总线揭密：串行传输VS并行传输

近两年，咱们听得最多的一个词或许便是串行传输了。从技能开展的状况来看，串行传输方法大有完全替代并行传输方法的气势，USB替代 IEEE 1284，SATA替代PATA，PCI Express替代PCI……

　　从原理来看，并行传输方法其实优于串行传输方法。浅显地讲，并行传输的通路犹如一条 多车道的宽广大路，而串行传输则是仅能答应一辆轿车经过的乡下公路。以陈旧而又典型的标准并行口(Standard Parallel Port)和串行口(俗称COM口)为例，并行接口的位宽为8，数据传输率高；而串行接口只要1位，数据传输速度低。在串行口传送1位的时间内，并行口能够传送一个字节。当并行口完结单词“advanced”的传送使命时，串行口中仅传送了这个单词的首字母“a”。

图1：H6A-2-1.TIF 并行接口速度是串行接口的8倍

　　那么，现在的串行传输方法为何会更胜一筹呢？

　　一、并行传输技能遭受开展窘境

　　电脑中的总线和接口是主机与外部设备间传送数据的“大动脉”，跟着处理器速度的节节攀升，总线和接口的数据传输速度也需求逐步进步，不然就会成为电脑开展的瓶颈。

图2PC总线的开展

咱们先来看看总线的状况。1981年第一台PC中以ISA总线为标志的开放式系统结构，运用了ISA总线，数据总线为8位，作业频率为8.33MHz，这在其时却现已算作“先进技能（Advanced Technology）”了，所以ISA总线还有另一个姓名“AT总线”。到了286时，ISA的位宽进步到了16位，为了坚持与8位的ISA兼容，作业频率仍为8.33MHz。ISA总线尽管只要16MBps的数据传输率，但直到386年代，都一直是主板与外部设备间最快的数据通道。

　　到了486年代，一起呈现了PCI和VESA两种更快的总线标准，它们具有相同的位宽（32位），但PCI总线能够与处理器异步运转，当处理器的频率添加时，PCI总线频率依然能够坚持不变，能够挑选25MHz、30MHz和33MHz三种频率。而VESA总线与处理器同步作业，因而跟着处理器频率的进步，VESA总线类型的外围设备作业频率也得跟着进步，习惯才能较差，因而很快失去了竞争力。PCI总线标准成为Pentium年代PC总线的王者，硬盘控制器、声卡到网卡，悉数运用PCI插槽。而显卡方面对数据传输速度要求更高，呈现了专用的AGP，

　　并行数据传输技能向来是进步数据传输率的重要手法，可是，进一步开展却遇到了妨碍。首要，因为并行传送方法的条件是用同一时序传达信号，用同一时序接纳信号，而过火进步时钟频率将难以让数据传送的时序与时钟合拍，布线长度稍有差异，数据就会以与时钟不同的时序送达，别的，进步时钟频率还简略引起信号线间的彼此搅扰，导致传输过错。因而，并行方法难以完成高速化。从制作本钱的视点来说，添加位宽无疑会导致主板和扩大板上的布线数目随之添加，本钱随之攀升。

在外部接口方面，咱们知道IEEE 1284并行口的速率可达300kBps，传输图形数据时选用紧缩技能能够进步到2MBps，而RS-232C标准串行口的数据传输率一般只要20kbps，并行口的数据传输率无疑要胜出一筹。因而十多年来，并行口一直是打印机首选的衔接方法。关于仅传输文本的针式打印机来说，IEEE 1284并行口的传输速度能够说是捉襟见肘的。可是，关于近年来再三提速的激光打印机来说，状况产生了改变。笔者运用爱普生6200L在打印2MB图片时，速度差异不甚显着，但在打印7.5MB巨细的图片文件时，从点击“打印”到终究出纸，运用USB接口用了18秒，而运用并行口时，用了33秒。这一测验成果阐明，现行的并行口关于时下盛行的激光打印机来说，现已力难担任了。

　　二、USB，串行接口欲火重生

　　凤凰涅槃，浴火重生。1995年，由Compaq、Intel、Microsoft和NEC等几家公司推出的USB接口初次呈现在PC 机上，1998年起即进入大规模实用阶段，作为IEEE 1284并行口和RS-232C串行口的接班人，USB现在现已呈现出大红大紫了。

USB尽管只要一位的位宽，但数据传输速度却比并行口要高，并且具有很大的开展空间。USB设备通讯速率的自习惯性，使得它能够主动挑选HS（High- Speed，高速，480 Mbps）、FS（Full-Speed，全速，12Mbps）和LS（Low-Speed，低速，1.5Mbps）三种形式中的一种。USB总线还具有主动的设备检测才能，设备刺进之后，操作系统软件会主动地检测、装置和装备该设备，免除了增减设备时有必要封闭PC机的费事。

图3选用差模信号传送方法的USB

图4 差分传输方法具有更好的抗搅扰功用

USB接口之所以能够取得很高的数据传输率，首要是因为其摒弃了惯例的单端信号传输方法，转而选用差分信号（differenTIal signal）传输技能，有用地克服了因天线效应对信号传输线路构成的搅扰，以及传输线路之间的串扰。USB接口中两根数据线选用彼此环绕的方法，构成了双绞线结构，如图3。

　　图4是由两根信号线环绕在环状铁氧体磁芯上构成的扼流线圈。在单端信号传输方法下，线路遭到电磁辐射搅扰而产生共模电流时，磁场被叠加变成较高的线路阻抗，这样尽管降低了搅扰，但有用信号也被衰减了。而在差动传输形式下，共模搅扰被磁芯抵消，但不会产生额定的线路阻抗。换句话说，差动传输方法下运用共模扼流线圈，既能到达抗搅扰的意图，又不会影响信号传输。

　　差分信号传输系统中，传输线路无需屏蔽即可取得很好的抗搅扰功用，降低了衔接本钱。不过，因为USB接口3.3V的信号电平相对较低，最大通讯间隔只要5m。USB标准还约束物理层的层数不超越7层，这意味着用户能够经过最多运用5个衔接器，将一个USB设备置于间隔主机最远为30m的方位。

　　为了处理长间隔传输问题，扩展USB的使用规模，一些厂商在USB标准上添加了新的功用，例如

Powered USB和Extreme USB，前者加大了USB的供电才能，后者延长了USB的传输间隔。比如选用CAT5电缆和RJ45衔接器，能够简略地将扩展至100m；选用光纤更可扩展至2km，仅仅本钱比CAT5更高。

　双绞线彼此环绕的意图是使用铜线中电流产生的电磁场彼此效果抵消附近线路的搅扰并削减来自外界的搅扰。每对线在每英寸长度上彼此环绕的次数决议了抗搅扰的才能和通讯的质量，环绕得越严密其通讯质量越高，所支撑的数据传输率越高，制作本钱当然也相应进步。双绞线即便外面没有屏蔽层，也能取得很好的抗搅扰功用，所以局域网中选用CAT5非屏蔽双绞线（UTP）便能满意传输100Mbps信号的要求，且通讯间隔能够到达100m。

　　三、差分信号技能：高速信号传输的金钥匙

　　电脑开展史便是寻求更快速度的前史，跟着总线频率的进步，一切信号传输都遇到了相同的问题：线路间的电磁搅扰越凶猛，数据传输失利的产生机率就越高，传统的单端信号传输技能无法习惯高速总线的需求。所以差分信号技能就开端在各种高速总线中得到使用，咱们现已知道，USB完成高速信号传输的诀窍在于选用了差分信号传输方法。