В последнее время последовательный способ передачи данных вытесняет параллельный.
За примерами далеко ходить не надо: появление шин USB и SATA говорит само за себя.
И действительно, параллельную шину трудно масштабировать (удлинить шлейф, увеличить частоту тактирования шины), неудивительно, что технологии поворачиваются к параллельным шинам задней частью.
Последовательные интерфейсы
На сегодня существует великое множество различных интерфейсов последовательной передачи данных.
Кроме уже упомянутых USB и SATA еще можно вспомнить как минимум два широко известных стандарта RS-232 и MIDI (он же и GamePort).
Объединяет их все то же - последовательная передача каждого бита информации, или Serial Interface.
Преимуществ у подобных интерфейсов великое множество, и самое главное из них - малое количество соединительных проводов, а следовательно, меньшая цена.
Передача данных
Последовательную передачу данных можно реализовать двумя способами: асинхронным и синхронным.
Синхронная передача данных предполагает синхронизацию работы приемника и передатчика посредством включения тактовой информации в передаваемый сигнал или путем использования специальной синхро-линии.
Приемник и передатчик должны быть соединены специальным синхронизационным кабелем, который обеспечивает работу устройств на одной частоте.
Асинхронная передача подразумевает использование специальных битов, маркирующих начало и конец данных – стартового (логический ноль) и стопового (логическая единица) бита.
Также возможно использование специального бита четности, который определяет четное или нечетное количество передаваемых единичных битов (в зависимости от принятого соглашения).
На принимающей стороне проводится анализ этого бита, и если бит четности не соответствует количеству единичных битов, то пакет данных пересылается снова.
Стоит отметить, что такая проверка позволяет обнаружить ошибку только в том случае, если был передан неправильно только один бит, в случае, если неправильно передались несколько битов, эта проверка уже становится некорректной.
Посылка следующего пакета данных может происходить в любой момент после посылки стопового бита, и, естественно, должна начинаться со стартового бита.
Ничего не понятно?
Ну, если бы все компьютерные технологии были просты, то любая домохозяйка давно бы уже лепила параллельно с пельменями новые протоколы …
Попробуем взглянуть на процесс по-другому.
Данные передаются пакетами, примерно как IP пакеты, вместе с данными идут и информационные биты, количество этих битов может варьироваться от 2 до 3 с половиной.
С половиной?!
Да, ты не ослышался, именно с половиной!
Стоповый бит, а вернее передаваемый сигнал соответствующий стоповому биту, может иметь длительность большую, чем сигнал соответствующий биту-единице, но меньшую чем для двух битов.
Так вот, пакет всегда начинается со стартового бита, который всегда имеет значение ноль, после чего идут биты данных, потом бит четности, а потом и стоповый бит, всегда равный единице.
Потом через некоторый произвольный промежуток времени поход битов на Москву продолжается.
Такой способ передачи подразумевает, что приемник и передатчик должны работать с одной скоростью (ну, или почти с одной), иначе пришедшие биты данных приемник будет либо не успевать обрабатывать, либо принимать старый бит за новый.
Для того чтобы этого избежать, каждый бит стробируется, то есть посылается синхронно со специальным сигналом - «стробом», формируемым внутри прибора.
Существует ряд определенных скоростей работы асинхронных устройств - 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 и 115 200 бит в секунду.
Ты наверняка слышал, что в качестве единицы измерения скорости передачи данных используется «бод» - частота изменения состояния линии, и эта величина будет совпадать со скоростью передачи данных только в случае если сигнал может иметь одно из двух значений.
Если же в одном изменении сигнала закодировано несколько бит (а это встречается у многих модемов), скорость передачи и частота изменения линии будут совершенно различными величинами.
Теперь пару слов о загадочном термине «пакет данных».
Под пакетом в данном случае понимается набор битов, передаваемых между стартовым и стоповым битами.
Их число может изменяться от пяти до восьми.
Можно задаться вопросом, почему именно пять-восемь бит?
Почему бы не передать сразу, скажем, килобайт данных внутри пакета?
Ответ очевиден: передавая маленькие пакеты данных, мы пусть и проигрываем, отправляя с ними три служебных бита (от 50 до 30 процентов данных), зато если при передаче пакет будет испорчен, мы легко узнаем это (помнишь про бит четности?) и быстро передадим его снова.
А вот в килобайте данных ошибку обнаружить будет уже трудно, и передавать его будет гораздо сложнее.
В качестве примера асинхронного последовательного устройства передачи данных можно привести COM-порт компьютера, любимый модем с дизайном от Труссарди и мышь, подключаемую к этому же порту, которую недалекие секретарши почему-то все время стараются засунуть в PS/2.
Работают все эти устройства по интерфейсу RS-232, вернее по асинхронной его части, поскольку в стандарте описана и синхронная передача данных.
THR
-
промежуточный регистр данных передатчика
(только для записи)
Данные, записанные в регистр, будут пересланы в выходной сдвигающий
регистр (когда он будет свободен), из которого поступят на выход при
наличии разрешающего сигнала CTS
. Бит 0 передается (и принимается)
первым. При длине посылки менее 8 бит старшие биты
игнорируются.
RBR
- буферный регистр принимаемых данных
(только для чтения) Данные,
принятые входным сдвигающим регистром помещаются в регистр RBR
,
откуда они могут быть считаны процессором. Если к моменту окончания приема
очередного символа предыдущий не был считан из регистра, фиксируется
ошибка переполнения. При длине посылки менее 8 бит старшие биты в регистре
имеют нулевое
значение.
