Донецкий государственный технический университет
Кафедра прикладной математики и информатики
Последовательные и параллельные порты ПЭВМ.
Избежать вакханалии взаимной несовместимости различных устройств, произведенных в различное время и в различных странах многочисленными компаниями, позволило использование в любых компьютерных устройствах ряда стандартных интерфейсов.
Основными средствами коммуникации, используемыми в РС, являются последовательные и параллельные порты. Последовательные порты, параллельные порты, универсальная последовательная шина - все это интерфейсы ввода-вывода.
По последовательному порту информация передается поразрядно (более медленно) по малому числу проводов. К последовательным портам чаще подключаются двунаправленные устройства, которые должны как передавать информацию в компьютер, так и принимать ее. К последовательному порту подключаются мышь и модем.
Параллельные порты, как правило, использовались для подключения принтеров и работали в однонаправленном режиме, хотя могут применяться и как двунаправленные. По параллельному порту информация передается одновременно по большому числу проводов, соответствующему числу разрядов. К параллельному порту подключается принтер и выносной винчестер.
До недавнего времени подобные порты выполнялись в виде отдельных плат расширения. Современные системные платы, как правило, содержат все необходимые интерфейсы. Спецификации современных РС предполагают постепенный отказ от их применения в пользу универсальной последовательной шины USB.
USB-порт используется для подключения широкого спектра периферийных устройств от мыши до принтера. Также возможен обмен данными между компьютерами.
1Понятие порта
Под портом (см. Рис.1) понимают совокупность средств, унифицирующих и упрощающих способ взаимодействия микропроцессора с внешним миром. Порт обеспечивает единственную возможность приема или передачи данных любым объектам, кроме памяти.
Рис.1 – Расположение портов на задней панели компьютера
Всем устройствам, с которыми должен взаимодействовать процессор, таким как клавиатура, дисководы или динамик, выделяется собственный порт.
Порт представляет собой гипотетический путь данных, которому присвоен номер порта и который может принимать или передавать данные по команде процессора.
Порты могут использоваться в сочетании с прерываниями. Например, если нажать клавишу на клавиатуре IBM/PC, никакие данные в компьютер не передаются. Вместо этого генерируется прерывание номер 9, указывающее, что имеются данные, которые нужно вводить с клавиатуры. В ответ на прерывание BIOS в ПЗУ выдаст команду IN для порта клавиатуры. Только после этого данные, определяющие какая клавиша была нажата, попадут в компьютер.
Микропроцессор может обращаться к порту с любым допустимым номером, не зная, работает ли этот порт или нет.
Адреса портов задаются 16 разрядами, так что потенциально можно иметь 64К различных портов.
В действительности используется гораздо меньше номеров и, следовательно, имеются неограниченные возможности для расширения.
Имеется несколько способов использования портов в IBM/PC.
Первый способ - это использование порта просто как пути данных. Например, коды клавиш, указывающие какая из клавиш была нажата, проходят через один порт; данные, выдаваемые на устройство печати, проходят через другой порт.
Еще один способ использования портов заключается в передаче через них управляющей информации для внешних устройств и получении от этих устройств информации о состоянии.
Еще одно назначение портов заключается в считывании положений переключателей в системном блоке, указывающих конфигурацию системы.
Наиболее важные применения портов.
Порт 96 (60(16)) используется для передачи данных в формате порядковых номеров, от клавиатуры.
Порт 97 (61(16)) используется для управления встроенным динамиком, а также двигателем кассетного механизма. Он также позволяет запустить аппаратный таймер.
Порты с 64 по 67 (40(16)-43(16)) используются для управления программируемым таймером, используемым как динамиком, так и интерфейсом кассетного накопителя.
2Последовательные Com-порты
Com-port (communication port) — самый старый из последовательных портов ПК (рис. 2). «Последовательный» означает то, что данные в таком интерфейсе передаются по одному проводнику.
Последовательные интерфейсы можно разделить на две основные разновидности — синхронные и асинхронные.
Рис.2 – Внешний вид com-портов
Передача информации на физическом уровне — это изменение электрических сигналов. И когда мы передаем последовательность единичных или нулевых битов, физически этот процесс представляется в виде электрического импульса (рис. 3). Причем, в зависимости от скорости передачи, в импульсах одинаковой длительности может быть разное количество единичек.
Для получения информации из таких импульсов используют синхронизацию. То есть, параллельно с информационным потоком генерируется последовательность импульсов, которые указывают, в какой момент времени необходимо снимать информацию. Эти импульсы и определяют скорость обмена.
Если за единицу времени подать больше синхроимпульсов, значит, больше информационных данных выделится из потока.
Рис. 3 – Передача импульсов и данных
Если эти синхроимпульсы передаются от одного устройства другому, то такая передача называется синхронной.
Асинхронной считается такая передача, когда с фиксированной скоростью пересылается только информация, а приемник и передатчик синхронизируют процесс обмена данными самостоятельно.
СОМ-порт является асинхронным. Разница между импульсами, по которым синхронизируется передача, и импульсами, синхронизирующими прием, не должна превышать 5% от их частоты.
Для СОМ-порта стандартными являются следующие скорости: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/ с.
Максимальная длина кабеля-соединителя — 15 метров. Есть специальные кабели, которые позволяют увеличить длину соединения до 150 метров. А если использовать устройства, называемые «репитерами», то расстояние можно еще дополнительно увеличить.
Вопрос, зачем модему кабель в 150 метров? Такие расстояния используются в тех случаях, когда к ПК необходимо подключить какое-то специализированное технологическое устройство.
Компьютерный СОМ-порт работает по стандарту RS-232C, который определяет электрические уровни сигналов и протокол обмена. Порт содержит две линии для обмена информацией (прием и передача), и 9 линий для управления обменом. Если для управления обменом задействовать эти линии, то обмен будет называться «аппаратным» (протокол RTS/CTS).
Однако обмен информацией можно организовать, используя только линии приема и передачи, тогда он будет называться «программным» (протокол XON/XOFF). В таком режиме посылается символ, сигнализирующий о начале передачи, называется он XON, окончание передачи сигнализируется символом XOFF.
Как из цепочки передаваемых бит выделяются байты?
Начало байта сигнализирует старт-бит, который имеет всегда определенное значение — 0, окончание — стоп-бит.
Аппаратной основой СОМ-порта является микросхема UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter — универсальный асинхронный приемопередатчик)_.
Если вы откроете окно настройки последовательного порта, то заметите, что список скоростей явно не ограничивается 115.2 Кбит/с. Это связано с тем, что кроме стандартных, можно использовать еще и так называемые высокоскоростные СОМ-порты — Enhanced Serial Ports (ESP) и Super High Speed Serial Ports. Это варианты, базирующиеся на микросхемах 16550AF, 16650, 16750. Они обеспечивают обмен на скорости до 921.6 Кбит/с. В принципе, все высокоскоростные модемы xDSL содержат в своем составе такую микросхему, которая обеспечивает связь на 230–460 Кбит/с.