Порти вводу-виводу

Основними засобами комунікації, використовуваними в PC, є послідовні і паралельні порти. До послідовних портів частіше підключаються двонаправлені пристрої, які повинні як передавати інформацію в комп'ютер, так і приймати її. Послідовні порти, паралельні порти, універсальна послідовна шина (Universal Serial Bus— USB), IEEE-1394 (i.Link або FireWire)— все це інтерфейси вводу-виводу.

Паралельні порти звичайно використовуються для підключення принтерів і працюють в однонаправленому режимі, хоча можуть застосовуватися і як двонаправлені. Деякі виробники випускають програми, призначені для організації високошвидкісної передачі даних між комп'ютерами через послідовні або паралельні порти. Версії цих програм передачі файлів були включені ще в DOS версії 6.0 і вище (Interlink) і в Windows 9x. Існують версії мережевих адаптерів, накопичувачів на магнітній стрічці, сканерів, дисководів для гнучких дисків і CD-ROM, які також підключаються до паралельних портів.

Задачі, традиційно виконувані послідовними або паралельними портами, в даний час поступово переходять до портів новіших типів, на зразок USB або IEEE-1394. Проте традиційні порти все ще залишаються одними з найважливіших інтерфейсів вводу-виводу.

Послідовні порти

Асинхронний послідовний інтерфейс — це основний тип інтерфейсу, за допомогою якого здійснюється взаємодія між комп'ютерами. Термін асинхронний означає, що при передачі даних не використовуються ніякі синхронізуючі сигнали і окремі символи можуть передаватися з довільними інтервалами, як, наприклад, при введенні даних з клавіатури.

Кожному символу, передаваному через послідовне з'єднання, повинен передувати стандартний стартовий сигнал, а завершувати його передачу повинен стоповий сигнал. Стартовий сигнал — це нульовий біт, званий стартовим бітом. Він повинен повідомити приймаючий пристрій про те, що наступні вісім бітів є байтом даних. Після символу передаються один або два стопові біти, що сигналізують про закінчення передачі символу. У приймаючому пристрої символи розпізнаються по появі стартових і стопових сигналів, а не по моменту їх передачі. Асинхронний інтерфейс орієнтований на передачу символів (байтів), а при передачі використовується приблизно 20% інформації тільки для ідентифікації кожного символу.

Термін послідовний означає, що передача даних здійснюється по одиночному провіднику, а біти при цьому передаються послідовно, один за іншим. Такий тип зв'язку характерний для телефонної мережі, в якій кожен напрям обслуговує один провідник.

Розташування послідовних портів

Типові системи включають один або два послідовні порти, що розташовуються звично на задній панелі системного блоку. Існують також комп'ютери, створені з врахуванням споживацьких вимог, які містять послідовний порт цифрової камери, розташований на передній панелі. Цей порт використовується для передачі даних з цифрових камер нижчого класу. У сучасних конструкціях системної плати для управління вбудованими послідовними портами цього типу використовується мікросхема Super I/O, розташована на системній плати, або високоінтегрована мікросхема South Bridge.

Для того, щоб збільшити кількість послідовних портів, що є в стандартній системі, необхідно придбати одно- або багатопортову плату або так звану інтерфейсну плату вводу-виводу (multi-I/O card) , що містить один або два послідовних, а також один або два паралельні порти. Послідовні порти старих систем, створених на основі стандартів ISA або VL-Bus, часто підключалися до багатофункціональної плати, що містить інтерфейси жорсткого диска IDE і накопичувача на гнучких дисках.

Зверніть увагу на те, що модеми, розміщені на плати, також включають вбудований послідовний порт. На мал. нижче показаний стандартний 9-контактний роз'єм, використовуваний багатьма сучасними зовнішніми послідовними портами. А також показана первинна версія стандартного 25-контактного роз'єму.

До послідовних портів можна підключити найрізноманітніші пристрої: модеми, плоттери, принтери, сканери, інші комп'ютери, пристрої прочитування штрих-коду або схему управління пристроями. В основному у всіх пристроях, для яких необхідний двонаправлений зв'язок з комп'ютером, використовується послідовний порт RS-232C (Reference Standard number 232 revision С — стандарт обміну номер 232 версії С), що став стандартом, який дозволяє передавати дані між несумісними пристроями.

У офіційних технічних вимогах рекомендується максимальна довжина кабелю не більш 15 м. Обмежуючим чинником є повна ємність кабелю і вхідних контурів інтерфейсу. Максимальна ємність визначена як 2500 пФ. Спеціально розроблені кабелі з малою ємністю, їх довжина може досягати 150 м і більше. Є також драйвери лінії (підсилювачі (репітери)), які дозволяють ще більше збільшити довжину кабелю.

Призначення виводів роз'ємів послідовних портів приведені в табл. 17.1 і 17.2, а відповідність виводів між 9- і 25-контактним роз'ємами — в табл. 17.3.

