Cổng nối tiếp - nó là gì, nó dùng để làm gì và các loại

Cổng nối tiếp hiện là một trong những hình thức giao tiếp chính giữa các thiết bị bên ngoài và máy tính ngày nay. Một giao diện mà chúng ta có thể tìm thấy trong tất cả các thiết bị ngoại vi mà chúng ta có trên máy tính để bàn, cũng như bên trong thiết bị của chúng ta.

Chỉ số nội dung

Chúng tôi sẽ cố gắng giải thích hoạt động của cổng nối tiếp, cũng như các giao diện chính mà chúng tôi hiện đang tìm thấy. Và nếu bạn không biết sự khác biệt với cổng song song, chúng tôi cũng sẽ dành thời gian để phân biệt chúng.

Cổng nối tiếp là gì

Nếu bạn nhìn vào các dây cáp mà bạn có ngay bây giờ trên bàn kết nối chuột bàn phím hoặc ổ flash USB với máy tính của bạn, bạn sẽ thấy các giao diện giao tiếp nối tiếp.

Cổng nối tiếp là giao diện truyền dữ liệu kỹ thuật số trong đó thông tin được truyền tuần tự từng chút một bằng dây dẫn. Theo cách này, một cổng nối tiếp sẽ gửi tất cả thông tin trong một bit khác, trong khi một cổng song song sẽ gửi nhiều bit cùng một lúc. Giao diện dữ liệu nối tiếp hoặc cổng nối tiếp hoạt động theo tiêu chuẩn RS-232.

Vì vậy, bạn có nghĩ rằng một cổng nối tiếp chậm hơn một cổng song song? Ngày nay chúng ta có các cổng nối tiếp nhanh hơn nhiều. Mặc dù tất nhiên, những thứ này không nhất thiết phải phù hợp với tiêu chuẩn đã nhận xét, nhưng là những phiên bản được cải tiến hoàn toàn làm cho cổng nối tiếp gốc bị lỗi thời. Là dễ thực hiện nhất, với khả năng tương thích tốt hơn và phổ biến rộng rãi hơn.

Cổng nối tiếp và hoạt động phần cứng

Cổng này hoạt động không đồng bộ, nhờ một giao thức bắt đầu truyền với tín hiệu " bắt đầu " để chuẩn bị cho máy thu nhận từ (bit). Sau khi gửi từ này, mã này sẽ là mã ASCII cho mỗi ký tự, tín hiệu Dừng chặn của người dùng được gửi để người nhận nghỉ ngơi sau khi mã hóa từ đó và chờ nhận từ khác.

Chúng tôi có ba loại truyền thông nối tiếp:

• Simplex: Truyền là đơn hướng, nghĩa là, có một người gửi và một người nhận duy nhất, ví dụ, trong truyền thông quảng bá. Song công: Mỗi đầu có thể là một máy phát và máy thu đồng thời, do đó, các cáp khác nhau được sử dụng để gửi và nhận hoặc các sóng có tần số khác nhau được sử dụng để tránh trộn lẫn. Bán song công: Tương tự như truyền song công, nhưng khi một người truyền các bộ nghe khác, ví dụ, đến hai bộ đàm.

Theo cách này, chúng ta phải hiểu rằng trong giao tiếp với cổng nối tiếp, cả hai thiết bị phải có đầu vào và đầu ra, vì vậy các thiết bị được chia thành các loại DTE (Thiết bị đầu cuối dữ liệu) và DCE (Thiết bị kết thúc mạch dữ liệu).. Vì vậy, một máy tính sẽ dành cho DTE trong khi DCE sẽ là modem hoặc thẻ lập trình. Để kết nối hai DTE hoặc hai DCE, nên sử dụng cầu null để vượt qua cả hai tín hiệu.

Để quản lý giao diện truyền thông, chúng tôi có chip UART hoặc USART (Bộ phát và nhận không đồng bộ phổ quát). Chức năng của nó là chuyển đổi tín hiệu và điện áp của CPU thành chuẩn truyền thông. Chip UART 8250 được sử dụng cho bộ xử lý 8 và 16 bit, trong khi UART 16550 được sử dụng cho phần còn lại từ máy tính IBM.

