开发者学习笔记【阿里云物联网助理工程师认证（ACA）：有线通信网络技术及常用场景（三）】
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有线通信网络技术及常用场景（三）
三、总线的通信技术
为了简化硬件电路设计，简化系统结构，常用一组线路，配以适当的接口电路与各部件和外围设备连接。这组共用的连接线路称为总线。采用总线结构，它便于部件和设备的扩展，尤其制定了统一的总线标准，则容易使不同的设备实现互相连接。
比如我们有很多个村长，A村庄、B村长、C村庄、D村庄、E村庄。这几个村庄之间要进行通信的话，可以在每个村庄之间修建一条路，但是这样的话，它耗费的人力物力是非常大的。那么可以把设计为另外一种方式。这些通道之间不独立修建道路，而是以一条大马路的形式把他们连起来。这些通道都接到这是个大马路。然后每个村庄都通过这个大马路来进行通信。即使后面还有新的村装，比如来了个M村庄，我要和其他村庄进行通信的话，直接接到这个大马路上就可以了。把单片区的部件和外围设备，通过总线的方式给他们连接起来。这样不仅可以简化硬件电路设计，简化系统结构，而且也便于物件和后续外围设备的扩充。
总线一般由内总线、系统、总线和外部总线之分。
通信方式也分为串行通信和并行通信。相应的通信总线就称之为并行总线和串行总线。并行通信速度快，实时性好，但是占用的口线多，不适用于小型化产品。串行总线的通信速率低，但是在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中显得更加简易、方便和灵活。
这两个图就是并行传输方式和串行传输方式的一个简易图
比如我们传输的数据有八位，D0到 D7八位数据，D0到 D7 八位数据，如果使用的是并行口进行传输的话，那么 D0到 D7八位数据它是同时传送的，这样它的速度是非常快，但是八位数据同时传输它占用的口线就多了。那么串行传输的话，它这八位数据是一位一位来进行传输的。这个就是并行通信和串行通信的的区别。
（一）内部总线
内部总线它是在 CPU 内部寄存器之间和算术逻辑部件 ALU 与控制部件之间的数据传输，所用的总线称为内部总线。即芯片内部的一个总线。它在 CPU 内部的一个总线。
内部总线的型号有以下几种
第一种是I2C 总线，它是十年前由飞利浦公司推出的，近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准，它是同步通信的一种特殊方式，具有接口线少、控制方式简单、器件封装形式小、通信速率较高的优点，在主从通信中可以有多个 I2C 总线器件同时接到 I2C 总线上，通过地址来识别通信对象。
第二种内部总线型号是 SPI 总线，这种总线技术是 Motorola 公司推出的一种同步串行接口。该公司生产的绝大多数 MCU 都配有 SPI硬件接口，如68系列的 MCU。SPI 总线它是一种三线同步总线，硬件功能非常强,所以,与 SPI 有关的软件就相当简单，使 CPU 有更多的时间处理其他事务。
第三，那种线是 SCI 总线，它是串行通信接口，也是由 Motorola 公司推出的。它是一种通用异步通信接口 UART,与 MCS-51的异步通信功能基本相同。
(二）系统总线
系统总线又称为内总线或板级总线，是微机中各插件板与系统版之间的总线，用于插件板一级的互联。因为该总线是用来连接微机各功能能部件而构成一个完整的微机系统，所以称之为系统总线。
系统总线的型号
第一个 ISA 总线，ISA 总线标准是 IBM 公司1984年为推出 PC/AT 机而建立的系统总线标准。所以我们也把它叫做 AT 总线，它是对 XT 总线的扩展，以适应8/16位数据总线的要求。它在80286至80486时代应用非常广泛，现在很多奔腾机中还保留有 ISA 总线插槽，这种总线它有98只引脚。
第二个是 PCI 总线，它是当前最流行的总线之一，它是由 Intel 公司推出的一种局部总线，定义了32位总线，并且可以扩展到64位。这种总线的主板插槽的体积比原来的 ISA 插槽小，但是功能比VESA、ISA 都有很大的改善。支持突发读写操作，最大的传输速度可以达到132MB 每秒，可以同时支持多组外围设备。PCI 局部总线不能兼容现有的 ISA、EISA、MCA 总线，它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展起来的总线。
第三种系统总线的型号是 Compact PCI，它是为适应工业现场环境而专门设计的一种系统。是在原来的 PCI 总线基础上改造而来，它利用 PCI 的优点，打造提供满足工业应用环境要求的高性能核心系统。同时，还考虑充分利用传统的总线产品，如 ISA、STD、VME 或者 PC/104来扩展系统的 I/O 和其他功能。
