串行通信和并行通信的原理及对比

一、并行传输

1、并行通信的定义

在操作系统中是指，一组程序按独立异步的速度执行，不等于时间上的重叠（同一个时刻发生)。要区别并发。并发是指：在同一个时间段内，两个或多个程序执行，有时间上的重叠（宏观上是同时，微观上仍是顺序执行）。并行也指8位数据同时通过并行线进行传送，这样数据传送速度大大提高，但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，数据也就容易出错。

2、并行通信的特点

并行数据传输是以计算机的字长，通常是8位、16位、32位为传输单位，一次传送一个字长的数据。它适合于外部设备与CPU之间近距离信息交换。
各数据位同时传输，传输速度快、效率高，多用在实时、快速的场合。
并行传输的数据宽度可以是1～128位，甚至更宽，但是有多少数据位就需要多少根数据线，因此传输的成本较高。
在集成电路芯片的内部、同一插件板上各部件之间、同一机箱内个插件板之间的数据传输都是并行的。
并行数据传输只适用于近距离的通信，通常传输距离小于30米。

3、并行接口

串行通信和并行通信的原理及对比
1）并行接口与CPU的连接

数据总线：是CPU与并行接口进行数据交换的通道。
读出写入信号线：控制数据流向，确定操作是读还是写。
复位线，准备好状态线：并行接口数据准备就绪。
中断请求线：并行接口向CPU进行中断请求。
地址译码电路：进行选择不同的接口电路，选择接口电路内部不同的寄存器。

⒉）并行接口与外设的连接

输入设备：数据输入线，设备数据准备就绪状态线和接口接收数据回答线。
输出设备：数据输出线，接口数据准备就绪状态线和外设接收数据回答线。

⒊）并行接口

控制寄存器：接收CPU发来的控制命令。
数据输入缓冲器、数据输出缓冲器：进行数据的输入、输出。
状态寄存器：提供接口电路工作状态供CPU查询。

4、传输原理

1）并行接口输入数据的过程

外设将数据送到“数据输入线”，通过“输入数据准备好”状态线通知并行接口取走，接口将数据锁存到“输入缓冲器”，通过“数据输入回答”线通知外设，接口数据缓冲器已满，不要再送数据，接口在其内“状态寄存器”的相应位置 1，便于CPU 查询和接口向CPU 发中断请求之用。
CPU 从接口将数据取走后，接口将“数据输入准备好”、“数据输入回答” 信号清除，以便外设输入下一个数据。

2）并行接口输出数据的过程

接口“数据输出缓冲器” 空，“数据输出准备好” 状态线送 1，收到CPU 发的数据，将之复位清0，数据通过“数据输出”线送外设，由“数据输出准备好” 线通知外设取数据。

二、串行传输

1、串行通信的定义

串行通信（英语：Serial communication）是指在计算机总线或其他数据通道上，每次传输一个位元数据，并连续进行以上单次过程的通信方式。与之对应的是并行通信，它在串行端口上通过一次同时传输若干位元数据的方式进行通信。串行通信被用于长距离通信以及大多数计算机网络，在这些应用场合里，电缆和同步化使并行通信实际应用面临困难。凭借着其改善的信号完整性和传播速度，串行通信总线正在变得越来越普遍，甚至在短程距离的应用中，其优越性已经开始超越并行总线不需要串行化元件(serializer)，并解决了诸如时钟偏移（Clock skew）、互联密度（interconnect density）等缺点。

2、串行总线

如果集成电路具有更多的引脚的话，那么它的价格通常会更加昂贵。为了减少封装中的引脚数，许多集成电路在速度不是特别重要的情况下，使用串行总线来传输数据。这样的低价串行总线的例子有序列周边接口（Serial Peripheral Interface Bus，SPI）、I²C、UNI/O、1-Wire等。

3、串行传输例子

摩尔斯电码（用于电报）、RS-232（低速，用于串行接口）、RS-422、 RS-423 、RS-485 、I²C 、SPI、 ARINC 818、通用串行总线（中速，用于连接计算机和多种外部设备）。

三、并行与串行对比

串行一对信号线每次只传送1bit（比特）的信号，比如1Byte（字节）的信号需要8次才能发完。传输的信号可以是数据、指令或者控制信号，这取决于采用的是何种通讯协议以及传输状态。串行信号本身也可以带有时钟信息，并且可以通过算法校正时钟。因此不需要额外的时钟信号进行控制。
串行通讯很简单，但是相对速度低；并行通讯比较复杂，但是相对速度高。更重要的是，串行线路仅使用一对信号线，线路成本低并且抗干扰能力强，因此可以用在长距离通讯上。
并行通讯中，基本原理与串行通讯没有区别。只不过使用了成倍的信号线路，从而一次可以传送更多bit的信号。并行通讯通常可以一次传送8bit、16bit、32bit甚至更高的位数，相应地就需要8根、16根、32根信号线，同时需要加入更多的信号地线。比如传统的PATA线路有40根线，其中有16根信号线和7根信号地线，其他为各种控制线，一次可以传送2Byte的数据。并行通讯中，数据信号中无法携带时钟信息，为了保证各对信号线上的信号时序一致，并行设备需要严格同步时钟信号，或者采用额外的时钟信号线。
而并行线路使用多对信号线（还不包括额外的控制线路），线路成本高并且抗干扰能力差，因此对通讯距离有非常严格的限制。