Основными средствами коммуникации, используемыми в PC, являются последовательные и параллельные порты. К последовательным портам чаще подключаются двунаправленные устройства, которые должны как передавать информацию в компьютер, так и принимать ее.
Параллельные порты обычно используются для подключения принтеров и работают в однонаправленном режиме, хотя могут применяться и как двунаправленные. Некоторые фирмы выпускают программы, предназначенные для организации высокоскоростной передачи данных между компьютерами через последовательные или параллельные порты. Версии этих программ передачи файлов были включены еще в DOS версии 6.0 и выше (Interlink) и в Windows 9x. Существуют версии сетевых адаптеров, накопителей на магнитной ленте, сканеров, дисководов для гибких дисков и CD-ROM, которые также подключаются к параллельным портам.
Последовательные порты
Асинхронный последовательный интерфейс — это основной тип интерфейса, с помощью которого осуществляется взаимодействие между компьютерами. Термин асинхронный означает, что при передаче данных не используются никакие синхронизирующие сигналы и отдельные символы могут передаваться с произвольными интервалами, как, например, при вводе данных с клавиатуры.
Каждому символу, передаваемому через последовательное соединение, должен предшествовать стандартный стартовый сигнал, а завершать его передачу должен стоповый сигнал. Стартовый сигнал — это нулевой бит, называемый стартовым битом. Он должен сообщить принимающему устройству о том, что следующие восемь битов представляют собой байт данных. После символа передаются один или два стоповых бита, сигнализирующие об окончании передачи символа. В принимающем устройстве символы распознаются по появлению стартовых и стоповых сигналов, а не по моменту их передачи. Асинхронный интерфейс ориентирован на передачу символов (байтов), а при передаче используется примерно 20% информации только для идентификации каждого символа.
Термин последовательный означает, что передача данных осуществляется по одиночному проводнику, а биты при этом передаются последовательно, один за другим. Такой тип связи характерен для телефонной сети, в которой каждое направление обслуживает один проводник. Многие компании выпускают дополнительные последовательные порты для компьютеров, обычно эти порты устанавливаются на многофункциональных платах или на плате с параллельным портом.
К последовательным портам можно подключить самые разнообразные устройства: модемы, плоттеры, принтеры, сканеры, другие компьютеры, устройства считывания штрих-кода или схему управления устройствами. В основном во всех устройствах, для которых необходима двунаправленная связь с компьютером, используется ставший стандартом последовательный порт RS-232C (Reference Standard number 232 revision C — стандарт обмена номер 232 версии С), который позволяет передавать данные между несовместимыми устройствами.
В официальных технических требованиях рекомендуется максимальная длина кабеля не более 15 м. Ограничивающим фактором является полная емкость кабеля и входных контуров интерфейса. Максимальная емкость определена как 2 500 пФ. Специально разработаны кабели с малой емкостью, их длина может достигать 150 м и больше. Есть также драйверы линии (усилители/повторители (репитеры)), которые позволяют еще больше увеличить длину кабеля.
Назначение выводов 9-контактного разъема последовательного порта ----------------------------------------------------------------- Вывод Сигнал Описание Тип вывода ----------------------------------------------------------------- 1 CD Обнаружение несущего сигнала Вход 2 RD Принимаемые данные Вход 3 TD Передаваемые данные Выход 4 DTR Готовность терминала Выход 5 SG Общий сигнал - 6 DSR Готовность данных к передаче Вход 7 RTS Запрос передачи Выход 8 CTS Готовность внешнего устройства к приему Вход 9 RI Индикатор вызова Вход -----------------------------------------------------------------
Назначение выводов 25-контактного разъема последовательного порта ----------------------------------------------------------------- Вывод Сигнал Описание Тип вывода ----------------------------------------------------------------- 1 - Корпус - 2 TD Передаваемые данные Выход 3 RD Принимаемые данные Вход 4 RTS Запрос передачи Выход 5 CTS Готовность внешнего устройства к приему Вход 6 DSR Готовность данных к передаче Вход 7 SG Общий сигнал - 8 CD Обнаружение несущего сигнала Вход 9 - Токовый выход передатчика (+) Выход 11 - Токовый выход передатчика (-) Выход 18 - Токовый вход приемника (+) Вход 20 DTR Готовность терминала Выход 22 RI Индикатор вызова Вход 25 — Токовый вход приемника (-) Вход -----------------------------------------------------------------
Соответствие выводов между 9- и 25-контактными разъемами ---------------------------------------------------------------------------- 9-контактный | 25-контактный | Сигнал - Описание разъем | разъем | ---------------------------------------------------------------------------- 1 8 CD - Carrier Detect - Обнаружение несущего сигнала 2 3 RD - Receive Data - Принимаемые данные 3 2 TD - Transmit Data - Передаваемые данные 4 20 DTR - Data Terminal - Ready - Готовность терминала 5 7 SG - Signal Ground - Общий сигнал 6 6 DSR - Data Set Ready - Готовность данных к передаче 7 4 RTS - Request To Send - Запрос передачи 8 5 CTS - Clear To Send - Готовность внешнего устройства к приему 9 22 RI - Ring Indicator - Индикатор вызова ----------------------------------------------------------------------------
В системах Macintosh используется аналогичный последовательный интерфейс, называемый RS-422. Большинство современных внешних модемов могут взаимодействовать как с RS-232, так и с RS-422, но лучше убедиться, что внешний модем, который вы устанавливаете, рассчитан именно на ваш тип компьютера.
Микросхема UART
Основой любого последовательного порта является микросхема UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter - универсальный асинхронный приемник/передатчик). С ее помощью осуществляется управление преобразованием данных из принятого от компьютера параллельного формата в последовательный и наоборот.
В настоящее время фирмы-производители предлагают несколько видов микросхем UART. В первых компьютерах PC и XT применялась микросхема UART 8250, которая до сих пор устанавливается на многих дешевых платах последовательных портов. В компьютерах PC/AT (и в других компьютерах на базе процессора 286 и последующих) используется микросхема UART 16450. Единственное различие между этими двумя микросхемами связано с обеспечением высокоскоростного обмена данными: микросхема 16450 лучше приспособлена для этих целей.
Микросхема UART 16550 была первой схемой последовательного порта, которая использовалась в компьютерах PS/2. Она могла работать так же, как и микросхемы 8250 и 16450, но содержала еще и 16-байтовый буфер, позволяющий передавать данные с более высокой скоростью. Буфер использовался по принципу FIFO (First In/First Out, т.е. первым пришел — первым ушел). К сожалению, эта схема имела существенные недостатки, связанные именно с работой буфера. Они были устранены в микросхеме UART 16550A. В настоящее время фирма National Semiconductor выпускает микросхему UART 16550D.
Микросхема UART 16550A совместима по контактам с UART 16450. Если у вас установлена микросхема UART 16450, то, заменив ее UART 16550, вы сможете повысить производительность последовательного интерфейса.
Лучше использовать последовательный порт, в котором установлена быстродействующая и надежная микросхема 16550А. Впрочем, в большинстве современных системных плат последовательные порты вместе с микросхемой UART встроены в микросхему Super I/O. Если же вы не знаете, какая именно микросхема установлена в вашем компьютере, выясните это с помощью диагностической программы, поставляемой с операционной системой.
