پورتها و کاربرد آنها

نویسنده : عبداله فهمی (دبیر دبیرستان فاطمه زهرا – اداره آموزش و پرورش منطقه چوار – سازمان آموزش و پرورش استان ایلام)

مقدمه

 اتصال قطعات سخت افزاری یک کامپیوتر به یکدیگر در جعبه ای به نام کیس بدون المانی به نام پورت (Port) یا درگاه هیچ ارتباطی با دنیای خارج نخواهد داشت . بدون ارتباط یک کامپیوتر با دنیای خارج ، تمام محاسبات و پردازش ها در حافظه های فرعی و اصلی بوده و برای کاربر استفاده ی خارجی ندارد و از این مهمتر ،بدون پورت یا درگاه ، امکان اتصال لوازم جانبی (چاپگر،موس ،پلاتر ،اسکنر ،...) به دستگاه وجود ندارد. در واقع ،پورت محل اتصال لوازم جانبی به یک کامپیوتر به حساب می آید. بسته به امکانات و قابلیت های هر ابزار جانبی پورتی خاص متناسب با آن طراحی و در کامپیوتر در نظر گرفته شده است که در این مقاله مهمترین آنها را بررسی خواهیم کرد

بخش اول پورت سريال

  پورت سريال يکی از متداولترين روش های موجود جهت اتصال يک دستگاه به کامپيوتر است . با اينکه سيستمهای جديدتر سعی در استفاده محدود از پورت سريال را داشته و پورت USB را مورد توجه بيشتر قرار می دهند ولی همچنان دستگاه های متعددی نظير مودم از پورت سريال استفاده می نمايند. پورت های سريال يک کانکتور استاندارد و يک پروتکل را به منظور اتصال دستگاههائی نظير مودم به کامپيوتر ، ارائه می نمايند. اغلب کامپيوترها دارای دو پورت سريال می باشند. ارسال و دریافت اطلاعات باینری به صورت بیت به بیت را انتقال سریال و پورت مورد استفاده برای این عمل را پورت یا درگاه سریال گویند (serial port) . تمامی سيستم های عامل از پورت های سريال حمايت می نمايند. پورت سريال، داده ها را بصورت سريال ( دنبال هم ) ارسال و يا دريافت می دارند.در چنين حالتی يک بايت از اطلاعات بصورت هشت بيت يکی پس از ديگری ارسال خواهند گرديد. مزيت عمده روش فوق استفاده از يک سيم(کابل) برای ارسال و دريافت داده است و ايراد روش فوق سرعت پايين ارسال اطلاعات با توجه به ماهيت ارسال داده ها است .
 پورت سریال دارای اینترفیس غیر سنکرون (asynchronous) بوده و بدان معنی است که سیگنال یا پالس هماهنگ کننده ای وجود ندارد و حروف یا کاراکترها (هر8 بیت را یک کاراکتر گویند) پشت سر یکدیگر با فاصله زمانی مشخص انتقال می یابند. در انتقال سریال قبل از ارسال هر کاراکتر یک بیت 0 به معنی شروع و آمادگی و سپس 8 بیت اطلاعات و در آخر 1 یا 2 بیت به عنوان توقف یا پایان یک کاراکتر ارسال می شود. به بیت اول بیت شروع (start bit) و به 1یا2 بیت پایان ، بیت های توقف (stop bit) گفته می شود. با توجه به این که برای انتقال سریال حداکثر یک جفت سیم ضروری است ، پورت سریال برای لوازم مخابراتی و ارتباطات راه دور کاربرد وسیعی دارد زیرا در این گونه ارتباطات یک جفت سیم تلفن در اختیار است که برای انتقال سریال کفایت می کند. اگر چه سرعت انتقال در پورت سریال با توجه به انتقال بیت به بیت پایین است ولی امکان طولانی تر بودن کابل ارتباطی بین کامپیوتر و لوازم جانبی نسبت به دیگر پورت ها (پورت موازی، USB، و .... ) وجود دارد. به دلیل بیشترین استفاده ی این پورت در مخابرات و ارتباطات، پورت های سريال (Communication(COM port نيز ناميده شده و بصورت دوطرفه می باشند. ويژگی فوق اين امکان را برای هر دستگاه فراهم کرده تا قادر به ارسال و دريافت اطلاعات باشند. دستگاههای سريال از پين های متفاوت برای ارسال و دريافت داده استفاده می نمايند. استفاده از پين های يکسان باعث ارتباطات از نوع half-dublex خواهد شد و اين بدان معنی است که اطلاعات قادر به حرکت صرفاً در يک جهت می باشند. با استفاده از پين های متفاوت امکان ارتباطات Full-duplex فراهم شده و امکان حرکت اطلاعات در دو جهت فراهم خواهد گرديد.
 هر کامپیوتر دارای دو پورت بالفعل و آماده ی استفاده به نام COM 1 و COM2 و چندین پورت بالقوه قابل استفاده در اسلات های توسعه توسط کارتهای جانبی ( مانند کارت مودم ، .... ) می باشد. پورتهای سریال در پشت کیس به صورت کانکتور های نری ( male ) 9یا 25 پین می باشند. امروزه پورت های 25 پین کاربردی ندارند و به همین دلیل در کامپیوتر های جدید هر دو پورت از نوع 9 پین هستند.

