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1、第 5 章 串行通信通信指计算机与外部设备、计算机与计算 机之间的信息交换。 通信基本方式可分为并行通信和串行通信两种 。 并行通信是把一个字符的各数位用几条线同时 进行传输，传输速度快，信息率高。 串行通信是利用一条传输线将数据逐位顺序传 送，传输速度和传输效率比并行通信低。但串行通 信节省通信设备和传输线，对于传输数据位较多、 传输距离较远时，这一优点尤为突出。引 言5.1 串行通信基础一般，计算机“主机”内部的部件之间，如CPU与存储器、CPU与接口电路之间，大多采用并行方式传输数据，并行数据传送可以大大提高CPU的执行速度。但当数据位数较多且传输距离又远时传输成本较高。串行数据传输主要
2、应用在接口与外部设备、计算机与计算机之间。例如，键盘、鼠标和接口采用串行方式传输 ，它们的接口与CPU之间仍然是以并行方式传输数据。但随之也带来了“并串”和“串并”转换问题。因此，串行通信技术比并行通信技术复杂。串行通信要解决的问题1）以什么样的数据格式传送；2）发送方和接收方如何同步，以何约定速率传送；3）如何确定数据的开始和结束；4）如何保证传送数据的正确性。行之有效的办法是：收发双方遵循共同的通信规程（协议）。通信协议协议 其实是通信双方的一种约约定。在约约定中包括了数据格式、同步方式、传传送速度、传传送步骤骤、检纠错检纠错 方式以及控制字符定义义等作出统统一规规定，通信双方必须须共同遵
3、守。因此，也叫做通信控制规规程，或称传输传输 控制规规程。5.1.1 串行通信基本概念串行通信方式异步串行通信和同步串行通信异步通信是一种利用一帧字符中的起始位和停止位来完成收发同步的通信方式。同步通信靠同步时钟信号来实现数据的发送和接收。1、异步通信异步通信亦称起止式异步协议协议 ，其特点是通信双方以一个字符(包括特定附加位)作为为数据传输单传输单 位，且发发送方传传送字符的间间隔时间时间 是不定的。在传输传输 一个字符时总时总 是以起始位开始，以停止位结结束。传送时，各个字符可以连续传送，也可以断续传送，由发送方根据需要来决定。数据传输的速率（波特率）是双方事先约定好的。异步传送的另一个特
4、点是，双方各自用自己的时钟信号来控制发送和接收，无需共同时钟。异步通信以“帧”为传送单位，一个帧由起始位开始，停止位结束。两个帧之间为空闲位，一帧信息的组成，分为起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四个部分。一帧信息组成（1）起始位传输线上没有数据传输时，处于连续的 逻辑1状态。一帧数据以1位逻辑0开始，它告诉接收方一帧数据开始，该位称为起始位。（2）数据位起始位之后紧接着传送的是数据位，数 据位的个数为58位，位数由收发双方约定，先发送低位。（3）奇偶校验位数据位之后是奇偶校验位。通信双方要事先约定是采用奇校验还是采用偶校验。如果是奇校验 传输，那么数据位和校验位中1的总个数为奇数。奇偶校验位
5、并不是必不可少的，可以采用无校验传输。（4）停止位停止位可以是1位、1.5位或2位的逻辑1信号，标志着一帧数据的结束。异步通信数据格式图示：例数据位长度为7位，奇校验，停止位为1位，采用连续 发送方式，则传送一个字符E的ASC码的波形如下图所示 。传送时数据的低位在前，高位在后。2、同步通信同步通信是以数据块方式传输数据。同步方式通讯时，发送方一方面要发送数据信号，同时还要发送一个用于同步的时钟信号。同步时钟信号的一个周期和一位数据是对应的。即在同步时钟信号一个周期 的时间里，数据线上同步地发送1位数据。同步时钟信号可以单独用一根信号线传送，也可以和数据信号“组合”以后在一根信号线上传送。同步
