Меню

Таблица сравнения характеристик интерфейсов



Внешние интерфейсы для компьютеров — как все устроено

Содержание

Внешние интерфейсы

Принтеры, модемы и другое периферийное оборудование подключается к компьютеру через стандартизированные интерфейсы, иногда называемые портами. В зависимости от способа передачи информации (параллельного или последовательного) между сопрягаемыми устройствами различают параллельные и последовательные интерфейсы.

Таблица характеристик основных внешних интерфейсов

Стандарт Год выпуска Первоначальная скорость, Мбит/с Максимальное расстояние связи, метров Максимальное количество подключений Необходимость электропитания Число линий
Последовательный порт (RS 232) 1960 0.02 15 1 Да 10
RS-485 10 1200 32 2
Параллельный порт (LPT) 1981 1.1 1.8 1 Да 25/30
MIDI 1982 31.25 Кбит/с 15 4 Да 3
USB 1.1 1995 12 5/25 127 Нет 4
FireWire 1995 400 4.5/72 63 Нет 6
Стандарт Год выпуска Первоначальная скорость, Мбит/с Максимальное расстояние связи, м Максимальное количество подключений Необходимость электропитания Число линий
USB2.0 2000 480 5/25 127 Нет 4
FireWire 800 2001 850 4.5/72 63 Нет 9
Последовательный SCSI 2004 320-3200 6/500/3000 96/127/192 Да 1
eSATA 2004 2400 2 1 Да 7
IrDA 1995 0.115/4.0 15/1 Да Беспроводной
Bluetooth 1994 0.7-2.1 1-100 8-127 Да Беспроводной

Последовательный порт стандарта RS-232-C

Обычно персональный компьютер оборудован хотя бы одним последовательным асинхронным адаптером (который расположен на системной плате либо оформлен в качестве сменной карты), по-другому называемым последовательным портом RS-232-C. Интерфейс RS-232-C разработан EIA (Electronic Industries Association — Ассоциация производителей электроники) и является стандартом для соединения ЭВМ с различными последовательными внешними устройствами, в качестве которых первоначально выступали в основном терминалы и печатающие устройства. В операционных системах компьютеров IBM PC каждому порту RS-232-C присваивается логическое имя СOМ1: -COM4:.

Последовательная передача данных состоит в побитовой передаче каждого байта цифровой информации, в форме кадра данных, содержащего сигнал начала передачи (Start), сигнал окончания передачи (Stop) и информационные биты.

Бит ST сигнализирует о начале передачи данных, затем передается информационные биты — вначале младшие, потом старшие.

Иногда используется контрольный бит Р, которому присваивается такое значение, чтобы общее число единиц или нулей было четным или нечетным. Это применяется для контроля правильности передачи кадра. Приемное устройство проверяет кадр на четность и при несовпадении с ожидаемым значением передает запрос о повторе передачи кадра. Бит (или биты) SP сигнализирует об окончании передачи байта.

Использование (или нет) битов р, ST, SP задает формат передачи данных (кадра) на уровне RS-232. Принимающее и передающее устройства должны применять одинаковые форматы.

Установка формата данных может быть, например, выполнена в MS DOS командой MODE вида

MODE COMn: BAUD=m, PARITY=x, DATA=y, STOP=z Здесь n — номер СОМ-порта — 1.2, 3.4;

m — скорость передачи данных в бодах (количество передаваемых бит в секунду с учетом служебных бит — р, ST, SP). Стандартные значения m — 110.150, 300.600, 1200.2400, 4800.9600, 19 200;

х — контроль четности, наличие и тип (N — контроль отсутствует, о — нечетное число единиц, Е — четное). По умолчанию — е; у — число бит в кадре (5.6, 7.8). По умолчанию — 7; z — число стоп-бит в кадре (1.2). По умолчанию — 1. Установка параметров в Windows NT иллюстрируется на рисуноке, кроме того, каждая телекоммуникационая программа (или терминальта) имеет свои возможности по установке или изменению формата кадра для каждого из портов.

Основу последовательного порта составляет микросхема UART (Universal Asyncronous Receiver-Transmitter — универсальный асинхронный приемопередатчик — Intel 16450/16550/16550А).

Разъем для подключения последовательного порта может содержать 25 или 9 выводов (соответственные обозначения — D25 и D9). Только два провода этих разъемов используются для передачи и приема данных, остальные отведены для вспомогательных и управляющих сигналов.