سيگنالهای پورت سريال

 اگر چه ظاهرا پورت های سریال در دو نوع 9 و 25 پین هستند ولی سیگنال های مورد استفاده در هر دو برابر و یکی است زیرا در پورت 25 پین، فقط از 9 پین استفاده شده است و بقیه پایه ها کاربردی ندارند. باید توجه داشت که پورت های سریال برخلاف المانهای یک کامپیوتر که از استاندارد TTL (0 ولت = 0 منطقی و 5 ولت = 1 منطقی ) استفاده می کنند از استانداردی بنام C 232RS استفاده می کنند که سیگنال ها براساس 12+ و 12- ولت ساخته و انتقال می یابند. بنابراین در هر مادربورد در محل ورودی / خروجی هر پورت سریال یک تراشه جهت تبدیل 2 استاندارد به یکدیگر وجود دارد ( برای ارسال از مادر بورد به دستگاه جانبی از طریق پورت سریال و بالعکس ) . مهم ترین تراشه هایی که بر روی مادر بورد های P، PII، PIII و PV با آن بر خورد می کنید عبارت اند از : 75232، 6571، 75182.
 عملکرد هر يک از پين ها در کانکتورهای نه پین پين در جدول زير نشان داده شده است .

 Pin  Function
 1-Carrier Detect  آيا مودم به يک خط تلفن متصل است ؟
 2-Receive Data  کامپيوتر اطلاعات ارسال شده توسط مودم را دريافت می نمايد
 3-Transmit Data  کامپيوتر اطلاعاتی را برای مودم ارسال می دارد.
 4-Data Terminal Ready  کامپيوتر به مودم آمادگی خود را برای ارتباط اعلام می دارد
 5-Signal Ground  پين مربوطه Ground شده است .
 6-Data Set Ready  مودم آمادگی خود را برای ارتباط به کامپيوتر اعلام می دارد.
 7-Request To Send  کامپيوتر از مودم در رابطه با ارسال اطلاعات سوال می نمايد
 8-Clear To Send  مودم به کامپيوتر اعلام می نمايد که می تواند اطلاعاتی را ارسال دارد.
 9-Ring Indicator  زنگ تلفن تشخيص داده خواهد شد.


 عملکرد هر يک از پين ها در کانکتورهای بيست و پنج پين نیز به صورت زیر است :

 Pin  Function
 1-Not used  استفاده نمی گردد.
 2- Transmit Data  کامپيوتر اطلاعاتی را برای مودم ارسال می دارد.
 3-Receive Data  کامپيوتر اطلاعات ارسال شده توسط مودم را دريافت می نمايد
 4-Request To Send  کامپيوتر از مودم در رابطه با ارسال اطلاعات سوال می نمايد
 5-Clear To Send  مودم به کامپيوتر اعلام می نمايد که می تواند اطلاعاتی را ارسال دارد.
 6-Data Set Ready  مودم آمادگی خود را برای ارتباط به کامپيوتر اعلام می دارد.
 7-Signal Ground  پين مربوطه Ground شده است .
 8- Line signal detector  آيا مودم به يک خط تلفن متصل است ؟
 9 to 19 -Not Used  استفاده نمی گردند.
 20 -Data termina ready  کامپيوتر به مودم آمادگی خود را برای ارتباط اعلام می دارد
 21- Not used  استفاده نمی گردد.
 22 - Ring indicator  زنگ تلفن تشخيص داده خواهد شد.
 23 to 25 not used  استفاده نمی گردد.


