что такое порты ввода вывода
Порт ввода-вывода
Ввод-вывод через порты (англ. I/O ports ) — схемотехническое решение, организующее взаимодействие процессора и устройств ввода-вывода. Противоположность вводу-выводу через память.
Во многих моделях процессоров ввод-вывод организуется теми же функциями, что и чтение-запись в память — так называемый «ввод-вывод через память». Соответственно, схемотехнически устройства ввода-вывода располагаются на шине памяти, и часть адресов памяти направляются на ввод-вывод. В процессорах Intel, микроконтроллерах AVR и некоторых других существуют отдельные команды для ввода-вывода — IN и OUT — и, соответственно, отдельное адресное пространство: в процессорах Intel — от 000016 до FFFF16.
Порты ввода/вывода создаются в системном оборудовании, которое циклически декодирует управляющие, адресные и контакты данных процессора. Затем порты настраиваются для обеспечения связи с периферийными устройствами ввода-вывода.
Одни порты используются для передачи данных (например, приём данных от клавиатуры или чтение времени системных часов), другие — для управления периферийными устройствами (команда чтения данных с диска). Исходя из этого порт ввода/вывода может быть портом только для ввода, только вывода, а также двунаправленным портом.
Порты или память?
Порты в архитектуре IA-32
Процессор умеет проецировать порты в память; при этом процессор гарантирует, что операция ввода-вывода через порт завершится до того, как начнёт выполняться следующая команда. С вводом-выводом через память такой гарантии нет. Впрочем, процессор не проверяет ошибок чётности на портах, поэтому в системах высокой надёжности программист должен быть готов к ошибкам чётности.
Физически адрес порта подаётся через ту же адресную шину, что и адрес памяти. В процессорах Intel архитектуры x86 (до Pentium) была линия MI/O# (1 — память, 0 — порт); в более поздних эту функцию выполняют линии запроса команды.
Порты ввода-вывода
Порт ввода-вывода – логическое объединение сигнальных линий, через которое принимаются и передаются данные.
Каждая линия порта, как правило, обозначается как Pnx, где
Каждый порт ввода-вывода обслуживают как минимум 3 служебных регистра:
Если какая-то линия порта ввода-вывода в схеме не используется, она должна быть определена как выход (соответствующий бит регистра направления должен соответствовать выходу), и ее выходное значение должно быть равно 0.
Большинство линий ввода-вывода могут быть сконфигурированы для выполнения альтернативных функций, обозначенных в назначении выводов микроконтроллера.
Для всех линий портов ввода-вывода, как правило, доступна программная конфигурация входных подтягивающих резисторов. Подтягивающие резисторы осуществляют доопределение потенциалов «брошенных» входов напряжением высокого (Pull-up) или низкого (Pull-down) уровня. 
Для обращения к отдельным линиям порта используется маскирование битов.
Входные элементы управления
В качестве входных элементов управления могут использоваться
Тумблеры предназначены для коммутации цепей управления. Обрабатываемый сигнал с тумблера – потенциальный.
Различают 1-позиционные и 2-позиционные тумблеры:
Выходные элементы управления
В качестве выходных элементов управления могут использоваться
Единичные светодиоды
7-сегментные индикаторы
Различают 7-сегментные индикаторы с общим анодом и с общим катодом.
При подаче логической единицы на соответствующий сегмент индикатора с общим катодом светодиод сегмента включается. При этом общий вывод сегментов (катод) должен быть соединен с логическим нулем.
При подаче логического нуля на соответствующий сегмент индикатора с общим анодом светодиод сегмента включается. При этом общий вывод (анод) должен быть соединен с логической единицей.
В таблице приведены коды для отображения цифр на 7-сегментном индикаторе
Назначение и виды портов ввода-вывода на компьютере
— А почему у тебя в учебном классе все системные блоки под столами стоят?
— А мне нравится наблюдать, как студентки USВ—порт ищут.
