Последовательный,
параллельный, порты usb и wirefire,
irda, bluetooth,
wi-fi.
В компьютере для подключения разных видов
устройств используется три вида портов: последовательные, параллельный
и USB.
Последовательный порт
становится устаревшим, все реже используется и служит для подключения
таких устройств, как модемы, сканеры, графопостроители, мыши,
нуль-кабели для соединения компьютеров между собой и др. Скорость
передачи данных может быть от 1 200 до 115 200 бит/сек, он более
медленный, чем параллельный, но позволяет передавать данные на большие
расстояния.
При
этом передача данных происходит побитно, то есть по одной линии
пересылается бит за битом. Типичным примером является связь через
телефонную сеть, где имеется только два провода. В отличие от
последовательной, параллельная передача позволяет передавать
одновременно несколько бит, используя для этого несколько линий.
В
принципе, для одной линии нужно два провода, один из которых будет
«землей», иногда для последовательной передачи используется три
провода, один для передачи, один для приема, третий – «земля». Для
соединения последовательных портов используется два вида разъемов:
DB9
и DB25, где числа свидетельствуют о количестве контактов в разъеме.
Подключение производится в одном направлении, то есть установить
неправильно невозможно. Как правило, в разъем с 9 штырями подключается
мышь. Что делать, если вы хотите подключить другие внешние устройства,
требующие последовательного порта, который требует также 9 штырей?
Для
этого существуют переходники, содержащие на одном конце 9 штырей, а на
другом 25 отверстий. Такой переходник можно вставить в другой
последовательный порт. При отключении разъемов нельзя тянуть за провод,
нужно вытаскивать, держа штекер рукой. Чем бережнее отношение к кабелю,
тем дольше он прослужит.
Для
последовательного порта внутри компьютера происходит параллельная
передача, которая осуществляется по нескольким проводам. После
поступления данных из компьютера в специальное устройство (UART), они
преобразуются и передаются далее последовательно.
Процесс
переключения выполняется следующим образом. Центральный процессор
передает в буфер порта байт, далее UART, получив которое, посылает
стартовый бит, свидетельствуя о том, что готов передавать информацию на
другой конец провода, после чего посылает бит данных, затем стоповый
бит, сигнализирующий о том, что байт передан.
На другом конце провода
находится другой UART, который принимает данные, обрабатывает их, после
чего посылает прерывание для центрального процессора. Если процессор
долго не может принять данные, то он может их и не получить вовсе, так
как UART, получив следующий байт, сбрасывает предыдущий байт и на его
место посылает следующий, посылая об этом для центрального процессора
сообщение, которое называется переполнением регистра.
Центральный
процессор передает по системной шине байт информации через порт,
указывая его адрес, после чего шина освобождается для других целей.
UART независим от процессора и системной шины, преобразует данные в
последовательную форму, передавая его побитно по последовательному
каналу.
Для того, чтобы передавать эту информацию, UART использует
встроенный в него тактовый генератор, который генерирует импульсы,
синхронизируя их с принимающим устройством. Причем частота работы может
быть различна и зависит от тактовой частоты генератора.
На
другом конце находится другой UART, который принимает переданные
данные. Получив байт, он проконтролирует его и проверит на четность.
Если она имеется, устройство перешлет байт в выходной порт и организует
прерывание, после чего центральный процессор начнет его обработку,
анализируя соответствующую программу. Если он не успел принять байт, то
он теряется и на его месте помещается следующий байт.
В
UART 16 550 появился буфер, куда можно вводить 16 байт. Чтобы
использовать буфер в последовательном канале, требуется специальное
обеспечение в BIOS, которое там обычно и бывает, так как BIOS и UART
устанавливаются на материнской плате и продаются вместе, но если даже
такого обеспечения не имеется, то Windows 9х сконфигурирует это
автоматически.
Кроме устанавливаемых портов в компьютере, можно
расширить их число путем добавления отдельной платы с портами.
Существуют также станции сбора данных, через которые можно подключить
несколько последовательных устройств. Для ноутбуков существуют
док-станции, которые также расширяют возможности компьютера с
добавлением последовательных и параллельных портов.