DLL
-
регистр младшего байта делителя
частоты
.
DLM
- регистр старшего байта делителя частоты
. Делитель определяется по
формуле D=115200/V, где V - скорость передачи, бит/с. Входная частота
синхронизации 1 8432 МГц делится на заданный коэффициент, после чего
получается 16-кратная частота передачи
данных.
IЕR
-
регистр разрешения прерываний
. Единичное значение бита разрешает
прерывание от соответствующего
источника.
Назначение
бит регистра
IER
:
*
биты =0 - не
используются;
*
бит 3 - Mod_IЕ
- по изменению состояния модема (любой из линий
CTS, DSR, RI,
DCD
);
*
бит 2 - RxL_IЕ
- по обрыву/ошибке
линии;
*
бит 1 - TxD_IE
- по завершении
передачи;
*
бит 0 - RxD_IЕ
- по приему символа (в режиме FIFO - прерывание по
тайм-ауту).
IIR
- регистр идентификации прерываний и признака режима FIFO
(только
для чтения). Для упрощения программного анализа UART выстраивает
внутренние запросы прерывания по четырехуровневой системе приоритетов.
Порядок приоритетов (по убыванию): состояние линии, прием символа,
освобождение регистра передатчика, состояние модема. При возникновении
условий прерывания UART указывает на источник с высшим приоритетом до тех
пор, пока он не будет сброшен соответствующей операцией. Только после
этого будет выставлен запрос с указанием следующего источника. Ниже
описано назначение бит регистра
IIR
.
*
Биты - признак режима
FIFO:
11-режим FIFO
16550A;
10 - режим FIFO
16550;
00 -
обычный.
*
Биты - не
используются.
*
Бит 3 - прерывание по тайм-ауту приема в режиме FIFO (в буфере есть
символы для
считывания).
*
Биты - причина прерывания с наивысшим приоритетом (в обычном, не
FIFO-режиме):
11 - ошибка/обрыв линии, сброс выполняется чтением регистра состояния
линии;
10 - принят символ, сброс выполняется чтением
данных;
01 - передан символ (регистр THR
пуст), сброс выполняется записью
данных;
00 - изменение состояния модема; сброс выполняется чтением регистра
состояния
модема.
*
Бит 0 - признак необслуженного запроса прерывания (1 - нет запроса, 0 -
есть запрос).
В режиме
FIFO причину прерывания идентифицируют биты
.
*
О11 - ошибка/обрыв линии. Сброс выполняется чтением регистра состояния
линии.
*
010 - принят символ. Сброс выполняется чтением регистра данных
приемника
*
110 - индикатор тайм-аута (за 4-кратный интервал времени символа не
передано и не принято ни одного символа, хотя в буфере имеется, по крайней
мере, один). Сброс выполняется чтением регистра данных
приемника.
*
001 - регистр THR
пуст. Сброс выполняется записью
данных.
*
000 - изменение состояния модема (CIS, DSR, RI
или DCD
).
Сброс выполняется чтением регистра
MSR
.
FCR
- регистр управления FIFO
(только для записи). Ниже описано
назначение бит регистра
FCR
:
*
Биты - ITL
(Interrupt Trigger Level) - уровень заполнения
FIFO-буфера, при котором вырабатывается
прерывание:
00 - 1 байт (по
умолчанию);
01 - 4
байта;
10 - 8
байт;
11 - 14
байт.
*
Биты
зарезервированы.
*
Бит 3 - разрешение операций
DMA.
*
Бит 2 - RESETTF
(Reset Transmitter FIFO) - сброс счетчика
FIFO-передатчика (записью единицы; сдвигающий регистр не
сбрасывается).
*
Бит 1 - RESETRF
(Reset Receiver FIFO) - сброс счетчика
FIFO-приемника (записью единицы; сдвигающий регистр не
сбрасывается).
*
Бит 0 - TRFIFOE
(Transmit And Receive FIFO Enable) - разрешение
(единицей) режима FIFO для передатчика и приемника. При смене режима
FIFO-буферы автоматически
очищаются.
LCR
-
регистр управления линией
(настройки параметров канала). Ниже
описано назначение бит регистра
LCR
.
*
Бит 7 - DLAB
(Divisor Latch Access Bit) - управление доступом к
делителю
частоты.
*
Бит 6 - BRCON
(Break Control) - формирование обрыва линии (посылка
нулей) при
BRCON=1.
*
Бит 5 - STICPAR
(Sticky Parity) - принудительное формирование бита
паритета:
0 - контрольный бит генерируется в соответствии с паритетом выводимого
символа;
1 - постоянное значение контрольного бита: при EVENPAR
=1 - нулевое,
при EVENPAR
=0 -
единичное.
*
Бит 4 - EVENPAR
(Even Parity Select) - выбор типа контроля: 0 -
нечетность, 1 -
четность.
*
Бит 3 - PAREN
(Parity Enable) - разрешение контрольного
бита:
1 - контрольный бит (паритет или постоянный)
разрешен;
0 - контрольный бит
запрещен.
*
Бит 2 - STOPB
(Stop Bits) - количество
стоп-бит:
0 - 1
стоп-бит;
1 - 2 стоп-бита (для 5-битного кода стоп-бит будет иметь длину 1,5
бит).