پورت سريال و تراشه های UART

 در واقع می توان گفت که نقش اصلی و قلب یک پورت سریال را تراشه ی UART یا ارسال / دریافت آسنکرون عمومی تشکیل می دهد. این تراشه به طور کامل تمام کنترل و تبدیل اطلاعات سریال به موازی ( تبدیل 8 بیت به یک بایت ) و بالعکس را در پورت سریال بر عهده دارد. مودم های خارجی دارای این تراشه بوده ولی کارت های مودم ارزان قیمت فاقد این تراشه هستند و باید CPU کار این تراشه را انجام دهد در نتیجه سرعت انتقال کاهش یافته و وقت کاری CPU گرفته خواهد شد. اینگونه مودم ها، Winmodem ( همچنین مودم های نرم افزاری یا مدم های غیر فعال کنترل ) گفته می شود و اغلب در محیطی به غیر از ویندوز قابل پشتیبانی و استفاده نمی باشند.

  در واقع می توان گفت که نقش اصلی و قلب یک پورت سریال را تراشه ی UART یا ارسال / دریافت آسنکرون عمومی تشکیل می دهد. این تراشه به طور کامل تمام کنترل و تبدیل اطلاعات سریال به موازی ( تبدیل 8 بیت به یک بایت ) و بالعکس را در پورت سریال بر عهده دارد. مودم های خارجی دارای این تراشه بوده ولی کارت های مودم ارزان قیمت فاقد این تراشه هستند و باید CPU کار این تراشه را انجام دهد در نتیجه سرعت انتقال کاهش یافته و وقت کاری CPU گرفته خواهد شد. اینگونه مودم ها، Winmodem ( همچنین مودم های نرم افزاری یا مدم های غیر فعال کنترل ) گفته می شود و اغلب در محیطی به غیر از ویندوز قابل پشتیبانی و استفاده نمی باشند.

بخش دوم پورت موازی :

  پورت موازی ، ابتدا توسط شرکت IBM و به منظور اتصال يک چاپگر به کامپيوتر طراحی گرديد. زمانيکه شرکت IBM در انديشه طراحی و ارائه کامپيوترهای شخصی بود، ضرورت استفاده از چاپگرهای شرکت " سنترونيکس" نيز احساس گرديد.شرکت IBM تصميم نداشت که از همان پورتی که توسط چاپگرهای سنترونيک استفاده می گرديد، در طراحی خود استفاده نمايد.

  مهندسين شرکت IBM از يک کانکتور 25 پين (DB-25) بهمراه يک کانکتور 36 پين برای ايجاد يک کابل خاص به منظور اتصال چاپگر به کامپيوتر استفاده کردند. ساير توليد کنندگان چاپگر نيز در ادامه از استاندارد سنترونيک تبعيت و به مرور زمان استاندارد فوق در سطح جهان مطرح و مورد استفاده قرار گرفت . زمانيکه کامپيوترهای شخصی اطلاعاتی را برای چاپگر و يا هر وسيله ديگری که به پورت موازی متصل است، ارسال می نمايند ، در هر لحظه هشت بيت ارسال خواهد شد.. هشت بيت فوق بصورت موازی برای دستگاه ارسال خواهند شد.
  هر کامپیوتر دارای یک پورت موازی بالفعل به نام LPT 1 یا PRN می باشد . این پورت اطلاعات را بصورت بایت به بایت منتقل می کند ، لذا سرعت انتقال آن نسبت به پورت سریال بیشتر است . تنها محدودیت پورت های موازی کوتاه بودن طول کابل ارتباطی آن است .(طول کابل بین 5/1 تا 5 متر) . از پورت های موازی می توان برای اتصال تجهيزات جانبی زير به کامپيوتر استفاده نمود :
    چاپگر
    اسکنر
    هارد درايوهای خارجی
    کارت های شبکه
    Tape
    درايوهای Removable
    CD burners

انواع پورت موازی :

  از اولین کامپیوتر تا به امروز شکل و عملکرد ظاهری پورت های موازی تغییر نکرده ولی سرعت و بازدهی آن به مرور زمان بیشتر و بهتر شده است . در مادربوردهای مختلف ، بسته به مدل و تاریخ تولید ، پورت های با خصوصیات و قابلیت مختلف طراحی و استفاده شده است که در سه گروه دسته بندی می شوند :

الف) پورت موازی استاندارد (SPP:standard parallel port)

