为什么并行(Parallel)优于串行(Serial)？

Myth丶恋晨 2022-12-13 04:35 148阅读 0赞

**目录**

什么是串行通信

串行通信的分类

串行通信的特点

什么是并行通信

并行通信的特点

串行和并行分析

参考资料

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## 什么是串行通信 ##

**串行通信**是指使用一条数据线，将[数据][Link 1]一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于计算机与[计算机][Link 2]、计算机与外设之间的远距离通信。

## 串行通信的分类 ##

串行通信可以分为同步通信和异步通信两类。同步通信是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收，异步通信是一种利用字符的再同步技术的[通信方式][Link 3]。

**1.同步通信**

同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符。

它们均由同步字符、数据字符和校验字符（CRC）组成。其中同步字符位于帧开头，用于确认数据字符的开始。数据字符在同步字符之后，个数没有限制，由所需传输的数据块长度来决定；校验字符有1到2个，用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。

**2.异步通信**

异步通信中，在异步通行中有两个比较重要的指标：字符帧格式和[波特率][Link 4]。数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。

接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑"0"（即字符帧起始位）时，确定发送端已开始发送数据，每当接收端收到字符帧中的停止位时，就知道一帧字符已经发送完毕。

## 串行通信的特点 ##

数据在单条一位宽的传输线上，一比特接一比特地按顺序传送的方式称为串行通信。在[并行通信][Link 5]中，一个字节（8位）数据是在8条并行传输线上同时由源传到目的地；而在串行通信方式中，数据是在单条1位宽的传输线上一位接一位地顺序传送。这样一个字节的数据要分8次由低位到高位按顺序一位位地传送。由此可见，串行通信的特点如下：

1、节省传输线，这是显而易见的。尤其是在远程通信时，此特点尤为重要。这也是串行通信的主要优点。

2、数据传送效率低。与并行通信比，这也这是显而易见的。这也是串行通信的主要缺点。

例如：传送一个字节，并行通信只需要1T的时间，而串行通信至少需要8T的时间。由此可见，串行通信适合于远距离传送，可以从几米到数千公里。对于长距离、低速率的通信，串行通信往往是唯一的选择。并行通信适合于短距离、高速率的[数据传送][Link 6]，通常传输距离小于30米。特别值得一提的是，现成的公共电话网是通用的长距离通信介质，它虽然是为传输声音信号设计的，但利用调制解调技术，可使现成的公共电话网系统为串行数据通信提供方便、实用的通信线路。

## 什么是并行通信 ##

在[计算机][Link 2]和终端之间的[数据传输][Link 7]通常是靠[电缆][Link 8]或信道上的电流或电压变化实现的。如果一组数据的各数据位在多条线上同时被传输，这种传输方式称为**并行通信**。

并行通信时数据的各个位同时传送，可以字或字节为单位并行进行。并行通信速度快，但用的通信线多、成本高，故不宜进行远距离通信。计算机或PLC各种内部总线就是以并行方式传送数据的。

## 并行通信的特点 ##

1、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。

2、微机系统中最基本的[信息交换][Link 9]方式。

3、并行传递的信息不要求固定的格式。

4、并行接口的数据传输率比串行接口快8倍，标准并口的数据传输率理论值为1Mbps(兆比特/秒）.

5、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。

6、并行通信抗干扰能力差。

7、在[集成电路][Link 10]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。

8、以计算机的字长，通常是8位、16位或32位为传输单位，一次传送一个字长的数据。

9、适合于外部设备与微机之间进行近距离、大量和快速的信息交换。

10、并行数据传输只适用于近距离的[通信][Link 11]，通常传输距离小于30米。

**并行接口**：

一般地并行接口有 3 个方面的功能：

⑴实现与系统总线的连接：提供数据的输入输出功能。

⑵实现与外设连接：确保与外设间有效进行数据的接收和发送。

⑶具有中断请求处理功能：外设输入输出采用中断的方法来实现。

**接口连接**：

典型的双向并行接口与外设连接

⒈并行接口与CPU的连接

⑴数据总线：是CPU与并行接口进行[数据交换][Link 12]的通道。

⑵读出写入信号线：控制数据流向，确定操作是读还是写。

⑶复位线，准备好状态线：并行接口数据准备就绪。

⑷中断请求线：并行接口向CPU进行中断请求。

⑸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

⑴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。

⑵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

⑴控制寄存器：接收CPU发来的控制命令。

⑵数据输入缓冲器、数据输出缓冲器：进行数据的输入、输出。

⑶状态寄存器：提供接口电路工作状态供CPU查询。

**传输原理**：

⒈ 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。

⒉ 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。

**实例**：

微机系统中最基本的[信息交换][Link 9]方法：

例如：微机与并行接口[打印机][Link 13]、磁盘驱动器。

例如：系统板上各部件之间，接口[电路板][Link 14]上各部件之间。

##  串行和并行分析 ##

为什么并行(Parallel)优于串行（Serial）？并行的特点是同一时间可以干别的事情，在系统优化的过程中很常见的一点就是接口请求合并，合并请求内部也要做并行处理，否则时间上优势不大。并行最大的好处就是：可以在同一时间内做不同的业务处理，大大缩短用户的等待时间提升用户体验。以下图为例：

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代码和思想同样重要，没有思想的代码就是死代码，有了灵魂和思想的代码才是代码层面的提升！

## 参考资料 ##

串行通信：[https://wiki.mbalib.com/wiki/%E4%B8%B2%E8%A1%8C%E9%80%9A%E4%BF%A1][https_wiki.mbalib.com_wiki_E4_B8_B2_E8_A1_8C_E9_80_9A_E4_BF_A1]

并行通信：[https://wiki.mbalib.com/wiki/%E5%B9%B6%E8%A1%8C%E9%80%9A%E4%BF%A1][Link 5]

[Link 1]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E6%95%B0%E6%8D%AE
[Link 2]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA
[Link 3]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E9%80%9A%E4%BF%A1%E6%96%B9%E5%BC%8F
[Link 4]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E6%B3%A2%E7%89%B9%E7%8E%87
[Link 5]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E5%B9%B6%E8%A1%8C%E9%80%9A%E4%BF%A1
[Link 6]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E4%BC%A0%E9%80%81
[Link 7]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E4%BC%A0%E8%BE%93
[Link 8]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E7%94%B5%E7%BC%86
[Link 9]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E4%BF%A1%E6%81%AF%E4%BA%A4%E6%8D%A2
[Link 10]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E9%9B%86%E6%88%90%E7%94%B5%E8%B7%AF
[Link 11]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E9%80%9A%E4%BF%A1
[Link 12]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E4%BA%A4%E6%8D%A2
[CPU]: https://wiki.mbalib.com/wiki/CPU
[Link 13]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E6%89%93%E5%8D%B0%E6%9C%BA
[Link 14]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E7%94%B5%E8%B7%AF%E6%9D%BF
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[https_wiki.mbalib.com_wiki_E4_B8_B2_E8_A1_8C_E9_80_9A_E4_BF_A1]: https://wiki.mbalib.com/wiki/%E4%B8%B2%E8%A1%8C%E9%80%9A%E4%BF%A1