Θύρες Υπολογιστικών Συστημάτων

Αξιολόγηση Χρήστη: 5 / 5

Κατηγορία: Τεχνικά Θέματα

Εμφανίσεις: 1108

Σειριακή Θύρα

Στα υπολογιστικά συστήματα μια σειριακή θύρα (serial port) είναι μία διεπαφή (interface) μέσω της οποίας η πληροφορία μεταδίδεται και προς τις δύο κατευθύνσεις ένα (1) bit κάθε φορά. Καθόλη την ιστορία των υπολογιστικών συστημάτων τα δεδομένα μεταφέρονταν μέσω των σειριακών πορτών, όπως στα modem, στις τερματικές συσκευές και τα διάφορα περιφεριακά.

Αν και διεπαφές όπως το Ethernet, το FireWire, και το USB μεταφέρουν τα δεδομένα σειριακά, με τον όρο σειριακή θύρα θεωρούμε το υλικό συμβατό με το πρότυπο RS-232.

Οι σύγχρομοι υπολογιστές δεν υποστηρίζουν το πρότυπο RS-232, οπότε και χρειάζονται αντάπτορες USB-to-Serial για να υπάρχει συμβατότητα με τις συσκευές αυτές.

Οι σειριακές θύρες χρησιμοποιούνται ακόμα για κάποιες εφαρμογές, όπως σε βιομηχανικά αυτοματοποιημένα συστήματα, επιστημονικά εργαλεία κ.λ.π. Τα υπολογιστικά συστήματα εξυπηρετητή χρησιμοποιούν σειριακή επικοινωνία με κονσόλες ελέγχου για διαγνωστικούς ελέγχους.  Δικτυακός εξοπλισμός (όπως routers και switches) χρησιμοποιούν συχνά σειριακή για την διαμόρφωση μέσω κονσόλας. Μια σειριακή πόρτα χρειάζεται ελάχιστο υποστηρικτικό λογισμικό από το υπολογιστικό σύστημα.

Το RS-232 (Recommended Standard 232) είναι ένα πρότυπο για σειριακή μετάδοση δυαδικών σημάτων δεδομένων μεταξύ ενός DTE (Data terminal equipment) και ενός DCE (Data Circuit-terminating equipment). Χρησιμοποιείται συχνά στις σειριακές θύρες των προσωπικών υπολογιστών. Ένα παρόμοιο πρότυπο της ITU-T είναι το V.24.

Χρησιμοποιείται ένας αγωγός για εκπομπή δεδομένων, ένας για λήψη και μία γείωση.

Λόγω της διάδοσής του, το πρότυπο RS-232 συχνά θεωρείται ταυτόσημο με τη σειριακή ή σειραϊκή θύρα.

PS/2

Η θύρα PS/2 είναι μια διεπαφή 6 ακίδων (6-pin) που χρησιμοποιείται για την σύνδεση πληκτρολογίου και ποντικιού σε ένα υπολογιστικό σύστημα.Παρουσιάστηκε το 1987 και αντικατέστησε την DE-9 RS-232 σειριακή θύρα (ποντίκι) και την 5-pin/180° που χρησιμοποιούσε η IBM για την σύνδεση πληκτρολογίου.

Η πόρτα είναι ηλεκτρικά και λογικά ίδια με την θύρα πληκτρολογίου IBM AT, και διαφέρει μόνο στον σύνδεσμο που χρησιμοποιείται. Η πλατφόρμα PS/2 εισήγαγε μια δεύτερη θύρα με τον ίδιο σχεδιασμό με το πληκτρολόγιο για σύνδεση του ποντικιού, μιας και οι δύο συσκευές χρησιμοποιούν τα ίδια πρωτόκολλα επικοινωνίας και έχουν τα ίδια ηλεκτρικά χαρακτηριστικά.

