Внешние интерфейсы ПК (порты LPT, COM, шины SCSI, USB)

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова»

 

Кафедра математического и аппаратного обеспечения

информационных систем

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Информатика»

на тему:

«Внешние интерфейсы ПК (порты LPT, COM,

шины SCSI, USB)»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент

гр. ИВТ-22-13

Егоров С.В.

 

Научный руководитель:

доцент, к. ф.-м. н.

Ильин Д.В.

 

 

 

 

 

 

Чебоксары 2013 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

О компьютерных физических портах имеют представление практически все пользователи персональных компьютеров. Это порты для подключения различных физических устройств, таких как монитор, клавиатура, принтер, сеть и т.п. Разновидностей портов огромное количество. Наиболее распространёнными из них являются на сегодняшний день USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) порты. Так все больше и больше устройств поддерживают данный интерфейс. 

Аппаратный порт – специализированный компьютерный разъём, используемый для подключения оборудования определённого типа. Обычно портами называют разъёмы, предназначенные для работы периферийного оборудования, существенно разделённого от архитектуры компьютера (например, сетевые разъёмы не называют портами, так же, как не называют портами разъёмы PCI/ISA/AGP/VLB/PCI-E-шин, разъёмы для оперативной памяти и процессора).

К портам подключаются периферийные устройства ввода/вывода. Разъемы портов обычно устанавливаются прямо па системную плату и выносятся на заднюю стенку компьютера. Порты взаимодействуют с южным мостом чипсета, также возможен вариант, когда некоторые порты обслуживаются специализированным чипом SuperlO, который, в свою очередь, взаимодействует с южным мостом. Порты также называют интерфейсами.

Компьютерные порты, как и любая техника, совершенствуются из года в год, становятся компактнее, повышается их проводимость, улучшается эргономичность. К современным компьютерным портам можно отнести такие, как USB 3.0, HDMI, Optical S/PDIF, Apple Thunderbolt и некоторые другие. Всех их характеризует высокая скорость и точность передачи информации.

В своей курсовой работе я бы хотел рассмотреть некоторые популярные порты недавнего времени. Охарактеризовать их особенности и преимущества.   

 

Рисунок 1.1 – Разъемы портов на задней панели системного блока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Общая характеристика внешних интерфейсов

 

В настоящее время компьютеры могут иметь множество внешних интерфейсов. Наиболее распространены следующие:

• системная шина (магистраль) ISA

ISA (Industry Standard Architecture – стандарт промышленной архитектуры) - это устаревшая шина для подключения внешних устройств, с пропускной способностью 5.3Mb/s при частоте шины 8MHz, интерфейс ISA позволяет адресовать до 16Mb памяти. Но она до сих пор пользуется большой популярностью среди пользователей компьютеров класса 486 и Pentium;

• шина PCI

PCI (Peripheral Component Interconnect – соединитель периферийных компонентов) – современная высокоскоростная шина для подсоединения внешних (периферийных) устройств со скоростью обмена до 500 Мбайт/с, а модификация PCI-Х имеет скорость 1 Гбайт/с;

• шина AGP

AGP (Advanced Graphic Port – улучшенный графический порт) – шина и разъём для подключения видеокарт со скоростью обмена от 256 Мбайт/с до 1,06 Гбайт/с; скорость обмена 256 Мбайт/с считается условной единицей измерения для видеокарт типа AGP, поэтому скорость 528 Мбайт/с принято обозначать AGP2х, а 1,06 Гбайт/с – AGP4х;

• шина PC Cards (старое название PCMCIA) — обычно только в ноутбуках

Интерфейс PC Card является универсальным для внешних устройств, подключаемых к компьютеру (как правило - портативному). Через шину PC Card подсоединяют модемы, модули памяти, контроллеры различного типа и прочие компоненты. Тактовая частота этой шины 33 МГц;  

• шина SCSI

SCSI (Small Computer System Interface – интерфейс малых  
вычислительных систем) – шина, которая предназначена для подключения высокопроизводительных дисковых устройств; скорость обмена данными до 320 Мбайт/с;

• последовательная шина USB (Universal Serial Bus)

USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) соответствует современному унифицированному стандарту на шину и разъём. К шине USB можно подключить до 127 внешних устройств одновременно. Скорость обмена данными до 12 Мбит/с, а у последней модификации шины USB 2.0 – до 60 Мбит/с;

