Porta seriale: cos'è, a cosa serve e quali tipi

La porta seriale è attualmente una delle principali forme di comunicazione tra dispositivi esterni e computer oggi. Un'interfaccia che possiamo trovare in tutte le periferiche che abbiamo sul nostro desktop, così come all'interno delle nostre apparecchiature.

Indice dei contenuti

Cercheremo di spiegare il funzionamento della porta seriale, nonché le principali interfacce che troviamo attualmente. E se non sai quali sono le differenze con la porta parallela, passeremo anche il tempo a differenziarle.

Che cos'è una porta seriale

Se dai un'occhiata ai cavi che hai in questo momento sulla scrivania che collegano il mouse della tastiera o l'unità flash USB al computer, vedrai le interfacce di comunicazione seriale.

La porta seriale è un'interfaccia di comunicazione di dati digitali in cui le informazioni vengono trasmesse sequenzialmente bit per bit dai conduttori. In questo modo una porta seriale dovrebbe inviare tutte le informazioni una dopo l'altra, mentre una porta parallela invierebbe più bit contemporaneamente. L'interfaccia dati seriale o la porta seriale funziona secondo lo standard RS-232.

Quindi pensi che una porta seriale sia più lenta di una parallela? Bene al giorno d'oggi abbiamo porte seriali molto più veloci. Sebbene, naturalmente, questi non siano necessariamente conformi allo standard commentato, ma sono versioni migliorate che rendono completamente obsoleta la porta seriale nativa. Essere il più facile da implementare, con una migliore compatibilità e infinitamente più diffusa.

Porta seriale e funzionamento hardware

Questa porta funziona in modo asincrono, grazie a un protocollo che avvia la trasmissione con un segnale " start " che prepara il ricevitore a ricevere la parola (bit). Dopo aver inviato questa parola, che sarà un codice ASCII per ogni carattere, viene inviato un segnale di " stop " in modo che il ricevitore si riposi dopo aver codificato la parola e attenda di riceverne un altro.

Abbiamo tre tipi di comunicazione seriale:

• Simplex: la trasmissione è unidirezionale, ovvero c'è un singolo mittente e un singolo destinatario, ad esempio, nelle comunicazioni broadcast. Duplex: ciascuna estremità può essere contemporaneamente un trasmettitore e un ricevitore, quindi vengono utilizzati cavi diversi per inviare e ricevere o onde con frequenze diverse per evitare la miscelazione. Semi-duplex: è simile alla trasmissione duplex, ma quando uno trasmette l'altro ascolta, ad esempio, due walkie-talkie.

In questo modo, dobbiamo capire che in una comunicazione con una porta seriale, entrambi i dispositivi devono avere un input e un output, quindi i dispositivi sono suddivisi nelle categorie DTE (Data Terminal Equipment) e DCE (Data Circuit Termination Equipment).. Quindi un computer sarebbe per un DTE mentre il DCE sarebbe il modem o la scheda programmabile. Per collegare due DTE o due DCE è necessario utilizzare un bridge null per attraversare entrambi i segnali.

Per gestire l'interfaccia di comunicazione abbiamo un chip UART o USART (trasmettitore e ricevitore asincroni universali). La sua funzione è convertire i segnali e le tensioni della CPU nello standard di comunicazione. Il chip UART 8250 viene utilizzato per processori a 8 e 16 bit, mentre UART 16550 viene utilizzato per il resto dai computer IBM.

Porta seriale RS-232 e Pinout

RS-232

Nella storia dell'informatica, la porta più utilizzata è stata quella che trasmette dati seriali. La sua interfaccia è stata standardizzata nel 1962 grazie allo standard EIA / TIA RS-232C, per amici, RS-232 o "Raccomandato standard 232". A sua volta, è stata creata la raccomandazione V.24, che definisce i circuiti e i segnali dell'interfaccia, e la raccomandazione V.28, che definisce gli aspetti elettrici.

Il connettore più diffuso era il DB-25, successivamente semplificato al DB-9, chiamato direttamente RS-232. È importante non confondere questo connettore con la porta parallela con lo stesso nome, sebbene sia chiamato D-Sub. Era (ed è) focalizzato sul suo uso nelle connessioni tra computer e dispositivi esterni con connessioni duplex. Ad esempio, un modem, interruttori e altri dispositivi di comunicazione per l'automazione industriale come schede programmabili, robot e altri prodotti di largo consumo come lavatrici digitali.

Successivamente, vedremo la configurazione dei pin della porta RS-232 nella sua versione DB-9 e DB-25. In entrambi i casi abbiamo lo stesso numero di pin utili.

