PB – Vyšší odborná škola a Střední škola managementu, s.r.o.
Absolventská práce
2005
Martin Hobzík
PB – Vyšší odborná škola a Střední škola managementu, s.r.o. Nad Rokoskou 111/7, Praha 8 Obor: Aplikace výpočetní techniky
Název absolventské práce:
Komunikační rozhraní počítače Školní rok: 2004/2005
Vypracoval: Martin Hobzík Vedoucí absolventské práce: Milan Randák
Prohlášení:
Prohlašuji, že jsem absolventskou práci na téma „Komunikační rozhraní počítače“ vypracoval samostatně. Použitou literaturu a podkladové materiály uvádím v přiloženém seznamu literatury.
V Praze dne 2.7.2005 -----------------------------------
Poděkování Rád bych touto cestou poděkoval všem, kteří mi pomohli dobrou radou, věcnou připomínkou i kritikou k napsání této absolventské práce. Obzvláště rád bych poděkoval svému vedoucímu práce panu profesorovi Milanovi Randákovi za jeho vstřícný a aktivní přístup při psaní mé práce.
-----------------------------------
OBSAH Úvod..................................................................................................................................- 7 1
Kabelová komunikační rozhraní.............................................................................- 8 1.1
Metalická ............................................................................................................- 8 -
1.1.1
Propojení PC – PC, PC – periférie..............................................................- 8 -
1.1.1.1
USB (Universal Serial Bus) ...................................................................- 8 -
1.1.1.2
iLink (IEEE1394, FireWire).................................................................- 14 -
1.1.1.3
Sériový port ..........................................................................................- 19 -
1.1.1.4
Paralelní port ........................................................................................- 24 -
1.1.1.5
SCSI (Small Computer Systém interface)............................................- 25 -
1.1.1.6
RJ xx.....................................................................................................- 28 -
1.1.1.6.1
RJ 11..............................................................................................- 28 -
1.1.1.6.2
RJ 45..............................................................................................- 30 -
1.1.1.7 1.1.2
VGA .....................................................................................................- 32 -
1.1.2.2
DVI.......................................................................................................- 34 -
1.1.2.3
S-video..................................................................................................- 35 -
1.1.2.4
Kompozitní video .................................................................................- 36 -
Audio rozhraní ..........................................................................................- 37 -
1.1.3.1
Audio in................................................................................................- 38 -
1.1.3.2
Audio out..............................................................................................- 38 -
1.1.3.3
MIC ......................................................................................................- 38 -
1.1.4
2
Grafická rozhraní ......................................................................................- 32 -
1.1.2.1
1.1.3
1.2
BNC......................................................................................................- 31 -
Ostatní.......................................................................................................- 39 -
1.1.4.1
PS/2 ......................................................................................................- 39 -
1.1.4.2
DIN.......................................................................................................- 40 -
1.1.4.3
MIDI a Gameport .................................................................................- 41 -
Optická..............................................................................................................- 43 -
1.2.1
S/PDIF ......................................................................................................- 43 -
1.2.2
Fibre Channel............................................................................................- 44 -
Bezdrátová komunikační rozhraní........................................................................- 46 2.1
WI-FI ................................................................................................................- 47 -
2.2
Bluetooth...........................................................................................................- 47 -
2.3
IRDa..................................................................................................................- 48 -
3
Praktická ukázka portů počítače...........................................................................- 49 -
4
Popis komunikace přes sériový port a názorná ukázka......................................- 51 -
Resume ...........................................................................................................................- 56 Závěr...............................................................................................................................- 57 Seznam použité literatury: ...........................................................................................- 58 Seznam vyobrazení a tabulek.......................................................................................- 59 -
Úvod Většina z nás dnes a denně používá počítače. Z větší části je to z pracovních důvodů, zbytek je z řad normálních a běžných uživatelů, kteří používají svůj počítač hlavně pro různé druhy zábavy. Z toho jasně vyplývá, že každý, kdo užívá svůj nebo pracovní počítač, používá i zařízení k němu připojovaná. Není mým úmyslem vyjmenovávat tato zařízení, ale seznámit vás se způsoby propojení, díky kterým s nimi počítač komunikuje. Pomocí této symbiózy každý z nás může pohodlně využívat svůj počítač a všechna zařízení k němu připojená. Velké procento lidí prostě počítač užívá. Nezamýšlí se nad tím jak vlastně periferie s počítačem komunikují a jaké vývody se nacházejí na počítači, který mají pod stolem. Nezajímá je, že právě tyto vývody se nazývají komunikační rozhraní a zajišťují ten leckdy bezproblémový chod jejich stroje. V tomto bodě jsme se dostali k názvu Komunikační rozhraní počítače. A právě tato tři slova jsou předmětem této absolventské práce. Mým úkolem v tomto poznávání je seznámit vás s tím, co to vlastně taková komunikační rozhraní jsou. Abych blížeji specifikoval obsah práce, musím už v jejím úvodu provést jednoduché rozdělení komunikačních rozhraní. V nejzákladnějším pohledu jsou dva způsoby komunikace počítače s perifériemi. Pomocí kabelů různých druhů a vlastností, které se dělí na metalické a optické, a komunikace pomocí bezdrátových technologií. V práci se více zaměřím na metalická a optická komunikační rozhraní. O druhé formě komunikace pomocí bezdrátových technologií se pouze zmíním tím, že je vyjmenuji a stručně popíši. U každého z rozhraní jsem se zaměřil na podrobné rozdělení, specifikace, technické údaje a využití. Informace jsou prokládány obrázky těchto rozhraní, konektory a tabulkami popisující napojení konektorů. Jako materiál k této technicky zaměřené práci mi posloužily odborné publikace o hardwaru, všeznalý internet a více než odborné znalosti mého okolí. Cílem této práce je čtenáře poučit o rozhraních na počítačích tak, aby až usednou ke svým strojům, měli představu jakým způsobem a pomocí jakých konektorů počítač komunikuje se svým okolím.
-7-
1
Kabelová komunikační rozhraní Tento typ rozhraní umožňuje komunikovat počítači s perifériemi pomocí mnoha druhů
kabelů. V dalších kapitolách podrobněji popíši konektory, které se u nich používají. Kabelová rozhraní se dělí na: Metalická Optická
1.1 Metalická Toto jsou rozhraní, u kterých se ke komunikaci používají kabely na bázi kovu. Mám na mysli kabely, které se skládají z různých druhů dalších menších kabelů o různém množství a kvalitě stínění. Každý kabel je samozřejmě zakončen některým z možných druhů konektorů, které jsou předmětem této práce.
1.1.1 Propojení PC – PC, PC – periférie Tento druh propojení se dá využít jak k připojení více počítačů za účelem sdílení dat nebo připojení do sítě, tak i k připojení dalších zařízení k počítači. Možností jak připojit síť nebo periférie k počítači je mnoho. Některé se využívají méně a některé více. V následujícím přehledu uvidíte druhy těchto možností a následně si je blíže specifikujeme a popíšeme. USB. I.Link (IEEE 1394, Firewire). Sériový port. Paralelní port. R11 – modem. R45 – síť. BNC – síť. SCSI.
1.1.1.1 USB (Universal Serial Bus) Sběrnice USB vznikla v roce 1995 v konsorciu významných firem, např. Compaq, Intel, Lucent, Microsoft, Philips a NEC a začala se objevovat v roce 1997. Postupně bylo vytvořeno -8-
několik variant, od 1.0 a 1.1 až k dnešní podobě 2.0. V současnosti prožívá boom právě díky USB 2.0 specifikaci. Tyto varianty se v zásadě liší pouze v rychlosti (datové propustnosti) této sběrnice. Důvodem, proč tato sběrnice vznikla, byla potřeba snadno použitelné, lehce konfigurovatelné a snadno připojitelné sběrnice pro připojení zařízení různých typů. Původně bylo USB rozhraní navrženo pro připojování pomalejších periferií jako je klávesnice, myš a tiskárna. Postupně se rychlost zvyšovala a připojovala se rychlejší zařízení a s příchodem USB 2.0 a vysoké rychlosti přenosu se ukázalo, že se hodí i pro připojování rychlejších zařízení (disky, optické mechaniky, atd.). Nejmladší USB 2.0 je vhodná i pro rychlé multimediální aplikace a je tak přímou konkurencí pro I-Link.. Rozdíly mezi jednotlivými verzemi nejsou nijak podstatné, všechna zařízení vyšších verzí jsou zpětně kompatibilní. Běžná verze USB ( 1.0, popř. 1.1 ) podporuje přenosy max. rychlostí 12 Mbit/s, což představuje rychlost srovnatelnou s paralelním portem. Podstatný rozdíl mezi verzemi 1.x a 2.0 je v maximální rychlosti přenosu dat. 2.0 je 40-krát rychlejší než 1.1 a 320-krát rychlejší než 1.0. USB 1.0 – rychlost 1,5 Mbit/s. USB 1.1 – rychlost 12 Mbit/s. USB 2.0 – rychlolst 480 Mbit/s. K USB portu lze připojit až 127 zařízení, je však nutné si uvědomit, že všechna tato zařízení sdílejí rychlost sběrnice. Výsledná rychlost každého zařízení se tím pádem snižuje s množstvím použitých zařízení. Sběrnice podporuje připojování a odpojování zařízení za běhu systému, včetně zavedení příslušných ovladačů operačním systémem. Ten použije obecný ovladač podle typu zařízení nebo ovladač dodávaný výrobcem. O jaké jde zařízení, pozná systém podle jednoznačné dvojice identifikátorů VID (Vendor ID) a PID (Product ID). Základní vlastnosti USB: Plug and Play (automatická detekce a konfigurace). Hot Swap (možnost připojení a odpojení za chodu). datový tok musí řídit procesor. univerzální použití. široké nasazení (náhrada sériového a paralelního portu). -9-
Obr. č. 1: topologie zapojení zařízení pomocí USB
Síť tvořená USB zařízeními je hvězdicovitá s jedním centrálním přípojným bodem – hostitelem (PC), který je ovládán kontrolérem (obr. č. 1). Kontrolér je realizován nejčastěji na základní desce počítače, nebo je možno ho implementovat i na PCI kartě a zpřístupnit tak funkce USB i pro starší počítače. Ostatní zařízení jsou propojována pomocí takzvaných Hubů. USB nabízí obousměrnou komunikaci mezi PC A PC nebo PC a periferií. Kořenový hub může být umístěn buď přímo na desce nebo externě. Propojení lze řetězit až do sedmé úrovně nebo do 127 portů. Unikátní vlastnost USB je, že zařízení může mít integrovaný hub přímo v sobě (například USB klávesnice tak může mít další USB port pro USB myš). Každé zařízení komunikuje s hostitelským portem, jako by mělo vyhrazené spojení. Host zajišťuje v první fázi domluvu s právě připojovaným zařízením a poté vlastní komunikaci. Na každé sběrnici smí existovat jen jeden hostitel. K hostiteli můžeme připojit buď konečné zařízení nebo huby (zařízení s jedním vstupem a mnoha výstupy). Huby slouží jako rozdělovače a opakovače vstupního signálu a řídí spotřebu na ně připojovaných zařízení. Přes všechna zřetězení se huby chovají pro software transparentně a každé zařízení může být samostatně adresováno. Technické specifikace Kabely propojující hub s periferií nebo huby navzájem mohou být maximálně 5 metrů dlouhé. Pro prodloužení této vzdálenosti je možno použít hub. Tím se prodlouží vzdálenost standardně o dalších 5m nebo v případě speciálního hubu i dále (např. 100m). V tomto případě se využívá jiného média než standardního USB kabelu, přenos se provádí přes UTP kabel Cat.5
- 10 -
USB sběrnice má vlastní napájení, pro nízkopříkonové periferie to znamená, že se mohou z této sběrnice přímo napájet. Nevýhodou jsou ještě občas omezení OS, nicméně v modernějších systémech Windows 98 / ME / 2000 / XP je tato podpora obvykle bez problémů. U windows 98/ME je nutno instalovat ovladače pro daná zařízení. USB rozhraní (porty) jsou na počítači
obvykle označeny následujícím symbolem
(obr. č. 2):
Obr. č. 2: symbol pro označení USB
USB používá dva druhy standardních konektorů: porty na počítači a na hubu používají zásuvku Typu A. Stejně tak všechny kabely připojené pevně k zařízení (do periferií) mají konektor Typu A (obr. č. 3). zařízení využívající separátní (odpojitelný) USB kabel využívají pro toto spojení konektor Typu B (obr. č. 3).
