Lecture 5：知识 - 传输方式
408 学习笔记：Lecture 5：知识 - 传输方式。保留原有知识内容、公式与图示；有对应原件时提供查看和下载入口。
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描述：物理层常从三个互不等价的维度描述传输：一段时间传几位（串行/并行）、收发是否持续保持统一节拍（同步/异步）、信息能朝哪个方向流动（单工/半双工/全双工）。做题必须先看题干属于哪一维。
2.1 串行传输与并行传输
2.1.1 定义
| 方式 | 含义 | 典型信号线组织 |
|---|---|---|
| 串行传输 | 一个数据单元的各 bit 按时间顺序在一条（或一对差分）通道上逐位传送 | 线少，以时间换线路 |
| 并行传输 | 一个数据单元的多个 bit 同时在多条并行线路上传送 | 线多，以线路换时间 |
例如传送 8 bit 数据：串行可在同一线上连续传 8 个比特时间；8 位并行可在 8 条数据线的同一时刻传完，但通常还需配套时钟/控制线。
2.1.2 优缺点与使用场合
| 对比 | 串行 | 并行 |
|---|---|---|
| 布线/成本 | 导线少、体积小、连接简单 | 线多、接口和布线复杂、成本更高 |
| 距离 | 适合长距离传输 | 长距离易受线间串扰、各线传播时延不一致影响 |
| 高频能力 | 差分高速串行可做到很高频率 | 高频时需严格等长，时钟偏斜和串扰限制更明显 |
| 典型场合 | 远距离通信、USB、SATA、PCIe 等 | 短距离内部总线、早期并行外设接口等 |
并行不必然更快：低时钟频率、短距离时并行可同时传多位；但高速和远距离下，串行可提升单线频率、减少串扰/偏斜，整体吞吐可能更高。串行端点可能要做串并/并串转换。
2.2 同步传输与异步传输
此处的“同步/异步”关注收发双方的时间协调方式，与串行/并行可以任意组合。
2.2.1 同步传输
同步传输中，收发双方在一段连续数据流期间保持相同节拍（可由独立时钟线、时钟恢复或同步码建立）。数据通常连续成帧/成块传送，控制开销相对低。
- 优点：连续高速传输效率高，单位数据的起止开销小。
- 要求：双方在时钟频率和采样时刻上保持足够一致，需有建立和维持同步的机制。
- 适合大量、连续的数据传送。
2.2.2 异步传输
异步传输按独立字符/字节传送，相邻字符之间可有任意空闲间隔，不要求维持连续全局时钟同步。每个字符要靠帧边界标识让接收端重新定位。
常见异步字符帧：
空闲(1) -> 起始位(0) -> 数据位（通常低位先） -> 可选校验位 -> 停止位(1)
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 设备可随时发送，适合间歇、低速数据 | 每字符都要加入起止/可能的校验位，效率较低 |
| 收发时钟无需持续严格一致 | 时钟偏差过大会导致采样错误，且帧开销不可忽略 |
术语提醒：异步传输不是“没有时序”，而是用每字符的起始/停止边界实现局部同步；同步传输也不等于“同步通信协议的全部含义”。
2.3 单向、双向交替与双向同时通信
此维度描述信息流的方向能力。
| 方式 | 别称 | 能力 | 例子 |
|---|---|---|---|
| 单向通信 | 单工 simplex | 信息只能从一方流向另一方 | 广播电视、只读传感器链路（按模型） |
| 双向交替通信 | 半双工 half-duplex | 双方都可发，但同一时刻只能一方发送 | 对讲机、共享介质早期以太网模型 |
| 双向同时通信 | 全双工 full-duplex | 双方可同时发送与接收 | 交换式以太网全双工链路、电话通话 |
半双工需由协议/控制机制解决“谁在何时发送”的争用问题；全双工通常依赖两条独立方向通道或能分离收发的技术。全双工并不意味着速率必为半双工的两倍，具体仍受设备、信道和协议限制。
题型：#三维分类辨析
第一部分：关键词映射
- “一位一位/多根线同时传” -> 串行/并行。
- “每字符起始位停止位/连续时钟” -> 异步/同步。
- “只能一方向/轮流说/可同时收发” -> 单工/半双工/全双工。
第二部分：常见组合
- UART 异步串行：串行 + 异步，可为全双工（独立 TX/RX）或其他方向模式。
- USB 是串行总线，链路调度并不因此等同于“只能单工”。
- 两端各有收、发通道时通常可全双工；同一共享无线信道上轮流收发常是半双工。
相关知识
2.4 本节复盘
- 串行/并行看同时传几位；高速长距离下串行因串扰和时钟偏斜优势，未必比并行慢。
- 同步/异步看时间协调；同步适合连续高速流，异步用起始/停止位对每字符重新定界。
- 单工只能单向，半双工双方轮流，全双工双方同时；方向能力与串并行、同步异步是独立维度。