Что такое параллельный порт? Параллельный и последовательный интерфейсы.
ЛЕКЦИЯ 7. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ПОРТЫ
МПС работает с внешними устройствами (ВУ), от ВУ она получает информацию и обработанную информацию передает на ВУ. В качестве ВУ может служить любой объект управления или источник информации (различные кнопки, датчики, микросхемы приемников, синтезаторов частот, дополнительной памяти, исполнительные механизмы, двигатели, реле и т.д.). Все ВУ подключаются к МП с помощью параллельных или последовательных портов.
Параллельные порты позволяют осуществить параллельный обмен информацией между МП и ВУ. С точки зрения ВУ порт представляет собой обычный источник или приемник информации со стандартными цифровыми логическими уровнями (обычно ТТЛ), а с точки зрения МП - это ячейка памяти, в которую можно записывать данные (из МП) или в которой появляется информация (от ВУ). Параллельные порты позволяют согласовывать низкую скорость работы ВУ и высокую скорость работы системной шины МП.
Порты ввода. В зависимости от направления передачи данных параллельные порты называются портами ввода, вывода или портами ввода – вывода (если они двунаправленные). На рисунке 7.1 приведена функциональная схема порта ввода.
В качестве порта ввода обычно используются схемы с третьим состоянием - шинным формирователем (ШФ). Из порта ввода возможно только чтение информации. Выход ШФ подключается к системной шине. Значение сигнала с внешнего вывода порта считывается по сигналу "RD".Чтобы попасть именно на заданное ВУ в составе порта ввода-вывода всегда присутствует дешифратор адреса.
Рис. 7.1. Функциональная схема порта ввода
Порт вывода. Функциональная схема порта вывода приведена на рисунке 7.2.
Рис. 7.2. Функциональная схема порта вывода
В качестве порта вывода может быть использован параллельный регистр. В порт вывода возможна только запись. Данные с внутренней шины микроконтроллера записываются в регистр по сигналу "WR". Выходы "Q" регистра могут быть использованы как источники логических уровней для управления ВУ.
Во многих МП и МК для портов выделяется отдельное адресное пространство и, соответственно, отдельные команды. Например, ……
Порты ввода-вывода. Параллельные порты могут быть двунаправленными. В МК, например, параллельные порты являются встроенными и двунаправленными. Типичная схема двунаправленного порта ввода/вывода (одной линии) МК приведена на рис. 7.3.
| |
Рис. 7.3. Типовая схема одного вывода двунаправленного порта
ввода - вывода МК.
Дешифратор адреса разрешает работу именно этого порта – разрешение на ввод или вывод. Схема содержит триггер данных и триггер управления. Триггер управления разрешает вывод данных на внешний вывод, если подан управляющий сигнал WR. В современных МК, как правило, обеспечивается индивидуальный доступ к триггерам данных и управления, что позволяет использовать каждую линию независимо в режиме ввода или вывода.
Необходимо обратить особое внимание на то, что при вводе данных считывается значение сигнала, поступающее на внешний вывод, а не содержимое триггера данных. Если к внешнему выводу МК подключены выходы других устройств, то они могут установить свой уровень выходного сигнала, который и будет считан вместо ожидаемого значения триггера данных.
Для МК в качестве параметра приводят число линий ввода -вывода. Линии ввода – вывода объединены в многоразрядные (чаще
8-разрядные) параллельные порты ввода/вывода. В памяти МК каждому порту ввода/вывода соответствует свой адрес регистра данных.
Обращение к регистру данных порта ввода/вывода в некоторых МК производится теми же командами, что и обращение к памяти данных. Во многих МК отдельные разряды портов могут быть опрошены или установлены командами битового процессора.
Каждый порт обычно имеет 3 регистра. Например, если имеем дело с портом В, имеется регистр данных порта (PORTB ), регистр направления порта (DDRB) и регистр PINB , с которого считываются сигналы на внешних контактах порта.
При выводе информация на канале фиксируется и сохраняется до ее смены в выходном регистре порта (до следующей команды OUT, адресованной к этому каналу). При вводе же информация не фиксируется.
Параллельный обмен является быстродействующим, однако характеризуется небольшим расстоянием передачи (1 – 2 метра).
Уровни сигналов и нагрузочная способность. Согласование между собой уровней сигналов портов и внешних микросхем не представляет трудностей, так как практически все современные МС по входу и выходу согласованы с TTЛ уровнями. Если же это не так, то для согласования нестандартных уровней с TTЛ уровнями выпускаются специальные МС.
Дело не только в уровнях сигналов согласуемых МС, но и нагрузочной способности. Необходимо знать нагрузочную способность портов и в случае необходимости «умощнять» выход. В качестве примера на рисунке 7.4. показано подключение светодиодного индикатора.
Рис. 7.4. Подключение одиночного светодиодного индикатора.
Транзистор в схеме служит для увеличения тока параллельного порта, при помощи которого МП зажигает и гасит светодиодный индикатор.
8.2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ (ПОРТЫ).
Последовательная связь. В настоящее время наиболее распространенным способом обмена данными в МПС является последовательная. Последовательно связываются между собой микропроцессоры (микроконтроллеры); МП и ПЭВМ; МП и интеллектуальные датчики; МП и другие МС на плате.
