Paralelní a sériové porty. Laboratorní práce na téma "Paralelní a sériové porty a jejich provozní vlastnosti"
Přednáška 6. Sériové a paralelní porty .
6.1 Paralelní rozhraní
6.1.1. Rozhraní Centronics a port LPT
6.1.2 Rozhraní Centronics
6.1.3 Tradiční port LPT
6.1.4 Rozšíření paralelního portu
6.1.5 Standard IEEE 1284
6.1.6 Fyzická a elektrická rozhraní
6.1.7 Vývoj standardu IEEE 1284
6.1.8 Konfigurace portů LPT
6.2 Sériová rozhraní
6.2.1. Metody sériového přenosu
6.2.2 Rozhraní RS-232C
6.2.3 Elektrické rozhraní
6.2.4 COM port
6.2.5 Použití COM portů
6.2.6 Zdroje a konfigurace COM portů
6 .1 Paralelní rozhraní
Paralelní rozhraní se vyznačují tím, že pro přenos bitů ve slově používají samostatné signálové linky a bity jsou přenášeny současně. Paralelní rozhraní používají logické úrovně TTL (tranzistor-tranzistor logic), které omezují délku kabelu kvůli nízké odolnosti rozhraní TTL vůči šumu. Neexistuje žádné galvanické oddělení. Pro připojení tiskáren se používají paralelní rozhraní. Přenos dat může být jednosměrný (Centronics) a obousměrné (Bitronika). Někdy se pro komunikaci mezi dvěma počítači používá paralelní rozhraní - výsledkem je síť „na koleni“ (LapLink). Protokoly rozhraní budou diskutovány níže Centronics, standard IEEE 1284 a také PC porty, které je implementují.
6.1.1. Rozhraní Centronics a port LPT
Pro připojení tiskárny přes rozhraní Centronics byl zaveden do PC port paralelního rozhraní - Tak vznikl název LPT port (Line PrintTer - řádková tiskárna) I když se nyní přes tento port nepřipojují pouze řádkové tiskárny, název "LPT" zůstává.
6.1.2 Rozhraní Centronics
Pojem Centronics se vztahuje jak na sadu signálů, tak na protokol interakce a na 36kolíkový konektor na tiskárnách. Účel signálů je uveden v tabulce. 1.1 a časové diagramy výměny s tiskárnou jsou na Obr. 1.1. Rozhraní Centronics podporované paralelními tiskárnami
pohodlné rozhraní. Jeho domácí obdobou je
existuje rozhraní IRPR-M. Tradiční přístav SPP(Standard Parallel Port) je jednosměrný port, přes který je softwarově implementován výměnný protokol Centronics. Port generuje hardwarové přerušení na základě impulsu na vstupu Ack#. Signály portu jsou vyvedeny na konektor DB-25S(zásuvka) nainstalovaná přímo na desce adaptéru (nebo systémové desce) nebo k ní připojena plochým kabelem.
6.1.3 Tradiční port LPT
Adaptér paralelního rozhraní je sada registrů umístěných ve vstupním/výstupním prostoru. Registry portů jsou adresovány relativně k základní adrese portu, jejíž standardní hodnoty jsou 3BCh, 378h a 278h. Port může obvykle používat řádek požadavku na hardwarové přerušení IRQ7 nebo IRQ5. Přístav má externí 8bitový datová sběrnice 5bitový stavová sběrnice a 4bitové řídicí signálová sběrnice, BIOS podporuje až čtyři (někdy až tři) porty LPT (LPT1-LPT4) se službou přerušení INT 17h, zajišťující jejich prostřednictvím komunikaci s tiskárnou přes rozhraní Centronics. Pomocí této služby BIOS zobrazí znak (připraveností na dotazování, bez použití hardwarových přerušení), inicializuje rozhraní a tiskárnu a také se dotazuje na stav tiskárny. Standardní port má tři 8bitové registry, umístěné na sousedních adresách v I/O prostoru,
počínaje adresou základního portu (ZÁKLADNA).
6.1.4 Rozšíření paralelního portu
Nedostatky standardního portu částečně odstranily nové typy portů, které se objevily na počítačích PS/2.
Paralelní port typu 1-rozhraní představené v PS/2. Kromě standardního režimu může takový port fungovat ve vstupním režimu nebo obousměrném režimu. Výměnný protokol je generován softwarem a do registru řízení portu je zaveden speciální bit, který označuje směr přenosu CR.5:0 - Datová vyrovnávací paměť funguje pro výstup, 1 - pro vstup. Nezaměňujte tento port, nazývaný také vylepšený obousměrný, s CHYBOVAT. Tento typ portu se zakořenil v běžných počítačích.
Port pro přímý přístup do paměti (paralelní port DMA typu 3)
používá se v modelech PS/2 57, 90, 95. Byl představen pro zvýšení propustnosti a snížení zátěže procesoru při výstupu na tiskárnu. Programu pracujícímu s portem stačilo pouze specifikovat v paměti blok dat, která mají být vydána, a poté výstup podle protokolu Centronics vyrobeno
byla provedena bez účasti zpracovatele. Později se objevily další adaptéry portů LPT, které implementovaly protokol výměny Centronics Hardware - Rychlý Centronics. Některé z nich využívaly datovou vyrovnávací paměť FIFO Paralelní port Režim FIFO. Protože nebyly standardizovány, takové porty od různých výrobců vyžadovaly použití vlastních speciálních ovladačů. Programy, které využívaly přímé řízení standardních registrů portů, je nedokázaly využít efektivněji. Takové porty byly často součástí multikarty VLB. Existují varianty se sběrnicí ISA včetně vestavěných.
6.1.5 Standard IEEE 1284
Standardní paralelní rozhraní IEEE 1284 přijatá v roce 1994, definuje přístavy SPP, EPP A ESR. Norma definuje 5 režimů výměny dat, způsob vyjednávání režimu, fyzická a elektrická rozhraní. Podle IEEE 1284 jsou možné následující způsoby výměny dat přes paralelní port:
^ Režim kompatibility - jednosměrný (výstup) na protokol Centronics. Tento režim odpovídá standardnímu portu SPP.
^ Režim okusování - vložte bajt ve dvou cyklech (každý 4 bity), pomocí stavového řádku pro příjem. Tento režim výměny lze použít na libovolných adaptérech.
