Паралельна і послідовна передачі даних хоча і служать одній меті, обміну даними та зв'язку між периферією (пристроями введення / виводу) і модулем обробки даних (материнською платою), але використовують різні методи і принципи обміну інформацією.
Принцип дії Паралельна зв'язок означає, що біти пересилаються і передаються не один за іншим, а всі 8 біт (або інакше байт) одночасно (паралельно) або, точніше, одна біля одної. Такі паралельні зв'язку мають місце не тільки при однойменних інтерфейсів, але і всередині загальної системи PC, наприклад, в шині. При цьому тут важливим є поняття розрядності шини.
Принцип паралельної передачі даних стає очевидним, якщо подивитися на кабель, який приєднаний до роз'єму паралельного інтерфейсу,
наприклад, на кабель принтера. Якщо порівняти цей кабель з кабелем миші (послідовним), то помітно, що він товщі. Справа в тому, що кабель для паралельної передачі даних повинен, як мінімум, містити вісім проводів, кожен з яких призначений для транспортування одного біта.
Паралельні інтерфейси розробляє фірма Centronics, що спеціалізується на виробництві матричних принтерів. Тому паралельний інтерфейс часто називають інтерфейсом принтера або Centronics (рис. 5.12).
Мал. 5.12. Роз'єм Centronics (нижній) і 25-контактний Sub-D кабелю принтера (верхній)
Примітка Позначення Centronics взагалі-то не зовсім коректно, оскільки 25-контактний роз'єм (вилка) типу Sub-D кабелю принтера, яким той підключається до роз'ємів паралельного інтерфейсу, називають Amphenolstacker. Amphenol - назва найбільшої американської фірми, що виробляє роз'єми (не плутайте з АМР). А власне роз'єм Centronics знаходиться на іншому кінці кабелю принтера і являє собою 36-контактний роз'єм (вилка) типу PAD.
На відміну від послідовної передачі даних, паралельна передача, як правило, односпрямована, т. Е. Дані передаються тільки в одному напрямку. Сучасні принтери можуть конфигурироваться і управлятися за допомогою програмного забезпечення. Для зв'язку їм потрібно двонаправлений кабель принтера. Для обміну даними між двома PC через паралельний інтерфейс за допомогою такої програми, як Laplink, необхідний спеціальний кабель.
Застосування паралельних інтерфейсів Паралельний інтерфейс в додатках зазвичай коротко позначають LPT або PRN. Останнє скорочення для принтерів еквівалентно LPT I.
LPT- це скорочення від Line Printer. Перший підключений принтер позначається як LPT I, а другий - як LPT2.
Стандартний паралельний порт Стандартний паралельний порт призначений тільки для односторонньої передачі інформації від PC до принтера, що є результатом електричної конструкції порту. Він забезпечує максимальну швидкість передачі даних від 120 до 200 Кбайт / с.
Порт ЕРР Фірми Intel, Xircon, Zenith і ряд інших, зацікавлених у поліпшенні характеристик паралельного порту, спільно розробили специфікацію поліпшеного паралельного порту ЕРР (Enhanced Parallel Port).
Порт ЕРР є двонаправленим, т. Е. Забезпечує паралельну передачу 8 біт даних в обох напрямках. Це позбавляє центральний процесор PC від необхідності виконання повільних інструкцій типу 1N і OUT, дозволяючи програмі займатися безпосередньо пересилкою даних. Порт ЕРР передає і приймає дані майже в шість разів швидше стандарт ного паралельного порту, чому сприяє ще й те, що порт ЕРР має буфер, який зберігає передані і прийняті символи до того моменту, коли принтер буде готовий їх прийняти.
Спеціальний режим дозволяє порту ЕРР передавати блоки даних безпосередньо з RAM PC в принтер і назад, минаючи процесор. Така перевага реалізується за рахунок використання такого цінного ресурсу комп'ютера, як канал прямого доступу до пам'яті (DMA).
Порт ЕРР повністю сумісний зі стандартним портом. Для використання його специфічних функцій потрібно лише спеціальне програмне забезпечення. При використанні належного програмного забезпечення порт ЕРР може передавати і приймати дані зі швидкістю до 2 Мбайт / с.
Подібно інтерфейсу SCSI порт ЕРР дозволяє підключати в ланцюжок до 64 периферійних пристроїв.
Порт ЕСР Подальшим розвитком порту ЕРР з'явився порт з розширеними функціями ЕСР (Extended Capability Port). Порт ЕСР забезпечує ще більшу швидкість передачі в порівнянні з портом ЕРР. Як і в ЕРР, в ЕСР збережений той же режим обміну даними через канал прямого доступу до пам'яті. Також реалізований режим роботи, що дозволяє знизити завантаження центрального процесора при передачі даних через порт. Порт ЕСР дозволяє підключати до 128 периферійних пристроїв.