Читайте также:  Критерий манна уитни сравнение средних

Таблица структура разъемов интерфейса RS-232-C

Номер контакта D25 Принятое сокращение по RS-232 Номер контакта D9 Содержание информации Вход или выход
1 АА FG (Frame ground — защитное (силовое) заземление)
2 ВА 3 TD (Transmitted data — передаваемые данные) Выход
3 ВВ 2 RD (Received data — принимаемые данные) Вход
4 СА 7 RTS (Request to send — запрос для передачи) Выход
5 СВ 8 CTS (Clear to send — сброс для передачи) Вход
6 СС 6 DSR (Data set ready — готовность данных) Вход
7 АВ 5 SG (Signal ground — сигнальное заземление)
8 CF 1 DCD (Data carrier detect — обнаружение передачи данных) Вход
20 CD 4 DTR (Data terminal ready — данные готовы к передаче) Выход
22 СЕ 9 Rl (Ring indicator — индикатор вызова) Вход

Стандарт RS-232-C определяет взаимодействие между устройствами двух типов:

  • DTE (Data terminal equipment — оконечное/терминальное устройство);
  • DCE (Data communication equipment — устройство связи).

В большинстве случаев компьютер, терминал являются DTE, модемы, принтеры, графопостроители — DCE.

Если опустить ненужные подробности, то можно сказать, что Для связи DTE-DCE (например, компьютер-внешний модем) в Разъемах необходимо осуществить соединение проводов по принципу «вход-вход» и «выход-выход», для связи же DTE-DTE (например, компьютер компьютер) принцип соединения другой — «вы-ход-вход» и «вход-выход» (такое соединение в обиходе получило название нуль-модем).

При передаче цифровых (импульсных) данных на большие расстояния по обычным проводам начинают сказываться эффекты так называемых «длинных линий», впервые обнаруженные при прокладке трансатлантического кабеля для телеграфной связи Европа-Америка. Сигналы расплываются, накладываются друг на друга создают помехи и подвержены внешним помехам. Для избежания данных эффектов необходимо использование кабелей связи с высокими характеристиками, а также установка на линии электронных устройств, корректирующих передаваемые сигналы (повторители), либо применение модемов.

а — исходный вид; б — вид на стороне приемника

По аналогичным причинам передача цифровой информации при соединениях типа DCE-DCE и DCE-DTE, описанных выше, ограничена определенными расстояниями. Официальное ограничение по длине соединительного кабеля по стандарту RS-232-C составляет 15.24 м. На практике это расстояние зависит от скорости передачи данных и может быть значительно больше.

Таблица параметров линии связи по нуль-модему

Скорость передачи, бод Максимум длины экранированного кабеля, м Максимум длины неэкранированного кабеля, м
Менее 300 1524 914
1200 914 914
2400 304 152
4800 304 76
9600 76 76

Параллельный порт

Параллельный порт (Centronics) используется для одновременной передачи 8 битов информации. В компьютерах этот порт используется главным образом для подключения принтера, хотя это не исключает возможность подсоединения к нему других устройств, например графопостроителей или даже других ПЭВМ.

Параллельные порты компьютера обозначаются LPT1- LPT4, поддерживаются BIOS-прерыванием INT 17h:

00h — вывод символа без аппаратных прерываний;

O1h — инициализация интерфейса и принтера;

02h — опрос состояния принтера.

Конструктивно порт обычно оформлен в виде 25-контактного разъема типа D (DB25).

Имеется восемь шин данных, для каждой из них — своя линия заземления.

Кроме того, имеются управляющие сигналы:

  • сигнал строба strobe на контакте 1 сообщает принтеру, что текущая передача данных окончена и принтер может печатать символ;
  • линия подтверждения готовности АСК на контакте 10. До тех пор, пока на этой линии высокий потенциал, компьютер не посылает данных;
  • линия занятости Busy сигнализирует компьютеру о том, что принтер занят;
  • линия выбора Select показывает, что принтер выбран (то есть режим онлайн);
  • линия автоматического перевода строки Fdxt;
  • линия ошибки Error — принтер сообщает об ошибке (например, кончилась бумага);
  • линия Ink — компьютер переводит принтер в то состояние, в котором он находился после включения питания (то есть начальное состояние);
  • линия Slctin — по этой линии компьютеру сообщается, готов ли принтер принимать данные (при низком уровне сигнала — готов, при высоком — нет).
Читайте также:  Сравни себя с близнецом мужчиной

Параллельное соединение применяется на расстояниях не более 5 метров, некоторые источники ограничивают расстояние 1-2 метров; при увеличении длины параллельных проводов возрастает межпроводная емкость, что приводит к перекрестным помехам, кроме того, растут материальные затраты на реализацию линии.

