数据通信方式可分为哪三种？它的原理是什么？

数据通信的基本方式可分为并行通信与串行通信两种：

并行通信：是指利用多条数据传输线将一个资料的各位同时传送。它的特点是传输速度快，适用于短距离通信，但要求通讯速率较高的应用场合。

串行通信：是指利用一条传输线将资料一位位地顺序传送。特点是通信线路简单，利用简单的线缆就可实现通信，降低成本，适用于远距离通信，但传输速度慢的应用场合。

一、异步通信及其协议

异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。

通信协议(通信规程)：是指通信双方约定的一些规则。在使用异步串口传送一个字符的信息时，对资料格式有如下约定：规定有空闲位、起始位、资料位、奇偶校验位、停止位。

异步通讯的时序，如图5-1。

其中各位的意义如下：

起始位：先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字符的开始。

资料位：紧接着起始位之后。资料位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟定位。

奇偶校验位：资料位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验资料传送的正确性。

停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。

空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。

波特率：是衡量资料传送速率的指针。表示每秒钟传送的二进制位数。例如资料传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位，则其传送的波特率为10×120=1200字符/秒=1200波特。

注：异步通信是按字符传输的，接收设备在收到起始信号之后只要在一个字符的传输时间内能和发送设备保持同步就能正确接收。下一个字符起始位的到来又使同步重新校准(依靠检测起始位来实现发送与接收方的时钟自同步的)。

二、资料传送方式

根据资料传送方向的不同有以下三种方式。如图5-2所示。

图5-2 资料传送方式

1、单工方式

资料始终是从A设备发向B设备。

2、 半双工方式

资料能从A设备传送到B设备，也能从B设备传送到A设备。在任何时候资料都不能同时在两个方向上传送，即每次只能有一个设备发送，另一个设备接收。但是通讯双方依照一定的通讯协议来轮流地进行发送和接收。

3、 全双工方式

允许通信双方同时进行发送和接收。这时，A设备在发送的同时也可以接收，B设备亦同。全双工方式相当于把两个方向相反的单工方式组合在一起，因此它需要两条数据传输线。在计算机串行通讯中主要使用半双工和全双工方式。

三、信号传输方式

1、基带传输方式

在传输线路上直接传输不加调制的二进制信号，如图所示。它要求传送线的频带较宽，传输的数字信号是矩形波。

基带传输方式仅适宜于近距离和速度较低的通信。

随着信息技术的快速发展，数据通信系统已成为现代社会中不可或缺的一部分。无论是互联网、移动通信还是物联网，都依赖于数据通信系统来实现信息的传输和交流。了解数据通信系统的基本组成，对于我们理解其工作原理和应用技术至关重要。

数据通信系统的基本结构包括源设备、传输介质、目标设备和协议四个主要组成部分。

一、源设备

源设备是数据通信系统中生成和发送数据的设备。它可以是计算机、手机、传感器等。源设备负责将原始数据转换为可以在传输介质上传输的数字信号。举例来说，在计算机网络中，源设备使用网络接口卡(NIC)将数据转换为网络数据包。源设备是数据通信系统的起点，它决定了待传输数据的格式和编码方式。

在数据通信过程中需要解决的问题有：数据通信是采用串行传输还是并行传输?是单向传输还是双向传输?如何实现收、发双方同步?这里先回答前面两个问题，同步技术将在下一小节进行介绍。

1. 串行通信和并行通信

按照通信中字节使用的信道数，数据通信方式可分为串行通信和并行通信。

(1) 串行通信

计算机中用8位两进制代码来表示一个字节。在数据通信中，可以按图2-1-5 所示的方式，将待传送的每个字节的二进制代码按由低到高位的顺序，依次发送。这种数据通信方式称为串行通信

