计算机组织中的串行通信

串行通信是将信息/比特在同一通道上按顺序传输的过程。由于这一点，电线成本会降低，但传输速度会变慢。通常，通信被描述为以音频、视频、口头语言和书面文档等形式在个人之间交换信息的過程。串行协议在我们的手机、个人电脑等所有设备上运行，其方式是遵循一些协议。协议是一种可靠且安全的数据通信形式，它包含由源主机和目标主机地址组成的一组规则。在串行通信中，使用二进制脉冲来表示数据。二进制包含数字 0 和 1。0 用于表示低电平或 0 伏，1 用于表示高电平或 5 伏。串行通信可以是异步的，也可以是同步的。

同步通信

在同步通信中，帧或数据是通过组合比特组来构建的。这些帧会随着主时钟的节拍连续发送。它使用同步的时钟频率来操作发送器或接收器的数据。在同步通信中，不需要使用间隔、起始位和停止位。发送器和接收器的时间是同步的，因此计时错误的频率较低，数据传输速度更快。数据准确性完全取决于发送器和接收器设备之间的时序是否正确同步。与异步串行传输相比，同步串行传输成本更高。

异步通信

在异步通信中，比特组被视为独立单元，并且这些数据比特可以随时发送。为了在发送器和接收器之间进行同步，数据字节之间会使用停止位和起始位。这些位有助于确保数据发送正确。数据比特发送器和接收器的时间不固定，传输之间的间隔由空隙提供。在异步通信中，我们不需要发送器和接收器设备之间的同步，这是异步通信的主要优点。这种方法也具有成本效益。在此方法中，数据传输可能会变慢，但这并非必然，并且是异步方法的主要缺点。

根据数据传输速率和传输模式的类型，串行通信可以有多种形式。传输模式可分为单工、半双工和全双工。每种传输模式都包含源（也称为发送器或发射器）和目标（也称为接收器）。

传输模式

传输模式描述如下

单工

在单工模式中，数据传输只能在一个方向上进行。一次只能激活一个客户端（发送器或接收器）。这意味着在两个设备之间，一个设备只能传输链路，而另一个设备只能接收它。发送器只能发送数据，接收器只能接收该数据。接收器无法回复发送器。在另一种情况下，如果接收器发送数据，发送器只能接受它。发送器无法回复接收器。

单工有很多例子。示例 1：键盘和CPU是单工的最佳示例。键盘始终将字符传输到 CPU（中央处理器），但 CPU 不需要将字符或数据传输到键盘。示例 2：打印机和计算机是单工的另一个示例。计算机始终将数据发送到打印机，但打印机无法将数据发送到计算机。在某些情况下，打印机也可以反馈，这种情况是一个例外。单工只有一个通道。

示例 3：遥视（Teletext）也是单工的示例。电视公司广播数据。同时，使用天线，它有助于将数据以电视图像的形式广播到人们家中。但人们无法将信号发送回天线。借助我们的手机或遥控器，我们可以向电视的专用遥视适配器设置请求页面或频道。当请求的页面被广播时，专用遥视适配器将捕获请求的遥视页面。电视永远不会向发射器发送请求。示例 4：单向道也是单工的示例。单向道的交通只能朝一个方向行驶，不允许来自相反方向的车辆通过。

半双工

在半双工模式下，发送器和接收器可以在两个方向上通信，但不能同时进行。如果发送器发送某些数据，接收器可以接收它，但此时接收器无法向发送器发送任何内容。同样，如果接收器向发送器发送数据，发送器也无法发送。如果我们不需要在两个方向同时通信，可以使用半双工。例如，互联网是半双工的一个好例子。通过互联网，如果用户向 Web 服务器发送网页请求，服务器会处理该请求并向用户发送请求的页面。

单车道桥也可以解释半双工。在单车道桥上，双向车辆会让路，以便它们可以通行。一次只能有一个端发送，另一个端只能接收。我们还可以执行错误校正，这意味着如果接收器收到的信息损坏，它可以再次请求发送器重新传输该信息。对讲机也是半双工的一个经典例子。对讲机的两端都有扬声器。我们可以使用每个听筒或对讲机发送消息或接收消息，但不能同时进行这两件事。

铁路通常采用半双工场景，因为成本较低，只需要铺设一条轨道。火车司机必须在单轨的一端等待，直到另一辆朝相反方向行驶的火车通过。打印机也是半双工的一个好例子。在 IEEE-1284 标准下，打印机也可以向计算机发送消息。当计算机向打印机发送字符时，此时打印机无法向计算机发送消息。当计算机成功发送所有消息并停止发送后，打印机就可以向计算机发送消息。半双工有一个优点，即双轨或双车道与单轨或单车道相比成本更高。