Если у вас установлена Windows98/Me, то для получения информации о микросхеме UART щелкните на кнопке Пуск (Start), затем выберите команду Настройка/Панель управления (Settings/Confrol Panel), щелкните на пиктограмме Модемы (Modems), появится диалоговое окно Свойства: Модемы (Modem: Properties). В нем выберите вкладку Диагностика (Diagnostics) и щелкните на кнопке Дополнительно (More). Появится одноименное диалоговое окно, в котором будут указаны параметры порта, включая и тип микросхемы UART. Если к порту подключен модем, то вы увидите также информацию о модеме.
Основным разработчиком этих микросхем является компания National Semiconductor (NS). Однако, даже если ваша микросхема UART выпущена другой компанией, она совместима с одной из микросхем данного вида, выпускаемых NS (вероятнее всего, с 16550). Следует убедиться лишь в том, что ваша микросхема имеет 16-байтовый буфер FIFO, поскольку именно этот буфер содержится в микросхемах NS 16550.
Далее приведен список стандартных микросхем UART, используемых в персональных компьютерах.
8250В
Последняя модификация 8250, в которой исправлены недостатки двух предшествующих. Присущая микросхеме 8250 особенность выдавать ошибочные прерывания, в расчете на которую строились процедуры BIOS компьютеров PC и XT, в этой микросхеме восстановлена, что делает ее наиболее подходящей для последовательных портов, устанавливаемых в компьютерах PC и XT. Микросхема 8250В может также работать в системах AT под управлением DOS, однако скорость обмена 9 600 бит/с ей недоступна.
16450
Разработана для компьютеров AT IBM как наиболее быстродействующая модификация микросхемы 8250. Поскольку в микросхеме 16450 был исправлен недостаток в регистре разрешения прерываний, ее нельзя устанавливать в компьютерах PC и XT, рассчитанных на этот дефект. Для нормального функционирования последовательных портов в OS/2 необходима, как минимум, микросхема 16450, иначе последовательный порт не будет работать корректно. В микросхему добавлен высокоскоростной регистр в качестве старшего регистра. Микросхема 16450 используется в основном в компьютерах AT, так как обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем 8250В.
16550
Улучшенный вариант микросхемы 16450. Из-за просчетов разработки ее нельзя использовать в режиме с буфером FIFO, но программисты могут воспользоваться несколькими каналами прямого доступа к памяти, что повышает пропускную способность AT и более мощных систем. Настоятельно советую вам заменить UART 16550 микросхемой 16550А.
16550А
Быстродействующий вариант 16450 со встроенным (и работоспособным) 16-байтовым буфером FIFO, работающим в режиме как приема, так и передачи. Также может работать с несколькими каналами DMA. Эту микросхему устанавливают на платах последовательных портов, предназначенных для высокоскоростного обмена данными (более 9 600 бит/с). Если в вашей коммуникационной программе используется FIFO (что наиболее вероятно), то применение микросхемы 16550А позволит существенно повысить скорость обмена (до 115 Кбит/с) и избежать при этом потери символов.
16650
Несколько компаний выпускают микросхемы 16650 и 16750, совместимые с 16550, с увеличенным объемом буфера — 32 и 64 байта соответственно. Увеличенный объем буфера позволяет повысить скорость обмена до 230 и 460 Кбит/с. Эти микросхемы используются в более высокоскоростных устройствах, например адаптерах ISDN.
Высокоскоростные последовательные порты
Некоторые производители коммуникационного оборудования значительно улучшили скоростные качества модемов с помощью ускоренной передачи последовательных данных, которая стала возможной после разработки портов Enhanced Serial Ports (ESP) и Super High Speed Serial Ports. Эти порты позволяют модемам, работающим со скоростью 28 800 бит/с, обмениваться данными с компьютерами, работающими со скоростью до 921,6 Кбит/с.
Высокая скорость обмена данными через порт обеспечивается благодаря увеличению объема буфера. Как правило, эти порты построены на следующих микросхемах: UART 16550AF (или ее эмуляторе со спаренными буферами объемом 1 024 байт и встроенным управлением потоком данных), 16650 и 16750. Использование подобных портов может принести огромную выгоду, если и на передающем и на принимающем компьютерах установлены порты ESP. В этом случае скорость передачи данных может составлять 230 или 460 Кбит/с, что особенно важно при подключении к линиям ISDN.
Поскольку потребность в дополнительных устройствах, подключаемых к последовательным портам, постоянно растет, многим пользователям недостаточно двух стандартных портов COM, встроенных в наиболее современные системные платы. Поэтому созданы многопортовые платы с последовательными портами. Эти платы обычно имеют от 2 до 32 портов. Причем часто с их помощью достигается более высокая скорость передачи данных (в бодах), чем через стандартный последовательный порт.
В большинстве многопортовых плат с последовательными портами используются стандартные микросхемы 16550 UART с процессором (обычно 80?86) и некоторая память. Эти платы могут несколько улучшить эксплуатационные показатели, потому что процессор специально предназначен для последовательной обработки информации. Однако это далеко не лучший метод повышения эффективности.
Большинство микросхем UART, используемых в PC-совместимых системах, либо выпущены самой фирмой National Semiconductor, либо являются точной копией аналогичной микросхемы этой фирмы. Определить такую микросхему легко: необходимо найти самую большую микросхему на плате последовательного порта и прочесть написанный на ней номер. Если микросхемы UART устанавливаются в гнезда, то заменить их довольно просто. Микросхемы UART в вашей системе можно модернизировать, купив плату ввода-вывода или внутренний модем, в котором установлена микросхема 16550А.
Микросхему 16550А выпускает несколько фирм, но первой была National Semiconductor. Полный номер микросхемы этой фирмы — NS16550AN или NS16550AFN в 40-контактном корпусе DIP. Обязательно убедитесь в том, что на плате установлена именно микросхема 16550А (или более поздняя версия, например NS16550D), а не предыдущая модификация 16550.
Конфигурация последовательных портов
Поступление в последовательный порт каждого очередного байта должно обязательно "привлекать внимание" компьютера. Осуществляется это подачей сигнала на линию запроса прерывания (IRQ). В 8-разрядной системной шине ISA предусмотрено восемь таких линий, а в 16-разрядной ISA— 16. Обычно запросы IRQ обслуживает микросхема контроллера прерываний типа 8259: в стандартной конфигурации для порта COM1 предназначена линия IRQ 4, а для порта COM2 — линия IRQ 3.
При установке в компьютер последовательный порт необходимо настроить для использования конкретного адреса порта ввода-вывода и прерывания IRQ. Лучше всего при этом использовать стандарты, принятые для последовательных портов.
Стандартные адреса ввода-вывода и прерывания для последовательных портов -------------------------------------- Имя порта Адрес порта Прерывание -------------------------------------- СОМ1 3F8h-3FFh IRQ 4 COM2 2F8h-2FFh IRQ 3 COM3 3E8h-3EFh IRQ 4* COM4 2E8h-2EFh IRQ 3* --------------------------------------
* Хотя порты COM3 и COM4 могут совместно с портами COM1 и COM2 использовать прерывания IRQ 3 и IRQ 4, не рекомендуется конфигурировать порты таким образом. Если необходимы дополнительные последовательные порты, то лучше установить COM3 на IRQ 5 или IRQ 10, а COM4 — на IRQ 11 (конечно, если эти прерывания IRQ не используются другими адаптерами).