^ Byte Mode - vstup celého bajtu pomocí datových linek k příjmu. Tento režim funguje pouze na portech, které mohou číst výstupní data (Obousměrně nebo PS/2 typ 1).
• Režim EPP(Vylepšený paralelní port) (Režim EPP) - obousměrná výměna dat. Řídicí signály rozhraní jsou generovány hardwarem během cyklu přístupu k portu. Efektivní při práci se zařízením -
externí paměť a místní síťové adaptéry.
^ Režim ECP(Port s rozšířenou kapacitou) (režim ECP) - obousměrná výměna dat s možností hardwarové komprese dat pomocí RLE(Run Length Encoding) a použití FIFO bufferů a DMA. Manažeři
signály rozhraní jsou generovány v hardwaru. Efektivní pro tiskárny a skenery.
V počítačích s LPT portem na základní desce se v BIOS Setup nastavuje režim SPP, EPP, ECP nebo jejich kombinace. Režim kompatibility je plně konzistentní se standardním portem SPP.
6.1.6 Fyzická a elektrická rozhraní
Standard IEEE 1284 definuje fyzikální vlastnosti přijímačů a vysílačů signálu. Standardní specifikace portů nespecifikovaly typy výstupních obvodů, mezní hodnoty pro zatěžovací odpory a
kapacitní přispění obvodů a vodičů. Při relativně nízkých směnných kurzech šíření těchto parametrů nezpůsobovalo problémy s kompatibilitou. Pokročilé (funkční a přenosové) režimy však vyžadují jasné specifikace. IEEE 1284 definuje dva
úroveň kompatibility rozhraní. První úroveň(Úroveň I) je definována pro zařízení, která jsou pomalá, ale využívají změnu směru přenosu dat. Druhý stupeň(Úroveň II) je definována pro zařízení pracující v
pokročilé režimy, vysoké rychlosti a dlouhé kabely. NA vysílače platí následující požadavky:
^ Úroveň signálu bez zátěže by neměla překročit -0,5... +5,5 V.
^ Úroveň signálu při zatěžovacím proudu 14 mA musí být alespoň +2,4 V pro vysokou úroveň (Vyhrál) a ne vyšší než +0,4 V pro nízkou úroveň (VoiJ při DC.
Tradiční kabely rozhraní mají mezi 18 a 25 vodiči, v závislosti na počtu vodičů GND. Tyto vodiče mohou nebo nemusí být propleteny. Na stínění kabelů nebyly kladeny žádné přísné požadavky. Takové kabely pravděpodobně nebudou fungovat spolehlivě při rychlostech
přenosy 2 MB/s a s délkou více než 2 m Norma IEEE 1284 reguluje vlastnosti kabelů.
Tři různé konektory definované ve standardu IEEE 1284
6.1.7 Vývoj standardu IEEE 1284
Kromě hlavního standardu IEEE 1284, který již byl přijat, se v současné době vyvíjejí nové standardy, které jej doplňují. Tyto zahrnují:
^ IEEE R1284.1 "Standard pro informační technologie pro přepravu nezávislé rozhraní tiskárny/skeneru (TIP/SI)". Tento standard je vyvíjen pro správu a údržbu skenerů a tiskáren založených na protokolu NPAP (Network Printing Alliance Protocol).
n IEEE P1284.2 "Standard for Test, Measurement and Conformance to IEEE Std. 1284" - standard pro testování portů, kabelů a zařízení pro shodu s IEEE 1284.
ai IEEE P12843"Standaixl for Interface and Protocol Extensions to IEEE Std. 1284 Compliant Peripheral and Host Adapter Ports" - standard pro ovladače a použití zařízení aplikačním softwarem (softwarem). Již přijaté specifikace systému BIOS pro použití CHYBOVAT Ovladače pro DOS. Vyvíjí se standard pro sdílené použití jednoho portu řetězcem zařízení nebo skupinou zařízení připojených přes multiplexer.
^ IEEE P1284.4"Standard pro doručování dat a logické kanály pro rozhraní IEEE Std. 1284" si klade za cíl implementovat paketový protokol pro spolehlivý přenos dat přes paralelní port. Základem je protokol MLC (Multiple Logical Channels) od ewlett-Packard, ale kompatibilita s ním ve finální verzi standardu není zaručena.
6.1.8 Konfigurace portů LPT
Řízení paralelního portu je rozděleno do dvou stupňů
předběžná konstrukturace(Nastavení) port hardware a aktuální(operativní) přepínání provozní režimy aplikačního nebo systémového softwaru. Provozní přepínání je možné pouze v mezích režimů povolených při konfiguraci. Tím je zajištěna možnost sladění hardwaru se softwarem a blokování falešných přepnutí způsobených nesprávnými akcemi programu. Konfigurace LPT portu závisí na jeho verzi. Port umístěný na rozšiřující kartě (multikartě) instalované ve slotu ISA nebo ISA+VLB se konfiguruje pomocí propojek na samotné kartě. Port na základní desce se konfiguruje pomocí nastavení systému BIOS.
6.2 Sériová rozhraní
Sériové rozhraní pro přenos dat využívá jednu signálovou linku, po které jsou postupně přenášeny informační bity jeden po druhém. Odtud název rozhraní a portu. anglické termíny - Sériové rozhraní A Sériový port(někdy se špatně překládá jako
"seriál"). Sériový přenos umožňuje snížit počet signálových linek a zvýšit dosah komunikace. Charakteristickým rysem je použití non-TTL signálů. Řada sériových rozhraní využívá galvanické oddělení externích (obvykle vstupních
nal) signály z uzemnění obvodu zařízení, což umožňuje připojit zařízení s různými potenciály. Níže se budeme zabývat rozhraními RS-232C, RS-422A, RS-423A, RS-485, proudovou smyčkou, MIDI a COM portem.