Рис. 7.5. Последовательная связь между передатчиком и приемником
В случае последовательной связи байт данных передается по единственному проводу бит за битом (рис. 7.5). Очевидное преимущество последовательной передачи данных состоит в том, что она требует небольшого количества линий связи.
Последовательная связь может быть однонаправленная (симплексная), двунаправленная с разделением во времени (полудуплексная) и двунаправленная (дуплексная).
Существует 2 типа последовательной связи: асинхронная и синхронная. Если передача данных нерегулярная, то осуществляется асинхронный обмен. Если обмен осуществляется большими массивами, то используется синхронная передача. Кадр асинхронного обмена представлен на рис. 7.6.
Рис 7.6. Кадр асинхронной передачи
В этом режиме на линии поддерживается уровень «1» пока не передается информация. При начале передачи на линию поступает стартовый бит, равный «0», затем от 5 до 8 информационных бит, за ними может следовать (или не следовать) бит паритета. Передача символа завершается одним или двумя стоповыми битами, равными «1». После этого снова может передаваться стартовый бит и следующий символ, или же, при отсутствии информации, на линии устанавливается уровень «1». Каждый раз при передаче байта происходит ресинхронизация.
Асинхронный режим используется только в сравнительно медленно работающих устройствах, так как кроме полезной информации передаются служебные биты, что снижает скорость обмена информацией.
При синхронной передаче должен быть отдельный канал синхронизации. Выборка данных на входе приемника и изменение данных на выходе передатчика синхронизируется от одного и того же тактового сигнала (рисунок 7.7). Каждый информационный кадр стробируется синхросигналом. Скорость передачи в синхронном режиме выше из-за отсутствия служебных бит.
Скорость передачи по последовательному каналу измеряется в битах в секунду (в бодах) и может доходить до десятков Мбит/с.
Рис. 7.7. Синхронная передача данных
Контроллеры последовательной связи . Для преобразования параллельного цифрового кода в последовательный используются специальные схемы (контроллеры), построенные на базе сдвиговых регистров, тактируемых импульсными последовательностями определенной частоты. Каждым тактовым импульсом параллельный цифровой код сдвигается на одну позицию, которая поступает на линию связи. Таким образом, параллельный цифровой код превращается в последовательность импульсов стандартных уровней.
Кроме преобразования кодов контроллеры позволяют:
– изменять число информационных бит в кадре,
– изменять скорость передачи информации,
– контролировать ошибки и т.д.
В качестве примера можно привести контроллеры последовательной связи USART – универсальный синхронно-асинхронный приемо-передатчик. Он встраивается в МК (в МПС может быть выполнен в виде отдельной МС) и выполняет все необходимые процедуры преобразования кодов. Может работать в синхронном и асинхронном режимах. Обеспечивает дуплексный режим связи, детектирование стартовых посылок, ошибок четности и формата. Единица обмена - символ, буква, цифра, любой другой знак. Он кодируется последовательностью из 5-8 бит. Максимальная скорость обмена информацией в асинхронном режиме - 9,6 кбит/с, в синхронном - 56 кбит/с.
Последовательная связь с ПЭВМ. Частоинформация должна передаваться из МК в ПЭВМ, например, в системах сбора информации. Первым и наиболее удачным среди последовательных интерфейсов оказался RS-232 , до настоящего времени являющийся неотъемлемой частью любого РС - совместимого компьютера в виде СОМ - порта.
Интерфейс RS-232C разработан в 1969 году и до сих пор активно используется для синхронной и асинхронной последовательной связи при двухточечном соединении, в полудуплексном и дуплексном режимах обмена. При передаче используются уровни сигналов ±12 В. Скорость передачи данных составляет от 50 до 115 кбод на расстояние до 15 м.
Различными фирмами выпускается широкая номенклатура микросхем, предназначенных для преобразования ТТЛ/КМОП - уровней в уровни RS-232 и обратно. Большинство из них имеют встроенный преобразователь напряжения и работают от одного источника питания +5 В. Различные типы микросхем могут отличаться нагрузочной способностью, величиной емкостной нагрузки, типом корпуса.
RS-232 имеют низкую защищенность от синфазной помехи. Существенными преимуществами в этом плане обладают двухточечный интерфейс RS-422 и его магистральный аналог RS-485, в которых сигнал передается в дифференциальном виде. Но эти интерфейсы отсутствуют в стандартной комплектации компьютеров и микроконтроллеров. Поэтому применение RS-422 и RS-485 приводит к необходимости использования дополнительных устройств и программного драйвера.
В настоящее время последовательная связь с ПЭВМ может осуществляться через интерфейс USB с использованием соответствующих драйверов. В современных программаторах последовательный порт USB используется как для программирования, так и для питания.
Лабораторная работа №6.
Тема : параллельные и последовательные порты и их особенности работы.
Цель работы : изучение особенностей работы параллельных и последовательных портов.
Задачи:
Изучить особенности работы параллельных и последовательных портов;
Выполнить задания по теме;
Оформить отчет по лабораторной работе и представить преподавателю.
