Σειριακή & παράλληλη μεταφορά δεδομένων (εκτός ύλης)

Η μεταφορά δεδομένων ανάμεσα σε δύο κυκλώματα ενός ψηφιακού συστήματος ή ανάμεσα σε δύο ανεξάρτητα ψηφιακά συστήματα (που μπορεί να βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση μεταξύ τους) μπορεί να γίνει με δύο τρόπους: σειριακά ή παράλληλα. Στη σειριακή μεταφορά των δεδομένων τα bits της πληροφορίας μεταφέρονται σειριακά το ένα μετά το άλλο. Στην παράλληλη μεταφορά των δεδομένων τα bits της πληροφορίας μεταφέρονται ταυτόχρονα σε ομάδες των Ν bits.

Για τη μεταφορά των bits της πληροφορίας χρησιμοποιούνται συνήθως ηλεκτρικές συνδέσεις. Κατά τη σειριακή μετάδοση των δεδομένων χρησιμοποιείται μόνο ένας αγωγός, ενώ κατά την παράλληλη μεταφορά  χρησιμοποιούνται τόσοι αγωγοί, όσα είναι τα bits της πληροφορίας που μεταφέρονται παράλληλα. Στη σειριακή
μετάδοση ο χρόνος ο οποίος χρειάζεται είναι ίσος με το χρόνο μετάδοσης ενός bit πολλαπλασιαζόμενο επί το πλήθος των bits. Στην παράλληλη μεταφορά ο χρόνος ο οποίος χρειάζεται είναι ίσος με το χρόνο μετάδοσης ενός bit. Επομένως ο χρόνος της σειριακής μετάδοσης Ν bits είναι Ν φορές μεγαλύτερος από τον χρόνο παράλληλης μετάδοσης. Για τη σύγκριση των δύο τρόπων μετάδοσης χρησιμοποιούμε τις έννοιες του χρόνου μετάδοσης και του κόστους. Στη σειριακή μετάδοση χρειαζόμαστε περισσότερο χρόνο συγκριτικά με την παράλληλη, αλλά κερδίζουμε σε κόστος αφού χρησιμοποιούμε μόνο έναν αγωγό για τη μεταφορά των δεδομένων.

Μπορούμε να σκεφτούμε παρόμοιες έννοιες από την καθημερινή μας ζωή. Για παράδειγμα η κίνηση των αυτοκινήτων από ένα δρόμο με μία λωρίδα κυκλοφορίας γίνεται σειριακά, το ένα αυτοκίνητο πίσω από το άλλο. Σε ένα δρόμο με πολλές λωρίδες κυκλοφορίας κινούνται πολλά αυτοκίνητα ταυτόχρονα. Φυσικά ο χρόνος που χρειάζεται για να κινηθεί ένας αριθμός αυτοκινήτων στο δρόμο με την μία λωρίδα είναι μεγαλύτερος από το χρόνο που απαιτείται για να κινηθεί ο ίδιος αριθμός αυτοκινήτων μέσω του δρόμου με τις πολλές λωρίδες, ο οποίος όμως έχει μεγαλύτερο κόστος κατασκευής.

Συνήθως η μεταφορά των δεδομένων μέσα σε ένα ψηφιακό σύστημα γίνεται παράλληλα, έτσι ώστε να είναι όσο το δυνατόν ταχύτερο το σύστημα, ενώ για την μεταφορά των δεδομένων ανάμεσα σε δύο ψηφιακά συστήματα επιλέγεται η σειριακή μετάδοση εξασφαλίζοντας το ελάχιστο κόστος αφού χρησιμοποιούμε μόνο έναν αγωγό.

