Interfejsy komputerowe. Dla DSI II

Transkrypt

1 Interfejsy komputerowe Dla DSI II

2 Standard RS 232C Port szeregowy, określany także pochodzącym od nazwy specyfikacji terminem RS-232 lub po prostu COM, ma już 40-letnią historię. Chociaż ponad 10 lat temu opracowane i zatwierdzone zostało kolejne jego wcielenie (RS-232D), to dzisiaj ciągle najczęściej stosowana jest pochodząca z 1969 roku wersja "C". Port szeregowy umożliwia dwukierunkową wymianę danych albo w trybie półdupleksowym, w którym informacje płyną naprzemiennie - raz od komputera, raz od urządzenia zewnętrznego, albo w pełnym dupleksie (jedno i drugie urządzenie transmituje jednocześnie). Informacje podczas transmisji szeregowej przekazywane są do odbiorcy jedną linią sygnałową, bit po bicie. Dlatego też zwyczajowo szybkość przesyłania danych wyznaczana jest w bodach, czyli bitach na sekundę. Transmisja odbywa się z wykorzystaniem złączy DB-9 lub DB-25. Ze względów oszczędnościowych obecnie na płytach głównych nie spotyka się już "szerokich" gniazdek DB-25. Najczęściej na tylnym panelu komputera znajdziemy dwa lub jedno dziewięciopinowe złącze portu szeregowego. Zapewniana przez RS-232C prędkość jest całkowicie wystarczająca dla modemów analogowych, pracujących z maksymalną prędkością bitów/s. W przeszłości za jego pomocą podłączano także myszki, a nawet łączono ze sobą komputery. Obecnie, ze względu na ograniczony transfer RS-232C, nie jest wykorzystywany do połączeń ze współczesnymi urządzeniami, które korzystają z szybszego interfejsu jakim jest USB.

3 Standard RS 232C Numer 9 pin 25 pin Kierunek DCE > DTE DCE > DTE DCE < DTE DCE < DTE Oznaczenie DCD RxD TxD DTR 5 7 DCE DTE GND Nazwa angielska Data Carrier Detected Receive Data Transmit Data Data Terminal Ready Signal Ground Nazwa polska sygnał wykrycia nośnej odbiór danych transmisja danych gotowość terminala 1) masa 6 6 DCE > DTE DSR Data Set Ready gotowość "modemu" 1) 7 4 DCE < DTE RTS Request to Send Data żądanie wysyłania 8 5 DCE > DTE CTS Clear to Send Data gotowość wysyłania Widok gniazda PC (męskiego) typu DB-9 od strony wtyczki 9 22 DCE > DTE RING Ring indicator wskaźnik dzwonka 9-19; 21; NC nie wykorzystane 2)

4 Obsługa portów COM Układ UART (Uniwersal Asynchronous Receiver/Transmitter) konwertuje sygnały szeregowe na równoległe i odwrotnie. W nowszych płytach głównych obsługę portów komunikacyjnych zapewniają układ Super I/O lub chipset, w których zintegrowano układy UART. Najnowsze wersje portów szeregowych umożliwiają przesyłanie danych z prędkością do b/s

5 Łącze równoległe (LPT) Tryb pracy LPT - Standard Parallel Port (SPP) - zapewnia transfer z prędkością do 150 KB/s w kierunku z komputera do drukarki oraz z szybkością o połowę mniejszą w drugą stronę. W założeniu drukarka nie potrzebowała do wymieniania danych o swoim statusie pełnego pasma, wobec czego pozostawiono jej do dyspozycji jedynie cztery z ośmiu linii. Szybko okazało się jednak, że interfejs równoległy znalazł kolejne zastosowania, między innymi do łączenia dwóch komputerów, wobec czego powyższe ograniczenie stało się nieco kłopotliwe. Problem rozwiązał IBM w pecetach klasy PS/2, umożliwiając transmisję dwukierunkową z wykorzystaniem wszystkich linii sygnałowych. Pasmo o przepustowości 150 KB/s zapewniało przez pewien okres rozsądną szybkość, jednak rosnące zapotrzebowanie na większy transfer skłoniło firmy Intel, Zenith i Xircom do opracowania rozszerzonej wersji interfejsu równoległego - EPP (Enhanced Parallel Port). Dzięki zastosowaniu sprzętowej kontroli przepływu danych skróceniu poddane zostały wszelkie operacje związane z negocjacją parametrów połączenia, co odciążyło CPU, a prędkość transferu wzrosła do ponad 1 MB/s (w sprzyjających warunkach nawet do 3 MB/s). Takie parametry otworzyły przed EPP całkiem nowe zastosowania takie jak współpraca z napędami pamięci masowej - dyskami twardymi, napędami optycznymi i taśmowymi (streamerami) - czy ze skanerami

