1、眾人拾柴火焰高”是句老話，但電腦領(lǐng)域卻發(fā)生了多根線比不過1根線的怪事。無論從通信速度、造價(jià)還是通信質(zhì)量上來看，現(xiàn)今的串行傳輸方式都比并行傳輸方式更勝一籌。近兩年，大家聽得最多的一個(gè)詞可能就是串行傳輸了。從技術(shù)發(fā)展的情況來看，串行傳輸方式大有徹底取代并行傳輸方式的勢頭，取代，取代，取代從原理來看，并行傳輸方式其實(shí)優(yōu)于串行傳輸方式。通俗地講，并行傳輸?shù)耐藩q如一條多車道的寬闊大道，而串行傳輸則是僅能允許一輛汽車通過的鄉(xiāng)間公路。以古老而又典型的標(biāo)準(zhǔn)并行口和串行口俗稱口為例，并行接口有8根數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)傳輸率高；而串行接口只有1根數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)傳輸速度低。在串行口傳送1位的時(shí)間內(nèi)，并行口可以傳送一個(gè)字節(jié)。

2、當(dāng)并行口完成單詞“”的傳送任務(wù)時(shí)，串行口中僅傳送了這個(gè)單詞的首字母“”。圖：并行接口速度是串行接口的倍那么，為何現(xiàn)在的串行傳輸方式會更勝一籌？下文將從并行、串行的變革以及技術(shù)特點(diǎn)，分析隱藏在表象背后的深層原因。一、并行傳輸技術(shù)遭遇發(fā)展困境電腦中的總線和接口是主機(jī)與外部設(shè)備間傳送數(shù)據(jù)的“大動脈”，隨著處理器速度的節(jié)節(jié)攀升，總線和接口的數(shù)據(jù)傳輸速度也需要逐步提高，否則就會成為電腦發(fā)展的瓶頸。我們先來看看總線的情況。年第一臺中以總線為標(biāo)志的開放式體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線為位，工作頻率為3這在當(dāng)時(shí)卻已算是“先進(jìn)技術(shù)”了，所以總線還有另一個(gè)名字“總線”；到了時(shí)，的位寬提高到了位，為了保持與位的兼容，工作頻率仍

3、為。這種技術(shù)一直沿用到系統(tǒng)中。到了時(shí)代，同時(shí)出現(xiàn)了和兩種更快的總線標(biāo)準(zhǔn)，它們具有相同的位寬位，但總線能夠與處理器異步運(yùn)行，當(dāng)處理器的頻率增加時(shí)，總線頻率仍然能夠保持不變，可以選擇、和三種頻率。而總線與處理器同步工作，因而隨著處理器頻率的提高，很快失去了競爭力?？偩€類型的外圍設(shè)備工作頻率也得隨著提高，適應(yīng)能力較差，因此總線標(biāo)準(zhǔn)成為時(shí)代總線的王者，硬盤控制器、聲卡到網(wǎng)卡和顯卡全部使用插槽。圖2：并行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)向來是提高數(shù)據(jù)傳輸率的重要手段，但是，進(jìn)一步發(fā)展卻遇到了障礙。首先，由于并行傳送方式的前提是用同一時(shí)序傳播信號，用同一時(shí)序接收信號，而過分提升時(shí)鐘頻率將難以讓數(shù)據(jù)傳送的時(shí)序與時(shí)鐘合拍，布線長

4、度稍有差異，數(shù)據(jù)就會以與時(shí)鐘不同的時(shí)序送達(dá)另外，提升時(shí)鐘頻率還容易引起信號線間的相互干擾。因此，并行方式難以實(shí)現(xiàn)高速化。另外，增加位寬無疑會導(dǎo)致主板和擴(kuò)充板上的布線數(shù)目隨之增加，成本隨之攀升。在外部接口方面，我們知道并行口的速率可達(dá)，傳輸圖形數(shù)據(jù)時(shí)采用壓縮技術(shù)可以提高到，而標(biāo)準(zhǔn)串行口的數(shù)據(jù)傳輸率通常只有，并行口的數(shù)據(jù)傳輸率無疑要?jiǎng)俪鲆换I。因此十多年來，并行口一直是打印機(jī)首選的連接方式。對于僅傳輸文本的針式打印機(jī)來說，并行口的傳輸速度可以說是綽綽有余的。但是，對于近年來一再提速的打印機(jī)來說，情況發(fā)生了變化。筆者使用愛普生同時(shí)具備并行口和接口在打印圖片時(shí)，并行口和接口的速度差異并不明顯，但在打印大