Cổng nối tiếp RS-232 và Pinout

RS-232

Trong lịch sử điện toán, cổng được sử dụng rộng rãi nhất là cổng truyền dữ liệu nối tiếp. Giao diện của nó được chuẩn hóa vào năm 1962 nhờ tiêu chuẩn EIA / TIA RS-232C, dành cho bạn bè, RS-232 hoặc "Tiêu chuẩn 232 được đề xuất". Đổi lại, khuyến nghị V.24 đã được tạo, trong đó xác định các mạch và tín hiệu của giao diện, và khuyến nghị V.28, xác định các khía cạnh điện.

Đầu nối phổ biến nhất là DB-25, sau đó được đơn giản hóa thành DB-9, được gọi trực tiếp là RS-232. Điều quan trọng là không nhầm lẫn trình kết nối này với cổng song song cùng tên, mặc dù nó được gọi là D-Sub. Nó đã (và đang) tập trung vào việc sử dụng nó trong các kết nối giữa máy tính và các thiết bị bên ngoài có kết nối song công. Ví dụ, modem, thiết bị chuyển mạch và các thiết bị liên lạc tự động hóa công nghiệp khác như bảng lập trình, robot và các sản phẩm tiêu dùng thông thường khác như máy giặt kỹ thuật số.

Tiếp theo, chúng ta sẽ thấy cấu hình pin của cổng RS-232 trong phiên bản DB-9 và DB-25 của nó. Trong cả hai trường hợp, chúng ta có cùng số lượng chân hữu ích.

Sử dụng hiện tại của cổng nối tiếp

Các máy tính để bàn hiện tại của chúng tôi không còn có cổng RS-232 được triển khai, vì USB là giao diện mới nhất và thực tế tương thích với tất cả các loại PCB điện tử. Nhưng chúng ta vẫn có thể tìm thấy cổng nối tiếp PCI này thông qua thẻ mở rộng nếu chúng ta dành riêng cho lập trình. Ngoài ra có nhiều bộ chuyển đổi RS-232 sang USB.

Đây là những ứng dụng cơ bản của cổng DB-9 hoặc RS-232 hiện nay

• Modem, bộ chuyển mạch, bộ định tuyến, điện thoại vệ tinh hoặc bộ cân bằng tải: chúng tôi vẫn tìm thấy loại cổng hoặc tiêu đề bên trong hoặc bên ngoài để sửa đổi mã vi mạch của thiết bị mạng cũ và không thể quản lý được. Đầu đọc mã vạch hồng ngoại: và các thiết bị siêu thị tương đối cũ khác. Bảng lập trình, thiết bị đo điện và máy chà phần mềm. Máy in: máy in cũ không sử dụng giao diện USB hoặc đầu nối song song, thường là các máy tính không có USB để cập nhật chương trình cơ sở.

Trên hết, chúng ta đang nói về các thiết bị công nghiệp và mạng, nơi người dùng có kiến ​​thức kỹ thuật sử dụng.

Tốc độ cổng nối tiếp (RS-232)

Trước khi xem xét các phiên bản hiện tại của cổng nối tiếp, cần biết một chút về tốc độ mà nó đạt được sau khi cập nhật phần cứng và ngoại vi:

Các tốc độ này được đo bằng bit trên giây hoặc baud, một số đo phổ biến trong modem và khá thấp so với các cổng nối tiếp mà chúng ta hiện có là USB. Cũng được quản lý trực tiếp bởi phần mềm về băng thông và kết nối với thiết bị ngoại vi.

Sự phát triển của cổng nối tiếp đến thời điểm hiện tại và các giao diện chính

Chúng tôi bỏ lại cổng RS-232 để tìm hiểu thêm về các cổng nối tiếp được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Tất cả chúng đều hoạt động theo tiêu chuẩn riêng và không theo điều kiện RS-232, được quản lý tự động và tự động bởi bộ điều khiển riêng.

PS / 2

Cổng này được triển khai lần đầu tiên trên PC của IBM vào năm 1987 và thậm chí ngày nay chúng tôi tìm thấy nó trên các bảng hiện tại. Chức năng của nó là kết nối chuột hoặc bàn phím trong giao diện độc lập với USB. Nó có tổng cộng 6 chân là hình tròn và trong hệ điều hành, chúng ta có thể tìm thấy nó như một cổng COM.

