为什么要使用半双工?

为什么要使用半双工?

我知道什么是全双工和半双工,但是在各方面全双工都具有更多优势,那么为什么要使用半双工呢,换句话说:在全双工连接中,带宽加倍并且不会发生碰撞,那么为什么会有半双工并且它并没有消失?

答案1

全双工的要求比半双工高。

全双工通常通过两条独立的数据路径实现。这意味着两组线路、独立的传输和接收电子设备以及一个同时具有输入和输出缓冲器和电子设备的控制器。

半双工更简单,要求较低,只需要某种形式的协议来处理或避免冲突。如果所有传输大多是单向的,那么全双工比半双工的优势很小,而且成本更高。此外,如果大多数传输都很小(鼠标、键盘等),那么全双工也是一种浪费。

USB1 和 USB2 是半双工的。它只有一个双向信号对。虽然我们将硬盘和 USB 棒连接到它们,但硬盘是我们唯一一次接近饱和连接的情况。USB 棒的传输速度通常为 5-15MB/s,为其他设备留下了足够的带宽。直到最近,更典型的高速设备才变得更加普遍。

USB3 具有独立的 TX 和 RX 对,旨在实现更快的传输,因此集成全双工控制更有意义。我们将其用于多千兆位数据传输和显示以及其他设备。在更高的速度下,冲突会导致更多的停机时间,并且在需要重新传输事务的情况下需要越来越大的缓冲区,因此集成全双工更有意义。

一般来说,你需要问的问题不是“为什么不是每个人都使用全双工?”而是“需要全双工和额外的设计成本、额外的电子设备、包含更多电线的电缆等等?”

答案2

除了一些网络连接(例如,路由器到互联网,服务器到本地网络)外,大多数用途 - 无论是老式串行或并行、USB、以太网或几乎任何其他接口,都是大多始终或大部分时间都朝一个方向。以下是低速和高速(相对)连接的一些示例:

  • 键盘、鼠标、其他用户输入 - 几乎全部从设备到主机,很少有(例如,某些配置、设置键盘灯)从其他方向输入
  • 相机(静态或视频)——几乎所有设备都可以作为主机
  • 打印机 - 几乎所有主机到设备
  • 扫描仪 - 几乎所有设备都连接到主机
  • 多功能打印机/扫描仪 - 在几乎所有情况下,任何时候都只真正执行一项功能 - 打印(主机到设备)或扫描(设备到主机)
  • 网络 - 除一些例外情况外,大多数普通用户计算机网络的使用在任何时间点都是单向的 - 例如,将视频从路由器/互联网传输到计算机,将文件从计算机上传到路由器/互联网。如果共享文件或任何类型的服务器(Web 服务器、文件服务器等)的使用量很大,那么就会出现一些重叠,而这些情况确实受益于全双工连接。

如今,有一些更加对称的常规用途——Zoom 和其他视频会议既有输出的视频流,也有输入的视频流。但典型的使用情况是每个方向都有几兆比特,即使是 100 兆半双工连接也应该能够处理,并且有足够的空间。

最终结果:由于竞争的原因,每一分钱都花在小东西(USB 设备)上,每一美元都花在大东西(计算机)上,制造商会在可能的情况下使用半双工连接,前提是它对可用性没有明显的影响。

答案3

有些协议本质上是发送并等待的,包括 USB 2(及以下)、Modbus 和 1-wire 协议。在这些协议中,有一个控制器和几个设备。控制器询问设备,并等待回复。在设备回复(或超时)之前,控制器无法询问其他设备。对于这些协议,拥有不同的回复路径几乎没有优势。

答案4

半双工几乎总是更高效、更快。

对于任何数据通道,带宽都是有限的,声明“全双工”并不能改变这一点。您的 DSL 线路必须将其带宽的不同部分分配给上传和下载。Wifi 信号只能传输这么多,否则它们会开始产生干扰。通常,如果您为上传分配更多带宽,则下载的带宽会减少,反之亦然。几乎所有媒体都是如此。

您可以通过两根电线来实现到某处的全双工,但是每个方向只能使用全带宽的一半,因为如果一方更忙,您可以让两根电线都朝同一方向传输数据。

除非您期望两个方向上的数据量始终完全相同,否则全双工没有什么意义。更有意义的是,在给定时间内为需要交谈的人充分利用带宽,以便他们可以快速完成要说的内容,让其他人说话。如果您还记得调制解调器和 V.92 标准的速度飞跃,那是因为能够从全双工切换到半双工模式,从而实现了这一点。因此它可以将整个带宽专用于下载,而不是不断保留一些带宽用于上传。半双工使速度明显加快。

此外,全双工多点协议的实现难度要大得多。当您有十几个设备连接到同一条 I2C、CAN-BUS、RS485 或诸如此类的线路时,那么谁是全双工连接呢?每个人都能听到每个人说的话。

在有限的情况下,全双工有时确实有意义,有时您实际上拥有额外的带宽,因此可以在未使用的信道上浪费一些带宽,因为吞吐量的提高是值得的,或者它的用途特性使全双工更加自然。想到了短距离大容量存储接口,例如 SATA。您预计两个方向上都会有大量流量,而当只需要传输几英尺时,闲置铜线的成本就不是什么大问题了。

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