Αρχικά δεν μπορούσαμε να κάνουμε εναλλαγή μεταξύ των θυρών, διότι χρησιμοποιούνταν διαφορετικό σύνολο εντολών και οι οδηγοί τους ήταν "γραμμένοι" στο υλικό, οπότε και κάθε συσκευή (πληκτρολόγιο και ποντίκι), χρησιμοποιούσαν την δική τους θύρα.

Και η θύρα PS/2 τείνει να εξαλιφθεί. Όπου υπάρχει μπορούμε πλέον να συνδέσουμε είτε ποντίκι, είτε πληκτρολόγιο.

Τεχνικά χαρακτηριστικά

• Σχεδιαστής: IBM
• Hot pluggable: Όχι
• Καλώδιο: 4 καλώδια με θωράκιση
• Ακίδες: 6
• Σύνδεσμος: Mini-DIN-6
• Σήμα: 5 V DC
• Μεγ. Τάση Ρεύματος: 5.0±0.5 V
• Μεγ. Ενταση Ρεύματος: 275 mA
• Σήμα δεδομένων:  Σειριακό στα 10.0–16.7 kHz με 1 start bit, 8 data bits (LSB first), 1 parity bit (odd), 1 stop bit, [1 ack bit (από host σε device)]
• Ρυθμός Μετάδοσης:  7–12 kbit/s
• Αριθμός Συσκευών: 1 ή 2
• Πρωτόκολλο: Σειριακό
• Pinout: Pin 1 +DATA Δεδομένα, Pin 2 Μη συνδεδεμένο, Pin 3 GND Γείωση, Pin 4 Vcc +5 V DC στα 275 mA, Pin 5 +CLK Ρολόι, Pin 6 Μη συνδεδεμένο.

Παράλληλη Θύρα

Η πράλληλη θύρα είναι μια διασύνδεση που βρίσκαμε στ παλιότερα υπολογιστικά συστήματα για την σύνδεση περιφεριακών. Το όνομα αναφέρεται στον τρόπο που στέλνονται τα δεδομένα. Με την παράλληλη θύρα στέλνονται πολλα bit ταυτόχρονα μέσω των πολλαπών γραμμών για δεδομένα και λοιπά σήματα.

Υπάρχουν πολλοί τύποι παράλληλων θυρών, αλλά ο όρος έχει συσχετιστεί με την παράλλη θύρα εκτυπωτή της Centronics που υπήρχε στους προσωπικούς υπολογιστές από την δεκαετία του 70 έως το 2000. Ήταν το στάνταρντ για πολλά χρόνο και τελικά καθιερώθηκε ως το πρότυπο IEEE 1284 στα τέλη της δεκαετίας του 90. Το πρότυπο αυτό καθόριζε τις εκσόδεις της Enhanced Parallel Port (EPP) κα της Extended Capability Port (ECP) αμφι-κατευθυντικές. Στην εποχή μας η παράλληλη θύρα έχει αντικατασταθεί από την USB, καθώς αυτή υποστηρίζεται από τα περισσότερα περιφεριακά.

Η διασύνδεση της παράλληλης πόρτας αρχικά ήταν γνωστή ως Παράλλη λη Θύρα Εκτυπωτή για IBM συμβατούς υπολογιστές. Αρχικά ειχε σχεδιαστεί να χρησιμοποιείται για την εκτύπωση ASCII χαρακτήρες, αλλά μπορούσε να προσαρμοστεί και για άλλα περιφεριακά, όπως εκτυπωτές γραφικών και προσαρμογείς για άλλες συσκευές για επικοινωνία με το υπολογιστικό σύστημα.