*
Биты - SERIALDB
(Serial Data Bits) - количество бит
данных:
00 - 5
бит;
01-6
бит;
10 - 7
бит;
11 - 8 бит.
MCR
- регистр управления модемом
. Ниже описано назначение бит регистра
MCR
.
*
Биты =0 -
зарезервированы.
*
Бит 4 - LME
(Loopback Mode Enable) - разрешение режима
диагностики:
0 - нормальный
режим;
1 - режим диагностики (см.
ниже).
*
Бит 3 - IE
(Interrupt Enable) - разрешение прерываний с помощью
внешнего выхода OUT2
MSR.7
:
0 - прерывания
запрещены;
1 - прерывания
разрешены.
*
Бит 2 - OUT1C
(OUT1 Bit Control) - управление выходным сигналом 1
(не используется); в режиме диагностики поступает на вход
MSR.6
.
*
Бит 1 - RTSC
(Request To Send Control) - управление выходом
RTS
; в режиме диагностики поступает на вход
MSR.4
:
0 - активен
(-V);
1 - пассивен
(+V).
*
Бит 0 - DTRC
(Data Terminal Ready Control) - управление выходом
DTR
; в режиме диагностики поступает на вход
MSR.5
:
0 - активен
(-V);
1 - пассивен
(+V).
LSR
-
регистр состояния линии
(точнее, состояния приемопередатчика). Ниже
описано назначение бит регистра
LSR.
*
Бит 7 - FIFOE
(FIFO Error Status) - ошибка принятых данных в режиме
FIFO (буфер содержит хотя бы один символ, принятый с ошибкой формата,
паритета или обрывом). В не FIFO-режиме всегда
0.
*
Бит 6 - TEMPT
(Transmitter Empty Status) - регистр передатчика пуст
(нет данных для передачи ни в сдвиговом регистре, ни в буферных регистрах
THR
или
FIFO).
*
Бит 5 - THRE
(Transmitter Holding Register Empty) - регистр
передатчика готов принять байт для передачи. В режиме FIFO указывает на
отсутствие символов в FIFO-буфере передачи. Может являться источником
прерывания.
*
Бит 4 - BD
(Break Detected) - индикатор обрыва линии (вход
приемника находится в состоянии 0 не менее, чем время посылки
символа).
*
Бит 3 - FE
(Framing Error) - ошибка кадра (неверный
стоп-бит).
*
Бит 2 - РЕ
(Parity Error) - ошибка контрольного бита (паритета или
фиксированного).
*
Бит 1 - ОЕ
(Overrun Error) - переполнение (потеря символа). Если
прием очередного символа начинается до того, как предыдущий выгружен из
сдвигающего регистра в буферный регистр или в регистр FIFO, прежний символ
в сдвигающем регистре
теряется.
*
Бит 0 - DR
(Receiver Data Ready) - принятые данные готовы (в DHR
или FIFO-буфере). Сброс - чтением
приемника.
Индикаторы
ошибок - биты - сбрасываются после чтения регистра LSR
. В
режиме FIFO признаки ошибок хранятся в FIFO-буфере вместе с каждым
символом. В регистре они устанавливаются (и вызывают прерывание) в тот
момент, когда символ, принятый с ошибкой, находится на вершине FIFO
(первый в очереди на считывание). В случае обрыва линии в FIFO заносится
только один «обрывной» символ, и UART ждет восстановления и последующего
старт-бита. MSR
- регистр состояния модема. Ниже описано назначение
бит регистра
MSR
:
*
Бит 7 - DCD
(Data Carrier Detect) - состояние линии
DCD
:
0 - активна
(-V);
1 - пассивна
(+V).
*
Бит 6 - RI
(Ring Indicator) - состояние линии
RI
:
0 - активна
(-V);
1 - пассивна
(+V).
*
Бит 5 - DSR
(Data Set Ready) - состояние линии
DSR
:
0 - активна
(-V);
1 - пассивна
(+V).
*
Бит 4 - CTS
(Clear To Send) - состояние линии
CTS
:
0 - активна
(-V);
1 - пассивна
(+V).
*
Бит 3 - DDCD
(Delta Data Carrier Detect) - изменение состояния
DCD
.
*
Бит 2 - TERI
(Trailing Edge Of Ring Indicator) - спад огибающей
RI
(окончание
звонка).
*
Бит 1 - DDSR
(Delta Data Set Ready) - изменение состояния
DSR
.
*
Бит 0 - DCTS
(Delta Clear To Send) - изменение состояния
CTS
.
Признаки
изменения (биты ) сбрасываются по чтению
регистра.
SRC
-
рабочий регистр
(8 бит), на работу UART не влияет, предназначен для
временного хранения данных (в 8250
отсутствует).
В
диагностическом режиме
(при LМЕ=1
) внутри UART организуется
внутренняя
«заглушка»:
*
выход передатчика переводится в состояние логической
единицы;
*
вход приемника отключается;
*
выходы управления модемом переводятся в пассивное состояние (логический
ноль).
Переданные
данные в последовательном виде немедленно принимаются, что позволяет
проверять внутренний канал данных порта (включая сдвигающие регистры) и
отработку прерываний, а также определять скорость работы
UART.
Параллельный порт обеспечивает довольно высокую скорость передачи, поскольку эта передача осуществляется побайтно. При этом при большой длине кабеля или при не очень интенсивном обмене данными удобнее оказывается последовательный порт.
