Порты и разъемы современных устройств : Документные сканеры

Теория сканеров » Порты и разъемы современных устройств

Логотип Hi-speed USB Понятие порта в компьютере многозначно. Самое общее определение: порт - это соединение (физическое или логическое), через которое принимаются и отправляются данные. Обмен данными между любыми устройствами возможен только при наличии утвержденного стандарта на интерфейс. В состав аппаратного обеспечения порта входит специализированный разъём, предназначенный для подключения оборудования определённого типа. Часто этот специализированный разъем и называют портом, например USB-порт, но есть разъемы, которые портами называть не принято, например, RJ11. Как правило, каждый порт имеет обозначение, которое размещается рядом с разъемом.

Основные порты, используемые в компьютерах, ноутбуках:

USB-порт;
IEEE 1394 (FireWire) ;
Порт eSATA и комбинированный порт USB/eSATA;
Сетевой порт Ethernet;
Порт SCSI;
Последовательный порт RS-232;
Порты для подключения внешних мониторов VGA, DVI, S-Video, HDMI, DisplayPort;
Порт для док-станции и порт репликатор;
Порты для модулей расширения PCMCIA, ExpressCard.

Порт USB

USB -Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина. USB-порты являются своего рода стандартом для подключения внешних устройств, к которому стремятся все производители этих устройств. К портам USB подключаются: мыши, клавиатуры, принтеры, сканеры, модемы, кардридеры, флэш-накопители, фотоаппараты, сотовые телефоны, плееры, жёсткие диски, оптические дисководы и др.

Существуют несколько типов разъемов USB: тип A, тип B, mini USB и micro USB. Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводной кабель, при этом два провода (витая пара) используются для приёма и передачи данных, а два провода - для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания. На одной шине USB может быть до 127 внешних устройств. Наращивание разъемов USB происходит за счёт подключения USB-хабов. Уровень вложенности подключения хабов не может превышать пяти. Современные компьютеры и ноутбуки оснащаются портами стандартов USB 2.0 и USB 3.0. Спецификация USB 3.0, появившаяся в 2008 году, обеспечивает более высокую скорость передачи данных до 4,8 Гбит/с, что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0. В USB 3.0 увеличена сила тока c 500 мА до 900 мА, что позволяет подпитывать от одного хаба большее количество устройств, сами устройства во многих случаях смогут избавиться от отдельных блоков питания. Разъёмы и кабели обновлённого стандарта физически и функционально совместимы с USB 2.0. Для отличия разъема нового стандарта от ревизии 2.0 он имеет синий цвет внутренней части контактной планки.

Какую полосу пропускания обеспечивает оборудование с интерфейсом USB, соответствующим спецификации 2.0 (или, как принято в народе говорить, "оборудование USB 2.0")? Мы почему-то уверены, что на этот вопрос вы ответите: "480 мегабит в секунду", и будете не правы. В ратифицированной Universal Serial Bus Implementers Forum (USB-IF) спецификации сказано, что стандарт USB 2.0 описывает три режима работы устройств:

Low Speed = 1.5 Мбит/с
Full Speed = 12 Мбит/с
Hi-Speed = 480 Мбит/с

То есть, по сравнению со спецификацией USB 1.1, в спецификацию USB 2.0 добавлен режим Hi-Speed с полосой пропускания 480 Мбит/с, и специально для него разработан новый логотип (см. выше).

Порт IEEE 1394

IEEE 1394 - высокоскоростной последовательный порт для цифровых видеоустройств. Компания Apple продвигает стандарт IEEE 1394 под маркой FireWire, компания Sony – под маркой i.LINK. IEEE 1394 применяется для подключения видеокамер, цифровых фотоаппаратов и других мультимедийных устройств, а также принтеров, сканеров, внешних жестких дисков.