Если вы, кроме стандартных COM1 и COM2, устанавливаете еще и дополнительные последовательные порты, обязательно убедитесь, что они используют уникальные номера прерываний, не вызывающие конфликтов. При установке адаптера последовательных портов проверьте, не используются ли прерывания IRQ 3 и IRQ 4.
В Windows 9x добавлена поддержка 128 последовательных портов. Это позволяет с помощью многопортовых плат комплектовать и совместно использовать данные от нескольких устройств через один разъем и одно прерывание.
Тестирование последовательных портов
Последовательные и параллельные порты можно протестировать программным или аппаратно-программным способом. Программные тесты выполняются с помощью специальных программ, например MSD, а аппаратно-программные — с помощью разъемов-заглушек, подключаемых к портам.
Программа Microsoft Diagnostics (MSD)
Диагностическая программа MSD входит в MS DOS 6.x, Microsoft Windows и Windows 9x. Ранние версии программы поставлялись также с некоторыми приложениями Microsoft, такими как Microsoft Word для DOS. Хочу заметить, что на компакт-диске с Windows 95 эта программа, как правило, находится в папке \other\msd, а на компакт-диске с Windows 98 — в папке \tools\oldmsdos. MSD автоматически не устанавливается при инсталляции операционной системы. Чтобы использовать эту программу, вы должны запустить ее непосредственно с компакт-диска или предварительно скопировать с компакт-диска на жесткий диск.
Многие программы диагностики типа MSD работают лучше (дают наиболее точные результаты) в среде DOS, поэтому рекомендуется запускать компьютер в режиме DOS перед их использованием.
Для запуска программы MSD перейдите в каталог, в котором расположен файл Msd. exe. В командной строке DOS введите MSD и нажмите клавишу [Enter]. Через некоторое время на экране появится меню.
Выберите параметр Comports — появится информация о микросхеме UART, установленной в последовательном порту вашего компьютера, а также о доступных портах. Если в этот момент какой-нибудь из портов используется, например к нему подключена мышь, то программа сообщит и об этом.
Программа MSD хороша тем, что отображает на экране информацию только о доступных портах. Другими словами, если какой-нибудь порт не реагирует на тест, он не попадает в отчет программы, поэтому при проверке неисправности портов я всегда использую программу MSD.
Диагностика в Windows 9x
Информация о том, работают ли порты, отображается и в Windows 95 и в Windows 98. Сравните размер и дату создания файлов COMM.DRV (16-разрядный драйвер последовательного порта) и SERIAL.VXD (32-разрядный драйвер последовательного порта) в папке \Windows\System с оригинальными файлами на инсталляционном компакт-диске с операционной системой. Проверьте, чтобы в файле SYSTEM. INI были следующие строки:
[boot] comm.drv=comm.drv [386enh] device=*vcd
Файл SERIAL.VXD загружается с помощью параметров системного реестра, а не файла SYSTEM. INI. Если же оба файла соответствуют оригинальным, то проверьте адрес ввода-вывода и прерывание последовательного порта. Для этого щелкните правой кнопкой мыши на пиктограмме Мой компьютер (My Computer) и из открывшегося меню выберите команду Свойства (Properties). В появившемся диалоговом окне выберите вкладку Устройства (Device Manager) — на экране отобразится список подключенных к компьютеру устройств. Если устройство функционирует неправильно, то рядом с его названием появится восклицательный знак в желтом кружке. Раскройте список портов и дважды щелкните на том из них, который вас интересует. Windows 95/98 укажет, работает ли этот порт, или же назовет устройства, которые конфликтуют с ним.
Тестирование с замыканием петли
Одним из самых надежных является тест с замыканием петли, который позволяет проверить исправность как самого последовательного порта, так и подключенных кабелей. Замыкать при этом можно как внутреннюю (цифровую), так и внешнюю (аналоговую) петли. Тест с внутренней петлей может быть выполнен только с помощью диагностической программы (без дополнительных устройств).
Тест с внешней петлей более эффективен, однако для его выполнения необходим специальный разъем-заглушка, который подключается к гнезду проверяемого порта. Данные, которые передаются последовательным портом, проходя через эту заглушку, возвращаются на приемные контакты разъема, т.е. порт работает одновременно в режимах передачи и приема. Разъем-заглушка представляет собой простой интерфейсный кабель, замыкающий порт на самого себя. Большинство диагностических программ может выполнять тестирование с замыканием петли, причем необходимые разъемы очень часто прилагаются к тестирующим дискетам. Даже если у вас нет необходимого разъема, его можно купить или сделать самостоятельно.
В 25-контактном стандартном (IBM) разъеме-заглушке для проверки последовательных портов (DB25S) выводы соединены следующим образом:
1 — 7; 2 — 3; 4 — 5 — 8; 6 — 11 — 20 — 22; 15 — 17 — 23; 18 — 25.
В 25-контактном разъеме-заглушке для проверки последовательных портов (DB25S) программой Norton Diagnostics (Symantec) выводы соединены следующим образом:
2 — 3; 4 — 5; 6 — 8 — 20 — 22.
В 9-контактном стандартном (IBM) разъеме-заглушке для проверки последовательных портов (DB9S) выводы соединены следующим образом:
1 — 7 — 8; 2 — 3; 4 — 6 — 9.
В 9-контактном разъеме-заглушке для проверки последовательных портов (DB9S)
программой Norton Diagnostics (Symantec) выводы соединены следующим образом:
2 — 3; 7 — 8; 1 — 4 — 6 — 9.
Преимущество использования заглушки состоит в том, что с ее помощью можно протестировать также кабель: для этого достаточно установить ее на другой конец кабеля.
Параллельные порты
В параллельных портах для одновременной передачи байта информации используется восемь линий. Этот интерфейс отличается высоким быстродействием, часто применяется для подключения к компьютеру принтера, а также для соединения компьютеров. (Ведь при этом скорость передачи данных значительно выше, чем при соединении через последовательные порты: 4, а не 1 бит за раз.) Существенным недостатком параллельного порта является то, что соединительные провода не могут быть слишком длинными. При большой длине соединительного кабеля в него приходится вводить промежуточные усилители сигналов, так как в противном случае возникает множество помех.
Стандартный 25-контактный разъем параллельного порта ---------------------------------------------------- Вывод Сигнал Тип вывода ---------------------------------------------------- 1 Строб (-) Выход 2 Данные, бит 0 (+) Выход 3 Данные, бит 1 (+) Выход 4 Данные, бит 2 (+) Выход 5 Данные, бит 3 (+) Выход 6 Данные, бит 4 (+) Выход 7 Данные, бит 5 (+) Выход 8 Данные, бит 6 (+) Выход 9 Данные, бит 7 (+) Выход 10 Подтверждение (-) Вход 11 Занятость (+) Вход 12 Закончилась бумага (+) Вход 13 Выбор (+) Вход 14 Автоматический перевод строки (-) Выход 15 Ошибка (-) Вход 16 Инициализация принтера (-) Выход 17 Выбор входа (-) Выход 18 Данные, возврат бита 0 (-)/Общий Вход 19 Данные, возврат бита 1 (-)/Общий Вход 20 Данные, возврат бита 2 (-)/Общий Вход 21 Данные, возврат бита 3 (-)/Общий Вход 22 Данные, возврат бита 4 (-)/Общий Вход 23 Данные, возврат бита 5 (-)/Общий Вход 24 Данные, возврат бита 6 (-)/Общий Вход 25 Данные, возврат бита 7 (-)/Общий Вход ------------------------------------------------------
Стандарт IEEE 1284
Этот стандарт был окончательно утвержден в марте 1994 года. В нем определены физические характеристики параллельных портов (режимы передачи данных и т.д.).