Система ввода-вывода информации, наряду с процессором и памятью — это одна из важнейших систем компьютера. И расположенные в системном блоке порты ввода-вывода являются важнейшей частью архитектуры персонального компьютера.
Назначение и разновидности портов в/в
Термин «порт» пришел в компьютерный лексикон из схемотехники. В ней портом ввода-вывода называют любое аппаратное решение, которое позволяет какому-либо контролеру или процессору обмениваться информацией с устройствами ввода-вывода напрямую, минуя память. Например, у популярного семейства микроконтроллеров AVR портами называются контакты, позволяющие обмениваться данными с внешними устройствами.
Применительно же к архитектуре ПК портами ввода-вывода можно назвать разъемы, позволяющие подключать к компьютеру периферийные устройства, а также обслуживающие эти разъемы микросхемы.
Назначение портов ввода-вывода – передача и прием информации за пределы компьютера. К портам в/в могут подключаться различные устройства, ответственные за прием, обработку, передачу и преобразование информации в вид, удобный для восприятия пользователем.
В данной статье мы не будем затрагивать порты, которые можно встретить исключительно на платах расширения, а кратко расскажем лишь о функциях и особенностях портов, которые чаще всего находятся на самой материнской плате.
Список портов ввода-вывода, обычно использующихся в персональном компьютере:
Порты в/в на материнской плате форм-фактора ATX:
1 – Разъем PS/2 (мышь); 2 – Разъем PS/2 (клавиатура); 3 – Выход Ethernet; 4 – Два разъема USB; 5 – Разъем последовательного порта; 6 – Разъем параллельного порта; 7 – Разъем VGA; 8 – Игровой порт; 9 – Аудиопорты (слева направо: линейный выход, вход, микрофон).
Часто в компьютерном обиходе к портам ввода-вывода ПК относят лишь традиционные, низкоскоростные порты ввода-вывода, существовавшие еще в первых IBM-совместимых компьютерах — это параллельный, последовательный и игровой порты. Следует отметить, что на материнских платах современных компьютеров эти порты встречаются нечасто.
Параллельный порт (LPT)
Главная особенность параллельного порта – одновременная передача данных по нескольким линиям. Эта черта сближает LPT с внутренними шинами компьютера. Основное назначение параллельного порта – подключения внешних устройств, и в большинстве случаев таким устройством является принтер.
Первые версии параллельного порта имели одностороннюю направленность, то есть, данные по кабелю могли передаваться лишь в одну сторону – к периферийному устройству. В дальнейшем были введены усовершенствованные стандарты интерфейса LPT, в которых данные могли передаваться в обе стороны.
Последовательный порт (COM)
Этот порт отличает последовательная передача данных по одной линии. Последовательная передача означает, что биты информации передаются по линии один за другим. Кроме того, передача данных в последовательном порту является двунаправленной. Как правило, COM предназначен для подключения таких периферийных устройств, как мышь или модем. В качестве разъема порта на материнской плате компьютера используется 9-штырьковый разъем DE-9 типа «вилка».
Игровой порт
На сегодняшний день этот порт не так уж часто встречается на материнских платах. Кроме того, его не поддерживают современные операционные системы, такие, как Windows 7. Тем не менее, его до сих пор можно увидеть на звуковых картах. Разъемом порта является коннектор c 15-ю контактами.
Как можно догадаться из названия порта, он предназначен, прежде всего, для подключения джойстиков. Особенностью порта является возможность подключить к нему сразу два устройства. Кроме того, в звуковых картах игровой порт часто используется для подключения MIDI – устройств, например, таких, как синтезаторы. Поскольку он способен работать с аналоговыми и аналого-цифровыми устройствами, то в обслуживающую его микросхему встроен аналого-цифровой преобразователь.