Основные преимущества по сравнению с USB 2.0 - более высокая скорость передачи, большая стабильность, большая длина кабеля до оконечного устройства. В ноутбуках, обычно, устанавливают разъем IEEE 1394a без питания – 4 pin -два провода для передачи сигнала и два для приема.

Порт eSATA

eSATA - External Serial ATA (Advanced Technology Attachment - присоединение по передовой технологии) – последовательный интерфейс для подключения внешних устройств, поддерживающий режим «горячей замены». Стандарт eSATA предусматривает подключение внешних жестких дисков, оптических дисков, RAID-массивов. Скорость передачи данных гораздо выше, чем у USB 2.0 или IEEE 1394.

Недостатки eSATA: • максимальная длина кабеля не превышает 2 метров; • жёсткие диски, подключаемые через eSATA, потребуют дополнительного источника питания - это могут быть как разъёмы USB или 1394, так и розетка. С недавнего времени многие производители оснащают свои ноутбуки комбинированным портом USB/eSATA, который поддерживает подключение устройств как по стандарту USB, так и по стандарту SATA.

Комбинированный разъем USB/eSATA

Порт Ethernet

Порт Ethernet предназначен для подключения ноутбука к компьютерной сети с помощью сетевого кабеля через разъем RJ45 (RJ-45). Технология Ethernet описывается стандартами IEEE группы 802.3. Существует несколько стандартов технологии Ethernet. Стандарты различаются скоростью передачи данных и передающей средой. В ноутбуках обычно устанавливают порт Ethernet 10/100/1000, который поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T для расстояний до 100 м. Стандарт 10BASE-T позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с. Для передачи используется 4 провода кабеля витой пары категории 3 или категории 5. По стандарту 100BASE-TX скорость передачи данных составляет 100 Мбит/c. Стандарт применяется для построения сетей топологии «звезда». Задействована витая пара категории 5, поддерживается дуплексная передача данных. Стандарт 1000BASE-T - гигабитный (Gigabit, Geth) Ethernet позволяет передавать данные со скоростью до 1 Гбит/с. Стандарт предусматривает использование витой пары категорий 5e.

Шина SCSI

SCSI (Small Computer System Interface), произноситься "скази" - интерфейс системного уровня, стандартизованный ANSI, в отличие от интерфейсных портов (COM, LPT, IR, MIDI), представляет собой шину: сигнальные выводы множества устройств-абонентов соединяются друг с другом "один в один". Основным предназначением SCSI-шины во время разработки первой спецификации в 1985 году было "обеспечение аппаратной независимости подключаемых к компьютеру устройств определенного класса". В отличие от жестких шин расширения SCSI-шина реализуется в виде отдельного кабельного шлейфа, который допускает соединение до 8 устройств (спецификация SCSI-1) внутреннего и внешнего исполнения. Одно из них – хост адаптер (Host Adapter) связывает шину SCSI с системной шиной компьютера, семь других свободны для периферии.

http://www.ixbt.com/storage/images/da2100.gif

Рис 1. SCSI адаптер фирмы ASUSTeK К шине могут подключаться: · дисковые внутренние и внешние накопители (CD-ROM, винчестеры, сменные винчестеры, магнитооптические диски и др.); · стримеры; · сканеры; · фото- и видеокамеры; · другое оборудование, применяемое не только для IBM PC. Каждое устройство, подключенное к шине, имеет свой идентификатор SCSI ID, который передается позиционным кодом по 8-битной шине данных (отсюда и ограничение на количество устройств на шине).Устройство (ID) может иметь до 8 подустройств со своими LUN (Logical Unit Number – логический номер устройства). Любое устройство может инициировать обмен с другим целевым устройством (Target). Режим обмена по SCSI-шине может быть: · асинхронным, или · синхронным с согласованием скорости (Synchronous Negotiation), где передача данных контролируется по паритету.