Кроме того, в стандарте IEЕЕ 1284 описан характер изменения внешних сигналов, поступающих на многорежимные параллельные порты компьютера, т.е. на порты, которые могут работать в 4- и 8-разрядном режимах, а также в режимах EPP и ECP.
Хотя IEЕЕ 1284 был выпущен для стандартизации форм сигналов, с помощью которых компьютер "общается" с подключаемыми устройствами, в частности с принтером, этот стандарт интересен и для производителей периферийных устройств, подключаемых к параллельным портам (дисководов, сетевых адаптеров и др.).
Поскольку IEЕЕ 1284 предназначен только для аппаратного обеспечения и не содержит требований к программному обеспечению, работающему с параллельными портами, вскоре был разработан стандарт, определяющий требования к такому программному обеспечению и направленный на устранение различий между микросхемами параллельных портов разных производителей. В нем, в частности, описана спецификация для поддержки режима EPP через BIOS.
Стандартом IEЕЕ 1284 предусмотрена более высокая пропускная способность соединения между компьютером и принтером или двумя компьютерами. Для реализации этой возможности стандартный кабель принтера не подходит. Стандартом IEЕЕ 1284 для принтера предусмотрена витая пара.
В стандарте IEЕЕ 1284 определен также новый разъем. Разъем типа A определен как штыревой DB25, разъем типа B — как Centronics 36. Разъем типа C является разъемом высокой плотности. Такие разъемы (типа С) устанавливаются на принтерах Hewlett-Packard.
Стандарт IEЕЕ 1284 определяет пять режимов работы параллельного порта. Эти режимы комбинируются в порты четырех типов, как показано ниже.
----------------------------------------------------------------------------
Тип параллельного порта Режим ввода Режим вывода Комментарии
----------------------------------------------------------------------------
Стандартный параллельный порт Полубайтовый Совместимый 4-битовый ввод,
8-битовый вывод
Двунаправленный Байтовый Совместимый Ввод/вывод по 8бит
Усовершенствованный ЕРР ЕРР Ввод/вывод по 8бит
параллельный порт (ЕРР)
Порт с расширенными ЕСР ЕСР Ввод/вывод по 8бит;
возможностями (ЕСР) используется прямой
доступ к памяти
----------------------------------------------------------------------------
Определяемые стандартом IEЕЕ 1284 режимы ----------------------------------------------------------------------- Режим параллельного порта Направление Скорость передачи, Кбайт/с ---------------------------------------------------------------------- Полубайтовый (4 бит) Только ввод 50 Байтовый (8 бит) Только ввод 150 Совместимый Только вывод 150 ЕРР Ввод-вывод 500-2000 ЕСР Ввод-вывод 500-2000 -----------------------------------------------------------------------
Ниже приведено краткое описание указанных типов и режимов параллельных портов.
Стандартные параллельные порты
В первом компьютере IBM PC существовал только один параллельный порт, предназначенный для передачи информации от компьютера к какому-либо устройству, например к принтеру. Однонаправленность параллельного порта первого PC вполне соответствовала его основному назначению — передаче данных на принтер. Однако во многих случаях желательно было иметь двунаправленный параллельный порт даже для принтера (чтобы можно было реализовать обратную связь, например для принтеров типа PostScript). С однонаправленным параллельным портом осуществить это было невозможно.
Такой тип параллельных портов не предназначался для использования в качестве ввода, однако с помощью специальных схем (в которых четыре сигнальные линии могут быть представлены как 4-разрядное соединение) и однонаправленного параллельного порта можно обеспечить 8-разрядный вывод и 4-разрядный ввод. В настоящее время этот тип портов используется довольно редко, так как в компьютерах, выпущенных после 1993 года, как правило устанавливаются параллельные порты наподобие 8-разрядного, EPP и ECP.
Стандартный параллельный порт обеспечивает скорость передачи данных 50 Кбайт/с, но при использовании различных усовершенствований пропускную способность можно увеличить до 150 Кбайт/с.
Двунаправленные порты (8-разрядные)
Двунаправленный параллельный порт впервые появился в 1987 году в компьютерах PS/2. Даже сегодня в PC-совместимых компьютерах можно найти порты, которые обычно обозначаются как параллельные "типа PS/2", "двунаправленные" и "расширенные" (extended) параллельные порты. Благодаря такому порту появилась возможность организовать двусторонний обмен данными между компьютером и различными периферийными устройствами. Для этого используется несколько бывших прежде свободными контактов разъема параллельного порта, а направление передачи информации определяется специальным битом состояния.
Двунаправленные порты могут работать с 8-разрядным вводом и выводом, используя для этого восемь стандартных линий передачи данных, пропускная способность которых при подключении внешних устройств значительно выше, чем для 4-разрядных портов. Скорость передачи данных при работе через двунаправленный порт около 150 Кбайт/с.
Усовершенствованный параллельный порт (ЕРР)
EPP (Enhanced Parallel Port) — это новый тип параллельного порта, который иногда называют быстродействующим параллельным портом. Он разработан фирмами Intel, Xircom и Zenith Data Systems и выпущен в октябре 1991 года. Первыми устройствами, предлагающими возможности усовершенствованного параллельного порта, были портативные компьютеры фирмы Zenith Data Systems, адаптеры фирмы Xircom и микросхема Intel 82360 SL I/O.
ЕРР работает практически на всех скоростях, поддерживаемых шиной ISA, и предлагает десятикратное увеличение пропускной способности по сравнению с обычным параллельным портом. Этот тип портов разработан специально для таких подключаемых к параллельному порту устройств, как сетевые адаптеры, дисководы и накопители на магнитной ленте. Усовершенствованный параллельный порт соответствует требованиям нового стандарта IEEE 1284 для параллельных портов и передает данные со скоростью до 2 Мбайт/с.
После выхода в 1992 году микросхемы Intel 82360 SLI/O многие производители начали выпускать аналогичные устройства ввода-вывода, в которых были реализованы возможности EPP. Это породило проблему, состоящую в том, что процедуры работы EPP на микросхемах различных производителей существенно различались.
Версия 1.7 порта EPP, выпущенная в марте 1992 года, была первой популярной версией, определяющей требования к аппаратному обеспечению. Эта версия не поддерживает стандарт IEEE 1284. В некоторой технической документации ошибочно ссылаются на "EPP версии 1.9" как на некий стандарт EPP. Версии 1.9 EPP не существует, а все спецификации EPP, вышедшие после версии 1.7, являются частью стандарта IEEE 1284.
