Det finns två huvudsakliga orsaker till att serien ökar

1) Det är möjligt. Lågkostnadstransistorer har kunnat hantera GHz-omkoppling i ett decennium nu, tillräckligt länge för att kapaciteten ska kunna användas och bli standard.

2) Det är nödvändigt. Om du vill flytta data med mycket hög hastighet mer än några inches. Det här avståndet börjar utesluta mobo till PCI-kortlänkar och definitivt utesluta mobo till hårddisk eller mobo / settopbox för att visa anslutningar.

Anledningen till detta är skev. Om du sänder flera parallella signaler längs en kabel måste de anlända inom en liten bråkdel av samma klockperiod. Detta håller klockfrekvensen nere, så kabelbredden måste öka. När datahastigheterna stiger blir det mer och mer ogynnsamt. Utsikterna att öka takten i framtiden är obefintlig, dubbel eller fyrdubbel ATA någon?

Sättet att döda den skeva demon är att gå serievis. En rad synkroniseras alltid med sig själv, det finns inget som den kan ske med. Linjen bär data som är självklockade. Det vill säga använder ett datakodningsschema (ofta 8b / 10b, ibland mycket högre) som ger en minimal garanterad övergångstäthet som möjliggör klockxtraktion.

Utsikterna att öka datahastigheten eller avståndet in i framtiden är utmärkta. Varje generation ger snabbare transistorer och mer erfarenhet av att skapa mediium. Vi såg hur det spelade ut med SATA, som började med 1,5 Gb / s, sedan gick igenom 3 och nu är 6 Gb / s. Även billiga kablar kan ge tillräckligt konsekvent impedans och rimlig förlust, och utjämnare är inbyggda i gränssnittskisel för att hantera frekvensberoende förlust. Optisk fiber är tillgänglig för mycket långa körningar.

För högre datahastigheter kan flera seriella länkar drivas parallellt. Detta är inte detsamma som att sätta ledare parallellt, som måste matchas i tid till mindre än en klockcykel. Dessa seriella banor behöver bara matchas inom en högnivå dataram, som kan vara µs eller till och med ms lång.

Naturligtvis gäller inte fördelen med databredden kablar och kontakter. Serial gynnar också kretskortsområdet mellan kontakter och chip, chip pinout och chip silicon area.

Jag har en personlig inställning till detta. Som designer som arbetade med programvarudefinierad radio (SDR) från 90-talet och framåt, brukade jag träna på människor som Analog Devices och Xilinx (och alla andra ADC- och FPGA-företag) (de skulle besöka oss då och då) får mig att köra så många parallella differentialanslutningar mellan ADC: er och multi-100 MHz och FPGA, när vi precis började se SATA växa fram för ATA. Vi fick äntligen JESD204x, så nu kan vi ansluta omvandlare och FPGA med bara några seriella linjer.

Varför det inte finns några utbredda systemkommunikationsprotokoll som använder starkt några avancerade moduleringsmetoder för en bättre symbol ränta?

Om den grundläggande kopparförbindelsen mellan två punkter stöder en digital bithastighet som överstiger den datahastighet som behövs för att överföras av "applikationen", varför bry sig då om något annat än standarddifferentialhöghastighetssignalering?

Att använda ett avancerat moduleringsschema görs vanligtvis när "kanalen" har en bandbredd som är mycket mer begränsad än koppar eller fiber.

Om du vill ha ett exempel på något som används ofta, men annorlunda, titta på 1000BASE-T gigabit Ethernet.Det använder parallella kablar och icke-trivial signalkodning.

För det mesta använder människor seriella bussar eftersom de är enkla.Parallella bussar använder mer kabel och lider av signalförskjutning vid höga datahastigheter över långa kablar.

För att lägga till andra fina svar:

Frågorna som noteras i andra svar (framför allt skev mellan parallella signaler och kostnaderna för extra ledningar i kabeln) ökar när avstånden för signalerna ökar.Således finns det ett avstånd där serier blir överlägsna parallella, och det avståndet har minskat i takt med att datahastigheterna har ökat.

Parallell dataöverföring sker fortfarande: insidan av chips och även de flesta signalerna i kretskorten.De avstånd som behövs för externa kringutrustning - och även för interna enheter - är nu för långa och för snabba för att parallella gränssnitt ska kunna förbli praktiska.Således är signalerna som en slutanvändare nu kommer att exponeras för till stor del seriella.

Avancerade moduleringstekniker kräver att du sänder och tar emot analoga signaler.ADC: er och DAC: er som körs på hundratals MHz tenderar att vara dyra och förbrukar en hel del ström.Signalbehandling som krävs för avkodning är också kostsam när det gäller kisel och effekt.

Det är helt enkelt billigare att skapa ett bättre kommunikationsmedium som kan stödja binära signaler.

Varför blev den seriella bitströmmen så vanlig?

Att använda seriella länkar har fördelen att det minskar den fysiska storleken på anslutningen. Moderna integrerade kretsarkitekturer har så många stift på sig att detta skapade ett starkt behov av att minimera de fysiska samtrafikkraven för deras design. Detta ledde till att kretsar utvecklades som arbetar i extrema hastigheter vid gränssnitten mellan dessa kretsar och använder seriella protokoll. Av samma anledning är det naturligt att minimera kraven på fysisk samtrafik någon annanstans i någon annan datalänk.

