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  • 1 # 使用者1432479880498

    序列通訊

    一條資訊的各位資料被逐位按順序傳送的通訊方式稱為序列通訊。序列通訊的特點是:資料位傳送,傳按位順序進行,最少只需一根傳輸線即可完成,成本低但送速度慢。序列通訊的距離可以從幾米到幾千米。 根據資訊的傳送方向,序列通訊可以進一步分為單工、半雙工和全雙工三種。資訊只能單向傳送為單工;資訊能雙向傳送但不能同時雙向傳送稱為半雙工;資訊能夠同時雙向傳送則稱為全雙工。 序列通訊又分為非同步通訊和同步通訊兩種方式。在微控制器中,主要使用非同步通訊方式。

    序列通訊中,兩個裝置之間透過一對訊號線進行通訊,其中一根為訊號線,另外一根為訊號地線,訊號電流透過訊號線到達目標裝置,再經過訊號地線返回,構成一個訊號迴路。

    初級讀者會產生疑問:為何不讓訊號電流從電源地線返回?答案:公共地線上存在各種雜亂的電流,可以輕而易舉地把訊號淹沒。因此所有的訊號線都使用訊號地線而不是電源地線,以避免干擾。

    這一對訊號線每次只傳送1bit(位元)的訊號,比如1Byte(位元組)的訊號需要8次才能發完。傳輸的訊號可以是資料、指令或者控制訊號,這取決於採用的是何種通訊協議以及傳輸狀態。序列訊號本身也可以帶有時鐘資訊,並且可以透過演算法校正時鐘。因此不需要額外的時鐘訊號進行控制。

    並行通訊中,基本原理與序列通訊沒有區別。只不過使用了成倍的訊號線路,從而一次可以傳送更多bit的訊號。

    並行通訊通常可以一次傳送8bit、16bit、32bit甚至更高的位數,相應地就需要8根、16根、32根訊號線,同時需要加入更多的訊號地線。比如傳統的PATA線路有40根線,其中有16根訊號線和7根訊號地線,其他為各種控制線,一次可以傳送2Byte的資料。並行通訊中,資料訊號中無法攜帶時鐘資訊,為了保證各對訊號線上的訊號時序一致,並行裝置需要嚴格同步時鐘訊號,或者採用額外的時鐘訊號線。

    透過序列通訊與並行通訊的對比,可以看出:序列通訊很簡單,但是相對速度低;並行通訊比較複雜,但是相對速度高。更重要的是,序列線路僅使用一對訊號線,線路成本低並且抗干擾能力強,因此可以用在長距離通訊上;而並行線路使用多對訊號線(還不包括額外的控制線路),線路成本高並且抗干擾能力差,因此對通訊距離有非常嚴格的限制。

    歷史

    最早的計算機裝置之間全部採用序列介面,比如硬碟介面、印表機介面、通訊埠等等。那時候都是分立元件的電路設計,如果採用並行介面,元件的數量和佔用的空間將成倍增長。比如一個8bit並行線路的介面元件數量將是序列線路的8倍(你得為每根訊號線配置一套接收電路)。這個時期的資料通訊只能是非常簡單而低速的。

    但是積體電路技術的出現帶來了一個轉變,當大量元件可以整合到一個小小的晶片上時,並行通訊變得廉價而方便了。不論是8bit、16bit還是更高位數的並行線路,只需要一個並行介面晶片就可以處理,這比一個處理序列通訊的晶片成本高不到哪裡去。與序列通訊相比,並行通訊在同樣的工作頻率下,通訊速度就可以整倍提高。因此適應了當時計算機裝置發展的需要,硬碟、印表機等速度較快的裝置開始使用並行通訊,PATA、SCSI、Parallel Port成為最為流行的並行通訊介面,被大眾所熟知。不過並行線路固有的一些缺點仍然限制了並行通訊的應用範圍,至於超高速通訊和長距離通訊方面,由於線路成本比介面成本要重要得多,因此一直都是序列通訊的應用領域。

    除了並行通訊具有速度優勢以外,序列通訊自身也有一個問題。在計算機內部,資料往往都是並行方式傳送的,當採用序列方式與外界通訊時必須經過串/並轉換處理。在早期積體電路規模較小的時代,串/並轉換電路的處理能力十分有限,因此序列通訊的速度無法提高。隨著如今整合技術的發展,邏輯電路的整合能力大大提高,甚至超過了IO連線單元的整合水平,從而逐步解決了串/並轉換速度的限制。另一方面,現在整合邏輯處理電路的成本也比IO連線單元更便宜,因此序列通訊再次顯示出它的優勢。如果說積體電路技術一度幫助並行通訊流行起來,那麼現在的高度整合水平則幫助序列通訊重返主流應用領域。

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