通信
Communication 通信
通信是指在不同实体（如设备、进程或个体）之间进行信息和数据传递的过程。在计算机系统中，通信是实现不同组件、进程或设备之间数据交换的基础，使得各个实体能够共享信息、协调行动并实现协同工作。通信是构建计算机网络、分布式系统和各种协议的核心。
一、通信的目的与模型
通信的目的：将一个设备的数据传送到另一个设备，扩展硬件系统。
1. 数据通信模型
一个基本的数据通信模型通常包括以下几个要素：
- 发送者 (Sender / Source)：产生和发送信息的个体或设备（信源）。
- 接收者 (Receiver / Sink)：接收和理解信息的个体或设备（信宿）。
- 信息 (Message)：在发送者和接收者之间传递的消息或数据。
- 信道 (Channel)：信息从发送者到接收者的传输路径，可以是物理介质（如电缆、光纤）或无线介质（如无线电波）。
- 编码器 (Encoder)：将信息转换为适合在信道中传输的信号。
- 译码器 (Decoder)：将接收到的信号转换回原始信息。
- 噪声 (Noise)：在传输过程中可能干扰信号的任何不希望的因素。
二、通信的方式
通信方式可以从多个维度进行分类：
1. 按数据传输方式
- 串行通信 (Serial Communication)：数据比特一位一位地顺序传输。虽然速度相对较慢，但只需要少量传输线，成本低，传输距离远，抗干扰能力强。随着技术发展，高速串行通信（如 USB、PCIe）在许多应用中逐渐取代了并行通信。
- 并行通信 (Parallel Communication)：数据比特同时并行传输。速度快，但需要多条传输线，成本高，传输距离短，易受干扰。
2. 按信息流方向
- 单工 (Simplex)：数据只能从一个设备单向传输到另一个设备，不能反向传输（如广播、电视）。
- 半双工 (Half-Duplex)：通信双方可以进行双向通信，但不能同时进行，必须交替进行（如对讲机）。
- 全双工 (Full-Duplex)：通信双方可以同时进行双向通信，效率最高（如电话、以太网）。
3. 按时钟特性
同步通信 (Synchronous Communication)：
- 通信双方使用同一个时钟信号来同步数据的发送和接收。通常有单独的时钟线，接收方可以在时钟信号的指引下进行采样。
- 优点：传输效率高，适用于高速数据传输。
- 缺点：需要额外的时钟线或复杂的时钟恢复机制。
异步通信 (Asynchronous Communication)：
- 通信双方没有公共时钟信号。发送方在数据帧中添加起始位和停止位来指示数据的开始和结束，接收方根据约定好的波特率（采样频率）进行采样。
- 优点：只需要少量传输线，硬件简单，适用于低速数据传输。
- 缺点：传输效率相对较低，对波特率匹配要求严格。
4. 按电平特性
电平标准：定义了数据 1 和数据 0 的电压范围，如 TTL、CMOS、RS-232 等。
- 单端信号：信号通过一根线传输，参考地线。通信双方必须共地，容易受到共模噪声干扰。
- 差分信号：信号通过两根线传输，接收端根据两根线之间的电压差来判断信号。无需共地，抗干扰能力强，传输速度快、距离远，性能好。
5. 按设备特性
- 点对点通信 (Point-to-Point)：仅有两个设备直接进行数据传输。
- 多设备通信 (Multi-point)：多个设备共享同一传输介质。需要寻址机制来确定通信的对象，以及介质访问控制协议来避免冲突。
三、通信协议 (Communication Protocol)
Communication Protocol 通信协议是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。它定义了数据的格式、传输方式、错误检测和纠正等规则，以确保可靠的数据传输。
四、通信的应用
通信是现代信息技术的核心，广泛应用于：