Den ursprungliga efterfrågan på denna typ av teknik kan också ha sitt ursprung i fiberoptisk dataöverföringsdesign.

När tekniken för att stödja höghastighetslänkar blev mycket vanlig var det bara naturligt att använda den på många andra platser, eftersom den fysiska storleken på seriella anslutningar är så mycket mindre än parallella anslutningar.

Varför finns det inga utbredda systemkommunikationsprotokoll som kraftigt använder vissa avancerade moduleringsmetoder för en bättre symbolhastighet?

På kodningsnivå kan kodningsscheman för digital kommunikation vara så enkla som NRZ (Non-Return to Zero), en lite mer komplicerad Linjekod (t.ex. 8B / 10B), eller mycket mer komplicerat, som QAM (Quadrature Amplitude Modulation).

Komplexitet ökar kostnaden, men valen är också beroende av faktorer som i slutändan är beroende av informationsteori och kapacitetsgränserna för en länk. Shannons lag från Shannon-Hartley Theorem beskriver den maximala kapaciteten för en kanal (tänk på det som "anslutningen" eller "länk"):

Maximal kapacitet i bitar / sekund = bandbredd * Log2 (1 + signal / ljud)

För radiolänkar (något som LTE eller WiFi) kommer bandbredden att begränsas, ofta av lagliga bestämmelser. I dessa fall kan QAM och liknande komplexa protokoll användas för att ta bort den högsta möjliga datahastigheten. I dessa fall är signal / brusförhållandet ofta ganska lågt (10 till 100, eller i decibel 10 till 20 dB). Det kan bara gå så högt innan en övre gräns uppnås under angiven bandbredd och signal / brusförhållande.

För en trådlänk regleras inte bandbredden av något annat än genomförbarheten. Trådlänkar kan ha ett mycket högt signal / brusförhållande, större än 1000 (30 dB). Som nämnts i andra svar är bandbredden begränsad av utformningen av transistorerna som driver tråden och tar emot signalen, och i själva tråden (en överföringsledning).

När bandbredd blir en begränsande faktor men signal / brusförhållande inte är, hittar konstruktören andra sätt att öka datahastigheten. Det blir ett ekonomiskt beslut om man ska gå till ett mer komplext kodningsschema eller gå till mer tråd:

Du ser verkligen seriella / parallella protokoll som används när en enda kabel fortfarande är för långsam. PCI-Express gör detta för att övervinna maskinvarans begränsningar för bandbredd genom att använda flera banor.

I fiberöverföringar behöver de inte lägga till fler fibrer (även om de kanske använder andra om de redan är på plats och inte används). Den kan använda vågdelningsmultiplexing. Generellt görs detta för att tillhandahålla flera oberoende parallella kanaler, och den skeva frågan som nämns i andra svar berör inte oberoende kanaler.

Ta fyra semi-lastbilar med nyttolast. Fyra körfält per sidoväg. För att lastbilarna ska lyckas dra nyttolasten parallellt måste de vara perfekt sida vid sida, man kan inte vara framför eller bakom de andra med mer än en tum kan säga. Kullar, kurvor, spelar ingen roll. Variera för mycket och det misslyckas totalt.

Men låt dem ta en körfält och avståndet mellan dem kan variera. Även om det stämmer linjärt tar det över fyra gånger avståndet från den första lastbilens framsida till den sista för att flytta nyttolasten, men de behöver inte vara perfekt placerade. Precis inom längden på en lastbil måste hytten och nyttolasten och nyttolastens längd vara korrekt placerade och placerade på avstånd.

De går till och med så långt att de är parallella, pcie, nätverk, etc, men även om de är tekniskt flera separata datavägar är de inte parallella eftersom de måste lämna och anlända samtidigt med lastbilanalogin de fyra lastbilarna kan köra på fyra körfält ungefär parallellt men kan variera, lastbilarna är markerade med vilken körfält de anlände så att när de anländer till andra änden kan nyttolasten kombineras till den ursprungliga datamängden. Och / eller varje körfält kan vara en datamängd i serie och genom att ha fler körfält kan du flytta fler datamängder samtidigt.

Som ett tillägg till Dmitry Grigoryev s kommentar.

Analog överföring är alltid mer benägen än digital överföring. En digital seriell överföring har till exempel klockade flanker, där en analog signal på något sätt flyter mellan 0V och VDD. Så störningar är mycket svårare att upptäcka. Man kan ta hänsyn till det och använda differentiell signalering, som gjort i Audio.

Men då stöter du på den hastighet mot noggrannhet av DAC / ADC. Om du måste digitala system prata med varandra är det vettigare att använda en digital överföring, eftersom du inte behöver lite tidskrävande DA-AD-översättning.

Men om du har en analog dator som körs på analoga styrspänningar, finns det fortfarande några runt, de ser ut som analoga modulära syntar i princip, saker och ting är annorlunda, och vanligtvis kan du bara bygga analoga datorer för specifika uppgifter. Rolig presentation på tyska om analog datoranvändning.

När vi pratar om analoga modulära syntar är de också någon form av analoga datorer, speciellt utformade för att göra samtalsberäkningar för att ändra signaler.

Så det finns analog överföring i datorer, men begränsad till mycket specifika fält.