Устранение ошибок в портах. Параллельный и последовательный порты
Для того чтобы передать информацию какому-либо устройству или получить ее от этого устройства, компьютеру необходимо специально организовать процесс обмена данными.
Организация операций, связанных с вводом и выводом информации, подразумевает следующее:
соблюдение одинакового кода передаваемых данных (то есть «разговор на одном языке»);
согласование скоростей передачи и приема информации (или «диалог в одинаковом темпе»);
единство формата обмена данными (то есть способ дробления их на фрагменты, передаваемые за один цикл);
стандартный протокол специальных управляющих сигналов (команды, «понятные» принимающему и передающему устройству) .
Для того чтобы соблюсти все указанные требования, в компьютере существуют специализированные контроллеры ввода/вывода, предназначенные только для организации работы по обмену информацией с внешним миром. Этот обмен реализуется через специальные «ворота» (каналы), получившие название портов .
Обмен (то есть ввод и вывод) данных между компьютером и периферийным устройством происходит в два этапа: передача информации от компьютера к периферийному устройству и прием информации от периферийного устройства. Такая организация работы требуется для исключения возникающих ошибок (например, при переполнении приемного буфера периферийного устройства или наличии внешней помехи) и оперативного информирования системы о состоянии процесса ввода/вывода.
Помимо оперативной памяти, процессор может адресовать и другую область, известную как адресное пространство ввода-вывода. Каждый порт ввода-вывода имеет уникальное множество адресов ввода-вывода. Микропроцессор включает две команды: IN и OUT, используемые для чтения и записи данных в адресном пространстве ввода-вывода, а также другие инструкции, управляющие портами ввода-вывода (эти команды будут рассмотрены при изучении языка ассемблера).
Порты ввода/вывода, соответственно способам передачи, подразделяют на параллельные и последовательные.
В параллельном порту (Parallel Port) в одном направлении одновременно передаются сразу 8 бит (1 байт) информации. Поэтому разъем параллельного порта содержит восемь линий для передачи данных, а на компьютере с двунаправленным параллельным портом разъем дополнительно восемь линий используются для приема данных.
Для параллельного порта не существует международного стандарта, однако в качестве фактического стандарта используется спецификация, опубликованная фирмой-изготовителем периферийных устройств Centronics (поэтому ее часто называют стандартом Centronics).
Интерфейс Centronics в компьютере использует для обмена данными 25-контактный «материнский» разъем (контактные гнезда под штыри кабеля).
Существуют следующие типы параллельного порта:
стандартный;
улучшенный параллельный порт EPP (Enhanced Parallel Port);
порт с расширенными функциями ECP (Extended Capability Port).
Стандартный параллельный порт предназначен только для односторонней передачи данных от компьютера к принтеру. Он обеспечивает максимальную скорость передачи данных от 120 до 200 Кбайт/с.
Порт EPP является двунаправленным, то есть обеспечивает передачу 8 бит данных в обоих направлениях. Это избавляет центральный процессор от необходимости выполнения медленных команд типа IN и OUT, позволяя программе непосредственно заниматься пересылкой данных. Порт EPP передает и принимает данные почти в 6 раз быстрее стандартного параллельного порта, в основном, за счет наличия буферной памяти. Специальный режим (с использованием прямого доступа в память – DMA) позволяет порту EPP передавать блоки данных непосредственно из оперативной памяти в последовательный порт, минуя процессор. При использовании соответствующего программного обеспечения порт EPP может принимать и передавать данные со скоростью до 2 Мбайт/с. Подобно интерфейсу SCSI порт EPP позволяет подключать в цепочку до 64 периферийных устройств.
Дальнейшим развитием порта EPP явился порт ECP . Он обладает теми же возможностями, что и порт EPP, но количество устройств увеличено до 128. Кроме того, в порту ECP реализована такая важная функция, как сжатие данных.
Для сжатия данных используется метод RLE (Run Length Encoding), в котором длинная последовательность одинаковых символов передается двумя байтами: один байт определяет повторяющийся символ, другой – число повторений. Стандарт ECP допускает сжатие и распаковку данных как программно (с помощью драйвера), так и аппаратно (схемой порта).
В настоящее время стандарты портов EPP и ECP включены в стандарт IEEE 1284 . Этот стандарт определяет четыре режима работы: полубайтовый, байтовый, EPP и ECP. Дополнительно к функциям портов EPP и ECP стандарт IEEE 1284 позволяет принтеру послать сигнал при аварии.
Хотя в операционной системе предусмотрено три логических имени для параллельных портов – LPT1 (синоним PRN), LPT2 и LPT3 обычно в комплектацию компьютера входит один параллельный порт (в современных компьютерах контроллер параллельного порта располагается на материнской плате)
Параллельный порт чаще всего используется для подключения принтера. Однако к нему можно подключать и другие устройства, например, сканеры, внешние дисководы, стримеры и дисководы CD. Параллельный порт можно использовать также для обмена данными между двумя компьютерами.