6 Łącze równoległe (LPT) Line Print Terminal Magistrala tego interfejsu składa się z: 9 linii danych, 4 linii sterujących i 5 linii statusu. Nie zawiera linii zasilających. Linie magistrali są dwukierunkowe (w standardzie Centronics jednokierunkowe), poziomy sygnałów na liniach odpowiadają poziomom TTL. LPT zapewnia transmisję na odległość do 5 metrów, jeśli przewody sygnałowe są skręcane z przewodami masy, w przeciwnym przypadku na odległość do 2 metrów. Transmisja danych odbywa się z potwierdzeniem, z maksymalną prędkością ok. 2 MB/s. LPT nie oferuje funkcjonalności hot plug, odłączenie kabla od portu przy włączonym zasilaniu w niektórych przypadkach spowoduje uszkodzenie układu odpowiedzialnego za transmisję równoległą.

7 Tryby pracy portu LPT W 1994 opracowano specyfikację IEEE 1284, w której zdefiniowano standardy wymiany informacji między komputerem a urządzeniami peryferyjnymi. Są to: SPP standardowy port równoległy- dane z PC do urządzenia przesyłane są w trybie jednobajtowym, a z urządzenia do PC w trymie półbajtowym. SPP umożliwia transfer do 50 KB/s Bi-Directional dwukierunkowy wprowadzono dadatkwy bit kierunku sygnalizacji umożliwia transfer danych 8-bitowymtrybie w obu kierunkach. Max transfer to 150 KB/s EPP rozszerzony port równoległy, opracowany przez Intel, umożliwia obsługę urządzeń takich jak napędy optyczne, stacje dysków, skanery itp. Max transfer dochodzi do 3MB/s ECP rozszerzony tryb portu, opracowany przez Microsoft i HP, umożliwia transfer bliski 3MB/s do obsługi drukarek i skanerów, ale nie dla urządzeń peryferyjnych dla komputerów przenośnych

8 Mechanizm Plug and Play Mechanizm podłącz i używaj wdrożony przez Microsoft wraz z Windows 95, pozwala na automatyczne wykrycie podłączonego urządzenia i zainicjowanie instalacji oprogramowania sterującego. Obsługa PnP musi być zaimplementowana w BIOS-ie płyty głównej urządzeniach fizycznych i systemie operacyjnym. Główne zadania PnP: Wykrywanie urządzenia Automatyczna alokacja zasobów Instalowanie sterowników Współpraca z mechanizmami zarządzania energią w celu bezpiecznego podłączenia i odłączania urządzenia Hot Swap/Hot Plugging

9 PS/2 Złącza COM (RS 232C) nie są jedynymi portami szeregowymi, które standardowo wchodzą w skład produkowanych obecnie płyt głównych. Oprócz nich z tej samej metody transmisji korzystają także gniazda PS/2 (zastosowane pierwotnie w komputerach IBM PS/2 - stąd nazwa), służące do podłączenia zgodnej z nimi klawiatury, a także myszy lub innego urządzenia wskazującego. Komunikacja za ich pomocą może się odbywać w trybie półdupleksowym (czyli naprzemiennie w obie strony), przy czym ze względu na sposób synchronizowania jest ona dość specyficznym połączeniem obu opisanych wcześniej metod transmisji szeregowej. Komunikacja pomiędzy myszą lub klawiaturą i kontrolerem odbywa się w trybie synchronicznym, jednak 11-bitowe ramki danych obudowane są dodatkowymi informacjami charakterystycznymi dla trybu asynchronicznego. Można by to uznać za niepotrzebne dublowanie funkcjonalności, ale ma to sens. Synchronizowanie transmisji zgodnie z przesyłanym równolegle sygnałem zegarowym pozwala na dynamiczne zmiany prędkości transmisji, a uporządkowana forma ramek gwarantuje łatwą interpretację przesyłanych informacji. Za komunikację po stronie komputera odpowiada dwukanałowy kontroler zgodny z układem Intel 8042, po stronie współpracującego z nim urządzenia - mikrokontroler Intel 8049 lub kompatybilny. Dość ciekawie wygląda sposób przełączania kierunku przesyłania danych. Mysz i klawiatura są z założenia urządzeniami przeznaczonymi do wysyłania informacji. W przypadku gdy zachodzi konieczność przesłania danych od komputera, wymusza on na liniach sygnałowej i zegarowej stan logicznego zera, który zabrania drugiej stronie nadawania, i informuje o tym, że ma się one przełączyć na "odbiór".