• параллельный порт (LPT-порт) Centronics

Параллельный порт предназначен для подключения принтера, сканера, внешних дисководов и др.; данные передаются байтами со скоростью около 2 Мбайт/с;

• последовательный порт (COM-порт) RS-232C

Последовательный порт предназначен для подключения низкоскоростных внешних устройств, таких как мышь, модем и тд.; данные передаются битами со скоростью около 100 Кбайт/с;

• последовательный инфракрасный порт IrDA

IrDA относится к категории wireless (беспроводных) внешних интерфейсов, однако в отличие от радио-интерфейсов, канал передачи информации создается с помощью оптических устройств. Опыт показывает, что среди других беспроводных линий передачи информации инфракрасный (ИК) открытый оптический канал является самым недорогим и удобным способом передачи данных на небольшие расстояния (до нескольких десятков метров). Кроме этих внешних интерфейсов, компьютеры могут иметь разъемы для подключения внешнего монитора, клавиатуры, мыши. Некоторые компьютеры имеют встроенные модемы и сетевые адаптеры, тогда они располагают, соответственно, телефонным и сетевым внешними интерфейсами [6, с. 638-639]. Подключение стандартных внешних устройств обычно не вызывает никаких проблем: надо только присоединить устройство к компьютеру соответствующим стандартным кабелем и (возможно) установить на компьютер программный драйвер. Знать особенности внешних интерфейсов пользователю в данном случае не обязательно. В случае инфракрасного порта не нужен даже кабель. Гораздо сложнее ситуация, когда к компьютеру требуется присоединить нестандартное внешнее устройство. В этом случае необходимо доскональное знание особенностей используемых интерфейсов и умение эффективно с ними работать. Чаще всего для подключения нестандартных внешних устройств используются системная магистраль ISA, параллельный порт Centronics (LPT) и последовательный порт RS-232C (COM). Далее более подробно будут рассмотрены порты СОМ и LPT, а также шины SCSI и USB.

 

1.1 COM-порт

Интерфейс RS-232C — СОМ-порт

Последовательный интерфейс для передачи данных в одном направлении использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом — последовательно. Английские названия интерфейса и порта — Serial Interface и Serial Port, иногда их неправильно переводят как «серийные». Последовательная передача позволяет сократить количество сигнальных линий и добиться улучшения связи на больших расстояниях.

Начиная с первых моделей, в PC имелся последовательный интерфейс - СОМ-порт (Communications Port — коммуникационный порт). Этот порт обеспечивает асинхронный обмен по стандарту RS-232C. Синхронный обмен в PC поддерживают лишь специальные адаптеры, например SDLC или V.35. СОМ-порты реализуются на микросхемах универсальных асинхронных приемопередатчиков (UART), совместимых с семейством i8250/16450/16550. Они занимают в пространстве ввода-вывода по 8 смежных 8-битных регистров и могут располагаться по стандартным базовым адресам 3F8h (COM1), 2F8h (COM2), 3E8h (COM3), 2E8h (COM4). Порты могут вырабатывать аппаратные прерывания IRQ4 (обычно используются для СОМ1 и COM3) и IRQ3 (для COM2 и COM4). С внешней стороны порты имеют линии последовательных данных передачи и приема, а также набор сигналов управления и состояния, соответствующий стандарту RS-232C. СОМ-порты имеют внешние разъемы-вилки (male — «папа») DB25P или DB9P, выведенные на заднюю панель компьютера. Характерной особенностью интерфейса является применение не ТТЛ-сигналов — все внешние сигналы порта двуполярные.

Компьютер может иметь до четырех последовательных портов СОМ1-СОМ4 (для машин класса AT типично наличие двух портов) с поддержкой на уровне BIOS. Сервис BIOS Int 14h обеспечивает инициализацию порта, ввод и вывод символа (без прерываний) и опрос состояния. Через Int 14h скорость передачи программируется в диапазоне 110-9600 бит/с (меньше, чем реальные возможности порта). Для повышения производительности широко используется взаимодействие программ с портом на уровне регистров

Название порта указывает на его основное назначение — подключение коммуникационного оборудования (например, модема) для связи с другими компьютерами, сетями и периферийными устройствами. К порту могут непосредственно подключаться и периферийные устройства с последовательным интерфейсом: принтеры, плоттеры, терминалы и др. СОМ-порт широко используется для подключения мыши, а также организации непосредственной связи двух компьютеров. К СОМ-порту подключают и электронные ключи.

