數(shù)據(jù)通信方式可分為哪三種？它的原理是什么？

數(shù)據(jù)通信的基本方式可分為并行通信與串行通信兩種：

并行通信：是指利用多條數(shù)據(jù)傳輸線將一個資料的各位同時傳送。它的特點(diǎn)是傳輸速度快，適用于短距離通信，但要求通訊速率較高的應(yīng)用場合。

串行通信：是指利用一條傳輸線將資料一位位地順序傳送。特點(diǎn)是通信線路簡單，利用簡單的線纜就可實(shí)現(xiàn)通信，降低成本，適用于遠(yuǎn)距離通信，但傳輸速度慢的應(yīng)用場合。

一、異步通信及其協(xié)議

異步通信以一個字符為傳輸單位，通信中兩個字符間的時間間隔是不固定的，然而在同一個字符中的兩個相鄰位代碼間的時間間隔是固定的。

通信協(xié)議(通信規(guī)程)：是指通信雙方約定的一些規(guī)則。在使用異步串口傳送一個字符的信息時，對資料格式有如下約定：規(guī)定有空閑位、起始位、資料位、奇偶校驗(yàn)位、停止位。

異步通訊的時序，如圖5-1。

其中各位的意義如下：

起始位：先發(fā)出一個邏輯”0”信號，表示傳輸字符的開始。

資料位：緊接著起始位之后。資料位的個數(shù)可以是4、5、6、7、8等，構(gòu)成一個字符。通常采用ASCII碼。從最低位開始傳送，靠時鐘定位。

奇偶校驗(yàn)位：資料位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn))，以此來校驗(yàn)資料傳送的正確性。

停止位：它是一個字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志?？梢允?位、1.5位、2位的高電平。

空閑位：處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒有資料傳送。

波特率：是衡量資料傳送速率的指針。表示每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。例如資料傳送速率為120字符/秒，而每一個字符為10位，則其傳送的波特率為10×120=1200字符/秒=1200波特。

注：異步通信是按字符傳輸?shù)模邮赵O(shè)備在收到起始信號之后只要在一個字符的傳輸時間內(nèi)能和發(fā)送設(shè)備保持同步就能正確接收。下一個字符起始位的到來又使同步重新校準(zhǔn)(依靠檢測起始位來實(shí)現(xiàn)發(fā)送與接收方的時鐘自同步的)。

二、資料傳送方式

根據(jù)資料傳送方向的不同有以下三種方式。如圖5-2所示。

圖5-2 資料傳送方式

1、單工方式

資料始終是從A設(shè)備發(fā)向B設(shè)備。

2、 半雙工方式

資料能從A設(shè)備傳送到B設(shè)備，也能從B設(shè)備傳送到A設(shè)備。在任何時候資料都不能同時在兩個方向上傳送，即每次只能有一個設(shè)備發(fā)送，另一個設(shè)備接收。但是通訊雙方依照一定的通訊協(xié)議來輪流地進(jìn)行發(fā)送和接收。

3、 全雙工方式

允許通信雙方同時進(jìn)行發(fā)送和接收。這時，A設(shè)備在發(fā)送的同時也可以接收，B設(shè)備亦同。全雙工方式相當(dāng)于把兩個方向相反的單工方式組合在一起，因此它需要兩條數(shù)據(jù)傳輸線。在計(jì)算機(jī)串行通訊中主要使用半雙工和全雙工方式。

三、信號傳輸方式

1、基帶傳輸方式

在傳輸線路上直接傳輸不加調(diào)制的二進(jìn)制信號，如圖所示。它要求傳送線的頻帶較寬，傳輸?shù)臄?shù)字信號是矩形波。

基帶傳輸方式僅適宜于近距離和速度較低的通信。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)已成為現(xiàn)代社會中不可或缺的一部分。無論是互聯(lián)網(wǎng)、移動通信還是物聯(lián)網(wǎng)，都依賴于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)信息的傳輸和交流。了解數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成，對于我們理解其工作原理和應(yīng)用技術(shù)至關(guān)重要。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括源設(shè)備、傳輸介質(zhì)、目標(biāo)設(shè)備和協(xié)議四個主要組成部分。

一、源設(shè)備

源設(shè)備是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中生成和發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備。它可以是計(jì)算機(jī)、手機(jī)、傳感器等。源設(shè)備負(fù)責(zé)將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)臄?shù)字信號。舉例來說，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，源設(shè)備使用網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。源設(shè)備是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的起點(diǎn)，它決定了待傳輸數(shù)據(jù)的格式和編碼方式。

在數(shù)據(jù)通信過程中需要解決的問題有：數(shù)據(jù)通信是采用串行傳輸還是并行傳輸?是單向傳輸還是雙向傳輸?如何實(shí)現(xiàn)收、發(fā)雙方同步?這里先回答前面兩個問題，同步技術(shù)將在下一小節(jié)進(jìn)行介紹。

1. 串行通信和并行通信

按照通信中字節(jié)使用的信道數(shù)，數(shù)據(jù)通信方式可分為串行通信和并行通信。

(1) 串行通信

計(jì)算機(jī)中用8位兩進(jìn)制代碼來表示一個字節(jié)。在數(shù)據(jù)通信中，可以按圖2-1-5 所示的方式，將待傳送的每個字節(jié)的二進(jìn)制代碼按由低到高位的順序，依次發(fā)送。這種數(shù)據(jù)通信方式稱為串行通信

圖 2-1-5 串行通信

串行通信的優(yōu)點(diǎn)是：成本低，利用率高;但是，速度慢，需進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換。這種通信方式適合長距離的信號傳輸。例如，用電話線進(jìn)行通信，就必須使用串行傳輸方式。

