Периферийные устройства

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.

Устройства ввода

Клавиатура

Клавиатура – это панель с клавишами: буквами, цифрами, знаками препинания и другими кнопками. Является главным устройством ввода информации и управления компьютером. Бывает проводной и беспроводной.

Проводные подключаются кабелем к системному блоку через интерфейс USB или PS/2.

Беспроводные имеют маленький передатчик в комплекте, который подключается в USB порт. В такой клавиатуре нужно периодически заряжать аккумулятор или менять батарейки в зависимости от модели.

В ноутбуках клавиатура встроенная.

Компьютерная мышь

Мышь – это небольшое устройство, которое управляет курсором. Обычно она овальной формы, на ней расположены две кнопки и колесико посередине. Свое название получила из-за внешнего сходства с мелким грызуном.

При помощи мыши мы управляем окнами в операционной системе, запускаем и закрываем приложения, работаем в интернете и выполняем другие действия.

Всё это можно делать и клавиатурой при помощи сочетаний клавиш, но мышкой управлять компьютером проще.

Как и клавиатуры, мыши бывают проводными и беспроводными.

Проводные подключаются кабелем через интерфейс USB.

Беспроводные имеют в комплекте маленький беспроводной передатчик и работают от аккумулятора или батареек.

В ноутбуках функцию мышки выполняет тачпад, по которому нужно водить пальцем для управления курсором.

Микрофон

Используется для онлайн разговоров и записи аудио на компьютер. Микрофон подключается кабелем в звуковую карту. В ноутбуке он встроен.

Веб-камера

Обычно веб-камера крепится к верхней части монитора на стационарном ПК и подключается кабелем в USB порт. В нее может быть встроен микрофон. Используется для звонков по интернету и записи видео роликов.

В ноутбуке веб-камера уже встроена в верхнюю часть экрана.

Джойстик

Используется для управления действиями в компьютерных играх. Подключается к USB порту. Вместе с ним обычно поставляется программа для назначения клавиш.

Графический планшет

Используется для рисования в графических программах. Подключается через интерфейс USB. Пользователь водит специальным карандашом (стилусом) по планшету и линии отображаются в графическом редакторе на компьютере.

Устройства захвата видео

К таким устройствам относятся специальные карты и модули, которые позволяют делать захват видео с видеокамеры, видео магнитофона, цифрового тюнера и других цифровых устройств.

После настройки захват происходит в специальную программу, после чего накладываются спецэффекты и готовый материал сохраняется в цифровом формате.

Устройства видео захвата бывают как встроенными в компьютер, так и внешними с подключением по USB.

Сканер

Используется для оцифровки книг, журналов и документов. Происходит это так: на стекло кладут страницу и сверху закрывают крышкой. Сканер делает фотографирование и загружает результат в компьютер.

Сканеры бывают обычными, в которых фотографирование происходит по одной странице вручную, и профессиональными, где страницы автоматически переворачиваются. Соединяются с компьютером через USB.

Модель внешнего устройства для программиста

Каждое периферийное устройство имеет в своем составе один или несколько регистров, содержимое которых можно прочитать или записать командами программы. Сложные периферийные устройства могут содержать несколько десятков регистров. Таким образом, общее количество регистров периферийных устройств в системе может быть значительным.

Словосочетанием “модель периферийного устройства для программиста” будем называть набор регистров в периферийном устройстве, которые можно прочитать-записать программно.

Простейшая модель для программиста внешнего устройства может содержать довольно мало регистров: — регистр состояния (статуса), регистр управления, регистр (буфер) данных.

Применяют два основных способа доступа к регистрам ПУ:

1. Произвольной адресации регистров;
2. С индексацией регистров (SB).

В первом случае процессор по команде может записать/считать данные в любой регистр ПУ. Если ПУ имеет большое количество регистров, например, более 100, как в sound blaster, используют второй способ. В этом случае ПУ имеет два регистра: индексный регистр и регистр данных. При записи в индексный регистр заносим номер регистра ПУ, в который хотим записать, затем в регистр данных заносим записываемое число.

Адресация регистров внешнего устройства:

• изолированный ввод-вывод (порты);
• отображение на память.

В некоторых процессорах доступ к регистрам периферийных устройств осуществляется аналогично доступу к ячейкам памяти. Каждому регистру присвоен адрес в адресном пространстве памяти. В этом случае для обращения к регистрам ПУ можно использовать те же команды, что и для доступа к ячейкам памяти. Такая организация носит название «ввод-вывод, отображаемый на память». Обычно разработчики вычислительной системы выделяют для адресации регистров ПУ какой-либо фиксированный диапазон адресов.

В других процессорах регистры ПУ имеют свою систему адресации, никак не связанную с адресацией ячеек памяти. Для обращения к регистрам ПУ в системе команд имеются специальные команды ввода- вывода. Такая организация обмена с ПУ носит название «изолированный ввод-вывод». Для обозначения программно- доступных регистров периферийных устройств в компьютерной литературе используют термин «порты ввода-вывода«.

Оба вида адресации аппаратно поддержаны со стороны процессора. В первом случае в адресном пространстве процессора выделяется область адресов для ПУ. Адреса из этой области транслируются напрямую, без использования схемы преобразования (логический адрес равен физическому). В процессоре Motorola 68040 этот механизм называется “прозрачная трансляция адресов”. Для указания выделенной области регистров ПУ используются специальные регистры. В этих регистрах дополнительно имеются поля, определяющие разрешение/запрещение КЭШирования, тип доступа r/w и др. На рисунке (см. рисунок ниже) представлена схема страничной трансляции.

