📖 传输方式

🎯 课程摘要：本节课介绍数据传输的几种基本方式，包括串行传输与并行传输、同步传输与异步传输、以及单向通信（单工）、双向交替通信（半双工）和双向同时通信（全双工），并对比各自的特点与适用场景。

📝 详细笔记

1. 串行传输与并行传输

• 概念定义：

  • 串行传输：发送端和接收端之间只有一条数据传输线路，构成数据的多个比特在这条线路上逐比特依次传输。
  • 并行传输：发送端和接收端之间有多条数据传输线路，构成数据的多个比特被分别安排在不同线路上同时传输。

• 对比：

  特性	串行传输	并行传输
  数据线路数量	1 条	N 条
  传输方式	比特依次传输	比特同时传输
  速率（单线速率相同时）	基准	串行的 N 倍（N = 数据总线宽度，常用 8/16/32/64 位）
  成本	低	高
  适用距离	远距离传输	短距离传输（如计算机内部）

• 网卡的作用：

  • 计算机内部数据以并行方式传输到网卡，网卡发送数据到传输线路时进行并串转换。
  • 网卡从传输线路接收数据时进行串并转换，再以并行方式传给计算机内部。

• ⚠️ 重点/考点：远距离传输采用串行传输；网卡同时具有串行和并行两种方式，核心作用是并串/串并转换。

2. 同步传输与异步传输

• 概念定义：

  • 同步传输：以比特为传输单位，数据以比特流形式传输，字节之间无间隔，无起始位和终止位。接收端在每个比特信号中间时刻采样判别 0 或 1。
  • 异步传输：以字节为传输单位，字节之间的时间间隔不固定，接收端只在每个字节起始处对字节内比特实现同步，需给每个字节添加起始位和结束位。

• 同步传输的时钟同步问题：

  • 不采取其他措施时，收发双方时钟频率无法严格同步，传输中会产生采样时刻误差积累，传输大量数据时误差越来越严重，最终导致误判。

  • 解决方法：

    方法	做法	举例
    外同步	收发双方间增加一条时钟线，发送端同时发送数据信号和时钟信号，接收端按时钟信号采样	增加独立时钟线
    内同步	发送端将时钟信号编码到发送数据中一起发送	曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码（自含时钟编码，具自同步能力）

• ⚠️ 重点/考点：

  • 异步传输中的"异步"是指字节之间的异步（字节间时间间隔不固定），但字节内的每个比特仍然要同步（信号持续时间相同）。
  • 异步传输每个字节需添加起始位和结束位。

3. 单向通信、双向交替通信与双向同时通信

• 概念定义与对比：

  类型	又称	定义	信道数量	举例
  单向通信	单工通信	只能有一个方向的通信，没有双向交互	1 条	无线电广播、电视广播
  双向交替通信	半双工通信	双方都可发送和接收信息，但不能同时进行（一方发送另一方接收，过一段时间再反过来）	2 条（每方向各一条）	对讲机、总线型以太网上的各主机
  双向同时通信	全双工通信	双方可同时发送和接收信息	2 条（每方向各一条）	传统有线电话、交换式以太网上的各主机

• ⚠️ 重点/考点：

  • 单向通信只需一条信道；双向交替通信和双向同时通信都需要两条信道（每个方向各一条）。
  • 易错点：单工电台中的"单工"表示的是双向交替通信（半双工），并不表示单向通信——名称易引起误解，需特别注意。

💡 核心总结

• 串行传输用一条线逐比特传输（远距离），并行传输用多条线同时传输（短距离、计算机内部），网卡负责并串/串并转换。
• 同步传输以比特为单位、字节无间隔，需外同步或内同步解决时钟同步；异步传输以字节为单位、字节间隔不固定，需起始位和结束位。
• 单工=单向（1 条信道）；半双工=双向交替（2 条信道）；全双工=双向同时（2 条信道）。
• 易错："单工电台"的"单工"是半双工，不是单向通信。

❓ 课后思考 / 经典考题

1. 串行传输和并行传输各适用于什么场景？网卡在其中起什么作用？
2. 同步传输中为什么要解决时钟同步问题？外同步和内同步有何区别？
3. 异步传输中"异步"指的是什么？字节内的比特是否需要同步？
4. 单工、半双工、全双工通信各需要几条信道？请举例说明。
5. "单工电台"中的"单工"是哪种通信方式？为什么容易引起误解？