Краткая теория по теме:
Принтеры, модемы и другое периферийное оборудование подключаются к компьютеру через стандартизированные интерфейсы, называемые портами. В зависимости от способа передачи информации между сопряженными устройствами различают параллельные и последовательные интерфейсы.
Последовательный порт стандарта RS-232-C. Является стандартом для соединения ЭВМ с различными последовательными внешними устройствами. В операционных системах каждому порту RS-232 присваивается логическое имя COM1-COM4.
Последовательная передача данных состоит в побитовой передаче каждого байта цифровой информации, в форме кадра данных, содержащего сигнал начала передачи (Start), сигнал окончания передачи (Stop) и информационные биты.
Структура кадра данных при передаче байта информации в стандарте RS-232-C
Бит ST сигнализирует о начале передачи данных, затем передается информационные биты - вначале младшие, потом старшие.
Иногда используется контрольный бит Р, которому присваивается такое значение, чтобы общее число единиц или нулей было четным или нечетным. Это применяется для контроля правильности передачи кадра. Приемное устройство проверяет кадр на четность и при несовпадении с ожидаемым значением передает запрос о повторе передачи кадра. Бит (или биты) SP сигнализирует об окончании передачи байта.
Использование (или нет) битов р, ST, SP задает формат передачи данных (кадра) на уровне RS-232. Принимающее и передающее устройства должны применять одинаковые форматы.
Стандарт RS-232-C определяет взаимодействие между устройствами двух типов:
DTE (Data terminal equipment - оконечное/терминальное устройство);
DCE (Data communication equipment - устройство связи ).
В большинстве случаев компьютер, терминал являются DTE, модемы, принтеры, графопостроители - DCE.
Параллельный порт используется для одновременной передачи 8 битов информации. В компьютерах этот порт используется главным образом для подключения принтера, графопостроителей и других устройств. Параллельные порты обозначаются LPT1-LPT4.
Интерфейс USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина призвана заменить устаревшие последовательный (COM-порт) и параллельный (LTP-порт) порты. Шина USB допускает подключение новых устройств без выключения компьютера. Шина сама определяет, что именно подключили к компьютеру, какой драйвер и ресурсы понадобятся устройству, после чего выделяет их без вмешательства пользователя. Шина USB позволяет подключить до 127 устройств.
IEEE 1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394 – стандарт Института инженеров по электротехнике и электронику 1394) - последовательный интерфейс, предназначенный для подключения внутренних компонентов и внешних устройств. IEEE 1394 известен также под именем FireWire «огненный провод». Цифровой последовательный интерфейс FireWire характеризуется высокой надежностью и качеством передачи данных, его протокол поддерживает гарантированную передачу критичной по времени информации, обеспечивая прохождение видео- и аудиосигналов в реальном масштабе времени без заметных искажений. При помощи шины FireWire можно подключить до 63 устройств и практически в любой конфигурации, чем она выгодно отличается от трудноконфигурируемых шин SCSI. Этот интерфейс используется для подключения жестких дисков, дисководов CD-ROM и DVD-ROM, а также высокоскоростных внешних устройств, таких как видеокамеры, видеомагнитофоны и т.д.
Параллельный порт (Centronics) используется для одновременной передачи 8 битов информации. В компьютерах этот порт используется главным образом для подключения принтера, хотя это не исключает возможность подсоединения к нему других устройств, например графопостроителей или даже других ПЭВМ.
Параллельные порты компьютера обозначаются LPT1- LPT4, поддерживаются BIOS-прерыванием INT 17h:
00h - вывод символа без аппаратных прерываний;
O1h - инициализация интерфейса и принтера;
02h - опрос состояния принтера.
Конструктивно порт обычно оформлен в виде 25-контактного разъема типа D (DB25).
Имеется восемь шин данных, для каждой из них - своя линия заземления.
Кроме того, имеются управляющие сигналы:
сигнал строба strobe на контакте 1 сообщает принтеру, что текущая передача данных окончена и принтер может печатать символ;
линия подтверждения готовности АСК на контакте 10. До тех пор, пока на этой линии высокий потенциал, компьютер не посылает данных;
линия занятости Busy сигнализирует компьютеру о том, что принтер занят;
линия выбора Select показывает, что принтер выбран (то есть режим онлайн);
линия автоматического перевода строки Fdxt;
линия ошибки Error - принтер сообщает об ошибке (например, кончилась бумага);
линия Ink - компьютер переводит принтер в то состояние, в котором он находился после включения питания (то есть начальное состояние);
линия Slctin - по этой линии компьютеру сообщается, готов ли принтер принимать данные (при низком уровне сигнала - готов, при высоком - нет).
Более новые параллельные порты выполнены в стандарте IEEE 1284, первая редакция которого вышла в 1994 году. Этот стандарт определяет пять следующих режимов работы:
Режим совместимости.
Режим тетрады.
Режим байтов.
Режим ЕРР (Расширенный параллельный порт).
Режим ЕСР (Режим с расширенными возможностями).
Задание 1 . Определить внешние интерфейсы целевого компьютера.
Задание 2. Подключить к целевому компьютеру принтер.