Параллельный порт обеспечивает довольно высокую скорость передачи, поскольку эта передача осуществляется побайтно. Однако при большой длине кабеля или при не очень интенсивном обмене данными удобнее оказывается последовательный порт.
Последовательный порт (Serial Port) передает в одном направлении одновременно всего лишь 1 бит информации. Данные могут передаваться через этот порт как от ПК к внешнему устройству, так и наоборот.
Последовательные порты компьютера обычно соответствуют международному стандарту RS-232C (Reference Standard 232 версии С), поэтому к этому порту можно подсоединить любое устройство, которое также ориентировано на этот стандарт (например, мышь, модем, последовательный принтер или последовательный порт другого компьютера). Этот интерфейс использует 9 каналов связи: один из них служит для передачи информации от компьютера, другой – для приема данных от периферийного устройства. Оставшиеся 7 каналов используются для управления самим процессом обмена данными.
Последовательный порт состоит из UART-микросхемы (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter – универсальный асинхронный приемник/передатчик) и некоторых поддерживающих компонентов. Эта микросхема принимает байты данных от шины компьютера, преобразует их в строку битов, добавляет необходимые биты кадровой синхронизации и затем выполняет передачу данных, а также выполняет обратные действия по приему строки данных.
Современные микросхемы UART оснащены буферной памятью и обеспечивают скорость передачи данных до 115 Кбит/с.
Данные при последовательной передаче разделяются служебными посылками, такими, как стартовый бит и стоп-бит. Эти биты указывают на начало и конец передачи последовательных бит данных. Данный метод передачи позволяет осуществить синхронизацию между приемной и передающей стороной, а также выровнять скорость обмена данными.
Для идентификации и распознавания ошибок при последовательной передаче в состав посылки дополнительно может включаться бит контроля четности. Значение бита контроля четности определяется двоичной суммой всех передаваемых битов данных. В режиме, когда бит контроля четности четный (Even Parity), значение бит контроля четности равно 0, если сумма битов четная, и 1 – в противном случае. Биты контроля четности имеют инверсные (обратные) значения (соответственно 1 или 0), если бит контроля четности нечетный (Odd Parity).
Стандартная комплектация компьютера содержит два последовательных порта. В современных компьютерах контроллеры последовательных портов, также, как и контроллер параллельного порта, располагается на материнской плате. Отличие разъема последовательного порта от параллельного состоим в том, что этот разъем имеет контактные штыри, а не гнезда («отцовский» разъем). В старых компьютерах использовался один 25-контактный и один 9-контактный разъем, в современных компьютерах – два 9-контактных разъема. Длина кабеля последовательного порта ограничена 18 м. Основным устройством, подключаемым к последовательному порту, является модем.
Некоторые компьютеры, особенно ориентированные на коммуникационные приложения, могут иметь последовательные порты, выполненные по другим стандартам (например, RS-449A или RS-613), имеющие более высокую скорость передачи данных на более дальние расстояния.
Лекция 6 Последовательный и параллельный порты .
6.1 Параллельные интерфейсы
6.1.1. Интерфейс Centronics и LPT-порт
6.1.2 Интерфейс Centronics
6.1.3 Традиционный LPT-порт
6.1.4 Расширения параллельного порта
6.1.5 Стандарт IEEE 1284
6.1.6 Физический и электрический интерфейсы
6.1.7 Развитие стандарта IEEE 1284
6.1.8 Конфигурирование LPT-портов
6.2 Последовательные интерфейсы
6.2.1. Способы последовательной передачи
6.2.2 Интерфейс RS-232C
6.2.3 Электрический интерфейс
6.2.4 СОМ-порт
6.2.5 Использование СОМ-портов
6.2.6 Ресурсы и конфигурирование СОМ-портов
6 .1 Параллельные интерфейсы
Параллельные интерфейсы характеризуются тем, что в них для передачи бит в слове используются отдельные сигнальные линии, и биты передаются одновременно. Параллельные интерфейсы используют логические уровни ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики), что ограничивает длину кабеля изза невысокой помехозащищенности ТТЛ-интерфейса. Гальваническая развязка отсутствует. Параллельные интерфейсы используют для подключения принтеров. Передача данных может быть как однонаправленной (Centronics), так и двунаправленной (Bitronics). Иногда параллельный интерфейс используют для связи между двумя компьютерами - получается сеть, "сделанная на коленке" (LapLink). Ниже будут рассмотрены протоколы интерфейсов Centronics, стандарт IEEE 1284, а также реализующие их порты PC.