6.2.1. Metody sériového přenosu
Sériový přenos dat lze provádět v
asynchronní nebo synchronní režimy. Na asynchronní před každým bajtem je startovací bit, signalizuje přijímači začátek přenosu, po kterém následuje datové bity a možná, paritní bit(parita). Dokončuje balík stop bit, zaručení pauzy mezi přenosy Počáteční bit dalšího bajtu je odeslán kdykoli po stop bitu, to znamená, že mezi přenosy jsou možné pauzy libovolné délky. Start bit, který má vždy přesně definovanou hodnotu (logická 0), poskytuje jednoduchý mechanismus pro synchronizaci přijímače se signálem z vysílače. Předpokládá se, že přijímač a vysílač pracují na stejné přenosové rychlosti. Generátor vnitřních hodin přijímače používá protidělič referenční frekvence, který se vynuluje v okamžiku přijetí startovacího bitu. Tento čítač generuje interní záblesky, kterými přijímač zaznamenává následující přijaté signály
 |
bitů. V ideálním případě jsou stroboskopy umístěny uprostřed bitových intervalů, což umožňuje příjem dat i při mírném nesouladu mezi rychlostmi přijímače a vysílače. Je zřejmé, že při přenosu 8 datových bitů, jednoho řídicího a jednoho stop bitu, je maximální přípustné rozdělení
rychlost, při které budou data správně rozpoznána, nesmí překročit 5 %. S přihlédnutím k fázovým zkreslením a diskrétnímu provozu interního synchronizačního čítače je menší frekvenční odchylka skutečně přípustná. Čím menší je faktor dělení referenční frekvence interního oscilátoru (čím vyšší je vysílací frekvence), tím větší je chyba při přichycení hradel ke středu bitového intervalu a požadavky na konzistenci frekvence jsou přísnější. Čím vyšší je přenosová frekvence, tím větší je vliv okrajového zkreslení na fázi přijímaného signálu. Vzájemné působení těchto faktorů vede ke zvýšeným požadavkům na frekvenční přizpůsobení mezi přijímačem a vysílačem s rostoucí frekvencí výměny. Pro asynchronní režim je přijata následující řada: standardní přenosové rychlosti: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 a 115200 bps. Někdy se místo "bit/s" používá měrná jednotka "baud", ale při uvažování binárně přenášených signálů je to nesprávné. Je obvyklé měřit frekvenci změn stavu linky v baudech a pomocí metody nebinárního kódování (rozšířeného v moderních modemech) v komunikačním kanálu se bitové rychlosti (bit/s) a změny signálu (baud) mohou lišit v několika časy (podrobnosti viz Příloha A ). Množství datový bit může být 5, 6, 7 nebo 8 (5- a 6bitové formáty nejsou příliš běžné). Množství stop bit může být 1, 1,5 nebo 2 („jeden a půl bitu“ znamená pouze dobu trvání intervalu zastavení). Asynchronní výměna v PC je implementován pomocí COM port pomocí protokolu RS-232C. Synchronní přenosový režim předpokládá neustálou aktivitu komunikačního kanálu. Odesílání začíná synchronizačním bajtem, po kterém bezprostředně následuje proud informačních bitů. Pokud vysílač nemá žádná data k přenosu, vyplní pauzu nepřetržitým odesíláním synchronizačních bajtů. Je zřejmé, že při přenosu velkého množství dat bude režie synchronizace v tomto režimu nižší než v asynchronním režimu. V synchronním režimu je však nutná externí synchronizace přijímače s vysílačem, protože i malá frekvenční odchylka povede ke zkreslení přijímaných dat. Externí synchronizace je možná buď pomocí samostatné linky pro přenos synchronizačního signálu, nebo pomocí samotaktního kódování dat, při kterém lze z přijímaného signálu extrahovat synchronizační impulsy na straně přijímače. V každém případě synchronní režim vyžaduje drahé komunikační linky nebo koncová zařízení. Pro PC existují speciální desky - SDLC adaptéry (drahé), které podporují režim synchronní výměny. Používají se především ke komunikaci s velkými stroji IBM (sálovými počítači) a nejsou široce používány. Mezi synchronními adaptéry se v současnosti používají adaptéry rozhraní V.35.
Na fyzické úrovni Sériové rozhraní má různé implementace, které se liší způsobem přenosu elektrických signálů. Existuje řada souvisejících mezinárodních norem: RS-232C, RS-423A, RS-422A A RS-485.
 |
. Standardní 25pinový konektor sériového portu
Nevyvážené čáry rozhraní RS-232C A RS-423A
mají nejnižší odolnost proti běžnému rušení,
i když rozdílový vstup přijímače RS-423A poněkud zmírňuje situaci. Nejlepší možnosti má rozhraní point-to-point RS-422A a jeho hlavní (sběrnicový) analog RS-485 práce na symetrických komunikačních linkách. K přenosu každého signálu používají diferenciální signály se samostatným (krouceným) párem vodičů.
V uvedených normách je zastoupen signál potenciál. Existují sériová rozhraní, kde proud protékající společným obvodem vysílač-přijímač - "proudovou smyčkou" a MIDI - je informativní. Pro komunikaci na krátkou vzdálenost byly přijaty standardy bezdrátové infračervené komunikace. Nejrozšířenější v PC je nejjednodušší z výše uvedených - standardní RS-232C, implementovány pomocí COM portů. Široce používané v průmyslové automatizaci RS-485 a RS-422A, nachází se také v některých tiskárnách. Pro tato související rozhraní existují převodníky signálu.
6.2.2 Rozhraní RS-232C
Rozhraní je navrženo pro připojení zařízení, které vysílá nebo přijímá data (O OD - datové koncové zařízení popř ADF – zařízení pro přenos dat; DTE – datové koncové zařízení), do koncových zařízení datových kanálů (AKD", DCE - Zařízení pro datovou komunikaci). Počítač, tiskárna, plotr a další periferní zařízení mohou fungovat jako ADF. Modem obvykle hraje roli ADC. Konečným účelem připojení je připojení dvou zařízení ADF. Norma popisuje řídicí signály rozhraní, přenos dat, elektrické rozhraní a typy konektorů. Standard poskytuje asynchronní a synchronní režimy výměny, ale podporují pouze COM porty asynchronní režim. Funkčně RS-232C ekvivalent
CCITT V.24/V.28 standard a rozhraní C2, ale mají různé názvy signálů.