Usi attuali della porta seriale

I nostri attuali computer desktop non hanno più la porta RS-232 implementata, dal momento che USB è l'interfaccia più attuale ed è praticamente compatibile con tutti i tipi di PCB elettronici. Ma possiamo ancora trovare questa porta seriale PCI attraverso una scheda di espansione se ci dedichiamo alla programmazione. Inoltre ci sono molti adattatori da RS-232 a USB.

Questi sono gli usi fondamentali della porta DB-9 o RS-232 oggi

• Modem, switch, router, telefoni satellitari o sistemi di bilanciamento del carico: troviamo ancora questo tipo di porte o intestazioni internamente o esternamente per modificare il microcodice di apparecchiature di rete meno recenti e non gestibile dall'utente. Lettori di codici a barre a infrarossi: e altre apparecchiature per supermercati relativamente vecchie. Schede programmabili, apparecchiature di misurazione elettrica e lavasciuga software. Stampanti: stampanti meno recenti che non utilizzano un'interfaccia USB o un connettore parallelo, in genere computer che non dispongono di una USB per aggiornare il proprio firmware.

Soprattutto, stiamo parlando di dispositivi industriali e di rete, in cui l'uso è previsto dagli utenti con conoscenze tecniche.

Velocità della porta seriale (RS-232)

Prima di esaminare le versioni attuali della porta seriale, vale la pena conoscere un po 'le velocità che questo ha raggiunto dopo gli aggiornamenti hardware e periferici:

Queste velocità sono misurate in bit al secondo o baud, una misura comune nei modem e sono piuttosto basse rispetto alle porte seriali che attualmente abbiamo come USB. Anche gestito direttamente dal software in termini di larghezza di banda e connessione alla periferica.

L'evoluzione della porta seriale ai giorni nostri e le principali interfacce

Lasciamo la porta RS-232 alle spalle per saperne di più sulle porte seriali più utilizzate oggi. Tutti funzionano secondo i propri standard e non in condizioni RS-232, essendo gestiti automaticamente e autonomamente dal proprio controller.

PS / 2

Questa porta è stata implementata per la prima volta sui PC IBM nel 1987 e ancora oggi la troviamo sulle schede attuali. La sua funzione è quella di collegare mouse o tastiere in un'interfaccia indipendente all'USB. Ha un totale di 6 pin essendo circolari e nel sistema operativo possiamo trovarlo come una porta COM.

È un'interfaccia bidirezionale e sulle vecchie schede con porta RS-232 ha condiviso l'interruzione con questa porta. Inoltre, non consente lo scambio a caldo, quindi il computer dovrebbe essere riavviato per rilevare nuovamente la periferica installata.

USB (Universal Serial Bus)

Chi non conosce oggi la porta USB? Potremmo dedicare un intero articolo a questa interfaccia e non finiremmo. Oggi è la porta seriale più utilizzata per collegare periferiche di ogni tipo a un computer.

La sua interfaccia è sufficiente con 4 conduttori di cui uno fornisce tensione a 5 V, due di loro sono incaricati del caricamento e del download dei dati e l'ultimo è il collegamento di terra. Mentre altre versioni come micro USB hanno un 5 ° pin per distinguerlo da Micro-A e Micro-B. Anche le versioni successive USB 3.0 aumentano la loro piedinatura per consentire una maggiore larghezza di banda.

Queste sono le versioni e le velocità che attualmente abbiamo dietro alle versioni 1.0 e 1.1:

• USB 2.0: velocità teorica di 480 Mbps (60 MB / s) con una capacità di alimentazione di 5V. USB 3.0: aumenta la velocità fino a 5 Gbps (600 MB / s) ed è anche chiamato USB 3.1 Gen1 o USB 3.2 Gen1. USB 3.1: sebbene al momento sia chiamato USB 3.1 Gen2 o USB 3.2 Gen2, è così che è stato istituito nel 2019. Aumenta la sua velocità a 10 Gbps (1, 2 GB / s) USB 3.2: Aumenta la velocità a 20 Gbps (2, 4 GB / s) e lo troveremo con la denominazione USB 3.2 Gen2x2. Questa porta è stata implementata alla fine del 2019 su nuove schede Intel e AMD.

E dal 2014 abbiamo disponibile la porta USB di tipo C, che ha 24 contatti disposti in due file per essere completamente reversibili. Questo tipo di connettore è ampiamente utilizzato per dispositivi portatili come smartphone o periferiche. Attualmente possiamo trovare USB-C tipo 3.2 Gen1, 3.2 Gen2 e 3.2 Gen2x2. Inoltre, è in grado di implementare la connessione DisplayPort 1.4 e Thunderbolt 3 con un carico fino a 100 W.