Таблиця 17.1. Призначення виводів 9-контактного (AT) роз'єму послідовного порту

Вивід	Сигнал	Опис	Тип виводу
1	CD	Виявлення несучого сигналу	Вхід
2	RD	Дані, що приймаються	Вхід
3	TD	Передавані дані	Вихід
4	DTR	Готовність терміналу	Вихід
5	SG	Загальний сигнал	-
6	DSR	Готовність даних до передачі	Вхід
7	RTS	Запит передачі	Вихід
8	CTS	Готовність зовнішнього пристрою до прийому	Вхід
9	RI	Індикатор виклику	Вхід

Таблиця 17.2. Призначення висновків 25-контактного (PC, XT і PS/2) роз'єму послідовного порту

Вивід	Сигнал	Опис	Тип виводу
1	-	Корпус	-
2	TD	Передавані дані	Вихід
3	RD	Дані, що приймаються	Вхід
4	RTS	Запит передачі	Вихід
5	CTS	Готовність зовнішнього пристрою до прийому	Вхід
6	DSR	Готовність даних до передачі	Вхід
7	SG	Загальний сигнал	-
8	CD	Виявлення несучого сигналу	Вхід
9	-	Струмовий вихід передатчика (+)	Вихід
11	-	Струмовий вихід передатчика (-)	Вихід
18	-	Струмовий вхід прийомника (+)	Вхід
20	DTR	Готовність терміналу	Вихід
22	RI	Індикатор виклику	Вхід
25	-	Струмовий вхід прийомника (-)	Вхід

Таблиця 17.3. Відповідність виводів між 9- і 25-контактним роз'ємами

9-контактний роз'єм	25-контактний роз'єм	Сигнал	Опис
1	8	CD	Виявлення несучого сигналу
2	3	RD	Дані, що приймаються
3	2	TD	Передавані дані
4	20	DTR	Готовність терміналу
5	7	SG	Загальний сигнал
6	6	DSR	Готовність даних до передачі
7	4	RTS	Запит передачі
8	5	CIS	Готовність зовнішнього пристрою до прийому
9	22	Rl	Індикатор виклику

CD — Carrier Detect.

DSR — Data Set Ready.

RD — Receive Data.

RTS — Request To Send.

TD — Transmit Data.

CTS — Clear To Send.

DTR — Data Terminal Ready.

Rl — Ring Indicator.

SG — Signal Ground.

Високошвидкісні послідовні порти

При використанні зовнішніх пристроїв RS-232, призначених для роботи з швидкістю вище 115 Кбіт/с (тобто вище за максимальну швидкість мікросхем UART серії 16550 і їх еквівалентів), можна досягти максимальної ефективності, замінивши існуючі послідовні порти платою розширення, що містять одну з мікросхем UART типу 16650,16750 або 16850. Більшість плат підтримує швидкість обміну даними 230 Кбіт/с, 460 Кбіт/с або навіть вище, що має особливе значення при підключенні комп'ютера до швидкодійного зовнішнього пристрою, сполученого з послідовним портом, наприклад до термінального адаптера ISDN. Щоб повною мірою відчути швидкодію зовнішнього модему ISDN (термінального адаптера) необхідно забезпечити роботу послідовного порту із швидкістю передачі, рівною принаймні 230 Кбіт/с.

Багатопортова послідовна плата

Для більшості користувачів досить одного або двох послідовних портів, розташованих на стандартній платі; але бувають ситуації, коли виникає необхідність у використанні додаткових портів. У такому разі можна скористатися багатопортовою платою, яка надає додаткові порти, необхідні для сервісів віддаленого доступу (Remote Access Service — RAS), розрахованих на багато користувачів комп'ютерних систем, що використовують термінали, модемних пулів для ISP, збору даних і т.д.

В тому випадку, якщо потрібно тільки один або два додаткові послідовні порти, можна скористатися стандартною подвійною послідовною платою або багатоінтерфейсною платою вводу-виводу (подвійна послідовна плюс паралельна плата). Але для додавання від чотирьох до восьми портів необхідна вже спеціальна багатопортова плата. Власний роз'єм плати, розташований на задньому кронштейні, підключений до багатошарового кабелю розгалуження; кожна гілка кабелю закінчується стандартним кабельним роз'ємом DB9F RS-232. Кабелі розгалуження розраховані на роботу з мікросхемою UART 16550 або швидшою її версією.

Вбудовані послідовні порти

Вже у середині 1990-х років, починаючи з пізніх моделей 486-х комп'ютерів, замість окремих мікросхем UART почав використовуватися компонент системної плати, що одержав назву Super I/O. Цей компонент, як і багаторежимний паралельний порт, звичайно містить два послідовні порти UART, контроллер гнучких дисків, контроллер клавіатури, іноді пам'ять CMOS; всі ці елементи розташовані в одній крихітній мікросхемі. Проте ця мікросхема працює так, як ніби всі перераховані пристрої були встановлені окремо, а саме: операційна система і виконувані програми взаємодіють з мікросхемами UART як з окремо встановленими модулями на плати адаптера послідовного порту. У сучасних системах функції компоненту Super I/O інтегровані в мікросхему South Bridge. Ця мікросхема з інтегрованим вводом-виводом, як і компонент Super I/O, безпосередньо взаємодіє з програмним забезпеченням.