   در چاپگرهای اوليه پورت موازی بصورت يکطرفه بود. در اين حالت داده ها صرفا" در يک جهت قادر به حرکت برای هر يک از پين ها بوند. همزمان با معرفی کامپيوترهای PS/2 توسط شرکت IBM ، يک نوع جديد از پورت های موازی دو طرفه طراحی گرديد. اين طراحی با نام spp مطرح و بسرعت جايگزين استاندارد اوليه گرديد.ارتباط دو طرفه باعث گرديد که هر يک از دستگاهها قادر به ارسال و دريافت اطلاعات باشند.دستگاههای زيادی از پين های دو الی نه ، برای داده استفاده می کردند. استفاده از هشت پين باعث می شد که روش ارسال اطلاعات بصورت half-duplex باشد . در اين حالت اطلاعات در هر لحظه در يک جهت حرکت می کردند.به منظور ارسال و دريافت اطلاعات ( دو طرفه ) از پين های شماره هيجده تا بيست و پنج برای دريافت اطلاعات استفاده گرديد. پين های فوق در ابتدا برای Ground در نظر گرفته شده بودند.بدين ترتيب امکان ارتباطات دو طرفه در هر لحظه فراهم می گردد (Full-duplex) .

ب) پورت های موازی توسعه یافته (EPP: Enhanced parallel port)

  استانداردEPP در سال 1991 توسط شرکت های اينتل زيراکس و زنيت مطرح گرديد. مزيت مهم استاندارد فوق، حجم بالای اطلاعات ارسالی است . ( پانصد کيلو بايت تا دو مگابايت در هر ثانيه) . هدف عمده استاندارد فوق ، امکان اتصال دستگاههائی غير از چاپگر به پورت موازی است . رسانه های ذخيره سازی که نيازمند دارا بودن نرخ انتقال اطلاعات بالائی هستند ، از قبیل درایوهای tape و cd-rom وپرینترهای با سرعت بالا نمونه ای از اين نوع دستگاه ها می باشد.
  این مدل از پورت های موازی در بایوس مادربوردهای جدید (از پنتیوم به بالا) وجود دارد و با توجه به استاندارد بودن آن تحت عنوان IEEE1284 توسط اغلب سیستم عامل ها حمایت و پشتیبانی می شود . برای استفاده از قابلیتهای این مدل باید ابتدا وارد برنامه SETUP شده و سپس گزینه Parallel mode را در حالت EPP قرار داد .

ب) پورت های موازی با قابلیت توسعه یافته (ECP: Enhanced Capabilities port)

  بعد از معرفی استاندارد EPP شرکت های مايکروسافت و هيولت پاکارد در سال 1992 مشخصه جديدی با نام ECP را معرفی نمودند.هدف عمده مشخصه فوق بهبود عملکرد و سرعت چاپگرها است . این مد شبیه EPP بوده و فقط سرعت انتقال اطلاعات آن با توجه به استفاده از قابلیت DMA بسیار بالاتر خواهد بود .
  بخش سوم پورت سريال عمومی (USB) :
  فلسفه طراحی USB :
  همواره اتصال يک دستگاه به کامپيوتر و پيکربندی مناسب آن برای استفاده ، يکی از چالش های اصلی در رابطه با به خدمت گرفتن تجهيزات جانبی در کامپيوتر بوده است :
    چاپگرها به پورت موازی متصل شده و اغلب کامپيوترها دارای يک پورت هستند . فرض نمائيد که دارای يک Zip drive باشيم . درايوهای فوق نيازمند يک اتصال با سرعت بالا با کامپيوتر می باشند. در صورت استفاده از پورت موازی، از لحاظ سرعت خواسته يک Zip Drive تامين نخواهد گرديد
    مودم ها از پورت های سريال استفاده می نمايند. اغلب کامپيوترها دارای دو پورت سريال بوده و در اکثر موارد سرعت مناسبی را دارا نمی باشند.
    دستگاههائی که به سرعت بالائی نياز دارند بهمراه کارت های خود عرضه می گردند.اين نوع کارت ها می بايست در يکی از اسلات های برد اصلی نصب گردند.متاسفانه تعداد اسلات های موجود محدود بوده و در برخی حالات نصب نرم افزار مربوط به کارت دردسرآفرين نيز می باشد .
  هدف USB خاتمه بخشيدن به تمام موارد و مشکلات موجود در زمينه بخدمت گرفتن تجهيزات جانبی در کامپيوتر است .
  فناوری USB یک پورت با سرعت بسیار بالا است که می تواند 127 دستگاه مختلف را از طریق یک پورت و یک وقفه پشتیبانی و مدیریت کند . این پورت با داشتن hot pnp swappable می تواند دستگاه را بدون خاموش و روشن کردن و یا ریست مجدد سیستم ، تشخیص داده و از آن استفاده کند . اغلب کامپيوترهای جديد بهمراه يک و يا بيش از يک سوکت USB ارائه می گردند. با توجه به وجود دستگاههای متعدد که دارای پورت USB می باشند، می توان بسادگی دستگاه مورد نظر را ازطريق پورت USB به يکی از سوکت های USB کامپيوتر متصل نمود.مثلا" می توان به کامپيوتر يک چاپگر USB ، يک اسکنر USB ، يک دوربين وب USB و يک کارت شبکه USB را متصل نمود. در صورتيکه کامپيونر دارای صرفا يک کانکتور USB باشد و بخواهيم تجهيزات USB گفته شده را به آن متصل نمائيم چه کار بايد کرد؟ برای حل مشکل فوق می بايست يک USB hub را تهيه کرد.