6、传送的第二个特点是数据连续传送。若干个数据组成一个数据块。通信开始以后，发送方连续发送信息流，直到这个数据块传送结束。数据格式3、异步通信与同步通信比较(1) 异步与同步通信的传传送方式比较较异步：通信中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一字符中两个相邻位代码间的间隔是固定的。同步：通信中每时每刻在链路上都有字符信息传送，而且通信中的每个字符间、各相邻代码间的时间间隔都是相等的。(2) 异步与同步通信的检错检错 能力比较较异步：检错是以单纯奇偶校验码检错，检错效率不高!同步：检错是以错误校验码检错和纠错，受干扰程度低。3、异步通信与同步通信比较（续）(3) 异步与同步通信的实际应实际应 用比
7、较较异步：一般在近距离的点点数据通信，速率不高的情况下，多采用设备简单、控制容易的异步通信。同步：传送效率和速度高，误差小，在远距离网络传输中比较实用，但是同步传输设备繁多，控制也相对复杂。5.1.2 数据传输方式串行通信时，数据在两个站A与B之间传送，按传送方向及 线路使用方式可分成四种方式：1、单工方式单工方式工作时，只允许数据按照一个固定的方向传送。2、半双工方式半双工方式要求收发双方均具备接收和发送数据的能力， 但半双工只有一对传输线，尽管可以双向传输，但同一时刻 只能有一个站发送。3、全双工方式全双工有两对传输信号线，因此每个站任何时刻既可以发 送，又可以接收。4、多工方式使用多路复
8、用器，使多路信号共享一个传输信号的线路。图示：5.1.3 串行通信的传输速率传输速率是指每秒传送的二进制位数，也称为波特率，以 位/秒（bps）为单位，即1波特lbs。 波特率是用以衡量串行数据传传送速度快慢的重要指标标 和参数。常用的标标准波特率有110、300、600、1200、2400 、4800、9600、19200波特等，目前有的可高达38400波特 甚至更高。传输率等于每秒传送的字符数和每个字符位数的乘积。 例如：每秒传送120字符，每个字符包含10位（1个起始 位，7个数据位，1位奇偶校验位，1位停止位），则传输率 为：120字符/秒10位/字符=1200位/秒异步通信和同步通信
9、字符传输率比较：异步传输：若每个字符对应1个起始位、7个信息 位、1个奇偶校验位和1个停止位，若波特率为1200bps ，那么，每秒钟能传输的最大字符数为1200/10120个 。 同步传输：在1200bps的波特率下工作，以4个同步字符作 为信息帧头部，其它不用。若每字符7个信息位，则传输 100个字符所用的时间为7(100+4)/12000.6067s，即每 秒钟能传输的字符数可达到100/0.6067165个。可见，在同样的传输率下，同步传输时实际字符传 输率要比异步传输时高。 5.1.4 串行通信的校验方法串行通信主要适用于远距离通信，因而噪声和干扰较大， 为了保证高效而无差错地传送数
10、据，应包含两个环节： 检错检错 ：通常，把如何发现传输发现传输 中的错误错误 ，叫检错检错 。 纠错纠错 ：发现错误发现错误 之后，如何消除和纠纠正错误错误 ，叫纠错纠错 。对传送的数据进行校验就是检错的实施。常用的校验方法有：奇偶校验和循环冗余校验CRC (Cyclic Redundancy Check) 等。在基本通信规规程中一般采用奇偶校验检错验检错 ，以反馈馈重发发方 式纠错纠错 。在高级级通信控制规规程中一般采用循环环冗余码码CRC检检错，以自动纠错动纠错 方式来纠错纠错 。1、奇偶效验这种校验方法主要用于对一个字符的传送过程进行校验。在发送时，在每一个字符的最高位之后（发送时总是最低有 效位D0先发送）都附加一个奇偶校验位，这个校验位本身有可能是“1”或“0”，加上这个校验位后，使所发送的字符中“1”的个数始终为奇数（奇校验），或偶数（偶校验）。接收时，检查所接收的字符连同这个奇偶校验位，其为 “1”的个数是否符合规定，若不符合规定就置出错标志。供CPU查询及处理。2、循环冗余校验CRC这是另一种常用的校验方法，它可对一个数据块进行校验。 主要用于同步方式。因为，对对于同步串行通信来说说，在一帧帧信息里就包含了数百个字符，在此情况下若再采用简单简单 的奇偶检验检验 方法显显然是不合适的。因而可用循环冗余校验CRC 法。作业P 148习题 55.1
