Sériový port - na čo slúži, na čo slúži a aké typy

Sériový port je v súčasnosti jednou z hlavných foriem komunikácie medzi externými zariadeniami a počítačmi v súčasnosti. Rozhranie, ktoré môžeme nájsť v absolútne všetkých periférnych zariadeniach, ktoré máme na našej pracovnej ploche, ako aj vo vnútri našich zariadení.

Index obsahu

Pokúsime sa vysvetliť fungovanie sériového portu, ako aj hlavné rozhrania, ktoré v súčasnosti nachádzame. A ak neviete, aké sú rozdiely s paralelným portom, budeme ich tiež venovať časovému rozlíšeniu.

Čo je sériový port

Ak sa pozriete na káble, ktoré práve teraz máte na stole a ktoré pripájajú klávesnicu myši alebo jednotku USB Flash k počítaču, uvidíte rozhrania sériovej komunikácie.

Sériový port je digitálne dátové komunikačné rozhranie, v ktorom sú informácie prenášané postupne po bitoch vodičmi. Týmto spôsobom by sériový port mal odosielať všetky informácie v jednom bite za druhým, zatiaľ čo paralelný port by poslal niekoľko bitov súčasne. Sériové dátové rozhranie alebo sériový port pracuje podľa štandardu RS-232.

Takže si myslíte, že sériový port je pomalší ako paralelný port? Dnes máme oveľa rýchlejšie sériové porty. Aj keď to samozrejme nemusí nevyhnutne zodpovedať komentovanému štandardu, ale ide o vylepšené verzie, ktoré natívny sériový port úplne zastarajú. Je to najjednoduchšie implementovateľné, s lepšou kompatibilitou a nekonečne rozšírenejšou.

Prevádzka sériového portu a hardvéru

Tento port pracuje asynchrónne vďaka protokolu, ktorý iniciuje prenos signálom „ štart “, ktorý pripravuje prijímač na prijatie slova (bitov). Po odoslaní tohto slova, ktoré bude ASCII kódom pre každý znak, sa vyšle signál „ stop “, takže prijímač po kódovaní slova zostane a čaká na prijatie ďalšieho.

Máme tri typy sériovej komunikácie:

• Simplex: Prenos je jednosmerný, to znamená, že pri vysielaní je jeden odosielateľ a jeden prijímač. Duplex: Každý koniec môže byť súčasne vysielačom a prijímačom, takže na vysielanie a prijímanie sa používajú rôzne káble alebo sa používajú vlny s rôznymi frekvenciami, aby sa zabránilo zmiešaniu. Semi-duplex: Je to podobné duplexnému prenosu, ale keď jeden vysiela druhý, počúva napríklad dve walki talkie.

Týmto spôsobom musíme pochopiť, že pri komunikácii so sériovým portom musia mať obe zariadenia vstup a výstup, takže zariadenia sú rozdelené do kategórií DTE (Data Terminal Equipment) a DCE (Data Circuit Termination Equipment)., Takže počítač by bol pre DTE, zatiaľ čo DCE by bol modem alebo programovateľná karta. Na pripojenie dvoch DTE alebo dvoch DCE by sa mal použiť nulový mostík na kríženie oboch signálov.

Na správu komunikačného rozhrania máme čip UART alebo USART (Universal Asynchronous Transmitter and Receiver). Jeho funkciou je prevádzať signály a napätia CPU na komunikačný štandard. Čip UART 8250 sa používa pre 8 a 16 bitové procesory, zatiaľ čo procesor UART 16550 sa používa pre ostatné počítače IBM.

Sériový port RS-232 a Pinout

RS-232

V histórii výpočtovej techniky bol najpoužívanejším portom, ktorý prenáša sériové údaje. Jeho rozhranie bolo štandardizované v roku 1962 vďaka štandardu EIA / TIA RS-232C, pre priateľov, RS-232 alebo „Odporúčaný štandard 232“. Na druhej strane bolo vytvorené odporúčanie V.24, ktoré definuje obvody a signály rozhrania, a odporúčanie V.28, ktoré definuje elektrické aspekty.

Najrozšírenejším konektorom bol DB-25, neskôr zjednodušený na DB-9, priamo nazývaný RS-232. Je dôležité nezamieňať tento konektor s paralelným portom s rovnakým názvom, hoci sa nazýva D-Sub. Zamerala sa (a je) na jej použitie pri prepojeniach medzi počítačmi a externými zariadeniami s duplexným pripojením. Napríklad modem, spínače a ďalšie komunikačné zariadenia priemyselnej automatizácie, ako sú programovateľné dosky, roboty a ďalšie všeobecné spotrebiteľské výrobky, ako sú digitálne práčky.

Ďalej uvidíme konfiguráciu pinov portu RS-232 vo svojej verzii DB-9 a DB-25. V oboch prípadoch máme rovnaký počet užitočných kolíkov.

