Порты компьютера для подключения периферийных устройств, их виды и назначение
Приветствую Вас, друзья. Продолжаем изучать системный блок. Сегодня расскажу о компьютерных портах. Что это такое? С бурным развитием интернет-технологий понятие «порт», «сокет» у многих на слуху. Это другая ветвь, и мы сегодня не будем говорить о ней.
Тема этой статьи содержит информацию о сугубо «железных», » реальных» разъемах (или портах), которые предназначены для подключения различных устройств к системному блоку.
«Железо» тоже совершенствуется и с каждой генерацией мы обнаруживаем новые виды разъемов (или порты) на купленных системных блоках. К ним подключаются различные, так называемые периферийные устройства.
Системный блок + монитор = компьютер. Все что подключается к ним (принтеры, сканеры, программаторы, видеокарты, мониторы и так далее) — это периферия.
На компьютере портов много. Они находятся на материнской плате системного блока и представляют собой разъемы (большая часть из них на задней части) . Часть разъемов выводится и на переднюю панель и они так же подключены к материнской плате.
На нее так же можно дополнительно установить и дополнительные устройства через специальные слоты расширения. К таким устройствам относятся дискретные видеокарты, сетевые карты, адаптеры Wi-Fi, USB-хабы, карт-ридеры, электронные замки, видеокарты и много чего еще.
Наличие слотов расширения позволяет самостоятельно собирать компьютер наподобие конструктора, на основе ваших предпочтений, не тратя лишних денек. Потому что разработчики давно стандартизировали выпускаемое оборудование.
При необходимости можно провести его обновление. Это главная причина того, что IBM-PC совместимые компьютеры (так называется такая платформа) когда-то вытеснили с рынка Apple Macintosh.
У них системные блоки изначально были неразборные, а оборудование не заменяемое. Провести апгрейд такого устройства нельзя, да и ремонтопригодность такого устройства снижается.
Применение
Как уже говорилось, уровни ЛС RS-232 отличаются от стандартных уровней ТТЛ. Следовательно, нам необходимо как-то преобразовывать величины напряжений. Т.е. сделать 5В из +15В и 0В из -15В (и наоборот). Один из способов (и, наверное, самый простой) – использование специальной микросхемы MAX232. Она проста в понимании и одновременно может преобразовывать два логических сигнала.
Ниже приведена схема её включения:
Думаю, трудностей быть не должно. Это один из вариантов использования этой микросхемы: передача данных с микроконтроллера на ЭВМ и наоборот. Передаваемый сигнал поступает на ножки TxIN с одной стороны и на RxIN с другой. Входные сигналы снимаются с TxOUT и RxOUT соответственно.
Порты завершения ввода/вывода
Порты завершения ввода/вывода Порты завершения ввода/вывода, поддерживаемые лишь на NT-платформах, объединяют в себе возможности перекрывающегося ввода/вывода и независимых потоков и используются чаще всего в серверных программах. Чтобы выяснить, какими требованиями
Пример: сервер, использующий порты завершения ввода/вывода Программа 14.4 представляет видоизмененный вариант программы serverNP (программа 11.3), в котором используются порты завершения ввода/вывода. Этот сервер создает небольшой пул серверных потоков и больший пул
Последовательный интерфейс RS-232
Работа Serial port на ПК базируется на стандарте передачи данных для последовательных устройств RS-232. Этот стандарт описывает процесс обмена данными между телекоммуникационным устройством, например, модемом и компьютерным терминалом. Стандарт RS-232 определяет электрические характеристики сигналов, их назначение, длительность, а также размеры коннекторов и схему выводов для них. При этом RS-232 описывает лишь физический уровень процесса передачи данных и не касается используемых при этом транспортных протоколов, которые могут меняться в зависимости от используемого коммуникационного оборудования и программного обеспечения.
Стандарт RS-232 был создан в 1969 г, а его последняя версия, TIA 232, вышла в 1997 г. В настоящее время RS-232 считается устаревшим, однако большинство операционных систем до сих пор его поддерживает.
В современных компьютерах разъем Serial port представляет собой 9-штырьковый разъем типа «вилка» DB-9, хотя стандарт RS-232 описывает также разъем с 25–ю контактами – DB-25, который часто применялся на старых компьютерах. Разъем DB-9 обычно расположен на системной плате ПК, хотя в старых компьютерах он мог находиться на специальной мультикарте, вставляемой в слот расширения.
9- штырьковое гнездо DB-9 на материнской плате
Разъем DB-9 на кабеле подключаемого к порту устройства
В отличие от параллельного порта, разъемы с обеих сторон двустороннего последовательного кабеля идентичны. Помимо линий для передачи самих данных, порт содержит несколько служебных линий, по которым между терминалом (компьютером) и телекоммуникационным устройством (модемом) может передаваться управляющая информация. Хотя теоретически для работы последовательного порта достаточно лишь трех каналов – прием данных, передача данных и земля, практика показала, что наличие служебных линий делает связь более эффективной, надежной и, как следствие, более быстрой.