Последовательный
порт может использовать следующие скорости: 50, 75, 110, 150, 300, 600,
1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/сек. В самом
начале работы контроллер передает последовательность согласования, при
которой выбирается стандарт, по которому будет происходить работа. Если
устройство, подключенное к порту, не ответит, то контроллер переходит
на более низшую скорость передачи.
Обозначаются
последовательные порты как СОМ, всего их может быть четыре: СОМ1 (с
портом по адресу 3F8h), СОМ2 (2F8h), СОМ3 (3E8h) и СОМ4 (2E8h). При
этом для 1-го и 3-го порта используется прерывание с номером 4, а для
2-го и 4-го – 3-й номер прерывания.
В
настоящее время используется стандарт IEEE 1894. Он работает со
скоростью передачи данных до 115 200 бит/сек, имеет три провода для:
передачи данных, «земли», и один для управляющих сигналов.
Обычно последовательная передача
происходит через провода, однако существуют и беспроволочные
устройства, основанные на передаче данных с помощью инфракрасных
датчиков. Они часто используются в ноутбуках. Скорость передачи в этом
случае может достигать максимальной скорости в 115 Кбит/сек.
Клавиатура
относится к стандартным устройствам и использует специальный интерфейс
со своим разъемом. Она имеет также последовательный способ передачи
данных, включает разъем, который может содержать 5 или 6 штырьков.
Кроме того, буфер для данных находится не в микросхеме, а в области
оперативной памяти и его можно расширить. Его содержимое доступно для
программ, что довольно важно.
Мышь также
работает с последовательным каналом связи и подключается к стандартному
порту, используя гнездо DB9 или DB25, однако может подключаться и к
специальному разъему типа PS/2.
Параллельный порт становится
устаревшим и редко используется. Существуют устройства, которые требуют
более высокой скорости передачи данных, чем по последовательному
каналу, например, принтер, внешние жесткие диски, стримеры. Для этих
целей был разработан специальный способ передачи, который назван
параллельным по тому типу, как он реализован.
На
задней панели системного блока расположены два разъема, которые имеют
25 отверстий, то есть, в отличие от последовательного разъема, где
находятся штыри, в последовательных имеются отверстия. Главной
характеристикой этих интерфейсов является количество передаваемых
данных, которое измеряется в битах в секунду или bps (bit per second).
Старые
компьютеры позволяли передавать данные по параллельному порту в одном
направлении и использовались только для подключения принтеров, а новые
— для передачи данных в двух направлениях. Поэтому на старых моделях
нельзя подключить модем, дополнительный жесткий диск и другие
устройства, которые требуют передачи данных от устройства к компьютеру.
Данные передаются по определенным
правилам, иначе называемым протоколами.
Например, может быть следующая последовательность: стартовый бит, 8 бит
данных и стоп-бит или другая последовательность: стартовый бит, 8 бит
длины сообщения, само сообщение, символ конца сообщения.
В данных
случаях управляющими символами являются стартовый бит, стоп-бит, длина
сообщения, символ конца сообщения. Понятно, что количество бит
сообщения состоит из управляющих символов и непосредственно данных.
Кроме описанных выше, могут использоваться биты контроля четности.
Если
вы посылаете символ 10010011, то бит контролячетности
(в режиме Ever — бит контроля четный) равен 0 или (в режиме Odd — бит
контроля нечетный) равен 1. То есть сумма всех битов (восемь данных и
бит контроля) будет четным или нечетным.
При
передаче данных посылается байт и специальный сигнал, называемый
стробом. По его получения принтер отправляет сигнал о том, что данные
получены. Несколько управляющих линий служат для передачи сигналов от
принтера, например, о том, что кончилась бумага, возникла
неисправность, необходимо произвести перезагрузку принтера и так далее.
Стандартные интерфейсы этого порта способны передавать до 150 Кб/сек,
что выше, чем при последовательной передаче данных. Разъем для этого
порта имеет 25 контактов (DB25). Первые порты позволяли посылать данные
только к принтеру. В дальнейшем этот порт позволил посылать данные и в
обратном направлении. При этом можно использовать для передачи и
управляющие линии, которые передают по полбайта одновременно.