Спецификации SCSI

Спецификация SCSI-1 строго определяет физические и электрические параметры интерфейса и минимум команд. Частота шины – 5МГц. Разрядность шины – 8 бит. ANSI-стандарт разработан в Декабре 1985 года. Спецификация SCSI-2 определяет 18 базовых SCSI-команд (Common Command Set, CCS), обязательных для всех периферийных устройств, и дополнительные команды для CD-ROM и другой периферии. Устройства поддерживают очереди – могут принимать цепочки до 256 команд и выполнять их в предварительно оптимизированном порядке автономно. Устройства на одной SCSI-шине могут обмениваться данными без участия CPU. ANSI-стандарт разработан в Марте 1990 года. Дополнительные расширения спецификации SCSI-2: · Fast - удвоение скорости синхронной передачи (частота шины 10МГц). · Ultra – сверхскоростной интерфейс (частота шины 20МГц). · Wide – увеличение разрядности до 16-ти бит, реже 32-х бит. Максимальная пропускная способность зависит от частоты и разрядности шины и для комбинаций указанных расширений приведена в табл. 1.

Шина, бит	Обычный	Fast	Ultra	Тип кабеля
8 (Narrow)	5 МB/s	10 МB/s	20 МB/s	A
16 (Wide)	10 МB/s	20 МB/s	40 МB/s	P
32 (Wide)	20 МB/s	40 МB/s	80 МB/s	A+P+Q
Макс длина кабеля	6 м	3 м	1,5 м	Линейный

Таблица 1. Скорость передачи данных, длина и типы кабелей SCSI-1, SCSI-2 Спецификация SCSI-3 - дальнейшее развитие стандарта, направленное на увеличение количества подключаемых устройств, спецификацию дополнительных команд, поддержку Plug and Play. В качестве альтернативы параллельному интерфейсу SPI (SCSI-3 Parallel Interface) появляется возможность применения последовательного, в том числе и волоконно-оптического интерфейса со скоростью передачи данных 100 Мбайт/. SCSI-3 существует в виде широкого спектра документов, определяющих отдельные стороны интерфейса, и во многом смыкается с последовательной шиной FireWire.

Терминаторы, разъемы

По типу сигналов различают линейные (Single Ended) и дифференциальные (Differential) версии SCSI, их кабели и разъемы идентичны, но электрической совместимости устройств между ними нет. Дифференциальная версия для каждого сигнала использует витую пару проводников и специальное приемо-передатчики, при этом становится допустимой большая суммарная длина кабеля, сохраняя высокую частоту обмена. Дифференциальный интерфейс применяется в мощных дисковых системах серверов, но в обычных ПК не распространен. В линейной версии сигнал должен идти по своему одному проводнику, скрученному (или, по крайней мере, отдельному от другого в плоском шлейфе) с нулевым (обратным) проводом. Универсальные символические обозначения версий приведены на рис.1. SCSI-устройства соединяются кабелями в цепочку (Daisy Chain), на крайних устройствах подключаются терминаторы. Часто одним из крайних устройств является хост-адаптер. Он может иметь для каждого канала как внутренний разъем, так и внешний:

Внутренние разъемы
Low-Density 50-pin	подключение внутренних narrow устройств - HDD, CD- ROM, CD-R, MO, ZIP (как IDE, только на 50 контактов)
High-Density 68-pin	подключение внутренних wide устройств, в основном HDD
Внешние разъемы
DB-25	25 подключение внешних медленных устройств, в основном сканеров, IOmega Zip Plus. наиболее распространен на Mac. (как у модема)
Low-Density 50-pin	или Centronics 50-pin. внешнее подключение сканеров, стримеров. обычно SCSI-1.
High-Density 50-pin	или Micro DB50, Mini DB50. Стандартный внешний narrow разъем
High-Density 68-pin	или Micro DB68, Mini DB68. Стандартный внешний wide разъем
High-Density 68-pin	или Micro Centronics. по некоторым источникам применяется для внешнего подключения SCSI устройств.