Obr. č. 3: konektory USB + detaily
V USB zařízeních se setkáme se dvěma druhy kabelů: série A jsou používány pro rychlé (12Mbps a více) periferie, délka tohoto kabelu může být maximálně 5m. Používá se STP kabel (stíněný). - 11 -
série B jsou limitovány délkou 3m a jsou používány pro připojení pomalých periferií (1,5Mbps), jako je např. klávesnice. Tento UTP (nestíněný) kabel je často nedílnou součástí periferie. Oba využívají dva páry vodičů (jeden pár pro data, druhý pro napájení). Tab. č. 1: popis USB konektoru
PIN
Označení
Barva
Použití
1
VBUS
červená
napájení +5V
2
D-
bílá
Data -
3
D+
zelená
Data +
4
GND
černá
napájení - GND (zem)
Výkon sběrnice má definovány rychlostní úrovně s následujícím označením: Low Speed = 1,5 Mbit/s. Full Speed = 12 Mbit/s. High Speed = 480 Mbit/s (podporováno pouze pro USB 2.0). Jak již bylo zmíněno, USB systém má tu speciální vlastnost, že může přímo napájet připojenou periferii nebo hub. Z hlediska napájení může nastat několik případů.USB zařízení jsou zařazována do kategorií podle odběru: Low Bus Power (nízkopříkonová zařízení) - napájení ze sběrnice, odběr max 100 mA. High Bus Power (vysokopříkonová zařízení) - napájení ze sběrnice, odběr max 500 mA. Self-Powered (samostaně napájená zařízení) - napájení z externího zdroje, odběr z host. zařízení max 1 mA Periferie mohou být tedy napájeny přímo z USB sběrnice, pokud jejich odběr nepřekročí 100mA , resp. 500mA. Napájecí napětí na USB je 5V (4,75 V až 5,25 V), toto napětí dodává vždy hub dále do periferie. Hub napájený z externího zdroje (Self-Powered) musí být schopen dodávat 500 mA do každého portu. Komunikace Komunikace po sběrnici je rozdělena do transakcí podobně jako v počítačové síti. Celá je řízena hostitelem, který zahajuje jak čtení ze zařízení, tak zápis do zařízení. Zařízení nemá právo svévolně vysílat data bez vyzvání. - 12 -
Tab. č. 2: popis obecné USB transakce
token paket
datový paket
handshake paket
oznamuje začátek
volitelný, nemusí být
především potvrzení transakce nebo
transakce a její typ
přítomen
její odmítnutí
token paket – typ: •
in - určuje čtení dat.
•
Out - určuje zápis dat.
•
Setup - začínají kontrolní transakce.
datový paket - data různého druhu: •
data0.
•
data1
•
verze 2.0 navíc data2 a mdata.
handshake paket – typ: •
ack - potvrzuje přijatou transakci,
•
nak - oznamuje hostiteli, že zařízení není momentálně schopno přijímat a odesílat data.
Deskriptory Každé USB zařízení má přidělenou jednoznačnou identifikaci. Pro správnou komunikaci musí ale hostiteli poskytovat i další informace, např. podporovaou přenosovou rychlost, kategorie napájení a další. Všechny potřebné údaje jsou uspořádány do hierarchické struktury z důvodů, které jsou ozřejměny dále. Vše nejlépe popíše následující obrázek (obr. č. 4).
Obr. č. 4: deskriptory - informace pro USB komunikaci
- 13 -
Popis jednotlivých hladin: deskriptor zařízení - je pouze jeden, obsahuje informace o podporované rychlosti, dvojici VID/PID a počet konfigurací zařízení. deskriptory konfigurace - každé zařízení může mít více konfigurací: např. pokud je připojeno jen k napájení sběrnice, komunikuje na high-speed, pokud je připojeno k externímu zdroji, zapne rychlost full. Aktivní může být jen jediná z nich. Deskriptory obsahují např. spotřebu, typ napájení a počet rozhraní. deskriptor rozhraní - každá konfigurace může mít několik současně zapnutých rozhraní. Představte si např. multifunkční přístroj kombinující fax, tiskárnu a scanner. deskriptor koncového bodu – koncový bod, vedení – proud, zpráva. Závěrem této kapitoly lze říci, že USB má velkou budoucnost v nahrazení jiných méně užívaných rozhraní. Je jednoduché a velice snadno použitelné.
1.1.1.2 iLink (IEEE1394, FireWire) Toto komunikační rozhraní má více názvů. Záleží na tom, která společnost se podílela na vývoji a pod jakým jménem ho patentovala. V důsledku není mezi těmito jmény podstatný rozdíl. Budu ho tedy nazývat FireWire Původně byla tato sběrnice vyvinuta pro přenosy obsáhlých dat pro audio a video. Postupně se zjistilo, že je vhodná, dostatečně rychlá a dostatečně propustná i pro použití k jiným účelům – přenosům jiných dat než jen audio a video a k připojování dalších periferií. Dalo by se říci, že zdárně konkuruje výše zmiňovanému rozhraní USB. FireWire nemusí mít jako hostitele pouze počítač, jako je tomu u USB. Pomocí FireWire lze připojit i digitální videopřehrávač s digitální televizí. Jeho použití je tak ještě více rozšířené než USB. Prvotně je to patent firmy Apple z roku 1995 a vzhledem k výhodám, které rozhraní FireWire nabízí, jej 12. prosince 1995 přijalo IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) jako standard IEEE1394.
- 14 -
Obchodní názvy tohoto rozhraní: FireWire – společnost Apple iLink – společnost Sony SB 1394 – společnost Creative Labs Nejčastěji o tomto rozhraní slyšíme v souvislosti s nástupem digitálního videa (obr. č. 6) – nabízí dostatečné prostředky pro přenos a zpracování videodat jak mezi klasickými koncovými zařízeními (kamera, videopřehrávač, monitor) navzájem, tak i mezi nimi a počítačem (kde můžeme prakticky bez omezení tato data nadále zpracovávat) (obr. č. 5). Je to vysoce výkonná sériová sběrnice. Jedná se o univerzální systém umožňující jak asynchronní, tak i isochronní přenos. Asynchronní je používána např. pro přenos dat na disk a zaručuje kvalitní chybovou kontrolu pro zajištění integrity dat. Protože případné chyby v přenosu tento přenos zpomalují, je asynchronní komunikace nevhodná pro časově kritické aplikace, jako je např. on-line video přenos. Isochronní přenos garantuje stabilní přenosovou rychlost ale neprovádí kontrolu chyb. Síť může přenášet asynchronní pakety (odpovídající paketům na běžných sítích typu Ethernet), nebo isochronní data, tj. datový stream se zaručenou přenosovou rychlostí, generovaný jedním zařízením a čtený synchronně libovolným množstvím dalších zařízení (tj. odesílá-li např. videokamera z minulého obrázku nasnímaná data jako isochronní stream, můžeme je zároveň nahrávat na přehrávači, zobrazovat na monitoru i ukládat na pevný disk v počítači). Díky konstantní přenosové rychlosti přitom ani na straně odesílajícího ani na straně příjemců nepotřebujeme prakticky žádné buffery; isochronní přenos je tedy nejen efektivní, ale také - z hlediska koncových zařízení - velmi levný (díky tomu, že rozhraní je sériové, zůstává levný i kabel). Aplikace samozřejmě mohou využívat asynchronní i isochronní komunikace podle potřeby. Předpokládá se ale, že asynchronní komunikace bude sloužit převážně pro předávání příkazů mezi zařízeními, zatímco isochronní obvykle zabezpečí přenos vlastních dat.
- 15 -
Obr. č. 5: možnosti propojení zařízení na bázi FireWire
Obr. č. 6: struktura FireWire sitě pro střih videa
- 16 -
Od začátku vývoje tohoto rozhraní vzniklo několik verzí týkajících se hlavně rychlosti – propustnosti dat: IEEE 1394 •
Norma z roku 1995
•
Přenosová rychlost 50 Mb/s
IEEE 1394a •
Norma z roku 1999
•
Přenosová rychlost 100, 200 a 400 Mb/s
IEEE 1394b •
Přenosová rychlost 800 Mb/s a 3,2Gb/s
Specifikace IEEE1394 nabízí možnost podpory i pro to, aby se data mezi různými uzly předávala různě rychle, podle skutečné potřeby konkrétní sítě. Jinak je síť tak pomalá jako její nejpomalejší zařízení. Struktura sítě Norma IEEE1394 definuje tři nejnižší úrovně síťového modelu ISO/OSI: transakční - nejvyšší, na této úrovni je zabezpečeno předávání asynchronních paketů. linkovou - zabezpečuje předávání datagramů a řízení isochronního přenosu. fyzickou -definuje mechanismy zabezpečující inicializaci sběrnice, její synchronizaci (tj. zabezpečení toho, aby v jednom okamžiku vysílal data pouze jediný uzel) a konečně i definice fyzického provedení kabelů. Specifikace EEE 1394 definuje dva druhy zakončení kabelů: 6-pinový konektor (10 x 5 mm) obsahuje napájení a zemnění a umožní FireWire periferiím napájení ze sběrnice (obr. č. 7). 4-pinový konektor (5 x 3 mm) bez možnosti napájení, je však pro svoje malé rozměry používán v řadě přístrojů (obr. č. 7).
