Σειριακή θύρα - τι είναι αυτό, τι είναι για και τύπους

Η σειριακή θύρα είναι σήμερα μια από τις κύριες μορφές επικοινωνίας μεταξύ εξωτερικών συσκευών και ηλεκτρονικών υπολογιστών σήμερα. Μια διεπαφή που μπορούμε να βρούμε σε όλες τις περιφερειακές συσκευές που διαθέτουμε στην επιφάνεια εργασίας μας, καθώς και μέσα στον εξοπλισμό μας.

Ευρετήριο περιεχομένων

Θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε τη λειτουργία του σειριακού λιμένα, καθώς και τις κύριες διεπαφές που βρίσκουμε επί του παρόντος. Και αν δεν ξέρετε ποιες είναι οι διαφορές με την παράλληλη θύρα, θα αφιερώσουμε επίσης χρόνο για να τις διαφοροποιήσουμε.

Τι είναι μια σειριακή θύρα

Εάν ρίξετε μια ματιά στα καλώδια που έχετε τώρα στο γραφείο που συνδέουν το ποντίκι του πληκτρολογίου ή τη μονάδα flash USB στον υπολογιστή σας, θα δείτε σειριακές διεπαφές επικοινωνίας.

Η σειριακή θύρα είναι μια διεπαφή ψηφιακής επικοινωνίας δεδομένων στην οποία οι πληροφορίες μεταδίδονται διαδοχικά δυαδικά ψηφιακά από τους αγωγούς. Με αυτόν τον τρόπο, μια σειριακή θύρα θα πρέπει να στείλει όλες τις πληροφορίες σε ένα bit μετά το άλλο, ενώ μια παράλληλη θύρα θα στείλει αρκετά bits ταυτόχρονα. Η διεπαφή σειριακών δεδομένων ή η σειριακή θύρα λειτουργεί σύμφωνα με το πρότυπο RS-232.

Πιστεύετε ότι μια σειριακή θύρα είναι πιο αργή από μια παράλληλη; Σήμερα έχουμε πολύ ταχύτερους σειριακούς λιμένες. Παρόλο που, βεβαίως, αυτά δεν συμμορφώνονται κατ 'ανάγκη με το σχολιασμένο πρότυπο, αλλά είναι βελτιωμένες εκδόσεις που αποδίδουν εντελώς την φυσική σειριακή θύρα ξεπερασμένη. Είναι το πιο εύκολο στην εφαρμογή, με καλύτερη συμβατότητα και απείρως πιο διαδεδομένο.

Σειριακή θύρα και λειτουργία υλικού

Αυτή η θύρα λειτουργεί ασύγχρονα, χάρη σε ένα πρωτόκολλο που ενεργοποιεί τη μετάδοση με ένα σήμα " εκκίνησης " που προετοιμάζει τον δέκτη για να λάβει τη λέξη (bits). Μετά την αποστολή αυτής της λέξης, η οποία θα είναι ένας κώδικας ASCII για κάθε χαρακτήρα, αποστέλλεται σήμα " στάσης " έτσι ώστε ο δέκτης να παραμένει μετά την κωδικοποίηση της λέξης και να περιμένει να λάβει ένα άλλο.

Έχουμε τρεις τύπους σειριακής επικοινωνίας:

• Simplex: Η μετάδοση είναι μονοκατευθυντική, δηλαδή υπάρχει ένας αποστολέας και ένας μόνο δέκτης, για παράδειγμα, στις επικοινωνίες εκπομπής. Διπλή όψη: Κάθε άκρο μπορεί να είναι ταυτόχρονα ένας πομπός και δέκτης, έτσι χρησιμοποιούνται διαφορετικά καλώδια για την αποστολή και λήψη, ή χρησιμοποιούνται κύματα με διαφορετικές συχνότητες για να αποφευχθεί η ανάμειξη. Ημιαμφίδρομη: Είναι παρόμοια με τη μετάδοση διπλής όψης, αλλά όταν κάποιος μεταδίδει την άλλη ακούει, για παράδειγμα, σε δύο walkie talkies.