Задание 3. Подключить к целевому компьютеру монитор
Задание 4. Подключить к целевому компьютеру сканер.
Содержание отчета
Отчет должен содержать:
Название работы.
Цель работы.
Задание и его решение.
Вывод по работе.
Вопросы для самоконтроля
Какие типы внешних интерфейсов вы знаете?
Дайте сравнительную характеристику интерфейсов USB и IEEE 1384 (FireWire).
Дайте сравнительную характеристику параллельного и последовательного порта.
Что такое порты устройств?
Охарактеризуйте основные виды портов
Фактически является портом.
Для связи с периферийными устройствами к шине компьютера подключены одна или несколько микросхем контроллера ввода-вывода .
Первые IBM PC предоставляли
- встроенный порт для подключения клавиатуры;
- до 4 (COM1 … COM4) последовательных портов (англ. COMmunication ), обычно служащих для подключения сравнительно высокоскоростных коммуникационных устройств, использующих интерфейс RS-232 , например модемов . Для них выделялись следующие ресурсы материнской платы:
- до 3 (LPT1 .. LPT3) параллельных портов (англ. Line Print Terminal ), обычно служащих для подключения принтеров , использующих интерфейс IEEE 1284. Для них выделялись следующие ресурсы материнской платы:
Изначально COM- и LPT-порты на материнской плате отсутствовали физически и реализовались дополнительной картой расширения , вставляемой в один из ISA -слотов расширения на материнской плате.
Последовательные порты, как правило, использовались для подключения устройств, которым требовалось быстро передать небольшой объём данных, например компьютерной мыши и внешнего модема , а параллельные - для принтера или сканера, для которых передача большого объёма не была критичной по времени. В дальнейшем поддержка последовательных и параллельных портов была интегрирована в чипсеты , реализующие логику материнской платы.
Недостаток интерфейсов RS-232 и IEEE 1284 - относительно малая скорость передачи данных, не удовлетворяющая растущие потребности в передаче данных между устройствами. Как следствие, появились новые стандарты интерфейсных шин USB и FireWire , которые были призваны заменить старые порты ввода-вывода.
Особенностью USB является то, что при подключении многих USB-устройств к единственному USB-порту используют т. н. концентраторы (USB-хабы), которые в свою очередь коммутируют между собой, увеличивая тем самым число USB-устройств, которые можно подключать. Такая топология шины USB называется «звезда» и включает в себя также корневой концентратор, который, как правило, находится в «южном мосте » материнской платы компьютера, к которому и подключаются все дочерние концентраторы (в частном случае сами USB-устройства).
Шина IEEE 1394 предусматривает передачу данных между устройствами со скоростями 100, 200, 400, 800 и 1600 Мбит/с и призвана обеспечивать комфортную работу с жёсткими дисками, цифровыми видео- и аудиоустройствами и другими скоростными внешними компонентами.
FireWire, как и USB, является последовательной шиной. Выбор последовательного интерфейса обусловлен тем, что для повышения скорости работы интерфейса необходимо повышать частоту его работы, а в параллельном интерфейсе это вызывает усиление наводок между параллельными жилами интерфейсного кабеля и требует сокращения его длины. Кроме того, кабель и разъёмы параллельных шин имеют большие габариты.
Напишите отзыв о статье "Последовательные и параллельные порты ввода-вывода"
Литература
- Быстро и легко. Сборка, диагностика, оптимизация и апгрейд современного компьютера.: Практ. пособ. - М .: Лучшие книги, 2000. - 352 с. - ISBN 5-93673-003-4 .
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Последовательные и параллельные порты ввода-вывода
Дрон отвечал, что лошади у этих мужиков в извозе. Алпатыч назвал других мужиков, и у тех лошадей не было, по словам Дрона, одни были под казенными подводами, другие бессильны, у третьих подохли лошади от бескормицы. Лошадей, по мнению Дрона, нельзя было собрать не только под обоз, но и под экипажи.Алпатыч внимательно посмотрел на Дрона и нахмурился. Как Дрон был образцовым старостой мужиком, так и Алпатыч недаром управлял двадцать лет имениями князя и был образцовым управляющим. Он в высшей степени способен был понимать чутьем потребности и инстинкты народа, с которым имел дело, и потому он был превосходным управляющим. Взглянув на Дрона, он тотчас понял, что ответы Дрона не были выражением мысли Дрона, но выражением того общего настроения богучаровского мира, которым староста уже был захвачен. Но вместе с тем он знал, что нажившийся и ненавидимый миром Дрон должен был колебаться между двумя лагерями – господским и крестьянским. Это колебание он заметил в его взгляде, и потому Алпатыч, нахмурившись, придвинулся к Дрону.
– Ты, Дронушка, слушай! – сказал он. – Ты мне пустого не говори. Его сиятельство князь Андрей Николаич сами мне приказали, чтобы весь народ отправить и с неприятелем не оставаться, и царский на то приказ есть. А кто останется, тот царю изменник. Слышишь?
– Слушаю, – отвечал Дрон, не поднимая глаз.
Алпатыч не удовлетворился этим ответом.