В принципе, параллельные порты должны быть двунаправленными и соответствовать требованиям стандарта ЕРР, поскольку он позволяет передавать данные в 10 раз быстрее, чем стандартные параллельные порты (2 Мбит/с против 200 Кбит/с).

Порт располагается обычно на задней стенке компьютера как D образная 25-контактная розетка. Там может также иметься D образная 25-контактная вилка.

Более новые параллельные порты выполнены в стандарте IEEE 1284, первая редакция которого вышла в 1994 году Этот стандарт определяет пять следующих режимов работы:

  1. Режим совместимости.
  2. Режим тетрады.
  3. Режим байтов.
  4. Режим ЕРР (Расширенный параллельный порт).
  5. Режим ЕСР (Режим с расширенными возможностями).

Аппаратные свойства

Ниже приведено размещение выводов D образного 25-контактного разъема и 34-контактного разъема Centronics. Первый обычно используется для параллельного порта компьютера, в то время как разъем Centronics обычно применяется на принтерах. Стандарт IEEE 1284, однако, определяет три

Таблица назначений выводов соединителей параллельного порта

№ вывода (D-образ-ный 25-контактный) № вывода (Centronics) Сигнал SPP Направление вход-выход Регистр Аппаратная инверсия
1 1 nStrobe Вход-выход Управления Да
2 2 Данные 0 Выход Данные
3 3 Данные 1 Выход Данные
4 4 Данные 2 Выход Данные
5 5 Данные 3 Выход Данные
6 6 Данные 4 Выход Данные
7 7 Данные 5 Выход Данные
8 8 Данные 6 Выход Данные
9 9 Данные 7 Выход Данные
10 10 nAck Вход Состояние
11 11 Busy Вход Состояние Да
12 12 PapeiOut / PaperEnd Вход Состояние
13 13 Select Вход Состояние
14 14 nAutoLinefeed Вход-выход Управление Да
15 32 nError / nFault Вход Состояние
16 31 nlnitialize Вход-выход Управление
17 36 nSelectPrinter / nSelectln Вход-выход Управление Да
18-25 9-30 Земля Gnd

различных соединителя для использования с параллельным портом. Первый, 1284 Тип А — D-образный 25-контактный соединитель, установленный сзади у большинства компьютеров. Второй — 1284 Тип В, который является 36-выводным разъемом Centronics, установленным на большинстве принтеров.

IEEE 1284 Тип С является 36-контактным соединителем, подобным Centronics, но меньшего размера. Этот соединитель имеет лучший замок, лучшие электрические свойства и легче собирается. Он также содержит еще два вывода для сигналов, которые могут использоваться, чтобы видеть, включено ли другое устройство.

Вышеприведенная таблица использует «n» перед именем сигнала, когда активным является низкий уровень сигнала, например, nError. Если на принтере произошла ошибка, тогда на этой линии низкий уровень. В нормальном состоянии, когда принтер работает правильно, на этой линии высокий уровень. «Аппаратная инверсия» означает, что сигнал инвертирован аппаратно в контроллере параллельного порта. Пример — линия Busy. Если на этот вывод подать +5 В (логическая единица) и прочитать регистр состояния, в бите 7 последнего был бы 0.

Centronics

Centronics — это ранний стандарт для передачи данных от ведущего устройства к принтеру. Большинство принтеров использует этот протокол передачи. Подтверждение передачи обычно осуществляется путем программного управления стандартным параллельным портом.

Адреса портов

Параллельный порт имеет три обычно используемых базовых адреса (таблица 2.16). Базовый адрес 3BCh использовался для параллельных портов на ранних видеоплатах. Этот адрес исчез на некоторое время, когда параллельные порты были удалены из видеоплат. Затем он вновь появился как вариант для параллельных портов, интегрированных на системных платах, где их конфигурация может быть изменена с использованием BIOS.

Таблица адресации портов

Для LPT1 обычно назначается базовый адрес 378h, в то время как для LPT2 — 278h.