Με αυτό τον τρόπο, πρέπει να καταλάβουμε ότι σε μια επικοινωνία με μια σειριακή θύρα, και οι δύο συσκευές πρέπει να έχουν είσοδο και έξοδο, έτσι ώστε οι συσκευές χωρίζονται στις κατηγορίες DTE (Data Terminal Equipment) και DCE (Εξοπλισμός τερματισμού δεδομένων).. Έτσι, ένας υπολογιστής θα ήταν για ένα DTE ενώ το DCE θα ήταν η μόντεμ ή προγραμματιζόμενη κάρτα. Για να συνδέσετε δύο DTE ή δύο DCEs θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί μηδενική γέφυρα για να διασχίσουν και τα δύο σήματα.

Για τη διαχείριση της διεπαφής επικοινωνίας έχουμε ένα τσιπ UART ή USART (Universal Asynchronous Transmitter and Receiver). Η λειτουργία του είναι να μετατρέπει τα σήματα και τις τάσεις της CPU στο πρότυπο επικοινωνίας. Το τσιπ UART 8250 χρησιμοποιείται για επεξεργαστές 8 και 16 bit, ενώ το UART 16550 χρησιμοποιείται για τα υπόλοιπα από τους υπολογιστές της IBM.

RS-232 και σειριακή θύρα σύνδεσης

RS-232

Στην ιστορία της πληροφορικής, η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη θύρα είναι αυτή που μεταδίδει σειριακά δεδομένα. Η διασύνδεσή του ήταν τυποποιημένη το 1962 χάρη στο πρότυπο EIA / TIA RS-232C, για φίλους, RS-232 ή "Συνιστώμενο Πρότυπο 232". Με τη σειρά του δημιουργήθηκε η σύσταση V.24, η οποία καθορίζει τα κυκλώματα και τα σήματα της διεπαφής και τη σύσταση V.28, η οποία καθορίζει τις ηλεκτρικές πλευρές.

Ο πιο διαδεδομένος σύνδεσμος ήταν το DB-25, αργότερα απλοποιημένο σε DB-9, που ονομάζεται απευθείας RS-232. Είναι σημαντικό να μην συγχέεται αυτός ο σύνδεσμος με την παράλληλη θύρα του ίδιου ονόματος, αν και ονομάζεται D-Sub. Ήταν (και είναι) εστιασμένη στη χρήση του στις συνδέσεις μεταξύ υπολογιστών και εξωτερικών συσκευών με αμφίδρομες συνδέσεις. Για παράδειγμα, ένα μόντεμ, διακόπτες και άλλες συσκευές επικοινωνίας βιομηχανικού αυτοματισμού, όπως προγραμματιζόμενες κάρτες, ρομπότ και άλλα γενικά καταναλωτικά προϊόντα όπως ψηφιακά πλυντήρια ρούχων.

Στη συνέχεια, θα δούμε τη διαμόρφωση των ακίδων της θύρας RS-232 στην έκδοση DB-9 και DB-25. Και στις δύο περιπτώσεις έχουμε τον ίδιο αριθμό χρήσιμων ακίδων.

Τρέχουσες χρήσεις της σειριακής θύρας

Οι τρέχοντες επιτραπέζιοι υπολογιστές μας δεν έχουν πλέον ενσωματωθεί η θύρα RS-232, καθώς το USB είναι η πλέον σύγχρονη διεπαφή και είναι πρακτικά συμβατή με όλους τους τύπους ηλεκτρονικών PCB. Αλλά μπορούμε ακόμα να βρούμε αυτή τη σειριακή θύρα PCI μέσω μιας κάρτας επέκτασης εάν αφιερώσουμε τον εαυτό μας στον προγραμματισμό. Επίσης, υπάρχουν πολλοί προσαρμογείς RS-232 σε USB.

Αυτές είναι οι βασικές χρήσεις του λιμένα DB-9 ή RS-232 σήμερα

• Μόντεμ, διακόπτες, δρομολογητές, δορυφορικά τηλέφωνα ή φορτιστές ισορροπίας: εξακολουθούμε να βρίσκουμε αυτό το είδος θυρών ή κεφαλίδων εσωτερικά ή εξωτερικά για να τροποποιήσουμε τον μικροκώδικα παλαιότερου εξοπλισμού δικτύου και να μην είναι διαχειρίσιμος από το χρήστη. Υπέρυθρες συσκευές ανάγνωσης γραμμωτών κωδικών: και άλλοι σχετικά παλιοί εξοπλισμοί σούπερ μάρκετ. Προγραμματιζόμενες πλακέτες, ηλεκτρικός εξοπλισμός μέτρησης και πλυντρίδες λογισμικού. Εκτυπωτές: παλαιότεροι εκτυπωτές που δεν χρησιμοποιούν διασύνδεση USB ή παράλληλη υποδοχή, γενικά υπολογιστές που δεν διαθέτουν USB για να ενημερώσουν το υλικολογισμικό τους.