При одновременном использовании внешнего и внутреннего разъемов хост-адаптера его терминаторы отключают. Корректность использования терминаторов имеет существенное значение – отсутствие одного из терминаторов или, наоборот, лишний терминатор может привести к неустойчивости или потере работоспособности интерфейса. По исполнению терминаторы могут быть как внутренние (размещенные на печатной плате устройства), так и внешние (устанавливаемые на разъемы кабеля или устройства). По электрическим свойствам различают следующие типы терминаторов: · Пассивные (SCSI-1) с импедансом 132 Ом – обычные резисторы. Эти терминаторы не пригодны для высокоскоростных режимов SCSI-2. · Активные с импедансом 110 Ом – специальные терминаторы для обеспечения работы на частоте 10МГц в SCSI-2. · FPT (Forced Perfect Terminator) – улучшенный вариант активных терминаторов с ограничителями выбросов. Активные терминаторы требуют питания, для чего имеются специальные линии интерфейса TERMPWR.

SCSI устройства

Перечислить все SCSI устройства не представляется возможным, приведем только несколько их типов: жесткий диск, CD-ROM, CD-R, CD-RW, Tape (стример), MO (магнитооптический драйв), ZIP, Jaz, SyQuest, сканер. Среди более экзотических отметим Solid State disks (SSD) - очень быстрое устройство массовой памяти на микросхемах и IDE RAID - коробка с n IDE дисками, которая притворяется одним большим SCSI диском. В общем случае можно считать, что все устройства на шине SCSI одинаковы и для работы с ними используется один набор команд. Конечно по мере развития физического уровня SCSI изменялся и программный интерфейс. Один из наиболее распространенных сегодня - ASPI. Поверх этого интерфейса можно применять драйвера сканеров, CD-ROMов, MO. Например правильный драйвер CD-ROMа может работать с любым устройством на любом контроллере, если у контроллера есть ASPI драйвер. Кстати, Windows95 эмулирует ASPI даже для IDE/ATAPI устройств. Это можно посмотреть например в программах типа EZ-SCSI и Corel SCSI. Каждое устройство на SCSI шине имеет свой номер. Этот номер называется SCSI ID. Для некоторых целей, например у библиотек устройств CD-ROM, применяется еще LUN - логический номер устройства. Если в библиотеке 8 CD-ROM, то она имеет SCSI ID, например, 6, а логически CD-ROMы различаются по LUN. Для контроллера все это выглядит в виде пар SCSI ID - LUN, в нашем примере 6-0, 6-1, ..., 6-7 . Поддержку LUN при необходимости нужно включать в SCSI BIOS. Номер SCSI ID обычно устанавливается с помощью перемычек (хотя в SCSI существуют и новые стандарты, аналогичные Plug&Play, не требующие перемычек). Также ими можно установить параметры: проверка четности, включение терминатора, питание терминатора, включение диска по команде контроллера. Все устройства SCSI требуют специальных драйверов. Базовый драйвер дисковых устройств обычно входит в BIOS хост-адаптера. Расширения, например ASPI (Advanced SCSI Programming Interface), загружаются отдельно.

Сканеры

Обычно в комплект сканеров входит своя карточка. Иногда она совсем "своя", как, например, у Mustek Paragon 600N, а иногда просто максимально упрощенный вариант стандартного SCSI. В принципе использование сканера с ней не должно вызывать проблем, но иногда подключение сканера к другому контроллеру (если у сканера есть такая возможность) может принести пользу. Сканирование A4 с 32 бит цветом на 600dpi это картинка около 90Mb и передача этого количества информации через 8 бит шину ISA не только занимает много времени, но и сильно замедляет ПК, т.к. драйвера к этой стандартной карточке обычно 16 битные (пример - Mustek Paragon 800IISP). В качестве дополнительного обычно выступает дешевый FastSCSI PCI контроллер. Менее или более производительный не дадут ничего нового. В таком варианте тоже есть замечание - нужно убедиться, что сканер (или более важно - его драйвера) может работать с Вашим новым контроллером в Вашей конфигурации. Например драйвера Mustek Paragon 800IISP рассчитаны на свою карточку или любую ASPI совместимую.