6.2.3 Elektrické rozhraní
Standard RS-232C používá jednokoncové vysílače a přijímače - signál je přenášen relativně ke společnému vodiči - zem obvodu (symetrické diferenciální signály se používají v jiných rozhraních - např. RS-422). Rozhraní NEZAJIŠŤUJE GALVANICKÉ IZOLACE zařízení. Logická jednotka
odpovídá zapnutému napětí vstup přijímače v rozsahu -12...-3 V. U vedení řídicích signálů se tento stav nazývá NA("povoleno"), pro sériové datové linky - OZNAČIT. Logická nula odpovídá rozsahu +3...+12 V. U řídicích signálových linek se stav nazývá OFF a u sériových datových linek - PROSTOR. Rozsah -3...+3 V je mrtvá zóna, která způsobuje hysterezi přijímače: stav linky bude považován za změněný až po překročení prahové hodnoty (obr. 2.5). Úrovně signálu na výstupech vysílače musí být v rozsahu -12...-5 V a +5...+12 V, aby reprezentovaly jedničku a nulu. Potenciální rozdíl mezi uzemněním obvodu (SG) připojených zařízení musí být menší než 2 V při vyšším potenciálovém rozdílu může dojít k nesprávnému vnímání signálů. Rozhraní předpokládá přítomnost OCHRANNÉ UZEMNĚNÍ pro připojovaná zařízení, pokud jsou obě napájena střídavým proudem a mají přepěťovou ochranu.
Připojení a odpojení kabelů rozhraní musí být vyrobena zařízení s vlastním napájením když je vypnuté napájení. V opačném případě se může rozdíl v nerovnoměrných potenciálech zařízení v době přepínání aplikovat na výstupní nebo vstupní (což je nebezpečnější) obvody rozhraní a poškodit mikroobvody.
6.2.4 COM port
Sériové rozhraní COM port(Communication Port) se objevil v prvních modelech IBM PC. Byl implementován na čipu asynchronního transceiveru Intel 8250 Port měl podporu BIOSu (/L/T 74/?), ale hojně využívaná byla (a je) interakce s portem na úrovni registru. Proto ve všech počítačích kompatibilních s PC pro sériové rozhraní
použijte transceiverové čipy kompatibilní s i8250. V řadě domácích (téměř) počítačů kompatibilních s PC byl pro sériové rozhraní použit mikroobvod KR580BB51, analog 18251, avšak tento mikroobvod je univerzální synchronně-asynchronní transceiver (USART nebo Universal Asynchronous).
přijímač-vysílač). Takové počítače nejsou kompatibilní s PC na úrovni registru COM portu. Je dobré, pokud mají odpovídající počítače „čestný“ ovladač B/OS /L/T 14h, a ne stub, který vrací modem do stavu "vždy připraven" a nic nedělá. Kompatibilita na úrovni registru portu COM je považována za nezbytnou. Mnoho vývojářů komunikačních balíčků nabízí i práci přes B/OS/L/T 14h, při vysokých rychlostech je to však neúčinné. Hovoříme-li o PC COM portu, budeme mít standardně na mysli kompatibilitu modelu registru s i8250 a implementaci asynchronního rozhraní RS-232C.
6.2.5 Použití portů COM
Nejčastěji se používají COM porty spojení
manipulátory(myš, trackball). V tomto případě se port používá v režimu sériového vstupu; Napájení je dodáváno z rozhraní. Sériová myš - Sériová myš- lze se připojit k libovolnému funkčnímu portu. Pro připojení externích modemů používá plný (9žilový) kabel APD-AKD, jehož schéma je na obr. 2.7. Stejný kabel se používá k přizpůsobení konektorů (podle počtu kontaktů); Je možné použít adaptéry 9-25 určené pro myši. Komunikační software obvykle vyžaduje použití přerušení, ale je zde volnost ve volbě čísla portu (adresy) a linky přerušení. Pokud se očekává provoz při rychlostech 9600 bps a vyšších, pak musí být COM port implementován na UART 16550A nebo kompatibilním čipu. Schopnost pracovat s vyrovnávací pamětí FIFO a výměna prostřednictvím kanálů DMA závisí na komunikačním softwaru. Pro spojení mezi dvěma počítači, vzdálené od sebe na krátkou vzdálenost využívají i přímé propojení svých COM portů kabelem null modemu (obr. 2.8). Používání programů jako Norton Commander nebo Interink MS-DOS umožňuje rychlou výměnu souborů.
až 115,2 Kbps bez použití hardwarových přerušení. Stejné připojení může využít i síťový balíček Lantastic, který poskytuje pokročilejší službu.
Propojení tiskáren a plotrů k portu COM vyžaduje použití kabelu odpovídající zvolenému protokolu řízení toku: software XON/XOFF nebo hardwarové RTS/CTS. Upřednostňuje se hardwarový protokol. Přerušení během výstupu pomocí DOSu (příkazy KOPÍROVAT nebo TISK) se nepoužívají. COM port s příslušnou softwarovou podporou vám umožní proměnit PC v terminál, emulující příkazový systém běžných specializovaných terminálů (VT-52, VT-100 atd.). Nejjednodušší terminál získáte vzájemným propojením funkcí BIOSu pro údržbu COM portu. (INT 14h), dálnopisný výstup (/L/T 10h) a vstup z klávesnice (INT 16h). Takový terminál však bude fungovat pouze při nízkých přenosových rychlostech (samozřejmě pokud není vyroben na Pentiu), protože funkce BIOSu, i když jsou univerzální, nejsou příliš rychlé.
Rozhraní RS-232Cširoce distribuované v různých řídicích centrech a terminálech. COM port lze také použít jako obousměrné rozhraní, které má 3 softwarově řízené výstupní linky a 4 programově čitelné vstupní linky s bipolárními signály. Jejich použití určuje vývojář. Existuje např. obvod jednobitového pulsně šířkového převodníku, který umožňuje nahrávat audio signál na disk PC pomocí vstupní linky COM portu. Přehrávání tohoto záznamu prostřednictvím běžného PC reproduktoru umožňuje přenos řeči. V dnešní době, kdy se zvuková karta stala téměř
povinné PC zařízení, není to ohromující, ale kdysi bylo takové řešení zajímavé.
COM port se používá pro bezdrátovou komunikaci pomocí infračervených vysílačů a přijímačů - IR (Infračervené) připojení. Toto rozhraní umožňuje komunikaci mezi dvojicí zařízení umístěných na vzdálenost několika metrů. Existují infračervené systémy s nízkou (až 115,2 Kbps), střední (1,152 Mbps) a vysokou (4 Mbps) rychlostí. Nízkorychlostní systémy slouží k výměně krátkých zpráv, vysokorychlostní systémy slouží k výměně souborů mezi počítači, připojení k počítačové síti,
výstup na tiskárnu, promítací zařízení apod. Předpokládá se vyšší směnný kurz, který umožní přenos „živého videa“. V roce 1993 bylo vytvořeno sdružení vývojářů systémů pro infračervený přenos dat IrDA(Infrared Data Association), navržený tak, aby zajistil kompatibilitu zařízení od různých výrobců, nevytvářejí rušení v oblasti rádiových frekvencí a zajišťují důvěrnost přenosu. IR paprsky neprocházejí stěnami, takže oblast příjmu je omezena na malý, snadno ovladatelný prostor. Infračervená technologie je atraktivní
pro propojení přenosných počítačů se stolními počítači nebo stanicemi. Některé modely tiskáren mají infračervené rozhraní.