Χρησιμοποιούμε ένα καταχωρητή παράλληλης εισόδου-σειριακής εξόδου PISO για το σύστημα που στέλνει τα δεδομένα (πομπός-transmitter) και έναν καταχωρητή σειριακής εισόδου-παράλληλης εξόδου SIPO για το σύστημα που λαμβάνει τα δεδομένα (δέκτης-receiver). Για να μεταφερθούν Ν bits σειριακά μεταξύ των δύο
συστημάτων, αρχικά φορτώνεται ο καταχωρητής PISO του πομπού παράλληλα με τόσα bits όσα είναι το μήκος του. Συνήθως, ο καταχωρητής SIPO του δέκτη έχει το ίδιο μήκος με τον καταχωρητή του πομπού. Αφού φορτωθεί η πληροφορία των m bit στον καταχωρητή του πομπού αρχίζει να ολισθαίνει σειριακά με τους παλμούς του ρολογιού του PISO καταχωρητή. Αντίστοιχα, ο καταχωρητής SIPO ολισθαίνει σειριακά τα δεδομένα που δέχεται στη σειριακή του είσοδο με τους παλμούς του ρολογιού του. Κάθε φορά που μεταφέρονται m bit πληροφορίας αυτά θα είναι διαθέσιμα στις παράλληλες εξόδους του καταχωρητή SIPO του δέκτη. Φυσικά για να γίνεται σωστά η μεταφορά των δεδομένων θα πρέπει το ρολόι του καταχωρητή PISO του πομπού να είναι ίδιο με το ρολόι του καταχωρητή SIPO. Η ύπαρξη αυτού του κοινού ρολογιού μεταξύ των δύο συστημάτων εξασφαλίζει το συγχρονισμό τους για την σωστή μεταφορά της πληροφορίας. Ο συγχρονισμός αυτός εξασφαλίζεται με διάφορους τρόπους. Ο πιο απλός είναι να υπάρχει ένα κοινό ρολόι μεταξύ των δύο συστημάτων και αυτός ο τρόπος συνηθίζεται για την μεταφορά της πληροφορίας μεταξύ των δύο συστημάτων που βρίσκονται σε μικρή απόσταση μεταξύ τους. Για συστήματα που βρίσκονται σε μεγάλες αποστάσεις μαζί με τα δεδομένα της πληροφορίας στέλνονται και bits τα οποία χρησιμοποιούνται για το συγχρονισμό μεταξύ των δύο συστημάτων. Ειδικά ολοκληρωμένα κυκλώματα έχουν αναπτυχθεί για τη μετάδοση παράλληλων δεδομένων σειριακά. Αυτά τα
ολοκληρωμένα είναι γνωστά με την ονομασία UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter).

Στη σειριακή μεταφορά ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων μετριέται σε bits ανά δευτερόλεπτό (bits/sec ή bps). Λόγω του ότι ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων είναι συνήθως μεγάλος, χρησιμοποιούνται τα πολλαπλάσια Kbit/sec (1Kbit=1.000 bit), Mbit/sec (1Mbit=1.000.000 bit), Gbit/sec (1Gbit=1.000.000.000 bit), κοκ. Στην παράλληλη μεταφορά ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων μετριέται σε Bytes ανά δευτερόλεπτο (Bytes/sec) και σε πολλαπλάσιά του KByte/sec, MBytes/sec, GByte/sec, κοκ. Θυμίζουμε ότι 1Byte=8bit. 

Η παράλληλη μεταφορά λόγω της μεγαλύτερης ταχύτητας που εξασφαλίζει συγκριτικά με τη σειριακή μετάδοση, κυριαρχεί στα υπολογιστικά συστήματα για τη διασύνδεση των βασικών τους τμημάτων, όπως της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας, της μνήμης και των υποσυστημάτων σύνδεσης με τις μονάδες εισόδου και εξόδου. Για την παράλληλη μεταφορά δεδομένων χρησιμοποιούμε έναν καταχωρητή για το σύστημα που στέλνει τα δεδομένα (πομπός-transmitter) και έναν καταχωρητή για το σύστημα που λαμβάνει τα δεδομένα (δέκτης-receiver). Αφού φορτωθεί η πληροφορία των προς μεταφορά bits στον καταχωρητή του πομπού, τα δεδομένα είναι διαθέσιμα στις εξόδους του, επομένως και στις εισόδους του καταχωρητή του δέκτη. Αρκεί ένας παλμός του ρολογιού του καταχωρητή του δέκτη για να αποθηκευθούν τα δεδομένα και να είναι διαθέσιμα στις εξόδους του.