Serielle Schnittstelle - was ist das, wofür ist es und welche Typen

Die serielle Schnittstelle ist derzeit eine der Hauptkommunikationsformen zwischen externen Geräten und Computern. Eine Schnittstelle, die wir in absolut allen Peripheriegeräten finden können, die wir auf unserem Desktop sowie in unseren Geräten haben.

Inhaltsverzeichnis

Wir werden versuchen, die Funktionsweise der seriellen Schnittstelle sowie die derzeit verfügbaren Hauptschnittstellen zu erläutern. Und wenn Sie nicht wissen, was die Unterschiede zum parallelen Anschluss sind, werden wir auch Zeit damit verbringen, sie zu unterscheiden.

Was ist eine serielle Schnittstelle?

Wenn Sie sich die Kabel ansehen, die Sie gerade auf dem Schreibtisch haben und die Tastaturmaus oder das USB-Flash-Laufwerk an Ihren Computer anschließen, werden serielle Kommunikationsschnittstellen angezeigt.

Die serielle Schnittstelle ist eine digitale Datenkommunikationsschnittstelle, in der Informationen nacheinander Stück für Stück von Leitern übertragen werden. Auf diese Weise sollte eine serielle Schnittstelle alle Informationen in einem Bit nach dem anderen senden, während eine parallele Schnittstelle mehrere Bits gleichzeitig senden würde. Die serielle Datenschnittstelle oder die serielle Schnittstelle funktioniert nach dem RS-232-Standard.

Denken Sie also, dass eine serielle Schnittstelle langsamer ist als eine parallele? Nun, heutzutage haben wir viel schnellere serielle Schnittstellen. Natürlich entsprechen diese nicht unbedingt dem kommentierten Standard, sondern sind verbesserte Versionen, die die native serielle Schnittstelle vollständig überflüssig machen. Am einfachsten zu implementieren, mit besserer Kompatibilität und unendlich weiter verbreitet.

Serielle Schnittstelle und Hardware-Betrieb

Dieser Port arbeitet asynchron dank eines Protokolls, das die Übertragung mit einem " Start " -Signal initiiert, das den Empfänger auf den Empfang des Wortes (der Bits) vorbereitet. Nach dem Senden dieses Wortes, das ein ASCII-Code für jedes Zeichen ist, wird ein Stoppsignal gesendet, so dass der Empfänger nach dem Codieren des Wortes ruht und auf den Empfang eines anderen wartet.

Wir haben drei Arten der seriellen Kommunikation:

• Simplex: Die Übertragung erfolgt unidirektional, dh es gibt einen einzelnen Sender und einen einzelnen Empfänger, beispielsweise in der Rundfunkkommunikation. Duplex: Jedes Ende kann gleichzeitig Sender und Empfänger sein, sodass unterschiedliche Kabel zum Senden und Empfangen verwendet werden oder Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen verwendet werden, um ein Vermischen zu vermeiden. Halbduplex: Es ähnelt der Duplexübertragung, aber wenn einer den anderen überträgt, hört er beispielsweise zwei Walki-Talkies.

Auf diese Weise müssen wir verstehen, dass bei einer Kommunikation mit einer seriellen Schnittstelle beide Geräte einen Eingang und einen Ausgang haben müssen, sodass die Geräte in die Kategorien DTE (Data Terminal Equipment) und DCE (Data Circuit Termination Equipment) unterteilt sind.. Ein Computer wäre also für ein DTE, während das DCE das Modem oder die programmierbare Karte wäre. Um zwei DTEs oder zwei DCEs zu verbinden, sollte eine Nullbrücke verwendet werden, um beide Signale zu kreuzen.

Zur Verwaltung der Kommunikationsschnittstelle verfügen wir über einen UART- oder USART-Chip (Universal Asynchronous Transmitter and Receiver). Seine Funktion besteht darin, die Signale und Spannungen der CPU in den Kommunikationsstandard umzuwandeln. Der UART 8250- Chip wird für 8- und 16-Bit-Prozessoren verwendet, während der UART 16550 für den Rest von IBM-Computern verwendet wird.