6.2.6 Zdroje a konfigurace COM portů
Počítač může mít až čtyři sériové porty COM 1-COM4(stroje třídy AT mají obvykle dva porty). COM porty mají externí Konektory DB25P samec nebo DB9P, zobrazené na zadním panelu počítače. COM porty jsou implementovány na mikroobvodech UART kompatibilní s rodinou 18250. V I/O prostoru zabírají 8 sousedních 8bitových registrů a lze je standardně uspořádat základní adresy. Porty generují hardwarová přerušení. Možnost sdílet jednu linku požadavku s více porty (nebo ji sdílet s jinými zařízeními) závisí na implementaci hardwarového připojení a softwaru. Při použití portů nainstalovaných na sběrnici ISA sdílená přerušení obvykle nefungují. Správa sériového portu je rozdělena do dvou fází - předběžná konfigurace (Setup) hardwaru portu a aktuální (online) přepínání provozních režimů aplikačního nebo systémového softwaru. Konfigurace COM portu závisí na jeho verzi. Port na rozšiřující desce se konfiguruje pomocí propojek na samotné desce. Port na základní desce se konfiguruje pomocí nastavení systému BIOS.
Kontrolní otázky
Kontrolní otázky
1Popište účel paralelního a sériového rozhraní.
2 K čemu se pojem vztahuje? « Rozhraní S Centronics»?
3Popište „Tradiční port LPT“.
4Popište obousměrný port 1.
5Popište port DMA.
6Popište vlastnosti standardu IEEE 1284.
7Jaké úrovně kompatibility rozhraní definuje IEEE 1284?
8Seznam nových standardů IEEE 1284.
9Popište způsoby přenosu sériového signálu.
10Popište implementaci sériového rozhraní na fyzické úrovni.
11Popište účel rozhraní RS-232C.
12Popište vlastnosti elektrického rozhraní RS-232C.
13K čemu slouží porty COM? .
14Popište použití portu COM pro bezdrátovou komunikaci.
15Popište konfiguraci portů COM.
Konec formuláře
Jedním z nejstarších počítačových portů je port LPT nebo paralelní port. A i když LPT port nyní není vidět na každé základní desce, přesto by čtenáře mohlo zajímat, co to je.
Nejprve se podívejme na název portu. Možná ne každý ví, co zkratka LPT znamená. LPT je ve skutečnosti zkratka pro Line Print Terminal. Je tedy zřejmé, že port LPT byl určen především pro připojení tiskáren. Proto má port LPT jiný název – port tiskárny. I když teoreticky lze k LPT připojit další zařízení.
Port LPT má dlouhou historii. Byl vyvinut společností Centronics (proto se tento port často nazývá port Centronics), která vyráběla jehličkové tiskárny před érou PC, na počátku 70. let. A na začátku 80. let LPT port začala používat IBM ve svých počítačích a na nějakou dobu se stal standardním portem pro připojení vysokorychlostních (v té době) zařízení.
Vzhled paralelního portu na zadní straně počítače
Rozhraní LPT existuje v několika edicích. V původní verzi byl LPT port jednosměrný, to znamená, že mohl přenášet data pouze jedním směrem - do periferního zařízení. Tato situace samozřejmě uživatelům nevyhovovala, protože existovaly tiskárny, které vyžadovaly přenos dat v obou směrech. Proto bylo rozhraní LPT následně několikrát vylepšováno, až byl vyvinut jeho mezinárodní standard IEEE 1284 V souladu s tímto standardem podporovalo rozhraní paralelního portu několik provozních režimů a bylo kompatibilní i se staršími standardy. Rozhraní navíc ve své finální verzi podporovalo poměrně vysoké rychlosti přenosu dat – až 5 Mb/s.
Jak funguje paralelní port
Port LPT se nazývá paralelní, protože kabel k němu připojený přenáší data paralelně, to znamená současně po několika vodičích. Tato vlastnost odlišuje paralelní port od jiného portu počítače – sériového portu COM.
V kabelu Centronics je 8 vodičů, které přenášejí samotná data. Kabel navíc obsahuje několik vedení, kterými jsou přenášeny řídicí signály.
Paralelní port se sice většinou používá pro připojení tiskáren, našly se však i jeho další využití. Za prvé, pomocí portu LPT můžete přímo propojit dva počítače pomocí speciálního kabelu Interlink. Před rozšířeným používáním ethernetových síťových karet bylo takové připojení, ačkoliv uživateli neposkytovalo vysokou rychlost přenosu dat, často jediným způsobem, jak propojit dva počítače. Existují také elektronické klíče určené pro připojení k portu LPT.
Kabel pro přenos dat mezi počítači - Interlink
Stejně jako u mnoha jiných zařízení na základní desce lze provozní režimy paralelního portu často konfigurovat prostřednictvím nastavení systému BIOS. Zpravidla k tomu slouží možnosti BIOSu jako Parallel Port, Parallel Port IRQ, Parallel Port DMA atd.
Konektor paralelního portu základní desky a kabel Centronics
Konektor LPT portu je obvykle umístěn přímo na základní desce, i když až do poloviny 90. let. byl obvykle přítomen na tzv. multikartě vložené do rozšiřujícího slotu, na kterém byly umístěny i další porty počítače. Výstupem portu je 25kolíková zásuvka nazývaná konektor DB25.
ISA multicard s LPT (DB25 - “matka”) a herním portem na desce.
Pro připojení k tiskárně se používá speciální kabel - kabel Centronics. Jeden konec (zástrčka) kabelu Centronics je připojen k portu, druhý (také zástrčka) je připojen ke speciálnímu konektoru na tiskárně. Poslední konektor má 36 pinů. Proto je zvláštností kabelu Centronics to, že má na obou stranách různé konektory.
Vzhled kabelu Centronics.
