數(shù)據(jù)同步傳輸和異步傳輸

發(fā)布時間:2024-07-02
數(shù)據(jù)傳同步式中包括同步傳輸和異步傳輸。二者的區(qū)別在與發(fā)送方和接收方是否按照同一個時鐘序列進(jìn)行工作。
同步傳輸以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)塊與數(shù)據(jù)塊之間的時間間隔是固定的,每個數(shù)據(jù)塊帶有時序信息,接收方可以用時序信息進(jìn)行校驗(yàn)。
異步傳輸一般以字符為單位,接收方通過字符起始和停止碼確定接收信息,不需要與發(fā)送方按照同一時序工作。
同步傳輸是一種以數(shù)據(jù)塊為傳輸單位的數(shù)據(jù)傳輸方式,該方式下數(shù)據(jù)塊與數(shù)據(jù)塊之間的時間間隔是固定的,必須嚴(yán)格地規(guī)定它們的時間關(guān)系。每個數(shù)據(jù)塊的頭部和尾部都要附加一個特殊的字符或比特序列,標(biāo)記一個數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束,一般還要附加一個校驗(yàn)序列,以便對數(shù)據(jù)塊進(jìn)行差錯控制。
同步傳輸是以同步的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號的,因此在一個串行的數(shù)據(jù)流中,各信號碼元之間的相對位置都是固定的(即同步的)。
在同步傳輸?shù)哪J较拢瑪?shù)據(jù)的傳送是以一個數(shù)據(jù)區(qū)塊為單位,因此同步傳輸又稱為區(qū)塊傳輸。
在傳送數(shù)據(jù)時,需先送出2個同步字符,然后再送出整批的數(shù)據(jù)。
同步傳輸?shù)谋忍胤纸M要大得多。它不是獨(dú)立地發(fā)送每個字符,每個字符都有自己的開始位和停止位,而是把它們組合起來一起發(fā)送。我們將這些組合稱為數(shù)據(jù)幀,或簡稱為幀。
數(shù)據(jù)幀的第一部分包含一組同步字符,它是一個獨(dú)特的比特組合,類似于前面提到的起始位,用于通知接收方一個幀已經(jīng)到達(dá),但它同時還能確保接收方的采樣速度和比特的到達(dá)速度保持一致,使收發(fā)雙方進(jìn)入同步。
幀的最后一部分是一個幀結(jié)束標(biāo)記。與同步字符一樣,它也是一個獨(dú)特的比特串,類似于前面提到的停止位,用于表示在下一幀開始之前沒有別的即將到達(dá)的數(shù)據(jù)了。
同步傳輸對收發(fā)兩端對時間的精確度要求高。 “同步通信”的通信雙方必須先建立同步,即雙方的時鐘要調(diào)整到同一個頻率。收發(fā)雙方不停地發(fā)送和接收連續(xù)的同步比特流。但這時還有兩種不同的同步方式。一種是使用全網(wǎng)同步,用一個非常精確的主時鐘對全網(wǎng)所有結(jié)點(diǎn)上的時鐘進(jìn)行同步。另一種是使用準(zhǔn)同步,各結(jié)點(diǎn)的時鐘之間允許有微小的誤差,然后采用其他措施實(shí)現(xiàn)同步傳輸。
同步傳輸通常要比異步傳輸快速得多。接收方不必對每個字符進(jìn)行開始和停止的操作。一旦檢測到幀同步字符,它就在接下來的數(shù)據(jù)到達(dá)時接收它們。另外,同步傳輸?shù)拈_銷也比較少。例如,一個典型的幀可能有500字節(jié)(即4000比特)的數(shù)據(jù),其中可能只包含100比特的開銷。這時,增加的比特位使傳輸?shù)谋忍乜倲?shù)增加2.5%,這與異步傳輸中25 %的增值要小得多。隨著數(shù)據(jù)幀中實(shí)際數(shù)據(jù)比特位的增加,開銷比特所占的百分比將相應(yīng)地減少。但是,數(shù)據(jù)比特位越長,緩存數(shù)據(jù)所需要的緩沖區(qū)也越大,這就限制了一個幀的大小。另外,幀越大,它占據(jù)傳輸媒體的連續(xù)時間也越長。在極端的情況下,這將導(dǎo)致其他用戶等得太久。
綜上,介紹了同步傳輸,同步傳輸是以同步的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號的,因此在一個串行的數(shù)據(jù)流中,各信號碼元之間的相對位置都是固定的(即同步的)。同步傳輸通常要比異步傳輸快速得多。
異步傳輸將比特分成小組進(jìn)行傳送,小組可以是8位的1個字符或更長。發(fā)送方可以在任何時刻發(fā)送這些比特組,而接收方從不知道它們會在什么時候到達(dá)。一個常見的例子是計算機(jī)鍵盤與主機(jī)的通信。按下一個字母鍵、數(shù)字鍵或特殊字符鍵,就發(fā)送一個8比特位的ascii代碼。鍵盤可以在任何時刻發(fā)送代碼,這取決于用戶的輸入速度,內(nèi)部的硬件必須能夠在任何時刻接收一個鍵入的字符。