Serielle RS-232- und Pinbelegung

RS-232

In der Geschichte des Rechnens war der am häufigsten verwendete Port derjenige, der serielle Daten überträgt. Die Schnittstelle wurde 1962 dank des EIA / TIA RS-232C-Standards für Freunde RS-232 oder "Recommended Standard 232" standardisiert. Im Gegenzug wurde die Empfehlung V.24 erstellt, die die Schaltkreise und Signale der Schnittstelle definiert, und die Empfehlung V.28, die die elektrischen Aspekte definiert.

Der am weitesten verbreitete Anschluss war der DB-25, der später zu DB-9 vereinfacht wurde und direkt als RS-232 bezeichnet wird. Es ist wichtig , diesen Anschluss nicht mit dem gleichnamigen parallelen Anschluss zu verwechseln, obwohl er als D-Sub bezeichnet wird. Es war (und ist) auf seine Verwendung bei Verbindungen zwischen Computern und externen Geräten mit Duplexverbindungen ausgerichtet. Zum Beispiel ein Modem, Schalter und andere Kommunikationsgeräte für die industrielle Automatisierung wie programmierbare Karten, Roboter und andere allgemeine Verbraucherprodukte wie digitale Waschmaschinen.

Als nächstes sehen wir die Pin-Konfiguration des RS-232-Ports in seinen Versionen DB-9 und DB-25. In beiden Fällen haben wir die gleiche Anzahl nützlicher Pins.

Aktuelle Verwendung der seriellen Schnittstelle

Auf unseren aktuellen Desktop-Computern ist der RS-232-Anschluss nicht mehr implementiert, da USB die aktuellste Schnittstelle ist und praktisch mit allen Arten von elektronischen Leiterplatten kompatibel ist. Wir können diesen seriellen PCI-Anschluss jedoch immer noch über eine Erweiterungskarte finden, wenn wir uns der Programmierung widmen. Es gibt auch viele RS-232-zu-USB-Adapter.

Dies sind die grundlegenden Verwendungszwecke des heutigen DB-9- oder RS-232-Ports

• Modems, Switches, Router, Satellitentelefone oder Load Balancer: Wir finden diese Art von Ports oder Headern immer noch intern oder extern, um den Mikrocode älterer Netzwerkgeräte zu ändern und nicht vom Benutzer zu verwalten. Infrarot-Barcodeleser: und andere relativ alte Supermarktgeräte. Programmierbare Karten, elektrische Messgeräte und Software-Scrubber. Drucker: Ältere Drucker, die keine USB-Schnittstelle oder keinen parallelen Anschluss verwenden, im Allgemeinen Computer, die keinen USB-Anschluss zum Aktualisieren ihrer Firmware haben.

Wir sprechen vor allem von Industrie- und Netzwerkgeräten, bei denen Benutzer mit technischen Kenntnissen eine Nutzung erwarten.

Geschwindigkeit der seriellen Schnittstelle (RS-232)

Bevor Sie sich die aktuellen Versionen der seriellen Schnittstelle ansehen, sollten Sie sich ein wenig über die Geschwindigkeiten informieren, die diese nach Hardware- und Peripherie-Updates erreicht haben:

Diese Geschwindigkeiten werden in Bit pro Sekunde oder Baud gemessen, was bei Modems üblich ist, und sind im Vergleich zu den seriellen Schnittstellen, die wir derzeit als USB haben, recht niedrig. Wird auch direkt von der Software in Bezug auf Bandbreite und Verbindung zum Peripheriegerät verwaltet.

Die Entwicklung der seriellen Schnittstelle zur Gegenwart und zu den Hauptschnittstellen

Wir lassen den RS-232-Port hinter uns, um mehr über die heute am häufigsten verwendeten seriellen Ports zu erfahren. Alle arbeiten nach ihrem eigenen Standard und nicht unter RS-232-Bedingungen und werden automatisch und autonom von ihrem eigenen Controller verwaltet.

PS / 2

Dieser Port wurde erstmals 1987 auf IBM PCs implementiert und ist bis heute auf aktuellen Boards zu finden. Seine Funktion besteht darin , Mäuse oder Tastaturen in einer unabhängigen Schnittstelle an den USB anzuschließen. Es hat insgesamt 6 Pins, die kreisförmig sind, und im Betriebssystem finden wir es als COM-Port.