Přestože se konektor kabelu základní desky často nazývá konektor Centronics, přísně vzato je konektor Centronics pouze 36pinový konektor pro připojení k tiskárně, nikoli k základní desce. Kabelový konektor pro připojení k portu se nazývá Amphenolstacker konektor, podle názvu amerického výrobce konektorů Amphenol, který jej vyvinul.
Vlastnosti paralelního portu
Vzhledem k tomu, že port LPT podporuje paralelní přenos dat, byl v prvních počítačích tento port považován za jeden z nejrychlejších počítačových portů. Přenos dat přes několik linek činí rozhraní LPT architekturou mnohem blíže počítačovým sběrnicím. Tato okolnost však také omezuje délku kabelu, která v důsledku rušení, ke kterému dochází v kabelu, nemůže přesáhnout 5 m.
Maximální napětí použité v signálových vedeních portu je +5 V. Pro jednoduchý přenos dat je potřeba pouze deset signálových vedení – jedná se o 8 datových vedení, zábleskové signální vedení, tedy signál, že port je připraven vysílat data a rušná linka. Zbývající řádky jsou použity pro kompatibilitu se standardem Centronics.
LPT port typu „female“ s číslováním kontaktů.
Vývod konektoru paralelního portu DB25:
- 1 – Datový blesk
- 2-9 – Data, bity 0-7
- 10 – Potvrzení (potvrzení z tiskárny)
- 11 – Zaneprázdněn
- 12 – Došel papír
- 13 – Vyberte (tiskárna aktivní)
- 14 – Automatické podávání
- 15 – Chyba
- 16 – Init (inicializace tiskárny)
- 17 – Vyberte Vstup
- 18-25 – Země
Závěr
Port LPT je rozhraní osobního počítače, které je nyní považováno za zastaralé a nemá významnou podporu ze strany výrobců počítačového hardwaru a softwaru. Paralelní port se však stále úspěšně používá v mnoha starších modelech počítačů a tiskáren.
I/O porty. Paralelní a sériová vstupně-výstupní zařízení
I/O port
Kanál přenosu dat mezi zařízením a mikroprocesorem. Port je v mikroprocesoru reprezentován jako jedna nebo více adres paměti, ze kterých lze číst nebo zapisovat data.
Paralelní port
I/O konektor pro připojení zařízení s paralelním rozhraním. Většina tiskáren se připojuje k paralelnímu portu.
Sériový port
Počítačový port pro organizování bajtu po bajtu asynchronní komunikace. Sériový port se také nazývá komunikační nebo COM port.
Asynchronní komunikace
Forma datové komunikace, ve které jsou informace odesílány a přijímány v nepravidelných intervalech, jeden znak po druhém. Protože jsou data přijímána v nepravidelných intervalech, musí být přijímajícímu modemu odeslána zpráva, která mu umožní určit, kdy datové bity znaku začínají a končí. K tomu slouží startovací a zastavovací bity.
Paralelní port (LPT)
(25pinový konektor). Navrženo pro připojení tiskárny, skeneru a také externích zařízení pro ukládání a přenos informací (jednotky). Donedávna se vyznačoval poměrně vysokou rychlostí přenosu dat (asi 2 MB/s). LPT je zpravidla jediným konektorem na zadní stěně počítače.
Sériové porty (COM) (9- a 25pinové konektory) mají mnohem nižší rychlost (asi 112 kB/s). Proto jim připadla podpora nejrůznějších „volnočasových“ zařízení – například myši nebo modemu. Zpočátku byly na počítači čtyři COM porty, ale postupem času zbyly jen dva. Myš upřednostnila před sériovým portem vlastní PS/2 konektor, sdílela jej s klávesnicí a na COM port zůstala jen podpora pomalého modemu. Postupem času bude modem migrovat na nový port USB - pak se port COM konečně a nenávratně stane minulostí.
Svého času byly myš a klávesnice připojeny k různým konektorům: myš byla vedle modemu na portu COM a klávesnice měla svůj vlastní jedinečný konektor. PS/2 – port se poprvé objevil na sériově vyráběných základních deskách v roce 1998. Nic jiného než myš a klávesnici k němu nepřipojíte.
Sériový port a USB rozhraní.
Tento nový produkt, který úspěšně debutoval v roce 2000, byl označen za jednu z nejvýznamnějších inovací desetiletí. Jednou z hlavních výhod USB je, že k jednomu USB portu lze připojit 127 zařízení (na rozdíl od starých portů: ke každému šlo připojit pouze jedno zařízení). Všechna USB zařízení lze k počítači připojit „v řetězci“ – pokud má každý „link“ svůj USB port nebo USB hub pro několik portů současně. Jediné pravidlo, které by se mělo při práci s USB dodržovat, je, že nejproduktivnější zařízení by měla být první v řetězci: tiskárna, skener, reproduktory, jednotky. A na úplný konec – pomalá klávesnice a myš.
Další důležitou vlastností USB je, že toto rozhraní umožňuje připojit jakékoli zařízení k počítači bez restartování systému.
Rychlost první modifikace USB (totiž všechna zařízení uvedená na trh do konce roku 2000 patří k tomuto standardu) je asi 12 MB/s (ve skutečnosti řada zařízení připojených k USB pracuje s mnohem nižší rychlostí - až 1,5 MB/s). Nová specifikace sběrnice USB 2.0 přijatá v dubnu 2000 plánovala zvýšit rychlost přenosu dat na 60 MB/s, ale nová zařízení podporující tuto přenosovou rychlost vstoupila na trh až koncem roku. USB 2.0 je kompatibilní se staršími formáty USB zařízení, ale budou pracovat se stejnou rychlostí.
Infračervený port
Optický port určený k propojení počítače s jinými počítači nebo zařízeními prostřednictvím infračerveného záření bez kabelů. Infračervené porty se používají na některých přenosných počítačích, tiskárnách a fotoaparátech.
Port se nazývá „sériový“, protože informace jsou přes něj přenášeny jeden bit po druhém, postupně bit po bitu (na rozdíl od paralelního portu). Navzdory skutečnosti, že některá počítačová rozhraní (například Ethernet, FireWire a USB) používají také sériový způsob výměny informací, název „sériový port“ je přiřazen standardnímu portu RS-232.
