Chương 1 Các cổng giao tiếp của máy tính Kết nối máy tính với các thiết bị ngoại vi như: Chuột, bàn phím, USB, cổng mạng, … giúp tạo nên chiếc máy tính hoàn hảo, đầy đủ phụ kiện để phục
Các cổng giao tiếp của máy tính
Cổng song song, rãnh cắm mở rộng
1.1.1 Giới thiệu cổng song song
Trong máy tính ngày nay, cổng song song (parallel port) thường được tích hợp trên mainboard và dùng để kết nối với máy in hoặc các thiết bị sử dụng cổng song song khác Dữ liệu truyền qua cổng này chậm hơn so với SCSI hay IDE, nhưng nhờ mức chi phí rẻ và dễ tiếp cận (có thể gắn thiết bị từ bên ngoài) nên nó được sử dụng rộng rãi cho nhiều loại đĩa và băng từ có thể tháo rời (removable disk and tape drives) Ngoài ra, cổng song song còn giúp truyền dữ liệu giữa hai máy tính qua các ứng dụng truyền thông như Direct Cable Connection của Windows hoặc LapLink và dây cáp LapLink Cổng song song chuẩn IEEE.
1284 cung cấp khả năng truyền dữ liệu hai chiều với tốc độ cao và hỗ trợ cáp nối với chiều dài tới 32 feet
Hình 1.2-C ổ ng song song g ắ n trên MainBoard
Cổng song song truyền dữ liệu theo cách đồng thời: mỗi byte gồm 8 bit được gửi qua các đường tín hiệu riêng biệt cùng lúc, thay vì truyền từng bit một Dữ liệu 8 bit được truyền đồng thời giúp tăng tốc độ truyền so với cổng tuần tự và phù hợp với các hệ thống yêu cầu băng thông cao Để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, các bit trong một byte phải được đồng bộ và nhận đúng tại cùng một thời điểm, đảm bảo tính nhất quán khi tiếp nhận.
Cổng máy in: Lí do là hầu hết các máy in đều được nối với máy tính qua cổng này
Cổng Centronic: Đây là tên của một công ty đã thiết kế ra cổng này
Centronic là một công ty hàng đầu thế giới chuyên sản xuất máy in kiểu ma trận, nổi tiếng với độ bền và hiệu suất vượt trội Chính công ty này đã nghĩ ra thiết kế cổng ghép nối giữa máy in và máy tính, mở ra một chuẩn kết nối thuận tiện và tương thích cao cho các hệ thống in ấn trên thị trường.
1 1.1.2 Mức điện áp cổng Đều sử dụng mức điện áp tương thích TTL (Transiztor-Transiztor-Logic) 0v→+5v trong đó:
Khi ghép nối với cổng này, chỉ nên kết nối các thiết bị ngoại vi có mức điện áp tương thích TTL Nếu thiết bị ngoại vi không đáp ứng mức điện áp TTL, cần áp dụng biện pháp ghép mức tín hiệu hoặc ghép cách ly qua bộ ghép nối quang để đảm bảo tương thích và an toàn cho hệ thống.
Khoảng cách tối đa giữa thiết bị ngoại vi và máy tính kết nối qua cổng song song thường bị giới hạn do hiện tượng cảm ứng giữa các đường dẫn và điện dung ký sinh hình thành giữa chúng, khiến tín hiệu bị biến dạng Khoảng cách ghép nối tối đa được ước tính là 8 m, nhưng thực tế chỉ đạt khoảng 1,5–2 m để đảm bảo an toàn dữ liệu Nếu cần ghép nối trên 3 m, các dây tín hiệu và dây nối đất nên được ghép thành các cặp xoắn với nhau (twisted pair) nhằm giảm thiểu nhiễu và bảo toàn tín hiệu.
1 1.1.4 Tốc độ truyền dữ liệu
Tốc độ truyền dữ liệu qua cổng song song phụ thuộc vào phần cứng được sử dụng; trên lý thuyết, tốc độ có thể đạt tới khoảng 1 Mb/s, nhưng thực tế bị hạn chế bởi khoảng cách truyền, với phạm vi hiệu quả chỉ trong vòng 1 mét.
Khoảng cách truyền dữ liệu phù hợp với nhiều mục đích sử dụng và mang lại hiệu quả, nhưng vẫn có những ứng dụng đòi hỏi truyền tín hiệu ở khoảng cách xa hơn Trong trường hợp đó, ta nên xem xét các phương án ghép nối khác, ví dụ ghép nối qua cổng RS232, để đảm bảo truyền dữ liệu ổn định giữa các thiết bị ở khoảng cách lớn.
1.1.1.5 Cấu trúc cổng song song
Cổng song song có hai loại ổ cắm chính là 36 chân và 25 chân Hiện nay, ổ cắm 36 chân ít được sử dụng và hầu như mọi máy tính PC đều trang bị ổ cắm 25 chân, nên người dùng chỉ cần quan tâm đến loại 25 chân.