图 2-1-5 串行通信

串行通信的优点是：成本低，利用率高;但是，速度慢，需进行串/并转换。这种通信方式适合长距离的信号传输。例如，用电话线进行通信，就必须使用串行传输方式。

(2) 并行通信

在数据通信中，也可以按图2-1-6所示的方式，将表示一个字节的二进制代码同时通过8条并行的通信信道发送出去，即每次发送一个字节。这种通信方式称为并行通信。

并行通信的特点是：成本高，速度快，不需串/并转换;但是信道的利用率低。这种通信方式适合近距离的传输。计算机内的总线结构就是并行通信的例子　。

图2-1-6 并行通信

2. 单工、半双工和全双工通信

数据通信方式按照信号传送方向与时间的关系，可以分为单工、半双工和全双工三种方式。

(1) 单工

单工通信只支持信号在一个方向上传输(正向或反向)，任何时候不能改变信号的传输方向，如图2-1-7所示。为保证正确传送数据信号，接收端要对接收的数据进行校验，若校验出错，则通过监控信道发送请求重发的信号。

图2-1-7　单工通信

(2) 半双工

半双工通信允许信号在两个方向上传输，但某一时刻只允许信号在一个信道上单向传输。因此，半双工通信实际上是一种可切换方向的单工通信，如图2-1-8所示。传统的对讲机使用的就是半双工通信方式。

图2-1-8　半双工通信

(3) 全双工

全双工通信允许数据同时在两个方向上传输，即有两个信道，因此允许同时进行双向传输，如图2-1-9所示。全双工通信是两个单工通信方式的结合，要求收发双方都有独立的接收和发送能力。全双工通信效率高，控制简单，但造价高。计算机之间的通信是全双工方式。

二、传输介质

传输介质是数据在源设备和目标设备之间传输的媒介。传输介质可以是物理介质，如双绞线、光纤、无线电波等，也可以是无线介质，如无线局域网(WLAN)或蓝牙。传输介质的选择取决于通信系统的要求，包括传输速度、距离、可靠性和成本等因素。传输介质的特性直接影响着数据的传输质量和速度。

三、目标设备

目标设备是数据通信系统中接收和处理数据的设备。它可以是计算机、服务器、显示器或其他设备。目标设备接收从传输介质上接收到的数字信号，并将其转换为可理解的数据形式，以供目标设备使用或显示。目标设备负责将接收到的数据进行解码和处理，以满足用户的需求。

四、协议

协议是数据通信系统中用于管理数据传输的规则和约定。它定义了数据的格式、编码方式、错误检测和纠正机制、数据分组和重新组装方法等。常见的网络协议包括以太网、TCP/IP、HTTP、SMTP等。协议确保源设备和目标设备之间的数据传输按照预定的规则进行，并提供数据的可靠性和安全性。协议是数据通信系统的核心，它确保了数据的准确传输和有效交流。

数据通信系统的工作原理是源设备生成数据并按照协议规定的格式进行编码。编码后的数据通过传输介质传输到目标设备。目标设备接收数据，并根据协议规定的解码方式还原数据。这样，源设备和目标设备之间实现了数据的传输和交流。

在数据通信过程中，源设备将数据封装成数据包。数据包是按照一定的格式组织的数据单元，包含了数据本身以及与数据传输相关的控制信息。传输介质负责将数据包从源设备传输到目标设备。传输介质可以通过物理连接(如电缆)或无线方式(如无线信号)来传输数据包。

目标设备接收到传输介质上的数据包后，根据协议规定的解码方式进行解析。解析后的数据可以进一步进行处理，如存储、显示、分析或响应。目标设备的处理方式取决于应用领域和需求，可以是计算机执行特定的操作，显示设备显示图像或文本，或者其他设备进行相应的操作。

协议在数据通信系统中起着关键的作用。它定义了数据的格式和编码方式，确保源设备和目标设备之间的数据交流符合一致的规范。协议还包括错误检测和纠正机制，以确保数据传输的可靠性。常见的协议如以太网协议用于局域网数据通信，TCP/IP协议用于互联网数据通信等。

总结起来，数据通信系统的基本结构由源设备、传输介质、目标设备和协议四个组成部分构成。源设备生成和发送数据，传输介质负责数据的传输，目标设备接收和处理数据，而协议定义了数据的格式和传输规则。了解数据通信系统的基本组成与原理，有助于我们理解现代通信技术的运作方式，推动信息技术的发展和应用。