IT・プログラミング雑学

シリアルとパラレルの違いとは?直列と並列?特徴や利用例・メリットもプログラマーがわかりやすく解説

よぉ、桜木建二だ。シリアルとパラレルって聞いたことあるよな。日本語にすると直列と並列だけど、何の列だかわかるか。パソコンやスマホの中や、パソコンやスマホとつなぐ機器との間の通信に関する言葉のようだが、どう違い、どういう特徴があるんだろうな。シリアルやパラレルの違いや使い方、特徴や速度まで、30年以上パソコンを使いスマホにも詳しいプログラマでもあるライターのwoinaryと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

ライター/woinary

某社で社内向け業務システムの開発、運用を30年近くやっていたシステム屋さん。現在はフリーランス。ガジェットやゲーム、ラノベが大好きなおっさんです。

直列と並列?違いは線の数

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パソコンやスマホとプリンタやメモリカードなどの機器の間でデータのやり取りをしますよね。ざっくり説明すると、直列にデータを送るのがシリアル、並列にデータを送るのがパラレルです。でも直列や並列ってどういうことでしょう?まずはそこから見ていきましょう。

シリアル:1本の線でデータ通信

例えばパソコンやスマホですっかり普及したのがUSBケーブル。このUSBは「Universal Serial Bus」の頭文字を取ったものです。名前の通りデータのやり取りをシリアル(直列)で行います。シリアルとは「連続した、一続きの」という意味。家電などにもシリアル番号というものがありますよね。同じ型番のものでも1つ1つ違う番号が付いています。データを順番に一続きで送るのがシリアルです。

このケーブルの中は数本の電線が入っていますが、データのやり取りに使用するのは1本の電線だけ。正確にはノイズ対策などで複数の電線を使っていますが、仕組みとしては1本の信号線でデータをやり取りしています。

パラレル:数本の線でデータ通信

マンガなどでパラレルワールドという言葉を聞いたことがあるかもしれません。自分の世界とは別に複数の世界が存在するという考え方ですよね。パラレルとは並行や並列という意味。データを同時に複数の信号線でやり取りするのがパラレル(並列)です。

例えば、水を入れたペットボトルに穴を開けたとします。この時1つよりは2つ、2つよりは4つの穴を開けたほうが早く空になりますよね。データのやり取りも1本の信号線より多くの信号線を使った方が早くなります。そのため、パソコンやスマホの内部のやりとりはパラレルです。パソコンやスマホの中ではパーツとパーツの間は32本や64本などの信号線でつないでいます。

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シリアルとは一続きでデータを送ること、パラレルは並列して送ることだ。例えば、駅や商業施設でエスカレータが1本しかない場合と2本ある場合を考えよう。同じ人数の行列で、エレベータの速さが同じならば、1本より2本の方が早く行列がなくなるよな。続いてデータとはどういうもので、どういう仕組みでやり取りするのかを説明していくぞ。

データをやり取りするには何本の線が必要?

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データを1本の線で直列に送る方式がシリアル、複数の線で並列に送る方式がパラレル、と説明しました。しかし、そもそも何を送るのでしょう。続いてデータとは何かや、データのやり取りの仕組みを確認していきます。

データの単位を表すビット

パソコンやスマホで32ビットとか64ビットなどの「ビット」という言葉を聞いたことがありますよね。数字が大きい方が性能がよいと思っていないでしょうか。このビットというのが情報(データ)の単位になります。1ビットは0か1かの2通りを表現することが可能です。2ビットなら4通り、4ビットなら16通り、8ビットなら256通りとnビットで2のn乗通りの表現ができます。

例えば、16ビットなら65,536通りです。これを-32768〜32767までの整数を表すといったルールをコンピュータでは決めています。これがデータ。16ビットというのは0と1の集まりが16個あるということです。この16個の0と1の集まりを直列に流すのがシリアル、並列に流すのがパラレルになります。

実は指揮者がいる?データ転送の仕組み

パソコンやスマホで「クロックが3GHz」とか聞いたことがありますよね。クロックとは時計のこと。ただここでは音楽で使うメトロノームの様な一定間隔を刻むものという意味になります。

データを送るということは電気信号を送ることです。その場合、どこからどこまでが1つの区切りなのか分からないと困りますよね。そのため、クロックで一定間隔を刻みながら1拍で1ビットのデータを送るのです。オーケストラで言えば全体の調整を行う指揮者の様なものがクロック。このクロックで揃えることを同期すると呼び、そのためにクロックが出す信号を同期信号と呼びます。

シリアルとパラレルは線の数、まとめて送るパラレルが速い

シリアル通信では1個のデータを一続きに送ります。例えば、16ビットのデータを送る場合。通信する時はクロックの1拍で1ビット送るので、1本の線で16ビット送るには16拍必要ですよね。

一方、パラレルはまとめて送ります。コンピュータ業界では8ビットの単位でデータを扱うことが多いです。この8ビットを1バイトと呼びます。メモリやファイルのサイズでおなじみですよね。データのやり取りでもこの8ビット=バイトの単位で扱うことが多いです。8ビットを並列に扱う場合は8ビットパラレルなどと呼ぶこともあります。8ビットパラレルで16ビットならば、2拍で送ることができますよね。線の数だけまとめて送ることができるのでその分早くなるわけです。

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