Изучение видов проводных интерфейсов

Практическое занятие № 6

«Изучение видов проводных интерфейсов»

 

Цель работы: изучить организацию, работу и подключение последовательных и параллельных интерфейсов.

 

Образовательные результаты, заявленные в ФГОС:

Студент должен

уметь:

подключать дополнительное оборудование и настраивать связь между элементами компьютерной системы;

 

знать:

периферийные устройства компьютерных систем.

 

Интерфейс RS-232C

Двунаправленный последовательный интерфейс. Ранее использовался для подключения модема или мыши. Сейчас – для соединения с источниками бесперебойного питания, для связи с аппаратными средствами разработки встраиваемых вычислительных систем. COM-порты в операционной системе типа Windows это именованные каналы для передачи данных.

Стандартная скорость передачи для RS-232 – 9600 бит/сек, максимальная 115 Кбит/с. Максимальное расстояние передачи данных – 15 м.

Физически интерфейс RS-232C, устанавливаемый на материнской плате компьютера, состоит из кабельного разъема, микросхемы драйвера линии и микросхемы UART. С ее помощью осуществляется управление преобразованием данных из принятого от компьютера параллельного формата в последовательный и наоборот.

Кабельный разъем служит для подсоединения кабеля, соединяющего компьютер с каким-либо устройством. Стандарт предполагает использование разъемов, имеющих 9 или 25 контактов (см. рисунок 6.1). На материнских платах, как правило, установлены два разъема с девятью контактами.

 

  

Рисунок 6.1 – 9- и 25-контактные разъемы RS-232C

 

В таблице 6.1 описано назначение контактов интерфейса RS-232С, а также приведены обозначения соответствующих сигналов в английском написании и принятые для их обозначения аббревиатуры.

 

 

Таблица 6.1 – Назначение выводов разъема последовательного порта

9-контактный разъем	25-контактный разъем	Сигнал	Описание	Тип вывода
1	8	CD (Carrier Detect)	Обнаружение несущего сигнала	Вход
2	3	RD (Receive Data)	Принимаемые данные	Вход
3	2	TD (Transmit Data)	Передаваемые данные	Выход
4	20	DTR (Data Terminal Ready)	Готовность терминала	Выход
5	7	SG (Signal Ground)	Общий сигнал	-
6	6	DSR (Data Set Ready)	Готовность данных к передаче	Вход
7	4	RTS (Request To Send)	Запрос передачи	Выход
8	5	CTS (Clear To Send)	Готовность внешнего устройства к приему	Вход
9	22	RI (Ring Indicator)	Индикатор вызова	Вход

 

Для подключения устройств через интерфейс RS-232C необходимо предварительно отключать питание.

 

Интерфейс Centronics

Однонаправленный параллельный интерфейс. Используется для подключения печатающих устройств. Centronics содержит специальные сигнальные линии, предназначенные для определения состояния подключенных устройств.

Скорость передачи данных может варьироваться и достигать 1,2 Мбит/с. Длина соединительного кабеля не должна превышать 3-х метров.

Разъем интерфейса имеет 25 контактов (рисунок 6.2). Назначение контактов описано в таблице 6.2.

 

          

Рисунок 6.2 – Разъем интерфейса Centronics на кабеле и материнской плате

 

Таблица 6.2 – Назначение контактов разъема интерфейса Centronics

Контакт	Сигнал	Назначение
1	Strobe	Сигнал синхронизации передачи данных. Служит для обеспечения одновременности восприятия принимающим устройством всех бит передаваемого байта. Активный уровень – «0»
2	Data bit 0	Первый бит предаваемого байта
3	Data bit 1
4	Data bit 2
5	Data bit 3
6	Data bit 4
7	Data bit 5
8	Data bit 6
9	Data bit 7
10	Acknowledge (ACK)	Импульс, подтверждающий успешный прием переданного байта устройством (запрос на пересылку следующего байта). Активный уровень – «0»
11	Busy	Устройство занято (не готово к приему информации). Активный уровень – «1»
12	Paper End (PE)	Логическая «1» на этой линии свидетельствует о необходимости заправки в принтер бумаги
13	Select (SLCT)	Принтер отключен. Активный Уровень – «1»
14	Auto Feed	Инструкция принтеру автоматически производить перевод строки и возврат каретки при достижении конца очередной стоки. Активный уровень – «0»
15	Error	Свидетельствует об ошибке, возникшей при работе принтера (кончилась бумага, была открыта крышка кожуха и т.д.). Активный уровень – «0»
16	Init	Инициализация принтера (установка параметров, используемых по умолчанию, подготовка к работе). Активный уровень – «0»
17	Select in (SLCT IN)	Выбор принтера. При активном уровне на этой линии принтер не реагирует на сигналы, поступающие по другим линиям. Активный уровень – «0»
18-25	Ground (GND)	Заземляющий (общий) провод