Назначение линий разъема Serial port DB-9 согласно RS-232 и их соответствие контактам разъема DB-25:
| Контакт DB-9 | Английское название | Русское название | Контакт DB-25 |
| 1 | Data Carrier Detect | Несущая обнаружена | 8 |
| 2 | Transmit Data | Передаваемые данные | 2 |
| 3 | Receive Data | Принимаемые данные | 3 |
| 4 | Data Terminal Ready | Готовность терминала | 20 |
| 5 | Ground | Земля | 7 |
| 6 | Data Set Ready | Готовность передающего устройства | 6 |
| 7 | Request To Send | Запрос на отправку данных | 4 |
| 8 | Clear To Send | Передача данных разрешена | 5 |
| 9 | Ring Indicator | Индикатор звонка | 22 |
Как все это работает?
При том, что среди всех имеющихся COM-портов можно провести автоматический поиск подходящего, процедура такого опроса является довольно ненадежной и достаточно громоздкой. Связано это с тем, что устройства, отображаемые в системе в качестве COM-портов, могут быть довольно разнообразными и не иметь отношения к GPS, они могут совершенно непредсказуемо ответить на такой опрос. К примеру, на КПК бывают порты, сопряженные с внутренним сотовым модемом, с USB, с инфракрасным портом, а также с иными элементами. Обращение к ним программы, предназначенной для работы с конкретным приспособлением, может привести к совершенно непредсказуемой реакции, а также к различным сбоям в работе, что часто становится причиной зависания КПК. Именно поэтому попытка открыть COM-порт может привести к неожиданным ситуациям вплоть до включения Bluetooth или инфракрасного порта. А могут быть и более непонятные случаи.
Работа COM-порта
Для COM-портов в качестве основы используется микросхема асинхронного универсального приемопередатчика. Эта микросхема существует в нескольких разновидностях: Intel 16550A, 16550, 16450, 8250. Для каждого COM-порта она содержит регистры приемника и передатчика данных, а также ряд управляющих регистров, к которым есть доступ через программы BIOS, Windows и MS DOS. У последних версий микросхемы имеется набор буферов для временного хранения передаваемых и получаемых данных. Благодаря такой возможности можно реже прерывать работу центрального процессора, а также согласовать скорость трансляции данных.
Устройство COM-порта предполагает наличие таких характерных особенностей:
– базового адреса порта для ввода и вывода информации;
– номера аппаратного прерывания;
– размера одного блока информации;
– скорости, с которой передаются данные;
– режима детектирования честности;
– способа управления потоками информации;
– количества стоповых бит.
Внешние порты персонального компьютера
- PS/2 — порт для подключения клавиатуры;
- PS/2 — порт для подключения «мышки«;
- Ethernet — порт для подключения локальной сети и сетевых устройств (роутеров, модемов и др.);
- USB — порт для подключения устройств внешней периферии (принтеров, сканеров, смартфонов и др.);
- LPT — параллельный порт. Служит для подключения ныне устаревших моделей принтеров, сканеров и плотеров;
- COM — последовательный порт RS232. Служит для подключения устройств типа dial-up модемов и старых принтеров. Ныне устарели, практически не используется;
- MIDI — порт для подключения игровых консолей, midi клавиатур, музыкальных инструментов с таким же интерфейсом. В последнее время практически вытеснен USB-портом;
- Audio In — аналоговый вход для линейного выхода звуковых устройств (магнитофонов, плееров и др.);
- Audio Out — выход аналогово звукового сигнала (наушники, калонки и др.);
- Mikrophone — микрофонный выход для подключения микрофона;
- SVGA — порт для подключения устройств видеоотображения: мониторов, современных LED, LCD и плазменных панелей (этот тип разъёма является устаревшим);
- VID Out — порт используется для вывода и ввода низкочастотного видеосигнала;
- DVI — порт для подключения устройств видеоотображения, более современнее чем SVGA.
Последовательный порт (COM-порт)
Один из самых старых портов, устанавливаемых в ПК на протяжении уже более 20 лет. В литературе довольно часто можно встретить его классическое наименование – RS232. Обмен данными при помощи его происходит в последовательном режиме, то есть линии передачи и приёма – однобитные. Таким образом, информация, которая передаётся от компьютера к устройству или наоборот, разделяется на биты, которые последовательно следуют друг за другом.
Скорость передачи данных, обеспечиваемая этим портом не велика, и имеет стандартизованный ряд: 50, 100, 150, 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 38400, 57600, 115200 Кбит/сек.