PS/2
Разъем PS/2 используется в компьютере для подключения мыши и/или клавиатуры. Несмотря на то, что он был разработан довольно давно, еще в середине 1980-x, тем не менее, он до сих активно используется в компьютерах. В некоторых материнских платах находятся два универсальных разъема, к которым можно подключить и мышь, и клавиатуру, в других же существует два отдельных разъема для мыши и клавиатуры. При этом разъем зеленого цвета предназначен для подключения мыши, синего – для клавиатуры. Оба разъема выполнены в формате mini-DIN c 9 контактами.
Порт USB, о котором будет подробно рассказано в отдельной статье, является наиболее скоростным, универсальным и производительным портом в/в в современных компьютерах. Именно по этой причине USB практически вытеснил многие другие порты. Обычно в компьютере используется несколько разъемов для подключения устройств USB.
Заключение
Порты в/в персонального компьютера является неотъемлемой частью его системы ввода- вывода и предназначены для подсоединения различных периферийных устройств. Наличие портов ввода-вывода позволяет пользователю вводить информацию в компьютер, получать ее от других компьютеров и устройств, а также передавать ее.
Порты ввода и вывода на ПК: типы, использование и характеристики
Порты ввода-вывода были в компьютерах с незапамятных времен, без них не было бы связи с пользователем ни для сбора данных, ни для их передачи обратно. На протяжении всей истории существовали разные типы портов входа и выхода, поэтому мы собрали их все, упорядоченные по типу использования.
Одной из характеристик, выделяющих ПК над другими платформами, является его расширяемость. Благодаря своим портам въезда и выезда. Которые позволяют подключать все виды компонентов и периферийных устройств.
Общие характеристики входных и выходных патрубков
Следует уточнить, что тот факт, что порт является последовательным, вовсе не означает, что он медленнее, поскольку объем отправляемых и / или получаемых данных будет зависеть от их тактовой частоты. Интерфейсы ввода-вывода, а также остальная логика в процессорах развивались с течением времени, и то, что, например, ранее было возможно только с широкими параллельными портами, достигло точки, которая стала возможной с последовательными портами.
Порты въезда и выезда, используемые сегодня
Эти порты можно найти на ПК и материнских платах, которые продаются сегодня.
USB-порты ввода и вывода
Порты USB являются абсолютным стандартом для портов ввода и вывода, поскольку они используются множеством периферийных устройств. Однако его происхождение находится за пределами ПК, поскольку это версия, адаптированная для ПК и обновленная на порте SIO 8-битных компьютеров Atari. Порт SIO служил для того, чтобы не вставлять весь компьютер в его дисководы, как это произошло на других 8-битных компьютерах.
Стандарт USB появился в конце 90-х годов с целью замены различных портов на ПК, таких как порт Centronics или LPT1, порт COM и порты PS / 2. Цель, на достижение которой ушли годы из-за быстрого увеличения количества периферийных устройств с этими интерфейсами. Его первая версия имела скорость передачи всего 11 Мбит / с, версия 2.0 улучшилась до 480 Мбит / с, а также стала идеальным портом для передачи видео, таким образом отказавшись от IEEE-1394 или FireWire. Что касается его версии 3.0, он позволяет передавать данные со скоростью порта SATA.
USB существует во многих формах, но новейшим из них является USB-C, который позволяет не только быстро заряжать периферийные устройства и даже целые компьютеры. Но также функционирует как DisplayPort. Глядя на его историю, становится ясно, что термин «универсальный» более чем заслуживает этого.
Порты вывода видео HDMI
Сегодня он развивается с точки зрения своих возможностей и полосы пропускания, позволяя передавать видео 8K и с частотой обновления выше классических 60 Гц.
Порты вывода видео DisplayPort
Порты RJ45 или Ethernet
Порт Ethernet на всю жизнь, который позволяет нам подключаться к сети на высокой скорости с нашим ПК, недоступной для любого типа стандарта беспроводной связи. Его постоянство обусловлено его эволюцией: если несколько лет назад мы говорили о соединениях со скоростью 100 Мбит / с, то сегодня у нас уже есть интерфейсы со скоростью 10,000 10 Мбит / с или XNUMX Гбит / с.