10 PS/2 Pin Nazwa Funkcja 1 +DATA Dane 2 Reserved Zarezerwowane* 3 GND Masa 4 Vcc 5 +CLK Zegar zasilanie +5V prądem stałym o natężeniu do 100mA Kolorowe oznaczenia złączy PS/2 (fioletowe dla klawiatur i zielone dla myszy). 6 Reserved Zarezerwowane**

11 USB (Universal Serial Bus) Pojawienie się USB (Universal Serial Bus) można nazwać "aksamitną" rewolucją, gdyż zmiany, jakie wprowadził nowy standard, nie były gwałtowne, ale ich skutki są dalekosiężne i nie sposób ich nie docenić. Magistrala USB jest naturalną konsekwencją rozwoju komputerowych interfejsów. W jej założeniach nacisk położony został już nie tylko na poprawienie samych transferów, ale również na inne aspekty - przede wszystkim wygodę użytkowania (np. możliwość podłączania urządzeń w trakcie pracy komputera) Podstawową wadą starszych portów była reguła: "jeden port - jedno urządzenie". Interfejs USB znosi to ograniczenie przez wprowadzenie koncentratorów, czyli rozgałęziaczy, dzięki którym możliwe jest jednoczesne podłączenie do pojedynczej magistrali USB do 127 różnych urządzeń. Urządzenia USB możemy podzielić na trzy grupy ze względu na zgodność z przyjętymi specyfikacjami: 1.1 Urządzenia spełniające warunki tej specyfikacji mogą pracować z prędkościami 1.5 Mb/s ( MB/s) lub 12 Mbit/s (1.5 MB/s) (1998 r.) 2.0 Urządzenia zgodne z warunkami nowej specyfikacji mogą pracować z prędkością 480 Mb/s (60 MB/s). Ale w praktyce uzyskują jedynie prędkość 320 Mb/s (40MB/s). Urządzenia w standardzie USB 2.0 są w pełni kompatybilne ze starszymi urządzeniami (2000 r.) 3.0 Urządzenia zgodne z warunkami nowej specyfikacji mogą pracować z prędkością 4,8 Gb/s (600 MB/s) (2008 r.)

12 USB (Universal Serial Bus) Typy wtyków USB Typ A Typ B Typ mini

13 Koncentrator USB Koncentratory pasywne nie maja własnego źródła zasilania, czerpią prąd z głównego koncentratora USB (max. obciązenie to 2,5W), są stosowane dla urządzeń o małym poborze mocy: myszy, klawiatury, kamery internetowe Koncentratory aktywne maja własne źródła zasilania dzięki czemu można podłączać urządzenia o większym poborze mocy, na przykład skanera pasywnego

14 USB (Universal Serial Bus) Transmisja elektryczna Transmisja odbywa się przy wykorzystaniu dwóch przewodów (zielonego Data+ i białego Data-). Magistrala zawiera również linię zasilającą (czerwony (+5VDC) i czarny (masa) przewód) o napięciu 5 V i maksymalnym poborze prądu 0,5 A. W starszych płytach głównych występuje zamiast czterech pięć styków dla każdego gniazda USB; piąty styk należy połączyć z czarnym przewodem GND płytki z gniazdem. Przewód Nr Sygnał Opis czerwony 1 VDC lub VCC zasilanie +5 V (maks. 0,5 A) biały albo żółty 2 transmisja danych D- zielony 3 transmisja danych D+ czarny 4 GND masa