– Эй, Дрон, худо будет! – сказал Алпатыч, покачав головой.
– Власть ваша! – сказал Дрон печально.
– Эй, Дрон, оставь! – повторил Алпатыч, вынимая руку из за пазухи и торжественным жестом указывая ею на пол под ноги Дрона. – Я не то, что тебя насквозь, я под тобой на три аршина все насквозь вижу, – сказал он, вглядываясь в пол под ноги Дрона.
Дрон смутился, бегло взглянул на Алпатыча и опять опустил глаза.
– Ты вздор то оставь и народу скажи, чтобы собирались из домов идти в Москву и готовили подводы завтра к утру под княжнин обоз, да сам на сходку не ходи. Слышишь?
Дрон вдруг упал в ноги.
– Яков Алпатыч, уволь! Возьми от меня ключи, уволь ради Христа.
– Оставь! – сказал Алпатыч строго. – Под тобой насквозь на три аршина вижу, – повторил он, зная, что его мастерство ходить за пчелами, знание того, когда сеять овес, и то, что он двадцать лет умел угодить старому князю, давно приобрели ему славу колдуна и что способность видеть на три аршина под человеком приписывается колдунам.
Дрон встал и хотел что то сказать, но Алпатыч перебил его:
– Что вы это вздумали? А?.. Что ж вы думаете? А?
– Что мне с народом делать? – сказал Дрон. – Взбуровило совсем. Я и то им говорю…
– То то говорю, – сказал Алпатыч. – Пьют? – коротко спросил он.
– Весь взбуровился, Яков Алпатыч: другую бочку привезли.
– Так ты слушай. Я к исправнику поеду, а ты народу повести, и чтоб они это бросили, и чтоб подводы были.
– Слушаю, – отвечал Дрон.
Больше Яков Алпатыч не настаивал. Он долго управлял народом и знал, что главное средство для того, чтобы люди повиновались, состоит в том, чтобы не показывать им сомнения в том, что они могут не повиноваться. Добившись от Дрона покорного «слушаю с», Яков Алпатыч удовлетворился этим, хотя он не только сомневался, но почти был уверен в том, что подводы без помощи воинской команды не будут доставлены.
И действительно, к вечеру подводы не были собраны. На деревне у кабака была опять сходка, и на сходке положено было угнать лошадей в лес и не выдавать подвод. Ничего не говоря об этом княжне, Алпатыч велел сложить с пришедших из Лысых Гор свою собственную кладь и приготовить этих лошадей под кареты княжны, а сам поехал к начальству.
Х
После похорон отца княжна Марья заперлась в своей комнате и никого не впускала к себе. К двери подошла девушка сказать, что Алпатыч пришел спросить приказания об отъезде. (Это было еще до разговора Алпатыча с Дроном.) Княжна Марья приподнялась с дивана, на котором она лежала, и сквозь затворенную дверь проговорила, что она никуда и никогда не поедет и просит, чтобы ее оставили в покое.
Окна комнаты, в которой лежала княжна Марья, были на запад. Она лежала на диване лицом к стене и, перебирая пальцами пуговицы на кожаной подушке, видела только эту подушку, и неясные мысли ее были сосредоточены на одном: она думала о невозвратимости смерти и о той своей душевной мерзости, которой она не знала до сих пор и которая выказалась во время болезни ее отца. Она хотела, но не смела молиться, не смела в том душевном состоянии, в котором она находилась, обращаться к богу. Она долго лежала в этом положении.
Занятие №4 Кабельные линии связи
1. Введение
2. Соединение по последовательным и параллельным портам
3. Соединение по последовательным шинам USB и FireWire
4. Соединение по технологии HomePlug PowerLine
5. Соединение по технологии HomePNA
6. Соединение через сетевые платы
7. Соединение через модемы
Введение
Каналы связи могут использовать кабели или быть или быть беспроводными. У каждого канала связи имеются свои достоинства и недостатки, которые будут рассмотрены ниже. Общим недостатком для кабельных соединений является необходимость прокладки самого кабеля. Общим недостатком для беспроводных сетей - слабая защищенность передаваемой информации и, как следствие, возможность несанкционированного доступа к ней.
Рис. 1. Каналы связи в простейших вычислительных сетях
По режиму работы кабельные и беспроводные соединения можно разделить на две группы:
1. «точка - точка» (англ.ad-hoc )-сеть состоит только из двух компьютеров,соединенных напрямую, без участия дополнительного сетевого оборудования (сетевых концентраторов, точек доступа и т.д.);
2. «инфраструктура» (англ.infrastructure )-сеть организуется с использованием
ТФУПД Занятие №4 .Кабельные линии связи
специального сетевого оборудования (сетевых концентраторов, точек доступа и т.д.). Большинство соединений, отнесенных на рис.1 к категории «инфраструктура»,
также могут образовывать соединения в режиме «точка» - «точка».
Соединение по последовательным и параллельным портам
До недавнего времени соединение по последовательным и параллельным портам являлось наиболее распространенным способом объединения двух компьютеров в вычислительную сеть в режиме «точка» - «точка».