異步傳輸是數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N方式。由于數(shù)據(jù)一般是一位接一位串行傳輸?shù)?,例如在傳送一串字符信息時,每個字符代碼由7位二進(jìn)制位組成。但在一串二進(jìn)制位中,每個7位又從哪一個二進(jìn)制位開始算起呢?異步傳輸時,在傳送每個數(shù)據(jù)字符之前,先發(fā)送一個叫做開始位的二進(jìn)制位。當(dāng)接收端收到這一信號時,就知道相繼送來7位二進(jìn)制位是一個字符數(shù)據(jù)。在這以后,接著再給出1位或2位二進(jìn)制位,稱做結(jié)束位。接收端收到結(jié)束位后,表示一個數(shù)據(jù)字符傳送結(jié)束。這樣,在異步傳輸時,每個字符是分別同步的,即字符中的每個二進(jìn)制位是同步的,但字符與字符之間的間隙長度是不固定的。
異步傳輸一般以字符為單位,不論所采用的字符代碼長度為多少位,在發(fā)送每一字符代碼時,前面均加上一個“起”信號,其長度規(guī)定為1個碼元,極性為“0”,即空號的極性;字符代碼后面均加上一個“止”信號,其長度為1或者2個碼元,極性皆為“1”,即與信號極性相同,加上起、止信號的作用就是為了能區(qū)分串行傳輸?shù)摹白址?,也就是?shí)現(xiàn)了串行傳輸收、發(fā)雙方碼組或字符的同步。
使用異步串口傳送一個字符的信息時,對數(shù)據(jù)格式有如下約定:規(guī)定有空閑位、起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位。
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。
數(shù)據(jù)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:是衡量數(shù)據(jù)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位/秒=1200波特。
注:異步通信是按字符傳輸?shù)?,接收設(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)。
異步傳輸存在一個潛在的問題,即接收方并不知道數(shù)據(jù)會在什么時候到達(dá)。在它檢測到數(shù)據(jù)并做出響應(yīng)之前,第一個比特已經(jīng)過去了。這就像有人出乎意料地從后面走上來跟你說話,而你沒來得及反應(yīng)過來,漏掉了最前面的幾個詞。因此,每次異步傳輸?shù)男畔⒍家砸粋€起始位開頭,它通知接收方數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)了,這就給了接收方響應(yīng)、接收和緩存數(shù)據(jù)比特的時間;在傳輸結(jié)束時,一個停止位表示該次傳輸信息的終止。按照慣例,空閑(沒有傳送數(shù)據(jù))的線路實(shí)際攜帶著一個代表二進(jìn)制1的信號,異步傳輸?shù)拈_始位使信號變成0,其他的比特位使信號隨傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息而變化。最后,停止位使信號重新變回1,該信號一直保持到下一個開始位到達(dá)。例如在鍵盤上數(shù)字“1”,按照8比特位的擴(kuò)展ascⅱ編碼,將發(fā)送“00110001”,同時需要在8比特位的前面加一個起始位,后面一個停止位。
異步傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)比較容易,由于每個信息都加上了“同步”信息,因此計時的漂移不會產(chǎn)生大的積累,但卻產(chǎn)生了較多的開銷。在上面的例子,每8個比特要多傳送兩個比特,總的傳輸負(fù)載就增加25%。對于數(shù)據(jù)傳輸量很小的低速設(shè)備來說問題不大,但對于那些數(shù)據(jù)傳輸量很大的高速設(shè)備來說,25%的負(fù)載增值就相當(dāng)嚴(yán)重了。因此,異步傳輸常用于低速設(shè)備。
同步傳輸方式中發(fā)送方和接收方的時鐘是統(tǒng)一的、字符與字符間的傳輸是同步無間隔的。
異步傳輸方式并不要求發(fā)送方和接收方的時鐘完全一樣,字符與字符間的傳輸是異步的。
區(qū)別點(diǎn)
1,異步傳輸是面向字符的傳輸,而同步傳輸是面向比特的傳輸。
2,異步傳輸?shù)膯挝皇亲址絺鬏數(shù)膯挝皇菐?br> 3,異步傳輸通過字符起始和停止碼抓住再同步的機(jī)會,而同步傳輸則是在數(shù)據(jù)中抽取同步信息。
4,異步傳輸對時序的要求較低,同步傳輸往往通過特定的時鐘線路協(xié)調(diào)時序。
5,異步傳輸相對于同步傳輸效率較低。
簡單形容
同步傳輸就是,數(shù)據(jù)沒有被對方確認(rèn)收到則調(diào)用傳輸?shù)暮瘮?shù)就不返回。
接收時,如果對方?jīng)]有發(fā)送數(shù)據(jù),則你的線程就一直等待,直到有數(shù)據(jù)了才返回,可以繼續(xù)執(zhí)行其他指令
異步傳輸就是,你調(diào)用一個函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù),馬上返回,你可以繼續(xù)處理其他事,