Τεχνικά Χαρακτηριστικά

• Πάχος: 2.3 cm (0.91 in)
• Hot pluggable: Συνήθως όχι
• Καλώδιο: Συνήθως έως 25 καλώδια περιλαμβανομένου της γείωσης και προαιρετικά θωρακισμένο
• Επαφές: 8 data, 4 output control, 5 input control, 8 ground
• Ακροδέκτης: DB-25, DB25F, "Centronics" 36-pin Amphenol, DC-37, κ.λ.π.
• Σήμα: 0 to +5.0 volt DC
• Μέγιστη Τάση ρεύματος: 5 volts DC
• Μετάδοση: Παράλληλη (Parallel)
• Ρυθμός Μετάδοσης:  PP: 150 kbit/s, EPP: 2 MB/s, ECP: 2.5 MB/s
• Μέγ. Πλήθος Συσκευών: 2
• Πρωτόκολλο: Εξαρτόμενο από την εφαρμογή

Firewire (IEEE 1394)

Το IEEE 1394 είναι το πρότυπο διεπαφής για σειριακή επικοινωνία υψηλών ταχτυτήτων και ισόχρονες πραγματικού χρόνου. Αναπτύχθηκε τέλη δεκαετίας 80 με αρχές 90 από την Apple, και το ονόμασε FireWire, σε συνεργασία με αρκετές εταιρίες και κυρίως την Sony και την Panasonic.

Το χάλκινο καλώδιο που χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή του μπορεί να φτάνει τα 4.5 μέτρα (15 ft). Μπορεί επίσης να τροφοδοτήσει με ρεύμα συσκευές με χαληλή κατανάλωση (εξωτερικός σκληρός δίσκος) και είναι διαθέσιμο και σε εκδόσεις Cat 5 και Οπτικής Ίνας.

Η διεπαφή 1394 είναι συμβατή με την USB. Το USB χρειάζεται ελεκτή (controller) για να δουλέψει, ενώ το IEEE 1394 ελέγχεται από τις συνδεδεμένες συσκευές.

Τεχνικές Προδιαγραφές

Το FireWire μπορεί να συνδέσει μέχρι 63 περιφεριακά σε τοπολογία δέντρου ή daisy-chain. Επιτρέπει επίσης επικοινωνία σημείου - προς- σημείο (peer-to-peer) μεταξύ συγκευών, π.χ. μεταξύ scanner και εκτυπωτή, χωρίς χρήση της μνήμης του συστήματος ή της CPU. Είναι σχεδιασμένο να υποστηρίζει plug and play και hot swapping. Στις εκδόσεις των 6 ή 9 κλώνων, μπορεί να παρέχει ρεύμα ισχύς έως 45 watts και 30 volts, επιτρέποντας σε συσκευές χαμηλής ισχύως να δουλέξουν χωρίς εξωτερική τροφοδοσία.

Οι συσκευές FireWire οργανώνονται σε τοπολογία δέντρου, κάθε συσκευή έχει το δικό ID (αναγνωριστικό) και ένας κόμβος εκλέγεται ως ρυζικός κόμβος και έχει το υψηλότερο ID. Η ανάθεση του ID γίνεται στην επαναφορά του κάθε διαύλου επικοινωνίας και κάθε ID εξαρτάται από το επίπεδο της συσκευής στο δέντρο.

Το FireWire μπορεί να διαχειρίζεται ασφαλώς σημαντικά τμήματα του συστήματος χάρις στον τρόπο που οι συσκευές αλληλεπιδρούν με τον δίαυλο επικοινωνίας και πως ο δίαυλος αυτός διαμοιράζει το εύρος μετάδοσης (bandwidth).

To FireWire έχει την δυνατότητα ασύγχρονης και ισόχρονης μετάδοσης ταυτόχρονα. Ισόχρονες μεταδόσεις δεδομένων είναι μεταδώσεις που απαιτούν συνεχές και εγγυημένο εύρος μετάδοσης,

Ο τρόπος με τον οποίο καθορίζεται ποιος κόμβος θα μεταδόσει δεδομένα σε κάποια χρονική στιγμή καλείται arbitrasion (διαιτησία). Κάθε κύκλος διαιτησίας κρατάει 125 microseconds, σε κάθε κύκλο ο ριζικός κόμβος στέλνει ένα πακέτο έναρξης του κύκλου. Όλοι οι κόμβοι που έχουν δεδομένα προς μετάδοση απαντούν, με αυτόν που είναι πιο κοντά στον ριζικό κόμβο να κερδίζει, οπότε και ξεκινάει την μετάδοση. Αφού τελειώσει ο πρώτος κόμβος την μετάδοση, οι υπόλοιποι παίρνουν σειρά. Εδώ να σημειώσουμε ότι οι ισόχρονες μεταδόσεις έχουν προτεραιότητα.