Πάνω απ 'όλα, μιλάμε για βιομηχανικές και δικτυακές συσκευές, όπου η χρήση αναμένεται από χρήστες με τεχνικές γνώσεις.

Ταχύτητα σειριακής θύρας (RS-232)

Πριν εξετάσουμε τις τρέχουσες εκδόσεις της σειριακής θύρας, αξίζει να γνωρίζουμε λίγο σχετικά με τις ταχύτητες που έχει φτάσει αυτό μετά από ενημερώσεις υλικού και περιφερειακών:

Αυτές οι ταχύτητες μετρούνται σε bits ανά δευτερόλεπτο ή baud, ένα κοινό μέτρο στα μόντεμ και είναι αρκετά χαμηλές σε σύγκριση με τις σειριακές θύρες που έχουμε σήμερα ως USB. Διαχειρίζεται επίσης άμεσα από το λογισμικό από την άποψη του εύρους ζώνης και της σύνδεσης με το περιφερειακό.

Η εξέλιξη της σειριακής θύρας μέχρι σήμερα και οι κύριες διεπαφές

Αφήνουμε τη θύρα RS-232 πίσω για να μάθουμε περισσότερα για τις πιο χρησιμοποιούμενες σειριακές θύρες σήμερα. Όλοι δουλεύουν σύμφωνα με τα δικά τους πρότυπα και όχι υπό συνθήκες RS-232, που διαχειρίζονται αυτόματα και αυτόνομα από τον ελεγκτή τους.

PS / 2

Αυτή η θύρα εφαρμόστηκε για πρώτη φορά σε υπολογιστές IBM το 1987 και ακόμα και σήμερα τη βρίσκουμε στα τρέχοντα συμβούλια. Η λειτουργία του είναι να συνδέει ποντίκια ή πληκτρολόγια σε μια ανεξάρτητη διεπαφή με το USB. Έχει συνολικά 6 ακίδες που είναι κυκλικές και στο λειτουργικό σύστημα μπορούμε να το βρούμε ως θύρα COM.

Πρόκειται για μια αμφίδρομη διεπαφή και στις παλιές κάρτες με θύρα RS-232 μοιράστηκε τη διακοπή με αυτή τη θύρα. Επιπλέον, δεν επιτρέπεται η εναλλαγή καυσαερίων, οπότε ο υπολογιστής θα πρέπει να ξαναρχίσει για να ανιχνεύσει ξανά το εγκατεστημένο περιφερειακό.

USB (Universal Serial Bus)

Ποιος δεν γνωρίζει σήμερα τη θύρα USB; Θα μπορούσαμε να αφιερώσουμε ένα ολόκληρο άρθρο σε αυτή τη διεπαφή και δεν θα τελειώσαμε. Είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη σειριακή θύρα σήμερα για τη σύνδεση περιφερειακών όλων των ειδών σε έναν υπολογιστή.

Η διασύνδεσή του είναι αρκετή με 4 αγωγούς εκ των οποίων ένα τροφοδοτεί τάση στα 5V, δύο από αυτά είναι υπεύθυνοι για την αποστολή και λήψη δεδομένων και η τελευταία είναι η σύνδεση γείωσης. Ενώ άλλες εκδόσεις, όπως το micro USB, διαθέτουν 5ο pin για να το διακρίνουν από Micro-A και Micro-B. Επίσης, οι μεταγενέστερες εκδόσεις του USB 3.0 αυξάνουν το pinout τους ώστε να επιτρέπουν μεγαλύτερο εύρος ζώνης.