第四种系统总线型号 AGP 标准: PC I总线的频率只有33兆赫兹，这在超高速系统中容易造成一个传送瓶颈。为了解决这个问题，研究人员就推出了 AGP 标准，它在储存和显卡之间提供一条直接的通道，使3D 图形数据越过 PCI 总线直接进入显示，这样速度加快。从而用低成本实现高性能3D 图形数据的传送。但是 AGP 不能取代PCI，严格上说，AGP 并不是一种总线接口标准，它是一种点到点连接的图形显示接口标准。它的这种方式提高了主存的内存总线使用效率，提高了画面的更新速度，减轻了 PCI 总线的负担。所以它得到了广泛的应用。
第五种系统总线型号是 PCI-E 总线，它采用了目前行业内流行的点对点串行连接。它不同于 PCI 以及更早的计算机总线的共享并行架构，而是每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，可以把传输速率提高到一个很高的频率，达到 PCI 所不能提供的高宽带。在工作原理上，PCI-E 与并行体系的 PCI 没有任何相似之处，它采用的是创新方式传输数据，通过高频率来获得高性能。所以 PCI-E 也一度被人称为串行 PCI。当前 PCI-E 基本全面取代了AGP。
（二）外部总线技术
外部总线它是计算机和外部设备之间的总线，或者设备与设备之间的连接总线。像电脑和投影仪之间的连接线。
外部总线型号
第一个是 RS-232-C 总线，RS-232-C 是美国电子工业协会 EIA 制定的一种串行物理接口标准。RS 是英文推荐标准的缩写，232是标识号，C 表示修改次数。这种总线标准有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下使用主通道RS-232-C 标准规定的传输速率分别为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C 标准规定驱动器允许有2500pF的电容负载，电容影响通信距离。比如采用150pF 每米的通信电脑时，它的最大通信距离为15米。如果每米电缆的电容量减小，它的通讯距离随之增加。此外，RS-232-C 总线一般用于20米以内的通信，因为它属于单端信号传送，存在共地噪声和不可抑制共模干扰等问题。这种总线属于串行总线。
第二种外部总线型号是 RS-485总线。这种总线适用于通信距离为几十米到上千米,RS-485总线采用平衡发送和差分接收，所以它抑制共模干扰的能力很强。另外，总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200毫伏的电压，所以它的传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用的是半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，所以它的发送电路需要一个使能信号来控制。RS-485可以用于多点互相连接，构成分布式系统，允许最多并联32台驱动器和32台接收器。它是属于串行总线的一种。
第三种外部总线型号是 IEEE-488，出现它是并行总线接口标准，一般用的连接系统，如微计算机、复制电压表、数码显示器等设备，以及其他仪器仪表，均可以使用 IEEE-488总线装备起来。它是按照并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备直接并联于总线上不需要中介单元。总线上可以最多连接15台设备，最大的传输距离是20米，信号传输速度一般为500KB 每秒，最大的传输速度为1MB 每秒。
第四种USB 总线它也是我们外部总线的一种，是用来连接外部设备。这种总线是由 Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、 Northern Telecom 等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。
它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接达到方便用户、降低成本、扩展 PC 连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源，而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。另外，快速是 USB 技术的突出特点之一，USB 的最高传输率可达12Mbps 比串口快100倍，比并口快近10倍。
USB 总线型号 miniUSB公口（A型插头）、miniUSB公口（B型插头）、USB公口（B型）、USB母口（A型插座）、USB公口(A型插头）