 

Для подключения устройств через интерфейс Centronics необходимо предварительно отключать питание.

 

Интерфейс USB

Двунаправленный последовательный интерфейс. Предназначен для подключения различных периферийных устройств к ПК. Позволяет производить обмен информацией на трех скоростях (спецификация USB 2.0): низкая скорость (Low Speed – LS) – 1,5 Мбит/с; полная скорость (Full Speed – FS) – 12 Мбит/с; высокая скорость (High Speed – HS) – 480 Мбит/с. В спецификации USB 3.0 – до 4,8 Гбит/с.

Для подключения периферийных устройств используется 4-жильный кабель (рисунок 6.3): 1 – питание +5 В, 2,3 – сигнальные провода D+ и D-(витая пара для передачи данных), 4 – общий провод.

 

Рисунок 6.3 – Разъем интерфейса USB 2.0

 

Для USB 3.0 используется 8-жильный кабель, при этом количество контактов в разъеме увеличивается до 9. Эти контакты располагаются в другом ряду, что позволяет обеспечить обратную совместимость с USB 2.0. Дополнительные провода используются для приема и передачи информации.

Интерфейс USB соединяет между собой хост (host) и устройства. Хост находится внутри ПК и управляет работой всего интерфейса. Для того чтобы к одному порту USB можно было подключать более одного устройства, применяются концентраторы – хабы (hub). Таким образом к одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов.

Корневой хаб (root hub) находится внутри компьютера и подключен непосредственно к хосту.

В интерфейсе USB используется специальный термин "функция" – это логически законченное устройство, выполняющее какую-либо специфическую функцию. Топология интерфейса USB по рисунку 6.4 представляет собой набор из 7 уровней (tier): на первом уровне находится хост и корневой хаб, а на последнем – только функции.

 

Рисунок 6.4 – Топология USB

 

Устройство, в состав которого входит хаб и одна или несколько функций, называется составным (compaund device).

Все передачи данных по интерфейсу инициируются хостом. Данные передаются в виде пакетов. В интерфейсе USB используется несколько разновидностей пакетов:

- пакет-признак (token paket) описывает тип и направление передачи данных, адрес устройства и порядковый номер конечной точки (КТ - адресуемая часть USB-устройства); пакет-признаки бывают нескольких типов: IN, OUT, SOF, SETUP;

- пакет с данными (data packet) содержит передаваемые данные;

- пакет согласования (handshake packet) предназначен для сообщения о результатах пересылки данных; пакеты согасования бывают нескольких типов: ACK, NAK, STALL.

Таким образом, каждая транзакция состоит из трех фаз: фаза передачи пакета-признака, фаза передачи данных и фаза согласования.

Для подключения устройств к USB разъему не требуется отключать питание компьютера, но для отключения некоторых устройств (например, флэш-памяти) необходимо пользоваться встроенной в операционную систему функцией «Безопасное отключение», чтобы избежать выхода из строя устройства.

 

Задания для практической работы

 

Составить таблицу сравнительной характеристики видов интерфейсов.

 

 

Таблица 6.3 – Сравнение проводных интерфейсов

Наименование	Разъем	Назначение	Скорость	Особенности подключения
RS-232C
Centronics
USB

 

Контрольные вопросы

 

1 Чем отличаются последовательные и параллельные интерфейсы? В чем достоинства и недостатки каждого вида?

2 Сколько линий используется для передачи собственно данных в интерфейсе RS-232 и сколько в интерфейсе Centronics?

3 Назовите и охарактеризуйте фазы транзакции в интерфейсе USB?

4 Какую функцию выполняет хост в интерфейсе USB?

5 Зачем необходимо отключать питание при подсоединении устройств через интерфейсы RS-232 и Centronics?