Obr. č. 7: konektory IEEE 1394
- 17 -
Konektory samy jsou odvozeny od konektorů hrací konzole Nintendo GameBoy Videokamery jsou obvykle osazeny menšími konektory, které na rozdíl od standardních konektorů IEEE1394 neobsahují napájení. Tyto menší konektory jsou popsány v dodatečném standardu IEEE1394.1 a chceme-li zařízení, které je jimi vybaveno, propojit se sítí IEEE1394, potřebujeme kabelovou redukci). Napájení ze sběrnice je možné až do příkonu 60W. Využívá se jak pro vlastní provoz zařízení, tak třeba i pro nabíjení jeho akumulátorů. Maximální délka kabelu pro vysokorychlostní přenosy je 4,5m. Pro nižší rychlosti je však možno použít kabelu až do délky 14m. Zařízení se mohou řetězit nebo je možné pro dosažení delších vzdáleností použít repeatery. Kabel obsahuje dva nezávisle stíněné páry kroucených vodičů pro vysílání a příjem signálu. V případě 6-pinových konektorů (obr. č. 8) obsahuje kabel i dvojici vodičů pro napájení.
Obr. č. 8: podrobný popis 6-pinového konektoru IEEE 1394
Napájení je stejnosměrné a může být v rozsahu od 8 do 30V. Celý kabel je potom v dalším stínění. Napájení je důležité z několika důvodů: předně- linkové obvody mohou být napájeny i v případě, že je zařízení jako celek odpojeno od sítě, díky tomu síť IEEE1394 pracuje korektně i v případě, že jsou zapojena jen některá z jejích zařízení. Jednoduchá zařízení s nevelkou spotřebou proudu (typicky např. kamery nebo mikrofony) mohou být napájeny přímo z kabelu a nepotřebují tedy samostatný síťový přívod nebo baterie - to dále zjednodušuje zapojení sítě. Specifikace IEEE 1394b definuje tři další druhy kabelů: UTP-5. POF (Plastic Optical Fibre). 50 microm. Multi-mode Glass Fibre (GOF - Glass Optical Fibre). Použitá kabeláž závisí na požadavku aplikace, ceně a očekávaném rozšíření v budoucnu. UTP-5 a POF jsou nejlevnější, podporují však nižší šířku pásma (nižší rychlost). GOF podporuje - 18 -
výrazně rychlejší přenosy, ale je dražší a instalace je náročnější. Pro UTP-5 stačí standardní 4párový kabel s konektory RJ-45. Pouze 2 páry budou využity pro 1394b. Pro POF a GOF by se měla používat zdvojená optická kabeláž s PN konektory pro POF a LC konektory pro GOF. Tab. č. 3: vlastnosti kabeláže FireWire
Médium
Měděný vodič
UTP-5
POF
GOF
Vzdálenost
4,5 m
100 m
100 m
100 m
Maximální rychlost
800 - 3200 Mbit/s
100 Mbit/s
400 Mbit/s
3200 Mbit/s
K jediné kartě s rozhraním FireWire lze připojit až 63 uzlů sběrnice (zařízení) pomocí speciálních zařízení a tzv. mostů. Tohoto můžeme dosáhnout v jednom řetězci nebo větvením. Ke každému uzlu lze připojit maximálně 16 zařízení. Pokud nám ani toto množství nebude stačit, standard tohoto rozhraní umožňuje propojení až 1 023 sběrnic pomocí mostů. To znamená, že počet připojených uzlů stoupne na 64 000. Tato zařízení samozřejmě sdílejí komunikační linku a s množstvím se tato rychlost snižuje. K identifikaci používá šestnáctibitové adresování, kdy adresa je přidělována dynamicky buď při startu sběrnice nebo při připojení nového uzlu. Na strukturu sítě jsou kladeny i některé požadavky - maximální vzdálenost mezi dvěma uzly např. nesmí přesáhnout 16 kroků (tj. nesmí mezi nimi být více než patnáct 'meziuzlů').
1.1.1.3 Sériový port Sériový port je bezpochyby jedním z nejstarších rozhraní, díky kterému mohl počítač komunikovat s připojenými perifériemi. Nejčastěji se používal k připojování myší, modemu tiskáren, a dalších zařízení. Díky jeho poměrně snadnému ovládání se stal vhodným cílem pro počítačové kutily. Označuje se COM a v počítačích jich bývá hned několik (COM1, COM2, atd.) Jeho koncepce je jednoduchá: vysílání dat. příjem dat. regulace toku dat.
- 19 -
Efektivita přenosu dat u sériového portu je poměrně malá a to z důvodu, že přenáší data sériově – po jednom bitu. Ale právě tato neefektivnost je zcela dostačující pro zařízení typu myš nebo modem, kde taková rychlost zcela dostačuje. Sériový port se často nazýván RS 232 (Reference Standard 232 revize C (RS-232C)). Toto označení pochází od firmy Electronics Industries Association a udává standard, který určuje, jaké konektory se pro port používají. Počítače Macintosh používají podobný standard označovaný RS-422. Ne každý výrobce periferií standard RS 232 podporuje. A proto se zřejmě objevily sériové porty s 9 i 25 kolíky. Tento počet se však nakonec ustálil a jiné než tyto varianty jsou vidět opravdu zřídka. Technická specifikace Sériový port je asynchronní sériové rozhraní. Asynchronní v tomto případě znamená, že neexistuje synchronizace nebo hodinový signál. Z toho vyplývá, že jednotlivé znaky se posílají s libovolným časováním. Každý ze znaků poslaný přes toto rozhraní je definován standardním signálem počátku a konce: start bit – začátek je prezentován 0. stop bity – konec udávají jeden nebo dva bity. RS232 používá asynchronní přenos informací (obr. č. 9). Tento druh přenosu je nevhodný pro velké objemy dat, ale vhodný pro dlouhá vedení. Každý přenesený bit konstantní rychlostí je
třeba synchronizovat. K synchronizaci se používá sestupná hrana tzv. Start bitu. Za ní již následují posílaná data.
Obr. č. 9: detail přenosu informací po sériovém portu
Po každém start bitu následuje dalších 8 bitů (1 bajt), tvořících vlastní přenášená data. Přijímající zařízení rozpoznává jednotlivé znaky právě podle signálů počátku a konce. Slovem sériový ve jméně portu se myslí, že data jsou posílána po jednom vodiči v sérii bitů. Tento typ komunikace se používá v telefonních systémech - poskytují pro každý směr přenosu dat jeden vodič. - 20 -
Dříve byly sériové porty integrovány na různých multifunkčních kartách. V současné době jsou součástí základní desky počítače v čipech Super I/O. Z toho vyplývá, že v dnešní době nejsou potřeba žádné rozšiřující karty, ale že má sériový port minimálně v jednom exempláři integrovaný každý, kdo si koupí nový nebo ne moc starý počítač. K sériovému portu, jak jsem se již zmiňoval, lze připojit mnoho různých zařízení modemy, plottery, tiskárny, další počítače (alternativní jednoduchá síť pro sdílení dat), čtečky čárových kódů, obvody pro řízení dalších zařízení a mnoho dalších. Druhy konektorů a jejich zapojení: 25 pinů.
Obr. č. 10: 25-pinový sériový konektor
Tab. č. 4: popis 25-pinového sériového konektoru
PIN
NÁZEV
SMĚR
POPIS
1
NC
---
Nevyužito
2
TD
-->
Vysílání dat
3
RD
<--
Příjem dat
4
RTS
-->
Požadavek na vysílání
5
CTS
<--
Připravenost k příjmu
6
DSR
<--
Data připravena
7
SG
---
Signálová zem
8
CD
<--
Detekce nosné
9-19
NC
-
Nevyužito
20
DTR
-->
Připravenost koncového zařízení
21
NC
-
Nevyužito
22
RI
<--
Indikátor vyzvánění
23-25
NC
-
Nevyužito
- 21 -
9 pinů.
Obr. č. 11: 9-pinový sériový konektor
Tab. č. 5: popis 9-pinového sériového konektoru
PIN
NÁZEV
SMĚR
POPIS
1
CD
<--
Detekce nosné
2
RD
<--
Příjem dat
3
TD
-->
Vysílání dat
4
DTR
-->
Připravenost koncového zařízení
5
SG
---
Signálová zem
6
DSR
<--
Data připravena
7
RTS
-->
Požadavek na vysílání
8
CTS
<--
Připravenost k příjmu
9
RI
<--
Indikátor vyzvánění
Standard RS 232 uvádí jako maximální možnou délku vodičů 15 metrů, nebo délku vodiče o kapacitě 2500 pF. To znamená, že při použití kvalitních vodičů lze dodržet standard a při zachování jmenovité kapacity prodloužit vzdálenost až na cca 50 metrů. Kabel lze také prodlužovat při snížení přenosové rychlosti, protože potom bude přenos odolnější vůči velké kapacitě vedení. Uvedené parametry počítají s přenosovou rychlostí 19200 Bd. Co je Baud (Bd.)? Baud je jednotka používaná pro měření rychlosti přenosu dat. Přenosová rychlost definuje rychlost přenosu dat z datového média na jiné datové médium. Baud rate udává počet změn signálu za sekundu. Počet změn se pak vyjadřuje v baudech.
- 22 -
Tab. č. 6: Baud a rychlost přenosu u sériového portu
Baud rate [Bd]
Max length [ft] 50 500 1 000 3 000
19 200 9 600 4 800 2 400
Max length [m] 15 150 300 900
Čipy UART Základem
každého
sériového
portu
je
čip
UART
(universal
asynchronous
receiver/transmitter). Tento čip zajišťuje proces rozdělení původně paralelních dat na sériové a v případě příjmu jejich zpětnou konverzi ze sériových na paralelní. Typy čipů: UART 8250 – počítače PC a XT. UART 16450 – 16-ti bitové počítače, rychlejší než UART 8250. UART 16550 byl první sériový čip použitý v počítačích řady PS/2. Velmi rychle jej převzaly i ostatní počítače s procesory 80386 či vyššími. Obsahuje 16bajtový zásobník zvyšující rychlost komunikace. Často se setkáte s pojmem zásobník FIFO (first in/first out). Bohužel čip 16550 obsahuje několik chyb odstraněných až uvedením čipu UART 16550A. Poslední verzí tohoto čipu je typ UART 16550D. Maximální přenosová rychlost řady UART 16550A a vyšší je 115 kb/s. UART 16650 a UART 16750 - Někteří výrobci začali také vyrábět čipy UART s ještě většími zásobníky. Tyto čipy jsou obvykle označovány 16650 (zásobník o velikosti 32 bajty) či 16750 (zásobník o velikosti 64 bajty). Maximální přenosová rychlost takových čipů pak je 230 kb/s, resp. 460 kb/s Vysokorychlostní sériové porty (ESP s Super ESP) Porty standardů ESP (enhanced serial ports) a Super ESP umožňují modemu o rychlosti 28 800 b/s komunikaci s počítačem rychlostí až 921 600 b/s. Vyšší rychlost těchto portů je dosažena díky zvětšení velikosti zásobníku. Popisované porty jsou obvykle založeny na čipech UART 16550, 16650 či 16750 a některé z nich mají dokonce další přídavnou paměť na adaptéru. Běžná rychlost portu s těmito čipy je 230 či 460 kb/s, což je výhodné zejména v případě připojování počítače k vysokorychlostnímu externímu zařízení, jakým je např. koncový adaptér linky ISDN.