Таким образом, существует два несовместимых стандарта: EPP версии 1.7 и IEEE 1284. Однако благодаря тому, что они довольно похожи друг на друга, стали выпускать периферийное оборудование, поддерживающее оба стандарта, но в некоторых случаях устройства для EPP 1.7 могут не работать с портами IEEE 1284.
Порт с расширенными возможностями (ЕСР)
Другой тип высокоскоростного параллельного порта, называемый портом с расширенными возможностями (Enhanced Capabilities Port — ECP), разработан фирмами Microsoft и Hewlett-Packard и выпущен в 1992 году. Подобно EPP, этот порт обладал повышенной производительностью и требовал для своей работы специальной логики устройств.
Порт с расширенными возможностями соответствует требованиям стандарта IEEE 1284. Однако, в отличие от EPP, он не является портом, специально разработанным для подключения устройств к PC-совместимым компьютерам. Основная цель разработки и выпуска этого типа параллельных портов — поддержка недорогого подключения высокоскоростных принтеров. Еще одним отличием ECP от EPP является то, что режим работы первого из них требует использования канала прямого доступа к памяти, который никак не определен в EPP (что зачастую приводит к конфликтам, связанным с устройствами, которые также используют прямой доступ к памяти). Большинство компьютеров, в которых установлены новейшие микросхемы, могут работать как в режиме ECP, так и в EPP, однако при взаимодействии с устройствами, подключаемыми к параллельным портам, режим EPP работает лучше.
Обновление параллельного порта для работы в режимах ЕРР и ЕСР
Если вы решили купить компьютер, то выберите тот, в котором установлена микросхема ввода-вывода Super I/O, которая поддерживает работу в режимах EPP и ECP. Чтобы определить тип параллельного порта в системе, можно воспользоваться программой Parallel. Эта программа предназначена для исследования параллельных портов системы. Благодаря ей вы можете узнать типы портов, адреса ввода-вывода, адреса линий запроса прерываний, название базовой системы ввода-вывода, а также много другой полезной информации. Эта информация может быть также записана в файл. Программа Parallel использует весьма сложные методы для детектирования порта и запросов прерываний.
Если в вашем компьютере установлен не порт EPP/ECP, а какой-либо иной, то можете его обновить. Для этого обратитесь в местные компьютерные фирмы.
Конфигурация параллельных портов
Параллельные порты отличаются значительно более простой конфигурацией, чем последовательные. Даже в BIOS первых компьютеров IBM PC было предусмотрено три порта LPT.
Стандартные адреса ввода-вывода и прерывания параллельных портов ------------------------------------------------------------------ Стандартный порт Альтернативный порт Ввод-вывод Прерывание ------------------------------------------------------------------ LPT1 - 3BCh-3BFh IRQ 7 LPT1 LPT2 378h-37Ah IRQ 5 LPT2 LPT3 278h-27Ah IRQ 5 ------------------------------------------------------------------
Поскольку в BIOS и DOS всегда определены три параллельных порта, проблемы даже в старых компьютерах возникают редко. Однако они могут появиться в системах с шиной ISA из-за нехватки аппаратных прерываний. Для обычной печати порт с аппаратным прерыванием не является жизненно необходимым — во многих программах эта возможность даже не предусмотрена. Однако прерывания иногда используются в программах: например, при выполнении фоновых процессов печати в сети или других процессов печати с подкачкой данных (из буфера печати).
При быстрой печати на лазерном принтере также используются прерывания. Именно поэтому, если вы используете одну из указанных программ, работать она будет очень медленно (если вообще будет работать). Единственный выход из такой ситуации — использование порта с прерыванием. В современных компьютерах операционные системы MS DOS и Windows 9x/Me/2000 могут поддерживать до 128 параллельных портов.
При конфигурировании параллельных портов в компьютерах с тиной ISA/PCI обычно переставляют перемычки и переключатели. Учитывая многообразие плат, предоставляемых в настоящее время различными производителями, необходимо перед конфигурацией ознакомиться с руководством по эксплуатации, практически всегда содержащим полезные сведения об этой процедуре.
Устройства, подключаемые к параллельным портам
Разработчики первой модели IBM PC предполагали, что параллельный порт будет использоваться только для подключения принтера. Однако за последние годы появилось множество устройств, которые можно подключить к компьютеру через параллельный порт. К параллельным портам может подключаться все: от накопителей на магнитной ленте до сетевых адаптеров и накопителей CD-ROM. Некоторые производители предлагают даже модемы, подключаемые не к последовательному порту, а к параллельному, что позволяет увеличить скорость передачи данных.
Часто двунаправленный параллельный порт используется для передачи данных между двумя компьютерами, например между настольным и портативным. Если в обоих компьютерах установлены порты EPP/ECP, то скорость передачи данных может достигать 2 Мбайт/с, что сравнимо со скоростью чтения с жесткого диска. Эти усовершенствования резко увеличили число программ, позволяющих выполнять такой обмен.
Для связи двух компьютеров через параллельные порты необходим специальный кабель. На обоих концах кабеля, предназначенного для соединения параллельных портов, монтируются штыревые разъемы DB-25. Для передачи данных используется 11 проводников. Контакты разъемов должны быть соединены так, как указано в таблице.
Соединение контактов в нуль-модемном кабеле
------------------------------------------------------------------------
Вывод 25-контактного Сигнал Сигнал Вывод 25-контактного
разъема разъема
------------------------------------------------------------------------
2 Данные, бит 0 Ошибка (-) 13
3 Данные, бит 1 Выбор 15
4 Данные, бит 2 Окончание бумаги 12
5 Данные, бит 3 Подтверждение (-) 10
6 Данные, бит 4 Занят 11
15 Ошибка (-) Данные, бит 0 2
13 Выбор Данные, бит 1 3
12 Окончание бумаги Данные, бит 2 4
10 Подтверждение (-) Данные, бит 3 5
11 Занят Данные, бит 4 6
25 Общий Общий 25
------------------------------------------------------------------------
В Windows 9x включена специальная программа, называемая Прямое кабельное соединение (Direct Cable Connection), которая позволяет соединить два компьютера через нуль-модемный кабель.
Преобразователи "параллельный порт - SCSI"
Параллельные порты могут использоваться для подключения внешних устройств SCSI: жестких дисков, сканеров и т.д. Это возможно лишь при подключении к параллельному порту специального преобразователя, к которому впоследствии можно подключать устройства SCSI или же их цепочку. Основной производитель подобных преобразователей — компания Adaptec.
Тестирование параллельных портов
Проверка параллельных портов в большинстве случаев оказывается намного проще, чем тестирование последовательных. Для этого используются практически те же процедуры, что и для последовательных портов.
Аналогичны не только программы тестирования параллельных портов, но и вспомогательные устройства (в частности, разъем-заглушка). Тип заглушки зависит от используемых программ тестирования.
В 25-контактном разъеме-заглушке для проверки параллельных портов (DB25P) программами фирмы IBM выводы соединены следующим образом:
1 — 13; 2 — 15; 10 — 16; 14 — 17.
В 25-контактном разъеме-заглушке для проверки параллельных портов (DB25P) программами Norton Utilities выводы соединены следующим образом:
2 — 15; 3 — 13; 4 — 12; 5 — 10; 6 — 11.
