Port szeregowy - co to jest, do czego służy i jakie są typy

Port szeregowy jest obecnie jedną z głównych form komunikacji między urządzeniami zewnętrznymi a komputerami. Interfejs, który możemy znaleźć w absolutnie wszystkich urządzeniach peryferyjnych, które mamy na pulpicie, a także w naszym sprzęcie.

Indeks treści

Spróbujemy wyjaśnić działanie portu szeregowego, a także główne interfejsy, które obecnie znajdujemy. A jeśli nie wiesz, jakie są różnice między portem równoległym, będziemy również poświęcać czas na ich różnicowanie.

Co to jest port szeregowy

Jeśli spojrzysz na kable, które masz teraz na biurku, które łączą mysz klawiaturową lub pamięć flash USB z komputerem, zobaczysz szeregowe interfejsy komunikacyjne.

Port szeregowy jest cyfrowym interfejsem do transmisji danych, w którym informacje są przesyłane sekwencyjnie krok po kroku przez przewodniki. W ten sposób port szeregowy powinien wysyłać wszystkie informacje jeden bit po drugim, podczas gdy port równoległy wysyła kilka bitów jednocześnie. Interfejs danych szeregowych lub port szeregowy działa zgodnie ze standardem RS-232.

Czy uważasz, że port szeregowy jest wolniejszy niż port równoległy? Teraz mamy znacznie szybsze porty szeregowe. Chociaż oczywiście niekoniecznie są one zgodne ze skomentowanym standardem, ale są ulepszonymi wersjami, które całkowicie czynią natywny port szeregowy przestarzałym. Jest najłatwiejszy do wdrożenia, z lepszą kompatybilnością i nieskończenie bardziej rozpowszechniony.

Port szeregowy i obsługa sprzętu

Port ten działa asynchronicznie dzięki protokołowi, który inicjuje transmisję sygnałem „ start ”, który przygotowuje odbiornik do odbioru słowa (bitów). Po wysłaniu tego słowa, które będzie kodem ASCII dla każdego znaku, wysyłany jest sygnał „ stop ”, dzięki czemu odbiornik odpoczywa po zakodowaniu słowa i czeka na otrzymanie kolejnego.

Mamy trzy rodzaje komunikacji szeregowej:

• Simplex: transmisja jest jednokierunkowa, tzn. W komunikacji rozgłoszeniowej występuje jeden nadawca i jeden odbiornik. Dupleks: Każdy koniec może być jednocześnie nadajnikiem i odbiornikiem, więc do wysyłania i odbierania używane są różne kable, lub fale o różnych częstotliwościach, aby uniknąć miksowania. Semi-duplex: Jest podobny do transmisji dupleksowej, ale kiedy jeden transmituje, drugi słucha, na przykład, dwóch rozmów talii.

W ten sposób musimy zrozumieć, że w komunikacji z portem szeregowym oba urządzenia muszą mieć wejście i wyjście, więc urządzenia są podzielone na kategorie DTE (Data Terminal Equipment) i DCE (Data Circuit Terminination Equipment).. Tak więc komputer byłby przystosowany do DTE, podczas gdy DCE byłby modemem lub kartą programowalną. Aby połączyć dwa DTE lub dwa DCE, do przejścia obu sygnałów należy użyć mostka zerowego.

Do zarządzania interfejsem komunikacyjnym mamy układ UART lub USART (Universal Asynchronous Transmitter and Receiver). Jego funkcją jest konwersja sygnałów i napięć procesora do standardu komunikacji. Układ UART 8250 jest używany do procesorów 8 i 16 bitowych, a UART 16550 jest używany do reszty z komputerów IBM.

Port szeregowy RS-232 i Pinout

RS-232

W historii komputerów najczęściej używanym portem był ten, który przesyła dane szeregowe. Interfejs został znormalizowany w 1962 r. Dzięki standardowi EIA / TIA RS-232C dla przyjaciół, RS-232 lub „Zalecany standard 232”. Z kolei utworzono zalecenie V.24, które określa obwody i sygnały interfejsu, oraz zalecenie V.28, które określa aspekty elektryczne.

Najbardziej rozpowszechnionym złączem był DB-25, później uproszczony do DB-9, zwany bezpośrednio RS-232. Ważne jest, aby nie mylić tego złącza z portem równoległym o tej samej nazwie, chociaż nazywa się to D-Sub. Był (i jest) skoncentrowany na jego zastosowaniu w połączeniach między komputerami a urządzeniami zewnętrznymi z połączeniami dupleksowymi. Na przykład modem, przełączniki i inne urządzenia komunikacyjne automatyki przemysłowej, takie jak programowalne płyty, roboty i inne ogólne produkty konsumenckie , takie jak cyfrowe pralki.

Następnie zobaczymy konfigurację pinów portu RS-232 w jego wersji DB-9 i DB-25. W obu przypadkach mamy taką samą liczbę przydatnych pinów.

