Rozhraní počítače a periferií

USB

USB port je dnes nejvyužívanějším rozhraním v počítači a nejen v něm. Technologie Plug & Play umožňuje velice rychlé a snadné připojení zařízení téměř s okamžitou možností komunikace (pokud máme vhodné ovladače). USB port se stal naším každodenním pomocníkem. Díky využívání chytrých telefonů a ostatních wearables zařízení,  je nejčastěji využívaný jako univerzální připojení k počítači a zároveň pro nabíjení.

Ukázka USB portu.

USB se kterými se uživatelé nejčastěji setkávají.

USB porty se vyrábějí v několika variantách. Záleží dle koncového zařízení, ke kterému ho připojíme - mobilní telefon, tiskárna, fotoaparát, tablet apod.

• bylo vyvinuto pro snadné připojení nejrůznějších zařízení k počítači pomocí jednoho rozhraní a to tak, že není potřeba vypínat zařízení nebo počítač.

• umožňuje připojit až 127 zařízení najednou.

• maximální přenosová rychlost je u USB 2.0 až 480 Mbps.

• maximální proudový odběr 2,1A při 5V nikoliv dříve uváděných 500mA!

Zapojení

Schéma zapojení konektoru USB 2.0.

Pracovní módy:

• přenos dat s přerušením - pro zařízení jako myš nebo klávesnice, které posílají velmi málo dat nepravidelně za sebou

• hromadný přenos (bulk) - pro zařízení jako tiskárna, které přijímají data jako jeden velký paket (paket je poslán najednou a je kontrolováno, zda dorazil správně)

• nepravidelný (asynchronní) - např. pro reproduktory, kde data probíhají v reálném čase, neprobíhá zde oprava chyb

USB 3.0 

• rychlejší nástupce standardu USB 2.0, který je již od roku 1999 používán jako univerzální rozhraní

• rychlost až 5 Gbit/s.(teoreticky 625 MB dat/s, prakticky samozřejmě značně méně)

• pro plné využití výhod rychlosti zařízení standardu USB 3.0 je nutné, aby i PC řadič byl ve standardu USB 3.0, samozřejmostí je i propojovací kabel se standardem USB 3.0.

• 9 vodičů (datové jsou 4)

• maximální délka kabelu 3m

• zpětně kompatibilní s USB 2.0 ovšem s přenosovou rychlostí odpovídající USB 2.0

USB konektor 3.0.

USB 3.1 Následovník standardu USB 3.0

• rychlost až 10 Gbit/s

• největší výhodou pro uživatele bude u zpracování typu C možnost připojení propojovacího kabelu v obou směrech, což usnadňuje zapojení do zařízení

USB konektor USB 3.1 (jinak zvaný typ C).

Přenosové rychlosti USB

• USB 1.0 – rychlost 1,5 Mbit/s.

• USB 1.1 – rychlost 12 Mbit/s.

• USB 2.0 – rychlost 480 Mbit/s (teoreticky 60 MB dat/s).

• USB 3.0 – rychlost až 5 Gbit/s (teoreticky 625 MB dat/s, prakticky samozřejmě značně méně).

• USB 3.1 – rychlost až 10 Gbit/s (teoreticky 1,25 GB dat/s, praktické maximum okolo 900 MB/s).

[1] - BUCHA, Pavel. Nové komponenty e-kurzu pro předmět Periferní zařízení : bakalářská práce. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta pedagogická, 2015, 68 l., 2 l. příl., Vedoucí bakalářské práce: Ing. Petr Michalík, Ph.D.

FireWire (IEEE 1394)

FireWire (IEEE 1394) konektor v minulosti často využívaný pro připojení videokamer a jiných periferních zařízení. Díky svým vlastnostem a méně nákladné výrobě než SCSI jej nahradil.

Ukázka FireWire portu 400 se česti piny [2].

• vyvinut společně s USB, ale pro zařízení s vyšším přenosem dat

• většina charakteristik je společná

• maximální rychlost je 800Mb/s, což je téměř dvojnásobná rychlost oproti USB 2.0

• v případě optického FireWire (IEEE 1394c) bude maximální rychlost až 3 200 Mb/s

• maximální počet připojených zařízení je omezen na 63

• dříve často využíván také jako propojení pro disková pole

[2] - SENDEREK, Bartosz. Wikipedie [online]. 25.11.2006 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bc/FireWire_gniazdo.jpg

Licence - CC BY-SA 2.5

Sériové a paralelní rozhraní

Sériové rozhraní RS232 dnes nepříliš často využívané, nahrazeno z velké většiny USB portem.

Ukázka sériového portu - prodlužovací kabel.

