數據通信方式及交換問題的幾點研究

摘要：數據通信是通信技術和計算機技術相結合而產生的一種新的通信方式。要在兩地間傳輸信息必須有傳輸信道，根據傳輸媒體的不同，有有線數據通信與無線數據通信之分。但它們都是通過傳輸信道將數據終端與計算機聯結起來，而使不同地點的數據終端實現軟、硬件和信息資源的共享。本文介紹數據通信的構成原理、交換方式及其適用范圍；數據通信的分類，并展望未來美好的應用前景。

關鍵詞：數據通信 原理 交換方式 范圍 分類

1 通信方式

1.1 主機通信

主機通信方式下，由HST對象完成主機與目標機之間的通信。HST對象靜態配置為輸入/輸出，每一個HST對象內部是用數據管道對象來實現的。

開發DSP應用時，可以應用HST對象來模仿數據流和測試程序算法對數據的處理。在程序開發的早期，特別是在測試信號處理算法時，程序使用輸入通道對象訪問來自主機文件中的數據，以及使用輸出通道對象把算法處理過的結果反饋回主機一側，以供查驗或比較。在程序開發的后期，當算法開發完畢時，可以把HST對象改回到PIP對象，通過利用PIP對象完成外設真實數據與目標應用程序之間的通信。

1.2 管道通信

管道（PIP）對象用于管理塊I/O（也稱為基于流的I/O或者異步I/O）。每一個PIP對象維護著一個分為固定數量和固定大小的緩沖區（稱為幀）。所有的I/O操作在每一刻只處理1幀。盡管每一幀長度是固定的，但是應用程序可以在每一幀中放置可變數量的數據（但不能超過最大值）。管道有兩端，一端為寫線程，一端為讀線程。寫線程一端用于向管道中添加數據，讀線程一端用于從管道中讀取數據。管道能夠用于在程序內的任意2個線程之間傳遞數據。經常地，管道的一端由ISR控制，另一端由軟件中斷函數控制。數據通知函數（也稱為回調函數）用于同步數據的傳輸，包括通知讀函數和通知寫函數。當讀或寫1幀數據時，這些函數被觸發，以通知程序有空閑幀或者有數據可以利用。

1.3 流通信

流是一個通道，通過它，數據在應用程序與I/O設備之間傳輸。流通道可以是只讀的（用于輸入）或者只寫的（用于輸出）。它對所有I/O設備提供了一個簡單通用接口，允許應用程序完全不用考慮每個設備操作的細節。流I/O的一個重要方面是它的異步特性。當應用程序正在處理當前緩沖區時，一個新的輸入緩沖區正在被添充和以前的緩沖區正在被輸出。流交換的是指針而不是數據，這就大大減少了開銷，使得程序更能滿足實時約束的要求。流模塊（SIO）通過驅動程序來與不同類型的設備打交道。驅動程序由DEV（Device）模塊管理。

設備驅動程序是管理一類設備的軟件模塊。這些模塊遵從通用接口（由DEV提供），因此，流函數能夠發出普通請求。圖1給出了流與設備之間的交互示意圖。

1.4 各種通信方式比較

DSP/BIOS支持兩種不同的數據傳輸模型，一種是管道模型，由PIP與HST模塊使用；另一種是流模型，由SIO與DEV模塊使用。2個模型都要求1個管道或者流具有1個讀線程和1個寫線程。2個模型都通過拷貝指針而不是數據來完成數據的拷貝。一般來說，管道模型支持低級通信，而流模型支持高級的、與設備無關的I/O。

DSP/BIOS環境下通信方式的比較：管道對象（PIP與HST）、流對象（SIO與DEV）程序員必須創建自己的驅動程序，提供一種創建設備驅動程序的更加結構化方法讀、寫線程可以是任意線程類型或者主機PC一端必須由使用SIO調用的任務（TSK）來處理，另一端必須由使用Dxx調用的HWI處理PIP函數是非阻塞的，程序在管道寫或讀之間必須進行檢查，以確保緩沖區可利用SIO_put、SIO_get和SIO_reclaim是阻塞函數（SIO）_issue是非阻塞函數）使用更少的內存，一般較快更加靈活，使用簡單。每個管道擁有自己的緩沖區，緩沖區能夠從一個流傳輸到另一個流而不用拷貝管道必須使用配置工具靜態地配置流可以在運行時刻創建或者使用配置工具。靜態地配置，對堆棧設備（stacking devic）沒有內建地支持提供對堆棧設備（stacking devic）的支持使用HST（內部PIP實現）使得主機與目標機的通信容易起來，DSP/BIO提供了大量的設備驅動程序。

2 數據通信的交換方式

通常數據通信有三種交換方式：

2.1 電路交換

電路交換是指兩臺計算機或終端在相互通信時，使用同一條實際的物理鏈路，通信中自始至終使用該鏈路進行信息傳輸，且不允許其它計算機或終端同時共亨該電路。

2.2 報文交換

報文交換是將用戶的報文存儲在交換機的存儲器中（內存或外存），當所需輸出電路空閑時，再將該報文發往需接收的交換機或終端。這種存儲轉發的方式可以提高中繼線和電路的利用率。

2.3 分組交換

分組交換是將用戶發來的整份報文分割成若干個定長的數據塊（稱為分組或打包），將這些分組以存儲轉發的方式在網內傳輸。第一個分組信息都連有接收地址和發送地址的標識。在分組交換網中，不同用戶的分組數據均采用動態復用的技術傳送，即網絡具有路由選擇，同一條路由可以有不同用戶的分組在傳送，所以線路利用率較高。

3 各種交換方式的適用范圍

3.1 電路交換方式通常應用于公用電話網、公用電報網及電路交換的公用數據網（CSPDN）等通信網絡中。前兩種電路交換方式系傳統方式；后一種方式與公用電話網基本相似，但它是用四線或二線方式連接用戶，適用于較高速率的數據交換。正由于它是專用的公用數據網，其接通率、工作速率、用戶線距離、線路均衡條件等均優于公用電話網。其優點是實時性強、延遲很小、交換成本較低；其缺點是線路利用率低。電路交換適用于一次接續后，長報文的通信。

3.2 報文交換方式適用于實現不同速率、不同協議、不同代碼終端的終端間或一點對多點的同文為單位進行存儲轉發的數據通信。由于這種方式，網絡傳輸時延大，并且占用了大量的內存與外存空間，因而不適用于要求系統安全性高、網絡時延較小的數據通信。

3.3 分組交換是在存儲轉發方式的基礎上發展起來的，但它兼有電路交換及報文交換的優點。它適用于對話式的計算機通信，如數據庫檢索、圖文信息存取、電子郵件傳遞和計算機間通信等各方面，傳輸質量高、成本較低，并可在不同速率終端間通信。其缺點是不適宜于實時性要求高、信息量很大的業務使用。

展望未來，通信網絡將向著綜合業務數字網方向發展，數據、語音、圖像等各種數據通信在各個層次、各個領域得到綜合利用。數據通信在我區公安系統也有廣泛的應用前景。