Со
временем, когда появилась необходимость подключения иных устройств
(внешние CD-ROM, жесткие диски и пр.) возникли другие задачи для этого
порта, в связи с этим возник стандарт IEEE1284, который позволяет,
помимо вывода информации на принтер, использовать и другие внешние
устройства.
Могут существовать следующие типы
параллельного порта по стандарту IЕЕЕ1284:
— стандартный (SPP).
Является устаревшим видом с передачей данных от 1020 б/сек. до 200
кб/сек, имеет только однонаправленную передачу данных от компьютера к
внешнему устройству;
— порт EPP(EnhancedParallelPort) позволяет передавать данные
в обоих направлениях, имеет возможность через канал DMA
передавать данные в оперативную память, минуя процессор, возможно
подключение до 64 устройств, а передавать данные – до 2 мгб/сек.;
ЕРР
разработан таким образом, что сам посылает байт по каналу связи и, если
в стандартном методе требовалось для посылки команд участие
центрального процессора, то теперь достаточно контроллера порта. Если
стандартный порт мог передавать данные только в одном направлении, то
стандарты ЕРР и ЕСР двунаправленные, то есть позволяют передавать
данные в двух направлениях.
Кроме того, введен буфер для промежуточного
хранения данных, а максимальная скорость может быть увеличена до 2
Мб/с., что позволяет организовать быструю работу с внешними
устройствами, такими, как CD-ROM, жесткими дисками, сканерами и другими
устройствами.
— порт ECP
(ExtendedCapabilityPort)
позволяет подключать до 128 устройств. Отличие данного порта
заключается в том, что он использует сжатые данные, что может
существенно сократить время передачи данных.
Порт
ЕСР имеет расширенные возможности по сравнению с ЕРР и выполнен с
внутренним сжатием данных, что позволяет передавать больше данных. При
этом в устройстве, которое подсоединено к этому порту, должна быть
предусмотрена распаковка данных, если этого нет, то происходит передача
без сжатия данных.
Многие современные лазерные принтеры используют эти
стандарты (ЕРР и ЕСР). Порт ЕРР совместим со стандартным портом и для
его установки требуется только новое программное обеспечение. Данные
могут передаваться через выделенный канал DMA, что снижает нагрузку на
центральный процессор, но уменьшает количество свободных каналов.
Кроме
того, это устройство позволяет использовать канал, когда другой занят,
то есть, например, посылать сообщения по факсу, когда происходит печать
на принтере (для устройств, имеющих факс и принтер в одном модуле). К
портам ЕРР и ЕСР можно подключать несколько десятков устройств по
цепочке.
Кроме того, существуют наращиваемые
устройства,
подключаемые по цепочке. К примеру, подключенное к компьютеру
Zip-устройство может иметь еще один разъем, к которому можно подключить
дополнительное устройство, например, принтер.
Zip-устройство,
установив, что сообщение приходит не для него, посылает его дальше, то
есть является сквозным. В силу того, что форматы развиваются, при
работе устройств могут возникнуть проблемы. В этом случае желательно
переставить устройства и снова попробовать их в работе, возможно,
перейти в стандартный режим работы порта.
Чтобы подключить порт,
нужно включить соответствующую опцию в BIOS, в котором АТ обозначает
стандартный порт, а ЕСР – порт ЕСР. К параллельному порту можно
подключать разные устройства. А что делать, если имеется два или более
устройств, которые нужно подключать к порту время от времени не в виде
цепочки?
Для этого созданы переключатели в виде отдельного блока, один
из разъемов которого соединен проводом с компьютером, а другие связаны
с внешними устройствами, например, со струйным или лазерным принтерами.
Дешевые модели имеют переключение в виде выключателя, но существуют и
модели, которые позволяют переключать устройство программно.
Компьютер может иметь до трех параллельных
портов для своей работы. Они обозначаются как LPT1, LPT2, LPT3
(от слова Line Printer). При включении компьютера происходит опрос
параллельных портов по адресам: 3ВСh, 378h и 278h, а при их нахождении
первому из устройств присваивается символ LPT1.