Đó là một giao diện hai chiều và trên các bo mạch cũ có cổng RS-232, nó đã chia sẻ sự gián đoạn với cổng này. Ngoài ra, nó không cho phép trao đổi nóng, vì vậy máy tính sẽ phải được khởi động lại để phát hiện lại thiết bị ngoại vi được cài đặt.

USB (Bus nối tiếp vạn năng)

Ai không biết cổng USB ngày nay? Chúng tôi có thể dành toàn bộ bài viết cho giao diện này và chúng tôi sẽ không hoàn thành. Đây là cổng nối tiếp được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay để kết nối các thiết bị ngoại vi các loại với máy tính.

Giao diện của nó là đủ với 4 dây dẫn trong đó một dây cung cấp điện áp đến 5V, hai trong số chúng chịu trách nhiệm tải lên và tải xuống dữ liệu và cái cuối cùng là kết nối mặt đất. Trong khi các phiên bản khác như micro USB có pin thứ 5 để phân biệt với Micro-A và Micro-B. Ngoài ra các phiên bản mới hơn USB 3.0 trở đi tăng sơ đồ chân của chúng để cho phép nhiều băng thông hơn.

Đây là các phiên bản và tốc độ mà chúng tôi hiện đang bỏ lại phiên bản 1.0 và 1.1:

• USB 2.0: tốc độ lý thuyết 480 Mbps (60 MB / s) với công suất nguồn 5V. USB 3.0: Tăng tốc độ lên tới 5 Gbps (600 MB / s) và còn được gọi là USB 3.1 Gen1 hoặc USB 3.2 Gen1. USB 3.1: Mặc dù hiện tại nó được gọi là USB 3.1 Gen2 hoặc USB 3.2 Gen2, đây là cách nó đã được thiết lập vào năm 2019. Nó tăng tốc độ lên 10 Gbps (1, 2 GB / s) USB 3.2: Nó tăng tốc độ lên 20 Gbps (2, 4 GB / s) và chúng tôi sẽ tìm thấy nó với mệnh giá USB 3.2 Gen2x2. Cổng này được triển khai vào cuối năm 2019 trên bo mạch Intel và AMD mới.

Và kể từ năm 2014, chúng tôi đã có sẵn cổng USB Type-C, có 24 tiếp điểm được sắp xếp thành hai hàng để có thể đảo ngược hoàn toàn. Loại đầu nối này được sử dụng rộng rãi cho các thiết bị cầm tay như Điện thoại thông minh hoặc thiết bị ngoại vi. Hiện tại chúng ta có thể tìm thấy USB-C loại 3.2 Gen1, 3.2 Gen2 và 3.2 Gen2x2. Ngoài ra, nó có khả năng thực hiện kết nối DisplayPort 1.4 và Thunderbolt 3 với công suất lên tới 100W.

Dây lửa

Còn được gọi là tiêu chuẩn IEEE 1394, đây là phiên bản USB của Mỹ trước khi giao diện cũng được mở rộng trong lĩnh vực này, khiến giao diện nối tiếp này bị tụt hậu về hiệu năng.

Nó là một đầu nối tương tự như USB, mặc dù có góc nhọn và có 4, 6, 9 và tối đa 12 chân tùy theo phiên bản . Hiện tại nó đã được thay thế hoàn toàn bằng USB 2.0 trở đi.

Có 4 phiên bản Firewire theo băng thông của chúng, được

• Firewire 400: hoạt động ở tốc độ 50 MB / s Firewire 800: đạt 100 MB / s Firewire s1600: tốc độ 200 MB / s Firewire s3200: phiên bản mới nhất hoạt động ở tốc độ 400 MB / s

Cổng video

Các cổng video cũng hoạt động theo bus loại nối tiếp, đó là D-Sub, còn được gọi là VGA, DVI trong các phiên bản khác nhau và cổng HDMI và DisplayPort là giao diện mới nhất và được sử dụng cùng với Thunderbolt trong USB Type- C.

Nhanh nhất sẽ là cổng HDMI và DisplayPort. Trong trường hợp đầu tiên, chúng tôi đang ở phiên bản 2.0b với băng thông 14, 4 Gbps, và chúng tôi sẽ sớm chuyển sang phiên bản 2.1 tăng lên 42, 6 Gbps hỗ trợ độ phân giải lên tới 8K ở 120 Hz. DisplayPort chúng tôi có phiên bản hoạt động 1.4 ở 49, 65 Gbps hỗ trợ độ phân giải 8K ở 60 Hz.