Последовательный порт (Serial Port) передает в одном направлении одновременно всего лишь 1 бит данных. Данные могут передаваться через данный порт как от компьютера к внешнему устройству, так и наоборот.
Последовательные порты компьютера обычно соответствуют международному опорному стандарту RS-232C (Reference Standard 232 версии С), в связи с этим к этому порту можно подсоединить любое устройство, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ также ориентировано на данный стандарт (к примеру, мышь, модем, последовательный принтер или последовательный порт другого компьютера). Этот интерфейс использует 9 каналов связи: один из них служит для передачи данных от компьютера, другой – для приема данных от периферийного устройства. Остальные 7 каналов используются для управления процессом обмена данными.
Последовательный порт состоит из микросхемы UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter – универсальный асинхронный приемник/передатчик) и вспомогательных компонентов. Микросхема UART принимает байты данных от шины компьютера (в которой они передаются параллельно), преобразует их в последовательность битов, добавляет служебные биты и затем выполняет передачу данных, а также выполняет обратные действия по приему последовательности битов и перевода кода из последовательного в параллельный.
Современные микросхемы UART оснащены буферной памятью и обеспечивают скорость передачи данных до 115 Кбит/с. Новые высокоскоростные разновидности последовательного порта – улучшенный последовательный порт ESP (Enhanced Serial Port) и Super ESP (Super Enhanced Serial Port) обеспечивают передачу данных до 460 Кбит/с.
Данные при последовательной передаче разделяются служебными битами, такими, как стартовый бит и стоп-бит. Эти биты указывают на начало и конец передачи последовательных бит данных. Данный метод передачи позволяет осуществить синхронизацию между приемной и передающей стороной, а также выровнять скорость обмена данными.
Для идентификации и распознавания ошибок при последовательной передаче в состав посылки дополнительно может включаться бит контроля четности. Значение бита контроля четности определяется двоичной суммой всех передаваемых битов данных. В режиме, когда бит контроля четности четный (Even Parity), значение бит контроля четности равно 0, в случае если сумма битов четная, и 1 – в противном случае. Биты контроля четности имеют инверсные (обратные) значения (соответственно 1 или 0), в случае если бит контроля четности нечетный (Odd Parity).
Стандартная комплектация компьютера содержит два последовательных порта. Отличие разъема последовательного порта от параллельного состоим в том, что данный разъем имеет 9 контактных штырей, а не гнезд (ʼʼотцовскийʼʼ разъем) (рис. 1.3.11а). Со стороны кабеля подключаемого устройства используется ʼʼматеринскийʼʼ разъем (рис. 1.3.11б). Длина кабеля последовательного порта ограничена 18 м. Основным устройством, подключаемым к последовательному порту, являются старые модели модемов и мышей.
Некоторые компьютеры, особенно ориентированные на коммуникационные приложения, могут иметь последовательные порты, выполненные по другим стандартам (к примеру, RS-449A или RS-613) и имеющие более высокую скорость передачи данных на более дальние расстояния.
Рис. 1.3.11. Последовательный порт: а) 9-контактный разъем компьютера;
б) кабель-переходник последовательный порт-USB
1.3.2.3.13. Порт PS/2
Порт PS/2 (6-контактный) назван так, потому, что он впервые появился в компьютерах производства фирмы IBM серии PS/2. Из 6 контактов используются 4 контакта͵ один из которых предназначен для передачи данных, второй – для сигналов тактовой частоты (в диапазоне 10-16,7 кГц), на третий контакт подается электропитание (+5В), а на четвертый – земля. Передача данных выполняется аналогично тому, как и в последовательном порту, но при передаче данных на устройство добавляется один бит подтверждения. В современных компьютерах имеется два порта PS/2 предназначенные для подключения мыши (зеленый разъем) и клавиатуры (фиолетовый разъем) (рис. 1.3.12а), однако эти устройства переходят на использование порта USB. Штекеры кабелей устройств PS/2 (мыши и клавиатуры) приведены на рис. 1.3.12б.
Рис. 1.3.12. Порт PS/2: а) гнезда портов компьютера; б) штекеры кабеля
Последовательный порт - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Последовательный порт" 2017, 2018.
). Несмотря на то, что некоторые интерфейсы компьютера (например, Ethernet , FireWire и USB) тоже используют последовательный способ обмена информацией, название «последовательный порт» закрепилось за портом стандарта RS-232 .
Энциклопедичный YouTube
-
1 / 5
Наиболее часто для последовательного порта персональных компьютеров используется стандарт RS-232C. Ранее последовательный порт использовался для подключения терминала, позже для модема или мыши . Сейчас он используется для соединения с , для связи с аппаратными средствами разработки встраиваемых вычислительных систем , спутниковыми ресиверами, кассовыми аппаратами, с приборами систем безопасности объектов, а также с многими прочими устройствами.
С помощью COM-порта можно соединить два компьютера, используя так называемый «нуль-модемный кабель» (см. ниже). Использовался со времен MS-DOS для перекачки файлов с одного компьютера на другой, в UNIX для терминального доступа к другой машине, а в Windows (даже современной) - для отладчика уровня ядра.
Достоинством технологии является крайняя простота оборудования. Недостатком является низкая скорость, крупные размеры разъемов, а также зачастую высокие требования ко времени отклика ОС и драйвера и большое количество прерываний (одно на половину аппаратной очереди, то есть 8 байт).