Стандарт
IEEE1284 принят в 1994 году и устанавливает стандарты SPP, EPP и ECP.
Существующие кабели имеют длину не более двух метров. Стандарт IEEE1284
распространяется и на кабели, которые должны быть перевиты, иметь экран
из фольги, что позволило увеличить их длину до 10 метров со скоростью
порядка 2 мб/сек. На таких кабелях имеется надпись IEEE std 1284-1994
Compliant.
Стандарты
последовательного и параллельного канала называется также портами
вводами/вывода. Микросхемы для работы последовательного порта находятся
на материнской плате, и так как иногда не все его параметры
установлены, то нужно заглянуть в BIOS компьютера.
Система Windows 9х
сама настраивает параметры, тогда как в некоторых случаях для Windows
3.11 и DOS нужно внести изменения в Autoexec.bat и Config.sys. После
установки основных параметров пользователи могут менять одну
характеристику — это скорость передачи данных по каналу, не трогая
остальные.
Приведенные
режимы задаются в BIOS компьютера. В компьютере могут поддерживаться
три параллельных и четыре последовательных интерфейса, однако на
практике существует меньшее их число в зависимости от количества
выводных контактов сзади на системном блоке.
Все разъемы подключаются
внутри системного блока к материнской плате, в более старых моделях для
этого существовали специальные карты. При тестировании портов могут
применяться специальные заглушки, без которых невозможно произвести
тестирование в полном объеме.
Не
все порты используют прерывание, которое у них имеется, поэтому ошибки,
связанные с неправильной установкой прерываний, происходят довольно
редко. А при тестировании двух портов, которые имеют один и тот же
базовый адрес, отдельно порты могут выдать нормальный результат, но при
одновременной работе давать сбои. Все это нужно учитывать при
тестировании.
USB (UniversalSerialBus
— универсальная последовательная шина) является наиболее
распространенной шиной и служит для подключения внешних устройств.
Существует несколько стандартов этой шины.
Стандарт 1.0 начал использоваться
с 1995 года, начиная с системы Windows 98
имеет два режима передачи данных: со скоростью передачи: низкой 1,5
Мбит/сек или высокой 12 Мбит/сек, напряжение – 8 вольт.
Стандарт 2.0 появился в 2001 году,
имеет три вида передачи данных: низкой (Low-speed) 10-1500 Кбит/сек, высокой (Full-speed) 0.5-12
Мбит/сек и Hi-speed
со скоростью 25-480 Мбит/сек, может подключать до 127 устройств.
Стандарт 3.0
появился в 2008 году и начинает использоваться в настоящее время.
Максимальная скорость передачи данных составляет 4.8 Гбит/сек, что в
десять раз больше, чем в стандарте 2.0, увеличился подаваемый ток с 500
мА до 900 мА.
Существует три вида разъема: тип USB А, USBB, USBmini.
Разъем USBA используется на
компьютерах для подключения USB-устройств
(рисунок ниже).
Разъемы
по стандарту 1.0 и 2.0 идентичны и можно подключать устройства
стандарта 1.0 к разъему 2.0 и наоборот. В этом случае устройство будет
работать по стандарту 1.0. Разъемы по стандарту 2.0 и 3.0 отличаются
друг от друга, так как по стандарту 3.
Разъем USB В
используется на принтерах и МФУ (рисунок ниже).
Разъемы
по стандарту 1.0 и 2.0 идентичны и можно подключать устройства
стандарта 1.0 к разъему 2.0 и наоборот. В этом случае устройство будет
работать по стандарту 1.0. Разъемы по стандарту 2.0 и 3.0 отличаются
друг от друга, так как по стандарту 3.
Разъем USBmini В часто называется просто мини служит для
подключения небольших устройств, таких как фотоаппарат, сотовый
телефон, mp3-плеер, внешние жесткие диски и
прочее (смотри рисунок ниже).
Также существуют USBmini А, но он практически не
используется и USBmicro
тип В для подключения мобильных телефонов.