Для такого соединения используется нуль-модемный кабель. Максимальная длина кабеля ограничена расстоянием 15 м. Для передачи данных на обоих компьютерах необходимо запустить специальное ПО.
Пример. Для ОСDOSобычно используетсяNorton Commander; для ОСWindows
Входящая в состав ОС программа прямое кабельное соединение (англ. Direct Cable
Connection, DCC).
Для современных ОС такое соединение выглядит полноценным сегментом сети. Скорость передачи данных через последовательный порт ограничена 115 Кбит/с, параллельный порт - 1200 Кбит/с.
Пример. Рассчитайте минимальное время, необходимое для передачи 600 Кбайт данных через параллельный порт.
Решение:
Т.к. в 1 байте содержится 8 бит, то необходимо переслать 600 * 8 = 4800 Кбит данных. Т.к. максимальная скорость передачи данных по параллельному порту составляет 1200 Кбит/с,то минимальное время передачи составляет:Т мин =4800 /1200 = 4 с. Ответ:
Т мин = 4 с.
Достоинствами соединения по последовательным и параллельным портамявляются малая цена, относительно большая длина кабеля, недостатком - малая скорость передачи данных.
Соединение по последовательным шинам USB и FireWire
Шины передачи данных USB (англ. Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) и IEEE 1394, известная также под названием Fire Wire (англ. огненный провод), спроектированные для работы с периферийным оборудованием,применяются и для организации компьютерных сетей.
Для USB максимальная длина соединительного кабеля равна 5 м. Максимальная скорость передачи данных:
Для стандарта USB 1.0 - 1,5 Мбит/с;
Для стандарта USB 1.1 - 12 Мбит/с;
Для стандарта USB 2.0 - 480 Мбит/с.
При работе с FireWire максимальная длина кабеля - 4.5 м. Максимальная скорость передачи данных:
Для стандарта IEEE 1394a - 400 Мбит/с;
Для стандарта IEEE 1394b - 800 Мбит/с.
Для обеих шин применяются схожие построения сетевой структуры: используется специфичный для шин транспортный протокол, поверх которого работают обычные прикладные сетевые протоколы. Поэтому компьютер, который помимо сети на базе FireWire или USB подключен к Ethernet-сети, необходимо настраивать как шлюз между физически различающимися сегментами. Для удлинения сегментов можно использовать аппаратные репитеры или специальный оптический кабель длиной до 100 м.
Достоинством соединений на базеFireWireиUSBявляется большая пропускнаяспособность каналов, недостатком - небольшая длина соединения.
ТФУПД Занятие №4 .Кабельные линии связи
Соединение по технологии HomePlug PowerLine
Технология HomePlug PowerLine (англ. соединение по домашней электропроводке )позволяет соединять компьютеры,используя в качестве канала связисуществующую электропроводку. Эта технология используется, когда прокладка нового кабеля или использование беспроводных сетей невозможны или нецелесообразны.
Линии электросетей для передачи данных применяются уже давно. Низкоскоростная технология PLC (англ. PowerLine Communication - передача по силовым линиям) использовалась для передачи данных в энергосистемах и на железных дорогах.
При создании высокоскоростной технологии необходимо было решить ряд проблем:
1. Достичь приемлемого уровня помехоустойчивости;
2. Адаптировать протокол к коммуникационным параметрам (затухание сигнала, частотные и фазовые искажения и др.);
3. Увеличить дальность передачи данных для установленных стандартов напряженности поля в электросети;
4. Обеспечить электромагнитную совместимость приборов в частотном диапазоне 1.6-30 МГц, используемом для передачи данных по электросети и радиолюбительскими службами.
В 2000г. некоммерческая организация HomePlug Powerline Alliance, объединявшая
в то время 13 компаний, приступила к разработке стандарта, взяв за его основу технологию PowerPacket . В 2001 г. HomePlug Powerline Alliance представил спецификацию HomePlug 1.0 , описывающую технологию и протокол организации высокоскоростной передачи данных по электросети. Стандарт предусматривает использование метода OFDM (англ. Orthogonal Frequency Division Multiplexing -
ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием). Производится частотное разделение канала на 84 полосы в диапазоне от 4.3 до 20.9 МГц. Для модуляции применяется относительная квадратурная фазовая модуляция со сдвигом (англ.
DQPSK ). В качестве протокола доступа к среде используется коллективный доступ с обнаружением несущей и избежанием столкновений (англ. CSMA/CA).
Помехоустойчивость соединения обеспечивается контролем коэффициента «сигнал/шум» на каждой из несущих частот и исключением «шумящих» каналов. Максимальная скорость передачи данных по электросети в соответствии со спецификацией HomePlug1.0 и более поздней HomePlug 1.0.1 составляет14Мбит/с,а максимальная длина сегментамежду двумя устройствами - 300 м.
В разрабатываемой версии HomePlug AV скорость передачи данных возрастет до 100 Мбит/с, что откроет возможность их использования для передачи сигнала телевидения высокой четкости HDTV и VoIP .
Пример .АдаптерыHomePlugвыпускаются с интерфейсом подключенияUSB(напр. EDIMAX НР-1001) или разъемом RJ-45 (напр. EDIMAX HP-1002, работающим по сетевому протоколу lOBase-T/100Base-TX).