Разъёмы
На материнских платах ведущих производителей (например, Intel) или готовых системах (например, IBM , Hewlett-Packard , Fujitsu Siemens Computers) для последовательного порта принято следующее условное обозначение:
Наиболее часто используются стандартизированные в 1969 году D-образные разъёмы: 9- и 25-контактные, (DE-9 и DB-25 соответственно). Раньше использовались также DA-31 и круглые восьмиконтактные DIN-8. Максимальная скорость передачи в обычном исполнении порта составляет 115 200 бод .
Актуальность
Существуют стандарты на эмуляцию последовательного порта над USB и над Bluetooth (эта технология в значительной степени и проектировалась как «беспроводной последовательный порт»).
Тем не менее программная эмуляция данного порта широко используется и сегодня. Так, например, практически все мобильные телефоны эмулируют внутри себя классический COM-порт и модем для реализации тетеринга - доступа компьютера в Интернет через GPRS/EDGE/3G оборудование телефона. При этом для физического подключения к компьютеру используется USB , Bluetooth или Wi-Fi .
Также программная эмуляция данного порта предоставляется «гостям» виртуальных машин VMWare и Microsoft Hyper-V , основная цель при этом - подключение отладчика уровня ядра Windows к «гостю».
В виде UART, отличающегося уровнями напряжения и отсутствием дополнительных сигналов, присутствует практически во всех микроконтроллерах, кроме самых-самых маленьких, SoC, платах разработчиков, а также присутствует на платах большей части устройств, но не выведен разъем на корпус. Такая популярность связана с простотой этого интерфейса, как с физической точки зрения, так и с легкостью доступа к порту со стороны ПО по сравнению с другими интерфейсами.
Аппаратура
Разъем имеет контакты:
DTR (Data Terminal Ready - готовность к приёму данных) - выход на компьютере, вход на модеме. Означает готовность компьютера к работе с модемом. Сброс этой линии вызывает почти полную перезагрузку модема в первоначальное состояние, в том числе бросание трубки (некоторые управляющие регистры выживают после такого сброса). В UNIX это происходит в случае, если все приложения закрыли файлы на драйвере последовательного порта. Мышь использует этот провод для получения питания.
DSR (Data Set Ready - готовность к передаче данных) - вход на компьютере, выход на модеме. Означает готовность модема. Если эта линия находится в нуле - то в ряде ОС становится невозможно открыть порт как файл.
RxD (Receive Data - приём данных) - вход на компьютере, выход на модеме. Поток данных, входящий в компьютер.
TxD (Transmit Data - передача данных) - выход на компьютере, вход на модеме. Поток данных, исходящих из компьютера.
CTS (Clear to Send - готовность передачи) - вход на компьютере, выход на модеме. Компьютер обязан приостановить передачу данных, пока этот провод не будет выставлен в единицу. Используется в аппаратном протоколе управления потоком для предотвращения переполнения в модеме.
RTS (Request to Send - запрос на передачу) - выход на компьютере, вход на модеме. Модем обязан приостановить передачу данных, пока этот провод не будет выставлен в единицу. Используется в аппаратном протоколе управления потоком для предотвращения переполнения в оборудовании и драйвере.
DCD (Carrier Detect - наличие несущей) - вход на компьютере, выход на модеме. Взводится модемом в единицу после установления соединения с модемом с той стороны, сбрасывается в ноль при разрыве связи. Аппаратура компьютера может издавать прерывание при наступлении такого события.
RI (Ring Indicator - сигнал вызова) - вход на компьютере, выход на модеме. Взводится модемом в единицу после обнаружения вызывного сигнала телефонного звонка. Аппаратура компьютера может издавать прерывание при наступлении такого события.
SG (Signal Ground - сигнальная земля) - общий сигнальный провод порта, не является общей землёй , как правило, изолирован от корпуса ЭВМ или модема.
В нуль-модемном кабеле используются две перекрещенные пары: TXD/RXD и RTS/CTS.
Исходно в IBM PC и IBM PC/XT аппаратура порта была построена на микросхеме UART 8250 фирмы National Semiconductor, затем микросхема была заменена на 16450, программно совместимой с предыдущими, но позволявшей использовать скорости вплоть до 115200 бит в секунду, затем появилась микросхема 16550, содержавшая двунаправленный FIFO буфер данных для снижения нагрузки на контроллер прерываний. В настоящее время включена в SuperIO микросхему на материнской плате вместе с рядом иных устройств.
Современный персональный компьютер никогда не приобрёл бы такую огромную популярность, выполняй он только вычислительные функции. Нынешний ПК – это многофункциональное устройство, при помощи которого, пользователь может не только проводить какие-либо расчёты, но также выполнять ещё массу различных дел: распечатывать текст, управлять внешними устройствами, связываться с другими пользователями с помощью компьютерных сетей и т. д. Все эта огромная функциональность достигается при помощи дополнительных устройств – периферии, которые подключаются к персональному компьютеру посредством специальных разъёмов, называемыми портами.
Порты персонального компьютера
Порт – электронное устройство, выполняемое прямо на материнской плате ПК или на дополнительных платах, устанавливаемых в персональный компьютер. Порты имеют уникальный разъем для подключения внешних устройств – периферии. Предназначены они для обмена данными между ПК и внешними устройствами (принтерами, модемами, цифровыми фотоаппаратами и т. д.). Довольно часто, в литературе можно встретить ещё одно название для портов – интерфейсы .