15 USB (Universal Serial Bus) Praca w sieci Jedną z ważniejszych cech portu USB jest zgodność z Plug and Play. Urządzenia w tym standardzie można łączyć ze sobą tworząc sieć. W całej sieci można podłączyć do 127 urządzeń USB, jednak ze względu na pobór mocy ich liczbę trzeba ograniczyć. W jednej sieci mogą pracować urządzenia o różnych prędkościach transmisji. Magistrala wymaga obecności dokładnie jednego kontrolera magistrali, którego rolę pełni komputer (host). Uniemożliwia to bezpośrednie połączenie dwóch komputerów (wymagany przewód ze specjalnym układem) oraz bezpośrednie połączenie ze sobą urządzeń peryferyjnych (brak kontrolera)

16 FireWire FireWire jest interfejsem opracowanym przez Apple i określanym także mianem i.link (Sony). W odróżnieniu od USB FireWire nie potrzebuje do pracy komputera. Pomyślano go jako standard komunikacji pomiędzy urządzeniami multimedialnymi, a więc cyfrowymi kamerami wideo i aparatami fotograficznymi, drukarkami i innymi. IEEE-1394 zapewnia transfery na poziomie do 400 Mbit/s i może obsłużyć do 63 urządzeń. Sieć urządzeń FireWire może mieć "kształt" drzewa (czyli podobny do USB) lub gwiazdy. Jeżeli istnieje zapotrzebowanie na większą od 63 liczbę "punktów styku", możliwe jest zmostkowanie do 1023 magistral IEEE-1394.

17 FireWire Dzięki FireWire możliwe staje się szybkie kopiowanie filmów zapisanych w technice DV, zapisywanie tych filmów na dyskach DVD przez odpowiednie urządzenia stacjonarne czy bezpośrednie drukowanie zdjęć z aparatu fotograficznego. Interfejs 1394, zastosowany w świecie pecetów, pozwala dodatkowo na podłączanie wydajnych mobilnych dysków twardych czy nawet budowanie sieci komputerowych. FireWire odmiennie niż USB zarządza magistralą nie wymaga kontrolera magistrali czyli hosta. W standardzie USB magistralą zarządza kontroler (host), na jednej magistrali może pracować tylko jeden host i jest nim zawsze komputer.

18 FireWire W FireWire urządzenia są równouprawnione, co pozwala na transmisję bezpośrednio pomiędzy urządzeniami dołączonymi do magistrali, bez pośrednictwa komputera. Dzięki temu możliwe jest z jednej strony łączenie przy pomocy magistrali FireWire kilku komputerów ze sobą, z drugiej strony możliwa jest bezpośrednia komunikacja między urządzeniami, na przykład przesyłanie danych pomiędzy skanerem i drukarką bez używania pamięci lub procesora komputera.

19 FireWire Gniazdo FireWire wewnątrz komputera 6-pinowy wtyk FireWire

20 Port podczerwieni (IrDA) IrDA ( ang. Infrared Data Association) bezprzewodowy standard komunikacyjny. wykorzstujący do transmisji danych fale świetlne w zakresie podczerwieni. Jego elementy przeznaczone są przede wszystkim do tworzenia sieci tymczasowych i na stosunkowo krótkim odcinku. Są to: komputery przenośne (laptopy, palmtopy), telefony komórkowe. Standard ten charakteryzuje się: prostą i tanią implementacją, małym poborem mocy, połączeniami bezpośrednimi typu punkt-punkt, wydajnym i pewnym transferem danych. Podstawowe usługi, wymienione w opisie systemu obejmują: transfer plików między komputerami, drukowanie, dostęp do zasobów sieci przewodowej, transmisja danych i mowy między komputerem a telefonem komórkowym, sterowanie urządzeniami telekomunikacyjnymi.