Адаптеры HomePlug подключаются к электропроводу с одной фазой, иначе приходится использовать специальные коммутаторы. Образуемая сеть имеет топологию «шина». Пересылаемые данные поступают на все адаптеры, но принимает их только тот адаптер, которому они адресованы. Работоспособность сети HomePlug и скорость передачи данных практически не зависят от скачков нагрузки электросети (включения или выключения нагревательных приборов, холодильников, стиральных машин и т.п.).
Достоинство технологии:никаких новых проводов,мобильность в зонепроложенной электропроводки. Недостаток этой технологии - возможность несанкционированного доступа.
ТФУПД Занятие №4 .Кабельные линии связи
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-03-30
Порт называется «последовательным», так как информация через него передаётся по одному биту , последовательно бит за битом (в отличие от параллельного порта). Несмотря на то, что некоторые интерфейсы компьютера (например, Ethernet , FireWire и USB) тоже используют последовательный способ обмена информацией, название «последовательный порт» закрепилось за портом стандарта RS-232 .
Назначение
Наиболее часто для последовательного порта персональных компьютеров используется стандарт RS-232C. Ранее последовательный порт использовался для подключения терминала, позже для модема или мыши . Сейчас он используется для соединения с , для связи с аппаратными средствами разработки встраиваемых вычислительных систем , спутниковыми ресиверами, кассовыми аппаратами, программаторами, с приборами систем безопасности объектов, а также с многими прочими устройствами.
С помощью COM-порта можно соединить два компьютера, используя так называемый «нуль-модемный кабель» (см. ниже). Использовался со времен MS-DOS для передачи файлов с одного компьютера на другой, в UNIX для терминального доступа к другой машине, а в Windows (даже современной) - для отладчика уровня ядра.
Достоинством технологии является крайняя простота оборудования. Недостатком является низкая скорость, крупные размеры разъемов, а также зачастую высокие требования ко времени отклика ОС и драйвера и большое количество прерываний (одно на половину аппаратной очереди, то есть 8 байт).
Видео по теме
Разъёмы
На материнских платах ведущих производителей (например, Intel) или готовых системах (например, IBM , Hewlett-Packard , Fujitsu Siemens Computers) для последовательного порта принято условное обозначение COM или RS-232.
Варианты разъёма COM-порта типа DE-9
Наиболее часто используются стандартизированные в 1969 году D-образные разъёмы: 9- и 25-контактные, (DB-9 и DB-25 соответственно). Раньше использовались также DA-31 и круглые восьмиконтактные DIN-8. Максимальная скорость передачи в обычном исполнении порта составляет 115 200 бод .
Актуальность
Существуют стандарты на эмуляцию последовательного порта над USB и над Bluetooth (эта технология в значительной степени и проектировалась как «беспроводной последовательный порт»).
Тем не менее программная эмуляция данного порта широко используется и сегодня. Так, например, практически все мобильные телефоны эмулируют внутри себя классический COM-порт и модем для реализации тетеринга - доступа компьютера в Интернет через GPRS/EDGE/3G/4G оборудование телефона. При этом для физического подключения к компьютеру используется USB , Bluetooth или Wi-Fi .
Также программная эмуляция данного порта предоставляется «гостям» виртуальных машин VMWare и Microsoft Hyper-V , основная цель при этом - подключение отладчика уровня ядра Windows к «гостю».
В виде UART , отличающегося уровнями напряжения и отсутствием дополнительных сигналов, присутствует практически во всех микроконтроллерах, кроме самых-самых маленьких, SoC, платах разработчиков, а также присутствует на платах большей части устройств, хотя разъём и не выведен на корпус. Такая популярность связана с простотой этого интерфейса, как с физической точки зрения, так и с легкостью доступа к порту со стороны ПО по сравнению с другими интерфейсами.
Аппаратура
Разъем имеет контакты:
DTR (Data Terminal Ready - готовность к приёму данных) - выход на компьютере, вход на модеме. Означает готовность компьютера к работе с модемом. Сброс этой линии вызывает почти полную перезагрузку модема в первоначальное состояние, в том числе бросание трубки (некоторые управляющие регистры выживают после такого сброса). В UNIX это происходит в случае, если все приложения закрыли файлы на драйвере последовательного порта. Мышь использует этот провод для получения питания.
DSR (Data Set Ready - готовность к передаче данных) - вход на компьютере, выход на модеме. Означает готовность модема. Если эта линия находится в нуле - то в ряде ОС становится невозможно открыть порт как файл.
RxD (Receive Data - приём данных) - вход на компьютере, выход на модеме. Поток данных, входящий в компьютер.
TxD (Transmit Data - передача данных) - выход на компьютере, вход на модеме. Поток данных, исходящих из компьютера.
CTS (Clear to Send - готовность передачи) - вход на компьютере, выход на модеме. Компьютер обязан приостановить передачу данных, пока этот провод не будет выставлен в единицу. Используется в аппаратном протоколе управления потоком для предотвращения переполнения в модеме.