Все порты можно условно разбить на две группы:
- Внешние - для подключения внешних устройств (принтеры , сканеры , плоттеры , устройства видеоизображения , модемы и т. п.);
- Внутренние - для подключения внутренних устройств (жёсткие диски , платы расширения).
Внешние порты персонального компьютера
- PS/2 - порт для подключения клавиатуры ;
- PS/2 - порт для подключения "мышки ";
- Ethernet - порт для подключения локальной сети и сетевых устройств (роутеров, модемов и др.);
- USB - порт для подключения устройств внешней периферии (принтеров, сканеров, смартфонов и др.);
- LPT - параллельный порт. Служит для подключения ныне устаревших моделей принтеров, сканеров и плотеров;
- COM - последовательный порт RS232. Служит для подключения устройств типа dial-up модемов и старых принтеров. Ныне устарели, практически не используется;
- MIDI - порт для подключения игровых консолей, midi клавиатур, музыкальных инструментов с таким же интерфейсом. В последнее время практически вытеснен USB-портом;
- Audio In - аналоговый вход для линейного выхода звуковых устройств (магнитофонов, плееров и др.);
- Audio Out - выход аналогово звукового сигнала (наушники, калонки и др.);
- Mikrophone - микрофонный выход для подключения микрофона;
- SVGA - порт для подключения устройств видеоотображения: мониторов, современных LED, LCD и плазменных панелей (этот тип разъёма является устаревшим);
- VID Out - порт используется для вывода и ввода низкочастотного видеосигнала;
- DVI - порт для подключения устройств видеоотображения, более современнее чем SVGA.
Последовательный порт (COM-порт)
Один из самых старых портов, устанавливаемых в ПК на протяжении уже более 20 лет. В литературе довольно часто можно встретить его классическое наименование – RS232 . Обмен данными при помощи его происходит в последовательном режиме, то есть линии передачи и приёма – однобитные. Таким образом, информация, которая передаётся от компьютера к устройству или наоборот, разделяется на биты, которые последовательно следуют друг за другом.
Скорость передачи данных , обеспечиваемая этим портом не велика, и имеет стандартизованный ряд: 50, 100, 150, 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 38400, 57600, 115200 Кбит/сек.
Использовался последовательный порт для подключения к ПК таких «медленных» устройств, как первые принтеры и плоттеры, dial-up модемы, манипуляторы «мышь» и даже для связи компьютеров между собой. Как бы ни была медленной его скорость, для того, чтобы соединить устройства между собой требовалось всего три провода – настолько простым был протокол обмена данными. Понятно, что для полноценной работы требовалось большее количество проводников в шнуре.
На сегодняшний день последовательный порт практически уже не используется и полностью вытеснен более молодым, но и более скоростным «собратом» - USB-портом . Следует, правда, отметить, что некоторые производители все ещё комплектуют COM-портом свои материнские платы. Однако, само наименование - «последовательный порт» до сих пор используется разработчиками программного обеспечения. Так, например, Bluetooth-устройства, порты сотовых телефонов часто представляются именно, как «последовательный порт». Это, возможно, несколько сбивает с толку, но сделано это по той причине, что передача данных в них тоже осуществляется последовательно, но на более высокой скорости.
Если по какой-то причине вам может потребоваться COM-порт, а на вашем ПК его нет, то для это цели можно воспользоваться переходником, который подключается к современному USB-порту, имеющемуся на всех современных ПК, а с другой стороны у такого переходника имеется разъем последовательного порта. Есть, правда, одно ограничение, если программное обеспечение обращалось напрямую к «железу» настоящего COM-порта, то работать с таким переходником оно не будет. В этом случае необходимо приобретать специальную плату, которая устанавливается внутрь вашего ПК.
Конструктивно, последовательный порт ПК имеет разъем типа «папа» (с торчащими штырьками):
На сегодняшний день, 25-ти штырьковый разъем последовательного порта практически вышел из употребления и уже несколько лет не устанавливается на ПК. Если производитель снабжает материнскую плату COM-портом, то это 9-ти контактный разъем типа DB9.
Представляет собой интерфейс для подключения таких устройств, как принтеры, сканеры и плоттеры.
Позволяет одновременно передавать 8 бит данных, правда в одном направлении – от компьютера к периферии. В дополнении к этому, имеет 4 управляющих бита (так же как и в случае с битами данных, управляющие биты передаются от ПК к внешнему устройству), и 4 бита состояния (эти биты компьютер может «прочитать» из устройства).
В последние годы, LPT-порт усовершенствовали, и он стал двухсторонним, то есть биты данных стало возможным передавать через него в обе стороны. На сегодняшний день устарел и практически не используется, хотя производители материнских плат все ещё включают его в её состав.
Энтузиасты и радиолюбители часто используют этот порт для управления какими-либо нестандартными устройствами (поделки и пр.).
USB-интерфейс
USB – это сокращение полного названия порта – universal serial bus («универсальная последовательная шина»).
На сегодняшний день это один из самых широко используемых портов на персональном компьютере. И это не случайно – его технические характеристики и простота использования действительно впечатляют.
Скорость обмена данными для интерфейса USB 2.0 может достигать - 480 Мбит/сек, а интерфейса USB3.0 – до 5 Гбит/сек (!).
Причём, все версии этого интерфейса совместимы между собой. То есть устройство использующее интерфейс 2.0 может быть подключено к порту USB3.0 (порт в этом случае автоматически понизит скорость до нужного значения). Соответственно, устройство использующее порт USB 3.0 может быть подключено к порту USB 2.0. Единственное условие, если для нормальной работы требуется скорость выше, чем максимальная скорость USB 2.0, то нормальное функционирование периферийного устройства будет в этом случае не возможно.
