Por que o fluxo de bits seriais se tornou tão comum?
O uso de links seriais tem a vantagem de reduzir o tamanho físico da conexão. As arquiteturas modernas de circuitos integrados têm tantos pinos que isso criou uma forte necessidade de minimizar as demandas de interconexão física em seu projeto. Isso levou ao desenvolvimento de circuitos que operam em velocidades extremas nas interfaces desses circuitos usando protocolos seriais. Pelo mesmo motivo, é natural minimizar as demandas de interconexão física em outras partes de qualquer outro link de dados.
A demanda original por esse tipo de tecnologia também pode ter origem nos projetos de transmissão de dados por fibra óptica.
Depois que a tecnologia para suportar links de alta velocidade se tornou muito comum, era natural aplicá-la em muitos outros lugares, porque o tamanho físico das conexões seriais é muito menor que as conexões paralelas.
Por que não existem protocolos de comunicação de sistema generalizados que empregam fortemente alguns métodos avançados de modulação para uma melhor taxa de símbolos?
No nível da codificação, os esquemas de codificação para comunicação digital podem ser tão simples quanto NRZ (Non-Return to Zero) , um código de linha um pouco mais complicado (por exemplo, 8B / 10B) ou muito mais complicado, como o QAM (Quadrature Amplitude Modulation) .
A complexidade acrescenta custo, mas as escolhas também dependem de fatores que, em última análise, dependem da teoria da informação e dos limites de capacidade de um link. A lei de Shannon, do teorema de Shannon-Hartley, descreve a capacidade máxima de um canal (pense nisso como "a conexão" ou "link"):
Capacidade máxima em bits / segundo = largura de banda * Log2 (1 + sinal / ruído)
Para links de rádio (algo como LTE ou WiFi), a largura de banda será limitada, geralmente por regulamentos legais. Nesses casos, QAM e protocolos igualmente complexos podem ser usados para obter a maior taxa de dados possível. Nesses casos, a relação sinal / ruído geralmente é bastante baixa (10 a 100 ou, em decibéis, 10 a 20 dB). Ele só pode subir tão alto antes que um limite superior seja atingido sob a largura de banda fornecida e a relação sinal / ruído.
Para um link de fio, a largura de banda não é regulada por nada além da praticidade da implementação. As ligações elétricas podem ter uma relação sinal / ruído muito alta, superior a 1000 (30 dB). Como mencionado em outras respostas, a largura de banda é limitada pelo design dos transistores que acionam o fio e pelo recebimento do sinal e pelo design do próprio fio (uma linha de transmissão).
Quando a largura de banda se torna um fator limitante, mas a relação sinal / ruído não é, o designer encontra outras maneiras de aumentar a taxa de dados. Torna-se uma decisão econômica optar por um esquema de codificação mais complexo ou por mais conexão:
Você realmente verá protocolos seriais / paralelos usados quando um único fio ainda é muito lento. O PCI-Express faz isso para superar as limitações de largura de banda do hardware usando várias faixas.
Nas transmissões por fibra, elas não precisam adicionar mais fibras (embora possam usar outras se já estiverem no lugar e não estiverem sendo usadas). Pode usar a multiplexação por divisão de ondas . Geralmente, isso é feito para fornecer vários canais paralelos independentes, e o problema de inclinação mencionado em outras respostas não é uma preocupação para canais independentes.