Использовался последовательный порт для подключения к ПК таких «медленных» устройств, как первые принтеры и плоттеры, dial-up модемы, манипуляторы «мышь» и даже для связи компьютеров между собой. Как бы ни была медленной его скорость, для того, чтобы соединить устройства между собой требовалось всего три провода – настолько простым был протокол обмена данными. Понятно, что для полноценной работы требовалось большее количество проводников в шнуре.
На сегодняшний день последовательный порт практически уже не используется и полностью вытеснен более молодым, но и более скоростным «собратом» — USB-портом. Следует, правда, отметить, что некоторые производители все ещё комплектуют COM-портом свои материнские платы. Однако, само наименование — «последовательный порт» до сих пор используется разработчиками программного обеспечения. Так, например, Bluetooth-устройства, порты сотовых телефонов часто представляются именно, как «последовательный порт». Это, возможно, несколько сбивает с толку, но сделано это по той причине, что передача данных в них тоже осуществляется последовательно, но на более высокой скорости.
Если по какой-то причине вам может потребоваться COM-порт, а на вашем ПК его нет, то для это цели можно воспользоваться переходником, который подключается к современному USB-порту, имеющемуся на всех современных ПК, а с другой стороны у такого переходника имеется разъем последовательного порта. Есть, правда, одно ограничение, если программное обеспечение обращалось напрямую к «железу» настоящего COM-порта, то работать с таким переходником оно не будет. В этом случае необходимо приобретать специальную плату, которая устанавливается внутрь вашего ПК.
Конструктивно, последовательный порт ПК имеет разъем типа «папа» (с торчащими штырьками):
DB9 (9-ти штырьковый)
DB25 (25-ти штырьковый)
На сегодняшний день, 25-ти штырьковый разъем последовательного порта практически вышел из употребления и уже несколько лет не устанавливается на ПК. Если производитель снабжает материнскую плату COM-портом, то это 9-ти контактный разъем типа DB9.
Параллельный порт (LPT-порт)
Представляет собой интерфейс для подключения таких устройств, как принтеры, сканеры и плоттеры.
Позволяет одновременно передавать 8 бит данных, правда в одном направлении – от компьютера к периферии. В дополнении к этому, имеет 4 управляющих бита (так же как и в случае с битами данных, управляющие биты передаются от ПК к внешнему устройству), и 4 бита состояния (эти биты компьютер может «прочитать» из устройства).
В последние годы, LPT-порт усовершенствовали, и он стал двухсторонним, то есть биты данных стало возможным передавать через него в обе стороны. На сегодняшний день устарел и практически не используется, хотя производители материнских плат все ещё включают его в её состав.
Энтузиасты и радиолюбители часто используют этот порт для управления какими-либо нестандартными устройствами (поделки и пр.).
USB-интерфейс
USB – это сокращение полного названия порта – universal serial bus («универсальная последовательная шина»).
На сегодняшний день это один из самых широко используемых портов на персональном компьютере. И это не случайно – его технические характеристики и простота использования действительно впечатляют.
Скорость обмена данными для интерфейса USB 2.0 может достигать — 480 Мбит/сек, а интерфейса USB3.0 – до 5 Гбит/сек (!).
Причём, все версии этого интерфейса совместимы между собой. То есть устройство использующее интерфейс 2.0 может быть подключено к порту USB3.0 (порт в этом случае автоматически понизит скорость до нужного значения). Соответственно, устройство использующее порт USB 3.0 может быть подключено к порту USB 2.0. Единственное условие, если для нормальной работы требуется скорость выше, чем максимальная скорость USB 2.0, то нормальное функционирование периферийного устройства будет в этом случае не возможно.
Кроме этого, популярность данного порта обусловлена ещё и тем, что разработчики заложили в него одну, очень полезную особенность – данный порт может служить источником электропитания, для подключённого к нему внешнего устройства. В этом случае не требуется дополнительный блок для подключения к электрической сети, что очень удобно.
Для версии порта USB 2.0 максимальный потребляемый ток может достигать значения в 0.5A, а в версии USB3.0 – 0.9А. Превышать указанные значения не рекомендуется, так как это приведёт к выходу интерфейса из строя.
Назначение контактов Usb-разъёма:
Разработчики современных цифровых устройств, все время стремятся к минимизации. Поэтому, конструктивно данный порт может иметь кроме стандартного разъёма, ещё и мини-вариант для миниатюрных устройств – mini-USB. Никаких принципиальных отличий от стандартного USB-порта кроме конструкции самого разъёма mini-USB не имеет.
Практически все современные устройства имеют USB-порт для подключения к ПК. Лёгкость установки – подключенное устройство распознаётся операционной системой практически сразу после присоединения, даёт возможность пользоваться таким портом без специальных «компьютерных» знаний. Принтеры, сканеры, цифровые фотоаппараты, смартфоны и планшеты, внешние накопители – это лишь небольшой список периферийного оборудования, которое сейчас использует этот интерфейс. Простой принцип – «воткнул и работай» сделали данный порт поистине бестселлером среди всех имеющихся на сегодняшний день интерфейсов персонального компьютера.