6.1.1. Интерфейс Centronics и LPT-порт
Для подключения принтера по интерфейсу Centronics в PC был введен порт параллельного интерфейса - так возниклоназвание LPT-порт (Line PrinTer - построчный принтер).Хотя сейчас через этот порт подключаются не только построчные принтеры, название "LPT" осталось.
6.1.2 Интерфейс Centronics
Понятие Centronics
относится как к набору сигналов и протоколу взаимодействия, так и к 36-контактному разъему на ринтерах. Назначение сигналов приведено в табл. 1.1, а временные диаграммы обмена с принтером - на рис. 1.1. Интерфейс Centronics
поддерживается принтерами с парал-
лельным интерфейсом. Его отечественным аналогом явля-
ется интерфейс ИРПР-М.
Традиционный порт SPP
(Standard Parallel Port) является однонаправленным портом, через который программно реализуется протокол обмена Centronics.
Порт вырабатывает аппаратное прерывание по импульсу на входе Ack#. Сигналы порта выводятся на разъем DB-25S
(розетка), установленный непосредственно на плате адаптера (или системной плате) или соединяемый с ней плоским шлейфом.
6.1.3 Традиционный LPT-порт
Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода/вывода. Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта, стандартными значениями которого являются 3BCh, 378h и 278h. Порт может использовать линию запроса аппаратного прерывания, обычно IRQ7
или IRQ5.
Порт имеет внешнюю
8-битную шину данных,
5-битную шину сигналов состояния
и 4-битную шину управляющих сигналов,
BIOS поддерживает до четырех (иногда до трех) LPT-портов (LPT1-LPT4) своим сервисом - прерыванием INT 17h,
обеспечивающим через них связь с принтером по интерфейсу Centronics.
Этим сервисом BIOS осуществляет вывод символа (по опросу готовности, не используя аппаратных прерываний), инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера. Стандартный порт имеет три 8-битных регистра,
расположенных по соседним адресам в пространстве ввода/вывода,
начиная с базового адреса порта (BASE).
6.1.4 Расширения параллельного порта
Недостатки стандартного порта частично устраняли новые типы портов, появившиеся в компьютерах PS/2.
Двунаправленный порт 1 (Type 1 parallel port} -интерфейс, введенный в PS/2. Такой порт кроме стандартного режима может работать в режиме ввода или двунаправленном режиме. Протокол обмена формируется программно, а для указания направления передачи в регистр управления порта введен специальный бит CR.5:0 - буфер данных работает на вывод, 1 - на ввод. Не путайте этот порт, называемый также enhanced bi-directional, с ЕРР. Данный тип порта прижился и в обычных компьютерах.
Порт с прямым доступом к памяти (Type 3 DMA parallelport)
применялся в PS/2 моделей 57, 90, 95. Был введен для повышения пропускной способности и разгрузки процессора при выводе на принтер. Программе, работающей с портом, требовалось только задать в памяти блок данных, подлежащих выводу, а затем вывод по протоколу Centronics
произ-
водился без участия процессора. Позже появились другие адаптеры LPT-портов, реализующие протокол обмена Centronics
аппаратно - Fast Centronics.
Некоторые из них использовали FIFO-буфер данных Parallel Port FIFO Mode.
He будучи стандартизованными, такие порты разных производителей требовали использования собственных специальных драйверов. Программы, использующие прямое управление регистрами стандартных портов, не умели более эффективно их использовать. Такие порты часто входили в состав мультикарт VLB. Существуют их варианты с шиной ISA, в том числе встроенные.
6.1.5 Стандарт IEEE 1284
Стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284, принятый в 1994 году, определяет порты SPP, ЕРР и ЕСР. Стандарт определяет 5 режимов обмена данными, метод согласования режима, физический и электрический интерфейсы. Согласно IEEE 1284, возможны следующие режимы обмена данными через параллельный порт:
^ Режим совместимости (Compatibility Mode) - однонаправленный (вывод) по протоколу Centronics. Этот режим соответствует стандартному порту SPP.
^ Полубайтный режим (Nibble Mode) - ввод байта в два цикла (по 4 бита), используя для приема линии состояния. Этот режим обмена может использоваться на любых адаптерах.
^ Байтный режим (Byte Mode) - ввод байта целиком, используя для приема линии данных. Этот режим работает только на портах, допускающих чтение выходных данных (Bi-Directional или PS/2 Type 1).
т Режим ЕРР
(Enhanced Parallel Port) (EPP Mode) -
двунаправленный обмен данными. Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно во время цикла обращения к порту. Эффективен при работе с устройства-
ми внешней памяти и адаптерами локальных сетей.
^ Режим ЕСР
(Extended Capability Port) (ECP Mode) -
двунаправленный обмен данными с возможностью аппаратного сжатия данных по методу RLE
(Run Length Encoding) и использования FIFO-буферов и DMA. Управляющие
сигналы интерфейса генерируются аппаратно. Эффективен для принтеров и сканеров.