Практически все современные системные платы имеют встроенные адаптеры двух СОМ-портов. Один из портов может использоваться и для беспроводной инфракрасной связи с периферийными устройствами (IrDA). «Классический» СОМ-порт позволял осуществлять обмен данными только программно-управляемым способом, при этом для пересылки каждого байта процессору приходится выполнять несколько инструкций. Современные порты имеют FIFO-буферы данных и позволяют выполнять обмен по каналу DMA, существенно разгружая центральный процессор, что особенно важно на больших скоростях обмена.

В спецификации РС`99 традиционные СОМ-порты не рекомендованы, но еще разрешены для использования. Если они есть, то должны быть совместимыми с UART 16550A и обеспечивать скорость до 115,2 Кбит/с. Устройства, которые традиционно используют СОМ-порт, рекомендуется переводить на последовательные шины USB и Fire Wire.

 

1.2 Конфигурирование СОМ-портов

Компьютер может иметь до четырех последовательных портов СОМ1-СОМ4, для машин класса AT типично наличие двух портов. 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 CMOS Setup.

Параметры конфигурирования перечислены ниже.

1 Базовый адрес, который для портов СОМ 1-COM4 обычно имеет значение 3F8h, 2F8h, 3E8h и 2E8h. При инициализации BIOS проверяет наличие портов по адресам именно в этом порядке и присваивает обнаруженным портам логические имена СОМ1, COM2, COM3 и COM4. Для портов COM3 и COM4 возможны альтернативные адреса 3EOh, 338h и 2EOh, 238h соответственно. Для PS/2 стандартными для портов СОМЗ-СОМ8 являются адреса 3220h, 3228h, 4220h, 4228h, 5220h и 5228h соответственно.

2 Линия запроса прерывания. Для СОМ1 и COM3 обычно используется линия IRQ4 или IRQ11, для COM2 и COM4 — IRQ3 или IRQ10. В принципе номер прерывания можно назначать в произвольных сочетаниях с базовым адресом (номером порта), но некоторые программы и драйвера (например, драйвера последовательной мыши) настроены на стандартные сочетания. Каждому порту, нуждающемуся в аппаратном прерывании, назначают отдельную линию, не совпадающую с линиями запроса прерываний других устройств. Прерывания необходимы для портов, к которым подключаются устройства ввода, UPS или модемы. При подключении принтера или плоттера прерываниями пользуются только многозадачные ОС (не всегда), и этот дефицитный ресурс PC можно сэкономить. Также прерываниями обычно не пользуются при связи двух компьютеров нуль-модемным кабелем. Возможность разделения одной линии запроса несколькими портами (или портом и другими устройствами) зависит от реализации аппаратного подключения и ПО. При использовании портов, установленных на шину ISA, разделяемые прерывания обычно не работают.

3 Канал DMA (для UART 16450/16550, расположенных на системной плате) — разрешение использования и номер канала DMA. Режим DMA при работе с СОМ-портами задействуют редко.

Режим работы порта по умолчанию может изменяться в любой момент при настройке коммуникационных программ или командой DOS MODE COMx: с указанием параметров. Возможны два варианта синтаксиса — короткий и длинный. Обязательные элементы выделены прописными буквами, хотя их можно набирать и строчными. В квадратные скобки заключены необязательные элементы (скобки в команде не набирают).

MODE COMn[:]   [b[,р[ ,d[, s [, г]]]]]

MODE  COMn[:]    [BAUD=b]    [PARITY=p]    [DATA=d]    [STOP=s]    [RETRY=r]

Номер порта n должен указываться обязательно. Параметры могут быть заданы не все, для пропущенных действует последнее определение. Команда без параметров сообщает текущую настройку порта. В краткой форме пропущенные параметры должны отмечаться запятой, поскольку все параметры распознаются по своей позиции. Значения параметров перечислены ниже.

А)  BAUD=b — скорость передачи:

- 11 - 110 бит/с;                            -      12 -1200 бит/с;

- 15 - 150 бит/с;                            - 24 - 2400 бит/с;

- 30 - 300 бит/с;                            - 48 - 4800 бит/с;

- 60 - 600 бит/с;                            - 96 - 9600 бит/с;

- 19 — 19,200 бит/с (поддерживается не всегда).

Б) PARITY=p — контроль паритета: N (nоnе) — нет, Е (even) — четность, 0 (odd) — нечетность, М (mark) — «1», S (space) — «0». По умолчанию — Е; поддержка М и S реализована не на всех компьютерах.