Схема страничной трансляции процессора МС68040

Регистры прозрачной трансляции ТТО и ТТ1 (см. рисунок ниже) определяют блоки адресного пространства, которые транслируются прозрачно (прямо): в этих блоках логические адреса являются физическими.

Формат регистров прозрачной трансляции

Значения полей регистров ТТО и ТТ1:

LOGICAL ADDRESS BASE — значение А31 — А24, определяют блок прозрачной трансляции;

LOGICAL ADDRESS MASK — игнорируемые разряды А31 — А24;

Е (Enable) — разрешение: определяет возможность прозрачной трансляции (Е=1 разрешена).

Cl (Cashe Inhibit) — КЭШ запрещен: определяет возможность использования КЭШа ( С1=0 означает, что КЭШ используется);

R/W — чтение/запись: определяет тип доступа в транслируемом блоке: (R/W=0 — запись; R/W=1 — чтение);

RWM (Read/Write Mask) — маска чтения-записи: определяет достоверность поля R/W (RWM=0 — поле используется);

FC BASE (Function Code Base) — значение функционального кода блока прозрачной трансляции;

FC MASK (Function Code Mask) — игнорируемые биты функциональною кода.

При изолированном вводе-выводе процессор должен иметь: специальные команды работы с ПУ, специальные сигналы на шине, различающие обращение к памяти и к ПУ.

В процессорах семейства х86 использован изолированный ввод-вывод. На шине процессора имеются специальные сигналы. При обращении к памяти вырабатываются стробы MEMR, MEMW, а к ПУ — стробы I/OR, I/OW. Схема подключения приведена на рисунке (см. рисунок ниже).

Схема подключения ПУ

В составе системы команд имеются следующие две команды ввода-вывода:

1. in — ввод 1/2/4-байтового элемента данных из порта в регистр процессора al/ax/eax;
2. out — вывод 1/2/4-байтового элемента данных из регистра al/ax/eax в порт.

Номер порта операнда-источника в команде in или операнда-приемника в команде out можно задать двумя способами: непосредственной адресацией или косвенно-регистровой с использованием только регистра dx.

in al,040h; ввести байт в al из порта 40h

mov dx,0378h; записать номер порта 0378h в регистр dx

in al,dx; ввести байт в al из порта 0378h

mov al,049h; записать байт 49h в регистр al

out dx,al; вывести байт из al в порт, номер которого содержится в dx

Кроме того, в системе команд есть две строковые (цепочечные) команды ввода-вывода:

Разъём HDMI

Также известен как: интерфейс для мультимедиа высокой чёткости.

Описание: Этот популярный разъём является наиболее распространенным для подключения устройств к телевизору, а также появляется на многих мониторах и проекторах. В зависимости от вашего ноутбука или настольного ПК с графической картой порт HDMI (High-Definition Multimedia интерфейс) может быть в состоянии вывести разрешение вплоть до 4K. Тем не менее, Вы можете не выводить изображение для двух дисплеев от одного порта. Также, HDMI передает аудио сигнал вместе с видео. Так что если Ваш монитор или телевизор имеет динамики, Вы получите еще и звук.

Если ваш компьютер имеет HDMI-выход, а Ваш монитор имеет DVI, вы можете конвертировать сигнал из одного в другой адаптером, который стоит меньше чем 5 $.

Большинство ноутбуков, которые имеют HDMI, используют полнорамерный порт (Type A), но есть и ультратонкие устройства, которые используют мини-разъемы HDMI: mini-HDMI (Type C) и micro-HDMI (Type D), которые физически исполнены в меньшем форм-факторе.

Необходимость адаптера: Если Вам необходимо подключить к DVI порту, то используем HDMI-DVI переходник, который стоит 5 $. Примерно за 25 $ можно найти адаптер USB (Type-C)-HDMI.

Если вы хотите конвертировать сигнал от порта HDMI на компьютере к устройству с DisplayPort, монитор к примеру, придётся приобрести довольно дорогой активный конвертер, который требует своего собственного подключение к источнику питания и стоит более 30 $. Кабели DisplayPort-to-HDMI без питания не будет работать.

Адаптер DVI-HDMI, порт mini-HDMI

Внешние порты персонального компьютера

1. PS/2 — порт для подключения клавиатуры;
2. PS/2 — порт для подключения «мышки«;
3. Ethernet — порт для подключения локальной сети и сетевых устройств (роутеров, модемов и др.);
4. USB — порт для подключения устройств внешней периферии (принтеров, сканеров, смартфонов и др.);
5. LPT — параллельный порт. Служит для подключения ныне устаревших моделей принтеров, сканеров и плотеров;
6. COM — последовательный порт RS232. Служит для подключения устройств типа dial-up модемов и старых принтеров. Ныне устарели, практически не используется;
7. MIDI — порт для подключения игровых консолей, midi клавиатур, музыкальных инструментов с таким же интерфейсом. В последнее время практически вытеснен USB-портом;
8. Audio In — аналоговый вход для линейного выхода звуковых устройств (магнитофонов, плееров и др.);
9. Audio Out — выход аналогово звукового сигнала (наушники, калонки и др.);
10. Mikrophone — микрофонный выход для подключения микрофона;
11. SVGA — порт для подключения устройств видеоотображения: мониторов, современных LED, LCD и плазменных панелей (этот тип разъёма является устаревшим);
12. VID Out — порт используется для вывода и ввода низкочастотного видеосигнала;
13. 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.