В компьютерах с LPT-портом на системной плате режим SPP, ЕРР, ЕСР или их комбинация - задается в BIOS Setup. Режим совместимости полностью соответствует стандартному порту SPP.
6.1.6 Физический и электрический интерфейсы
Стандарт IEEE 1284 определяет физические характеристики приемников и передатчиков сигналов. Спецификации стандартного порта не задавали типов выходных схем, предельных значений величин нагрузочных резисторов и
емкости, вносимой цепями и проводниками. На относительно невысоких скоростях обмена разброс этих параметров не вызывал проблем совместимости. Однако расширенные (функционально и по скорости передачи) режимы требуют четких спецификаций. IEEE 1284 определяет два
уровня интерфейсной совместимости. Первый уровень
(Level I) определен для устройств медленных, но использующих смену направления передачи данных. Второй уровень
(Level II) определен для устройств, работающих в
расширенных режимах, с высокими скоростями и длинными кабелями. К передатчикам
предъявляются следующие требования:
^ Уровни сигналов без нагрузки не должны выходить за пределы -0,5... +5,5 В.
^ Уровни сигналов при токе нагрузки 14 мА должны быть не ниже +2,4 В для высокого уровня (Уон) и не выше +0,4 В для низкого уровня (VoiJ на постоянном токе.
Традиционные интерфейсные кабели имеют от 18 до 25 проводов, в зависимости от числа проводников цепи GND. Эти проводники могут быть как перевитыми, так и нет. К экранированию кабеля жестких требований не предъявлялось. Такие кабели вряд ли будут надежно работать на скорости
передачи 2 Мбайт/с и при длине более 2 м. Стандарт IEEE 1284 регламентирует свойства кабелей.
Три различных разъема, определенных в стандарте IEEE 1284
6.1.7 Развитие стандарта IEEE 1284
Кроме основного стандарта IEEE 1284, который уже принят, в настоящее время в стадии проработки находятся новые стандарты, дополняющие его. К ним относятся:
^ IEEE Р 1284.1 "Standard for Information Technology for Transport Independent Printer/Scanner Interface (TIP/SI)". Этот стандарт разрабатывается для управления и обслуживания сканеров и принтеров на основе протокола NPAP (Network Printing Alliance Protocol).
n IEEE P 1284.2 "Standard for Test , Measurement and Conformance to IEEE Std . 1284" - стандарт для тестирования портов, кабелей и устройств на совместимость с IEEE 1284.
ai IEEE P12843 "Standaixl for Interface and Protocol Extensions to IEEE Std. 1284 Compliant Peripheral and Host Adapter Ports" - стандарт на драйверы и использование устройств прикладным программным обеспечением (ПО). Уже приняты спецификации BIOS для использования ЕРР драйверами DOS. Прорабатывается стандарт на разделяемое использование одного порта цепочкой устройств или группой устройств, подключаемых через мультиплексор.
^ IEEE P1284.4 "Standard for Data Delivery and Logical Channels for IEEE Std. 1284 Interfaces" направлен на реализацию пакетного протокола достоверной передачи данных через параллельный порт. Основой служит протокол MLC (Multiple Logical Channels) фирмы ewlett-Packard, однако совместимость с ним в окончательной версии стандарта не гарантируется.
6.1.8 Конфигурирование LPT-портов
Управление параллельным портом разделяется на два этапа
предварительное конфшурирование
(Setup) аппаратных средств порта и текущее
(оперативное) переключение
режимов работы прикладным или системным ПО. Оперативное переключение возможно только в пределах режимов, разрешенных при онфигурировании. Этим обеспечивается возможность согласования аппаратуры с ПО и блокирования ложных переключении, вызванных некорректными действиями программы. Конфигурирование LPT-порта зависит от его исполнения. Порт, расположенный на плате расширения (мультикарте), устанавливаемой в слот ISA или ISA+VLB, конфигурируется джемперами на самой плате. Порт на системной плате конфигурируется через BIOS Setup.
6.2 Последовательные интерфейсы
Последовательный интерфейс для передачи данных использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно. Отсюда - название интерфейса и порта. Английские термины – Serial Interface
и Serial Port
(иногда их неправильно переводят как
"серийные"). Последовательная передача позволяет сократить количество сигнальных линий и увеличить дальность связи. Характерной особенностью является применение неТТЛ сигналов. В ряде последовательных интерфейсов применяется гальваническая развязка внешних (обычно вход-
ных) сигналов от схемной земли устройства, что позволяет соединять устройства, находящиеся под разными потенциалами. Ниже будут рассмотрены интерфейсы RS-232C, RS- 422А, RS-423A, RS-485, токовая петля, MIDI, а также СОМ-порт.