Firewire

Conosciuto anche come il suo standard IEEE 1394, è la versione americana di USB prima che anche l'interfaccia stessa si estendesse in quest'area, lasciando questa interfaccia seriale molto indietro nelle prestazioni.

È un connettore simile a USB, anche se con un angolo appuntito e con 4, 6, 9 e fino a 12 pin a seconda della versione . Attualmente è stato completamente sostituito da USB 2.0 in poi.

Esistono 4 versioni di Firewire secondo la loro larghezza di banda, essendo

• Firewire 400: funziona a 50 MB / s Firewire 800: raggiunge 100 MB / s Firewire s1600: velocità di 200 MB / s Firewire s3200: ultima versione funziona a 400 MB / s

Porte video

Le porte video funzionano anche con un bus di tipo seriale, queste sono le D-Sub, note anche come VGA, DVI nelle sue diverse versioni e le porte HDMI e DisplayPort come le interfacce più attuali e utilizzate insieme a Thunderbolt in USB Type- C.

La più veloce sarà la porta HDMI e DisplayPort. Nel primo caso siamo nella versione 2.0b con una larghezza di banda di 14, 4 Gbps, e presto passeremo alla versione 2.1 che aumenta a 42, 6 Gbps supportando risoluzioni fino a 8K a 120 Hz. E nel caso di DisplayPort abbiamo la versione operativa 1.4 a 49.65 Gbps che supporta risoluzioni 8K a 60 Hz.

Interfaccia SATA e PCIe

E infine le interfacce più importanti del nostro computer: SATA (Serial Advanced Technology Attachment) per dischi rigidi e PCIe o PCI-E (Peripheral Component Interconnect - Express) per la comunicazione interna dei componenti.

SATA è l'interfaccia che ha sostituito PATA per le connessioni dei dispositivi di archiviazione nei computer a consumo generale. La larghezza di banda massima nella versione SATA III è di 6 Gbps, che è stata di circa 600 MB / s. Utilizza un connettore molto più piccolo dell'IDE e con una connessione a dispositivo singolo per interfaccia, consentendo anche il collegamento a caldo. Funziona utilizzando il protocollo AHCI (Advanced Host Controller Interface) ed è disponibile anche su interfacce M.2 per unità a stato solido.

PCI-Express è il bus seriale interno della scheda per eccellenza, che ci consente di collegare componenti ad alta velocità direttamente negli slot installati sulla scheda madre. Chiameremo queste carte di espansione. Attualmente troviamo schede con PCI-Express nella sua versione 4.0, in cui ognuna delle corsie dati ha una larghezza di banda di 2000 MB / s (16 Gbps) su e giù contemporaneamente, una vera barbarie rispetto alle porte esterna. Collegano SSD NVMe, schede grafiche, schede di rete, ecc. Inoltre, il bridge nord o il chipset comunica con la CPU tramite un bus di questo tipo.

Differenze tra porta seriale e porta parallela

Dobbiamo ancora vedere la differenza principale o principale tra la porta seriale e la porta parallela. Ciò sta nel suo funzionamento, dal momento che una porta parallela invia i bit di informazioni contemporaneamente e sotto forma di pacchetti. Ognuno di questi bit, che può essere ad esempio un codice ASCII, viene inviato da un diverso conduttore, avendo quindi tanti conduttori quanti bit vengono inviati contemporaneamente. Oltre a questi ci saranno anche altri conduttori extra per temporizzazione, terra e altri segnali.

Le porte parallele sono ad esempio il tipo Centronics per stampanti, il bus PATA (IDE) per i dischi rigidi e il bus SCSI anche per i dischi rigidi. In essi, la connessione a caldo non è consentita, né la potenza della periferica connessa. Supportano molte meno periferiche collegate allo stesso bus e sono attualmente ampiamente deprecate.

Conclusioni e collegamenti di interesse

La porta seriale nel suo standard RS-232 e versioni successive è stata lasciata solo per uso puramente industriale e sporadico con apparecchiature informatiche di consumo. Una porta che ha indubbiamente segnato un prima e un dopo nelle connessioni di apparecchiature e periferiche, in particolare nelle reti per aggiornare il firmware dei modem.

Attualmente usiamo tutti USB nelle sue diverse versioni poiché è una porta molto più piccola e una velocità molto più alta. Inoltre, supporta connessioni a caldo (Plug And Play) e persino alimentazione fino a 100 W nell'interfaccia Thunderbolt 3 con USB Type-C in grado di raggiungere fino a 40 Gbps.

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Conoscevi la porta RS-232, l'hai mai usata? Se conosci più post di serie o hai domande, puoi lasciarli nei commenti.