Последовательный порт RS-232

RS-232 (англ. Recommended Standard) - стандарт последовательной асинхронной передачи двоичных данных между двумя устройствами на расстоянии до 15 метров. Порт RS-232 в последнее время не часто встречается в бизнес-ноутбуках, но может быть полезен в промышленных ноутбуках. Он используется для реализации систем сбора данных в реальном времени, подключения научного оборудования, управления другими устройствами. Для подключения оборудования, работающего по стандарту RS-232, ноутбуки оснащаются 9-штырьковым разъёмом DB-9 (D-sub).

Порт D-SUB (VGA)

VGA (англ. Video Graphics Array) - аналоговый интерфейс, предназначенный для подключения внешнего дисплея или проектора через 15-контактный разъём DB-15F (D-sub).

В настоящее время VGA считается устаревшим и вытесняется цифровыми интерфейсами DVI, HDMI и DisplayPort.

Порт DVI

DVI (англ. Digital Visual Interface - цифровой видеоинтерфейс) - стандарт на интерфейс и соответствующий разъём, предназначенный для передачи видеоизображения на цифровые устройства отображения, такие как жидкокристаллические мониторы и проекторы. Имеются три версии DVI: • DVI-A - только аналоговая передача. • DVI-I - аналоговая и цифровая передача. • DVI-D - только цифровая передача.

Порт S-Video

Аналоговый порт S-Video служит для подключения ноутбука к телевизору.

Порт HDMI

HDMI (англ. High-Definition Multimedia Interface - мультимедиа интерфейс высокой чёткости) - интерфейс, позволяющий передавать цифровые видеоданные высокого разрешения и многоканальные цифровые аудиосигналы с защитой от копирования. Разъем HDMI в ноутбуке используется для подключения к жидкокристаллическому телевизору или проектору. Основное различие между HDMI и DVI состоит в том, что разъём HDMI меньше по размеру, а также поддерживает передачу многоканальных цифровых аудиосигналов.

DisplayPort DisplayPort – современный интерфейс, предназначенный для подключения к компьютеру аудио и видеоаппаратуры. DisplayPort имеет пропускную способность вдвое большую, чем DVI, низкое напряжение питания и низкие посторонние наводки. В настоящее время существуют два типа разъёмов: полноразмерный DisplayPort и уменьшенный Mini DisplayPort, разработанный компанией Apple. Размеры разъёма Mini DisplayPort в 10 раз меньше, чем у стандартного разъёма DVI. Технология, реализованная в DisplayPort, позволяет передавать одновременно как графические, так и аудио сигналы. Основное отличие от HDMI — более широкий канал для передачи и большая скорость передачи данных.

Порт для док-станции Док-станция (dockstation) - это специальная "подставка под ноутбук", предназначенная для подключения к ноутбуку набора различных портов, разъемов и интерфейсов. Док-станция обычно устанавливается на стационарном рабочем месте, к ней можно подключить монитор, мышь, клавиатуру, сетевой кабель, принтер. В ней может находиться встроенный блок питания, дисковод CD/DVD. Ноутбук устанавливается на док-станцию, и через специальный разъем все его интерфейсы соединяются с интерфейсами док-станции, облегчая тем самым подключение ноутбука к внешним устройствам. Док-станция не только существенно расширяет набор интерфейсов, но и делает более удобным переход из офисного режима использования ноутбука в мобильный. При использовании док-станции нет необходимости каждый день, уходя домой, терять время на то, чтобы отсоединить ноутбук от сети и периферии. Всё, что нужно сделать, – извлечь его из док-станции. Сам же разъём для подключения док-станции, как обычно, находится на днище ноутбука и в тех случаях, когда необходимости в нём нет, закрывается небольшой шторкой, предохраняющей от засорения. Док станции выпускаются, как фирмами изготовителями ноутбуков, так и сторонними разработчиками. Как правило, у каждого производителя есть собственный вариант разъёма для подключения док-станции.