Súčasné použitie sériového portu

Naše súčasné stolové počítače už nemajú implementovaný port RS-232, pretože USB je najaktuálnejšie rozhranie a je prakticky kompatibilné so všetkými typmi elektronických PCB. Tento sériový port PCI však stále nájdeme prostredníctvom rozširujúcej karty, ak sa venujeme programovaniu. Existuje tiež veľa adaptérov RS-232 na USB.

Toto sú základné použitia portu DB-9 alebo RS-232 dnes

• Modemy, prepínače, smerovače, satelitné telefóny alebo vyrovnávače záťaže: stále nachádzame interné alebo externé tento typ portov alebo záhlaví, ktoré upravujú mikrokód staršieho sieťového zariadenia a nie sú spravovateľné používateľom. Infračervené snímače čiarových kódov: a ďalšie relatívne staré vybavenie supermarketov. Programovateľné dosky, elektrické meracie zariadenia a práčky softvéru. Tlačiarne: staršie tlačiarne, ktoré nepoužívajú rozhranie USB alebo paralelný konektor, zvyčajne počítače, ktoré nemajú USB na aktualizáciu svojho firmvéru.

Hovoríme predovšetkým o priemyselných a sieťových zariadeniach, kde ich používanie očakávajú používatelia s technickými znalosťami.

Rýchlosť sériového portu (RS-232)

Predtým, ako sa pozrieme na súčasné verzie sériového portu, je potrebné vedieť niečo o rýchlostiach, ktoré sa dosiahli po hardvérových a periférnych aktualizáciách:

Tieto rýchlosti sa merajú v bitoch za sekundu alebo v baudoch, čo je bežné opatrenie v modemoch a sú pomerne nízke v porovnaní so sériovými portami, ktoré v súčasnosti máme ako USB. Tiež je riadený priamo softvérom z hľadiska šírky pásma a pripojenia k periférii.

Vývoj sériového portu k súčasnému a hlavnému rozhraniu

Port RS-232 nechávame pozadu, aby sme sa dozvedeli viac o najpoužívanejších sériových portoch dnes. Všetky pracujú podľa svojich vlastných štandardov a nie za podmienok RS-232, pričom ich automaticky a autonómne riadi ich vlastný kontrolór.

PS / 2

Tento port bol prvýkrát implementovaný na počítačoch IBM v roku 1987 a dodnes ho nachádzame na súčasných kartách. Jeho funkciou je pripojenie myši alebo klávesnice v nezávislom rozhraní k USB. Má celkom 6 kolíkov kruhového tvaru a v operačnom systéme ho môžeme nájsť ako port COM.

Je to obojsmerné rozhranie a na starých doskách s portom RS-232 zdieľal prerušenie s týmto portom. Okrem toho neumožňuje výmenu za chodu, takže by bolo potrebné reštartovať počítač, aby sa znova zistila nainštalovaná periféria.

USB (Universal Serial Bus)

Kto dnes nepozná port USB? Tomuto rozhraniu by sme mohli venovať celý článok a nedokončili by sme to. Je to dnes najpoužívanejší sériový port na pripojenie periférií všetkého druhu k počítaču.

Jeho rozhranie je dostatočné so 4 vodičmi, z ktorých jeden dodáva napätie pri 5 V, dva z nich majú na starosti nahrávanie a sťahovanie údajov a posledný je uzemnenie. Zatiaľ čo iné verzie, ako napríklad micro USB, majú piaty pin na rozlíšenie od Micro-A a Micro-B. Aj novšie verzie USB 3.0 a vyššie zvyšujú ich pinout, aby umožnili väčšiu šírku pásma.

Toto sú verzie a rýchlosti, ktoré momentálne opúšťame verzie 1.0 a 1.1:

• USB 2.0: teoretická rýchlosť 480 Mbps (60 MB / s) s kapacitou napájania 5V. USB 3.0: Zvyšuje rýchlosť až 5 Gbps (600 MB / s) a nazýva sa tiež USB 3.1 Gen1 alebo USB 3.2 Gen1. USB 3.1: Aj keď sa v súčasnosti nazýva USB 3.1 Gen2 alebo USB 3.2 Gen2, takto vznikol v roku 2019. Zvyšuje svoju rýchlosť na 10 Gbps (1, 2 GB / s). USB 3.2: Zvyšuje rýchlosť na 20 Gbps (2, 4 GB / s) a nájdeme ho s označením USB 3.2 Gen2x2. Tento port bol implementovaný na konci roku 2019 na nových doskách Intel a AMD.

A od roku 2014 máme k dispozícii port USB Type-C, ktorý má 24 kontaktov usporiadaných do dvoch radov, aby boli úplne reverzibilné. Tento typ konektora sa široko používa pre prenosné zariadenia ako Smartphone alebo periférne zariadenia. V súčasnosti nájdeme USB-C typu 3.2 Gen1, 3.2 Gen2 a 3.2 Gen2x2. Okrem toho je schopný implementovať pripojenia DisplayPort 1.4 a Thunderbolt 3 so zaťažením až 100 W.