Мини-джек 3.5 мм и разъемы TRS
Это порт для подключения динамиков и микрофона. Разъем имеет 2 варианта: первый поддерживает соединения mini-jack с 2 кольцами, каждое из которых соответствует стереоканалу, третье кольцо означает, что микрофон можно использовать. Хотя есть системы, которые разделяют ввод и вывод в двух разных интерфейсах.
Вариантом такого типа подключения являются разъемы TRS, позволяющие подключить несколько динамиков в позиционную систему. Конечно, с ограничениями по полосе пропускания и качеству звука
Порты S / PDIF для цифрового звука
Когда DVD стал популярным, также стал популярным DOLBY Digital, который был первой действительно позиционной системой и, следовательно, требовал гораздо более высокой пропускной способности. Решение? Порт формата цифрового интерфейса S / PDIF или SONY / Phillips. Которая передает звук в цифровом формате через коаксиальный кабель в один порт.
В продвинутых системах с несколькими динамиками, таких как 7.1, используются эти типы разъемов. Которые намного лучше TRS. Не только из-за отсутствия необходимости в таком количестве кабелей, но и для обеспечения более высокого качества звука благодаря более высокой пропускной способности.
Порты PCI Express
Его особенность по сравнению с другими портами ввода-вывода заключается в том, что он наследует от AGP возможность доступа к Оперативная память системы напрямую. Конечно, с соответствующими механизмами управления. Это ключ к CPU / ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР–GPU / ГРАФИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССОР связь и возможность более эффективно копировать данные из NVMe SSD.
Порты въезда и выезда, которые перестали существовать
Эти порты больше не видны на ПК, их заменяют порты, которые выполняют ту же задачу, но с более высокой производительностью, лучшим потреблением или и тем, и другим. Хотя сегодня мы можем видеть их использование в некоторых материнских платах.
Порт RS-232 или DB9
Этот порт использовался для связи оборудования в эпоху мини-компьютеров. Особенно терминалы. Он был принят в ПК в первые годы и был портом ввода-вывода, главным образом, для периферийных устройств, таких как клавиатуры, мыши, модемы и т. Д.
Сначала он был заменен портом PS / 2, что касается мышей и клавиатур, высокоскоростные модемы начали использовать более продвинутые порты, такие как ISA, и постепенно они перестали использоваться, пока не были заменены USB. Когда это случилось, это была одна из самых бесполезных частей на ПК.
Порты Centronics
Знаменитый порт принтера, параллельный порт, который впервые появился на графических картах IBM MDA, а затем стал частью материнская плата. Его сняли с продажи, как только появился порт USB, и он стал настолько медленным, что отчаялся. Это 36-контактный параллельный порт, который изначально был разработан для принтеров и сканеров.
Со временем порт Centronics был заменен параллельным портом или портом DE9, который является параллельной версией порта DB9, поэтому он основан на стандарте RS-232. Поскольку оба они известны как порты принтера, их раньше путали, поэтому мы сгруппировали их в одном разделе.
VGA порт
Порт VGA был типичным стандартом для ЭЛТ-дисплеев ПК, и он просуществовал почти 20 лет, но оказался неспособным отображать изображение хорошего качества на ЖК-экране, поэтому его быстро вытеснили такие стандарты, как DVI. HDMI и DisplayPort.
Порт VGA связан с ЭЛТ-мониторами, но также использовался в проекторах. Его исчезновение связано с увеличением использования цифрового видео, что гораздо лучше понять с помощью ЖК-панелей, которые, занимая меньше места, в конечном итоге привели к замене телевизоров и мониторов аналоговыми сигналами.
