同步和异步数据传输的差异以及如何使用它们

将数据从一个地方传输到另一个地方的过程称为传输。计算机网络中使用的两种主要数据传输类型是同步传输和异步传输。虽然这两个术语仅由一个字母分隔，但它们实际上是传输数据的截然不同的方法。因此，了解它们之间的差异以及使用每种方法的优缺点非常重要。我们还将简要介绍每种数据传输方法的工作原理，让您了解所涉及的过程以及可能出现的一些挑战。

什么是同步传输？

同步传输是一种发送大量数据的方法。它被广泛认为是一种有效且可靠的数据传输方法。同步传输时，发送端和接收端的时钟是统一的，数据传输在两者之间没有间隔。由于传输的数据量相对较大，因此数据信号会连续传输，并伴随有定时信号。每个字符都有起始位和停止位，表明它们应该如何组合成数据帧。数据帧的第一部分包含一组同步字符，用于通知接收方已接收到数据。为了正确传输数据，发送方和接收方都必须同步。这是同步字符执行的另一个功能。

同步传输示例

以下数据传输实例将被视为同步：

• 传输大型文本文件。
• 聊天室。
• 视频会议。
• 电话交谈。

同步传输的优点

同步数据传输有许多优点。这些包括：

• 可以传输大量数据。
• 连接的设备可以实时通信。
• 数据连续发送，字节之间没有停顿。
• 减少了时序错误。

同步传输的缺点

虽然同步数据传输有几个优点，但它也有缺点。这些可以包括：

• 发送方和接收方的时钟必须同时以相同频率运行。
• 准确性取决于接收器准确和精确地计算接收到的比特的能力。

什么是异步传输？

异步传输，有时称为开始/停止传输，涉及使用流量控制方法向接收方发送数据。数据在发送方和接收方之间同步，无需使用时钟。数据一次传输一个字符或 8 位。总共传输 10 位，字符前面是起始位，字符后面是停止位。这样，就采用了基于字符的同步。这消除了双向通信的需要。异步传输的特点之一是接收方基本上不知道数据何时到达。在接收器检测到数据并有机会响应之前，第一位已经通过。

异步传输的例子

我们周围有很多异步传输的例子。这些包括：

• 电子邮件
• 论坛
• 收音机

异步传输的优点

使用异步传输有几个优点，包括：

• 无需同步发射器和接收器。
• 高度灵活的数据传输方法，可用于许多不同的场景。（如果计算的灵活性对您很重要，您应该研究AS 400 集成）。
• 易于实施。
• 可以从具有不同比特率的源发送信号。
• 一旦数据字节传输可用，数据传输就可以恢复。

异步传输的缺点

然而，异步传输也有几个缺点，包括：

• 同步性可能难以确定，这会导致时序错误。
• 整体传输速度较慢。
• 需要以起始位和停止位形式存在的额外数据，从而增加了传输数据的总体大小。
• 由于信道上的噪声，可能会出现位错误识别。

同步传输与异步传输的比较点

同步传输和异步传输之间有几个重要的区别值得了解。

速度

围绕数据传输要考虑的关键方面之一是信息传输的速度。同步传输相对异步传输要快得多。原因之一是异步传输的流量负载要高得多。对于传输少量数据的低速设备，这通常不是问题。然而，传输的数据越多，传输速度就会越慢，这在使用需要传输大量数据的高速设备时会造成问题。异步传输还因需要传输开始和停止字符而变慢，这是同步传输不会面临的问题。

成本

同步传输中的数据位成本低于异步传输中的成本。但是同步传输比较复杂，异步传输比较简单。这使得异步传输成为总体上更具成本效益的数据传输方法。

贮存

异步传输需要在传输点和接收点进行本地缓冲存储。这样就可以构建块。同步传输不需要终端存储。

数据形式

同步传输以块或帧的形式发送数据。异步传输以字符或字节的形式发送数据。

传输方式

在同步传输期间，数据块以高速传输。然而，异步传输需要一个字符一个字符地传输数据。同步传输采用硬件和软件相结合的方式进行，而异步传输仅由硬件实现。

同步数据传输如何工作？

数据块作为同步传输时的传输单元。一系列特定的字符或位附加到每个数据块的开始和结束，以标记它的开始和结束位置。也可以将校验序列附加到数据块以进行错误控制。这通常是 16 位或 32 位 CRC 校验码。同步传输时数据块之间的时间间隔是固定的，因此必须严格定义时间规则。有时可以使用单独的时钟信号来保持发送器和接收器之间的同步。

接收器将利用此共享信号在每个位时间的中间对输入信号进行采样。该过程由时钟信号脉冲的上升沿和/或下降沿触发。然而，在大多数情况下，使用单独的时钟信号并不是特别实用。这是因为，除非发射器和接收器在附近，否则带宽会显着增加，从而使传输系统的设计和实施变得更加困难和昂贵。因此，嵌入式时序通常用作同步内部时钟的替代方法。这方面的一个例子是曼彻斯特编码，这是一种双相编码，它既是一种时钟机制，也是一种编码数据的方式。

异步数据传输是如何工作的？

异步传输使用单个字符作为传输单元。每个字符都有一个起始位和一个停止位来标记字符的开始和结束。这是在异步传输时实现数据同步的方法。异步传输时不需要严格限制字符间的时间关系，接收方就可以正确解读数据，因此时间间隔是可变的。一旦读取了每条数据，系统就会等待下一条数据到达。如果没有数据正在传输，则线路保持空闲状态。这在系统中由恒定的负电压表示。

当检测到起始位时，表示新字符的到来，电压从负转换为正，这会提醒系统新信息的到来。这称为边缘过渡。每个数据块或字符最多可包含八个数据位和一个奇偶校验位，由起始位和停止位构成。奇偶校验位用于在异步传输期间提供有限的纠错。接收器从检测到传入起始位开始计算位时间。由于发射器和接收器中的锁以相同的标称速率滴答作响，因此接收器大致知道何时对每个传入位进行采样。

因为传入块包含不超过 11 位（包括停止位），所以接收器可以在每个位时间的中间附近对每个位进行采样。一旦发送器发送停止位，空闲信号恢复，因此两个系统都准备好发送下一个块。

包起来

同步和异步传输是将数据从一个地方传输到另一个地方的两种广泛使用的方法。无论我们是否意识到，我们都可能在日常生活中多次遇到这两种方法。两种数据传输方法各有优缺点。同步传输提供了一种快速的数据传输方法，在接收数据时不需要额外的存储空间。但是，设置和运行起来可能很复杂且成本很高。

异步传输易于实现并且是一种非常灵活的数据传输方法（灵活性是计算的许多方面的关键问题，许多应用程序中的集成证明了这一点，例如 Stripe 集成）。但是，它是一种总体上较慢的数据传输方法，并且使用它时出错的风险增加。因此，很明显，同步和异步传输都是数据传输的相关方法，每种方法都在相关用例中产生吸引人的结果。