- 23 -
1.1.1.4 Paralelní port Paralelní port je jednou ze standardních součástí, kterou můžeme najít u téměř všech dnes běžně nakupovaných počítačů. Je zkratkovitě označován LPT. Komunikace po tomto portu je paralelní (paralelní přenos bitů signálu). Komunikuje pomocí 17 digitálních linek. Rozdělení linek je následující – 9 signálů určených k řízení komunikace a 8 signálů určených pro data. Maximální délka přenosu mezi PC a jeho periferiemi je v praxi 5 metrů. Pro delší vzdálenosti je nutno použít zesilovače signálu. Od začátku byl přenos po tomto portu vyhrazen pro jednostrannou komunikaci s tiskárnou. Postupem času byl jeho mód uzpůsoben i pro komunikace s jinými periferiemi obousměrnou komunikací. Dá se docela dobře použít i pro komunikaci dvou PC. Od prvopočátku prošel paralelní port mnoha změnami. Konečná verze standardu IEEE1284, která definuje fyzické vlastnosti a vlastnosti přenosu signálu byla schválena v roce 1994. Hlavním cílem IEEE – 1284 je standardizace komunikace mezi počítačem a připojeným zařízením, zejména tiskárnou. Přitom popisovaný standard je považován především za hardwarový standard: nezabývá se totiž komunikací softwaru s paralelním portem. Vývojem softwarového rozhraní pro porty odpovídající IEEE – 1284 se pak zabýval výbor IEEE-1284.3. Standard IEEE – 1284 z roku 1994 určuje mimo jiné vyšší přenosovou rychlost, použití kabeláže, typy konektorů, ale i typy paralelních portů. Typy paralelních portů: standardní paralelní porty – SPP- původně určené jen pro vysílání, postupně se změnili tak, aby mohli data i přijímat. Z této myšlenky vznikl port umožňující 8bitový výstup (kompatibilní režim 150 kB/s) a 4bitový vstup (režim nibble 50 kB/s). Normálně se s nimi již dnes nesetkáte. obousměrné paralelní porty – u počítačů řady PS/2 od společnosti IBM. Používají se dodnes. Od těchto portů dále je komunikace mnohem kvalitnější a bezpečnější. Používají 8bitový vstup (znakový režim 150 kB/s) i výstup (kompatibilní režim 150 kB/s). paralelní porty EPP – jsou o poznání rychlejší než starší porty. Vyvinuly ho společnosti Intel, Xircom a Zenith Data Systéme. Téměř všechny počítače, které jsou dnes v užívání tyto typy portů podporují. Díky zvětšení přenosové rychlosti je možno k těmto portům připojovat další zařízení – přenosné pevné disky, síťové karty, páskové mechaniky. Používá 8bitový vstup i výstup (EPP 500 - 2000 kB/s). paralelní porty - ECP – byly vytvořeny společnostmi Microsoft a Hewlett-packard. I u těchto portů je patrný nárůst přenosové rychlosti – jsou nejrychlejší. Jako jediný - 24 -
z paralelních portů používá přímého vstupu do paměti (DMA). Byl vyvinut pro komunikaci s rychlými a výkonnými skenery a tiskárnami. I tento druh portu je dnes zcela běžně využíván. Používá 8bitový vstup i výstup (ECP 500 - 2000 kB/s). Konektory paralelního portu Jak bylo zmíněno výše paralelní port má několik konektorů. Ty jsou definovány také standardem IEEE – 1284. Vedle běžných typů konektorů, které se nazývají A (obr. č. 12) a B (obr. č. 13) popisuje i typ konektoru C (obr. č. 14). Rozměry konektoru C jsou podstatně menší a to díky výraznému zkrácení vzdáleností mezi jednotlivými vývody. typ A – DB25 – 25 vývodů, lze ho najít na zadní straně většiny PC
Obr. č. 12: konektor paralelního portu - typ A
typ B – Centronics – nachází se na tiskárně
Obr. č. 13: konektor paralelního portu - typ B
typ C – 36 vývodů používá se pro některé druhy tiskáren, zejména pro Hewlett-packard.
Obr. č. 14: konektor paralelního portu - typ C
1.1.1.5 SCSI (Small Computer Systém interface) Toto rozhraní je určeno pro připojení většího množství periférií. Standardně lze k němu připojit až 8 nebo 16 zařízení. Každému z těchto zařízení je přiděleno SCSI ID. Jedno z těchto ID je připraveno pro řadič, který toto rozhraní obsluhuje. Reálně je tedy možné připojit až 7 nebo 15 zařízení. Vysoký počet zařízení na jednom kabelu (kanálu) přináší nevýhodu v podobě nutnosti ukončování SCSI kanálu. K tomu slouží tzv. terminátor. - 25 -
SCSI adaptér vykonává funkci brány a řídícího zařízení mezi sběrnicí SCSI a systémovou sběrnicí PCI. Nejčastěji se SCSI používá pro připojení pevných disků a páskových mechanik, a to interních či externích. Tyto disky se vyznačují rychlou přístupovou dobou a rychlými otáčkami dosahujícími v dnešní době 15 000 za minutu. Na běžně používaných počítačích v kancelářích nebo v domácnostech toto rozhraní nejspíše neuvidíte. V této sféře ho poměrně úspěšně vytlačuje a nahrazuje rozhraní USB, které je pro normální uživatele plně dostačující a zařízení pro USB jsou řádově mnohem levnější než zařízení pro SCSI. Postupem času se vyvinulo několik standardů tohoto rozhraní: SCSI – 1 – rok 1986 – nebyla plná podpora pro všechna zařízení. SCSI – 2 – rok 1994 – podpora více typů zařízení. V tomto standardu byly definovány rychlejší varianty. Fast SCSI – 2 (8bitová, není plně podporován) a Wide SCSI – 2 (16bitová, potřeba nového kabelu). Byla také zavedena podpora řazení příkazů do fronty. Toto řazení umožňuje zařízení přijmout větší množství příkazů, uložit je, a poté je vykonávat v pořadí, které je pro zařízení optimální. Další varianta Fast/Wide umožňovala rychlý přenos po 16bitové sběrnici (20MB/s) SCSI – 3 – s tímto standardem nastal skutečný vývoj tohoto rozhraní, dalo by se říci, že pokračuje dosud. Toto rozhraní je popisováno pomocí mnoha dokumentů, ve kterých se nacházejí specifikující sady příkazů, el. rozhraní a protokolů. Další významnou součástí specifikace SCSI-3 je SPI (SCSI Parallel Interface). Na SCSI – 3 se nepohlíží jako na celek (díky dalším odlišujícím specifikacím), ale pouze jako na jednotlivé části tohoto rozhraní. Standardy Fast – 40 (16bitů – 80 MB/s) a Fast – 80DT (16 bitů – 160 MB/s), které jsou v tomto rozhraní také definovány, umožnily zvýšit přenosovou rychlost až na 160 MB/s s použitím kabelů větší délky. Rozhraní SPI (Ultra SCSI) - sada příkazů této sběrnice je definována zvláštním dokumentem nazývaným protokol SIP. Protokol SIP se později stal součástí SPI-2 a SPI3 a přestal být vydáván jako oddělený dokument. Hlavní charakteristiky SPI jsou: •
režim Fast-20 (přenosová rychlost 20 či 40 MB/s).
•
nový kabel typu P s 68 vývody (definován pro Wide SCSI).
Rozhraní SPI-2 (Ultra2 SCSI) - rok 1998, Fast-40 (přenosová rychlost 40 či 80 MB/s) Konektory s 80 vývody, umožňující výměnu disků za chodu systému. Konektor s 68 vývody má zmenšené rozměry.
- 26 -
Rozhraní SPI-3 (Ultra3 SCSI) - (známé též jako Ultra3 SCSI či Ultra160) vychází ze standardu SPI-2 a přenosovou rychlost zvyšuje tím, že v průběhu jednoho cyklu jsou prováděny dva přenosy. V případě Wide SCSI je výsledkem maximální přenosová rychlost 160 MB/s. Dále provádí výpočty kontrolních součtů CRC, které slouží ke zvýšení spolehlivosti přenášených dat. Ultra160 a Ultra160+ - Všechny výše uvedené nové vlastnosti Ultra3 SCSI jsou pouze volitelné. Z tohoto důvodu několik výrobců vytvořilo podstandardy Ultra 3 SCSI, definující určité povinné vlastnosti pro každý z nich. Tyto podstandardy se nazývají Ultra160 a Ultra160+, přičemž oba podporují přenosovou rychlost 160 MB/s. Ultra160 je specifickou implementací standardu Ultra3 SCSI, která vyžaduje, aby každé zařízení podporovalo tyto vlastnosti: •
dva přenosy dat během jednoho cyklu (Fast-80DT).
•
výpočty kontrolních součtů CRC, sloužící ke zvýšení spolehlivosti přenášených dat
•
kontrola přenosové rychlosti kabelu.
Tab. č. 7: přehled SCSI standardů
rodina
druh SCSI
maximální rychlost
počet zařízení
max. délka kabelu
SCSI-1
SCSI-1
4 MB/s
8
6m
SCSI-2
Fast SCSI
10 MB/s
8
3m
SCSI-2
Wide SCSI
20 MB/s
16
3m
SCSI-3
Ultra SCSI
20 MB/s
8
1,5 m
SCSI-3
Wide Ultra SCSI
40 MB/s
16
1,5 m
SCSI-3
Ultra2 SCSI
40 MB/s
8
12 m
SCSI-3
Wide Ultra2 SCSI
80 MB/s
16
12 m
SCSI-3
Ultra3 SCSI
80 MB/s
8
12 m
SCSI-3
Wide Ultra3 SCSI
160 MB/s
16
12 m
SCSI-3
Ultra320 SCSI
320 MB/s
- 27 -
Tab. č. 8: druhy SCSI konektorů
Mini centronics 50 pinů
Centronics 50 pinů
Mini canon 50 pinů
Mini canon 68 pinů
Ultra mini centronics 68 pinů
Mini centronics 68 pinů
Canon 50 pinů
1.1.1.6 RJ xx Tato rozhraní z rodiny RJ se používají pro propojení PC s komunikačními perifériemi. Jejich nejzákladnější využití je pro komunikaci s modemem (faxem a obdobnými zařízeními), k této komunikaci se používá rozhraní nazvané RJ 11, další využití je pro komunikaci po síti, k této komunikaci se používá rozhraní RJ 45. Obě tato rozhraní si jsou velice podobná, naštěstí jsou jejich konektory nezaměnitelné.
