Защо серийното предаване на данни е по-бързо от паралелното предаване на данни?

Връзките на твърдия диск на SATA са по-бързи от по-старите PATA твърди дискови връзки и същото може да се каже за стандартите за външно окабеляване, но това е контра-интуитивно: защо паралелното предаване не е по-бързо?

Днешната сесия за въпроси и отговори идва при нас с любезното съдействие на SuperUser - подразделение на Stack Exchange, групирано от общността уеб сайтове за въпроси и отговори.

Въпроса

Свръхпотребителски четец Скромен е любопитен за скоростта на пренос на данни от паралелни и серийни връзки:

Интуитивно бихте си помислили, че паралелното предаване на данни трябва да бъде по-бързо от предаването на серийни данни; паралелно прехвърляте много битове по едно и също време, докато в сериал правите по една по малко.

Така че това, което прави SATA интерфейси по-бързи от PATA, PCI-e устройства по-бързи от PCI, и серийни портове по-бързи от паралелни?

Въпреки че е лесно да попаднете в разсъжденията, че SATA е по-нова от PATA, трябва да има по-конкретен механизъм на работа, отколкото само възрастта.

Отговорът

Сътрудникът на SuperUser Mpy предлага известна представа за естеството на типовете предавания:

Не можете да го формулирате по този начин.

Серийното предаване е по-бавно от паралелното предаване същата честота на сигнала. С паралелно предаване можете да прехвърляте една дума на цикъл (например 1 байт = 8 бита), но със серийно предаване само част от него (например 1 бит).

Причината, поради която съвременните устройства използват серийно предаване, е следната:

• Не можете да увеличавате честотата на сигнала за паралелно предаване без ограничение, тъй като по проект всички сигнали от предавателя трябва да пристигнат в приемника на по същото време. Това не може да се гарантира за високи честоти, тъй като не можете да гарантирате, че време за пренос на сигнал е равен за всички сигнални линии (помислете за различни пътеки на дънната платка). Колкото по-висока е честотата, толкова по-малки различия имат значение. Следователно приемникът трябва да изчака, докато всички сигнални линии бъдат уредени - очевидно чакането намалява скоростта на предаване.
• Друга добра точка (от този пост) е, че трябва да се помисли прослушване с паралелни сигнални линии. Колкото по-висока е честотата, толкова по-изразена е взаимната връзка, а с нея и по-голямата вероятност от повредена дума и необходимостта от препредаване. [1]

Така че, дори ако прехвърляте по-малко данни на цикъл със серийно предаване, можете да преминете към много по-високи честоти, което води до по-висока нетна скорост на трансфер..

[1] Това също обяснява защо UDMA-кабелите (Parallel ATA с повишена скорост на трансфер) са имали два пъти повече жици, отколкото щифтове. Всеки втори проводник бе заземен, за да се намали разсейването.

Скот Чембърлейн повтаря отговора на Myp и разширява икономиката на дизайна:

Проблемът е синхронизацията.

Когато изпращате успоредно, трябва да измерите всички линии точно в същия момент, докато се движите по-бързо, размерът на прозореца за този момент става по-малък и по-малък, в крайна сметка може да стане толкова малък, че някои от кабелите все още да се стабилизират докато други са готови, преди да избягате от времето.

Чрез изпращане на сериен номер вече няма нужда да се тревожите за всички стабилизиращи линии, само за един ред. И е по-евтино да направите една линия стабилизираща 10 пъти по-бързо, отколкото да добавите 10 линии със същата скорост.

Някои неща като PCI Express правят най-доброто от двата свята, правят паралелен набор от серийни връзки (16x портът на вашата дънна платка има 16 серийни връзки). По този начин не е необходимо всяка линия да бъде в перфектна синхронизация с другите линии, само докато контролерът на другия край може да пренарежда „пакетите“ от данни, когато те влязат в правилния ред.

Страницата Работи с материалите за PCI-Express прави много добро проучване в дълбочина за това как PCI Express в сериал може да бъде по-бърз от PCI или PCI-X паралелно.

TL; DR версия: По-лесно е да направите една връзка 16 пъти по-бърза от 8 връзки, които отиват 2 пъти по-бързо, след като стигнете до много високи честоти.

Имате ли какво да добавите към обяснението? Звукът е изключен в коментарите. Искате ли да прочетете повече отговори от други технологични потребители на Stack Exchange? Вижте пълната тема за дискусия тук.