Порт DVI
Порт DVI был попыткой VESA до DisplayPort запустить преемник VGA. На самом деле HDMI происходит от этого порта, с той разницей, что DVI не поддерживает контент HDCP, он не передает аудио и не развивался по мере развития HDMI. Его можно увидеть по телевизорам и мониторам со второй половины 2000-х годов.
Стандарт DVI имел 3 различных типа соединений: DVI-I мог передавать сигналы в аналоговом и цифровом виде, DVI-D только в цифровом и DVI-A только в аналоговом. Каждый с разной конфигурацией контактов. Эти различия, отсутствующие ни в HDMI, ни в DisplayPort, были одной из причин, по которым DVI не работал дольше.
Компьютерная грамотность с Надеждой
Заполняем пробелы — расширяем горизонты!
Порты ввода-вывода: часть 1
Предлагаю серию статей, посвященных интересной, на мой взгляд, теме по компьютерной грамотности – порты ввода-вывода. Современные компьютеры оснащены различными портами для подключения внешних устройств с тем, чтобы эти устройства могли работать совместно с ПК. Название «порт» не является случайным.
Такие устройства ввода-вывода, которые именуются «порт», действительно имеют сходство с портами, куда корабли приходят после своего короткого или долгого плавания.
Порт нужен кораблю для того, чтобы произвести выгрузку и погрузку грузов (а это могут быть сыпучие грузы, контейнеры, нефть или газ, рыба и т.п.), произвести посадку и высадку пассажиров и экипажа, заправить корабль всеми необходимыми для его автономной работы компонентами (топливо, вода и т.п.), принять накопившиеся отходы.
В порту могут причаливать корабли, разные по своей конструкции, размерам, типам, назначениям. При этом порт должен уметь работать со всеми приходящими в него кораблями, в противном случае он вынужден отказывать этим кораблям в приеме.
Зачем компьютеру нужны порты и как они появились?
Точно также порты нужны компьютеру для того, чтобы с их помощью проводить «погрузку и выгрузку» информации, а точнее, ввод и вывод данных.
Например, они позволяют
Но такое многообразие внешних устройств, работающих с ПК, появилось далеко не сразу. С момента создания первых вычислительных машин их способность работать с внешними устройствами является чуть ли не самой главной задачей.
Действительно, кому нужно высокое быстродействие ПК, если нет возможности быстро ввести в него большое количество данных для последующей обработки? Если время, которое мы затратим на ввод данных, будет во много раз больше, чем время их обработки на компьютере, то тогда будет потерян всякий смысл такой автоматизации. Аналогично, если расчеты делаются быстро, а для получения результатов нужно ждать длительное время, такой быстрый расчет с крайне медленным выводом данных не имеет практического смысла.
Кстати, первые электронные вычислительные машины проектировались и создавались сразу же с подключенными к ним внешними устройствами, причем их число и возможности были строго ограничены. Это были консоли для операторов в машинном зале, дисплеи для программистов и пользователей (как правило, в дисплейном зале), принтеры, дисковые и ленточные накопители, устройства ввода-вывода на перфоленты и перфокарты и т.п.
С развитием ПК и распространением их дома и в офисах ввод и вывод данных стал еще более актуальным и, самое главное, более разнообразным.
ПК были созданы так, чтобы иметь возможность подключения теоретически неограниченного количества всевозможных внешних устройств различного назначения:
Что такое универсальные порты ввода-вывода
При таком разнообразии устройств ввода-вывода данных невозможно под каждое устройство создавать свой уникальный порт. Первоначально делались такие попытки, но это не оправдало себя. Гораздо более удобным оказалось создание универсальных портов ввода-вывода, к которым можно было подключать любые устройства по выбору пользователей.
Одними из первых универсальных портов были так называемые :
Отличаются они способом передачи данных между ПК и внешними устройствами.
Последовательные порты передают данные бит за битом, т.е. передаваемые байты информации проходят через порт последовательно по одному биту. За такую последовательную передачу информации эти порты и получили свое название.