1.1.1.6.1 RJ 11 Jak již bylo zmíněno výše, toto rozhraní se používá pro připojení modemu. V dnešní době je toto připojení poměrně časté i u nově kupovaných počítačů. To je z toho důvodu, že větší část - 28 -
lidí používá při vstupu na internet vytáčené připojení. To znamená, že počítač vytočí číslo prostřednictvím telefonní linky, které mu dal k dispozici poskytovatel internetu. A právě pro tuto komunikaci se RJ 11 používá nejčastěji. Další možné využití je napojení faxmodemů a ostatních podobných zařízení. Poté je pomocí dodávaného obslužného softwaru k těmto zařízením možné posílat faxy rovnou z počítače. K tomuto rozhraní může být připojeno libovolné množství periférií pomocí RJ 11 rozdvojek, zásadní však je, že v jednu určitou dobu může komunikovat pouze jedno z nich. Po ukončení komunikace může pokračovat další.
Obr. č. 15: konektor RJ 11
Tab. č. 9: popis pinů konektoru RJ 11
PIN
NÁZEV
SMĚR
POPIS
1
RI
<--
Indikátor vyzvánění
2
CD
<--
Detekce nosné
3
DTR
-->
Připravenost koncového zařízení
4
SG
---
Signálová zem
5
RD
<--
Příjem dat
6
TD
-->
Vysílání dat
7
CTS
<--
Připravenost k příjmu
8
RTS
-->
Požadavek na vysílání
- 29 -
Tab. č. 10: popis sinálů konektoru RJ 11 signál
popis
DCD - Data Carrier Detect
Detekce nosného kmitočtu (někdy jen "CD“). Modem oznamuje terminálu, že na telefonní lince detekoval nosný kmitočet.
RD - Receive Data
Tok dat z modemu (DCE) do terminálu (DTE).
TD - Transmit Data
Tok dat z terminálu (DTE) do modemu (DCE).
DTR - Data Terminal Ready
Terminál tímto signálem oznamuje modemu, že je připraven komunikovat.
SG - Signal Ground
Signálová zem
DSR - Data Set Ready
Modem tímto signálem oznamuje terminálu, že je připraven komunikovat.
RTS - Request to Send
Terminál tímto signálem oznamuje modemu, že komunikační cesta je volná.
CTS - Clear to Send
Modem tímto signálem oznamuje terminálu, že komunikační cesta je volná.
RI - Ring Indicator
Indikátor zvonění. Modem oznamuje terminálu, že na telefonní lince detekoval signál zvonění.
1.1.1.6.2 RJ 45 Toto rozhraní se používá pro propojení počítače do sítě, a to jak do lokální, tak i do internetu. Je velice podobné jako rozhraní modemové – je však větší. Jako přenosného média se využívá kroucený čtyřpárový kabel. Pro propojení dvou počítačů musí být tento kabel křížený. Pomocí tohoto rozhraní nemusí být počítač připojený rovnou do sítě, připojení může být realizováno prostřednictvím dalších aktivních i neaktivních prvků (periférií), jako je HUB, směrovač, router. Přenos po tomto druhu rozhraní je sériový a je uskutečněn prostřednictvím osmipinového konektoru (obr. č. 16).
Obr. č. 16: konektor RJ 45
- 30 -
Tab. č. 11: popis konektoru RJ 45
Pin 1 2 3 4 5 6 7 8
2 2 3 1 1 3 4 4
RJ-45 vedení (EIA/Tia-568B) Pár Wire Barva 1 bílá/oranžáda 2 oranžáda 1 bílá/zelená 2 modrý 1 bílý/modrý 2 zelená 1 bílý/hnědý 2 hnědý
1.1.1.7 BNC Tento konektor je jeden ze třídy „bajonetových konektorů“, tato třída je nazvaná podle podoby s připojováním bajonetu na pušku. Stejně jako RJ 45 tak i BNC se používá pro připojení počítače do sítě, a to jak do lokání, tak i do internetu. Tento konektor a kabel, který se nazývá koaxiální, se v dnešní době již moc nevyužívá. Hlavně na kabel byly kladeny nároky ohledně poloměru ohybu, takže v některých stísněných podmínkách bylo jeho použití nemožné. To však neznamená, že ho i dnes dost často neuvidíte. Tento konektor (obr. č. 17) i kabel se využívá spíše ve velkých podnicích a při vzniku velkých sítí. Jeho použití v domácnostech není obvyklé. Používá se spíše u pomalejších sítí typu Ethernet (přenosová rychlost: 10Mb/s), u rychlejších a modernějších sítí (Fast Ethernet a Gigabit Ethernet) se využívá kroucený čtyřpár nebo optické vlákno. Jeho další využití je u přenosu profesionálního videa nebo u napojování rádio antén. Poslední počítač v síti topologie sběrnice (jeden počítač za druhým) musí být na BNC konektoru zakončen tzv. zakončovacím odporem (terminátorem) o velikosti 50 ohmů (obr. č. 18).
- 31 -
Obr. č. 17: konektor BNC
Obr. č. 18: konektor BNC zakončený odporem
1.1.2 Grafická rozhraní Grafická rozhraní v oblasti počítačů slouží k přenosu video signálu do různých zobrazovacích zařízení. Tento přenos může být analogový nebo digitální. Kvalita těchto dvou druhů signálů se liší. V této kapitole si je trochu podrobněji popíšeme.
1.1.2.1 VGA Toto rozhraní se nazývá Video Graphics Adapter nebo Video Graphics Array. Slouží k propojení počítače se zobrazovací soustavou. V případě tohoto rozhraní to nejspíše bude normální CRT monitor, který je v dnešní době pořád nejdostupnější a díky cenové hladině nejpřístupnější. Toto rozhraní je součástí grafického adaptéru, a to jak interního (integrovaného), tak i osazeného na přídavné rozšiřovací kartě. Tyto adaptéry mají různé režimy. Některé se pouze trochu jinak nazývají, ale konektor používají stejný. Nejnovější druhy těchto adaptérů jsou: •
VGA – maximální rozlišení monitoru 640 x 480
•
SVGA (Super VGA) – maximální rozlišení 1280 x 1024 - 32 -
Přenosový signál tohoto rozhraní je analogový, proto je méně kvalitní. Tato vlastnost však nemusí běžné uživatele počítačů zatěžovat, protože pro běžnou práci tato kvalita plně dostačuje. Konektor (obr. č. 19, 20) (zásuvka i zástrčka) jsou v dnešní době v modrém provedení, takže při zapojování by ani laik neměl zaváhat, kam kabel od monitoru připojit.
Obr. č. 19: konektor VGA
Obr. č. 20: detailní popis konektoru VGA Tab. č. 12: popis konektoru VGA
Vývod
Popis
Směr
1
Červená
Výstup
2
Zelená
Výstup
3
Modrá
Výstup
4
Monitor ID 2
Vstup
5
TTL země (test monitoru)
--
6
Uzemnění červeného analog. signálu
--
7
Uzemnění zeleného analog. signálů
--
8
Uzemnění modrého analog. signálů
--
9
Klíč
--
10
Uzemnění synchronizace
--
11
Monitor ID 0
Vstup
12
Monitor ID 1
Vstup
13
Horizontální synchronizace
Výstup
14
Vertikální synchronizace
Výstup
15
Monitor ID 3
Vstup
- 33 -
1.1.2.2 DVI DVI (Digital Video Interface) je analogově - digitální rozhraní určené stejně jako VGA pro komunikaci se zobrazovacími perifériemi. Jeho signál, jak již bylo řečeno, je i digitální. Jeho kvalita zobrazování je proto lepší. Začalo se objevovat s příchodem LCD panelů. Je však samozřejmě možné ho vidět i na klasických CRT monitorech (zhruba od roku 1999). S příchodem tohoto rozhraní se nezvýšila jenom kvalita, ale i lepší příjem signálu a přesné automatické nastavení. DVI umožňuje dvojí komunikační spojení s monitorem. Když je šířka pásma prvního spojení (single link) vyčerpána, je využito i spojení druhé (dual link). Druhé spojení je také využíváno v případě, že je požadováno více než 24 bitů na obrazový bod, v tom případě druhé spojení přenáší méně významné bity. Oproti VGA využívá k propojení speciálních 20-ti pinových konektorů (obr. č. 23). Tyto konektory se však liší podle toho, zda jsou využívány na čistě digitální přenos nebo na analogově – digitální. Konektory: DVI-D – pouze digitální (obr. č. 21). DVI-A – pouze analogový (obr. č. 21). DVI-I – analogový i digitální (můžeme se rozhodnout, jestli připojíme digitální nebo analogové zařízení (obr. č. 21).
Obr. č. 21: varianty DVI konektorů
- 34 -
Obr. č. 22: detail DVI-I konektoru
1.1.2.3 S-video S-video je komunikační rozhraní určené pro přenos videa. Nenachází se pouze u počítačů, ale dost často se dnes nachází u televizí a videí a DVD přehrávačů. Není také doménou kancelářských počítačů, ale najdeme ho určitě u multimediálních sestav určených pro přehrávání videa. Přes S-video se přenáší analogový signál. Jeho kvalita je větší než kompozitní video, ale nižší než RGB. Videosignál je rozdělen na dva signály: •
signál Y – luminanční – jasový.
•
signál C – chrominanční (barevný).
Právě oddělení signálů na signál Y a signál C umožňuje to, že se navzájem neruší, a tím se zvyšuje kvalita obrazu (hlavně jasové složky). Jako konektoru se využívá 4-pinového mini-din konektoru (obr. č. 23, 24, 25).
Obr. č. 23: S-video konektor zásuvka - detail
Obr. č. 24: S-video konektor zástrčka – detail
Tab. č. 13: popis konektoru S-video
Vývod
Jméno
Popis
1
GND
Zem Y
2
GND
Zem C
3
Y
Intenzita - luminance
4
C
Barva - chrominance
- 35 -
Obr. č. 25: konektor S-video
1.1.2.4 Kompozitní video Toto rozhraní je také velice rozšířené. Je určeno pro přenos videa – tedy pouze obrazu. Lze přenášet do počítače –Video In, a z počítače – Video Out (využívá stejný druh konektorů). Pro přenos zvuku se používá dalších vstupů se stejným konektorem. Zvuk je rozdělen na levý kanál a pravý kanál. Konektory jsou barevně odlišeny: video (IN a OUT)– žlutá (obr. č. 26, 27). audio – R (pravý kanál) – červená (obr. č. 26, 27). audio - L (levý kanál) – bílá (obr. č. 26, 27). Přenos pomocí tohoto rozhraní není tak kvalitní jako S-video, a to z toho důvodu, že video signál je veden pouze po jednom kabelu a je mixovaný dohromady. Nenáročnému divákovi však taková kvalita obrazu plně dostačuje, a to hlavně v případě, kdy používá jako cíl videa normální televizi. Díky nižšímu rozlišení televize a horšímu zobrazování se rozdíly kvality u různých druhů videopropojení ztrácí. Mixovaný signál je ze tří složek video signálu: Y – reprezentuje jasnost - luminanci U – nese barevnou složku V – nese barevnou složku U a V jsou míchány do barevného signálu a ten je poté míchán s Y. Výsledkem je jeden signál, který v sobě zahrnuje všechny složky video signálu. Konektory jsou jednoduché, barevně odlišené a prezentovány pomocí konektoru CINCH. - 36 -
Obr. č. 26: konektory kompozitního videa - samice
Obr. č. 27: konektory kompozitního videa - samci
1.1.3 Audio rozhraní Audio rozhraní slouží k přenosu zvuku z počítače i do počítače. V současné době se přenos provádí pomocí konektoru Minijack (obr. č. 28, 29, 30) o průměru 3,2 mm. Konektory jsou barevně odlišeny (obr. č. 31).