USB и 1394 (i.Link) FireWire - новые интерфейсы ввода-вывода
В настоящее время для настольных и портативных компьютеров разработано два высокоскоростных устройства с последовательной шиной: USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) и IEEE-1394, называемая также i.Link или FireWire. Эти высокоскоростные коммуникационные порты отличаются более широкими возможностями от стандартных параллельных и последовательных портов, которые установлены в большинстве современных компьютеров. Преимущество новых портов состоит в том, что их можно использовать как альтернативу SCSI для высокоскоростных соединений с периферийными устройствами, а также подсоединять к ним все типы внешних периферийных устройств (т.е. в данном случае предпринята попытка объединения устройств ввода-вывода).
Новым направлением в развитии высокоскоростных периферийных шин является использование последовательной архитектуры. Для передачи информации в параллельной архитектуре, где биты передаются одновременно, необходимы линии, имеющие 8, 16 и более проводов. Можно предположить, что за одно и то же время через параллельный канал передается больше данных, чем через последовательный, однако на самом деле увеличить пропускную способность последовательного соединения намного легче, чем параллельного.
Параллельное соединение обладает рядом недостатков, одним из которых является фазовый сдвиг сигнала, из-за чего длина параллельных каналов, например SCSI, ограничена (не должна превышать 3 м). Проблема в том, что, хотя 8- и 16-разрядные данные одновременно пересылаются передатчиком, из-за задержек одни биты прибывают в приемник раньше других. Следовательно, чем длиннее кабель, тем больше время задержки между первым и последним прибывшими битами на приемном конце.
В последовательном соединении данные передаются друг за другом, поэтому один бит не сможет "обогнать" другой и скорость передачи может быть значительно увеличена.
Еще одно преимущество последовательного способа передачи данных — возможность использования только одно- или двухпроводного канала, поэтому помехи, возникающие при передаче, очень малы, чего нельзя сказать о параллельном соединении.
Стоимость параллельных кабелей довольно высока, поскольку провода, предназначенные для параллельной передачи, не только используются в большом количестве, но и специальным образом укладываются, чтобы предотвратить возникновение помех, а это весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс. Кабели для последовательной передачи данных, напротив, очень дешевые, так как состоят из нескольких проводов и требования к их экранированию намного ниже, чем у используемых для параллельных соединений.
Именно поэтому, а также учитывая требования внешнего периферийного интерфейса Plug and Play и необходимость устранения физического нагромождения портов в портативных компьютерах, были разработаны эти две высокоскоростные последовательные шины, используемые уже сегодня.
Универсальная последовательная шина USB
В USB реализована возможность подключения большого количества периферийных устройств к компьютеру. При подключении устройств к USB не нужно устанавливать платы в разъемы системной платы и реконфигурировать систему, кроме того, экономно используются такие важные системные ресурсы, как IRQ (запросы прерывания). При подключении периферийного оборудования к персональным компьютерам, оснащенным шиной USB, его настройка происходит автоматически, сразу после физического подключения, без перезагрузки или установки.
Интерфейс позволяет не только обмениваться данными, но и обеспечивать электропитание периферийного устройства. Сетевая архитектура позволяет подключать большое количество периферии даже к устройству с одним разъёмом USB.
Основным инициатором разработки стандарта USB выступила Intel. Начиная с набора микросхем системной логики Triton (82430HX), в котором стандарт USB был воплощен в микросхеме PIIХЗ South Bridge, фирма Intel поддерживает этот стандарт во всех своих наборах микросхем системной логики. Совместно с Intel над созданием универсальной последовательной шины работало еще семь компаний, среди которых Compaq, Digital, IBM, Microsoft, NEC и Northern Telecom. Ими был создан USB Implement Forum (USB-IF), целью которого является развитие, поддержка и распространение архитектуры USB.
Архитектура интерфейса USB
С помощью кабелей формируется интерфейс между USB-устройствами и USB-хостом. В качестве хоста выступает программно-управляемый USB-контроллер, который обеспечивает функциональность всего интерфейса. Контроллер, как правило, интегрирован в микросхему южного моста, хотя может быть исполнен и в отдельном корпусе. Соединение контроллера с внешними устройствами происходит через USB-концентратор (другие названия — хаб, разветвитель). В силу того, что USB-шина имеет древовидную топологию, концентратор самого верхнего уровня называется корневым (root hub). Он встроен в USB-контроллер и является его неотъемлемой частью.
Для подключения внешних устройств к USB-концентратору в нём предусмотрены порты, заканчивающиеся разъёмами. К разъёмам с помощью кабельного хозяйства могут подключаться USB-устройства, либо USB-хабы нижних уровней. Такие хабы — активные электронные устройства (пассивных не бывает), обслуживающие несколько собственных USB-портов. С помощью USB-концентраторов допускается до пяти уровней каскадирования, не считая корневого.
Кабель USB (до 2.0 включительно) состоит из 4 медных проводников — 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре — и заземлённой оплётки (экрана).
Устройства могут быть запитаны от шины, но могут и требовать внешний источник питания. По умолчанию устройствам гарантируется ток до 100 мА, а после согласования с хост-контроллером — до 500 мА. Поддерживается и дежурный режим для устройств и разветвителей по команде с шины со снятием основного питания при сохранении дежурного питания и включением по команде с шины.
USB поддерживает «горячее» подключение и отключение устройств. Это достигнуто увеличенной длиной заземляющего контакта разъёма по отношению к сигнальным. При подключении разъёма USB первыми замыкаются заземляющие контакты, потенциалы корпусов двух устройств становятся равны и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к перенапряжениям, даже если устройства питаются от разных фаз силовой трёхфазной сети.
На логическом уровне устройство USB поддерживает транзакции приёма и передачи данных. Каждый пакет каждой транзакции содержит в себе номер оконечной точки (endpoint) на устройстве. При подключении устройства драйверы в ядре ОС читают с устройства список оконечных точек и создают управляющие структуры данных для общения с каждой оконечной точкой устройства. Совокупность оконечной точки и структур данных в ядре ОС называется каналом (pipe).
Оконечные точки, а значит, и каналы, относятся к одному из 4 классов — поточный (bulk), управляющий (control), изохронный (isoch) и прерывание (interrupt).
- Управляющий канал предназначен для обмена с устройством короткими пакетами «вопрос-ответ». Любое устройство имеет управляющий канал 0, который позволяет программному обеспечению ОС прочитать краткую информацию об устройстве, в том числе коды производителя и модели, используемые для выбора драйвера, и список других оконечных точек.
- Канал прерывания позволяет доставлять короткие пакеты и в том, и в другом направлении, без получения на них ответа/подтверждения, но с гарантией времени доставки — пакет будет доставлен не позже, чем через N миллисекунд. Например, используется в устройствах ввода (клавиатуры/мыши/джойстики).
- Изохронный канал позволяет доставлять пакеты без гарантии доставки и без ответов/подтверждений, но с гарантированной скоростью доставки в N пакетов на один период шины (1 кГц у low и full speed, 8 МГц у high speed). Используется для передачи аудио- и видеоинформации.
- Поточный канал даёт гарантию доставки каждого пакета, поддерживает автоматическую приостановку передачи данных по нежеланию устройства (переполнение или опустошение буфера), но не даёт гарантий скорости и задержки доставки. Используется, например, в принтерах и сканерах.