全双工

在全双工模式下，发送器和接收器可以同时发送和接收。全双工通信模式在全世界得到广泛应用。在此模式下，沿一个方向传播的信号能够与沿相反方向传播的信号共享链路容量。信号共享可以通过两种方式发生，如下所述

• 链路的容量被分成沿两个方向传播的信号。
• 或者链路有两条物理上分离的传输部分。其中一部分可用于发送，另一部分可用于接收。

如果我们需要持续双向通信，在这种情况下，我们将使用全双工模式。信道容量将被分成两个方向。

示例：电话网络是全双工模式的一个好例子。在使用电话时，两个人可以同时说话和听。普通的双向公路有助于解释全双工。如果交通量很大，在这种情况下，会决定铺设双轨，用于允许火车朝两个方向通行。这种类型的情况通常用于网络通信。光纤集线器通常在每个端口上有两个连接器。全双工光纤是一种双线连接，它们被捆绑在一起，形成双车道。

音频通话或视频通话也是全双工的一个例子。在音频或视频通话中，两个人可以同时进行通信。在音频通话中，他们可以同时说话和听，在视频通话中，他们可以看到对方并同时进行交流。如果我们以全双工模式工作，与单工和半双工相比，它将提供最佳性能，因为它能够最大化可用带宽。

并行通信

还有另一种通信方式称为并行通信，描述如下

并行通信用于在同一无线电路径或电缆中，在同一时间通过不同的通道同时传输大量数据信号。它用于并行包含大量有线通道。在并行通信中，发送器和接收器之间的数据传输是通过多个通道完成的。并行设备的數據總線比串行設備更寬。因此，它可以一次性将数据从源传输到目标。并行传输的比特率高于串行传输的比特率。

多根电线的成本高于单根电线。并行电缆变长，因此成本高。如果距离较大，多个通道之间的同步时序会变得更加敏感。恒定的时钟信号用于在并行通信中提供时序。信号通过并行电缆内的独立导线发送。所以我们可以说并行通信是同步的。

并行通信的工作原理

并行通信使用各种并行路径（导线）在同一电缆中同步地传输多个比特，并借助单个时钟。时钟使用这些并行路径，并通过恒定的时钟信号提供传输时序。

通过各种并行路径一次性传输大量比特。接收到的比特串的顺序有不同的方式，这取决于可用带宽、源距离和位置等各种因素。视频通话和网络通话中的跳帧就是这种现象的一个例子。

串行通信和并行通信的区别

串行通信一次只能发送一个比特。因此，串行通信需要更少的输入/输出线路。它也占用较少的电阻和较少的串扰空间。串行通信的最大优势是构建整个嵌入式系统的成本非常便宜。它还可以通过仅使用一根电线或线路在长距离上传输数据。

在 DCE 设备（数据通信设备）如调制解调器中，主要使用串行通信。所有主要的计算机网络或通信大多偏爱串行通信。如今，短距离最常见和最受欢迎的模式是串行总线，因为并行总线的缺点胜过其简单性的优点。

并行通信一次可以发送大量数据（约 32 比特）。因此，在并行通信中，每个数据比特都需要独立的物理输入/输出。并行通信还有一个优点：它非常快，但它也需要更多的 I/O 线，这是并行通信的缺点。计算机使用并行通信来互连音频、视频、RAM（随机访问内存）、调制解调器、网络硬件和 CPU（中央处理器）。并行通信的配置非常冗长且复杂。因此，其建立成本也很高。

串行通信相对于并行通信的优点

大多数人误认为并行端口/总线比串行端口/总线快，因为在串行通信中，数据传输每单位时间只有一个比特。甚至并行总线的时钟频率也比串行总线低得多。有各种因素表明串行通信优于并行通信，如下所述

无需时钟：对于异步和无时钟串行通信，不会出现通道之间的时钟偏斜问题。

空间需求小：在配置串行通信时，它需要较少的空间，因为串行连接需要较少的电缆。因此，由于这个特性，我们将有额外的空间，可用于提供更好的数据通道/线路与相邻通信组件的隔离。

无串扰：串行通信在邻近空间中包含的导体数量较少。因此，串扰的可能性很小。

成本低：串行通信包含串行链路。此链路的成本低于并行链路。