(2) 并行通信

在數(shù)據(jù)通信中，也可以按圖2-1-6所示的方式，將表示一個字節(jié)的二進(jìn)制代碼同時通過8條并行的通信信道發(fā)送出去，即每次發(fā)送一個字節(jié)。這種通信方式稱為并行通信。

并行通信的特點(diǎn)是：成本高，速度快，不需串/并轉(zhuǎn)換;但是信道的利用率低。這種通信方式適合近距離的傳輸。計(jì)算機(jī)內(nèi)的總線結(jié)構(gòu)就是并行通信的例子　。

圖2-1-6 并行通信

2. 單工、半雙工和全雙工通信

數(shù)據(jù)通信方式按照信號傳送方向與時間的關(guān)系，可以分為單工、半雙工和全雙工三種方式。

(1) 單工

單工通信只支持信號在一個方向上傳輸(正向或反向)，任何時候不能改變信號的傳輸方向，如圖2-1-7所示。為保證正確傳送數(shù)據(jù)信號，接收端要對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，若校驗(yàn)出錯，則通過監(jiān)控信道發(fā)送請求重發(fā)的信號。

圖2-1-7　單工通信

(2) 半雙工

半雙工通信允許信號在兩個方向上傳輸，但某一時刻只允許信號在一個信道上單向傳輸。因此，半雙工通信實(shí)際上是一種可切換方向的單工通信，如圖2-1-8所示。傳統(tǒng)的對講機(jī)使用的就是半雙工通信方式。

圖2-1-8　半雙工通信

(3) 全雙工

全雙工通信允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，即有兩個信道，因此允許同時進(jìn)行雙向傳輸，如圖2-1-9所示。全雙工通信是兩個單工通信方式的結(jié)合，要求收發(fā)雙方都有獨(dú)立的接收和發(fā)送能力。全雙工通信效率高，控制簡單，但造價高。計(jì)算機(jī)之間的通信是全雙工方式。

二、傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)是數(shù)據(jù)在源設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備之間傳輸?shù)拿浇椤鬏斀橘|(zhì)可以是物理介質(zhì)，如雙絞線、光纖、無線電波等，也可以是無線介質(zhì)，如無線局域網(wǎng)(WLAN)或藍(lán)牙。傳輸介質(zhì)的選擇取決于通信系統(tǒng)的要求，包括傳輸速度、距離、可靠性和成本等因素。傳輸介質(zhì)的特性直接影響著數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量和速度。

三、目標(biāo)設(shè)備

目標(biāo)設(shè)備是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中接收和處理數(shù)據(jù)的設(shè)備。它可以是計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、顯示器或其他設(shè)備。目標(biāo)設(shè)備接收從傳輸介質(zhì)上接收到的數(shù)字信號，并將其轉(zhuǎn)換為可理解的數(shù)據(jù)形式，以供目標(biāo)設(shè)備使用或顯示。目標(biāo)設(shè)備負(fù)責(zé)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和處理，以滿足用戶的需求。

四、協(xié)議

協(xié)議是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中用于管理數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)則和約定。它定義了數(shù)據(jù)的格式、編碼方式、錯誤檢測和糾正機(jī)制、數(shù)據(jù)分組和重新組裝方法等。常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括以太網(wǎng)、TCP/IP、HTTP、SMTP等。協(xié)議確保源設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸按照預(yù)定的規(guī)則進(jìn)行，并提供數(shù)據(jù)的可靠性和安全性。協(xié)議是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的核心，它確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和有效交流。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的工作原理是源設(shè)備生成數(shù)據(jù)并按照協(xié)議規(guī)定的格式進(jìn)行編碼。編碼后的數(shù)據(jù)通過傳輸介質(zhì)傳輸?shù)侥繕?biāo)設(shè)備。目標(biāo)設(shè)備接收數(shù)據(jù)，并根據(jù)協(xié)議規(guī)定的解碼方式還原數(shù)據(jù)。這樣，源設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳輸和交流。

在數(shù)據(jù)通信過程中，源設(shè)備將數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包是按照一定的格式組織的數(shù)據(jù)單元，包含了數(shù)據(jù)本身以及與數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的控制信息。傳輸介質(zhì)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從源設(shè)備傳輸?shù)侥繕?biāo)設(shè)備。傳輸介質(zhì)可以通過物理連接(如電纜)或無線方式(如無線信號)來傳輸數(shù)據(jù)包。

目標(biāo)設(shè)備接收到傳輸介質(zhì)上的數(shù)據(jù)包后，根據(jù)協(xié)議規(guī)定的解碼方式進(jìn)行解析。解析后的數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步進(jìn)行處理，如存儲、顯示、分析或響應(yīng)。目標(biāo)設(shè)備的處理方式取決于應(yīng)用領(lǐng)域和需求，可以是計(jì)算機(jī)執(zhí)行特定的操作，顯示設(shè)備顯示圖像或文本，或者其他設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的操作。

協(xié)議在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用。它定義了數(shù)據(jù)的格式和編碼方式，確保源設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交流符合一致的規(guī)范。協(xié)議還包括錯誤檢測和糾正機(jī)制，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。常見的協(xié)議如以太網(wǎng)協(xié)議用于局域網(wǎng)數(shù)據(jù)通信，TCP/IP協(xié)議用于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信等。

總結(jié)起來，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)由源設(shè)備、傳輸介質(zhì)、目標(biāo)設(shè)備和協(xié)議四個組成部分構(gòu)成。源設(shè)備生成和發(fā)送數(shù)據(jù)，傳輸介質(zhì)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸，目標(biāo)設(shè)備接收和處理數(shù)據(jù)，而協(xié)議定義了數(shù)據(jù)的格式和傳輸規(guī)則。了解數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成與原理，有助于我們理解現(xiàn)代通信技術(shù)的運(yùn)作方式，推動信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。