Ταχύτητα Μετάδοσης 400–3200 Mbit/s (50–400 MB/s) ανάλογα με την έκδοση Firewire.

Το Universal Serial Bus (USB) είναι το πρότυπο που καθορίζει τα χαρακτηριστικά για τα καλώδια, τους συνδέσμους, τα πρωτόκολα σύνδεσης, την επικοινωνία και την παροχή τροφοδοσίας μεταξύ υπολογιστών , περιφερειακών συσκευών και άλλων υπολογιστών.

Το πρότυπο δημοσιεύτικε το 1996 και συντηρείται από το USB Implementers Forum (USB-IF). Υπάρχουν τέσσερις γενειές USB: USB 1.x, USB 2.0, USB 3.x and USB4.

Το USB σχεδιάστηκε ώστε να τυποποιήσει την σύνδεση των περιφεριακών με έναν υπολογιστή, και για επικοινωνία και για τροφοδοσία. Έχει αντικαταστήσει τις κλασσικές διεπαφές, σειριακή και παράλληλη. Επίσης, έχει αντικαταστήσει τον τρόπο τροφοδοσίας και φόρτισης των περισσοτέρων φορητών συσκευών.

Συσκευές που πλέον συνδέονται μέσω USB είναι τα πληκτρολόγια, ποντίκια, κάμερες, εκτυπωτές, εξωτερικοί δίσκοι, προσαρμογοί δικτύου, κ.α..

Connectors	USB 1.0 1996	USB 2.0 2001	USB 2.0 Revised	USB 3.0 2011	USB 3.1 2014	USB 3.2 2017	USB4 2019
Data rate	1.5 Mbit/s (Low Speed)	480 Mbit/s (High Speed)		5 Gbit/s (SuperSpeed)	10 Gbit/s (SuperSpeed+)	20 Gbit/s (SuperSpeed+)	40 Gbit/s (SuperSpeed+ and Thunderbolt 3)
	12 Mbit/s (Full Speed)
Standard	Type A			Type A		Deprecated
	Type B			Type B
	N/A	Type C (enlarged)
Mini	N/A	Mini A		Deprecated
		Mini B
	N/A		Mini AB
Micro			Micro A
			Micro B	Micro B	Deprecated
			Micro AB	Deprecated
Connectors	USB 1.0 1996	USB 2.0 2001	USB 2.0 Revised	USB 3.0 2011	USB 3.1 2014	USB 3.2 2017	USB4 2019

