תקשורת טורית מול מקבילית

היום אני רוצה לדבר על תקשורת בין רכיבים קרובים, לדוגמא: בין המחשב לבין המדפסת או בין לוח האם של המחשב לבין הדיסק שלו.

כזכור, המידע במחשב מסודר בבתים (Bytes) וכל בית מורכב מ 8 ביטים (Bits) שכל אחד מהם יכול להיות עם ערך של 0 או 1.

בעלי השיער האפור, אלה עם הזיכרון הטוב, זוכרים שמחשבים ביתיים היו מגיעים עם מחבר רחב כדי להתחבר למדפסת הביתית שגם עליה היה מחבר רחב.

אם היינו פותחים את המארז של המחשב, היינו מוצאים כבל רחב מאד שהתחבר לדיסק הקשיח שהיה בתוך המארז.

לצורות חיבור אלו קוראים "מקביליים" (Parallel) כי הכבל מכיל הרבה "חוטים" וכל חוט מעביר ביט אחד וכך, בבת אחת, עוברים הרבה ביטים במקביל על הכבל.

לעומתן, היה חיבור אחר, שהמחבר שלו כלל פחות פינים שנקרא RS-232 ובו המידע זרם רק על "חוט" אחד, ביט אחר ביט, בצורה "טורית" (Serial), כלומר, אם מעבר הנתונים היה בקצב דומה, לשיטה השנייה היה לוקח פי 8 זמן להעביר מידע זהה.

בואו ונסתכל על הדיסק הפנימי של המחשב ועל החיבור שלו ללוח האם לצורך העברת הנתונים.

צורת החיבור והפרוטוקול של החיבור המקבלי, נוצרו בשנת 1986 בשם SCSI. בתחילתו (SCSI-1) העבירו בית שלם, בו זמנית (8 ביטים), ובמהירות של 5 MB (5 מיליון בתים) בשנייה .

השכלול הבא היה בהגדלת מהירות ההעברה בין המעביר (לוח האם) לדיסק, ואז שכללו שוב ושוב עד שהגיעו למהירות מדהימה של 40 MB לשנייה.

אבל אז עלתה השאלה, במקום להעביר 8 ביטים, מדוע לא להעביר 16 ביטים בבת-אחת ? נכון שיהיו יותר חוטים והמחבר יהיה גדול יותר אבל קצב העברת הנתונים יוכפל. ואכן, בעזרת המחברים והפרוטוקול של Ultra 2 Wide SCSI , העבירו 16 ביטים בו זמנית (2 בתים) והגיעו למהירות של 80 MB לשנייה (פי 2 מההעברה ה"צרה" יותר).

גם בצורת ההעברה הזו, הגבירו את קצב ההעברה מספר פעמים עד שהגיעו לקצב של 640 MB לשנייה, כלומר פי 128 מידע, באותו פרק זמן, לעומת ההעברה המקורית ! לא כל הדיסקים השתמשו בשיטה הזו כי הרכיבים, לצורך החיבור, היו יקרים ומסובכים.

הסיבה, שבשלה ניתן היה להגביר את קצב ההעברה, היא החידושים בתחום הרכיבים האלקטרוניים, שהיו מסוגלים לעבוד בקצב גבוה יותר ולכן ניתן היה לצפות שהמהירות תלך ותגדל עם הזמן והחידושים.

אבל ! זוכרים שאנחנו מעבירים את המידע במקביל על מספר "חוטים" ? התברר, שככל שהמידע מועבר מהר יותר, קשה יותר לסנכרן בין ה"חוטים". והגענו למגבלה של הפרוטוקול והרכיבים שהיו לנו.

הוחלט לחפש פתרון אחר – העברה טורית. כלומר, להעביר ביט אחרי ביט על "חוט" יחיד. ואמנם בשנת 2006 החלו לחבר דיסקים בפרוטוקול Serial Access SCSI = SAS והמהירות אמנם ירדה: 384 MB לשנייה. אבל, כל מנגנון החיבור, הכבלים בין הרכיבים, והאלקטרוניקה והתוכנה שימשו להעברה – נהיו פשוטים מאד, יחסית לשיטה המקבילית ומתוך כך, המחיר של החיבורים ירד משמעותית.

בזכות הפשטות, יותר ויותר השתמשו בשיטה הזו וגם ניתן היה להעלות את הקצב של ההעברה.

ב 2011, הכפילו את מהירות ההעברה - ל 768 MB לשנייה ואחר כך שוב הכפילו ל 2,304 MB לשנייה (פי 460 מהקצב המקורי ופי 3.6 מההעברה המקבילית המהירה ביותר).

יש כבר פרוטוקול ורכיבים חדשים יותר שמיועדים להכפיל את המהירות הזו והשמיים (או מגבלות האלקטרוניקה) הם הגבול.

מהסיפור הזה ניתן ללמוד על צורת ההתקדמות של הטכנולוגיה: אנחנו הולכים בכוון מסוים, עושים זאת טוב וטוב יותר עד שנתקלים בחומה. ואז הולכים אחורה במקצת, בוחרים בנתיב אחר ושם פורצים קדימה – עד לקיר הבא, וחוזר חלילה...

טבלת מהירות העברת נתונים בהתקנים השונים:

שימו לב: במאמר לא נכנסתי לעומק של הטכנולוגיה ולא דייקתי במקרים מסוימים, כל זאת לשם פשטות ההסבר. לדוגמא: כדי להעביר מידע סדרתי, יש צורך, ביותר מ"חוט" אחד, למעשה לפחות 3 חוטים שונים...