接收時,對方的有數(shù)據(jù)來,你會接收到一個消息,或者你的相關(guān)接收函數(shù)會被調(diào)用。
形象形容
異步傳輸: 你傳輸吧,我去做我的事了,傳輸完了告訴我一聲
同步傳輸: 你現(xiàn)在傳輸,我要親眼看你傳輸完成,才去做別的事
所有傳輸介質(zhì)都易受干擾和由介質(zhì)本身引進(jìn)的問題的影響,如電阻和信號衰減。外來干擾可以由背景噪聲、大氣輻射、機(jī)器甚至故障設(shè)備引起。受干擾影響的比特數(shù)隨傳輸速率的增力而增加,因?yàn)樵诟蓴_的時幀中涉及到更多的比特。要更正這些問題,需使用檢錯與糾錯方法。
在奇偶校驗(yàn)時,各組中1的數(shù)目必須總是相同(無論奇或偶),以表示一組比特正確無誤地傳輸。逐個字符的檢查叫做vrc (垂直冗余校驗(yàn))。逐塊檢查叫做lrc(縱向冗余校驗(yàn))。在傳輸開始之前,兩個系統(tǒng)的奇偶校驗(yàn)方法必須達(dá)成一致。有偶校驗(yàn)(1的數(shù)目必須為偶數(shù))、奇校驗(yàn)(1的數(shù)目必須為奇數(shù))、空號奇偶校驗(yàn)(校驗(yàn)位始終為0)和傳號奇偶校驗(yàn)(校驗(yàn)位始終為1)。
異步通信指兩個互不同步的設(shè)備通過計時機(jī)制或其他技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。異步通信中兩個字符之間的時間間隔是不固定的,而在一個字符內(nèi)各位的時間間隔是固定的?;旧?,發(fā)送方可以隨時傳輸數(shù)據(jù),而接收方必須在信息到達(dá)時準(zhǔn)備好接收。相反,同步傳輸是一個精確同步的位流,其中字符的起始是由計時機(jī)制來定位的。
在大量使用異步與同步傳輸?shù)拇笮蜋C(jī)/終端環(huán)境中,異步傳輸用于傳輸來自用戶周期性按鍵的終端的字符。接收系統(tǒng)知道等待下一次按鍵,即使這會花費(fèi)較多的時間。相反,同步傳輸用作定期傳輸大量信息的大型系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)鏈路。協(xié)議為在公用電話系統(tǒng)上利用慢速鏈路而進(jìn)行了優(yōu)化,因此無關(guān)位將從傳輸中刪除,并且時鐘用于隔開字符。
在異步通信中,字符作為比特串編碼,由起始位(start bit)、數(shù)據(jù)位(data bit)、奇偶校驗(yàn)位(parity)和停止位(stop bit)組成。這種用起始位開始,停止位結(jié)束所構(gòu)成的一串信息稱為幀(frame)。校驗(yàn)比特有時用于檢錯和糾錯。傳輸?shù)摹捌鹗家煌V埂蹦J揭馕吨鴮τ诿總€新字符,傳輸都重新從頭開始,而消除在上次傳輸過程中可能出現(xiàn)的任意計時差異。當(dāng)差異確實(shí)出現(xiàn)時,檢錯和糾錯機(jī)制能夠請求重傳。
在傳送一個字符時,由一位低電平的起始位開始,接著傳送數(shù)據(jù)位,數(shù)據(jù)位的位數(shù)為5~8。在傳輸時,按低位在前,高位在后的順序傳送。奇偶校驗(yàn)位用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性,也可以沒有,可由程序來指定。最后傳送的是高電平的停止位,停止位可以是1位、1.5位或2位。停止位結(jié)束到下一個字符的起始位之間的空閑位要由高電平2來填充(只要不發(fā)送下一個字符,線路上就始終為空閑位)。
異步通信中典型的幀格式是:1位起始位,7位(或8位)數(shù)據(jù)位,1位奇偶校驗(yàn)位,2位停止位。
在異步通信中,每接收一個字符,接收方都要重新與發(fā)送方同步一次,所以接收端的同步時鐘信號并不需要嚴(yán)格地與發(fā)送方同步,只要它們在一個字符的傳輸時間范圍內(nèi)能保持同步即可,這意味著對時鐘信號漂移的要求要比同步信號低得多,硬件成本也要低的多,但是異步傳送一個字符,要增加大約20%的附加信息位,所以傳送效率比較低。異步通信方式簡單可靠,也容易實(shí)現(xiàn),故廣泛地應(yīng)用于各種微型機(jī)系統(tǒng)中。
綜上,介紹了異步傳輸,異步傳輸是數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N方式。由于數(shù)據(jù)一般是一位接一位串行傳輸?shù)?,在傳送每個數(shù)據(jù)字符之前,先發(fā)送一個叫做開始位的二進(jìn)制位。當(dāng)接收端收到這一信號時,就知道相繼送來7位二進(jìn)制位是一個字符數(shù)據(jù)。在這以后,接著再給出1位或2位二進(jìn)制位,稱做結(jié)束位。接收端收到結(jié)束位后,表示一個數(shù)據(jù)字符傳送結(jié)束。這樣,在異步傳輸時,每個字符是分別同步的,即字符中的每個二進(jìn)制位是同步的,但字符與字符之間的間隙長度是不固定的。
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