Hình 1.3-Gi ớ i thi ệ u lo ạ i ổ c ắ m 25 chân
Các rãnh cắm mở rộng trên bản mạch chính là hình thức thể hiện bằng phần cứng của các bus máy tính, cho phép gắn thêm các card mở rộng để thay đổi hoặc nâng cấp cấu hình Vì vậy, các thuật ngữ rãnh cắm mở rộng, bus và bus mở rộng được xem là đồng nghĩa về mặt ý nghĩa trong chương này.
Kiểu card ghép nối được sử dụng ảnh hưởng nhiều đến tính năng của máy
Có thể có tới 8 rãnh cắm mở rộng được lắp ráp sẵn trên bản mạch chính Các card cắm thêm cho phép truy cập tới bộ nhớ, card màn hình, ổ cứng và đĩa mềm, xuất dữ liệu ra máy in, các cổng modem và vào/ra nối tiếp.
1.1 2.2 Phân loại rãnh cắm mở rộng
Việc phân loại bus mở rộng được dựa trên số bit dữ liệu mà bus xử lý đồng thời Đó là các bus: Bus PC (ISA 8 bit)
Bus EISA (32 bit) Extended Industry Standard Architecture
Bus VESA Local (32 bit) Video Electronics Standard Association
Bus ISA (16 bit) Industry Standard Architecture
Bus MCA (32 bit) Microchanel Interface Architecture
Bus PCI (32/64 bit) Peripheral Component Interconnection
Các loại bus này ra đời kế tiếp nhau loại sau luôn được chứng minh có nhiều ưu điểm thậm chí tìm cách phủđịnh loại trước đó
Đến nay, trên mainboard được sản xuất gần đây thường có 3 khe ISA 16-bit và 2 khe PCI Số lượng và chủng loại khe cắm này đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng thông thường của hầu hết người dùng máy tính.
Rãnh cắm PC là loại rãnh cắm được thiết kế đầu tiên cho máy tính nhưng cho đến nay vẫn tồn tại trên bản mạch mở rộng
Việc sử dụng tốc độ truyền dữ liệu ở mức 8 bit tuy vẫn thấp, nhưng vẫn đáp ứng được nhiều ứng dụng Đặc biệt, trong các hệ thống đo lường và điều khiển—lĩnh vực không đòi hỏi tốc độ trao đổi dữ liệu cao—tốc độ này vẫn đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy cần thiết Vì vậy, dù băng thông không lớn, nền tảng vẫn phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp liên quan đến đo lường và điều khiển, nơi ưu tiên sự ổn định và phản hồi nhanh.
Hình 1.6-Card m ở r ộ ng ISA 16 bit
Cổng nối tiếp RS 232
Ghép nối qua cổng nối tiếp là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất nhờ số lượng và chủng loại thiết bị ngoại vi có thể kết nối qua cổng này, đặt nó ở vị trí đầu bảng về khả năng giao tiếp với máy tính Qua cổng nối tiếp có thể ghép nối modem, chuột máy tính, bộ biến đổi tín hiệu A/D và D/A, các thiết bị đo lường và cả máy in.
Ghép nối qua cổng nối tiếp là dữ liệu được truyền qua cổng kiểu nối tiếp, nghĩa là tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền dọc theo một đường dẫn Đặc điểm này cho phép tạo ra sự khác biệt so với các cách ghép nối khác, chẳng hạn như truyền thông theo kiểu song song trong đó nhiều bit được gửi đồng thời Ưu điểm chính của kỹ thuật này là sử dụng một đường truyền và một đường nhận nên việc điều khiển trở nên đơn giản.
Cổng RS232, hay còn gọi là V.24, là chuẩn giao tiếp cho cổng nối tiếp RS232 định nghĩa các đặc tính kỹ thuật và cách thức truyền nhận dữ liệu của cổng serial, trong khi tên V.24 được sử dụng phổ biến ở các nước Tây Âu để chỉ cùng giao diện này.
So với các khả năng ghép nối khác, tốc độ truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp vẫn chậm: thông thường chỉ đạt khoảng 19,6 kbit/s trên phạm vi 20 mét, và ngay cả các modem đời mới nhất cũng chỉ đạt khoảng 56,6 kbit/s Về sau xuất hiện các tiêu chuẩn nối tiếp mới như RS-422 và RS-485, cho phép truyền với tốc độ cao hơn và khoảng cách dài hơn; ví dụ RS-422 có thể đạt 10 Mbit/s và truyền đi hàng nghìn km Một số chuẩn khác còn được sử dụng trên mạng máy tính.
1.2.2 Mức điện áp trên đường truyền
Một trong những thông số quan trọng nhất của RS232 là mức điện áp trên đường truyền
Các yêu cầu về mặt điện được quy định trong chuẩn RS232C như sau:
1 Mức logic 1 (mức dấu) nằm trong khoảng -3V->-12V; Mức logic 0 (Mức trống) nằm trong khoảng +3V->+12V
2 Trở kháng tải về phía bộ nhận của mạch nằm trong khoảng 3000Ω -7000Ω
3 Tốc độ truyền nhận cực đại 100 Kbit/s
4 Các lối vào của bộ nhận phải có điện dung