6.2.1. Способы последовательной передачи
Последовательная передача данных может осуществляться в
асинхронном или синхронном режимах. При асинхронной
передаче каждому байту предшествует старт-бит,
сигнализирующий приемнику о начале посылки, за которым следуют биты данных
и, возможно, бит паритета
(четности). Завершает посылку стоп-бит,
гарантирующий паузу межцу посылками Старт-бит следующего байта посылается в любой момент после стоп-бита, то есть между передачами возможны паузы произвольной длительности. Старт-бит, имеющий всегда строго определенное значение (логический 0), обеспечивает простой механизм синхронизации приемника по сигналу от передатчика. Подразумевается, что приемник и передатчик работают на одной скорости обмена. Внутренний генератор синхронизации приемника использует счетчик-делитель опорной частоты, обнуляемый в момент приема начала старт-бита. Этот счетчик генерирует внутренние стробы, по которым приемник фиксирует последующие принимаемые
 |
биты. В идеале стробы располагаются в середине битовых интервалов, что позволяет принимать данные и при незначительном рассогласовании скоростей приемника и передатчика. Очевидно, что при передаче 8 бит данных, одного контрольного и одного стоп-бита предельно допустимое рас-
согласование скоростей, при котором данные будут распознаны верно, не может превышать 5%. С учетом фазовых искажений и дискретности работы внутреннего счетчика синхронизации реально допустимо меньшее отклонение частот. Чем меньше коэффициент деления опорной частоты внутреннего генератора (чем выше частота передачи), тем больше погрешность привязки стробов к середине битового интервала, и требования к согласованности частот становятся более строгими. Чем выше частота передачи, тем больше влияние искажений фронтов на фазу принимаемого сигнала. Взаимодействие этих факторов приводит к повышению требований к согласованности частот приемника и передатчика с ростом частоты обмена. Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 и 115 200 бит/с. Иногда вместо единицы измерения "бит/с" используют "бод" (baud), но при рассмотрении двоичных передаваемых сигналов это некорректно. В бодах принято измерять частоту изменения состояния линии, а при недвоичном способе кодирования (широко применяемом в современных модемах) в канале связи скорости передачи бит (бит/с) и изменения сигнала (бод) могут отличаться в несколько раз (подробнее см. в приложении А). Количество бит данных может составлять 5, 6, 7 или 8 (5- и 6-битные форматы распространены незначительно). Количество стоп-бит может быть 1, 1,5 или 2 ("полтора бита" означает только длительность стопового интервала). Асинхронный обмен в PC реализуется с помощью СОМ-порта с использованием протокола RS-232C. Синхронный режим передачи предполагает постоянную активность канала связи. Посылка начинается с синхробайта, за которым сразу же следует поток информационных бит. Если у передатчика нет данных для передачи, он заполняет паузу непрерывной посылкой байтов синхронизации. Очевидно, что при передаче больших массивов данных накладные расходы на синхронизацию в данном режиме будут ниже, чем в асинхронном. Однако в синхронном режиме необходима внешняя синхронизация приемника с передатчиком, поскольку даже малое отклонение частот приведет к искажению принимаемых данных. Внешняя синхронизация возможна либо с помощью отдельной линии для передачи сигнала синхронизации, либо с использованием самосинхронизирующего кодирования данных, при котором на стороне приемника из принятого сигнала могут быть выделены импульсы синхронизации. В любом случае синхронный режим требует дорогих линий связи или оконечного оборудования. Для PC существуют специальные платы – адаптеры SDLC (дорогие), поддерживающие синхронный режим обмена. Они используются в основном для связи с большими машинами (mainframes) IBM и мало распространены. Из синхронных адаптеров в настоящее время применяются адаптеры нтерфейса V.35.
На физическом уровне последовательный интерфейс имеет различные реализации, различающиеся способом передачи электрических сигналов. Существует ряд родственных международных стандартов: RS-232C, RS-423A, RS-422A и RS-485.
 |
. Стандартный 25-контактный разъем последовательного порта
Несимметричные линии интерфейсов RS-232C
и RS-423A
имеют самую низкую защищенность от синфазной помехи,
хотя дифференциальный вход приемника RS-423A
несколько смягчает ситуацию. Лучшие параметры имеет двухточечный интерфейс RS-422A
и его магистральный (шинный) аналог RS-485,
работающие на симметричных линиях связи. В них для передачи каждого сигнала используются дифференциальные сигналы с отдельной (витой) парой проводов.
