通訊的基本概念

在計(jì)算機(jī)設(shè)備與設(shè)備之間或集成電路之間常常需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在本書(shū)后面的章節(jié)中我們會(huì)學(xué)習(xí)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(shè)備之間通過(guò)少量數(shù)據(jù)信號(hào)線(一般是8根以下)，地線以及控制信號(hào)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(jìn)行傳輸?shù)耐ㄓ嵎绞?，它們的通訊傳輸?duì)比說(shuō)明見(jiàn) 圖18_1，并行通訊就像多個(gè)車道的公路，可以同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)，而串行通訊，而串行通訊就像單個(gè)車道的公路，同一時(shí)刻只能傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)。

圖 18?1 并行通訊與串行通訊的對(duì)比圖

很明顯，因?yàn)橐淮慰蓚鬏敹鄠€(gè)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(yuǎn)距離時(shí))以及PCB的布線面積， 串行通訊與并行通訊的特性對(duì)比見(jiàn) 表18_1。

表 18?1 串行通訊與并行通訊的特性對(duì)比

不過(guò)由于并行傳輸對(duì)同步要求較高，且隨著通訊速率的提高，信號(hào)干擾的問(wèn)題會(huì)顯著影響通訊性能，現(xiàn)在隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的應(yīng)用場(chǎng)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(lái)區(qū)分，見(jiàn) 圖18_2 及 表18_2。

表 18?2 通訊方式說(shuō)明

仍以公路來(lái)類比，全雙工的通訊就是一個(gè)雙向車道，兩個(gè)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(shí)刻只能讓一輛小車通過(guò)，另一方向的來(lái)車只能等待道路空出來(lái)時(shí)才能經(jīng)過(guò)；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(guò)程中是否有使用到時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的區(qū)分。

在同步通訊中，收發(fā)設(shè)備雙方會(huì)使用一根信號(hào)線表示時(shí)鐘信號(hào)，在時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下雙方進(jìn)行協(xié)調(diào)， 同步數(shù)據(jù)，見(jiàn) 圖18_3。通訊中通常雙方會(huì)統(tǒng)一規(guī)定在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿或下降沿對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣。

圖 18?3 同步通訊

在異步通訊中不使用時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，它們直接在數(shù)據(jù)信號(hào)中穿插一些同步用的信號(hào)位，或者把主體數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，以數(shù)據(jù)幀的格式傳輸數(shù)據(jù)，見(jiàn) 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(hào)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(huì)包含有幀的各種標(biāo)識(shí)符，所以同步通訊的效率更高，但是同步通訊雙方的時(shí)鐘允許誤差較小，而異步通訊雙方的時(shí)鐘允許誤差較大。

18.4. 通訊速率

衡量通訊性能的一個(gè)非常重要的參數(shù)就是通訊速率，通常以比特率(Bitrate)來(lái)表示，即每秒鐘傳輸?shù)亩M(jìn)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(gè)碼元。而碼元是通訊信號(hào)調(diào)制的概念，通訊中常用時(shí)間間隔相同的符號(hào)來(lái)表示一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字，這樣的信號(hào)稱為碼元。如常見(jiàn)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(gè)碼元可以表示兩種狀態(tài)0和1，所以一個(gè)碼元等于一個(gè)二進(jìn)制比特位，此時(shí)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(jìn)制數(shù)00、01、10、11，那么每個(gè)碼元可以表示四種狀態(tài)，即兩個(gè)二進(jìn)制比特位，所以碼元數(shù)是二進(jìn)制比特位數(shù)的一半，這個(gè)時(shí)候的波特率為比特率的一半。因?yàn)楹芏喑Ｒ?jiàn)的通訊中一個(gè)碼元都是表示兩種狀態(tài)，人們常常直接以波特率來(lái)表示比特率，雖然嚴(yán)格來(lái)說(shuō)沒(méi)什么錯(cuò)誤，但希望您能了解它們的區(qū)別。