Casi todas las comunicaciones de datos que utilizan conductores eléctricos (cables, trazas de cobre en placas de circuitos, etc.) usan alguna combinación de voltaje o corriente, y tiempo para representar dígitos binarios (bits). Por ejemplo, el valor de un bit puede representarse por un voltaje o corriente en cualquiera de los dos rangos, comúnmente descritos como ‘alto’ o ‘bajo’. En lógica positiva, un bit ‘1’ estará representado por un voltaje ‘alto’ presente en un conductor, mientras que un bit ‘0’ estará representado por un voltaje ‘bajo’. Los voltajes específicos difieren según la tecnología de comunicación de datos que se utiliza, y hay rangos de voltaje que son ‘ilegales’, en el sentido de que un sistema que funcione correctamente nunca enviará dichos voltajes. Solo se pueden usar los niveles de voltaje válidos. Un voltaje que existe en uno de los rangos válidos se llama nivel lógico. A veces, un bit está representado por un cambio de nivel lógico en un conductor.
El método de transferencia de datos de un dispositivo a otro requiere que los dos dispositivos utilicen algún método de sincronización. Se puede capturar un nivel lógico en un solo conductor en un instante en el tiempo. Esto se realiza comúnmente con un bloque lógico llamado flip-flop. El tipo de flip-flop utilizado tiene dos entradas: una para el bit de datos y otra que se utiliza para indicar al flip-flop que capture y retenga los datos en la entrada de datos. Cuando se usa de tal manera, el flip-flop se llama pestillo; bloquea el bit de datos en un instante en el tiempo. Otros circuitos en el dispositivo pueden leer la salida del flip-flop, que tendrá un valor que representa el último valor bloqueado. En algún momento posterior, el enclavamiento se puede restablecer, y el siguiente bit de datos de entrada se puede enclavar posteriormente. Se puede realizar una serie de tales acciones (por lo tanto, datos en serie y puertos en serie), hasta que se transfiera el valor de un byte de datos.
Hay muchos protocolos y métodos diferentes de uso común para enviar y recibir datos digitales de esta manera. Utilizan diferentes voltajes y métodos de temporización para serializar y deserializar los datos, dando a los protocolos diferentes propiedades que los hacen adecuados para tareas particulares. Algunos protocolos pueden transmitir varios bits de datos en múltiples conductores al mismo tiempo o ‘en paralelo’. Todos los protocolos tienen algún método definido para sincronizar el tiempo entre el emisor y el receptor. Puede incluir la definición de intervalos de tiempo específicos que cada dispositivo utiliza para enviar / capturar bits (RS-232, Ehternet), o se pueden incluir señales adicionales en el cableado para proporcionar sincronización (interfaz paralela Centronics, GPIB). Los diferentes protocolos utilizan variaciones de estos principios básicos.
El funcionamiento interno de una CPU y sus buses externos funciona de manera muy similar, para leer una memoria de escritura y dispositivos periféricos. Algunos tipos de buses se usan tanto para la comunicación interna dentro de un solo sistema, como para transferir datos entre sistemas separados (I2C, SPI, incluso USB).