В перечисленных стандартах сигнал представляется потенциалом. Существуют последовательные интерфейсы, где информативен ток, протекающий по общей цепи передатчик-приемник - "токовая петля" и MIDI. Для связи на короткие расстояния приняты стандарты беспроводной инфракрасной связи. Наибольшее распространение в PC получил простейший из перечисленных - стандарт RS-232C, реализуемый СОМ-портами. В промышленной автоматике широко применяется RS-485, а также RS-422A, встречающийся и в некоторых принтерах. Существуют преобразователи сигналов для согласования этих родственных интерфейсов.
6.2.2 Интерфейс RS-232C
Интерфейс предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные {О ОД –
оконечное оборудование данных или АПД -
аппаратура передачи данных; DTE - Data Terminal Equipment),
к оконечной аппаратуре каналов данных (АКД", DCE - Data Communication Equipment).
В роли АПД может выступать компьютер, принтер, плоттер и другое периферийное оборудование. В роли АКД обычно выступает модем. Конечной целью подключения является соединение двух устройств АПД. Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. В стандарте предусмотрены асинхронный и синхронный режимы обмена, но СОМ-порты поддерживают только асинхронный режим.
Функционально RS-232C
эквивалентен
стандарту МККТТ V.24/ V.28 и стыку С2, но они имеют различные названия сигналов.
6.2.3 Электрический интерфейс
Стандарт RS-232C
использует несимметричные передатчики и приемники - сигнал передается относительно общего провода - схемной земли (симметричные дифференциальные сигналы используются в других интерфейсах - например, RS-422).
Интерфейс НЕ ОБЕСПЕЧИВАЕТ ГАЛЬВАНИ- ЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ
устройств. Логической единице
соответствует напряжение на входе приемника
в диапазоне -12...-3 В. Для линий управляющих сигналов это состояние называется ON( "включено"), для линий последовательных данных - MARK.
Логическому нулю соответствует диапазон +3...+12 В. Для линий управляющих сигналов состояние называется OFF ("выключено"), а для линий последовательных данных - SPACE.
Диапазон -3...+3 В - зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии будет считаться измененным только после пересечения порога (рис. 2.5). Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазонах -12...-5 В и +5...+12 В для представления единицы и нуля соответственно. Разность потенциалов между схемными землями (SG) соединяемых устройств должна быть менее 2 В, при более высокой разности потенциалов возможно неверное восприятие игналов. Интерфейс предполагает наличие ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
для соединяемых устройств, если они оба питаются от сети переменного тока и имеют сетевые фильтры.
Подключение и отключение интерфейсных кабелей
устройств с автономным питанием должно производиться при отключенном питании.
Иначе разность невыровненных потенциалов устройств в момент коммутации может оказаться приложенной к выходным или входным (что опаснее) цепям интерфейса и вывести из строя микросхемы.
6.2.4 СОМ-порт
Последовательный интерфейс СОМ-порт
(Communication Port - коммуникационный порт) появился в первых моделях IBM PC. Он был реализован на микросхеме асинхронного приемопередатчика Intel 8250. Порт имел поддержку BIOS (/Л/Т 74/?), однако широко применялось (и применяется) взаимодействие с портом на уровне регистров. Поэтому во всех PC-совместимых компьютерах для последовательного интерфейса
применяют микросхемы приемопередатчиков, совместимые с i8250. В ряде отечественных PC-совместимых (почти) компьютеров для последовательного интерфейса применялась микросхема КР580ВВ51 - аналог 18251. Однако эта микросхема является универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком (УСАПП или USART - Universal Asynchronous
Receiver-Transmitter). Совместимости с PC на уровне регистров СОМ-порта такие компьютеры не имеют. Хорошо, если у соответствующих компьютеров имеется "честный" драйвер B/OS /Л/Т 14h,
а не заглушка, возвращающая состояние модема "всегда готов" и ничего не делающая. Совместимость на уровне регистров СОМ-порта считается необходимой. Многие разработчики коммуникационных пакетов предлагают работу и через B/OS /Л/Т 14h,
однако на высоких скоростях это неэффективно. Говоря о СОМ-порте PC, по умолчанию будем подразумевать совместимость регистровой модели с i8250 и реализацию асинхронного интерфейса RS-232C.
6.2.5 Использование СОМ-портов
СОМ-порты чаще всего применяют для подключения
манипуляторов
(мышь, трекбол). В этом случае порт используется в режиме последовательного ввода; питание производится от интерфейса. Мышь с последовательным интерфейсом - Serial Mouse
-может подключаться к любому исправному порту. Для подключения внешних модемов
используется полный (9-проводный) кабель АПД-АКД,
схема которого приведена на рис. 2.7. Этот же кабель используется для согласования разъемов (по количеству контактов); возможно применение переходников 9-25, предназначенных для мышей. Для работы коммуникационного ПО обычно требуется использование прерываний, но здесь есть свобода выбора номера (адреса) порта и линии прерывания. Если предполагается работа на скоростях 9600 бит/с и выше, то СОМ-порт должен быть реализован на микросхеме UART 16550A или совместимой. Возможности работы с использованием FIFO-буферов и обмена по каналам DMA зависят от коммуникационного ПО. Для связи двух компьютеров,
удаленных друг от друга на небольшое расстояние, используют и непосредственное соединение их СОМ-портов нуль-модемным кабелем (рис. 2.8). Использование программ типа Norton Commander или Interink MS-DOS позволяет обмениваться файлами со ско-
ростью до 115,2 Кбит/с без применения аппаратных прерываний. Это же соединение может использоваться и сетевым пакетом Lantastic, предоставляющим более развитый сервис.