Αυτές είναι οι εκδόσεις και οι ταχύτητες που έχουμε σήμερα αφήνοντας την έκδοση 1.0 και 1.1 πίσω:

• USB 2.0: Θεωρητική ταχύτητα 480 Mbps (60 MB / s) με ισχύ τροφοδοσίας 5V. USB 3.0: Αυξάνει την ταχύτητα έως και 5 Gbps (600 MB / s) και ονομάζεται επίσης USB 3.1 Gen1 ή USB 3.2 Gen1. USB 3.1: Αν και αυτή τη στιγμή ονομάζεται USB 3.1 Gen2 ή USB 3.2 Gen2, αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο καθιερώθηκε το 2019. Αυξάνει την ταχύτητά του στα 10 Gbps (1, 2 GB / s) USB 3.2: Αυξάνει την ταχύτητα στα 20 Gbps 2.4 GB / s) και θα το βρούμε με την ονομασία USB 3.2 Gen2x2. Αυτό το λιμάνι τέθηκε σε εφαρμογή στα τέλη του 2019 σε νέες πλακέτες Intel και AMD.

Και από το 2014 έχουμε στη διάθεσή μας τη θύρα USB Type-C, η οποία διαθέτει 24 επαφές διατεταγμένες σε δύο σειρές για να είναι πλήρως αναστρέψιμες. Αυτός ο τύπος συνδέσμου χρησιμοποιείται ευρέως για φορητές συσκευές όπως Smartphone ή περιφερειακά. Αυτή τη στιγμή μπορούμε να βρούμε USB-C τύπου 3.2 Gen1, 3.2 Gen2 και 3.2 Gen2x2. Επιπλέον, είναι σε θέση να υλοποιήσει τη σύνδεση DisplayPort 1.4 και Thunderbolt 3 με φορτίο μέχρι 100W.

Firewire

Επίσης γνωστό ως πρότυπο IEEE 1394, είναι η αμερικανική έκδοση του USB πριν η ίδια η διεπαφή επεκταθεί σε αυτήν την περιοχή, αφήνοντας αυτή τη σειριακή διεπαφή πολύ πίσω στην απόδοση.

Πρόκειται για μια κονσόλα παρόμοια με την USB, αν και με μια αιχμηρή γωνία και έχει 4, 6, 9 και έως 12 ακίδες ανάλογα με την έκδοση . Αυτήν τη στιγμή έχει αντικατασταθεί πλήρως από USB 2.0 και μετά.

Υπάρχουν 4 εκδόσεις του Firewire ανάλογα με το εύρος ζώνης τους

• Firewire 400: λειτουργεί στα 50 MB / s Firewire 800: φτάνει τα 100 MB / s Firewire s1600: ταχύτητα 200 MB / s Firewire s3200: τελευταία έκδοση που λειτουργεί σε 400 MB / s

Θύρες βίντεο

Οι θύρες βίντεο λειτουργούν επίσης κάτω από ένα δίαυλο σειριακού τύπου, αυτές είναι οι D-Sub, επίσης γνωστές ως VGA, το DVI στις διάφορες εκδόσεις του και οι θύρες HDMI και DisplayPort ως οι πιο σύγχρονες διεπαφές και χρησιμοποιούνται μαζί με το Thunderbolt υπό USB Type- Γ.

Η ταχύτερη θα είναι η θύρα HDMI και το DisplayPort. Στην πρώτη περίπτωση βρισκόμαστε στην έκδοση 2.0b με εύρος ζώνης 14, 4 Gbps και σύντομα θα προχωρήσουμε στην έκδοση 2.1 η οποία αυξάνεται στα 42, 6 Gbps υποστηρίζοντας αναλύσεις μέχρι 8K στα 120 Hz. Το DisplayPort διαθέτουμε την έκδοση 1.4 με ταχύτητα 49, 65 Gbps που υποστηρίζει ψήφισμα 8Κ στα 60 Hz.

Διεπαφή SATA και PCIe

Τέλος, οι πιο σημαντικές διεπαφές του υπολογιστή μας: το SATA (Serial Advanced Technology Attachment) για σκληρούς δίσκους και το PCIe ή το PCI-E (Peripheral Component Interconnect - Express) για την εσωτερική επικοινωνία των εξαρτημάτων.

Το SATA είναι η διασύνδεση που αντικατέστησε το PATA για συνδέσεις συσκευών αποθήκευσης σε υπολογιστές γενικής κατανάλωσης. Το μέγιστο εύρος ζώνης του στην έκδοση SATA III είναι 6 Gbps, το οποίο έχει περίπου 600 MB / s. Χρησιμοποιεί ένα πολύ μικρότερο σύνδεσμο από τον IDE και με μία μόνο σύνδεση συσκευής ανά διεπαφή, επιτρέποντας επίσης την σύνδεση με το καλώδιο. Λειτουργεί με το πρωτόκολλο AHCI (Advanced Host Controller Interface) και είναι επίσης διαθέσιμο σε διεπαφές M.2 για μονάδες SSD.