Aktualne zastosowania portu szeregowego

Nasze obecne komputery stacjonarne nie mają już zaimplementowanego portu RS-232, ponieważ USB jest najbardziej aktualnym interfejsem i jest praktycznie kompatybilny ze wszystkimi typami elektronicznych płytek drukowanych. Ale nadal możemy znaleźć ten port szeregowy PCI poprzez kartę rozszerzeń, jeśli poświęcimy się programowaniu. Istnieje również wiele adapterów RS-232 na USB.

Są to dziś podstawowe zastosowania portu DB-9 lub RS-232

• Modemy, przełączniki, routery, telefony satelitarne lub usługi równoważenia obciążenia: wciąż znajdujemy wewnętrzne lub zewnętrzne tego typu porty lub nagłówki, które modyfikują mikrokod starszych urządzeń sieciowych i nie są zarządzane przez użytkownika. Czytniki kodów kreskowych na podczerwień: i inne stosunkowo stare urządzenia supermarketów. Płyty programowalne, elektryczne urządzenia pomiarowe i płuczki programowe. Drukarki: starsze drukarki, które nie używają interfejsu USB lub złącza równoległego, zazwyczaj komputery, które nie mają USB do aktualizacji oprogramowania układowego.

Przede wszystkim mówimy o urządzeniach przemysłowych i sieciowych, w których użytkowania spodziewają się użytkownicy posiadający wiedzę techniczną.

Szybkość portu szeregowego (RS-232)

Przed przyjrzeniem się aktualnym wersjom portu szeregowego warto dowiedzieć się nieco o prędkościach, które osiągnęły po aktualizacjach sprzętu i urządzeń peryferyjnych:

Prędkości te są mierzone w bitach na sekundę lub w bodach, co jest powszechną miarą w modemach, i są dość niskie w porównaniu z portami szeregowymi, które obecnie mamy jako USB. Również zarządzany bezpośrednio przez oprogramowanie pod względem przepustowości i połączenia z urządzeniami peryferyjnymi.

Ewolucja portu szeregowego do chwili obecnej i głównych interfejsów

Pozostawiamy port RS-232, aby dowiedzieć się więcej o najczęściej używanych dziś portach szeregowych. Wszystkie pracują we własnym standardzie, a nie w warunkach RS-232, są zarządzane automatycznie i autonomicznie przez własny kontroler.

PS / 2

Port ten został po raz pierwszy zaimplementowany na komputerach IBM w 1987 roku i nawet dziś znajdujemy go na obecnych płytach. Jego funkcją jest podłączenie myszy lub klawiatur w niezależnym interfejsie do USB. Ma w sumie 6 kołków okrągłych, aw systemie operacyjnym możemy go znaleźć jako port COM.

Jest to interfejs dwukierunkowy, a na starych płytach z portem RS-232 dzielił zakłócenia z tym portem. Ponadto nie zezwala na wymianę, więc komputer musiałby zostać ponownie uruchomiony, aby ponownie wykryć zainstalowane urządzenie peryferyjne.

USB (uniwersalna magistrala szeregowa)

Kto dziś nie zna portu USB? Możemy poświęcić cały ten artykuł temu interfejsowi i nie skończymy. Jest to obecnie najczęściej używany port szeregowy do podłączania wszelkiego rodzaju urządzeń peryferyjnych do komputera.

Jego interfejs jest wystarczający z 4 przewodnikami, z których jeden dostarcza napięcie o napięciu 5 V, dwa z nich są odpowiedzialne za przesyłanie i pobieranie danych, a ostatni to połączenie z masą. Podczas gdy inne wersje, takie jak micro USB, mają 5. pin, aby odróżnić go od Micro-A i Micro-B. Również nowsze wersje USB 3.0 i nowsze zwiększają swój pinout, aby umożliwić większą przepustowość.

Są to wersje i prędkości, które obecnie mamy, pozostawiając wersje 1.0 i 1.1:

• USB 2.0: teoretyczna prędkość 480 Mb / s (60 MB / s) przy pojemności zasilania 5 V. USB 3.0: Zwiększa prędkość do 5 Gb / s (600 MB / s) i jest również nazywany USB 3.1 Gen1 lub USB 3.2 Gen1. USB 3.1: Chociaż obecnie nazywa się USB 3.1 Gen2 lub USB 3.2 Gen2, tak to zostało ustalone w 2019 roku. Zwiększa prędkość do 10 Gbps (1, 2 GB / s) USB 3.2: Zwiększa prędkość do 20 Gbps (2, 4 GB / s) i znajdziemy go w nazwie USB 3.2 Gen2x2. Port ten został wdrożony pod koniec 2019 roku na nowych płytach Intela i AMD.

A od 2014 roku mamy dostępny port USB Type-C, który ma 24 kontakty rozmieszczone w dwóch rzędach, aby były całkowicie odwracalne. Ten typ złącza jest szeroko stosowany w urządzeniach przenośnych, takich jak smartfony lub urządzenia peryferyjne. Obecnie możemy znaleźć USB-C typu 3.2 Gen1, 3.2 Gen2 i 3.2 Gen2x2. Ponadto jest w stanie zaimplementować połączenie DisplayPort 1.4 i Thunderbolt 3 o mocy do 100 W.