Параллельные порты передают информацию целыми байтами, т.е. байты передаются через порт одновременно или параллельно, отсюда и название порта.
Рис. 1. Как выглядят USB и COM порты
Первые последовательные порты (COM-порты компьютера) работали гораздо медленнее параллельных портов, так как передача данных бит за битом требует значительно большего времени, чем одновременная передача целых байтов. Соответственно, к последовательным портам можно было подключать только относительно медленные устройства, например, манипуляторы мышь или модемы.
В настоящее время COM-порты применяются редко, в основном, для работы с разными датчиками, купюроприемниками и другими техническими устройствами.
Как узнать com порт и LPT-порт?
Узнать com порт (рис. 1) можно по внешнему виду разъёма порта, который выглядит как трапеция с закругленными углами с 9-ю (встречается чаще) или 25-ю (встречается намного реже) контактами «папа». Кстати, LPT-порт тоже имеет 25 контактов, но их тип – «мама».
Рис. 2. Как выглядит LPT порт
Такие быстродействующие устройства как, например, принтеры или сканеры, при подключении к последовательному порту начинали работать медленно и неэффективно.
Поэтому для обеспечения необходимого быстродействия эти устройства требовали подключения к параллельному LPT-порту, что обеспечивало на тот момент максимальную скорость работы и производительности.
Дальнейшее развитие компьютеров привело к тому, что стало необходимо повышать быстродействие и надежность передачи данных через порты. Даже быстродействующий параллельный порт уже не удовлетворял требованиям времени по нескольким причинам.
Например, этот порт был небезопасен как для компьютера, так и для подключаемого в него устройства, если, например, подключить или отключить внешнее устройство во время его работы. Это могло привести к поломке порта, компьютера или устройства. Также в силу архитектуры ПК количество параллельных портов было ограничено, этих портов могло быть только 2.
За счет развития инженерной мысли последовательные порты получили новые возможности, которые ставили их не только в один ряд с параллельными портами, но и делали более удобными для применения пользователями ПК. Скорость работы последовательных портов стала достаточной для подключения быстродействующих устройств. Появились возможности для дальнейшего наращивания их количества.
Универсальный USB-порт
В настоящий момент получили широкое распространение универсальные USB-порты компьютера. USB расшифровывается как Universal Serial Bus – «универсальная последовательная шина».
USB-порты компьютера удобны еще и тем, что от них автономные внешние устройства могут получать электрическое питание, что упрощает такие устройства и делает их меньшими по размерам и энергонезависимыми от электрических сетей.
Например, к USB портам компьютера могут подключаться внешние накопители на жестких дисках, CD и DVD дисководы, флешки, плейеры и другие устройства, которым теперь не нужны блоки питания и шнуры для подключения к электричеству, столь необходимому для их работы.
Итоги
Но самое важное в портах ввода и вывода состоит в том, что они стали своего рода стандартом для подключения внешних устройств. К данному стандарту стали стремиться все производители этих устройств, что позволило потребителям – пользователям ПК выбирать для себя те устройства, которые им более всего подходят, а не только те устройства, которые разработчики ПК предлагают вместе с ПК.
Такой стандарт приводит к конкуренции среди производителей, которая в свою очередь способствует повышению качества внешних устройств и к предложению устройств по приемлемой цене для потребителей. Любой монополизм в этой сфере, если бы он имел место и был бы обусловлен конструктивными особенностями ПК, обязательно привел бы к значительному росту цен на внешние устройства, без которых ПК не стал бы таким популярным среди пользователей.
Упражнения по компьютерной грамотности:
1) Есть ли на Вашем компьютере COM порты? Если есть, то сколько их?
2) Есть ли на Вашем компьютере LPT порты? Если есть, то сколько их? 3) Есть ли на Вашем компьютере USB порты? Cколько их?