Giao diện SATA và PCIe

Và cuối cùng là các giao diện quan trọng nhất của máy tính của chúng tôi: SATA (Đính kèm công nghệ tiên tiến nối tiếp) cho các ổ đĩa cứng và PCIe hoặc PCI-E (Kết nối thành phần ngoại vi - Express) để liên lạc nội bộ của các thành phần.

SATA là giao diện thay thế PATA cho các kết nối của thiết bị lưu trữ trong các máy tính tiêu dùng nói chung. Băng thông tối đa của nó trong phiên bản SATA III là 6 Gbps, tốc độ xấp xỉ 600 MB / s. Nó sử dụng một đầu nối nhỏ hơn nhiều so với IDE và với một kết nối thiết bị duy nhất trên mỗi giao diện, cũng cho phép cắm nóng. Nó hoạt động bằng giao thức AHCI (Giao diện điều khiển máy chủ nâng cao) và cũng có sẵn trên giao diện M.2 cho các ổ đĩa trạng thái rắn.

PCI-Express là bus nối tiếp nội bộ của bảng tinh túy, cho phép chúng tôi kết nối các thành phần tốc độ cao trực tiếp vào các khe được cài đặt trên bo mạch chủ. Chúng tôi sẽ gọi những thẻ mở rộng này. Hiện tại chúng tôi tìm thấy các bo mạch có PCI-Express trong phiên bản 4.0, trong đó mỗi làn dữ liệu có băng thông lên tới 2000 MB / s (16 Gbps) đồng thời, một sự man rợ thực sự so với các cổng bên ngoài. Họ kết nối SSD NVMe, card đồ họa, card mạng, v.v. Ngoài ra, cầu bắc hoặc chipset giao tiếp với CPU bằng một chiếc xe buýt loại này.

Sự khác nhau giữa cổng nối tiếp và cổng song song

Chúng ta vẫn chưa thấy sự khác biệt chính hoặc khác giữa cổng nối tiếp và cổng song song. Điều này nằm trong hoạt động của nó, vì một cổng song song gửi các bit thông tin cùng một lúc và ở dạng gói. Mỗi bit này, ví dụ như mã ASCII được gửi bởi một dây dẫn khác nhau, khi đó có nhiều dây dẫn như các bit được gửi cùng một lúc. Ngoài ra, cũng sẽ có các dây dẫn phụ khác cho thời gian, mặt đất và các tín hiệu khác.

Các cổng song song là ví dụ loại Centrics cho máy in, bus PATA (IDE) cho ổ cứng và bus SCSI cũng cho ổ cứng. Trong đó, kết nối nóng không được phép, cũng không phải là sức mạnh của thiết bị ngoại vi được kết nối. Chúng hỗ trợ ít thiết bị ngoại vi kết nối với cùng một xe buýt và hiện không được sử dụng nhiều.

Kết luận và liên kết quan tâm

Cổng nối tiếp trong tiêu chuẩn RS-232 và các phiên bản mới hơn chỉ còn lại để sử dụng hoàn toàn công nghiệp và lẻ tẻ với các thiết bị máy tính tiêu dùng. Một cổng chắc chắn đã đánh dấu trước và sau trong các kết nối của thiết bị và thiết bị ngoại vi, đặc biệt là trong các mạng để cập nhật chương trình cơ sở của modem.

Hiện tại tất cả chúng ta đều sử dụng USB trong các phiên bản khác nhau vì đây là cổng nhỏ hơn nhiều và tốc độ cao hơn nhiều. Ngoài ra, nó hỗ trợ các kết nối nóng (Plug And Play) và thậm chí cung cấp năng lượng lên tới 100W trong giao diện Thunderbolt 3 dưới USB Type-C có khả năng đạt tới 40 Gbps.

Nếu bạn muốn biết thêm về các cổng hoặc mạng, chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn các bài viết sau:

Bạn có biết cổng RS-232, bạn đã bao giờ sử dụng nó chưa? Nếu bạn biết thêm loạt bài viết hoặc có bất kỳ câu hỏi nào, bạn có thể để lại trong phần bình luận.