串行、并行都是什么？为什么串行可以高速？

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一说起接口，就不得不提到串行和并行，而且近几年主要看到的接口一般都是串行接口，似乎并行接口已经成为明日黄花。那么，串行和并行究竟有什么区别，串行比并行好在哪里呢？

首先让我们了解一下常见的并行接口有哪些：
ISA，并行8位/16位，除了线切割这种用途之外早就已经被淘汰了。

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PCI，最常见的是并行32位，处于淘汰的边缘，133MB/s。

“口径不一样，你插不进去！”——傻傻分不清的PCI大家族[ECD]

ETAC计算机辞典（ECD）——不定期更新的科普类文章，篇幅较短（方便阅读，也不至于让我太容易拖更），按照字母顺序分类（但是是乱序更新的），集齐一定数量后整理成目录，方便查阅（和收藏）。ETAC/E/

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ATA，俗称“IDE”，也就是并口的硬盘，最高133MB/s已经被SATA取代。

LPT，当年的打印机接口，已经被USB取代。

顺便再了解一下常见的串行接口有哪些：

USB，最高10GT/s（约1GB/s）

PCI-E。

PCI-E的针脚定义的简单讲解

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雷电接口，最高约40GT/s。

详细解析雷电接口——生不逢时还是命中注定？

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SATA，最高约600MB/s。

硬盘的那些事2——五花八门的硬盘接口（上）

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可以看出，并行接口已经所剩无几，而且速度比较慢，那么——
为什么会变成这样呢？

待我慢慢道来。

首先，众所周知，在计算机中，数据都是以二进制存在的，也就是简单的0和1，传输这种信号的时候用电压的低和高来表示就能传输了。

打个比方，用一群站方阵的人来表示数据，串行传输就是让这些人一个接一个地走出去，而并行传输就是让这些人一行一行地走，至于一行有多长，就是传输的位宽（也就是上文中说的8位、16位等）。

可以看出，在传输的频率相同（也就是每个人走的速度相同）的情况下并行接口的速度数倍于串行接口，而且位宽越大，速度就越快（所以64位的PCI-X在速度上可以和PCI-E较量了）。

但是，事实上，绝大多数串行接口速度都很快，甚至比并行接口快得多，这又是为什么呢？

之前说过，传输的频率相同，并行比串行快。但是，串行可以做到更高的频率（实际上能达到并行的数倍），所以速度自然就比较快了。

那为什么并行不能提高频率到串行接口的水平呢？

还是拿站方阵来打比方，如果是并行的一行一行走，就要保证每一行中每一个人的速度相同，否则就会乱，在数据上表现为传输错误，传输错误就要重新传输，速度就会慢下来。而且速度越快，就越难保持每一行的同步，就像在同一条公路上8个人开拖拉机比8个人开跑车更容易同步一样。而串行就不同了，相当于每一个人开跑车都把油门踩到底，只要车不坏，速度慢不下来。

那为什么很多比较老的接口用并行呢？

其实关键就在于频率上。
串行传输，想要高速度，就要控制器（实际上是芯片）的频率很高，而当年的工艺比较老旧，频率根本就提不起来（有一种东西叫功耗曲线，感兴趣的话可以去自行了解），盲目提高频率（典型的例子就是奔腾4）会带来难以控制的高功耗和高发热，所以，当年的接口频率很低，也因此，并行接口在低频率下也可以做到并行数据的同步（就像8个开拖拉机的比较容易排成一行），也就能解释为什么当年的COM串口速度非常慢。但是，随着半导体工艺的不断演进，控制器的频率也就可以越来越高，然而并行传输在如此高的频率下很难保证同步问题（比如ATA就从33M到66M、100M，最后到达133M时接近极限），所以，高速的串行接口就走上历史舞台，因为没有多位数据的同步问题，所以速度可以进一步提高，只要控制器频率允许。

但是，串行接口也会受到控制器频率的限制，所以，这时候就可以用多个通道来提高速度，典型的例子就是PCI-E，常见的最高16通道。但是，虽然多个通道可以同时传输，但是这依然是串行的，这该如何理解呢？

这就相当于将一个大方阵拆成若干个小方阵，将这些方阵按照通道数量分别按位串行传输，所以没有并行接口的同步问题（相当于多条公路，在不同的公路上可以同时开跑车和拖拉机，速度不同也可以同时运行）。而且这样的串行传输还可以弹性分配，就比如PCI-E可以有X1/X2(没有X2的插槽)/X4/X8/X16，即使通道数不同（比如X8设备插在X16插槽上）也能正常工作。

串行接口在成本上也更有优势。因为数据是一位一位传输的，所以在单端信号下只需要2根线就可以传输1路串行信号，即使提高频率下的差分信号也只需要3根线就可以了。而8bit并行信号在单端信号下就需要至少9根线，差分信号下会达到至少17根线。现在看来，消耗更多的线还速度更慢，只要智商还在线就会选择串行接口。

差分信号是什么（再次纠错补充版1.2）

Mizuiro-Aqua/ETAC/E/Com我再次检讨，以后一定多查资料，尽量避免口胡。因为我才发现USB2.0也是差分信号，双向共用同一个差分通道……但愿这次我说的是正确的……我现在的状态。‍传统

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总之，串行之所以取代并行，是时代发展的结果，并不是说并行接口天生就比较差，只是适合并行接口的时代已经过去。当然，随着控制器（芯片）的工艺遭遇瓶颈，频率难以进一步提高，串行传输也难以提高速度（就比如PCI-E4.0姗姗来迟），所以未来接口该如何发展还是一个未知数