数据通信——计算机基础

通信系统的组成

通信系统是指从一个地方向另外一个地方传递和交换信息，实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒体的总和。通信系统一般由信源、发送设备、信道、接收设备、信宿以及噪声源组成，以下是各部分的具体介绍：

信源

信源是产生各种信息的源头，如：说话的声音、计算机中的数据、摄像头拍摄的图像等。信源可以分为模拟信源和数字信源，模拟信源产生连续变化的模拟信号，数字信源则产生离散的数字信号。

发送设备

发送设备的作用是将信源产生的信息信号进行处理，使其变成适合在信道中传输的信号形式。常见的处理方式有编码、调制等。例如，在数字通信中，会将数字信号进行编码，增加冗余信息以提高传输的可靠性；然后通过调制将数字信号转换为适合在高频信道中传输的模拟信号。

信道

信道是信号传输的通道，用于连接发送设备和接收设备。信道可以是有线的，如双绞线、同轴电缆、光纤等；也可以是无线的，如自由空间、电离层等。不同的信道具有不同的传输特性，如带宽、衰减、干扰等，这些特性会影响信号的传输质量和传输距离。

接收设备

接收设备的功能与发送设备相反，它的任务是从接收到的信号中恢复出原始的信息信号。接收设备首先要对信道传来的信号进行解调、解码等处理，将其还原为数字或模拟信号，然后再进行放大、滤波等处理，以提高信号的质量，最后输出给信宿。

信宿

信宿是信息的接收者，可以是人，也可以是机器设备，如手机、计算机等。信宿负责接收并处理来自接收设备的信息，将其转换为人们能够理解或机器能够处理的形式，如声音、图像、文字等。

噪声源

噪声源的噪声是通信系统中不可避免的干扰因素，它会对信号的传输产生影响，降低信号的质量。噪声源可以来自外部环境，如大气噪声、工业噪声等；也可以来自通信系统内部，如电子设备中的热噪声、散粒噪声等。在通信系统的设计和分析中，需要考虑噪声的影响，并采取相应的措施来抑制噪声，提高信号的抗干扰能力。

数据通信的方式

通信方式是指信息在发送者和接收者之间传递的方法和形式，数据通信按照不同方式可以分为：数据传输方向、数据传输的同步方式、数据传输的编码方式、数据传输的复用方式。

按数据传输方向分类

单工通信：数据只能在一个方向上传输，发送端和接收端是固定的。例如，广播电台向听众播放节目，电台是发送端，听众的收音机是接收端，信息只能从电台传向收音机，而不能反向传输。

半双工通信：数据可以在两个方向上传输，但不能同时进行。例如，对讲机通信，一方讲话时，另一方只能听，等一方讲完后，另一方才能回复，同一时刻只能有一个方向的数据传输。

全双工通信：数据可以在两个方向上同时进行传输。例如，打电话时，双方可以同时说话，同时接收对方的声音，发送和接收数据的操作可以同时进行。

按数据传输的同步方式分类

同步通信：通信双方使用同一个时钟信号来同步数据的传输。发送方在时钟信号的控制下，按照固定的时间间隔发送数据；接收方也根据这个时钟信号来接收数据，确保接收的数据位与发送的数据位在时间上准确对应。这种方式数据传输效率高，但对时钟同步要求严格，常用于高速数据传输场景，如计算机内部的数据总线、网络中的高速以太网等。

异步通信：通信双方不需要使用同一个时钟信号来同步。发送方可以在任意时刻发送数据，接收方通过检测数据中的起始位和停止位来确定数据的开始和结束，从而实现数据的接收。异步通信的优点是实现简单，对时钟要求不高，但数据传输效率相对较低，常用于低速数据传输场景，如串口通信、键盘与计算机的通信等。

按数据传输的编码方式分类

模拟数据编码：将模拟数据转换为适合在模拟信道上传输的模拟信号。常见的编码方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等。例如，传统的广播电台就是采用模拟数据编码方式，将声音信号调制到高频载波上进行传输。

数字数据编码：将数字数据转换为适合在数字信道或模拟信道上传输的数字信号或模拟信号。在数字信道上传输时，常用的编码方式有不归零码（NRZ）、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等；在模拟信道上传输时，需要先将数字数据进行调制，转换为模拟信号，常见的调制方式有幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等。例如，计算机通过调制解调器与电话线连接进行数据传输时，就是将数字数据采用相应的调制方式转换为模拟信号在电话线上传输。

按数据传输的复用方式分类

频分复用（FDM）：将不同频率的信号分配到不同的频段上进行传输，各路信号在频域上是分开的，但在时间上是重叠的。例如，有线电视系统就是采用频分复用技术，将多个电视频道的信号分别调制到不同的频率上，通过同一根电缆进行传输，用户通过调谐不同的频率来接收不同的频道信号。

时分复用（TDM）：将时间分成若干个时隙，各路信号在不同的时隙内轮流传输，各路信号在时间上是分开的，但在频域上是重叠的。例如，在数字电话系统中，多个用户的语音信号通过时分复用技术，被分配到不同的时隙中进行传输，在接收端再根据时隙的分配将各路信号分离出来。

波分复用（WDM）：主要用于光纤通信中，是将不同波长的光信号复用在一根光纤中进行传输。由于不同波长的光在光纤中具有不同的传输特性，因此可以将多个波长的光信号看作是相互独立的信道，从而实现多路光信号的复用传输。例如，一根光纤可以同时传输多个不同波长的光信号，每个波长对应一个不同的通信信道，大大提高了光纤的传输容量。

注：有不当之处，请批评指正！谢谢~