Proč je sériový přenos dat rychlejší než paralelní přenos dat?

Připojení pevného disku SATA je rychlejší než starší připojení pevného disku PATA a to samé lze říci i pro standardy externí kabeláže, ale to je proti-intuitivní: proč by paralelní přenos nebyl rychlejší?

Dnešní zasedání Otázky a odpovědi nás přichází s laskavým svolením SuperUser - podřízené rozdělení Stack Exchange, které je založeno na komunitě prostřednictvím skupin webových stránek.

Otázka

Snímač SuperUser Modest je zvědavý na rychlost přenosu dat u paralelních a sériových připojení:

Intuitivně byste si mysleli, že paralelní přenos dat by měl být rychlejší než přenos sériových dat; paralelně přenášíte více bitů najednou, zatímco v seriálu děláte jeden po druhém.

Takže to, co dělá rozhraní SATA rychleji než PATA, zařízení PCI-e rychleji než PCI a sériové porty rychleji než paralelně?

I když je snadné se dostat do úvahy, že SATA je novější než PATA, musí existovat konkrétnější mechanismus v práci než jen věk.

Odpověď

Doprovodný uživatel služby SuperUser Mpy nabízí určitý pohled na povahu typů přenosu:

Nemůžete to formulovat takto.

Sériový přenos je pomalejší než při paralelním přenosu stejná frekvence signálu. Při paralelním přenosu můžete přenést jedno slovo na jeden cyklus (např. 1 byte = 8 bitů), ale sériovým přenosem pouze zlomek (např. 1 bit).

Důvod, proč moderní zařízení používá sériový přenos, je následující:

• Nelze zvýšit frekvenci signálu pro paralelní přenos bez omezení, protože podle návrhu všechny signály z vysílače musí dorazit na přijímač na stejný čas. To nemůže být zaručeno u vysokých frekvencí, protože nemůžete zaručit, že doba přechodu signálu je stejná pro všechny signály (myslete na různé cesty na základní desce). Čím vyšší je frekvence, tím drobnější rozdíly jsou důležité. Přijímač proto musí počkat, dokud nebudou všechny řádky signálu vypořádány - očividně čekání snižuje přenosovou rychlost.
• Dalším dobrým bodem (z tohoto příspěvku) je, že je třeba zvážit crosstalk s paralelními signálovými linkami. Čím vyšší je četnost, tím výraznější přeslech je a s čím vyšší je pravděpodobnost poškozeného slova a potřeba jej znovu vysílat. [1]

Takže i když přenášíte méně dat na cyklus se sériovým přenosem, můžete přejít na mnohem vyšší frekvence, což vede k vyšší čisté přenosové rychlosti.

[1] To také vysvětluje, proč UDMA-kabely (paralelní ATA se zvýšenou přenosovou rychlostí) měly dvakrát více vodičů než kolíky. Každý druhý vodič byl uzemněn pro snížení přeslechu.

Scott Chamberlain odráží odpověď Mypa a rozšiřuje ekonomiku designu:

Problémem je synchronizace.

Když posíláte paralelně, musíte měřit všechny řádky v přesně stejném okamžiku, jak rychleji jdete, velikost okna se pro tento okamžik stává menší a menší, nakonec se může dostat tak malá, že některé z vodičů se mohou stále stabilizovat zatímco jiné jsou dokončeny dříve, než se nedostanete.

Odesláním seriálu již nemusíte dělat starosti se všemi liniami, které se stabilizují, pouze jedním řádkem. A je nákladově efektivnější, aby se jeden řádek stabilizoval 10 krát rychleji než přidat 10 řádků se stejnou rychlostí.

Některé věci, jako PCI Express, dělají to nejlepší z obou světů, dělají paralelní sériové připojení (16x port na základní desce má 16 sériových připojení). Tím, že každý řádek nemusí být v dokonalé synchronizaci s ostatními řádky, jen tak dlouho, dokud regulátor na druhém konci může změnit pořadí "paketů" dat při jejich použití pomocí správného pořadí.

Stránka How Works Works for PCI-Express velmi dobře vysvětluje, jak může být PCI Express sériově rychlejší než PCI nebo PCI-X paralelně.

TL; DR Verze: Je jednodušší, aby jedno připojení bylo 16krát rychlejší než 8 připojení jdou dvakrát rychleji, jakmile se dostanete na velmi vysoké frekvence.

Musíte něco přidat k vysvětlení? Vypadněte v komentářích. Chcete se dozvědět více odpovědí od ostatních uživatelů technologie Stack Exchange? Podívejte se na celý diskusní příspěvek zde.