Stereo konektor
Mono konektor
Obr. č. 28: Minijack konektor – stereo
Obr. č. 29: Minijack konektor – mono
R– pravý kanál
Signal – signál
L– levý kanál
Ground – zem
Ground – zem
- 37 -
Obr. č. 30: Minijack konektor
Obr. č. 31: barevné odlišení audio (Minijack) konektorů
1.1.3.1 Audio in Tento stereofonní vstup se nepoužívá příliš často. Slouží k připojení zvukových vstupů ze zařízení jako jsou videorekordéry nebo stereofonní sestavy. Konektor má barvu modrou.
1.1.3.2 Audio out Tento zvukový výstup je také stereofonní. Některé adaptéry nabízejí možnost rozložení signálu na pravý a levý kanál. V tomto případě budou konektory pro Audio out dva. Výstup se používá pro připojení externích zařízení, která zpracovávají nebo interpretují zvuk. Mezi tato zařízení patří reproduktorové soustavy, sluchátka nebo třeba stereo soustavy. Konektor má barvu zelenou.
1.1.3.3 MIC Mikrofon je monofonní vstup. Hlavně se využívá k připojení mikrofonu, jak vyplývá z názvu. U některých audio adaptérů se můžeme setkat s tím, že kvalita vstupu je upravována systémem AGC (Automatic Gain Kontrol). U některých adaptérů tento vstup vůbec nefiguruje a předpokládá se, že pro mikrofon bude použit vstup Audio in. Konektor MIC má barvu červenou - 38 -
1.1.4 Ostatní Do kapitoly ostatní jsem zahrnul vstupní zařízení jako jsou myš, klávesnice, gameport (MIDI). Používají se různá rozhraní i konektory. To vše si popíšeme v následujících kapitolách.
1.1.4.1 PS/2 Zkratka PS/2 znamená v angličtině Personal system /2. Toto označení vzniklo ve společnosti IBM. Neoznačovalo přímo konektor nebo napojení myši a klávesnice, ale nazýval se tak celý nový systém od IBM. Toto označení se však nejvíce vžilo pro pojmenování připojení myši a klávesnice. Nic jiného se pomocí tohoto rozhraní k počítači nepřipojuje. PS/2 tak představil zcela novou specifikaci pro připojení myši a klávesnice (obr. č. 32). Tato dvě rozhraní jsou elektronicky stejná, a navíc jsou stejná i vizuálně. Lze je odlišit pomocí malých ikon u každého z nich a pomocí odlišných barev. Použití odlišných barev je standardem u každé dříve i dnes kupované základní desky, do které jsou tato dvě rozhraní integrována. Jsou umístěna vedle sebe a vypadají takto:
Obr. č. 32: barevné odlišení PS/2 konektorů
Jak je patrné z obrázku č. 32, myš má konektor označený zeleně a klávesnice má označení modré. PS/2 konektor je Mini-Din konektor (obr. č. 33), který má 6 vývodů jeho průměr je 9,5 mm..
Obr. č. 33: PS/2 konektory (samice i samec) včetně detailů
- 39 -
Tab. č. 14: popis konektoru PS/2
Konektor
Název signálu
1
Data
2
Nevyužit
3
Země
4
+5 voltů
5
Hodiny klávesnice
6
Nevyužit
1.1.4.2 DIN Din se používal pro připojení klávesnice, takže je to předchůdce PS/2. Dnes už tento konektor často neuvidíte, leda byste měli doma nebo v kanceláři skutečně starý počítač. Naopak předchůdce u myši bylo klasické sériové rozhraní. DIN konektor (obr. č. 34) je o poznání větší jeho průměr je 13,2 mm. Je velice podobné konstrukce jako PS/2. Počet pinů je však menší, pouze 5. Konstrukce konektoru, stejně jako u ostatních rozhraní uvedených v této práci, zabraňuje jeho špatnému zapojení.
Obr. č. 34: DIN konektor včetně detailů
- 40 -
Tab. č. 15: popis konektoru DIN
Konektor
Název signálu
1
Hodiny klávesnice
2
Data
3
Nevyužit
4
Země
5
+5 voltů
1.1.4.3 MIDI a Gameport MIDI (Musical Instrument Digital Interface) je standard pro rozhraní a formát souborů, který se používá k připojování hudebních nástrojů k počítači, u počítačů zároveň plní funkci gameportu pro připojení herních zařízení jako jsou gamepad nebo joystick. Většina zvukových karet pro PC je vybavena MIDI rozhraním, ale to je málokdy realizováno přímo konektory MIDI-IN a MIDI-OUT, tzn. pětipinovými DIN k přímému připojení MIDI zařízení. Většinou bývá vyvedeno na konektor "Gameport" typu DB15 (Cannon). Lze k němu připojit naprosto odlišné periférie (elektrická kytara – gamepad).
K připojení se používá 15 pinového konektoru (obr. č. 35), který má vodiče ve dvou řadách.
Obr. č. 35: MIDI konektor (samec a samice)
- 41 -
Tab. č. 16: popis MIDI konektoru
Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Symbol +5V /B1 X1 GND GND Y1 /B2 +5V +5V /B4 X2 MIDI TxD Y2 /B3 MIDI RxD
Směr vstup vstup vstup vstup vstup vstup výstup vstup vstup vstup
Signál +5V Tlačítko 1 Joystick 1, souřadnice X GND GND Joystick 1, souřadnice Y Tlačítko 2 +5V +5V Tlačítko 4 Joystick 2, souřadnice X MIDI vysílání Joystick 2, souřadnice Y Tlačítko 3 MIDI příjem
Pro připojení gamepadu stačí normální dodávaný kabel k němu přibalený(obr. č. 36). Pro připojení klaviatury je potřeba kabel, který z klasického PC gameportu oddělí kabely speciálně pro MIDI nebo využije standardní koncovky gameportu (obr. č. 37).
Obr. č. 36: rozšiřující rozhraní pro standardní MIDI kabel
- 42 -
Obr. č. 37: standardní MIDI i speciální MIDI DIN konektory
1.2 Optická Optická rozhraní mají stejný účel jako rozhraní metalická. A to umožnit komunikaci počítače a periférií nebo komunikaci více počítačů. Rozdíl je však v tom, že nepoužívají ke svému přenosu informací kabely na bázi kovu ale na bázi optiky – optických kabelů. Co je to optický kabel? Optický kabel je kabel, který má místo kovu optická skleněná vlákna. Tyto kabely se neustále zdokonalují a je to velice potřeba, protože v nich je budoucnost a hlavně jsou více náchylnější na zacházení. Používají se hlavně tam, kde jsou potřeba velké přenosové rychlosti a malé rušení. V dalších kapitolách si popíšeme některé druhy využití u dnešních počítačů.
1.2.1 S/PDIF S/PDIF nebo S/P-DIF (Sony/Philips Digital Interconect Format), je systém pro přenos stereofonního digitálního zvuku. Jeho specifikem je, že přenos může probíhat po optickém kabelu nebo pomocí normálního metalického kabelu. U normálního metalického kabelu je použit klasický Minijack konektor (obr. č. 38), o kterém jsme se zmiňovali u audia. Dále se budeme bavit pouze o optickém způsobu přenosu dat a informací přes toto rozhraní. Největší výhodou asi je, že optické kabely jsou odolné proti elektromagnetickým vlivům. Toto rozhraní je spíše doménou audio soustav, které nemají s počítači nic společného. Je však pravda, že často proniká i do oblasti počítačů.
- 43 -
Na počítači je prezentován speciálním konektorem, který je v nepoužívaném stavu zaslepen gumovými díly (obr. č. 39). Před zapojením je nutno tyto záslepky vyndat a poté zapojit S/PDIF optický kabel (obr. č. 40). Používá digitální přenos dat.
Obr. č. 38: S/PDIF - Minijack konektor
Obr. č. 39: gumové záslepky pro S/PDIF konektor
Obr. č. 40: S/PDIF- speciální optický konektor
1.2.2 Fibre Channel Ani toto rozhraní nespadá pouze mezi optická, lze ho provozovat i na běžných metalických vedeních. Fibre Chanel je sériové rozhranní nebo spíše komunikační protokol
o rychlosti
100Mb/s nebo 200Mb/s jednosměrně a 200 až 800 Mb/s obousměrně. Standard umožňuje komunikaci rychlostí až 2 Gb/s
s možností připojení na vzdálenost až 10km při použití
optického vlákna. Má podporu hot-plug a umožňuje připojit až 127 diskových jednotek. Nemusí však sloužit pouze pro připojení pevných disků, ale může podporovat další protokoly jako SCSI, - 44 -
Internet Protokol a další. Je tedy vhodný i pro vytváření počítačových sítí (obr. č. 41). Je spíše doménou sálových počítačů a na svých domácích počítačích ho nejspíše nenajdete. Tři základní topologie: Každé zařízení odpovídající standardu Fibre Channel lze chápat jako uzel (node), přičemž každé z nich má minimálně jednu přípojku (port), prostřednictvím které komunikuje s ostatními zařízeními. Způsob vzájemného propojení několika těchto zařízení je označován slovem topologie. V rámci zmiňovaného standardu jsou k dispozici tyto možné topologie: Point-to-Point - je nejjednodušší a představuje přímé spojení pouze dvou uzlů. Typickým příkladem je připojení pevného disku k počítači. Arbitrated Loop - je o něco složitější. Je totiž představována sériovou smyčkou, která umožňuje propojit až 127 uzlů. Výhodou tohoto řešení je dostatečně vysoký počet propojených zařízení a příznivá cena. Nevýhodou je skutečnost, že po dobu komunikace dvojice uzlů je přenosový kanál (smyčka) pro ostatní uzly zablokován. Tato varianta umožňuje například realizovat ze serverů a pracovních stanic rychlou síť LAN. Fabric. - skutečně velmi výkonné řešení. Realizuje totiž dynamické propojování vzájemně komunikujících uzlů. Jedná se o obdobu situace, kterou známe například z moderních sítí LAN v souvislosti s přepínači (switching hubs). Významnou výhodou této topologie je vysoký počet uzlů, jež lze propojit (více než 16 milionů), a možnost sdílení přenosového kanálu. To znamená, že v době, kdy vzájemně komunikuje jistá dvojice uzlů, umožňuje přepínač komunikovat i dvojicím jiných uzlů. Nevýhodou je vcelku pochopitelně vysoká cena přepínače. Zmíněná varianta je vhodná například k vzájemnému propojování sálových počítačů, přepínačů pracovních skupin, rozbočovačů a přípojných bodů sítí, které jsou realizovány topologií Arbitrated Loop.