Порт-репликатор Порт-репликатор (Port replicator), как и док-станция, служит для подключения к ноутбуку различных портов, разъемов и интерфейсов, но возможности его меньше. Порт-репликатор позволяет иметь всегда готовое подключение к большому монитору, клавиатуре, принтеру, внешнему факс-модему, мыши, мощным стерео-колонкам и др. что сохраняет разъемы этих подключений на более длительный срок от возможных поломок и сокращает время подключения. Порт-репликаторы выпускаются, как фирмами производителями ноутбуков (некоторые даже идут в комплекте с ноутбуком) или же сторонними производителями – универсальные порт-репликаторы. Производители обычно имеют собственные варианты разъёмов для подключения порт-репликатора.

Порт PCMCIA PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association)- спецификация на модули расширения, разработанная ассоциацией PCMCIA. Карты расширения, изготовленные в соответствии с этой спецификацией обычно называются PC-карты (PC Card). Основные типы карт расширения: Type I, Type II и Type III. Все карты расширения имеют размер 85,6 мм в длину и 54 мм в ширину. Карты Type I имеют 16-разрядный интерфейс и используются для расширения памяти. Толщина карты Type I- 3,3 мм. Разъем имеет один ряд контактов. Карты Type II оснащаются либо 16-, либо 32-разрядным интерфейсом. Толщина карты- 5 мм. Они поддерживают устройства ввода-вывода, что позволяет использовать их для подключения периферийных устройств. Разъём имеет два ряда контактов. Карты Type III поддерживают 16- или 32-разрядный интерфейс. Они имеют толщину 10,5 мм, что позволяет устанавливать на карту стандартные разъёмы внешних интерфейсов и избавиться таким образом от дополнительных кабелей. Разъем имеет четыре ряда контактов. Разъем PCMCIA представляет собой щель шириной 54 мм, которая закрыта либо откидной шторкой, либо пластиковой заглушкой.

Разъем (слот) PCMCIA (вверху) и заглушка, внизу - кардридер

Большинство ноутбуков оснащается лишь одним разъемом PCMCIA типа II. А современные ноутбуки уже обходятся и вовсе без этих разъемов.

Порт ExpressCard Стандарт ExpressCard для карт расширения был разработан ассоциацией PCMCIA на смену стандарту PC Card. Новый стандарт был создан на базе новой скоростной последовательной шины PCI Express. Стандарт ExpressCard не только более производительный, чем PC Card, но и более универсальный. Через ExpressCard можно подключаться к шине USB. Карты ExpressCard бывают двух типов, отличающихся по ширине: 34 мм и 54 мм. Соответственно и разъемы бывают двух типов ExpressCard/34 и ExpressCard/54. При этом карты 34 мм можно устанавливать как в разъем ExpressCard/34, так и в разъем ExpressCard/54. Через разъемы ExpressCard подключают ТВ-тюнеры, звуковые карты, карты Wi-Fi, флеш-накопители (они часто подключаются через USB-составляющую интерфейса ExpressCard), модемы для работы в сотовых сетях и др.

Разъем ExpressCard/54 (вверху)

Разъем RJ11

Разъем RJ11(RJ-11 Registered jack) – разъем модема ноутбука. Используется для подключения к Интернету через модем по телефонной линии.

Аудиоразъемы

Разъемы для наушников и микрофона.

Разъем для Кенсингтонского замка Кенсингтонский замок (Kensington lock) - небольшое отверстие в корпусе ноутбука, предназначенное для прикрепления ноутбука специальным тросиком с замком к любому к неподвижному или тяжелому предмету аналогично тому, как пристегивают велосипеды противоугонным тросом. Применение Кенсингтонского замка позволяет снизить риск кражи защищаемого ноутбука.