5、小的圖片文件時(shí)，從點(diǎn)擊“打印”到最終出紙，使用接口用了秒,而使用并行口時(shí),就用了33秒。從這一測試結(jié)果可以看出，現(xiàn)行的并行口對于時(shí)下的應(yīng)用需求而言，確實(shí)出現(xiàn)了瓶頸。你知道嗎？的三種接口早期的并行口是一種環(huán)形端口，則采用防呆設(shè)計(jì)的型連接器。定義了早期的并行口是一種環(huán)形端口，則采用防呆設(shè)計(jì)的型連接器。定義了和等三種連接器圖。我們所見到打印機(jī)電纜，一端是連接器，用來連接到打印機(jī)。根插針，而連接器有，小型三角帶連接連接器，用來連接到打印機(jī)。根插針，而連接器有，小型三角帶連接驅(qū)動器等小型設(shè)備而設(shè)計(jì)的，實(shí)際根插針，多出來的根基本上是冗余的信號地。器也是36根插針，這種小尺寸連接器是為數(shù)碼相機(jī)上很少被使用。

6、圖：三種不同尺寸的并行口連接器二、s讓串行傳輸浴火重生回顧前面所介紹的并行接口與串行接口，我們知道并行口的速率可達(dá)，而標(biāo)準(zhǔn)串行口的數(shù)據(jù)傳輸率通常只有，并行口的數(shù)據(jù)傳輸率無疑要?jiǎng)俪鲆换I。外部接口為了獲得更高的通信質(zhì)量，也必須尋找的替代者。年，由、和等幾家公司推出的接口首次出現(xiàn)在機(jī)上,年起即進(jìn)入大規(guī)模實(shí)用階段。比的速度提高了倍以上，突破了串行口通信的速度瓶頸，而且具有很好的兼容性和易用性。設(shè)備通信速率的自適應(yīng)性，使得它可以根據(jù)主板的設(shè)定自動選擇，高速，、，全速,和，低速，三種模式中的一種?？偩€還具有自動的設(shè)備檢測能力，設(shè)備插入之后，操作系統(tǒng)軟件會自動地檢測、安裝和配置該設(shè)備，免除了增減設(shè)備時(shí)必須關(guān)

7、閉機(jī)的麻煩。接口之所以能夠獲得很高的數(shù)據(jù)傳輸率，主要是因?yàn)槠滢饤壛顺Ｒ?guī)的單端信號傳輸方式，轉(zhuǎn)而采用差分信號傳輸技術(shù)，有效地克服了因天線效應(yīng)對信號傳輸線路形成的干擾，以及傳輸線路之間的串?dāng)_。接口中兩根數(shù)據(jù)線采用相互纏繞的方式，形成了雙絞線結(jié)構(gòu)圖）圖：采用差模信號傳送方式的圖5：差分傳輸方式具有更好的抗干擾性能圖5是由兩根信號線纏繞在環(huán)狀鐵氧體磁芯上構(gòu)成的扼流線圈。在單端信號傳輸方式下，線路受到電磁輻射干擾而產(chǎn)生共模電流時(shí)，磁場被疊加變成較高的線路阻抗，這樣雖然降低了干擾，但有效信號也被衰減了。而在差動傳輸模式下，共模干擾被磁芯抵消，但不會產(chǎn)生額外的線路阻抗。換句話說，差動傳輸方式下使用共模扼流線

8、圈，既能達(dá)到抗干擾的目的，又不會影響信號傳輸。差分信號傳輸體系中，傳輸線路無需屏蔽即可取得很好的抗干擾性能，降低了連接成本。不過，由于接口的信號電平相對較低，最大通信距離只有米。規(guī)范還限制物理層的層數(shù)不超過層，這意味著用戶可以通過最多使用個(gè)連接器，將一個(gè)設(shè)備置于距離主機(jī)最遠(yuǎn)為米的位置。為解決長距離傳輸問題，擴(kuò)展的應(yīng)用范圍，一些廠商在規(guī)范上添加了新的功能，例和，前者加大了的供電能力，后者延長了的傳輸距離。三、差分信號技術(shù)：開啟信號高速傳輸之門的金鑰匙電腦發(fā)展史就是追求更快速度的歷史，隨著總線頻率的提高，所有信號傳輸都遇到了同樣的問題：線路間的電磁干擾越厲害，數(shù)據(jù)傳輸失敗的發(fā)生幾率就越高，傳統(tǒng)的單

