,从而逐步解决了串/并转换速度的限制。另一方面,现在集成逻辑处理电路的成本也比IO连接单元更便宜,因此串行通讯再次显示出它的优势。如果说集成电路技术一度帮助并行通讯流行起来,那么现在的高度集成水平则帮助串行通讯重返主流应用领域。

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    什么是并行传输?什么是串行传输?什么是异步传输?什么是同步传输?什么是等时传输?

    并行传输:
    在并行传输中,使用多根并行的数据线一次同时传输多个比特
    多根数据线,数据可以通过多条数据线同时传输,但需要注意数据同步。

    串行传输:
    在串行传输中,使用一根数据线传输数据,一次传输1个比特,多个比特需要一个接一个依次传输
    一根数据线,将数据一位一位的传输。双方按照一定规则对数据进行解析。
    串行传输可分为异步传输同步传输等时传输

    异步传输:
    没有时钟线,根据数据线上的电平变化,判断出起始信号与终止信号。

    同步传输:
    具有时钟线,根据时钟信号,双方按一定规则发送与处理数据信号。(起始信号与终止信号需要时钟线和数据线共同判断)

    等时传输:
    设置间隔时间,双方按一定时间间隔发送与处理数据信号。

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    参考:
    什么是并行传输、串行传输、异步传输?

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  • 计算机传输方式:串行传输/并行传输、同步传输/异步传输、单工/半双工/全双工一、串行传输/并行传输串行传输并行传输同步传输/异步传输同步传输异步传输单工/双工/全双工单工半双工全双工 一、串行传输/并行传输 ...

    计算机传输方式:串行传输/并行传输、同步传输/异步传输、单工/半双工/全双工

    一、串行传输/并行传输

    串行传输与并行传输

    串行传输

    串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。使用一条数据线,将数据一位一位地依次传输,每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息,特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。

    1. 使用一条数据线,将数据一位一位地依次传输。
    2. 一般来说,远距离的通信都是采用串行传输,计算机之间也采用串行通信。
    3. 成本低,相对简单。

    并行传输

    并行传输指的是数据以成组的方式,在多条并行信道上同时进行传输,是在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输。

    1. 使用多条数据线,将数据以组的形式进行同时传输。
    2. 一般来说,计算机内部,如CPU、内存之间的传输。通常采用总线形式,常见的总线宽度有8位、16位、32位、64位等。
    3. 成本高,适用于计算机内部通信。

    同步传输/异步传输

    同步传输

    1. 数据块以稳定的比特流的形式传输,字节之间没有间隔。
    2. 接收端在每个比特信号的中间时刻进行检测,以判别接收到的是比特0还是比特1.
    3. 由于不同设备的时钟频率存在一定差异,不可能做到完全相同,在传输大量数据的过程中,所产生的判别时刻的累计误差会导致接收端对比特信号的判别错位。因此需要采取方法使收发双方的时钟保持同步。

    实现收发双方时钟同步的方法:

    1. 外同步:在收发双方之间添加一条单独的时钟信号线。发送端在发送信号的同时,另外发送一路时钟同步信号。接收端按照时钟同步信号的节奏来接收数据。
    2. 内同步:发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输(例如曼切斯特编码)

    同步传输就是说发送数据以帧的形式进行(多个字节,在一个帧内要有同步数据位,或者采用外部时钟同步)
    如果没有时钟同步,就有可能发生发送了11011,接收的时候,时钟不一致,多识别了一个1出来111011。
    同步传输指的是时钟的同步,发送数据的同步,数据块的大小是固定的,连续发送的。

    异步传输

    1. 采用异步传输时,以字节为独立传输单位。字节之间的时间间隔不是固定的。
    2. 接收端仅再每个字节的起始处对字节内的比特实现同步。为此,通常要在每个字节前后分别加上起始位和结束位。
    3. 这里的异步是指字节之间异步(字节之间的时间间隔不固定),但是字节中的每个比特仍然要同步(各比特的持续时间是相同的)

    异步常见的就是键盘信号,只要按下一个键,电脑就接收到信号,不按就没接收到。
    每一个字节是一个传输单位,字节内部有校验位。
    异步传输的字节之间不用连续,随发随时接收验证。

    单工/双工/全双工

    单工半双工全双工

    单工

    1. 数据只允许单向通行。
    2. 如广播。

    半双工

    1. 数据可以双向通行,但是同一时间只允许一个方向。
    2. 如对讲机。

    全双工

    1. 数据可以双向通行,可以同时通行。
    2. 如移动电话。
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    传输的类型

    链接:https://www.zhihu.com/question/29033993

     

    1.传输可以分为串行传输并行传输。并行传输中,使用多根并行的数据线一次同时传输多个比特。在串行传输中,使用一根数据线传输数据。

    2.串行传输可分为异步传输、同步传输等时传输。 

    3.在相同的工作频率下并行传输的传输速度是串行传输的数倍。但并行线路有一些难以克服的缺点,导致依靠并行线路的并行传输无法用于长距离通信。计算机与外界的长距离通信,例如与网络中的另外一台计算机进行通信时,只能使用串行传输

    原因:

    并行传输中,如果传输频率高的话,数据线之间会产生很大的干扰,造成数据出错,即使为数据线添加屏蔽层,也不能保证屏蔽掉高频率产生的干扰。所以,并行传输的最高传输频率有一定限制。

    PATA接口(并行传输)的最高传输频率为33MHz,这个几乎已经达到了并行接口的极限。

    串行传输每次只传输一个比特,但是它的传输频率可以非常高,达到10GHz,是33MHz的300倍。相当于并行传输每发送1次,串行传输可以发送300次。并行传输每次发送300比特,才能赶上串行传输的速度,但是每次发送300比特,就需要300根并行的数据线,这是不现实的。

    因为并行传输串行传输各自的这些优缺点,导致并行传输仅仅用于短距离传输,而长距离传输则采用串行传输;同时,在短距离传输中,串行传输也在逐步取代并行传输


     

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