Το PCI-Express είναι ο εσωτερικός σειριακός δίαυλος, ο οποίος μας επιτρέπει να συνδέουμε εξαρτήματα υψηλής ταχύτητας απευθείας σε υποδοχές που είναι εγκατεστημένες στη μητρική πλακέτα. Θα ονομάσουμε αυτές τις κάρτες επέκτασης. Επί του παρόντος, υπάρχουν πίνακες με PCI-Express στην έκδοσή του 4.0, όπου κάθε λωρίδα δεδομένων έχει εύρος ζώνης 2000 MB / s (16 Gbps) ταυτόχρονα, πραγματική βαρβαρότητα σε σχέση με τους λιμένες εξωτερικά. Συνδέουν SSDs NVMe, κάρτες γραφικών, κάρτες δικτύου κ.λπ. Επιπλέον, η βόρεια γέφυρα ή chipset επικοινωνεί με την CPU με ένα λεωφορείο αυτού του τύπου.

Διαφορές μεταξύ της σειριακής θύρας και της παράλληλης θύρας

Δεν έχουμε δει ακόμα την κύρια ή την κύρια διαφορά μεταξύ της σειριακής θύρας και της παράλληλης θύρας. Αυτό βρίσκεται στη λειτουργία του, δεδομένου ότι μια παράλληλη θύρα στέλνει τα δυαδικά ψηφία των πληροφοριών ταυτόχρονα και με τη μορφή πακέτων. Κάθε ένα από αυτά τα δυαδικά ψηφία, το οποίο μπορεί να είναι για παράδειγμα ένας κώδικας ASCII, αποστέλλεται από έναν άλλο αγωγό, έχοντας τότε όσες αγωγούς αποστέλλονται ταυτόχρονα. Εκτός από αυτά θα υπάρχουν και άλλοι επιπλέον αγωγοί για χρονισμό, έδαφος και άλλα σήματα.

Οι παράλληλες θύρες είναι για παράδειγμα ο τύπος Centronics για εκτυπωτές, ο διαύλου PATA (IDE) για σκληρούς δίσκους και ο δίαυλος SCSI επίσης για σκληρούς δίσκους. Σε αυτές, η ζεστή σύνδεση δεν επιτρέπεται, ούτε η ισχύς του συνδεδεμένου περιφερειακού. Υποστηρίζουν πολύ λιγότερα περιφερειακά συνδεδεμένα στο ίδιο λεωφορείο και σήμερα είναι σε μεγάλο βαθμό απαξιωμένα.

Συμπεράσματα και συνδέσεις ενδιαφέροντος

Η σειριακή θύρα στο πρότυπο RS-232 και στις μεταγενέστερες εκδόσεις έχει παραμείνει μόνο για καθαρά βιομηχανική και σποραδική χρήση με εξοπλισμό πληροφορικής καταναλωτών. Μια θύρα που σημείωσε αναμφισβήτητα πριν και μετά τις συνδέσεις εξοπλισμού και περιφερειακών, ειδικά σε δίκτυα για την ενημέρωση του υλικολογισμικού των μόντεμ.

Αυτή τη στιγμή χρησιμοποιούμε όλα τα USB σε διαφορετικές εκδόσεις, αφού είναι πολύ μικρότερο και πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα. Επιπλέον, υποστηρίζει ζεστές συνδέσεις (Plug And Play) και ακόμη και τροφοδοσία μέχρι 100W στη θύρα Thunderbolt 3 με USB Type-C ικανή να φτάσει μέχρι και 40 Gbps.

Εάν θέλετε να μάθετε περισσότερα σχετικά με τα λιμάνια ή τα δίκτυα, σας αφήνουμε με αυτά τα άρθρα:

Γνωρίζατε τη θύρα RS-232, την έχετε χρησιμοποιήσει ποτέ; Αν γνωρίζετε περισσότερες δημοσιεύσεις σε σειρές ή έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, μπορείτε να τους αφήσετε στα σχόλια.