计算机硬件(二)——通信方式、总线、接口、协议

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一、通信方式

通信方式是指通信双方之间的工作方式或信息传输方式。

终端设备与其他设备的通过数据传输进行通信,根据数据的传输方式,有串行通信和并行通信。串行通信又叫做点对点通信。

串行通信(serial communication)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。串行通信按照发送时钟源和接收时钟源是否需要保持一致,又可分为同步通信和异步通信两种。

并行通信(Parallel communication)就是指数据的每一位同时在多根数据线上发送或者接收。可以以字或字节为单位并行进行。并行通信速度快,但用的通信线多、成本高,故不宜进行远距离通信。计算机或PLC各种内部总线就是以并行方式传送数据的。

同步传送:

  • 同步通信是指通信的发送方和接收方之间通过某种协议或机制协调操作,以确保数据的传输是按照预定的时序进行的。
  • 同步通信是一种比特同步通信技术,要求发收双方具有同频同相的同步时钟信号,只需在传送报文的最前面附加特定的同步字符,使发收双方建立同步,此后便在同步时钟的控制下逐位发送/接收。

异步传送:

  • 异步通信是指通信的发送方和接收方之间不需要严格的时序要求,它们可以独立地进行操作,而不需要等待对方的响应。
  • 异步通信是一种很常用的通信方式。相对于同步通信,异步通信在发送字符时,所发送的字符之间的时隙可以是任意的,当然,接收端必须时刻做好接收的准备。发送端可以在任意时刻开始发送字符,因此必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志,即加上开始位和停止位,以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。内部处理器在完成了相应的操作后,通过一个回调的机制,以便通知发送端发送的字符已经得到了回复。

二、接口

接口指的是输入输出的硬件接口,实现通信的接口就是通信接口。

常见的接口有:SATA(硬盘接口)、DB接口、PCI接口、PCIE接口、USB接口、RJ45接口(例如网线)、VGA接口、DVI接口(数字视频接口)、DMI接口、M.2接口

三、总线

总线(Bus)是一组传输通道,是由各种逻辑器件构成的传输数据的通道,一般由数据线、地址线、控制线等组成。

有时候总线和接口不做区分

四、协议

协议就是传输数据的规则。协议即总体框架,定义接口设备、器件及信号、总线及通道之间的需要满足的关系,即要实现信号的传输,所有的组成成员必须通力合作,各自满足协议要求的各种必要条件。

常见的通信协议:

(1)UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter):通用异步收发传输器,该总线双向通信,可以实现全双工传输和接收。UART包含TTL电平的串口和RS-232电平的串口,使用UART通信的双方设备都需要遵循UART协议。UART是串行通信的一种。

(2)RS-232,全双工,传输速率低、共模干扰、传输距离有限

(3)RS-485,半双工,两根信号线

(4)RS-422,四根信号线,全双工

(5)USB(Universal Serial Bus)通用串行总线:传输速度快,支持热插拔,可连接多个设备,半双工

(6)CAN(Controller Area Network)是一种功能丰富的串行异步总线标准。由两条差分信号线,增强了抗干扰能力,抑制了共模信号的干扰。

(7)IIC,是一种简单的、半双工、双向二线制同步串行总线。同一时刻可以从单主机多从机或单主机单从机,I2C总线上的任意设备都可以当主机,一般主机是MCU,当有多个主机时,会通过总线仲裁的方式选出一个主机,其它退出作为从机。

(8)SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写,是一种高速的,全双工,同步的通信总线。

1、SATA/SAS总线

SAS、SATA总线常被用于主板和大量存储设备(硬盘、光盘)之间的数据传输。

SATA是SAS的一个子标准,SAS的接口技术可以向下兼容SATA,但是SATA不可以反向兼容SAS。

2、USB总线

用于连接连接外部设备

3、PCI与PCIe

PCI与PCIe用于连接各种扩展卡、显卡等高速设备。PCI插槽都是等长的,防呆口位置靠上。PCIe插槽大大小小的,防呆口位置靠下。

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