Время шины делится на периоды, в начале периода контроллер передаёт всей шине пакет «начало периода». Далее в течение периода передаются пакеты прерываний, потом изохронные в требуемом количестве, в оставшееся время в периоде передаются управляющие пакеты и в последнюю очередь поточные.
Активной стороной шины всегда является контроллер, передача пакета данных от устройства к контроллеру реализована как короткий вопрос контроллера и длинный, содержащий данные, ответ устройства.
Версии и спецификации интерфейса USB
Первая версия USB анонсирована в январе 1996 года, а версия 1.1 — в сентябре 1998. В этой спецификации более подробно описаны концентраторы и другие устройства. Большинство USB-устройств должны быть совместимы со спецификацией 1.1, даже если они выпущены до ее официального опубликования. В появившейся относительно недавно спецификации USB 2.0 скорость передачи данных в 40 раз выше, чем в оригинальной USB 1.0; кроме того, обеспечивается полная обратная совместимость устройств.
Универсальная последовательная шина версии 1.1 — это интерфейс, работающий со скоростью 12Мбит/с (1,5 Мбайт/с) и основанный на простом 4-проводном соединении. Эта шина поддерживает до 127 подключаемых устройств и использует топологию звезды, построенную на расширяющих концентраторах, которые могут входить в персональный компьютер, любое периферийное устройство USB и даже быть отдельными устройствами. Для таких низкоскоростных периферийных устройств, как клавиатура и мышь, в универсальной последовательной шине предусмотрен более "медленный" подканал, работающий со скоростью 1,5 Мбит/с.
В USB используется кодирование данных NRZI (Non Return to Zero Invent). В этом методе кодирования изменение уровня напряжения соответствует 0, а его отсутствие — 1. NRZI представляет собой весьма эффективную схему кодирования данных, поскольку при ее использовании не нужны дополнительные сигналы, например синхроимпульсы.
Для одновременного подключения нескольких устройств USB необходимо использовать концентратор. С помощью концентратора к одному порту USB можно подключить клавиатуру, мышь, цифровую камеру, принтер, телефон и т.д. В компьютере устанавливается модуль, называемый корневым концентратором, — начальная точка для подключения всех остальных устройств. Практически все системные платы имеют два или четыре порта USB. Подключая несколько концентраторов, можно создать каскадную структуру до пяти уровней в глубину.
Максимальная длина кабеля между двумя работающими на предельной скорости (12 Мбит/с) устройствами или устройством и концентратором (рис. 16.6) — пять метров. В кабеле используется экранированная витая пара (толщина провода — 20). Максимальная длина кабеля для низкоскоростных (1,5 Мбит/с) устройств при использовании нескрученной пары проводов — три метра. Причем эти расстояния уменьшаются, если используется более тонкий провод.
Зависимость максимальной длины кабеля от удельного сопротивления проводов --------------------------------------------------------- Толщина Удельное сопротивление,Ом/м Макс. длина,м --------------------------------------------------------- 28 0,232 0,81 26 0,145 1,31 24 0,091 2,08 22 0,057 3,33 20 0,036 5,00 ---------------------------------------------------------
Хотя скорость при передаче данных по USB 1.1 не так велика, как при передаче данных по Fire Wire или SCSI, ее вполне достаточно для подключения периферийного оборудования. USB 2.0 работает на скорости 480 Мбит/с (60 Мбайт/с).
Существует два типа разъемов (штепселей) USB — А и В, которые, в отличие от типичного кабеля, подсоединяемого к последовательному или параллельному порту, не прикручиваются винтами. Штепсель USB (рис. 16.7) вставляется в разъем USB на персональном компьютере.
Схема расположения выводов в разъеме USB ---------------------------------------- Контакт Сигнал Примечание ---------------------------------------- 1 VCC Кабель питания 2 Данные (-) 3 Данные (+) 4 Общий Заземление кабеля ----------------------------------------
Интересной особенностью USB является возможность подвода мощности ко всем подключаемым устройствам через шину. Благодаря поддержке Plug and Play система "опрашивает" подключаемое устройство о его энергетических потребностях и, если уровень мощности превосходит допустимый, выдает предупреждение. Это наиболее эффективно для портативных компьютеров, емкость батарей которых ограниченна.
Одно из самых значительных достоинств интерфейса типа USB состоит в том, что для обслуживания всех устройств универсальной последовательной шины требуется только одно-единственное прерывание. Это означает, что можно присоединить 127 устройств и все они будут использовать одно прерывание. В современных персональных компьютерах так часто не хватает свободных адресов прерываний, что это, пожалуй, самое ценное достоинство USB.
В настоящее время выпущено несколько специализированных контроллеров: USB-параллельный порт, USB-Ethernet, USB-SCSI, USB-PS/2 (стандартный порт клавиатуры и мыши) и мосты прямого соединения USB, позволяющие напрямую подключить две системы через USB. Устройства USB-параллельный порт или USB-Ethernet позволяют подключить периферийное оборудование с интерфейсом RS232 или Centronics (например, модемы или принтеры) к порту USB. Преобразователь USB-Ethernet обеспечивает подключение к локальной сети через порт USB. Драйверы, поставляемые с этими устройствами преобразования, позволяют полностью эмулировать работу стандартного устройства.
USB 2.0
Спецификация USB 2.0 обратно совместима с USB 1.1 и использует те же кабели, разъемы и программное обеспечение, но работает в 40 раз быстрее оригинальной спецификации версий 1.0 и 1.1. Такое увеличение производительности позволяет использовать более современную периферию — камеры для видеоконференций, сканеры, принтеры, устройства хранения данных. Для конечного пользователя USB 2.0 ничем не отличается от 1.1, за исключением производительности. Все существующие устройства USB 1.1 работают на меньшей скорости с шиной USB 2.0.
Скорость передачи данных различных версий USB --------------------------------------------- Интерфейс Мбит/с Мбайт/с --------------------------------------------- USB 1.1 (низкая скорость) 1,5 0,1875 USB 1.1 (высокая скорость) 12 1,5 USB 2.0 480 60 ---------------------------------------------
Для работы с высокопроизводительными устройствами USB 2.0 необходим концентратор, поддерживающий эту же версию спецификации USB. Можно использовать старый концентратор USB 1.1, но увеличения производительности устройств USB 2.0 достичь не удастся (максимальная скорость передачи данных будет ограничена 1,5 Мбайт/с). Устройства, подключенные к концентратору USB 2.0, будут работать на максимальной скорости — около 60 Мбайт/с для USB 2.0 и 1,5 Мбайт/с для USB 1.1.
Для одновременной совместной работы устройств USB 2.0 и 1.1, подключенных к высокопроизводительному концентратору USB 2.0, используется сложная система буферизации входящих данных. Таким образом, каждое устройство будет работать на максимально возможной скорости.
USB 3.0
Окончательная спецификация USB 3.0 появилась в 2008 году. Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 5 Гбит/с — что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0. Таким образом, скорость передачи возрастает с 60 Мбайт/с (30 Мбайт/с эффективных) до 600 Мбайт/с.
Версия 3.0 отличается не только более высокой скоростью передачи информации, но и увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА. Таким образом, от одного порта можно запитывать большее количество устройств, а также отпадает необходимость использования внешнего питания для некоторых устройств.