Для
подключения дополнительного устройства применяется разветвитель
(«хаб»), который имеет несколько входов для устройств USB и один выход
для подключения к другому компьютеру или иному концентратору. Каждое
дерево USB имеет встроенный концентратор и разъем для подключения
других устройств, поддерживающих USB (рисунок ниже).
Если провода для подключения недостаточно
по длине, то можно воспользоваться удлинителем, вид которого показан
ниже.
Питание
устройство может получать от шины или иметь свой источник питания,
который подключается к электросети. Чтобы идентифицировать устройство,
каждый элемент должен иметь свой собственный номер, который
определяется по его серийному номеру.
В
USB используется одна линия прерывания и она может поддерживать до 127
устройств. При небольшой скорости передачи данных могут использоваться
неэкранированные кабели.
Для
работы порта USB необходимо, чтобы его поддерживала и операционная
система. Так, Windows 95 версии OSR 2.1, Windows 98 и более поздние
версии имеют такую поддержку. Кроме этого, при покупке карты расширения
с портом USB нужно проследить, чтобы этот порт также поддерживался и
BIOS компьютера.
Шина
USB работает под управлением контроллера шины, который определяет
устройство, посылающее данные. При этом оно может обслуживать два вида
передач: изохронное, при котором часть данных может быть потеряна и ее
нужно контролировать; это используется для музыкальных фрагментов и для
обеспечения точной передачи данных, что требуется при передачи кода
программы.
Можно подключить к шине USB клавиатуру, для чего может
потребоваться специальный переходник (если клавиатура имеет разъем PS/2, рисунок ниже), но его должна поддерживать
BIOS.
Кроме
того, можно подсоединить и мышь, которая имеет штекер USB. Конечно, при
наличии USB и мыши лучше пользоваться не последовательным каналом, а
шиной USB, что увеличивает число свободных портов у компьютера.
При
наличии большого числа устройств, подключенных к последовательному или
параллельному каналам, можно использовать специальную карту, которая
имеет дополнительные разъемы для портов.
IЕЕЕ1394
принят в 1995 году, основан на шине FireWire
(«огненный провод»), используемой компанией AppleComputer.
Также называется
высокопроизводительной последовательной шиной (HighPerformanceSerialBus, HPRS).
Он имеет большее быстродействие, чем шина USB
2.
0, а именно, частоты 98 Мбит/сек, 196.6 и 393 Мбит/сек, округляющиеся
до 100, 200, 400 Мбит/сек для стандарта IEEE
1394a. Устройства обозначаются S100, S200,
S400. Стандарт IEEE 1394b
имеет быстродействие в 800 и 1600 мбит/сек, а по стандарту S3200 – 3 200 Мбит/сек.
Шина USB имеет заявленную скорость 480 Мбит/сек,
однако, на практике скорость значительно ниже. В данной шине (FireWire) gjlftnczgbnfybtyfecnhqjcndj? Lj
1.
Вид разъема IEEE
1394a показан выше, а по другим стандартам имеются другие виды разъемов.
Шина
позволяет подключать до 63 устройств без применения концентраторов,
причем устройства могут обмениваться информацией не только с
компьютером, но и между собой. На одном устройстве может быть до
двадцати семи разъемов для подключения к компьютеру или к другим
устройствам.
Устройства
могут быть подключены и отключены при работающем компьютере.
Идентификация при этом происходит автоматически. В этом стандарте
устройства можно объединять в сеть при помощи специальных мостов.
В некоторых компьютерах, особенно в
переносных, могут использоваться каналы инфракрасного диапазона,
которые передают данные при помощи не проводов, а инфракрасного
излучения, не влияющего на радиоволны, поэтому радиоприемник не
почувствует присутствия данного устройства.
Инфракрасные волны имеют
небольшой радиус действия, не проходят через стены, что позволяет
работать с такими устройствами конфиденциально. Они называются ИК-порт
или IrDA по названию ассоциации, которая определяет стандарты для этих
устройств, и позволяют передавать данные со скоростью 115,2 Кбит/сек, а
для высоких скоростей — 1,152 и 4 Мбит/сек.