Es handelt sich um eine bidirektionale Schnittstelle, die auf den alten Karten mit RS-232-Port eine gemeinsame Unterbrechung mit diesem Port aufweist. Darüber hinaus ist kein Hot-Swap möglich, sodass der Computer neu gestartet werden muss, um das installierte Peripheriegerät erneut zu erkennen.

USB (Universal Serial Bus)

Wer kennt heute nicht den USB-Anschluss? Wir könnten dieser Schnittstelle einen ganzen Artikel widmen und würden nicht fertig werden. Es ist heute die am weitesten verbreitete serielle Schnittstelle, um Peripheriegeräte aller Art an einen Computer anzuschließen.

Die Schnittstelle reicht mit 4 Leitern aus, von denen einer eine Spannung von 5 V liefert, von denen zwei für das Hoch- und Herunterladen von Daten zuständig sind und der letzte die Erdungsverbindung ist. Während andere Versionen wie Micro-USB einen 5. Pin haben, um es von Micro-A und Micro-B zu unterscheiden. Auch spätere Versionen ab USB 3.0 erhöhen ihre Pinbelegung, um mehr Bandbreite zu ermöglichen.

Dies sind die Versionen und Geschwindigkeiten, die wir derzeit haben und die Versionen 1.0 und 1.1 hinter uns lassen:

• USB 2.0: theoretische Geschwindigkeit von 480 Mbit / s (60 MB / s) bei einer Stromversorgungskapazität von 5 V. USB 3.0: Erhöht die Geschwindigkeit auf bis zu 5 Gbit / s (600 MB / s) und wird auch als USB 3.1 Gen1 oder USB 3.2 Gen1 bezeichnet. USB 3.1: Obwohl es derzeit als USB 3.1 Gen2 oder USB 3.2 Gen2 bezeichnet wird, wurde es 2019 eingerichtet. Es erhöht seine Geschwindigkeit auf 10 Gbit / s (1, 2 GB / s). USB 3.2: Es erhöht die Geschwindigkeit auf 20 Gbit / s (1, 2 GB / s). 2, 4 GB / s) und wir werden es mit der Bezeichnung USB 3.2 Gen2x2 finden. Dieser Port wurde Ende 2019 auf neuen Intel- und AMD-Karten implementiert.

Und seit 2014 ist der USB-Typ-C-Anschluss verfügbar, an dem 24 Kontakte in zwei Reihen angeordnet sind , um vollständig reversibel zu sein. Diese Art von Anschluss wird häufig für tragbare Geräte wie Smartphones oder Peripheriegeräte verwendet. Derzeit finden wir USB-C Typ 3.2 Gen1, 3.2 Gen2 und 3.2 Gen2x2. Darüber hinaus können DisplayPort 1.4- und Thunderbolt 3-Verbindungen mit einer Last von bis zu 100 W implementiert werden.

Firewire

Es ist auch als IEEE 1394- Standard bekannt und die amerikanische Version von USB, bevor die Schnittstelle selbst auch in diesem Bereich erweitert wurde, sodass diese serielle Schnittstelle in ihrer Leistung weit hinterherhinkt.

Es ist ein USB-ähnlicher Anschluss, allerdings mit einer spitzen Ecke und je nach Version mit 4, 6, 9 und bis zu 12 Pins . Derzeit wurde es vollständig durch USB 2.0 ersetzt.

Es gibt 4 Versionen von Firewire entsprechend ihrer Bandbreite

• Firewire 400: arbeitet mit 50 MB / s Firewire 800: erreicht 100 MB / s Firewire s1600: Geschwindigkeit von 200 MB / s Firewire s3200: neueste Version mit 400 MB / s

Videoanschlüsse

Die Videoanschlüsse funktionieren auch unter einem seriellen Bus. Dies sind der D-Sub, auch als VGA bekannt, der DVI in seinen verschiedenen Versionen und die HDMI- und DisplayPort- Anschlüsse als aktuellste Schnittstellen, die zusammen mit Thunderbolt unter USB verwendet werden. C.

Der schnellste ist der HDMI-Anschluss und der DisplayPort. Im ersten Fall befinden wir uns in Version 2.0b mit einer Bandbreite von 14, 4 Gbit / s, und bald werden wir auf Version 2.1 umsteigen, die auf 42, 6 Gbit / s ansteigt und Auflösungen von bis zu 8 K bei 120 Hz unterstützt DisplayPort Wir haben die Betriebsversion 1.4 mit 49, 65 Gbit / s und unterstützen 8K-Auflösungen bei 60 Hz.