Firewire

Známy tiež ako štandard IEEE 1394, je to americká verzia USB pred tým, ako sa v tejto oblasti rozšírilo aj samotné rozhranie, takže toto sériové rozhranie ostáva vo výkone pozadu.

Je to konektor podobný USB, hoci so špičatým rohom a má 4, 6, 9 a až 12 pinov v závislosti od verzie . V súčasnosti bol úplne nahradený USB 2.0.

Existujú 4 verzie Firewire podľa ich šírky pásma

• Firewire 400: pracuje pri 50 MB / s Firewire 800: dosahuje 100 MB / s Firewire s1600: rýchlosť 200 MB / s Firewire s3200: najnovšia verzia pracuje pri 400 MB / s

Video porty

Video porty fungujú aj pod sériovým typom zbernice, jedná sa o D-Sub, tiež známy ako VGA, DVI v rôznych verziách a porty HDMI a DisplayPort ako najaktuálnejšie rozhrania a používané spolu s Thunderboltom v USB Type- C.

Najrýchlejší bude port HDMI a DisplayPort. V prvom prípade sme vo verzii 2.0b so šírkou pásma 14, 4 Gbps a čoskoro pôjdeme do verzie 2.1, ktorá sa zvýši na 42, 6 Gbps s podporou rozlíšenia až 8 K pri 120 Hz. A v prípade DisplayPort máme operačnú verziu 1.4 pri 49, 65 Gbps, ktorá podporuje rozlíšenie 8K pri 60 Hz.

Rozhranie SATA a PCIe

A nakoniec najdôležitejšie rozhrania nášho počítača: SATA (Serial Advanced Technology Attachment) pre pevné disky a PCIe alebo PCI-E (Peripheral Component Interconnect - Express) pre internú komunikáciu komponentov.

SATA je rozhranie, ktoré nahradilo PATA za pripojenie pamäťových zariadení v počítačoch bežnej spotreby. Jeho maximálna šírka pásma vo verzii SATA III je 6 Gbps, čo je približne 600 MB / s. Používa oveľa menší konektor ako IDE a s jediným pripojením zariadenia na rozhranie, čo tiež umožňuje zapojenie za prevádzky. Funguje to pomocou protokolu AHCI (Advanced Host Controller Interface) a je tiež k dispozícii na rozhraniach M.2 pre jednotky SSD.

PCI-Express je základná interná sériová zbernica dosky, ktorá nám umožňuje pripájať vysokorýchlostné komponenty priamo do slotov nainštalovaných na základnej doske. Tieto rozširujúce karty budeme nazývať. V súčasnosti nachádzame dosky s PCI-Express vo svojej verzii 4.0, v ktorej má každý dátový pruh šírku pásma 2 000 MB / s (16 Gbps) súčasne a hore, čo je skutočná barbarnosť v porovnaní s portmi externé. Pripájajú SSD NVMe, grafické karty, sieťové karty atď. Severný most alebo čipová súprava okrem toho komunikuje s procesorom zbernicou tohto typu.

Rozdiely medzi sériovým a paralelným portom

Ešte musíme vidieť hlavný alebo hlavný rozdiel medzi sériovým portom a paralelným portom. To spočíva v jeho činnosti, pretože paralelný port vysiela bity informácií súčasne a vo forme paketov. Každý z týchto bitov, ktorým môže byť napríklad kód ASCII, je vysielaný iným vodičom, ktorý má potom toľko vodičov, koľko bitov je odoslaných súčasne. Okrem nich budú existovať aj ďalšie ďalšie vodiče na načasovanie, uzemnenie a ďalšie signály.

Paralelné porty sú napríklad typ Centronics pre tlačiarne, zbernica PATA (IDE) pre pevné disky a zbernica SCSI tiež pre pevné disky. V nich nie je povolené horúce pripojenie ani sila pripojeného periférneho zariadenia. Podporujú oveľa menej periférnych zariadení pripojených k tej istej zbernici a v súčasnosti sú značne zastarané.

Závery a prepojenia záujmu

Sériový port v štandarde RS-232 a novších verziách bol ponechaný na čisto priemyselné a sporadické použitie so spotrebnými počítačovými zariadeniami. Port, ktorý nepochybne označil pripojenie zariadení a periférnych zariadení pred a po, najmä v sieťach na aktualizáciu firmvéru modemov.

V súčasnosti všetci používame USB v rôznych verziách, pretože ide o oveľa menší port a oveľa vyššiu rýchlosť. Okrem toho podporuje horúce pripojenia (Plug and Play) a dokonca aj napájanie až 100 W v rozhraní Thunderbolt 3 pod USB Type-C schopným dosiahnuť až 40 Gbps.

Ak sa chcete dozvedieť viac o prístavoch alebo sieťach, necháme vás s týmito článkami:

Poznali ste port RS-232, už ste ho niekedy použili? Ak viete viac príspevkov zo série alebo máte nejaké otázky, môžete ich nechať v komentároch.