Účel
Nejčastěji používaným standardem pro sériový port osobních počítačů je RS-232C. Dříve sloužil sériový port pro připojení terminálu, později pro modem nebo myš. Nyní slouží k připojení, ke komunikaci s hardwarem pro vývoj vestavěných výpočetních systémů, satelitními přijímači, pokladnami, programátory, s vybavením pro zabezpečovací systémy a také s mnoha dalšími zařízeními.
Pomocí portu COM můžete propojit dva počítače pomocí takzvaného „kabelu nulového modemu“ (viz níže). Používá se od dob MS-DOS k přenosu souborů z jednoho počítače na druhý, v UNIXu pro terminálový přístup k jinému stroji a ve Windows (dokonce i moderních) pro ladicí program na úrovni jádra.
Výhodou technologie je extrémní jednoduchost zařízení. Nevýhodou je nízká rychlost, velká velikost konektorů a také často vysoké požadavky na dobu odezvy OS a ovladače a velký počet přerušení (jedno na polovinu hardwarové fronty, tedy 8 bajtů).
Video k tématu
Konektory
Na základních deskách předních výrobců (například Intel) nebo hotových systémech (například IBM, Hewlett-Packard, Fujitsu Siemens Computers) je sériový port označen jako COM nebo RS-232.
Možnosti konektoru COM portu typu DE-9
Nejčastěji používané konektory ve tvaru D, standardizované v roce 1969, jsou 9- a 25-pinové (DB-9 a DB-25, v tomto pořadí). Dříve se používal i DA-31 a kulatý osmipinový DIN-8. Maximální přenosová rychlost v normální verzi portu je 115 200 baudů.
Relevantnost
Existují standardy pro emulaci sériového portu přes USB a přes Bluetooth (tato technologie byla z velké části navržena jako „bezdrátový sériový port“).
Přesto je softwarová emulace tohoto portu i dnes hojně využívána. Například téměř všechny mobilní telefony v sobě emulují klasický COM port a modem pro implementaci tetheringu – přístupu počítače k internetu přes zařízení telefonu GPRS/EDGE/3G/4G. Pro fyzické připojení k počítači se v tomto případě používá USB, Bluetooth nebo Wi-Fi.
Také softwarová emulace tohoto portu je poskytována „hostům“ virtuálních strojů VMWare a Microsoft Hyper-V, jejímž hlavním účelem je připojit ladicí program na úrovni jádra Windows k „hostovi“.
Ve formě UART, který se liší napěťovými úrovněmi a absencí přídavných signálů, je přítomen téměř ve všech mikrokontrolérech s výjimkou těch nejmenších, SoC, vývojových desek a je přítomen i na deskách většiny zařízení, i když konektor není umístěn na pouzdru. Tato popularita je způsobena jednoduchostí tohoto rozhraní, a to jak z fyzického hlediska, tak snadným přístupem k portu ze softwaru ve srovnání s jinými rozhraními.
Zařízení
Konektor má kontakty:
DTR (Data Terminal Ready - připravenost k příjmu dat) - výstup na počítači, vstup na modemu. Označuje, že počítač je připraven k použití modemu. Resetování této linky způsobí téměř kompletní restart modemu do původního stavu včetně zavěšení (některé řídicí registry takový reset přežijí). V systému UNIX k tomu dochází, když všechny aplikace zavřely soubory na ovladači sériového portu. Myš používá tento vodič k napájení.
DSR (Data Set Ready - připravenost k přenosu dat) - vstup na počítači, výstup na modem. Indikuje, že modem je připraven. Pokud je tento řádek na nule, pak v některých operačních systémech nebude možné otevřít port jako soubor.
RxD (Receive Data) - vstup na počítači, výstup na modem. Proud dat vstupujících do počítače.
TxD (Transmit Data) - výstup na počítači, vstup na modem. Proud dat přicházející z počítače.
CTS (Clear to Send - připravenost k odeslání) - vstup na počítači, výstup na modem. Počítač musí pozastavit přenos dat, dokud nebude tento vodič nastaven na jeden. Používá se v protokolu hardwarového řízení toku, aby se zabránilo přetečení v modemu.
RTS (Request to Send - požadavek na odeslání) - výstup na počítači, vstup na modemu. Modem je povinen pozastavit přenos dat, dokud není tento vodič nastaven na jeden. Používá se v protokolu řízení toku hardwaru, aby se zabránilo přetečení hardwaru a ovladačů.
DCD (Carrier Detect - přítomnost nosné) - vstup na počítači, výstup na modemu. Po navázání spojení s modemem na druhé straně modemem nastavte na jedničku, při přerušení spojení vynulujte. Hardware počítače může způsobit přerušení, když k takové události dojde.
RI (Ring Indicator - vyzváněcí signál) - vstup na počítači, výstup na modemu. Nastavte modem na jedničku po detekci vyzváněcího signálu telefonního hovoru. Hardware počítače může způsobit přerušení, když k takové události dojde.
SG (Signal Ground) - společný signálový vodič portu, není obecná půda, zpravidla izolovaný od skříně počítače nebo modemu.
Kabel nulového modemu používá dva zkřížené páry: TXD/RXD a RTS/CTS.
Zpočátku bylo v IBM PC a IBM PC/XT portové zařízení postaveno na čipu UART 8250 od National Semiconductor, poté byl čip nahrazen 16450, software kompatibilní s předchozími, ale umožňující rychlosti až 115 200 bitů na za druhé se objevil čip 16550 obsahující obousměrný datový buffer FIFO, aby se snížilo zatížení řadiče přerušení. V současnosti je součástí SuperIO čipu na základní desce spolu s řadou dalších zařízení.
Programový přístup k portu COM
UNIX
COM porty v operačním systému Unix (Linux) jsou soubory znakových zařízení. Tyto soubory jsou obvykle umístěny v adresáři /dev a jsou voláni
- ttyS0, ttyS1, ttyS2 atd. na Linuxu
- ttyd0, ttyd1, ttyd2 atd. (příp ttyu0, ttyu1, ttyu2 atd. od verze 8.0) ve FreeBSD
- ttya, ttyb, ttyc atd. v Solarisu
- ttyf1, ttyf2, ttyf3 atd. v IRIX
- tty1p0, tty2p0, tty3p0 atd. v HP-UX
- tty01, tty02, tty03 atd. v Digital Unix
- ser1, ser2, ser3 atd. v QNX
Pro programový přístup k COM portu je třeba otevřít odpovídající soubor pro čtení/zápis a zavolat speciální funkce tcgetattr (pro zjištění aktuálního nastavení) a tcsetattr (pro nastavení nových nastavení). Možná budete také muset provést volání ioctl s určitými parametry. Poté při zápisu do souboru budou data odeslána přes port a při čtení program obdrží již přijatá data z vyrovnávací paměti COM portu.