SATA- und PCIe-Schnittstelle

Und schließlich die wichtigsten Schnittstellen unseres Computers: SATA (Serial Advanced Technology Attachment) für Festplatten und PCIe oder PCI-E (Peripheral Component Interconnect - Express) für die interne Kommunikation von Komponenten.

SATA ist die Schnittstelle, die PATA für den Anschluss von Speichergeräten in Computern mit allgemeinem Verbrauch ersetzt. Die maximale Bandbreite in der SATA III-Version beträgt 6 Gbit / s, was ungefähr 600 MB / s entspricht. Es verwendet einen viel kleineren Anschluss als die IDE und eine einzige Geräteverbindung pro Schnittstelle, wodurch auch Hot-Plugging möglich ist. Es funktioniert mit dem AHCI-Protokoll (Advanced Host Controller Interface) und ist auch auf M.2-Schnittstellen für Solid-State-Laufwerke verfügbar.

PCI-Express ist der Inbegriff des internen seriellen Bus der Karte, mit dem wir Hochgeschwindigkeitskomponenten direkt in Steckplätze auf der Hauptplatine anschließen können. Wir werden diese Erweiterungskarten nennen. Derzeit finden wir Karten mit PCI-Express in Version 4.0, bei denen jede der Datenbahnen gleichzeitig eine Bandbreite von 2000 MB / s (16 Gbit / s) auf und ab hat, eine echte Barbarei im Vergleich zu den Ports extern. Sie verbinden NVMe-SSDs, Grafikkarten, Netzwerkkarten usw. Darüber hinaus kommuniziert die Nordbrücke oder der Chipsatz über einen Bus dieses Typs mit der CPU.

Unterschiede zwischen serieller und paralleler Schnittstelle

Wir haben noch nicht den Haupt- oder Hauptunterschied zwischen der seriellen und der parallelen Schnittstelle gesehen. Dies liegt in seiner Funktionsweise, da ein paralleler Port die Informationsbits gleichzeitig und in Form von Paketen sendet. Jedes dieser Bits, bei denen es sich beispielsweise um einen ASCII-Code handeln kann, wird von einem anderen Leiter gesendet, wobei dann so viele Leiter wie Bits gleichzeitig gesendet werden. Zusätzlich zu diesen gibt es noch weitere zusätzliche Leiter für Timing, Masse und andere Signale.

Parallele Ports sind beispielsweise der Centronics-Typ für Drucker, der PATA-Bus (IDE) für Festplatten und der SCSI-Bus auch für Festplatten. In ihnen ist weder eine Hot-Verbindung noch die Stromversorgung des angeschlossenen Peripheriegeräts zulässig. Sie unterstützen weit weniger Peripheriegeräte, die an denselben Bus angeschlossen sind, und sind derzeit weitgehend veraltet.

Schlussfolgerungen und Links von Interesse

Die serielle Schnittstelle in der RS-232-Standardversion und späteren Versionen wurde nur für den rein industriellen und sporadischen Gebrauch mit Consumer-Computergeräten verwendet. Ein Port, der zweifellos ein Vorher und Nachher bei den Verbindungen von Geräten und Peripheriegeräten markiert hat, insbesondere in Netzwerken, um die Firmware von Modems zu aktualisieren.

Derzeit verwenden wir alle USB in verschiedenen Versionen, da es sich um einen viel kleineren Anschluss und eine viel höhere Geschwindigkeit handelt. Darüber hinaus unterstützt es Hot-Verbindungen (Plug & Play) und sogar eine Stromversorgung von bis zu 100 W in der Thunderbolt 3-Schnittstelle unter USB Typ C, die bis zu 40 Gbit / s erreichen kann.

Wenn Sie mehr über Ports oder Netzwerke erfahren möchten, hinterlassen wir Ihnen folgende Artikel:

Wussten Sie, dass der RS-232-Anschluss jemals verwendet wurde? Wenn Sie weitere Serienbeiträge kennen oder Fragen haben, können Sie diese in den Kommentaren hinterlassen.