Однією з найбільш важливих функцій, вперше реалізованої в ЕСР, є стиснення даних. Це дозволяє різко підвищити реальну швидкість передачі. Ця функція не є обов'язковою, тому порти, периферійні пристрої та програми можуть її і не підтримувати. Однак виграш від стиснення даних можна отримати тільки тоді, коли режим компресії підтримується як портом ЕСР, так і принтером. Тільки в цьому випадку може бути реалізована функція стиснення даних. Якщо обопільної підтримки не буде, комп'ютер буде обмінюватися даними з принтером без стиснення.
Стандарт IEEE 1284
В даний час стандарти портів ЕРР і ЕСР були включені в стандарт Американського інституту інженерів з електротехніки та електроніки 1ЕЕЕ 1284. Багато сучасні лазерні принтери використовують цей стандарт.
Стандарт IEEE 1284 визначає чотири режими роботи: полубайтовий, байтовий, ЕРР і ЕСР. Це досягається за рахунок виконання вимог сумісності з раніше розробленими і вже широко поширеними специфікаціями. Зауважимо, що всі вони підтримують двосторонню передачу даних.
Додатково до функцій вже розглянутих портів стандарт 1ЕЕЕ тисячі двісті вісімдесят чотири дозволяє принтеру послати сигнал на підводному човні. Всякий раз при виникненні помилки паралельний порт посилає сигнал переривання IRQ.
У більшості випадків до паралельного інтерфейсу підключається принтер. Однак є ще й інші периферійні пристрої, управління якими здійснюється через цей інтерфейс. Іноді це зовнішні дисководи (типу Zip, Jaz), але частіше зовнішні стримери. При цьому можлива передача даних з максимальною швидкістю 1 Мбайт / с. Також паралельні інтерфейси використовуються для обміну інформацією між двома PC.
Послідовна передача даних для порту СОМ Для послідовних інтерфейсів вибір пристроїв, що підключаються значно ширше, тому більшість PC одночасно обладнано двома інтерфейсними роз'ємами для послідовної передачі даних (рис. 5.13). Роз'єми послідовного інтерфейсу на PC є 9-контактний (вилка) Sub-D; крім того, в дуже старих моделях PC використовувався 25-контактний (вилка) Sub-D, призначення контактів яких наведено в табл. 5.5. У найбільш сучасних моделях PC на корпусі встановлюється тільки один роз'єм COM-порту або він є тільки на материнській платі.
Мал. 5.13. 9-контактний роз'єм COM-порту: а - на корпусі PC; б - на кабелі Таблиця 5.5. Призначення контактів роз'ємів послідовного інтерфейсу
В якості стандартного позначення для послідовного інтерфейсу найчастіше використовують RS-232C.
Головний елемент послідовного інтерфейса- мікросхема 8250 для старих і 16 450 UART (Universal Asynchron Receiver Transmitter) для нових плат контролерів. Контролер на базі чіпа 8250 забезпечує максимальну швидкість передачі даних 9600 бод, а чіп 16 450 - 115 200 бод.
Принцип дії На відміну від паралельної передачі даних, послідовна зв'язок здійснюється побитно. Окремі біти пересилаються (або приймаються) послідовно один за одним, при цьому можливий обмін даними в двох напрямках. Рівень напруги послідовного інтерфейсу змінюється в межах від -12 В до +12 В. Завдяки цьому відносно високому на напрузі підвищується стійкість, і дані можуть передаватися без втрат по кабелю довжиною 50 м і більше.
В асинхронному режимі, який використовують PC (передана команда складається з стартового біта, 8 біт даних і одного стоп-біта), прийом і передача даних здійснюються з однаковою тактовою частотою.
Для зв'язку через послідовний інтерфейс в принципі було б достатньо трьох проводів: провід прийому, передачі і корпус. Однак на практиці використання лише трьох ліній призводить до суттєвого зменшення продуктивності.
Конфігурація Послідовний інтерфейс пов'язує два пристрої. Для того щоб "співрозмовники" при обміні даними не перебивали один одного, вони повинні мати єдиний протокол прийому / передачі, яким визначається послідовність обміну даними.
Швидкість передачі даних Номінальна швидкість передачі - це швидкість передачі даних, що визначається кількістю елементів двійковій інформації, переданих за 1 с.
Ефективна (реальна) швидкість - це швидкість передачі з урахуванням необхідності передачі службової інформації (що зменшує ефективну швидкість в порівнянні з номінальною) і стиснення даних (що збільшує ефективну швидкість).
Примітка Швидкість передачі вимірюється в бодах, названих на честь французького вченого Жана Моріса Еміля Бодо. Іноді замість бод вживають позначення bps (bit per second), або біт / с. Однак це трохи різні речі. Величина в бодах вказує кількість переданих бітів з урахуванням службових бітів (стартові біти, стоп-біти і біти контролю парності). А величина, зазначена в bps, має на увазі ефективну швидкість передачі самих даних. Типові значення швидкості передачі даних через послідовний інтерфейс для PC і периферійних пристроїв, таких як модеми, складають 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200 бод і вище.
Зверніть увагу на те, що при передачі даних, наприклад між двома модемами, один з яких є високошвидкісним модемом зі скоро стю 19 200 бод, а інший в змозі забезпечити обмін даними лише зі швидкістю 2400 бод, комп'ютери все одно будуть спілкуватися зі швидкістю 2400 бод .