Firewire

Znany również jako standard IEEE 1394, jest to amerykańska wersja USB, zanim sam interfejs również rozszerzył się w tym obszarze, pozostawiając ten interfejs szeregowy daleko w tyle za wydajnością.

Jest to złącze podobne do USB, choć ze spiczastym rogiem i posiadające 4, 6, 9 i do 12 pinów w zależności od wersji . Obecnie został całkowicie zastąpiony przez USB 2.0.

Istnieją 4 wersje Firewire w zależności od przepustowości

• Firewire 400: działa z prędkością 50 MB / s Firewire 800: osiąga 100 MB / s Firewire s1600: prędkość 200 MB / s Firewire s3200: najnowsza wersja działa z prędkością 400 MB / s

Porty wideo

Porty wideo działają również pod szyną szeregową, są to D-Sub, znany również jako VGA, DVI w różnych wersjach oraz porty HDMI i DisplayPort jako najbardziej aktualne interfejsy i używane razem z Thunderbolt pod USB Type- C.

Najszybszy będzie port HDMI i DisplayPort. W pierwszym przypadku jesteśmy w wersji 2.0b o przepustowości 14, 4 Gb / s, a wkrótce przejdziemy do wersji 2.1, która zwiększa się do 42, 6 Gb / s, obsługując rozdzielczości do 8 K przy 120 Hz. A w przypadku DisplayPort mamy wersję operacyjną 1.4 przy 49, 65 Gbps obsługującą rozdzielczości 8K przy 60 Hz.

Interfejs SATA i PCIe

I wreszcie najważniejsze interfejsy naszego komputera: SATA (Serial Advanced Technology Attachment) dla dysków twardych oraz PCIe lub PCI-E (Peripheral Component Interconnect - Express) do wewnętrznej komunikacji komponentów.

SATA to interfejs, który zastąpił PATA do połączeń urządzeń pamięci masowej w komputerach powszechnego użytku. Jego maksymalna przepustowość w wersji SATA III wynosi 6 Gb / s, czyli około 600 MB / s. Korzysta ze znacznie mniejszego złącza niż IDE i z jednym urządzeniem podłączonym do interfejsu, umożliwiając również podłączanie na gorąco. Działa przy użyciu protokołu AHCI (Advanced Host Controller Interface), a także jest dostępny na interfejsach M.2 dla dysków półprzewodnikowych.

PCI-Express jest kwintesencją wewnętrznej magistrali szeregowej płyty głównej, która pozwala nam łączyć szybkie komponenty bezpośrednio z gniazdami zainstalowanymi na płycie głównej. Nazwiemy te karty rozszerzeń. Obecnie znajdujemy płyty z PCI-Express w wersji 4.0, w których każdy z pasów danych ma przepustowość 2000 MB / s (16 Gb / s) podczas jednoczesnego wysyłania i pobierania, co jest prawdziwą barbarzyństwem w porównaniu do portów zewnętrzny. Łączą dyski SSD NVMe, karty graficzne, karty sieciowe itp. Ponadto mostek północny lub mikroukład komunikuje się z procesorem przez magistralę tego typu.

Różnice między portem szeregowym a portem równoległym

Musimy jeszcze zobaczyć główną lub główną różnicę między portem szeregowym a portem równoległym. Jest to związane z jego działaniem, ponieważ port równoległy wysyła bity informacji w tym samym czasie i w postaci pakietów. Każdy z tych bitów, którym może być na przykład kod ASCII, jest wysyłany przez inny przewodnik, mając wówczas tyle samo przewodników, ile bitów jest wysyłanych w tym samym czasie. Oprócz nich pojawią się również inne dodatkowe przewodniki dla synchronizacji, uziemienia i innych sygnałów.

Porty równoległe to na przykład typ Centronics dla drukarek, magistrala PATA (IDE) dla dysków twardych i szyna SCSI również dla dysków twardych. W nich połączenie na gorąco nie jest dozwolone, podobnie jak moc podłączonego urządzenia peryferyjnego. Obsługują znacznie mniej urządzeń peryferyjnych podłączonych do tej samej magistrali i są obecnie w dużej mierze przestarzałe.

Wnioski i linki zainteresowania

Port szeregowy w swoim standardzie RS-232 i późniejszych wersjach został pozostawiony wyłącznie do czysto przemysłowego i sporadycznego użytku ze sprzętem komputerowym. Port, który niewątpliwie oznaczał przed i po podłączeniach urządzeń i urządzeń peryferyjnych, szczególnie w sieciach w celu aktualizacji oprogramowania modemów.

Obecnie wszyscy używamy USB w różnych wersjach, ponieważ jest to znacznie mniejszy port i znacznie wyższa prędkość. Ponadto obsługuje połączenia na gorąco (Plug And Play), a nawet zasilanie do 100 W w interfejsie Thunderbolt 3 pod USB Type-C, który może osiągnąć do 40 Gb / s.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o portach lub sieciach, zostawiamy Ci te artykuły:

Czy znasz port RS-232, czy kiedykolwiek go używałeś? Jeśli znasz więcej postów z serii lub masz jakieś pytania, możesz je zostawić w komentarzach.