Кроме этого, популярность данного порта обусловлена ещё и тем, что разработчики заложили в него одну, очень полезную особенность – данный порт может служить источником электропитания , для подключённого к нему внешнего устройства. В этом случае не требуется дополнительный блок для подключения к электрической сети, что очень удобно.
Для версии порта USB 2.0 максимальный потребляемый ток может достигать значения в 0.5A, а в версии USB3.0 – 0.9А. Превышать указанные значения не рекомендуется, так как это приведёт к выходу интерфейса из строя.
Разработчики современных цифровых устройств, все время стремятся к минимизации. Поэтому, конструктивно данный порт может иметь кроме стандартного разъёма, ещё и мини-вариант для миниатюрных устройств – mini-USB . Никаких принципиальных отличий от стандартного USB-порта кроме конструкции самого разъёма mini-USB не имеет.
Практически все современные устройства имеют USB-порт для подключения к ПК. Лёгкость установки – подключенное устройство распознаётся операционной системой практически сразу после присоединения, даёт возможность пользоваться таким портом без специальных «компьютерных» знаний. Принтеры, сканеры, цифровые фотоаппараты, смартфоны и планшеты, внешние накопители – это лишь небольшой список периферийного оборудования, которое сейчас использует этот интерфейс. Простой принцип – «воткнул и работай» сделали данный порт поистине бестселлером среди всех имеющихся на сегодняшний день интерфейсов персонального компьютера.
Порт Fire-Wire (Другие названия - IEEE1394, i-Link)
Этот вид интерфейса появился сравнительно недавно – с 1995 года. Представляет собой высокоскоростную шину последовательного типа. Скорость передачи данных может достигать - до 400 Мбит/сек в стандарте IEEE 1394 и IEEE 1394a, 800 Мбит/сек и 1600 Мбит/сек - для стандарта IEEE1394b.
Изначально этот интерфейс был разработан, как порт для подключения внутренних накопителей (типа SATA), но лицензионная политика компании Apple – одного из разработчиков этого стандарта, требовала выплаты за каждый чип контроллера. Поэтому, на сегодняшний день лишь небольшое количество цифровых устройств (некоторые модели фотоаппаратов и видеокамер) снабжены данным видом интерфейса. Широкого распространения этот вид порта так и не получил.
Значение этого интерфейса трудно переоценить, как правило, именно он используется для подключения персонального компьютера к локальной сети или для выхода в интернет в большинстве случаев. Практически все современные ПК, ноутбуки и нетбуки оборудованы встроенным в материнскую плату Ethernet-портом. В этом нетрудно убедиться, если осмотреть внешние разъёмы.
Для подключения внешних устройств используется специальный , имеющий с обоих концов одинаковые разъёмы – RJ-45 , содержащие восемь контактов.
Кабель симметричен, в связи с чем, порядок подключения устройств значения не имеет – к любому из идентичных разъёмов кабеля можно подключить любое устройство на выбор – ПК, роутер, модем и т. п. Маркируется аббревиатурой - UTP, общепринятое название – «витая пара» . В большинстве случаев как для домашнего, так и для офисного использования применяют кабель пятой категории марки UTP-5 или UTP-5E.
Скорость передаваемых по Ethernet-соединению данных зависит от технических возможностей порта и составляет 10 Мбит/сек, 100 Мбит/сек и 1000 Мбит/сек. Следует понимать, что эта пропускная способность является теоретической, и что в реальных сетях она несколько ниже в виду особенностей работы Ethernet-протокола передачи данных.
Также, следует иметь в виду, что далеко не все производители устанавливают в свои Ethernet-контроллеры быстродействующие чипы, так как они весьма дороги. Это приводит к тому, что на практике, реальная скорость передачи данных значительно ниже, указанной на упаковке или в спецификации. Как правило, практически все Ethernet-карты совместимы между собой и сверху вниз. То есть более новые модели, имеющие возможность подключения на скорости в 1000 Мбит/сек (1 Гбит/сек), без проблем будут работать со старыми моделями, на скоростях 10 и 100 Мбит/сек.
Для визуального контроля целостности подключения Ethernet-порт имеет индикаторы Link и Act . Индикатор Link - горит зелёным цветом при правильном и работающем физическом подключении, т. е. кабель между устройствами подключён, он целый, порты рабочие. Второй индикатор Act («активность») имеет, как правило, оранжевое свечение и мигает во время передачи или приёма данных.
Внутренние порты персонального компьютера
Как уже было сказано выше, внутренние порты предназначены для подключения такой периферии, как накопители на жёстких дисках, CD и DVD-ROM , «карт-ридеры» , дополнительные COM и USB порты и т. п. Находятся внутренние порты либо на материнской плате , либо на дополнительных платах расширения, устанавливаемых в системную шину.
Ныне устаревший интерфейс для подключения старых моделей накопителей на жёстких дисках («винчестеров», HDD). После создания SATA-интерфейса, получил название PATA-интерфейса, или сокращённо – ATA. PATA – ParallelAdvanced Technology Attachment . Это параллельный интерфейс передачи данных для подключения накопителей был разработан в середине 1986 года знаменитой теперь компанией WesternDigital.