RTS (Request to Send - запрос на передачу) - выход на компьютере, вход на модеме. Модем обязан приостановить передачу данных, пока этот провод не будет выставлен в единицу. Используется в аппаратном протоколе управления потоком для предотвращения переполнения в оборудовании и драйвере.
DCD (Carrier Detect - наличие несущей) - вход на компьютере, выход на модеме. Взводится модемом в единицу после установления соединения с модемом с той стороны, сбрасывается в ноль при разрыве связи. Аппаратура компьютера может издавать прерывание при наступлении такого события.
RI (Ring Indicator - сигнал вызова) - вход на компьютере, выход на модеме. Взводится модемом в единицу после обнаружения вызывного сигнала телефонного звонка. Аппаратура компьютера может издавать прерывание при наступлении такого события.
SG (Signal Ground - сигнальная земля) - общий сигнальный провод порта, не является общей землёй , как правило, изолирован от корпуса ЭВМ или модема.
В нуль-модемном кабеле используются две перекрещенные пары: TXD/RXD и RTS/CTS.
Исходно в IBM PC и IBM PC/XT аппаратура порта была построена на микросхеме UART 8250 фирмы National Semiconductor, затем микросхема была заменена на 16450, программно совместимой с предыдущими, но позволявшей использовать скорости вплоть до 115200 бит в секунду, затем появилась микросхема 16550, содержавшая двунаправленный FIFO буфер данных для снижения нагрузки на контроллер прерываний. В настоящее время включена в SuperIO микросхему на материнской плате вместе с рядом иных устройств.
Программный доступ к СОМ-порту
UNIX
COM-порты в операционной системе Unix (Linux) - это файлы символьных устройств. Обычно эти файлы располагаются в каталоге /dev и называются
- ttyS0 , ttyS1 , ttyS2 и т. д. в Linux
- ttyd0 , ttyd1 , ttyd2 и т. д. (или ttyu0 , ttyu1 , ttyu2 и т. д. начиная с версии 8.0) в FreeBSD
- ttya , ttyb , ttyc и т. д. в Solaris
- ttyf1 , ttyf2 , ttyf3 и т. д. в IRIX
- tty1p0 , tty2p0 , tty3p0 и т. д. в HP-UX
- tty01 , tty02 , tty03 и т. д. в Digital Unix
- ser1 , ser2 , ser3 и т. д. в QNX
Для программного доступа к СОМ-порту необходимо открыть на чтение/запись соответствующий файл и сделать вызовы специальных функций tcgetattr (для того, чтобы узнать текущие настройки) и tcsetattr (чтобы установить новые настройки). Также может потребоваться сделать вызовы ioctl с определенными параметрами. После этого при записи в файл данные будут отправляться через порт, а при чтении программа будет получать уже принятые данные из буфера СОМ-порта.
Устройства с именами «ttyxx» используются как серверные, то есть приложение, открывшее данное устройство, обычно ожидает входящего звонка от модема. Классическим таким приложением, используемым по умолчанию, является getty , которая ожидает входящего звонка, далее настраивает COM-порт в соответствии с файлами конфигурации, выводит туда "login: ", принимает имя пользователя и запускает как потомка команду «login ИмяПользователя», со стандартным вводом и выводом, перенаправленными в COM-порт. Эта команда в свою очередь запрашивает и проверяет пароль, и в случае успеха запускает (не как потомка, а вместо себя вызовом execve в том же процессе) default user shell, прописанный в файле /etc/passwd.
Эта технология исторически возникла в 1970-е годы, когда под ОС UNIX использовались компьютеры вроде PDP-11 (в СССР серия называлась СМ ЭВМ) или VAX , позволяющие подключение многих терминалов для работы многих пользователей. Терминалы - а значит, и весь интерфейс пользователя - при этом подключались через последовательные порты, с возможностью подключения вместо терминала модема и дальнейшего дозвона на компьютер по телефону. До сих пор в UNIX-подобных ОС существует терминальный стек, и обычно 3 реализации терминалов - последовательный порт, консоль текстового режима экрана+клавиатура, и «обратная петля» в один из открытых файлов управляющего приложения (так реализованы telnetd, sshd и xterm).
Клиентские устройства последовательного порта, предназначенные для совершения звонков вовне, в многих UNIX (не во всех) называются cuaxx.
Так как последовательный порт в UNIX доступен только через терминальный стек, он может быть управляющим терминалом для процессов и групп (посылать SIGHUP при разрыве связи от модема и SIGINT при нажатии Ctrl-C), на уровне ядра поддерживать редактирование последней введенной строки клавишами стрелочек, и т. д. Для отключения этой возможности с целью превращения устройства в «трубу» для потока байт необходимы вызовы ioctl.
Windows
С последовательными портами в Win32 работают как с файлами. Для открытия порта используется функция CreateFile. Портов может быть много, поэтому они обозначаются как COM1, COM2 и т. д. по порядку обнаружения драйверов соответствующих устройств. Первые 9 портов доступны в том числе как именованные каналы для передачи данных (доступны по именам «COM1», «COM2», …), такой метод доступа считается устаревшим. Рекомендуется ко всем портам обращаться как к файлам (по именам «\\.\COM1», «\\.\COM2»,… «\\.\COMx»).