9、端信號傳輸技術(shù)無法適應(yīng)高速總線的需要。于是差分信號技術(shù)就開始在各種高速總線中得到應(yīng)用，我們已經(jīng)知道，實(shí)現(xiàn)高速信號傳輸?shù)拿卦E在于采用了差分信號傳輸方式。差分信號技術(shù)是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)傳輸和接口技術(shù)，與傳統(tǒng)的單端傳輸方式相比，它具有低功耗、低誤碼率、低串?dāng)_和低輻射等特點(diǎn)，其傳輸介質(zhì)可以是銅質(zhì)的連線,也可以是平衡電纜，最高傳輸速率可達(dá)3倡導(dǎo)的第三代技術(shù)，其物理層的核心技術(shù)就是差分信號技術(shù)。那么，差分信號技術(shù)究竟是怎么回事呢？圖6：差分信號傳輸電路眾所周知，在傳統(tǒng)的單端通信中，一條線路來傳輸一個(gè)比特位。高電平表示為“1”，低電平表示為“0”。倘若在數(shù)據(jù)傳輸過程中受到干擾，高低電平信號完全

10、可能因此產(chǎn)生突破臨界值的大幅度擾動，一旦高電平或低電平信號超出臨界值，信號就會出錯(cuò)（圖7。）圖：單端信號傳輸在差分電路中，輸出電平為正電壓時(shí)表示邏輯“1”，輸出負(fù)電壓時(shí)表示邏輯“0”，而輸出“0”電壓是沒有意義的，它既不代表“1”，也不代表“0”。而在圖：所示的差分通信中，干擾信號會同時(shí)進(jìn)入相鄰的兩條信號線中，當(dāng)兩個(gè)相同的干擾信號分別進(jìn)入接收端的差分放大器的兩個(gè)反相輸入端后，輸出電壓為0。所以說，差分信號技術(shù)對干擾信號具有很強(qiáng)的免疫力。圖8：差分信號傳輸正因如此，實(shí)際電路中只要使用低壓差分信號，左右的振幅便能滿足近距離傳輸?shù)囊?。假定?fù)載電阻為Q,采用方式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，如果雙絞線長度為米，傳輸速

11、率可達(dá)；當(dāng)電纜長度增加到米時(shí)，速率降為；而當(dāng)電纜長度為米時(shí)，速率只能達(dá)到左右。在近距離數(shù)據(jù)傳輸中，不僅可以獲得很高的傳輸性能，同時(shí)還是一個(gè)低成本的方案。器件可采用經(jīng)濟(jì)的工藝制造，并且采用低成本的類電纜線及連接件即可達(dá)到很高的速率。同時(shí)，由于可以采用較低的信號電壓，并且驅(qū)動器采用恒流源模式，其功率幾乎不會隨頻率而變化，從而使提高數(shù)據(jù)傳輸率和降低功耗成為可能。因此，技術(shù)在、以及中得以應(yīng)用，而中控制電路向液晶屏傳送像素亮度控制信號，也采用了方式。四、新串行時(shí)代已經(jīng)到來差分傳輸技術(shù)不僅突破了速度瓶頸，而且使用小型連接可以節(jié)約空間。近年來，除了和，還涌現(xiàn)出很多以差分信號傳輸為特點(diǎn)的串行連接標(biāo)準(zhǔn)，幾乎覆蓋