В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели обновлённого стандарта физически и функционально совместимы с USB 2.0, причём для однозначной идентификации разъёмы USB 3.0 принято изготавливать из пластика синего цвета (у некоторых производителей - красного цвета). Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии — пару для приёма/передачи данных, плюс и ноль питания, разъём "A" имеет 4 контакта. Для передачи высокоскоростных SuperSpeed сигналов в USB 3.0 добавлено ещё четыре линии связи (две витые пары) и один контакт сигнальной земли (GND_DRAIN), в результате чего кабель стал гораздо толще. Новые контакты в разъёмах USB 3.0 расположены отдельно от старых в другом контактном ряду.
USB 3.1
В USB 3.1 входит два стандарта [14]:
- SuperSpeed USB (USB 3.1 Gen 1) со скоростью до 5 Гбит/с, такой же как и USB 3.0.
- SuperSpeed USB 10Gbps (USB 3.1 Gen 2) со скоростью до 10 Гбит/с, удвоенная USB 3.0.
В USB 3.1 Gen 2 помимо увеличения скорости до 10 Гбит/с, были снижены издержки кодирования до 3% переходом на схему кодирования 128b/132b.
Стандарт USB 3.1 обратно совместим с USB 3.0 и USB 2.0.
Адаптеры USB
Если у вас есть несколько устройств, а системная плата поддерживает последнюю версию спецификации USB, можно приобрести специальные адаптеры-преобразователи. Существуют следующие типы таких адаптеров:
Эти адаптеры имеют вид обычного кабеля с разъемом USB на одном конце и разъемом другого интерфейса на другом. Электронная "начинка" спрятана в модуле посередине или на одном из концов кабеля. Основной недостаток подобных адаптеров — высокая стоимость (50-100 долларов и более). Кроме этого, ограничен спектр подключаемых устройств, например к адаптеру USB-параллельный порт можно подключать только принтеры. Перед покупкой такого преобразователя, убедитесь в том, что он поддерживает имеющиеся устройства.
Для подключения двух компьютеров обратите внимание на адаптер прямого соединения USB. С помощью этого типа устройств можно создать USB-сеть. Кроме того, существуют специальные устройства, позволяющие организовать описанную USB-сеть, а также подключить дополнительные устройства и впоследствии их совместно использовать.
Компьютеры типа legacy-free
Адаптеры USB получают все более широкое распространение. В настоящее время выпускаются компьютеры, называемые legacy-free. В этих системах отсутствуют компоненты, подключаемые или являющиеся частью традиционной шины ISA. Это в первую очередь касается интегрированного последовательного и параллельного портов, клавиатуры, мыши, дисковода и т.п. Системные платы типа legacy-free не содержат описанных компонентов. Теперь эти устройства подключаются через интерфейсы USB, ATA, PCI и др. Отсутствие описанных компонентов существенно снижает стоимость такого типа систем.
IEEE-1394 (FireWire или i.Link)
Fire Wire — это высокоскоростная локальная последовательная шина, способная передавать данные со скоростью 100, 200 и 400 Мбит/с (12,5, 25 и 50 Мбайт/с), а при работе с некоторыми типами файлов — до 1 Гбит/с. Стандарт на шину IEEE-1394 (официальное название шины FireWire) опубликован в конце 1995 года. Он разработан на основе FireWire, представленной фирмами Apple и Texas Instruments, и является частью нового стандарта Serial SCSI.
Эта шина использует простой 6-проводной кабель, состоящий из двух различных пар линий, предназначенных для передачи тактовых импульсов и информации, а также двух линий питания. Как и USB, IEEE-1394 полностью поддерживает технологию Pug and Play, включая возможность горячего подключения (установка и извлечение компонентов без отключения питания системы). По структуре шина 1394 не так сложна, как параллельная шина SCSI, и устройства, подключаемые к ней, могут потреблять от нее ток до 1,5 А. По производительности шина IEEE-1394 превосходит Ultra-Wide SCSI, стоит гораздо меньше, а подсоединить устройства к ней намного проще. На рис. 16.8 показаны компоненты разъемов шины 1394.
Шина 1394 построена на разветвляющейся топологии и позволяет использовать до 63 узлов в цепочке и подсоединять при этом к каждому узлу до 16 устройств. Если этого недостаточно, то можно дополнительно подключить до 1 023 шинных перемычек, которые могут соединять более 64 000 узлов! Кроме того, шина 1394 может поддерживать устройства, построенные на одной шине, но работающие на разных скоростях передачи данных, как и SCSI. Большинство адаптеров 1394 имеют три узла, каждый из которых поддерживает 16 устройств.
Подключить к компьютеру через шину 1394 можно практически все устройства, которые могут работать со SCSI. Сюда входят все виды дисковых накопителей, включая жесткие, оптические, CD/DVD-ROM. К шине 1394 могут подключаться цифровые видеокамеры, устройства с записью на магнитную ленту и многие другие высокоскоростные периферийные устройства. Вероятно, очень скоро шина 1394 начнет широко использоваться как в настольных, так и в портативных компьютерах, а с течением времени заменит все другие высокоскоростные шины.
В настоящее время наборы микросхем системной логики, поддерживающие шину 1394, уже предлагаются производителями. Появились адаптеры PCI, позволяющие добавить поддержку 1394 в существующие компьютеры. Также поддержка работы с этой шиной встроена в Windows 95/98 и Windows NT/2000. В настоящее время шина 1394 получила наиболее широкое распространение в области цифровых видеоустройств (камеры, видеомагнитофоны и т.д.). Подобные устройства выпускают компании Sony, Panasonic, Sharp, Matsushita и др. Кроме цифровых видеоустройств стали появляться устройства обработки видеоданных. Например, компании Adaptec и Texas Instruments выпускают адаптеры PCI, поддерживающие IEEE-1394.
Сравнение технологий IEEE-1394 и USB
---------------------------------------------------------------------------
IEEE-1394-FireWire USB 1.1 USB 2.0
---------------------------------------------------------------------------
Необходимость основного узла Нет Да Да
Максимальное количество устройств 63 127 127
Горячее подключение Да Да Да
Максимальная длина кабеля 4,5 5 5
между устройствами, м
Скорость передачи, Мбит/с(Мбайт/с) 200 (25) 12(1,5) 480 (60)
---------------------------------------------------------------------------
Типичные подключаемые устройства:
цифровые видеокамеры, цифровые видеокамеры высокого разрешения, HDTV, высокоскоростные устройства, сканеры высокого разрешения, электронные музыкальные инструменты, клавиатуры, мыши, джойстики, модемы, цифровые видеокамеры низкого разрешения, низкоскоростные устройства, принтеры, сканеры низкого разрешения, все устройства USB 1.1.
После появления USB 2.0 скорости передачи данных IEEE-1394 и USB практически одинаковы (скорость передачи данных IEEE-1394 и USB 1.1 отличаются в 16 раз). Поэтому обсуждать преимущества или недостатки сравниваемых технологий по этому параметру нецелесообразно.
Для подключения периферии USB необходимо узловое устройство (чаще всего это компьютер), в то время как устройства IEEE-1394 можно подключать напрямую. Именно поэтому технология IEEE-1394 получила наибольшее распространение в цифровых видеоустройствах.