Порт Fire-Wire (Другие названия — IEEE1394, i-Link)
Этот вид интерфейса появился сравнительно недавно – с 1995 года. Представляет собой высокоскоростную шину последовательного типа. Скорость передачи данных может достигать — до 400 Мбит/сек в стандарте IEEE 1394 и IEEE 1394a, 800 Мбит/сек и 1600 Мбит/сек — для стандарта IEEE1394b.
Изначально этот интерфейс был разработан, как порт для подключения внутренних накопителей (типа SATA), но лицензионная политика компании Apple – одного из разработчиков этого стандарта, требовала выплаты за каждый чип контроллера. Поэтому, на сегодняшний день лишь небольшое количество цифровых устройств (некоторые модели фотоаппаратов и видеокамер) снабжены данным видом интерфейса. Широкого распространения этот вид порта так и не получил.
Ethernet порт
Значение этого интерфейса трудно переоценить, как правило, именно он используется для подключения персонального компьютера к локальной сети или для выхода в интернет в большинстве случаев. Практически все современные ПК, ноутбуки и нетбуки оборудованы встроенным в материнскую плату Ethernet-портом. В этом нетрудно убедиться, если осмотреть внешние разъёмы.
Для подключения внешних устройств используется специальный Ethernet–кабель, имеющий с обоих концов одинаковые разъёмы – RJ-45, содержащие восемь контактов.
Кабель симметричен, в связи с чем, порядок подключения устройств значения не имеет – к любому из идентичных разъёмов кабеля можно подключить любое устройство на выбор – ПК, роутер, модем и т. п. Маркируется аббревиатурой — UTP, общепринятое название – «витая пара». В большинстве случаев как для домашнего, так и для офисного использования применяют кабель пятой категории марки UTP-5 или UTP-5E.
Скорость передаваемых по Ethernet-соединению данных зависит от технических возможностей порта и составляет 10 Мбит/сек, 100 Мбит/сек и 1000 Мбит/сек. Следует понимать, что эта пропускная способность является теоретической, и что в реальных сетях она несколько ниже в виду особенностей работы Ethernet-протокола передачи данных.
Также, следует иметь в виду, что далеко не все производители устанавливают в свои Ethernet-контроллеры быстродействующие чипы, так как они весьма дороги. Это приводит к тому, что на практике, реальная скорость передачи данных значительно ниже, указанной на упаковке или в спецификации. Как правило, практически все Ethernet-карты совместимы между собой и сверху вниз. То есть более новые модели, имеющие возможность подключения на скорости в 1000 Мбит/сек (1 Гбит/сек), без проблем будут работать со старыми моделями, на скоростях 10 и 100 Мбит/сек.
Для визуального контроля целостности подключения Ethernet-порт имеет индикаторы Link и Act. Индикатор Link — горит зелёным цветом при правильном и работающем физическом подключении, т. е. кабель между устройствами подключён, он целый, порты рабочие. Второй индикатор Act («активность») имеет, как правило, оранжевое свечение и мигает во время передачи или приёма данных.
Заключение
Последовательный порт ПК в настоящее время не является широко используемым средством для ввода-вывода информации. Тем не менее, поскольку существует большое количество оборудования, прежде всего, телекоммуникационного назначения, созданного для работы с последовательным портом, а также благодаря некоторым достоинствам протокола последовательной передачи данных RS-232, последовательный интерфейс пока еще не следует списывать со счетов, как абсолютно устаревший рудимент архитектуры персонального компьютера.
Хотя некоторые другие интерфейсы компьютера — такие как Ethernet, FireWire и USB — также используют последовательный способ обмена, название «последовательный порт» закрепилось за портом, имеющим стандарт RS-232C, и предназначенным изначально для обмена информацией с модемом.
С помощью COM-порта можно соединить два компьютера, используя так называемый «нуль-модемный кабель».
Принятое условное обозначение последовательного порта: Последовательный порт — условное обозначение
Варианты разъёма COM-порта типа DE-9F
Варианты разъёма COM-порта типа DE-9F
Наиболее часто используются Д-образные разъёмы: 9- и 25-контактные, (DE-9 и DB-25 соответственно) . Раньше использовались также DB-31 и круглые восьмиконтактные DIN-8. Максимальная скорость передачи обычно составляет 115200 бит/с.
Стандарт на него был разработан в 1969 году.
В настоящее время в персональных компьютерах всё ещё встречается данный вид интерфейса, не смотря на значительное вытеснения другими портами: PS/2 (подключение мыши и клавиатуры) , USB универсальная последовательная шина с питанием.