Устройство
приема-передачи находится внутри компьютера и не видны. Если в
компьютере нет такого устройства, то можно подключить внешнее
устройство через разъем USB, которое
позволяет работать с этим видом передачи данных.
Bluetooth
(перевод — синий зуб) разработана в 1998 году и используется для
беспроводной связи с компьютером. Он не имеет разъема и располагается
внутри компьютера (устройства), используется для передачи данных при
помощи радиоволн между различного вида компьютеров, сотовыми
телефонами, принтерами, фотоаппаратами, клавиатурой, мышью, джойстики,
наушники, МФУ, сканерами и прочими.
Устройство
приема-передачи находится внутри компьютера и не видны. Если в
компьютере нет такого устройства, то можно подключить внешнее
устройство через разъем USB, которое
позволяет работать с этим видом передачи данных.
Имеются стандарты: 1.0 (1998 год),
2.0 EDR
(2004) со скоростью передачи данных 3 Мбит/сек, на практике около 2
Мбит/сек, 2.1 (2007 год) с использование энергосберегающей технологии,
упрощенное установление связи между устройствами, также стала более
защищенной, 2.
1 EDR стало требоваться еще
меньше электроэнергии, еще больше упростилось соединение устройств и
повысилась надежность, 3.0 HS (2009) со
скоростью передачи до 24 Мбит/сек. 4.0 стал использоваться в iPhone в 2022 году, позволяет передавать данные со
скоростью в 1 Мбит/сек. порциями от 8 до 27 байт.
Существуют профили
для этого стандарта, которые представляют собой набор функций. Для
того, чтобы устройства могли работать по конкретному профилю, нужно
чтобы оба устройства поддерживали этот профиль. Например, A2DP (двухканальная
передача стерео аудиоданных), AVRCP
(передача стандартных функций телевизоров), BIP
(пересылка изображений), BPP (пересылка
текста, электронных писем на принтер) и так далее
Wi-Fi используется для создания беспроводной
сети. Разработан в 1991 году NCRCorporation и AT@T, сопровождается альянсом компаний Wi-FiAliance
и соответствует стандарту IEEE 802.11.
Используется для подключения к сети (локальной и интернет) компьютеров
и сотовых телефонов.
Устройство
приема-передачи находится внутри компьютера и не видны. Если в
компьютере нет такого устройства, то можно подключить внешнее
устройство через разъем USB, которое
позволяет работать с этим видом передачи данных.
Имеются следующие стандарты: 802.11а
использует частоты в 5 Ггц, обеспечивая скорость (в теории) до 54
Мбит/сек.; 802.11b использует
частоты в 2.4 Ггц, обеспечивая скорость (в теории) до 11 Мбит/сек.
(практически не используется); 802.
11g
использует частоты в 2.4 Ггц, обеспечивая скорость до 54 Мбит/сек.
(наиболее распространенный); 802.11n
использует частоты в 2.4 и в5 Ггц, обеспечивая скорость от 150 до 600
Мбит/сек. (недавно разработанный, начинает набирать силу).
В данном
стандарте увеличена дальность передачи данных, на связь меньше
действуют преграды. Данный стандарт использует технологию MIMO (MultipleInputMultipleOutput
– множественный ввод, множественный вывод), которая позволяет
использовать отраженные волны от стен.
Если устройство имеет одну
антенну, то может работать со скоростью 150 Мбит/сек, две антенны – 300
Мбит/сек, три – 450 – Мбит/сек, четыре (еще не выпускаются) – 600
Мбит/сек. Однако заявленная скорость передачи данных отличается от
реальной. Так вместо 300 Мбит/сек получается около 100 -130Мбит/сек
(так как половина передаваемой информации – служебные символы), что
также достаточно для работы. А при наличии стен, скорость еще падает,
например, для трех стен снизится до 50 Мбит/сек.
Так
как некоторые бытовые приборы работают на частоте 2.4 Ггц (например,
микроволновая печь), они могут создавать помех. Поэтому желательно
иметь устройство, которое работает на двух частотах: на 2.4 и 5 Ггц.