12、了主板總線和外部端口，呈現(xiàn)出從并行整體轉(zhuǎn)移到新串行時(shí)代的大趨勢，串行接口技術(shù)的應(yīng)用在年將進(jìn)入鼎盛時(shí)期圖。圖：所有的技術(shù)都將采用串行方式技術(shù)，突破芯片組傳輸瓶頸隨著電腦速度的提高，與北橋芯片之間，北橋與南橋之間，以及與芯片組相連的各種設(shè)備總線的通信速度影響到電腦的整體性能。可是，一直以來所采用的印刷電路板因存在集膚效應(yīng)和介質(zhì)損耗導(dǎo)致的碼間干擾，限制了傳輸速率的提升。在傳統(tǒng)并行同步數(shù)字信號的速率將要達(dá)到極限的情況下，設(shè)計(jì)師轉(zhuǎn)向從高速串行信號尋找出路，因?yàn)榇锌偩€技術(shù)不僅可以獲得更高的性能，而且可以最大限度地減少芯片管腳數(shù)，簡化電路板布線，降低制造成本。的、的以及公司的等總線標(biāo)準(zhǔn)不約而同地將低壓差分

13、信號作為新一代高速信號電平標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)典型的通道如圖所示，通信雙方由兩個(gè)差分信號對構(gòu)成雙工信道，一對用于發(fā)送，一對用于接收。條物理線路構(gòu)成。標(biāo)準(zhǔn)中定義了、和。擁有最多的物理線路X=圖：數(shù)據(jù)通道即便采用最低配置的體系，因?yàn)榭梢栽趦蓚€(gè)方向上同時(shí)以的頻率傳送數(shù)據(jù)，帶寬達(dá)到，也已經(jīng)超過了傳統(tǒng)總線X的帶寬。況且，總線是通過橋路實(shí)現(xiàn)的共享總線方式，而采用的“端對端連接”圖1也讓每個(gè)設(shè)備可以獨(dú)享總線帶寬，因此可以獲得比更高的性能。圖：端對端連接消除了橋路的技術(shù)與極其相似，同樣采用數(shù)據(jù)通道，最先用于南北橋之間的快速通信。其工作頻率范圍從到，位寬可以根據(jù)帶寬的要求靈活選擇、或位。最先用于南北橋之間的快速通信，今后

14、會用于所有芯片間的連接。A為硬盤插上翅膀在之前，一直使用根平行數(shù)據(jù)線，由于數(shù)據(jù)線之間存在串?dāng)_，限制了信號頻率的提升。因此從開始，數(shù)據(jù)線在兩根線之間增加了根接地線正是為了減少相互干擾。增加地線后，數(shù)據(jù)線與地線之間仍然存在分布電容圖，還是無法徹底解決干擾問題,使得接口的最高工作頻率停留在上。除了信號干擾這一根本原因之外，還存在不支持熱插拔和容錯(cuò)性差等問題。圖：并行的線間串?dāng)_是公司在上推出的，此后聯(lián)合、以及等業(yè)界巨頭，于20年正式推出了規(guī)范。而在春季上，規(guī)范也已經(jīng)公布。接口包括根數(shù)據(jù)線和根地線，共有條物理連線。目前的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸率為，與接口的速度略有提高，但未來的可提升到以至，從目前硬盤速度的增長

15、趨勢來看，標(biāo)準(zhǔn)至少可以滿足未來數(shù)年的要求了。,圖像傳輸如虎添翼火線是年由蘋果電腦公司起草的，年被美國電氣和電子工程師學(xué)會作為推出，是之外的另一個(gè)高速串行通信標(biāo)準(zhǔn)。最早的應(yīng)用目標(biāo)為攝錄設(shè)備傳送數(shù)字圖像信號，目前應(yīng)用領(lǐng)域已遍及、硬盤錄像機(jī)、電視機(jī)頂盒以及家庭游戲機(jī)等。傳輸線有根電纜，兩對雙絞線形成兩個(gè)獨(dú)立的信道，另外兩根為電源線和地線。公司對，并取名為進(jìn)行改進(jìn)，舍棄了電源線和地線，形成只有兩對雙絞線的精簡版i數(shù)據(jù)傳輸率與相當(dāng),單信道帶寬為，通信距離為米。不過，標(biāo)準(zhǔn)已將單信道帶寬擴(kuò)大到，在新標(biāo)準(zhǔn)中，更是將其最大數(shù)據(jù)傳輸速率確定為，相鄰設(shè)備之間連接電纜的最大長度可擴(kuò)展到米。五、“串行”能紅到哪天？閱讀本文之后，如果有人問關(guān)于串行傳輸與并行傳輸誰更好的問題，你也許會脫口而出