21 Port podczerwieni (IrDA) Parametr Podczerwień Typ połączenia Liczba kanałów Właściwości nm punkt-punkt Jeden do transmisji danych Prędkość transmisji Zasięg i typ transmisji Maksymalna liczba aktywnych urządzeń Multipleksacja obowiązkowo: 9,6 kb/s, opcjonalnie: 19,2 kb/s. 38,4 kb/s. 57,6 kb/s, 115,2 kb/s (IrDA 1.0 lub 1.1) oraz 0,576 Mb/s, 1,152 Mb/s, 4 Mb/s (IrDA 1.1) do 1 m; urządzenia muszą się "widzieć"; kąt wiązki transmisji 30 2 połączenia przestrzenna Port IrDA podłączany do komputera przy pomocy gniazda USB Bezpieczeństwo na poziomie łącza Emulacja portu szeregowy + równoległy

22 Bluetooth Bluetooth (ang. "niebieski ząb ) - darmowy standard opisany w specyfikacji IEEE Jest to technologia bezprzewodowej komunikacji krótkiego zasięgu pomiędzy różnymi urządzeniami elektronicznymi, (klawiatura, komputer, laptop, palmtop, telefon komórkowy i inne). Specyfikacja informuje o zasięgu około 10 m, choć w praktyce, w otwartym terenie, może on wynieść nawet do 200 m. Używa fal radiowych w paśmie ISM 2,4 GHz (pasmo ,5 MHz). Urządzenie umożliwiające wykorzystanie tej technologii to Bluetooth Adapter. Nazwa technologii pochodzi od przydomka króla duńskiego Haralda Sinozębego (Blåtand), który ok. roku 970 podporządkował sobie Norwegię i tym samym przyczynił się do zjednoczenia rywalizujących plemion z Danii i Norwegii.

23 Bluetooth Podstawową jednostką technologii Bluetooth jest pikosieć (ang. piconet), która zawiera węzeł typu master oraz maksymalnie 7 węzłów typu slave. Wiele pikosieci może istnieć w jednym pomieszczeniu, a nawet mogą być ze sobą połączone przy pomocy węzła typu bridge, jak pokazano na rysunku. Połączone ze sobą pikosieci określa się mianem scatternet.

24 Bluetooth W jednej pikosieci może pracować do 255 węzłów, pozostających w stanie synchronizacji z urządzeniem typu master. Urządzenia te nie uczestniczą w wymianie danych. Mogą tylko otrzymać sygnał aktywacyjny lub nawigacyjny od węzła typu master. Istnieją jeszcze dwa przejściowe stany hold oraz sniff. Przyczyna podziału węzłów na master i slave jest minimalizacja kosztów technologii. Konsekwencją tego jest fakt, że węzły typu slave są w 100% podporządkowane węzłom master. Pikosieć jest scentralizowanym systemem TDM, urządzenie master kontroluje zegar i określa, które urządzenie i w którym slocie czasowym może się z nim komunikować. Wymiana danych może nastąpić tylko pomiędzy węzłem master i slave.

25 Porównanie opisanych interfejsów RS-232 PS/2 SPP EPP/ECP USB 1.1 USB 2.0 Maks. transfer 115 kbit/s Brak danych 150 KB/s do 3 MB/s 1,5 lub 12 Mbit/s 1,5, 12 lub 480 Mbit/s Maks. liczba jedno na każdy jedno na każdy jedno na każdy jedno na każdy do 127 na każdą do 127 na każdą urządzeń port port port port magistralę magistralę (przy użyciu hubów) FireWire IEEE , 200, 400 Mbit/s do 63 (bez użycia hubów) Liczba portów w komputerze Rodzaj złącza (wtyczka) DB-9 lub DB-25 DIN-6 Centronics Centronics USB typu A i typu B USB typu A i typu B IEEE pin lub 6-pin Samodzielne nie tak nie nie tak tak tak zasilanie urządzeń Hot plugging nie nie nie nie tak tak tak Najczęstsze zastosowania modemy, aparaty cyfrowe, MP3, telefony komórkowe klawiatury, myszki, zasilanie prostych urządzeń drukarki drukarki, skanery, mobilne pamięci masowe, łączenie PC klaw., myszy, joysticki, kamery int., skanery, drukarki, modemy pamięci masowe, urządzenia audiowideo pamięci masowe, urządzenia audiowideo, łączenie PC

26 KONIEC