ويژگی های USB

  USB دارای ويژگی های زير است :
    حداکثر 127 دستگاه را می توان متصل نمود. ( مستقيما" و يا توسط هاب های USB)
    کابل های USBبتنهائی قادر به حمايت از طول 5 متر می باشند. در صورت استفاده از هاب حداکثر طول 30 متر خواهد بود.
    نرخ انتقال اطلاعات گذرگاه دوازده مگابيت در ثانيه است .
    هر دستگاه قادر به درخواست شش مگابيت در ثانيه است . عملا" بيش از يک دستگاه در هر لحظه نمی تواند درخواست شش مگابيت در ثانيه را داشته باشد چراکه از پهنای باند گذرگاه تجاوز خواهد کرد.
    يک کابل USB دارای دو سيم برای برق ( 5+ ولت و Ground) و يک سيم بهم تابيده برای حمل داده است .
    بر روی سيم برق، کامپيوتر قادر به تامين برق با حداکثر پانصد ميلی آمپر و پنج ولت است .
    دستگاههای با مصرف برق پايين نظير موس می توانند برق مورد نياز خود را مستقيما" از طريق گذرگاه تامين نمايند.
    دستگاههای USB را می توان هر زمان متصل و مجددا" از سيستم جدا کرد.
    اکثر دستگاههای USB می توانند توسط کامپيوتر و در زمان حالت Power-saving ، به خواب ( غيره استفاده گردند) روند.
    دستگاههائی که به پورت USB متصل می گردند از يک کابل USB که حامل برق و داده است استفاده می نمايند. دو سيم حامل برق ( قرمز - پنج ولت و قهوه ای ( زمين ) يک زوج کابل بهم تابيده برای حمل داده ( زرد و آبی )

  زمانيکه کامپيوتر روشن می گردد ، عمليات پرس و جو در رابطه با دستگاههای متصل به گذرگاه انجام شده و به هر يک از آنها يک آدرس خاص ، نسبت خواهد شد . فرآيند فوق "سرشماری" ناميده می شود. دستگاهها نيز زمانيکه به گذرگاه متصل می گردند شمارش می گردند. کامپيوتر از نحوه انتقال اطلاعات توسط دستگاهها با استناد بر يکی از روشهای زير ، آگاهی می يابد : • • •
    وقفه : دستگاهی نظير موس يا صفحه کليد که داده های کمی را ارسال می دارند از روش " وقفه " استفاده می نمايند.
    Bulk ( توده ای ) . يک دستگاه نظير چاپگر که حجم بالائی از اطلاعات را در يک بسته دريافت می دارد، از روش فوق استفاده می نمايد. يک بلاک از داده ها برای چاپگر ارسال و صحت آنها نيز بررسی می گردد.
     Isochronous ( همزمان ) . دستگاههای نظير بلندگو از روش فوق استفاده می نمايند. جريان پيوسته ای از داده ها بين دستگاه و کامپيوتر برقرار می گردد.
  اخيرا استاندارد USB نسخه دو، مطرح شده است . بر اساس استاندارد فوق ، سرعت ده تا بيست برابر افزايش خواهد يافت . با رسيدن به سرعت های فوق می توان تقريبا هر نوع دستگاهی را از طريق USB به کامپيوتر متصل کرد. هارد ديسک های خارجی و دوربين های فيلم برداری نمونه هائی در اين زمينه می باشند.

فهرست منابع :

  1. مرجع علمی کاربردی سخت افزار – نوشته شیرزاد شهریاری
  2. راهنمای سخت افزاری کامپیوترهای شخصی – نوشته رن گلیستر – ترجمه محمد حسن مهدوی .
  3. سایت اینترنتی        http://fateb.naja.net/fateb/education/index.htm
back
طراحي شده توسط مرکز خدمات کامپيوتري دفتر برنامه ريزي و تاليف کتب درسي