Подключение принтеров и плоттеров к СОМ-порту требует применения кабеля, соответствующего выбранному протоколу управления потоком: программному XON/XOFF или аппаратному RTS/CTS. Аппаратный протокол предпочтительнее. Прерывания при выводе средствами DOS (командами COPY или PRINT) не используются. СОМ-порт при наличии соответствующей программной поддержки позволяет превратить PC в терминал, эмулируя систему команд распространенных специализированных терминалов (VT-52, VT-100 и т. д.). Простейший терминал получается, если замкнуть друг на друга функции BIOS обслуживания СОМ-порта (INT 14h), телетайпного вывода (/Л/Т 10h) и клавиатурного ввода (INT 16h). Однако такой терминал будет работать лишь на малых скоростях обмена (если, конечно, его делать не на Pentium), поскольку функции BIOS хоть и универсальны, но не слишком быстры.
Интерфейс RS-232C
широко распространен в различных ПУ и терминалах. СОМ-порт может использоваться и как двунаправленный интерфейс, у которого имеется 3 программно управляемые выходные линии и 4 программно-читаемые входные линии с двуполярными сигналами. Их использование определяется разработчиком. Существует, например, схема однобитного широтно-импульсного преобразователя, позволяющего записывать звуковой сигнал на диск PC, используя входную линию СОМ-порта. Воспроизведение этой записи через обычный динамик PC позволяет передать речь. В настоящее время, когда звуковая карта стала почти
обязательным устройством PC, это не впечатляет, но когда-то такое решение было интересным.
СОМ-порт используют для беспроводных коммуникаций
с применением излучателей и приемников инфракрасного диапазона - IR (Infra Red) Connection.
Этот интерфейс позволяет осуществлять связь между парой устройств, удаленных на расстояние, достигающее нескольких метров. Различают инфракрасные системы низкой (до 115,2 Кбит/с), средней (1,152 Мбит/с) и высокой (4 Мбит/с) скорости. Низкоскоростные системы служат для обмена короткими сообщениями, высокоскоростные - для обмена файлами между компьютерами, подключения к компьютерной сети,
вывода на принтер, проекционный аппарат и т. п. Ожидаются более высокие скорости обмена, которые позволят передавать "живое видео". В 1993 году создана ассоциация разработчиков систем инфракрасной передачи данных IrDA
(Infrared Data Association), призванная обеспечить совместимость оборудования от различных производителей Инфракрасные излучатели не создают помех в радиочастотном диапазоне и обеспечивают конфиденциальность передачи. ИК-лучи не проходят через стены, поэтому зона приема ограничивается небольшим легко контролируемым пространством. Инфракрасная технология привлекательна
для связи портативных компьютеров со стационарными компьютерами или станциями. Инфракрасный интерфейс имеют некоторые модели принтеров.
6.2.6 Ресурсы и конфигурирование СОМ-портов
Компьютер может иметь до четырех последовательных портов СОМ 1-COM4 (для машин класса AT типично наличие двух портов). СОМ-порты имеют внешние разъемы-вилки DB25P или DB9P, выведенные на заднюю панель компьютера. СОМ-порты реализуются на микросхемах UART, совместимых с семейством 18250. Они занимают в пространстве ввода/вывода по 8 смежных 8-битных регистров и могут располагаться по стандартным базовым адресам. Порты вырабатывают аппаратные прерывания. Возможность разделяемого использования одной линии запроса несколькими портами (или ее разделения с другими устройствами) зависит от реализации аппаратного подключения и ПО. При использовании портов, установленных на шину ISA, разделяемые прерывания обычно не работают. Управление последовательным портом разделяется на два этапа - предварительное конфигурирование (Setup) аппаратных средств порта и текущее (оперативное) переключение режимов работы прикладным или системным ПО. Конфигурирование СОМ-порта зависит от его исполнения. Порт на плате расширения конфигурируется джамперами на самой плате. Порт на системной плате конфигурируется через BIOS Setup.
Контрольные вопросы
1Опишите назначение параллельных и последовательных интерфейсов.
2К чему относится понятие « Интерфейс Centronics »?
3Опишите «Традиционный LPT-порт».
