Por que a transmissão de dados serial é mais rápida do que a transmissão de dados paralela?

As conexões de disco rígido SATA são mais rápidas do que as conexões de disco rígido PATA mais antigas e o mesmo pode ser dito para os padrões de cabeamento externo, mas isso é contra-intuitivo: por que a transmissão paralela não seria mais rápida?

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A questão

O leitor de superusuário Modest está curioso sobre as taxas de transferência de dados de conexões paralelas e seriais:

Intuitivamente, você pensaria que a transmissão de dados paralela deveria ser mais rápida do que a transmissão de dados serial; em paralelo, você está transferindo muitos bits ao mesmo tempo, enquanto em serial você está transferindo um bit de cada vez.

Então, o que torna as interfaces SATA mais rápidas que PATA, dispositivos PCI-e mais rápidos que PCI e portas seriais mais rápidas que paralelas?

Embora seja fácil cair no raciocínio de que SATA é mais recente que PATA, deve haver um mecanismo mais concreto em ação do que apenas a idade.

A resposta

O contribuidor do superusuário Mpy oferece algumas dicas sobre a natureza dos tipos de transmissão:

Você não pode formular desta forma.

A transmissão serial é Mais devagar do que a transmissão paralela, dada a mesma frequência de sinal . Com uma transmissão paralela, você pode transferir uma palavra por ciclo (por exemplo, 1 byte = 8 bits), mas com uma transmissão serial apenas uma fração dela (por exemplo, 1 bit).

O motivo pelo qual os dispositivos modernos usam a transmissão serial é o seguinte:

• Você não pode aumentar a frequência do sinal para uma transmissão paralela sem limite, porque, por design, todos os sinais do transmissor precisam chegar ao receptor em o mesmo tempo . Isso não pode ser garantido para altas frequências, pois você não pode garantir que o tempo de trânsito do sinal é igual para todas as linhas de sinal (pense em caminhos diferentes na placa-mãe). Quanto mais alta a frequência, mais pequenas diferenças importam. Conseqüentemente, o receptor precisa esperar até que todas as linhas de sinal sejam estabelecidas - obviamente, a espera diminui a taxa de transferência.
• Outro ponto bom (de Cabos UDMA (ATA paralela com velocidade de transferência aumentada) tinha duas vezes mais fios do que pinos. Cada segundo fio foi aterrado para reduzir a diafonia.

Scott Chamberlain ecoa a resposta de Myp e expande a economia do design:

O problema é a sincronização.

Quando você envia em paralelo você deve medir todas as linhas no mesmo momento, conforme você vai mais rápido o tamanho da janela naquele momento fica cada vez menor, eventualmente pode ficar tão pequeno que alguns dos fios podem ainda estar se estabilizando enquanto outros terminam antes que você fique sem tempo.

Com o envio serial você não precisa mais se preocupar com a estabilização de todas as linhas, apenas uma linha. E é mais econômico fazer uma linha estabilizar 10 vezes mais rápido do que adicionar 10 linhas na mesma velocidade.

Algumas coisas como o PCI Express fazem o melhor dos dois mundos, eles fazem um conjunto paralelo de conexões seriais (a porta 16x em sua placa-mãe tem 16 conexões seriais). Fazendo isso, cada linha não precisa estar em perfeita sincronia com as outras linhas, contanto que o controlador na outra extremidade possa reordenar os pacotes de dados conforme eles chegam na ordem correta.

O Página Como funciona o material para PCI-Express explica muito bem como o PCI Express em série pode ser mais rápido do que o PCI ou PCI-X em paralelo.

TL; Versão DR: É mais fácil fazer uma única conexão 16 vezes mais rápida do que 8 conexões duas vezes mais rápidas quando você atinge frequências muito altas.

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