串行通訊

一條信息的各位數據被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。串行通訊的特點是：數據位傳送，傳按位順序進行，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。 根據信息的傳送方向，串行通訊可以進一步分為單工、半雙工和全雙工三種。信息只能單向傳送為單工;信息能雙向傳送但不能同時雙向傳送稱為半雙工;信息能夠同時雙向傳送則稱為全雙工。 串行通訊又分為異步通訊和同步通訊兩種方式。在單片機中，主要使用異步通訊方式。

串行通訊中，兩個設備之間通過一對信號線進行通訊，其中一根為信號線，另外一根為信號地線，信號電流通過信號線到達目標設備，再經過信號地線返回，構成一個信號回路。

初級讀者會產生疑問：為何不讓信號電流從電源地線返回?答案：公共地線上存在各種雜亂的電流，可以輕而易舉地把信號淹沒。因此所有的信號線都使用信號地線而不是電源地線，以避免干擾。

這一對信號線每次只傳送1bit(比特)的信號，比如1Byte(字節(jié))的信號需要8次才能發(fā)完。傳輸的信號可以是數據、指令或者控制信號，這取決于采用的是何種通訊協議以及傳輸狀態(tài)。串行信號本身也可以帶有時鐘信息，并且可以通過算法校正時鐘。因此不需要額外的時鐘信號進行控制。

并行通訊中，基本原理與串行通訊沒有區(qū)別。只不過使用了成倍的信號線路，從而一次可以傳送更多bit的信號。

并行通訊通常可以一次傳送8bit、16bit、32bit甚至更高的位數，相應地就需要8根、16根、32根信號線，同時需要加入更多的信號地線。比如傳統的PATA線路有40根線，其中有16根信號線和7根信號地線，其他為各種控制線，一次可以傳送2Byte的數據。并行通訊中，數據信號中無法攜帶時鐘信息，為了保證各對信號線上的信號時序一致，并行設備需要嚴格同步時鐘信號，或者采用額外的時鐘信號線。

通過串行通訊與并行通訊的對比，可以看出：串行通訊很簡單，但是相對速度低;并行通訊比較復雜，但是相對速度高。更重要的是，串行線路僅使用一對信號線，線路成本低并且抗干擾能力強，因此可以用在長距離通訊上;而并行線路使用多對信號線(還不包括額外的控制線路)，線路成本高并且抗干擾能力差，因此對通訊距離有非常嚴格的限制。

歷史

最早的計算機設備之間全部采用串行接口，比如硬盤接口、打印機接口、通訊端口等等。那時候都是分立元件的電路設計，如果采用并行接口，元件的數量和占用的空間將成倍增長。比如一個8bit并行線路的接口元件數量將是串行線路的8倍(你得為每根信號線配置一套接收電路)。這個時期的數據通訊只能是非常簡單而低速的。

但是集成電路技術的出現帶來了一個轉變，當大量元件可以集成到一個小小的芯片上時，并行通訊變得廉價而方便了。不論是8bit、16bit還是更高位數的并行線路，只需要一個并行接口芯片就可以處理，這比一個處理串行通訊的芯片成本高不到哪里去。與串行通訊相比，并行通訊在同樣的工作頻率下，通訊速度就可以整倍提高。因此適應了當時計算機設備發(fā)展的需要，硬盤、打印機等速度較快的設備開始使用并行通訊，PATA、SCSI、Parallel Port成為最為流行的并行通訊接口，被大眾所熟知。不過并行線路固有的一些缺點仍然限制了并行通訊的應用范圍，至于超高速通訊和長距離通訊方面，由于線路成本比接口成本要重要得多，因此一直都是串行通訊的應用領域。

除了并行通訊具有速度優(yōu)勢以外，串行通訊自身也有一個問題。在計算機內部，數據往往都是并行方式傳送的，當采用串行方式與外界通訊時必須經過串/并轉換處理。在早期集成電路規(guī)模較小的時代，串/并轉換電路的處理能力十分有限，因此串行通訊的速度無法提高。隨著如今集成技術的發(fā)展，邏輯電路的集成能力大大提高，甚至超過了IO連接單元的集成水平，從而逐步解決了串/并轉換速度的限制。另一方面，現在集成邏輯處理電路的成本也比IO連接單元更便宜，因此串行通訊再次顯示出它的優(yōu)勢。如果說集成電路技術一度幫助并行通訊流行起來，那么現在的高度集成水平則幫助串行通訊重返主流應用領域。