- 45 -
Obr. č. 41: ukázka sítě na bázi Fibre Channel
Jako konektor se používá standardní 9pinový konektor DB9, který je rozložením vývodů shodný se sériovým portem. Protože jsou využity jen čtyři krajní vývody, prostřední nedůležité se vypouštějí.
2
Bezdrátová komunikační rozhraní Již v úvodu jsem se zmínil, že tato práce bude zaměřena převážně na kabelová
komunikační rozhraní. Rád bych se však v této kapitole zmínil alespoň okrajově o komunikačních rozhraních provozovaných bez kabelů – bezdrátových. A to hlavně z toho důvodu, že se dnes hojnou mírou prosazují v běžném provozu počítačů. Zastoupení bezdrátové komunikace se více a více rozšiřuje jak u počítačů v domácnosti tak i v podnikové sféře. Používá se k přístupu na internet, ke sdílení dat, k tvorbě počítačových sítí, k připojování periférií atd. Mezi tato rozhraní patří: WI-FI Bluetooth IRDa Bezdrátová rozhraní jsou velice výkonná a příjemná na užívání, nikde vám nebudou překážet kabely a jejich výkonnost je stejná jako u kabelových rozhraní. Velice výhodná je i přenositelnost zařízení s bezdrátovou technologií. Dnes běžně využívanou frekvencí pro bezdrátovou technologii (WIFI, Bluetooth) je 2,4GHz. - 46 -
2.1 WI-FI WI-FI je standard pro bezdrátovou komunikaci, který je v dnešní době využíván asi nejvíce. Pro přenos využívá radiových vln na různých frekvencích. Pod tímto označením v dnešní době rozumíme standard IEEE 802.11b. Pod standardem IEEE 802.11 se jich však skrývá mnohem více: IEEE 802.11 - původní standard je z roku 1997 a jako ostatní WIFI funguje v bezlicenčním pásmu 2,4 GHz. Přenosové rychlosti jsou 1-2 Mb/s. IEEE 802.11a – WIFI5 - je z roku 1999. Funguje v licenčním pásmu 5 GHz. Přenosová rychlost 54 Mb/s (reálná 30 – 35 Mb/s). Dosah 170 metrů. IEEE 802.11b – právě tento standard je dnes nazýván WI-FI. Bezlicenční pásmo 2,4 GHz. Přenosová rychlost 11 Mb/s (reálná 5-6 Mb/s). Dosah 100 metrů. Zpětně kompatibilní s IEEE 802.11. IEEE 802.11g – poměrně nový standard z roku 2003. Zpětně kompatibilní s IEEE 802.11b. Pásmo 2,4 GHz. Přenosová rychlost 54 Mb/s (reálná okolo 11 Mb/s). Pro začátek komunikace potřebujeme zařízení, která tuto komunikaci podporují. Například v dnešní době je WI-FI hojně rozšířena u notebooků, kde je integrovaná anténa i celý WI-FI adaptér pro příjem a vysílání. V případě notebooku nebo normálního počítače, kde tento adaptér není, je možno přikoupit rozšiřující kartu, která má vše potřebné v sobě zahrnuto. Dále je potřebné si opatřit další pomocná zařízení pro komunikaci, jako jsou různé rozbočovače, směřovače, přístupové body a podobně. Potom zbývá vše nastavit a začít komunikovat.
2.2 Bluetooth Bluetooth je bezdrátovou technologií obdobnou jako je WI-FI. Vlastně patří přímo do této skupiny. Zmiňuji ji však v samostatné kapitole z důvodů použitelnosti. Využívá se totiž jako bezdrátová personální síť. To znamená, že se využívá ke komunikaci na poměrně krátké vzdálenosti. Nejčastější připojovaná zařízení jsou mobilní telefony, různé PDA (Personal Data Assistant), notebooky, myši, klávesnice a podobně. Bluetooth je v podstatě norma IEEE 802.15 a funguje také v bezlicenčním pásmu 2,4 GHz. Dosah je 100 metrů (reálně asi 20 metrů – místnost). Přenosová rychlost je maximálně 44 Mb/s (reálná je něco okolo 0,5 Mb/s). - 47 -
Pokud například máte Bluetooth myš nebo klávesnici a nemáte integrovaný adaptér, je možno dokoupit jednoduchý model pro tento druh komunikace, který se zasune do portu USB a hned můžete myš nebo klávesnici začít užívat.
2.3 IRDa IRDa je standard, který vytvořilo konsorcium IRDa (Infrared Data association). Toto rozhraní umožňuje přenášet data bezdrátově, a to pomocí infračerveného záření.Toto rozhraní je jedno z nejstarších bezdrátových rozhraní. Vzniklo z potřeby mobilního propojení zařízení. Nevyskytuje se pouze u počítačů, ale můžeme se s ním setkat například u videokamer. Komunikuje pomocí infračervených LED diod (vysílač) a pomocí fotodiod (přijímač). Samozřejmě v zařízeních, která tuto komunikaci podporují, je integrován vysílač i přijímač pro oboustrannou komunikaci. Dosah IRDa není nijak veliký – asi 1 metr (reálně však ještě méně). A to jak u standardu 1.0 i 1.1. Rychlost přenosu je u standardu 1.0 od 2400 do 115200 Kb/s a u standardu 1.1 jsou navíc definovány rychlosti 0,576 a 1,152 Mb/s. Umožňuje však i rychlost 4 Mb/s a to pomocí speciální modulace signálu. Při používání tohoto druhu komunikace se obecně doporučuje nehýbat se zařízeními a nic mezi ně nevkládat, protože komunikace je potom velice nestálá a může docházet k výpadkům. Zařízení pro IRDa může být v integrované podobě nebo také jako přídavné zařízení. V integrované podobě (například u notebooků) vypadá jako malý obdélníček (obr. č. 42) hnědé či tmavě červené barvy (z plastu), který se nachází na viditelném a strategicky umístěném místě.
Obr. č. 42: IRDa rozhraní
- 48 -
3
Praktická ukázka portů počítače V této praktické části absolventské práce jsem se rozhodl nafotit nový standardně
vybavený počítač určený nenáročnému domácímu uživateli. Takže jsou tu rozhraní (obr. č. 43), která najdete téměř všude (i na kancelářských strojích) a také rozhraní (obr. č. 44), která jsou doménou spíše domácích (multimediálních) počítačů. 1. PS/2 - pro připojení klávesnice.
1
2. PS/2 - pro připojení myši. 3. S/PDIF – Minijack - audio výstup.
2
4. Paralelní port – 25 pinový konektor pro připojení tiskárny, skeneru, nebo
3
dalších zařízení. 4
5. Sériový
port
–
pro
připojení
sériových zařízení. 6. USB 2.0 – 4x USB port pro připojení 5
USB zařízení. 7. RJ-45
36
–
tento
port
umožňuje
připojení do sítě (LAN). 8. Mikrofon – Minijack – audio vstup
7
umožňující
napojení
externího
mikrofonu.
8
9. Audio výstup – umožňuje napojení sluchátek nebo repro soustavy.
9
10. Audio vstup – umožňuje připojení 10
externích audio zdrojů.
Obr. č. 43: standardní rozhraní u nového počítače
- 49 -
1
2
4
3
5
Obr. č. 44: grafická rozhraní a rozhraní RJ 11
1. DVI-I – konektor pro připojení analogového i digitálního monitoru. 2. S-video – slouží pro přenos videa – připojení na televizi, video, DVD přehrávač, a na další podobná zařízení. 3. CRT (VGA) – tento konektor slouží k připojení standardního monitoru – analogový signál. 4. RJ-11 (LINE) – konektor pro připojení do telefonního subsystému. Do tohoto konektoru se připojujeme v případě, že chceme tento subsystém využít k připojení do sítě internet přes vytáčené připojení. 5. RJ-11 (PHONE) – stejný konektor jako LINE. Do tohoto konektoru napojujeme klasický telefon, chceme li normálně volat. Slouží v podstatě jako RJ-11 rozdvojka. Telefon lze využívat i v případě, kdy je počítač vypnutý.
- 50 -
4
Popis komunikace přes sériový port a názorná
ukázka V této části práce si vysvětlíme, jak lze pomocí vytvořeného programu a jazyka Q-basic ovládat sériový port. S vedoucím práce jsme vytvořili program nazvaný Pokladna. V tomto programu je vytvořeno poměrně jednoduché grafické rozhraní, které trochu připomíná pokladnu (obr. č. 48, 49). V této pokladně lze přidávat čísla. Program čísla sčítá a zároveň je přes sériový port posílá na pokladní displej. Po zadání 0 nebo po dvojím stisku klávesnice Enter se jak na obrazovce, tak i na displeji objeví výsledný součet předem zadaných čísel.
Obr. č. 45: pokladna - úvodní obrazovka při spuštění
Obr. č. 46: pokladna - výpočty
- 51 -
Jak ovládat sériový port pomocí Q-basicu. Nejprve je nutno popsat sériový port. Bipolární úrovně signálu +/- 12 V (low < 1V, hight > 1,25). Lze pracovat i s úrovněmi 0 a 5 V. Maximální odběr 10 mA. Je poměrně odolný. Lze ho připojovat za chodu počítače. Port lze ovládat nastavováním registru čipového obvodu UART. Adresa registru se vypočítá jako součet bázové adresy portu (BA) a ofsetu registru. Q-basic – ovládá u sériového portu jednotlivé piny. Tab. č. 17: adresy registru sériového portu
Adresa
Bit
Signál
Pin 9/25
BA+4
0
DTS
4/20
BA+4
1
RTS
7/4
BA+6
4
CTS
8/5
BA+6
5
DSR
6/6
BA+6
6
RI
9/22
BA+6
7
DCD
1/8
BA+3
3
TxD
2/3
příklad: OUT (BA+4),2 : REM nahození RTS. (IN (BA+6) AND 16) : REM zjištění stavu CTS, AND 16 zajišťuje vynulování okolních bitů, hodnota pak je 16 nebo 0 Tab. č. 18: obvyklé hodnoty bázové adresy portu
HEX/DEC
COM1
COM2
COM3
COM4
3F8/1016
2F8/760
3E8/1000
2E8/744
- 52 -
Zdrojový kód programu (popis barev za ukázkou). REM ******** PROGRAM POKLADNA ********** REM ........ BY M.H. $ MR. .......... DIM x!(99) : REM zalozeni pole x% s max. 99 zaznamy SCREEN 9: REM zvoleni grafickeho modu COLOR 14, 1 REM graficke rozhrani programu zacatek: LINE (20, 20)-(620, 330), , B LINE (20, 20)-(340, 330), , B LINE (62, 77)-(296, 130), , B LINE (62, 148)-(88, 172), , B LINE (126, 148)-(152, 172), , B LINE (190, 148)-(216, 172), , B LINE (62, 190)-(88, 214), , B LINE (126, 190)-(152, 214), , B LINE (190, 190)-(216, 214), , B LINE (254, 148)-(296, 214), , B LINE (62, 232)-(88, 256), , B LINE (126, 232)-(152, 256), , B LINE (190, 232)-(216, 256), , B LINE (254, 232)-(296, 256), , B LINE (62, 274)-(152, 298), , B LINE (190, 274)-(216, 298), , B LINE (254, 274)-(296, 298), , B LOCATE 21, 35: PRINT "C" LOCATE 18, 35: PRINT "=" LOCATE 13, 35: PRINT "+" LOCATE 21, 14: PRINT "0" LOCATE 21, 26: PRINT "," LOCATE 18, 10: PRINT "1" LOCATE 15, 10: PRINT "4" LOCATE 12, 10: PRINT "7" LOCATE 18, 18: PRINT "2" LOCATE 15, 18: PRINT "5" LOCATE 12, 18: PRINT "8" LOCATE 18, 26: PRINT "3" LOCATE 15, 26: PRINT "6" LOCATE 12, 26: PRINT "9" REM jadro programu r=1 v! = 0 k! = 1 LOCATE 8, 14 d$ = "----------------------------------------"
- 53 -
REM "vymazani" displeje OPEN "COM1:2400,N,8,1" FOR RANDOM AS #1 PRINT #1, d$ PUT #1 CLOSE #1 DO WHILE k > 0 LOCATE 8, 16 INPUT x!(i%) k! = x!(i%) LOCATE 8, 16: PRINT " LOCATE r + 3, 52 PRINT k!