В зависимости от производителя, материнская плата может содержать от одного до четырёх IDE-каналов. Современные производители, как правило, оставляют всего один IDE-порт для совместимости, а в последнее время и он исключён из состава материнской платы, будучи полностью вытеснен современным интерфейсом SATA.
Скорость передачи данных в последней версии интерфейса EnhancedIDE может достигать - 150 Мбит/сек. Подключение устройств осуществляется при помощи IDE-кабеля, имеющего 40 или 80 жил для старого или нового типа интерфейса соответственно.
Как правило, при помощи одного кабеля можно подключить до двух устройств одновременно к одному порту IDE. В этом случае, при помощи перемычек на накопителях, определяющих «старшинство» устройств работающих в паре, выбирается режим работы – на одном устройстве – «мастер» (master) , а для другого «подчинённый» (slave) .
Подключать можно как однотипные устройства, например, два накопителя на жёстких дисках или два DVD-ROM, так и разные в любых сочетаниях – DVD-ROM и HDD или CD-ROM и DVD-ROM. Разъём для подключения значения не имеет, следует лишь обратить внимания, что два разъёма для подключения периферии смещены для удобства к одному из концов шлейфа.
Следует также иметь в виду, что подключив «быстрое» устройство, рассчитанное на 80-ти жильный кабель при помощи старого 40-ка жильного кабеля, вы сильно снизите скорость обмена. Кроме этого, если одно из устройств в паре имеет старый (медленный) интерфейс ATA, то скорость передачи данных в этом случае будет определяться именно скоростью работ этого устройства.
При наличии двух портов IDE и двух накопителей внутри ПК, для увеличения скорости обмена данными необходимо подключать каждый накопитель на отдельный порт IDE.
Этот интерфейс является развитием своего предшественника интерфейса IDE, с той лишь разницей, что в отличие от своего «старшего товарища» он является не параллельным, а последовательным интерфейсом. SATA – SerialATA.
Конструктивно он имеет всего семь проводников для своей работы и намного меньшую площадь как самого разъёма, так и связующего кабеля.
Скорость передачи данных у этого интерфейса значительно выше устаревшего IDE и в зависимости от версии SATA составляет:
- SATARev. 1.0 – до 1.5 Гбит/сек;
- SATARev. 2.0 – до 3 Гбит/сек;
- SATARev. 3.0 – до 6 Гбит/сек.
Так же, как и IDE-интерфейс шнур для подключения устройств «универсален» - разъёмы одинаковы с обеих сторон, но в отличие от «собрата» теперь при помощи одного SATA-кабеля можно подключить лишь одно устройство к одному SATA-порту.
Но вряд ли стоит огорчаться по этому поводу. Производители позаботились о том, чтобы количество портов было достаточным для самых разных применений, устанавливая на одну материнскую плату до 8 портов SATA. Разъем SATA-порта третьей ревизии, как правило, имеет ярко-красный цвет.
Дополнительные порты
Большинство материнских плат оборудуется производителями дополнительным количеством портов USB, а иногда и ещё одним, дополнительным COM-портом.
Сделано это для удобства пользователя. Большинство современных корпусов настольных ПК имеют Usb-разъёмы, установленные на передней панели для комфортного подключения внешних накопителей. В этом случае не нужно тянуться к задней стенке системного блока и «попадать» в Usb-разъём, который выведен на заднюю панель.
Такой разъем на передней панели и подключается к дополнительному USB-порту установленному на материнской плате. Кроме всего прочего, выведенных на заднюю панель интерфейсов USB может попросту не хватать, в виду большого количества устройств периферии , в этом случае можно приобрести дополнительную планку с разъёмами USB и подключить их к дополнительным портам.
Все вышесказанное относится и к другим портам, установленным на материнской плате. Например, последовательный порт COM или FireWireIEEE1394 может попросту не выводиться на заднюю панель персонального компьютера, однако на материнской плате он в то же время присутствует. В этом случае достаточно купить соответствующий шлейф и вывести его наружу.
Назвать портами данные разъёмы будет технически неверно, хотя метод подключения к ним дополнительных плат всё-таки чем-то схож с другими привычными портами. Принцип тот же – воткнул и включил. Система в большинстве случаев сама найдёт устройство и запросит (или установит автоматически) для него драйвера.
В такие шины устанавливаются, например, внешняя графическая карта, звуковая карта, внутренний модем, плата видеоввода, другие дополнительные платы расширения, которые позволяют ПК расширить свои функциями и возможностями.
Шины PCI и PCIe несовместимы друг с другом, поэтому прежде чем приобрести себе плату расширения необходимо уточнить – какие системные шины установлены на материнской плате вашего ПК.
PCIex 1 и PCIex 16 – это современная реализация более старой шины PCI разработанной в 1991 году. Но в отличие от своей предшественницы, она является последовательной шиной, а кроме этого все шины PCIe соединены по топологии «звезда», в то время как старая шина PCI соединялась параллельно друг другу. Кроме этого, новая шина обладает такими преимуществами, как:
- Возможность горячей замены плат;
- Полоса пропускания имеет гарантированные параметры;
- Контроль целостности данных при приёме и передачи;
- Управляемое энергопотребление.
Различаются шины PCI Express количеством проводников подводимых к слоту, при помощи которых осуществляется обмен данными с установленным устройством (PCIex 1, PCIex2, PCIex 4, PCIex 8, PCIex 16, PCIex 32). Максимальная скорость передачи данных может достигать - 16 Гбит/сек.