4Опишите двунаправленный порт 1.
5Опишите порт с прямым доступом к памяти.
6Опишите особенности стандарта IEEE 1284.
7Какие уровни интерфейсной совместимости определяет IEEE 1284?
8Перечислите новые стандарты IEEE 1284.
9Опишите способы последовательной передачи сигналов.
10Опишите реализацию последовательного интерфейса на физическом уровне.
11Опишите назначение интерфейса RS-232C.
12Опишите особенности электрическогоинтерфейса RS-232C.
13Для чего используют СОМ-порты.
14Опишите использование СОМ-порта для беспроводных коммуникаций.
15Опишите конфигурирование СОМ-портов.
Конец формы
Наряду с параллельным портом COM-порт, или последовательный порт является одним из традиционных портов ввода-вывода компьютера, использовавшимся еще в первых ПК. Хотя в современных компьютерах COM-порт имеет ограниченное применение, тем не менее, информация о нем, возможно, будет полезной многим пользователям.
Последовательный порт, как и параллельный, появился задолго до появления персональных компьютеров архитектуры IBM PC. В первых персоналках COM-порт использовался для подсоединения периферийных устройств. Однако сфера его применения несколько отличалась от сферы применения параллельного порта. Если параллельный порт использовался в основном для подключения принтеров, то COM-порт (кстати, приставка COM – это всего лишь сокращение от слова communication) обычно применялся для работы с телекоммуникационными устройствами, такими, как модемы. Тем не менее, к порту можно подключить, например, мышь, а также другие периферийные устройства.
COM-порт, основные сферы применения:
- Подключение терминалов
- ~ внешних модемов
- ~ принтеров и плоттеров
- ~ мыши
- Прямое соединение двух компьютеров
В настоящее время сфера применения СОМ-порта значительно сократилась благодаря внедрению более быстрого и компактного, и, кстати, тоже последовательного, интерфейса USB. Почти вышли из употребления внешние модемы, рассчитанные на подключение к порту, а также «COM-овские» мыши. Да и редко кто теперь соединяет два компьютера при помощи нуль-модемного кабеля.
Тем не менее, в ряде специализированных устройств последовательный порт до сих используется. Можно найти его и на многих материнских платах. Дело в том, что по сравнению с USB COM-порт имеет одно важное преимущество – согласно стандарту последовательной передачи данных RS-232, он может работать с устройствами на расстоянии в несколько десятков метров, в то время как радиус действия кабеля USB, как правило, ограничен 5 метрами.
Принцип работы последовательного порта и его отличие от параллельного
В отличие от параллельного (LPT) порта, последовательный порт передает данные побитно по одной-единственной линии, а не по нескольким одновременно. Последовательности битов группируются в серии данных, начинающиеся стартовым битом и кончающиеся стоповым битом, а также битами контроля четности, использующимися для контроля ошибок. Отсюда происходит и еще одно английское название, которое имеет последовательный порт – Serial Port.
Последовательный порт имеет две линии, по которым передаются собственно данные – это линии для передачи данных от терминала (ПК) к коммуникационному устройству и обратно. Кроме того, существует еще несколько управляющих линий. Обслуживает Serial port специальная микросхема UART, которая способна поддерживать относительно высокую скорость передачи данных, достигающую 115 000 бод (байт/с). Правда, стоит отметить, что реальная скорость обмена информацией зависит от обоих коммуникационных устройств. Кроме того, в функции контроллера UART входит преобразование параллельного кода в последовательный и обратно.
Порт использует электрические сигналы сравнительного высокого напряжения – до +15 B и -15 В. Уровень логического нуля последовательного порта составляет +12 В, а логической единицы – -12 В. Такой большой перепад напряжений позволяет гарантировать высокую степень помехоустойчивости передаваемых данных. С другой стороны, используемые в Serial port высокие напряжения требуют сложных схемотехнических решений. Это обстоятельство также поспособствовало снижению популярности порта.
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 |
Конфигурирование и прерывания
Поскольку в компьютере может быть несколько последовательных портов (до 4), то в системе для них выделяется два аппаратных прерывания - IRQ 3 (COM 2 и 4) и IRQ 4 (COM 1 и 3) и несколько прерываний BIOS. Многие коммуникационные программы, а также встроенные модемы используют для своей работы прерывания и адресное пространство портов COM. При этом обычно применяются не реальные порты, а так называемые виртуальные порты, которые эмулируются самой операционной системой.
Как и в случае многих других компонентов материнской платы, параметры работы портов COM, в частности, значения прерываний BIOS, соответствующих аппаратным прерываниям, можно настроить через интерфейс BIOS Setup. Для этого используются такие опции BIOS, как COM Port, Onboard Serial Port, Serial Port Address, и т.п.
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.
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