Zařízení s názvem „ttyxx“ se používají jako serverová zařízení, to znamená, že aplikace, která toto zařízení otevírá, obvykle čeká na příchozí hovor z modemu. Klasickou výchozí aplikací je getty, která poslouchá příchozí hovor, poté nakonfiguruje COM port podle konfiguračních souborů, vypíše tam "login:", přijme uživatelské jméno a jako dítě spustí příkaz "loginUserName" se standardním vstupem a výstup přesměrován na COM port. Tento příkaz si zase vyžádá a zkontroluje heslo, a pokud je úspěšný, spustí (ne jako dítě, ale místo sebe voláním execve ve stejném procesu) výchozí uživatelský shell uvedený v souboru /etc/passwd.
Tato technologie historicky vznikla v 70. letech 20. století, kdy se pod OS UNIX používaly počítače jako PDP-11 (v SSSR se řada nazývala SM EVM) nebo VAX, umožňující připojení mnoha terminálů pro práci mnoha uživatelů. Terminály – potažmo celé uživatelské rozhraní – byly propojeny přes sériové porty s možností připojit místo terminálu modem a následně telefonem vytočit telefon. Až dosud je v operačních systémech typu UNIX terminálový zásobník a obvykle 3 terminálové implementace - sériový port, obrazovka v textovém režimu + konzola klávesnice a „loopback“ k jednomu z otevřených souborů řídicí aplikace (toto je způsob implementace telnetd, sshd a xterm).
Klientská zařízení se sériovým portem pro externí volání se v mnoha UNIXech (ne ve všech) nazývají cuaxx.
Vzhledem k tomu, že sériový port v UNIXu je přístupný pouze přes zásobník terminálů, může být řídicím terminálem pro procesy a skupiny (odeslat SIGHUP při ztrátě spojení z modemu a SIGINT při stisknutí Ctrl-C), na úrovni jádra podporovat editaci posledního zadaného řádku pomocí kláves se šipkami atd. Chcete-li tuto funkci zakázat, aby se zařízení změnilo na „potrubí“ pro tok bajtů, jsou vyžadována volání ioctl.
Okna
Se sériovými porty ve Win32 se zachází jako se soubory. Funkce CreateFile se používá k otevření portu. Portů může být mnoho, proto jsou označeny jako COM1, COM2 atd. v pořadí, ve kterém jsou detekovány odpovídající ovladače zařízení. Prvních 9 portů je k dispozici také jako pojmenované kanály pro přenos dat (dostupné pod názvy „COM1“, „COM2“, ...), tato metoda přístupu je považována za zastaralou. Ke všem portům se doporučuje přistupovat jako k souborům (podle názvů „\\.\COM1“, „\\.\COM2“, ... „\\.\COMx“).
Uvnitř počítače a externího zařízení. Takže konektor sběrnice AGP je vlastně port.
Pro komunikaci s periferními zařízeními je ke sběrnici počítače připojen jeden nebo více vstupně/výstupních řídicích čipů.
První IBM PC poskytnuty
- vestavěný port pro připojení klávesnice;
- až 4 (COM1 ... COM4) sériové porty (anglicky COMmunication), obvykle používané pro připojení relativně vysokorychlostních komunikačních zařízení pomocí rozhraní RS-232, jako jsou modemy. Pro ně byly přiděleny následující zdroje základní desky:
- až 3 (LPT1 .. LPT3) paralelní porty (Line Print Terminal), obvykle používané pro připojení tiskáren pomocí rozhraní IEEE 1284 Pro ně byly přiděleny následující zdroje základní desky:
Zpočátku porty COM a LPT na základní desce fyzicky chyběly a byly implementovány další rozšiřující kartou vloženou do jednoho z rozšiřujících slotů ISA na základní desce.
Sériové porty se obvykle používaly pro připojení zařízení, která potřebovala rychle přenést malé množství dat, jako je počítačová myš a externí modem, a paralelní porty se používaly pro tiskárnu nebo skener, pro které nebyl čas pro přenos velkého objemu dat. kritický [ ]. Následně byla podpora sériových a paralelních portů integrována do čipsetů, které implementují logiku základní desky.
Nevýhodou rozhraní RS-232 a IEEE 1284 je relativně nízká rychlost přenosu dat, která neuspokojuje rostoucí potřeby přenosu dat mezi zařízeními. V důsledku toho se objevily nové standardy pro sběrnice rozhraní USB a FireWire, které byly navrženy tak, aby nahradily staré I/O porty.
Zvláštností USB je, že když je k jednomu USB portu připojeno mnoho USB zařízení, používají tzv. rozbočovače (USB rozbočovače), které zase komunikují mezi sebou, čímž se zvyšuje počet USB zařízení, která lze připojit. Tato topologie sběrnice USB se nazývá „hvězda“ a zahrnuje také kořenový rozbočovač, který je zpravidla umístěn v „jižním můstku“ základní desky počítače, ke kterému se připojují všechny podřízené rozbočovače (v tomto konkrétním případě zařízení USB sami) jsou propojeni.
Sběrnice IEEE 1394 poskytuje přenos dat mezi zařízeními rychlostí 100, 200, 400, 800 a 1600 Mbit/s a je navržena tak, aby poskytovala komfortní provoz s pevnými disky, digitálními video a audio zařízeními a dalšími vysokorychlostními externími komponenty.
FireWire, stejně jako USB, je sériová sběrnice. Volba sériového rozhraní je způsobena skutečností, že pro zvýšení rychlosti rozhraní je nutné zvýšit frekvenci jeho provozu a v paralelním rozhraní to způsobuje zvýšené rušení mezi paralelními jádry propojovacího kabelu a vyžaduje zkrácení jeho délky. Konektory kabelu a paralelní sběrnice jsou navíc velké.
Literatura
- Rychlé a snadné. Montáž, diagnostika, optimalizace a upgrade moderního počítače.: Praktické. příspěvek - M.: Nejlepší knihy, 2000. - 352 s. - ISBN 5-93673-003-4.