Когда компьютер включается впервые, BIOS (базовая система ввода-вывода) определяет число имеющихся портов и назначает им имена lpt1, lpt2 и lpt3. BIOS сначала проверяет адрес 3BCh. Если параллельный порт найден здесь, ему назначается имя LPT1, затем проверяется адрес 378h. Если контроллер параллельного порта найден там, ему назначается следующее свободное имя устройства. Это было бы LPT1, если плата не была найдена по 3BCh, или LPT2, если бы она была найдена в 3BCh. Последний опрашиваемый порт — 278h, и для него следует та же самая процедура. Поэтому можно иметь LPT2 с адресом 378h, а не 278h, как ожидалось.

Перечисленные режимы настраиваются через BIOS.

Дополнительная информация по теме

Описание основных принципов интерфейса Fire Ware, как все устроено, какие существуют протоколы

В статье приводится описание основных принципов и основы устройств интерфейсов для периферийных компьютерных устройств

В статье приводятся описания различных видов симуляторов, их основные различия, достоинства и эволюция

Здесь приводится описание основных внутренних интерфейсов, используемых на сегодняшний день в компьютерной индустрии и недалеком прошлом

Источник

Сравнительная характеристика и типы последовательных интерфейсов

Внешние интерфейсы

Применяется для устройств, вынесенных за пределы системного блока.

Параллельные внешние интерфейсы

Имеют шину данных 8 или 16 разрядную. Максимальная длина кабеля от системного блока до внешнего устройства не превышает PRN STROBE Строб данных ПК->PRN ACKNLG Подтверждение приема данных PRN->ПК PE Конец (отсутствие) бумаги PRN->ПК Error Сигнал ошибки PRN->ПК Init Инициализация принтера ПК->PRN AutoLine Автоматический перевод строки ПК->PRN SelectIn Сигнал выбора принтера ПК->PRN

Обычно порт принтера LPT1 имеет адрес 378h (278h,3BCh)

Отличие интерфейса EPP (улучшенный параллельный порт).

1. Обмен информации в обоих направлениях.

2. Скорость обмена увеличивается в 6 раз.

3. Возможен специальный режим обмена — ПДП.

Возможности интерфейса ЕСР по сравнению с EPP:

1. Возможность подключения до 128 устройств.

2. Сжатие данных при передаче. Алгоритм сжатия RLE.

EPP + ECP + CPP -> стандарт IEEE 1284

Последовательные интерфейсы

Сравнительная характеристика и типы последовательных интерфейсов

Последовательный интерфейс — интерфейс, по которому информация передается по одной линии. Стоимость кабеля такого интерфейса меньше, чем для параллельного интерфейса. Длина кабеля может достигать 1 километр и более. В настоящее время осуществляется переход к последовательным интерфейсам и замена параллельных интерфейсов на последовательные.

Интерфейс Пропускная способность
RS-232c 0.148 Mbit/с
RS-422/485 10 Mbit/с
USB 1.1 12 Mbit/с
USB2.0 480 Mbit/с
IEEE 1394 400 Mbit/с
IEEE 1394-2 1.5 Gbit/c

Существует 2 принципиально разных способа передачи информации по последовательным интерфейсам:

1.Синхронная передача –передача, при которой каждый передаваемый бит сопровождается синхросигналом (тактовым сигналом)

Достоинства синхронных интерфейсов:

— высокая скорость передачи,

— полная синхронизация приемника и передатчика.

Недостатки синхронных интерфейсов:

— требуется дополнительная линия для тактового сигнала (+ специальный кабель),

— взаимодействие тактового и полезного сигнала в проводах, взаимные помехи,

2. Асинхронная передача (старт — стоповая) — передача последовательности битов внутри посылки, начинающейся уникальным стартовым и заканчивающейся двумя стоповыми битами. Формат посылки – 1 – 5 – 2, 1 – 8 – 2 или другой, где первая и последняя цифры – число стартовых и стоповых битов соответственно, среднее число – число полезных бит в посылке

Достоинства асинхронной передачи:

— высокая помехозащищённость разряда и простота обнаружения начала посылки на приёмной стороне,

— не нужен провод для тактового сигнала.

Недостатки асинхронной передачи:

— низкая информационная скорость,

— необходимо дополнительное оборудование для синхронизации.

Источник