• data v sériovém portu byla přenášena za sebou v jednom páru vodičů tam i zpět, jinak zvaná fyzická vrstva - velmi spolehlivé, bohužel pomalé

• sloužilo pro připojení myši, klávesnice, tiskárny 

• maximální délka činila 15m

• při inicializaci počítače se sériovému rozhraní přiřazují log. jména COM1 až COMx

• rozdílné signály pro data (RTX, TXD) +3V až 15V logická 0; -3V až -15V logická 1

• rozdílné signály řídící (RTS,CTS, ...) -3V až -15V logická 0; +3V až +15V logická 1

      Dnes převážně využíváno jako konfigurační port například na zařízeních jako je switch, router, případně komunikační port  pro pokladní zásuvku, propojení mezi počítačem a skenovacím zařízením.

Paralelní rozhraní LPT2

Paralelní rozhraní dnes obdobné jako sériové je nahrazeno USB portem, přestal se zcela doplňovat jak na základní desky, tak na tiskárny a jiná periferní zařízení.

Ukázka paralelního portu - propojovací kabel.

Konektor zabíral dosti místa, byla možná pouze jednosměrná komunikace z počítače do zařízení. Na rozdíl od sériového portu, bylo možné vysílat až 8 bitů současně. 

• velká odolnost proti zkratu

• signály zde byly řešeny menším napětím logická 1 napětí větší než 2,4V

• naopak logická 0 napětí menší než 0,4V

• délka kabelu má být max. 2m

• každý signál je veden ve zkroucené dvojlince, kde 1 vodič je zem (tzv. twistovaný pár)

• komunikace na tomto rozhraní probíhá korespondenčním způsobem (tzv. handshaking) prostřednictvím signálů BUSY, ACKNLG, STROBE

PS/2

Rozhraní sloužící pro připojení klávesnice a myši.

Ukázka konektoru pro připojení periferního zařízení, pomocí něhož lze ovládat počítač - klávesnice s myší.

• vyvíjeno společnosti IBM

• v některých případech se tento konektor používá například u zdrojů jako napájecí konektor

• vizuálně stejné konektory, rozlišení je barvou, případně obrázkem vedle konektorů - zelená myš, fialová klávesnice

• při zapojení klávesnice nebo myši do počítače, je nutno zařízení pro inicializaci restartovat

Rozložení pinů v konektoru s různými funkcemi [3]

Zapojení konektoru:

1. DATA
   
2. nezapojeno
   
3. GND
   
4. +5V DC
   
5. CLOCK
   
6. nezapojeno
   

RJ11 a RJ45 rozhraní

RJ11 

Konektor pro rozhraní pevné linky  tzv. DSL linky, případně nejčastější rozhraní pro připojení modemu (faxu, pevné linky a jiného zařízení a podobného zařízení se zásuvkou RJ11 nebo konektorem).

Uživatelé mající internet přes DSL linku jistě tento konektor znají, na obrázku telefonní kabel se zakončením RJ11 [4].

• využívané u vytáčeného připojení (dnes již přežitek)

• vhodné pro technologii internetu DSL

• možno rozšířit o rozdvojku, ovšem v danou chvíli komunikuje pouze jedno zařízení

• využívání 4-8 portů pro komunikaci

• vhodné také jako propojovací konektor pro jiné účely než je přenos dat z internetu
  

RJ45

Velmi využívané rozhraní převážně pro komunikace v počítačové síti nejen v lokální, ale také v internetu.

Ukázka konektoru RJ45 [5].

Rozhraní podobné modemovému RJ11, ovšem RJ45 je větší a obsahuje 4 páry krouceného kabelu či drátu (dvoulinky).

• používá se několik typů zapojení A nebo B

• délka UTP kabelu může být až 100M (při delším kabelu dochází ke ztrátám a snižuje se spolehlivost)

• dosahované přenosové rychlosti 10MBps; 100MBps; 1 000Mbps; 10Gbps

Ukázka zapojení konektoru, nejčastěji využívané zapojení je zapojení B [6].

[4] SHADDACK. Wikipedie [online]. 5.11.2005 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2c/Photo-RJ11-MF.jpg?uselang=cs

[5] MONNIAUX, David. Wikipedie [online]. 21.1.2007 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d7/Ethernet_RJ45_connector_p1160054.jpg

Licence - Licence - CC BY-SA 3.0

[6] MORPHEUS. PVwiki [online]. 6.5.2006 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: http://wiki.pvfree.net/images/c/c8/Gigabit.gif

SCSI

Rozhraní vhodné pro připojení většího množství periferií. 

Ukázka SCSI portu [7].

• SCSI rozhraní zvládne 8 až 16 zařízení (jedno počítáno jako řadič)

• možno připojit 7 až 15 zařízení, každé zařízení má vlastní ID

• při komunikaci více zařízení na jednom kabelu nutno mít terminátor - slouží k ukončování přenosu každého zařízení

• obdobná funkce jako PCI sběrnice

• časté využívání pro připojení pevných disků, případně mechanik

• v domácnostech málo viditelné, převážně firemní sféra

• nejvyšší rychlosti 160 MB/s až 320MB/s

• dnes nahrazeno SATA, případně SAS rozhraním

[7] - LUSHEETA. Wikipedie [online]. 21.3.2005 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/46/SCSI_50pin.jpg