Стартовий біт, стоп-біт, біти даних Дані при послідовній передачі розділяються службовими посилками, такими як стартовий біт (Start bit) і стоп-біт (Stop bit). Ці біти вказують на початок і кінець передачі послідовності біт даних (Data bits). Даний метод передачі дозволяє здійснити синхронізацію між прийомною сім'єю і передавальної сторонами, а також вирівняти швидкість обміну даними.
Біт контролю парності Для ідентифікації і розпізнавання помилок при послідовній передачі до складу посилки додатково включають біт контролю парності (Parity bit). Існує кілька різних варіантів використання біта контролю парності:
- біт контролю парності не посилати (No Parity);
- біт контролю парності парний (Even Parity);
- біт контролю парності непарний (Odd Parity).
Значення біта контролю парності визначається бінарної сумою всіх переданих бітів даних. Приклад визначення біта контролю парності наочно ілюструється в табл. 5.6.
Таблиця 5.6. Приклад визначення біта контролю парності
Для встановлення зв'язку між двома послідовними інтерфейсами попередньо необхідно конфігурувати їх відповідним чином, т. Е. Вказати, як буде здійснюватися обмін даними: швидкість обміну, формат даних, контроль парності і т. П.
Розподіл сигналів Призначення контактів роз'єму послідовного інтерфейсу було приведено в табл. 5.5. Розглянемо докладніше призначення сигналів послідовного інтерфейсу. Наведений тут технічний матеріал допоможе розібратися з призначенням індикаторів стану на модемі і правильно налаштувати комунікаційні програми.
- Сигнал DCD використовується в модемах для повідомлення комп'ютера і комунікаційній програмі про встановлення зв'язку "модем-модем". Коли локальний модем зв'язується з віддаленим модемом і отримує у відповідь хороший сигнал несучої, він формує позитивний сигнал DCD.
- Сигнал RXD є дані, передані віддаленим PC і отримані комп'ютером / модемом.
- Сигнал TXD є дані, що передаються комп'ютером / модемом. Відзначимо наявність двох ліній даних, одна з яких призначена для передачі, а інша для прийому. Отже, при наявності відповідної комунікаційної програми два послідовних пристрої можуть передавати дані одночасно.
- Сигнал DTR (позитивний) повідомляє віддаленого PC про готовність комп'ютера / модема до прийому даних. Додатковим для цього сигналу є сигнал DSR. Щоб два пристрої могли взаємодіяти, обидва ці сигналу повинні бути високого рівня, повідомляючи про наявність пристроїв і їх готовність до обміну даними.
- Лінія GND є сигнальною землею, т. Е. Другою лінією, необхідної для передачі і прийому сигналів.
- Сигнал DSR поряд з сигналом DTR повідомляє PC про включення (режим on-line) і готовність до обміну даними з віддаленим комп'ютером / модемом (сигнал позитивний).
- Сигнал RTS є одним з двох сигналів (другий - CTS), завдяки яким здійснюється обмін даними між двома з'єднаними комп'ютерами / модемами. Це сигнали готовності до прийому даних. Сигнал RTS формує локальний, а сигнал CTS - віддалений модем.
- Сигнал CTS доповнює пару сигналів RTS / CTS. У разі відсутності на відповідних лініях сигналів RTS і CTS позитивної полярності практично у всіх системах зв'язку передача даних по послідовному каналу неможлива. Проте є винятки. Найчастіше зустрічається підключення послідовного кінцевого пристрою до віддаленого комп'ютера. При такому способі підключення лінії RTS / CTS можна як використовувати, так і не використовувати. Зазвичай для того щоб заощадити кількість провідників у сполучному кабелі, ці лінії коммутируют відповідним чином безпосередньо на локальному роз'ємі інтерфейсу. Наприклад, можна з'єднати контакти 4 і 7, а також 8 і 6 всередині на 9-контактному роз'ємі DB9 послідовного порту PC. Після цього залишається тільки з'єднати контакт 3 (передані дані) на роз'ємі PC з контактом 3 (прийняті дані) на принтері або іншому пристрої, обладнаному роз'ємом DB25; з'єднати контакт 5 на PC з контактом 7 на віддаленому пристрої, а також з'єднати контакт 6 (квитирующего провідник) на PC з контактом 19 роз'єму принтера або іншого пристрою. В результаті виходить односпрямований кабель PC-принтера, що складається всього з трьох провідників.
Монтаж кабельної проводки кінцевого пристрою, в нашому випадку - PC, для передачі даних не завжди простий. Слід використовувати кабель, який входить до периферійного пристрою.
Якщо ви хочете зв'язати через послідовний інтерфейс два PC, то повинні використовувати так званий кабель Null-Modern, тому що в процесі зв'язку не приймає участь спеціальне обладнання передачі даних, наприклад модем. В цьому випадку вам потрібно самостійно виготовити такий кабель. Можливі схеми з'єднання двох PC через роз'єми DB9 наведені на рис. 5.14.
Мал. 5.14. З'єднання двох PC через кабель Null-Modern