Σκοπός τοy USB

• Όπως αναφέραμε παραπάνω, το USB ήρθε να αντικαταστήσει του προηγούμενους τρόπους δισύνδεσης των περιγεριακών και άλλων συσκευών με τα υπολογιστικά συστήματα.
• Το USB είναι αυτο-διαμορφώμενο (self-configuring) που σημαίνει ότι δεν χρειάζεται να διαμορφώσει ο χρήστης τίποτα, ούτε ταχύτητα, ούτε χρήση μνήμης, ούτε κάτι άλλο.
• Οι θύρες USB στα υπολογιστικά συστήματα έχουν τυποποιημένη μορφή, οπότε και οποιαδήποτε συσκευή μπορεί να συνδεθεί σε αυτά.
• Η USB διασύνδεση είναι "Hot Pluggable" που σημαίνει ότι μπορούμε να συνδέσουμε / αποσυνδέσουμε μια USB συσκευή οποιαδήποτε στιγμή θέλουμε από τον υπολογιστή, χωρίς επανεκκίνηση αυτού.
• Μικρές εξωτερικές συσκευές μπορούν να τροφοδοτηθούν απευθείας από την θύρα USB.
• Εφόσον μια συσκευή έχει πιστοποίηση USB είναι σίγουρο ότι όταν την συνδέσουμε στον υπολογιστή, αυτή θα αναγνωριστεί και θα μπορούμε να την χρησιμοποιήσουμε.
• Αν βάλουμε μια USB συσκευή πάνω στον υπολογιστή, είτε θα διαμορφωθεί αυτόματα με χρήση των υπαρχόντων οδηγών συσκευής, είτε θα μας ζητήσει να "δώσουμε" εμείς την τοποθεσία των οδηγών της συσκευής, αν αυτή έχει μια πιο εξεζητημένη λειτουργία.
• Οι κατασκευαστές περιφεριακών συσκευών δεν χρειάζεται να ασχοληθούν με την διασύνδεση, εφόσον το USB πρότυπο παρέχει έυρος ταχυτήτων και δυνατοτήτων για να καλυφθούν οι ανάγκες των περιεφεριακών.
• Από την έκδοση 2 έχει εισαχθεί το On-The-Go που επιτρέπει την απευθείας επικοινωνία δύο (2) USB συσκευών χωρίς την χρήση USB Host.

Περιορισμοί

• Τα καλώδιο USB έχουν περιορισμό ως προς το μήκος τους.
• Οι USB συσκευές συνδέονται σε τοπολογία δέντρου και χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο "master-slave" για την διευθυνσιοδότηση των συσκευών.
• Οι συσκευές USB δεν μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους, παρά μόνο μέσω του υπολογιστή στον οποίο συνδέονται.
• Η host συσκευή δεν μπορεί να αναμεταδόσει δεδομένα σε όλες τις συνδεδεμένες USB συσκευές ταυτόχρονα, αλλά για κάθε μία ξεχωριστά.
• Υπάρχουν μετατροπείς (converters) μεταξύ USB και άλλων θυρών διασύνδεσης, όμως αυτό δεν σημαίνει ότι θα καλύπτονται όλες οι λειτουργίες που θα κάλυπτε η θύρα διασύνδεσης. Π.Χ. Ένας μετατροπέας από USB σε Παράλληλη θύρα θα δουλέψει μια χαρά για έναν εκτυπωτή, αλλά όχι για έναν σαρωτή (scaner) που απαιτεί bi-directional επικοινωνία.
• Για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί το πρότυπο USB από έναν κατασκευαστή, θα πρέπει στην συσκευή να υπάρχει "ελεγκτής" (controller).

Τεχνικά Χαρακτηριστικά

• Μήκος: 2–5 m (6 ft 7 in–16 ft 5 in)
• Πλάτος: 12 mm (type-A), 8.45 mm (type-B), 6.8 mm (mini/micro), 8.25 mm (type-C)
• Ύψος: 4.5 mm (type-A), 7.26 mm (type-B), 10.44 mm (type-B SuperSpeed), 1.8–3 mm (mini/micro), 2.4 mm (type-C)
• Καλώδιο: 4 καλώδια και κάλυψη, 9 καλώδια και κάλυψη (SuperSpeed)
• Μέγιστος αριθμός ταυτόχρονων συσκευών: 127
• Αριθμός Επαφών: 4: 1 power, 2 data, 1 ground, 5 (On-The-Go), 9 (SuperSpeed), 11 (Powered-B SuperSpeed), 24 (USB-C)

Ηλεκτρικά Χαρακτηριστικά

• Σήμα: 5 V DC
• Μέγιστη Τάση: 5.00 (+0.25, −0.60 V), 5.00 (+0.25, −0.55 V για USB 3.0), 20.00 V (Power Delivery)
• Μέγ. Ένταση Ρεύματος: 0.5 A (USB 2.0), 0.9 A (USB 3.0), 1.5 A (BC 1.2), 3 A (USB-C), έως 5 A (PD)

• θύρες
• ports
• serial
• παράλληλη
• usb