"
REM "vymazani" displeje OPEN "COM1:2400,N,8,1" FOR RANDOM AS #1 PRINT #1, d$ PUT #1 CLOSE #1 REM vypis mezisouctu na displej OPEN "COM1:2400,N,8,1" FOR RANDOM AS #1 PRINT #1, k! PUT #1 CLOSE #1 r=r+1 v! = v! + k! LOOP LOCATE r + 2, 52 PRINT "--------" LOCATE r + 3, 52 PRINT v! LOCATE 8, 14 PRINT v! REM vypis vysledku na displej OPEN "COM1:2400,N,8,1" FOR RANDOM AS #1 PRINT #1, v! PUT #1 CLOSE #1 SLEEP REM vymazani uctu VIEW SCREEN (20, 20)-(620, 330) CLS 2 VIEW GOTO zacatek END
- 54 -
Popis: růžová barva textu – vše za REM – komentáře ke kódu. bílá barva textu – samotný zdrojový kód. žlutá barva textu – zdrojový kód, který ovládá COM port a umožňuje vypsání proměnné na pokladní displej Popis žlutého kódu ovládající COM port. OPEN "COM1:2400,N,8,1" FOR RANDOM AS #1 •
COM1 – otevře sériový port COM1
•
2400 – přenosová rychlost 2400 baudů
•
N – bez kontroly parity
•
8,1 – 8 bitů a 1 stopbit
•
FOR RANDOM AS #1 – přímý přístup přes registr 1
PRINT #1, v! – přiřadí proměnou (v tomto případě – v!) do registru 1 PUT #1 – odešle registr 1 na port (displey) CLOSE #1 – uzavře sériový port COM1
- 55 -
Resume I chose communication interface of PC as a theme of my graduation work. To acquaint the readers with connectors which could be seen at computers was the aim of this work. The communication interfaces I divided into cable and wireless. I specialized in the cable interfaces especially. According to the type of the cable I subdivided them into metal and optic. I attended to the most widely used - USB, FireWire, seriál port, parallel port etc. Others types of interfaces are there mentioned too, but not in such detail. In the practical part I specialized in description of a real computer – what are its interfaces and what are they used to and in description of communications through serial port. Part of the communication through serial port is also a simple program. This program works as a cash register which sends the data about the calculation through serial port on the cash display. I think this work could be an interesting reading not for the laymen only but for the professionals in IT area also.
- 56 -
Závěr Závěrem bych tuto práci rád zhodnotil a konfrontoval se svým cílem, který jsem si vytyčil v úvodu. Práce pojednává o komunikačních rozhraních, která napomáhají počítači při předávání dat s perifériemi. Zahrnul jsem všechna rozhraní, která znám nebo o kterých jsem slyšel. Je mi jasné, že s některými se normální kancelářský uživatel nesetká. Tato práce však neobsahuje pouze standardní rozhraní, ale věnuje se také méně známým a méně užívaným. Tato práce seznámí nejen profesionály v oboru IT, ale také laickou veřejnost s tím, jakým způsobem počítač komunikuje se svým okolím. Je psána jednoduchou terminologií bez častých odborných názvů. Pro lepší vizualizaci je odborný text doprovázen upřesňujícími tabulkami a obrázky. Po pečlivém přečtení a zhodnocení mé absolventské práce jsem přesvědčen o tom, že čtenář je podrobně seznámen a poučen o rozhraních, jejichž prostřednictvím počítač komunikuje se svým okolím.
- 57 -
Seznam použité literatury: 1.
SCOTT, Mueller. Osobní počítač, nejpodrobnější průvodce hardwarem PC. 1. vyd. Praha: Computer Press 2001. ISBN 80-7226-470-2
2.
internetové zdroje: •
www.pbvos.cz/intranet
•
www.randak.cz
•
www.umel.feec.vutbr.cz
•
www.fi.muni.cz/usr/pelikan
•
www.pef.zcu.cz/pef/kvd/cz/materialy
•
wikipedia.infostar.cz
•
archiv.isdn.cz
•
www.hardwarebook.net
•
www.technik.net
•
www.microalarm.sk
•
www.umel.feec.vutbr.cz
•
www.tydyt.cz
•
www.tandy.borec.cz
- 58 -
Seznam vyobrazení a tabulek Vyobrazení Obr. č. 1: topologie zapojení zařízení pomocí USB........................................................- 10 Obr. č. 2: symbol pro označení USB...............................................................................- 11 Obr. č. 3: konektory USB + detaily.................................................................................- 11 Obr. č. 4: deskriptory - informace pro USB komunikaci ................................................- 13 Obr. č. 5: možnosti propojení zařízení na bázi FireWire ................................................- 16 Obr. č. 6: struktura FireWire sitě pro střih videa.............................................................- 16 Obr. č. 7: konektory IEEE 1394 ......................................................................................- 17 Obr. č. 8: podrobný popis 6-pinového konektoru IEEE 1394.........................................- 18 Obr. č. 9: detail přenosu informací po sériovém portu....................................................- 20 Obr. č. 10: 25-pinový sériový konektor ..........................................................................- 21 Obr. č. 11: 9-pinový sériový konektor ............................................................................- 22 Obr. č. 12: konektor paralelního portu - typ A................................................................- 25 Obr. č. 13: konektor paralelního portu - typ B ................................................................- 25 Obr. č. 14: konektor paralelního portu - typ C ................................................................- 25 Obr. č. 15: konektor RJ 11 ..............................................................................................- 29 Obr. č. 16: konektor RJ 45 ..............................................................................................- 30 Obr. č. 17: konektor BNC ..............................................................................................- 32 Obr. č. 18: konektor BNC zakončený odporem .............................................................- 32 Obr. č. 19: konektor VGA ..............................................................................................- 33 Obr. č. 20: detailní popis konektoru VGA .....................................................................- 33 Obr. č. 21: varianty DVI konektorů ...............................................................................- 34 Obr. č. 22: detail DVI-I konektoru .................................................................................- 35 Obr. č. 23: S-video konektor zásuvka - detail ................................................................- 35 Obr. č. 24: S-video konektor zástrčka – detail ...............................................................- 35 Obr. č. 25: konektor S-video ..........................................................................................- 36 Obr. č. 26: konektory kompozitního videa - samice ......................................................- 37 Obr. č. 27: konektory kompozitního videa - samci ........................................................- 37 Obr. č. 28: Minijack konektor – stereo...........................................................................- 37 Obr. č. 29: Minijack konektor – mono ...........................................................................- 37 Obr. č. 30: Minijack konektor ........................................................................................- 38 Obr. č. 31: barevné odlišení audio (Minijack) konektorů ..............................................- 38 - 59 -
Obr. č. 32: barevné odlišení PS/2 konektorů..................................................................- 39 Obr. č. 33: PS/2 konektory (samice i samec) včetně detailů..........................................- 39 Obr. č. 34: DIN konektor včetně detailů ........................................................................- 40 Obr. č. 35: MIDI konektor (samec a samice) .................................................................- 41 Obr. č. 36: rozšiřující rozhraní pro standardní MIDI kabel............................................- 42 Obr. č. 37: standardní MIDI i speciální MIDI DIN konektory ......................................- 43 Obr. č. 38: S/PDIF - Minijack konektor.........................................................................- 44 Obr. č. 39: gumové záslepky pro S/PDIF konektor .......................................................- 44 Obr. č. 40: S/PDIF- speciální optický konektor .............................................................- 44 Obr. č. 41: ukázka sítě na bázi Fibre Channel................................................................- 46 Obr. č. 42: IRDa rozhraní...............................................................................................- 48 Obr. č. 43: standardní rozhraní u nového počítače.........................................................- 48 Obr. č. 44: grafická rozhraní a rozhraní RJ 11 ...............................................................- 50 Obr. č. 45: pokladna - úvodní obrazovka při spuštění....................................................- 51 Obr. č. 46: pokladna - výpočty .......................................................................................- 51 Tabulky Tab. č. 1: popis USB konektoru ......................................................................................- 12 Tab. č. 2: popis obecné USB transakce ...........................................................................- 13 Tab. č. 3: vlastnosti kabeláže FireWire ...........................................................................- 19 Tab. č. 4: popis 25-pinového sériového konektoru .........................................................- 21 Tab. č. 5: popis 9-pinového sériového konektoru ...........................................................- 22 Tab. č. 6: Baud a rychlost přenosu u sériového portu .....................................................- 23 Tab. č. 7: přehled SCSI standardů...................................................................................- 27 Tab. č. 8: druhy SCSI konektorů.....................................................................................- 28 Tab. č. 9: popis pinů konektoru RJ 11.............................................................................- 29 Tab. č. 10: popis sinálů konektoru RJ 11 ........................................................................- 30 Tab. č. 11: popis konektoru RJ 45...................................................................................- 31 Tab. č. 12: popis konektoru VGA ...................................................................................- 33 Tab. č. 13: popis konektoru S-video................................................................................- 35 Tab. č. 14: popis konektoru PS/2 ....................................................................................- 40 Tab. č. 15: popis konektoru DIN.....................................................................................- 41 Tab. č. 16: popis MIDI konektoru...................................................................................- 42 Tab. č. 17: adresy registru sériového portu .....................................................................- 52 Tab. č. 18: obvyklé hodnoty bázové adresy portu...........................................................- 52 - 60 -
